аспирант
, Россия
сотрудник
, Россия
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Приведены результаты лабораторных исследований предложенной системы капельного полива. Исследованы пять различных типов капельниц для количественной оценки гидравлических характеристик. Получены зависимости равномерности расхода воды через капельницы при изменении рабочего давления в системе. Лабораторные исследования экспериментальной установки проводились в учебно-демонстрационном центре Казанского государственного аграрного университета. Экспериментальная установка состоит из накопительного резервуара, погружного насоса, пяти магистральных труб из ПВХ длиной 3 м и диаметром 16 мм, запорных кранов капельной линии, манометров, основного запорного крана, коллекторной линии, обратной линии и капельниц. Перед началом экспериментов из системы был удален воздух и отрегулировано давление на входе в каждую магистральную трубу до требуемого значения. Непосредственно под каждую капельницу были помещены мерные емкости объемом 500 мл для определения объема вытекшей воды за две минуты. Значительная равномерность расхода воды и наименьшие отклонения от заданного номинального расхода были достигнуты капельницами типа А и С (с компенсацией давления) при рабочем давлении 0,2 МПа, у капельниц типа B (также с компенсацией давления) равномерность расхода воды снижалась с увеличением давления. Результаты проведенных исследований показывают, что капельницы с компенсацией давления менее чувствительны к изменениям давления с рабочим давлением 0,35 МПа. Расход воды (q) у капельниц типа A увеличился на 5,27%, B – на 27,3% и C – на 9,1%. Капельницы типа D и E имеют самую низкую равномерность расхода воды при различных уровнях давления. В реальных условиях орошения рекомендуется устанавливать манометры не только в коллекторной линии, но и на магистральных трубах (желательно в конце каждой магистральной трубы) для определения перепада и потерь давления в системе.
орошение, капельный полив, оценка, капельницы с компенсацией давления, расход, равномерность распределения, объемный расход
Для получения высоких и качественных урожаев в сельском хозяйстве применяется мелиорация земель, направленная на сохранение и повышение плодородия почвы, рост урожайности возделываемых культур. В системе мелиорации основное внимание уделяется повышению эффективности орошения. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является капельный полив. Известно, что урожайность при капельном поливе увеличивается на 100…500% по сравнению с урожаями, где применяются дождевальные машины [1, 2, 3, 4].
Основными достоинствами капельного полива являются [5, 6, 7, 8]:
– отсутствие затрат ручного труда на полив растений;
– экономия расхода воды при орошении на 40…50%;
– исключаются ожоги листьев растений, возникающие при применении дождевальных установок;
– снижаются заболевания растений фитофторой и другими грибковыми заболеваниями;
–возможность регулирования влажности почвы в любой точке системы;
– не требует отключения во время естественных природных осадков (не происходит заболачивания почвы, так как через капельный дозатор к корням растений поступает только то количество воды, которое необходимо для оптимального увлажнения почвы);
– возможность внесения удобрений и подкормки растений микроэлементами вместе с оросительной водой;
– простота и надёжность конструкций;
– небольшой срок окупаемости.
В связи с этим широкое внедрение систем капельного полива является важнейшей задачей, и, соответственно, возникает необходимость разработки новых конструкций оросительных систем, повышение их технической надежности и устойчивости
эксплуатации [9, 10, 11].
Проектирование систем капельного полива включает следующие этапы [12, 13, 14]:
– расчет потребления воды;
– определение длины оросительных магистралей (с учетом схемы посадки);
– разделение участка на отдельные зоны полива (с учетом размеров орошаемой площади, мощности насоса и объема скважины);
– выбор материалов для разводящих и магистральных трубопроводов;
– подбор капельниц и фильтрующих элементов.
Многочисленные результаты исследований
Для получения высоких и качественных урожаев в сельском хозяйстве применяется мелиорация земель, направленная на сохранение и повышение плодородия почвы, рост урожайности возделываемых культур. В системе мелиорации основное внимание уделяется повышению эффективности орошения. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является капельный полив. Известно, что урожайность при капельном поливе увеличивается на 100…500% по сравнению с урожаями, где применяются дождевальные машины [1, 2, 3, 4].
Основными достоинствами капельного полива являются [5, 6, 7, 8]:
– отсутствие затрат ручного труда на полив растений;
– экономия расхода воды при орошении на 40…50%;
– исключаются ожоги листьев растений, возникающие при применении дождевальных установок;
– снижаются заболевания растений фитофторой и другими грибковыми заболеваниями;
–возможность регулирования влажности почвы в любой точке системы;
– не требует отключения во время естественных природных осадков (не происходит заболачивания почвы, так как через капельный дозатор к корням растений поступает только то количество воды, которое необходимо для оптимального увлажнения почвы);
– возможность внесения удобрений и подкормки растений микроэлементами вместе с оросительной водой;
– простота и надёжность конструкций;
– небольшой срок окупаемости.
В связи с этим широкое внедрение систем капельного полива является важнейшей задачей, и, соответственно, возникает необходимость разработки новых конструкций оросительных систем, повышение их технической надежности и устойчивости
эксплуатации [9, 10, 11].
Проектирование систем капельного полива включает следующие этапы [12, 13, 14]:
– расчет потребления воды;
– определение длины оросительных магистралей (с учетом схемы посадки);
– разделение участка на отдельные зоны полива (с учетом размеров орошаемой площади, мощности насоса и объема скважины);
– выбор материалов для разводящих и магистральных трубопроводов;
– подбор капельниц и фильтрующих элементов.
Многочисленные результаты исследований
оросительных систем свидетельствуют, что эффективность их работы и качество увлажнения почвы в значительной мере зависят от равномерности распределения воды в слое активного водопотребления по всей длине капельных линий [15, 16, 17]. В связи с этим целью наших исследований является оценка зависимости расхода капельниц от изменения давления и определение оптимальных рабочих давлений для разных типов капельниц (давление, при котором достигается наибольшая равномерность подачи воды).
Условия, материалы и методы исследований. Лабораторные исследования экспериментальной установки проводились в учебно-демонстрационном центре ФГБОУ ВО «Казанский государственный аграрный университет», г. Казань, Россия.
Экспериментальная установка (рисунок 1) состоит из накопительного резервуара 1, погружного насоса 2, пяти магистральных труб 3 из ПВХ длиной 3 м и диаметром 16 мм, запорных кранов 4 капельной линии, манометров 5, основного запорного крана 6, коллекторной линии 7, обратной линии 8 и капельниц 9.
В начале каждой капельной линии установлены краны 4 для ручной регулировки давления на входе капельных линий. Давление измеряли при помощи манометров 5. Манометры имеют диапазон измерения 0…0,6 МПа. Основной запорный кран 6 используется на коллекторной линии 7 для поддержания требуемого постоянного давления во всех магистральных трубах 3. Обратная линия 8 используется для возврата излишнего объема воды в накопительный резервуар. Капельницы 9 вмонтированы непосредственно в магистральные трубы капельных линий на расстоянии 30 см друг от друга.
Для исследования были выбраны пять различных типов капельниц фирмы Rivulis Eurodrip (рисунки 2 и 3), технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Капельницы с компенсацией давления (рисунок 2) по сравнению с капельницами без компенсации давления (рисунок 3) обеспечивают равномерную подачу воды в слой активного водопотребления по заданным производителем характеристикам через каждую капельницу, и расход воды через такую капельницу не изменяется при перепадах давления в системе.
1. Абделфаттах А.Х. Энергоэффективное использование водных ресурсов в сельском хозяйстве/ А.Х. Абделфаттах, И.М Гомаа., Д.Т. Халиуллин// Агроинженерная наука ХХI века. Труды региональной научно-практической конференции. Научное издание. – Казань: Изд-во Казанского ГАУ. – 2018. – С. 335-339.
2. Абделфаттах А.Х. Управление орошением почвы с использованием датчиков влажности/ А.Х. Абделфаттах, Д.Т. Халиуллин, И.М. Гомаа// Современное состояние, проблемы и перспективы развития механизации и технического сервиса агропромышленного комплекса. Материалы международной научно-практической конференции ИМиТС. – Казань: Изд-во Казанского ГАУ. – 2018. – С. 18-26.
3. Абделфаттах А.Х. Анализ процессов автоматизации полива на основе интеллектуальных систем/ А.Х. Абделфаттах, Б.Г. Зиганшин, Д.Т. Халиуллин, И.М Гомаа// Достижения техники и технологий в АПК: материалы международной научно-практической конференции.- Ульяновск: Изд-во Ульяновского ГАУ, 2017 С. 13-21.
4. Кашапов И.И. Энергосберегающие технологии в АПК/ И.И. Кашапов, Б.Г. Зиганшин, Н.А. Корсаков, А.Р. Валиев// Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы VI международной научно-практической конференции. – Саратов: ООО «ЦеСАин», 2015.– С.88-90.
5. Мазитов Н.К. Энергоресурсосберегающие технологии и техника для обработки почвы и посева в засушливых условиях / Н.К. Мазитов Н.К., Б.Г Зиганшин, А.Р. Валиев, Л.З. Шарафиев., И.Р. Рахимов, Х.Х. Шайдуллин, М.К. Шайхов, С.М. Яхин, Хисамеев Ф.Ф. // Вестник Казанского ГАУ. – 2013. – № 4 (30). – С.65-75.
6. Мазитов Н.К. Влаго-энергосберегающая технология и техника возделывания подсолнечника / Н.К. Мазитов, Л.З. Шарафиев, Д.Т. Халиуллин, С.М. Яхин, Р.Ф. Садриев // Современное состояние, проблемы и перспективные развития механизации и технического сервиса агропромышленного комплекса. – Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2017 – С.63-72.
7. Тагиров М.Ш. Сберегающие технологии – основа повышения эффективности в земледелии / М.Ш. Тагиров, Р.Н. Минибаев, А.С. Салихов, Р.И. Сафин, Б.Г. Зиганшин, А.Р. Валиев и др. - Казань: Казанского ГАУ. – 2006. – 50 с.
8. Файзрахманов Д.И., Нежметдинова Ф.Т., Зиганшин Б.Г., Валиев А.Р. Безопасность продуктов питания в условиях ВТО // Сельский механизатор. – 2013. – № 11 (57). – С. 4-6.
9. ASAE EP405.1, Design and installation of micro irrigation systems, in ASAE: Standards, ASAE, St. Joseph, MI, 2003.
10. E. López-ata, J. Tarjuelo, J. deJuan, R. Ballesteros, A. Domínguez, Effect of irrigation uniformity on the profitability of crops, Agric. Water Manag. 98(1) (2010)190–198.
11. H. Guan, J. Li, Y. Li, Effects of drip system uniformity and irrigation amount on cotton yield and quality un deraridconditions, Agric. Water Manag. 124(6) (2013) 37–51 p.
12. International Commission on Irrigation and Drainage (ICID), 2000. Sprinkler and Micro-Irrigated Areas in Some ICID Member Countries (2000), http://www.icid.org/ index_e.html.
13. ISO 9260, Agricultural Irrigation Equipment–Emitters: Specifications and Test Methods, 1991.
14. ISO 9261, Agricultural irrigation equipment – Emitting-pipe systems: Specification and Test Methods, 1991.
15. Moshe Sne, (2006). Guidelines for Planning and Design of Micro Irrigation In Arid And Semi-Arid Regions. International commission on irrigation and drainage (ICDI): 1-14 p.
16. Ozekici, B. and S. Bozkurt, (1999). Determination of hydraulic performances of in-line emitters. Tr. J. of Agric. and Forestry, 23: 19-24 p.
17. Smajstrla, A.G.; B.J. Boman; D.Z. Haman; D.J. Pitts and F.S. Zazueta, (2011). Field evaluation of micro-irrigation water application uniformity. Agricultural and biological engineering department. Florida cooperative extension service. Institute of food and agricultural sciences, Florida, USA.
