Совершенствование технологии полива и создание энерговодосберегающей дождевальной машины «Фрегат» для условий нечерноземной зоны РФ

Результаты расчетов среднемесячной выработки электроэнергии от ВФЭУ

Месяц Выработка электроэнергии,кВт-ч/сут

от ВЭУ от ФЭУ от ВФЭУ

Январь 1,82 0,18 2,00

Февраль 1,70 0,29 1,99

Март 1,73 0,42 2,15

Апрель 1,65 0,46 2,11

Май 1,56 0,52 2,08

Июнь 1,30 0,50 1,80

Июль 1,40 0,50 1,90

Август 1,53 0,47 2,00

Сентябрь 1,81 0,35 2,16

Октябрь 1,78 0,25 2,03

Ноябрь 1,53 0,17 1,70

Декабрь 1,65 1,15 1,76

Средняя выработка электроэнергии, кВт-ч/сут 1,62 0,35 1,97

Средняя выработка электроэнергии, кВт-ч/год 592,03 128 720,03

Участие ВЭУ в покрытии потребности составляет 52 % и доля ФЭУ в покрытии потребности составляет 11 %. Чтобы повысить участие ФЭУ в гарантированном электроснабжении автономного сельского дома до 48 % нужно увеличить мощность ФЭУ до 520 Вт. Это гарантирует электроснабжение потребителя только от ВИЭ. Однако при этом нужно ответить на вопрос: насколько это экономически целесообразно?

Предлагаемая ВФЭУ номинальной мощностью 820 Вт может обеспечивать электроснабжение при

среднегодовой потребности до 720 кВтч/год, или среднесуточной потребности до 2 кВтч/сут без подключения ДГ к работе. Увеличение мощности ФЭУ также может позволить исключить ДГ из состава установки.

Таким образом, применение комбинированной электрической системы на основе КЭС (ФЭУ и ВЭУ) может оказаться во многих случаях целесообразным вследствие того, что пик прихода CP накладывается на минимум скорости ветра, и наоборот. Появляется возможность использовать в составе комбинированной системы установку значительно меньшей мощности, стоимость которой будет меньше по сравнению с одиночными автономными системами.

Список литературы

1. NASA Surface meteorology and Solar Energy — Available Tables. Режим доступа: http://eosweb.larc.nasa.gov.

2. Стребков, Д.С. Разработать эффективные технологии и комплекты оборудования преобразования солнечной, ветровой и гидравлической энергии в электрическую и тепловую энергию для использования в автономных и комбинированных системах энергообеспечения сельских объектов: отчет ГНУ ВИЭСХ / Д.С. Стребков [и др.]. — М., 2008. — С. 37.

3. Технологии и оборудование возобновляемой энергетики. Каталог технологий и изданий, разработанных в системе. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. — С. 7-10.

УДК 631.3

А.И. Рязанцев, доктор техн. наук, профессор

Н.Я. Кириленко, канд. техн. наук, профессор

Н.Н. Егоров, аспирант

А.В. Шереметьев, канд. техн. наук, доцент

ГОУ ВПО «Коломенский государственный педагогический институт»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИВА И СОЗДАНИЕ ЭНЕРГОВОДОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ «ФРЕГАТ» ДЛЯ УСЛОВИЙ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РФ

Для орошения участков, расположенных в условиях нечерноземной зоны, применяются различные модификации дождевальных машин (ДМ) и установок. Для оптимизации процесса полива посредством снижения трудозатрат на обслуживание дождевальных машин выявлена целесообразность применения более производительных и автоматизи-

рованных ДМ, к которым в первую очередь относится машина кругового действия типа «Фрегат».

Однако применяемые в нечерноземной и гу-мидной зонах страны серийные дождевальные машины «Фрегат» имеют интенсивность дождя, значительно превышающую ее значение, предусмотренное агротребованиями эрозионно безопасной

технологии орошения. Это приводит к поверхностному стоку и глубинной фильтрации воды, заболачиванию почвы и подъему уровня грунтовых вод.

Хотя нечерноземная зона и является зоной достаточного и избыточного увлажнения с обеспеченностью атмосферными осадками до 70...90 %, однако орошение необходимо в тех случаях, когда обеспеченность осадками уменьшается до 60.90 % (1 раз в 4 года) и до 40.50 % (1 раз в 15.20 лет).

Оценка существующих технических решений оросительных систем ДМ «Фрегат» показывает, что применительно к природно-хозяйственным условиям нечерноземной зоны они в большинстве случаев нерациональны. В первую очередь это касается напора и расхода, которые при однопозиционной работе машин завышены. Исходя из размеров удельной водопотребности орошаемых культур, в том числе и в пиковый период водопотребления, рабочие расходы ДМ «Фрегат» могут быть снижены на 20.50 %, а напоры — на 30.35 % [1].

Оптимизация расходов и напоров ДМ «Фрегат» позволит существенно улучшить технические и эксплуатационные параметры оросительных сетей.

Предложения по совершенствованию оросительных систем включают следующее:

• определение оптимальных параметров режима орошения с учетом почвенно-рельефных, физико-географических и реально складывающихся погодных условий;

• совершенствование ДМ «Фрегат» для обеспечения оптимальных параметров режима орошения;

• совершенствование насосной станции в соответствии с изменившимися параметрами во-доподачи.

Первоначальное исследование показало, что для эффективного повышения качества технологического процесса полива ДМ «Фрегат» в условиях нечерноземной зоны необходимы изменение схемы расстановки, состава и частичная замена дождевателей, переоборудование гидропривода тележек, их ходовых систем и сливных устройств. При этом снижаются расход машины и требуемый напор на ее гидранте, что способствует улучшению работы насосной станции.

Последующее исследование показало, что требуемый расход машины для условий центра нечерноземной зоны при двухсменной работе должен составлять около 40 л/с против 68 л/с для существующей модификации.

Снижение расхода машины в 1,7 раза существенным образом скажется на уменьшении средней интенсивности дождя и потерь напора в ее трубопроводе и оросительной сети и, как следствие,

на повышении величины достоковой поливной нормы и коэффициента загрузки.

Коэффициент загрузки рекомендуемой для условий нечерноземной зоны ДМ «Фрегат», полученный расчетным путем, составляет 83 %, а для существующей ее модификации — 50 %.

За основу схемы расстановки дождеобразующих устройств при усовершенствовании машины «Фрегат» взята схема расстановки дождевателей на дождевом поясе для спокойного рельефа и всех типов почв, включающая, из экономических соображений, только низконапорные короткоструйные насадки секторного действия.

С целью обеспечения постоянной средней интенсивности дождя удельный расход вдоль трубопровода ДМ определяется из условия [2]:

п &

Я = П р

где Пм — расход воды, л/с; & — площадь полива кольца шириной Ь = 1,0 м, расположенного на расстоянии от неподвижной опоры, м2; & =2лЯ;Ь, при Ь = 1,0 м & = 2лЯ;, м2; Р — площадь полива за один полный оборот ДМ, м2; Р = п(Ьы + Я)2, м2; Ьм — длина ДМ, м; Я — радиус полива концевого аппарата, м.

При этом расчетный диаметр сопла d дождеобразующего устройства обосновывается согласно выражению [2]:

d = I 4Я

^72^1000’

где я — расход дождеобразующего устройства, л/с; ц — коэффициент расхода сопла; g — ускорение свободного падения, м2/с; к — напор перед соплом, м.

С учетом изложенных условий установлено, что напор на входе в машину при расходе Пм = 40 л/с должен составить около 35 м против 55 м для серийной модификации. При этом напор в концевой части трубопровода Н для обеспечения устойчивой работы дождеобразующих устройств «Фрегата» должен иметь значение около 30 м (40 м для серийной модификации).

Для обеспечения при сниженном напоре на входе в ДМ «Фрегат» устойчивых тяговых и скоростных (цикличности) показателей гидропривода ее тележек необходимо, чтобы развиваемая величина запаса силы тяги была равна искомому показателю для серийной модификации.

Одним из условий этого, как показали теоретические расчеты, является уменьшение малого плеча силового рычага с 290 до 230 мм при сохранении большого плеча 809 мм [3, 4].

Указанное укорочение малого плеча силового рычага соответствующим образом сказывается на увеличении касательной силы тяги, уменьшении хода толкателей—до 131 мм вместо 164 мм, обуслов-

15

ливающее увеличение числа почвозацепов на колесах тележки с 21 до 28, и в конечном счете — на снижении максимальной скорости движения ДМ.

Для уменьшения колееобразования и сопротивления качению ДМ необходимо устранить влияние сливаемой воды из гидропривода ДМ на почву в зоне качения ходовых колес ее тележек. С этой целью было разработано мелкоструйное сливное устройство направленного действия. Вместо одного большого сопла диаметром 13 мм, присущего серийной сливной системе, предлагаемое устройство имеет 31 малое конусное отверстие диаметром 2,6 мм и 3,0 мм, что позволяет пропускать необходимый расход воды [5-8].

Как показывают расчеты, при соотношении максимального напора в сливной системе привода к среднему диаметру сопла предлагаемого устройства, равном 1400 против 215 для серийного его исполнения, дальность выплеска из мелкоструйных отверстий изменяется от 6,5 м в начале процесса до 2,0 м в конце его.

Дальность выплеска сливным устройством от зоны качения тележки ДМ не менее 2,0 м гарантированно позволит уменьшить ее колееобразова-ние и снизить энергетические затраты на передвижение с 4000 до 2000 Н, или на 50 %.

На основании обработки данных экспериментов с помощью программы МаШешаИса 4 получена зависимость радиуса действия Я предлагаемого сливного устройства от отношения Н/d (Н — напор перед соплом; d — диаметр сопла) и угла вылета струи сливной воды в:

Я = 1,68 - 0,0044(Н/^ + 0,Шт 2р.

Максимальная дальность полета сливаемой воды из гидропривода ДМ (около 2,0 м) наблюдается при средних значениях H/d = 1400, диаметре сопла d = 2,0 мм, в = 35°. При этом для серийной ДМ «Фрегат» для обеспечения устойчивых энергетических и скоростных показателей запас силы тяги составляет около 8000 Н (при напоре на последней тележке 38.40 м). При снижении напора в консольной части до 30 м и менее запас усилий в гидроприводе снижается вдвое и скорость ее передвижения (продолжительность хода тягового цилиндра) уменьшается.

Получено регрессионное уравнение зависимости продолжительности рабочего хода г цилиндра гидропривода от коэффициента привода (передаточного отношения) и коэффициента сопротивления движению:

г = -7,1 + 4,05Кпр + 41,85/

Продолжительность рабочего хода цилиндра гидропривода, соответствующая нормативным требованиям и равная 12,0 с (цикличность хода 5,0 цикл/мин), наблюдается при коэффициентах привода Кпр = 3,5 и сопротивления движению / = 0,13 (сила сопротивления движению Р{ = 2000 Н). То есть увеличение передаточного отношения двуплечего рычага гидропривода (повышение его мощности) и исключение слива воды в колею от ходовых систем (уменьшение сопротивления передвижению) позволяют сохранить значения тягово-скоростных показателей малорасходной низконапорной ДМ, присущие ее серийной модификации.

Сравнительная оценка основных характеристик серийной и усовершенствованной дождевальных машин «Фрегат» при работе в условиях нечерноземной зоны РФ, приведенная в таблице, показывает, что применение вышеотмеченных технических решений обеспечивает сохранение для усовершенствованной ДМ необходимых агротехниче-

Качественные показатели полива дождевальных машин при агротехнической оценке

Показатель Марка машины

усовершен- ствованная ДМ-365-40 серийная ДМ-365-68

Количество тележек, шт. 13 13

Длина машины, м 379 379

Общий расход, л/с 39,6 69

Напор, м:

на входе в машину 35 55

в конце машины 30 40

Скорость движения последней тележки, м/мин 0,65 0,82

Минимальное время полного оборота машины

(при пц = 5,0 ц/мин), ч 57,0 46,5

Площадь, орошаемая с одной позиции, га 50,0 50,0

Радиус полива, м 404 404

Интенсивность дождя, мм/мин:

средняя 0,52 0,32

максимальная 1,0 0,51

Слой дождя за проход, мм 17 21

Коэффициент распределения дождя по длине

машины:

эффективного 0,81 0,73

недостаточного 0,06 0,13

избыточного 0,13 0,14

Средний диаметр капель дождя, мм 0,75 1,35

Средняя глубина колеи (после первого про-

хода ДМ), см 9,0 17

Достоковая норма полива, м3/га 310 270

ских и эксплуатационно-технологических показателей.

В целом внедрение усовершенствованной низконапорной ДМ «Фрегат» в условиях нечерноземной зоны позволит, наряду с вышеотмеченным, увеличить также ее сезонную загрузку, снизить во-допотребление, повысить надежность работы оросительной сети и расширить возможности работы на системах из асбестоцементных труб.

Список литературы

1. Рязанцев, А.И. Направление совершенствования оросительных систем с дождевальными машинами «Фрегат» для условий нечерноземной зоны / А.И. Рязанцев, Г.С. Са-вушкин, М.А. Зилотин // Сб. тр. Рязанской ГСХА. — Рязань, 2006. — С. 83-85.

2. Лебедев, Б.М. Дождевальные машины / Б.М. Лебедев. — М.: Машиностроение, 1977.

3. Пат. 86392 РФ, МКИ А0Ш25/09. Многоопорная дождевальная машина кругового действия / Н.Н. Егоров,

А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, А.В. Шереметьев. — Заявл. 30.06.2009; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.

4. Пат. 43727 РФ, МКИ А0Ш25/09. Многоопорная дождевальная машина кругового действия / А.И. Рязанцев,

H.Я. Кириленко, Г.В. Ольгаренко, М.А. Зилотин. — Заявл.

I.10.2004; опубл. 10.02.2005, Бюл. № 4.

5. А.с. 1664193 СССР, МКИ А0Ш25/09. Разбрызгивающее устройство для слива воды из гидропривода дождевальной машины / А.И. Рязанцев, А.Г. Никитин, 1991, Бюл. № 27.

6. А.с. 12500 РФ, МКИ А0Ш25/09. Разбрызгивающее устройство для слива воды / А.И. Рязанцев, А.А. Медяни-ков, 2000.

7. Пат. 54721 РФ, МКИ А0Ш25/09. Разбрызгивающее устройство для слива воды из гидропривода дождевальной машины / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, М.А. Зилотин. — Заявл. 27.04.2008; опубл. 27.07.2008, Бюл. № 21.

8. Пат. 86393 РФ, МКИ А0Ш25/09. Разбрызгивающее устройство для слива воды из гидропривода дождевальной машины / Н.Н. Егоров, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, А.В. Шереметьев. — Заявл. 30.06.2009; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.

УДК 631.372

А.П. Картошкин, доктор техн. наук, профессор С.В. Любимов, доцент

ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАКТОРОВ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА

На территории России представлены различные природно-климатические зоны, каждая из которых имеет метеорологические и почвенные особенности. Для одних зон характерны длительные периоды холодного времени года в условиях снежного покрова, для других — жаркие периоды с каменистыми или песчаными почвами. Для эффективной эксплуатации тракторов в особых условиях необходимо применять дополнительные мероприятия по техническому сервису [1]. Для Северо-Западного региона характерны следующие климатические условия:

• холодное время года с повышенным снежным покровом (Бокситогорский район);

• холодное время года с отсутствием снежного покрова;

• условия повышенной влажности (прибрежные районы);

• зимние перепады температур (от -15 до +5 °С в течение недели) с одновременным повышением влажности (прибрежные и пригородные районы);

• переувлажненные или болотистые почвы (Г ат-чинский и Тихвинский районы);

• частое преодоление водных препятствий (При-озерский и Всеволожский районы);

• лесистая местность (Кингисеппский район);

• условия песчаных почв и сухого климата (При-озерский район);

• каменистые почвы (Лужский район);

• экстремально высокие летние температуры (Лужский и Киришский районы).

Особенно проблемными для Северо-Запада являются зимние перепады температур с одновременным повышением влажности. В холодное время года в тракторных дизелях применяют зимние сорта топлива, однако гигроскопичность зимнего дизельного топлива в сочетании с повышенной влажностью ускоряет процессы накопления в топливе не только растворенной, но и коагулированной воды. Это требует дополнительных мероприятий по устранению обводнения топлива при транспортировании, хранении, заправке и в процессе эксплуатации техники. Также в зимний период эксплуатации тракторов используют всесезонные моторные и трансмиссионные масла. Однако нельзя слепо ориентироваться на надпись «всесезонное». Как правило, масло является всесезонным только для определенной климатической зоны. Например, моторное масло 8АЕ 15W-30 всесезонное, в основном минеральное, для умеренной климатической зоны (темпера-