Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,431

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ МАЛОИНТЕНСИВНОГО ОРОШЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ

Алиев З.Г. 1
1 Институт Эрозия и Орошения НАН Азербайджанской Республики
В последние годы как в республике, так и в СНГ и дальнем зарубежье ведется разработка стационарных систем малоинтенсивного орошения, состоящих из микродождевания, импульсного дождевания автоколебательного действия, аэрозольного орошения, микродождевание комбинированное, капельное, им-пульсно-капельное и ряда других. Это обусловлено тем, что система малоинтенсивного орошения имеет ряд существенных достоинств перед другими способами орошения. Особенно перспективно создание автоматизированных систем дождевания импульсными аппаратами, микродождевателями комбинированными, шаговыми микродождевателями коромысловое типа, импульсно-капельными аппаратами автоколебательного действия и т.д. Следует отметить, что эти системы позволяют уменьшить капитальные затраты на их строительство, также обеспечить принцип как «дождевания», так и «капельного орошения» при ежесуточном водопотреблении растений. То есть создать оптимальные условия для роста и развития растений в период их вегетации.
изучение
параметры
система
1. Алиев Б.Г., Алиев З.Г. Орошаемое земледелие в горных и предгорных регионах Азербайджана. – Баку: Изд-во «Зийа-Нурлан», 2005. – 330 с.
2. Штепа Б.Г. Прогрессивные способы орошения. – М. Колос. 1975. – 56 с.
3. Штепа Б.Г. Технический прогресс в мелиорации. – М., Колос, 1983. – 238 с.

Ходы исследование

Автоматизированный полив сельхозкультур основа высоких урожаев и повышения производительности труда. Следовательно, от элементов и устройств применяемой автоматики требуется надежная и бесперебойная работа. Поэтому, начиная со стадии разработки этих устройств и кончая производством и эксплуатацией, вопросы надежности, так как проблема надежности является не только технической, но и важной экономической задачей.

Теория надежности, разработанная в последние десятилетия открывает большие возможности для качественной оценки надежности существующей техники полива, в т.ч. систем микроорошения.

Надежность – это свойство оборудования или системы выполнять заданные функции, сохранять свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка временя или требуемой наработки.

Из числа существующей техники полива, стационарная дождевальная система состоящая из большого числа однотипных элементов, расположенных в определенном порядке на поле и необходимых для проведения полива сельскохозяйственных культур.

Определение надежности одного из этих элементов решает вопрос надежности систем. Вопросами надежности стационарных систем орошения в частности, снабженных дождевальными установками занимались многие ученые в бывшем Советском Союзе и за рубежом.

Для изучения элементов расчета по надежности систем малоинтенсивного дождевания (на примере импульсного дождевания автоколебательного действия) следует рассмотреть технологическое и технико-экономическое обоснование дождевальных систем.

Оптимальные параметры системы малоинтенсивного орошения определялись нами путем поиска минимума функции удельных приведенных затрат Суд. зависящей от площади системы S; отношения сторон θ; расходы системы Q; напора Н, соответствующего давлению диктующей точки; условного оросительного периода Ту, равного

al01.wmf

где М оросительная норма, м; q/ – максимальная ордината гидромодуля м/с).

Числа распределительных трубопроводов N; расстояния между поливной техникой (дождевальным установкам) l; коэффициента Х, равного при расстановке аппаратов по квадратом 0,2; длины i-го трубопровода системы li его диаметра Di и расхода Qi, коэффициентов k, m, β зависящих от шероховатости внутренней поверхности труб; стоимостей поливной техники (дождевальных аппаратов и др.).Сg и напорообразующего узла Сн; стоимости одного кВт/ч электроэнергии;  коэффициента полезного действия насосного агрегата η, равного 0,7 коэффициента неравномерности расхода

al02.wmf (1)

где r – отношение давления начала выплеска P2 к давлению конца выплеска Р1), равного 1,02 – 1,25; коэффициента Е0 = Е1 + Е2 (Е1, Е2 – нормативные коэффициенты эффективности капитальных вложений и ежегодных отчислений на амортизацию и ремонт); коэффициентов b, d зависящих от материала и стоимости укладки труб и эксплуатационных затрат на содержание обслуживающего персонала системы Эn:

al04.wmf

Исследования показали, что наиболее экономичным является вариант одновременной работы всех дождевальных аппаратов системы, т.е., когда на системе производится предельное рассредоточение поливного тока. Функция (2) для этого случая имеет минимум в точках, определяемых выражениями:

al05.wmf al06.wmf (3)

al07.wmf

где

al08.wmf

al09.wmf

al10.wmf al11.wmf (4)

Подставляя в формулы (3) и (4) коэффициенты, соответствующие стальным трубопроводам (d = 1,4; m = 5,1; β = 1,8; К = 0,00107; В = 50; Е0 = 0,2; Кн = 1,1), получаем расчетные формулы для определения и которые для удобства их использования, представлены номограммами (рисунок).

Анологичные номограммы построены и для труб, изготовленных из пластмасс и других материалов.

Оптимальные диаметры трубопроводов Dопт,I, количество поливных трубопроводов Х, подвешенных к распределительному трубопроводу, количество дождевальных аппаратов на поливном трубопроводе y определяют по следующим соотношениям:

al12.wmf

al13.wmf al15.wmf (5)

При изменении исходных параметров S, q/ , θ, М) в пределах:

30 <= S <= 300 га,

0,3 10-7 <= q/ <= 1,0 x 10-7 м/с,

0,25 <= θ <= 4, 0,3 <= M <= 1,0 м

1000 м3/га, оптимальные параметры системы изменяются в пределах:

35 <= l <= 135 м; 3 <= N <= 65;

1 <= x <= 50; и 1 <= y <= 33.

Привязываясь к площадям закрепленным конкретным природнохозяйственным условиям, определим параметры систем малоинтенсивного орошения на примере импульсного дождевания.

aliev1.tif

Номограмма для определения параметров импульсного аппарата

Считаем эти площади установлены и равны 150 – 400 га и характеризуются в среднем оптимальным отношением сторон 1-3, а природно-хозяйственные условия оросительной нормой 0,35 – 0,75 м и максимальной ординатой гидромодуля 0,6 х 10-7 – 1,0 х 10-7 м/с.

Осредненным исходным данным S = 200 га, = 2; М = 0,55 м, q/ = 0,8х х10-7 м/с, соответствуют следующие оптимальные параметры системы l = 50 м, N = 22, х = 10, у = 8 полученные с помощью ранее приведенной программы и формул (4.5). Для других возделываемых культур и природно-хозяйственных условий эти параметры определяются аналогично.

Полученные значения N, l, x, y, Dопт. I – позволяют определить основные конструктивные и технологические параметры поливной техники (импульсных дождевателей аппаратов автоколебательного действия): как напор Н2, соответствующей давлению начала выплеска Р2, напор Н1, соответствующий давлению конца выплеска Р1; конструктивный объем пневмогидроаккумлятора W0 и диаметр сопла D.

Основываясь на материалах ряда работ ученых Мира, и результатов проведенных в Институте Эрозия и Орошения НАНА исследований посвященных определению некоторых параметров поливной техники в т.ч. дождевальных аппаратов обычного типа, аппаратов импульсного действия и др., по которым нами предлагаются следующие характеристические управления для определения основных параметров у импульсных аппаратов в зависимости от напора. Но, соответствующего начальному давлению в пневмоаккумляторе Р0 и на соответствующего атмосферному давлению Ра, площадей поперечного сечения подводящего трубопровода 2, коэффициентов расхода на входе пневмогидроаккумлятор 1 и сопла 2, ресурсов пневмогидроаккумлятора Т*, дождевального аппарата N*, коэффициентов, зависящих от стоимости дождевального аппарата d1 и d2,

al16.wmf (6)

W0 = R2 = al17.wmf (7)

al18.wmf (8)

Следует отметить, что уравнение (6) приводит в соответствие водоподачу и водопотребление растений, а уравнение (7) и (8) характеризуют, соответственно ,оптимальные размеры дождевальных аппаратов и агротехнические требования и качества дождя ( количество дождевальных капель с диаметром более 1,0-1,5 мм в общем потоке дождевальной струи должно быть менее 10 %).

Каждой группе М,q, S, θ соответствуют вполне определенные значения х, у, N, l параметров системы и Н2 Н1,W0, D параметров импульсного аппарата. Принимая во внимание, что на реальной системе Т1 => Т2 и сумма гидравлических сопротивлений до наихудшего по условиям наполнения пневмогидроаккумлятора системы ∑ξ => 1, уравнение (6) можно представит в виде:

al20.wmf (9)

al21.wmf al22.wmf

al23.wmf

al24.wmf

al25.wmf

al26.wmf al27.wmf

al28.wmf

Qi – коэффициент, равный для стальных труб 2,64. 10 -3/

Уравнения (7,8 и 9) совместно с формулой А.П. Русецкого представляют собой замкнутую систему уравнений.

Зная экономический радиус действия импульсного аппарата и параметр С системы (С = 3-5), поиск решения следует вести по соответствующим С кривым в следующем порядке по а1 а4 ,а7 ,а10 по С = 3, по а2, а5, а8 , а11 при С = 4 и по а3, а6, а9, а12 при С = 5.

Параметры дождевального аппарата при промежуточных значениях С определяются путем интерполяции.

Используя результаты, полученные ранее, определим конструктивные и технологические параметры импульсного аппарата для тех же природно-хозяйственных условий. При расстановке аппаратов по квадратам экономичный его радиус действия R = 21 – 35, а параметр С = 3.

С помощью номограммы (рисунок) и входных величин К и C получены следующие параметры импульсного аппарата:

P1 = 450 кПа, P2 = 700 кПа, W0 = 0,19 м3, D = 20 мм.

Для решения комплекса мероприятий по надежности систем является безотказность элементов дождевальных систем.

Исследования показателей безотказности основных элементов стационарных дождевальных системы приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, оценена помехоустойчивость устройств телеуправления, определены параметры рассеивания оросительных норм, выпадаемых отдельными дождевателями и установлены виды и параметры распределений наработок до отказа основных элементов систем дождевания.

В моменты принятия устройством телеуправления команды «выбор объекта» в сети технологических трубопроводов возникают переходные процессы. Установлено, что давление Р при этом может принимать значения меньшей величины статистического давления перенастройки устройства телеуправления Р/0 и длительность воздействия ложного сигнала может достигать 0,15 – 1,2 сек.

Получена следующая экспериментально подтвержденная зависимость между временем обработки командного сигнала tk, ходом штока h эффективной площадью мембраны Fэ, площадью поперечного сечения трубки, соединяющей технологический трубопровод с рабочей полостью гидропривода ω, коэффициентом жесткости возвратной пружины К2, удельным весом воды γб и ускорением силы тяжести g:

al29.wmf (10)

По формуле (10) была произведена оценка времени перенастройки устройства автоматизированного телеуправления. При мгновенном понижении. давления в полости гидропривода до атмосферного от давления 340 кПа, соответствующего давлению «выбор объекта», требуется 0,34 с что в 1,5 раза больше длительности ложного сигнала.

Зависимости (10) позволяет не только оценивать время перенастройки устройства автоматизированного управления технологическим процессом орошения по каналу систем телеуправления, но и назначать его конструктивные значение параметров в соответствии с требованиями помехоустойчивости элементов систем телеуправления.

Рассеивание давления начала выплеска импульсных аппаратов автоколебательного действия приводит к рассеиванию их объемов выплеска ΔW, следовательно, и слоя дождя М, так как они связаны между собой зависимостями

al30.wmf и al31.wmf

(число циклов работы аппарата в году и площадь его обслуживания).

Испытаниями импульсных аппаратов (выборка 100) и последующей обработкой полученных данных установлено, что распределения Р2 и Р1, подчиняются нормальному закону с коэффициентами вариации νр2 = 0,04 и νр1 = 0,093. Имея в виду, что

al32.wmf и al33.wmf

плотность распределения М можно представить в виде:

al34.wmf (11)

Распределение (11) может быть использовано при оценке ущерба от конструктивного несовершенства импульсных аппаратов. Очевидно, чем меньше отношение al35.wmf, тем аппарат совершеннее.

Проведены исследования (таблица) по определению видов и параметров распределений наработок до отказа (al36.wmf, σ – cсреднее и среднее квадратическое отклонение) типичных устройств систем дождевания, включающих в себе наиболее распространенные элементы в гидроавтоматике: подземных выдвижных гидрантов (элементы 1, 2), устройств систем автоматизированной телеуправления (элементы 3, 4), поворотных механизмов (и элемент 5) а так же импульсных дождевальных аппаратов (элементов 6, 7, 8, 9). Установлено, что распределение времени восстановления этих элементов можно характеризовать средним временем восстановления Тв.

Среда-вода, t ° среды 15-20 °С, нагрузка циклическая 200-800 кПа

Элементы

Материал

Характеристика длин двойного хода, мм

Закон

распределения

Параметры

распределений

N(τ) цикл – 10-3

NE, r

1. Воротник 200 ГОСТ 6678-72

Резина 4004 МРТУ 38-5-1166-64

Абразивный износ,140 °С

Нормальный

0,76(0,14)

3,56

2. Манжета 280х320 ГОСТ 6969-74

« --- --- »

«--------»

« -»

1,25 (0.23)

2,45

3. Мембрана 50 ГОСТ 9887-78

Резина 3825 МРТУ 38-5-1166-64

Усталостный износ: 30

« -»

6,7 (1,45)

1,25

4. Храповой механизм

« --- --- »

Заклинивание

Экспоненциальный

4,2 (4,2)

0,25

5. Мембрана 50 ГОСТ 9887-78

Резина 3825 МРТУ 38-5-1166-64

Усталостный износ: 10

Нормальный

1500(500)

0,25

Результаты исследования и их обсуждение

В результате специальных исследований получена следующая зависимость между средним сроком службы деталей изготовленных из резины или пластмасс Тср, средним числом циклов работы N#0 в году и экспериментальным значением параметра старения этих материалов в воде Т0, равного 6,8 лет:

al37.wmf (12)

Помимо этих мероприятий необходимо для решения оптимального уровня эксплуатационной надежности стационарных систем следует разработать организационные мероприятия. Для организационных мероприятий особое значение имеет выполнение профилактических работ и правильно проведенные сроки.

Определение сроков проведения профилактики – одно из основных проблем профилактического обслуживания, тесно связанная с содержанием профилактических работ и организацией их выполнения. Эти сроки обычно определяют при исследовании следующей целевой функции:

al38.wmf (13)

Выводы

Выведенный нами показатель оценки совершенства целесообразно применять с целью выбора наиболее совершенной конструкции, так как он экономически обобщает показатели ремонтопригодности, сохраняемости и безопасности систем дождевания.


Библиографическая ссылка

Алиев З.Г. ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ МАЛОИНТЕНСИВНОГО ОРОШЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 10-2. – С. 196-200;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=10632 (дата обращения: 20.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074