CC BY
6
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-49 MODERNIZATION OF THE FINELY DISPERSED SPRINKLER NOZZLE FOR PRODUCING ARTIFICIAL RAIN
O.V. Bocharnikova, V.S. Bocharnikov, O.V. Kozinskaya, M.A. Denisova
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 13.05.2022 Submitted 01.09.2022
Summary
A fine sprinkler nozzle is considered - the nozzle design has been upgraded, which will reduce the dynamic effect of drops on the soil.
Abstract
Introduction. Increasing yields and reducing the dynamic impact of droplets on the soil is possible with the use of new or improved means of spraying water. One of the main issues facing manufacturers of sprinkler equipment is to increase its productivity, which contributes to reliable and trouble-free operation and minimize the cost of its production and, in particular, of components such as rain formers. Modernization of the means of spraying water can allow better use of irrigation water in finely dispersed sprinkling. Finely-dispersed sprinkling has a beneficial effect on the growing seasons of agricultural crops, and also helps to reduce irrigation water consumption. Object. The object of study is a finely dispersed sprinkler nozzle. Materials and methods. A constructive modernization of the finely dispersed sprinkler nozzle in the form of the bottom of a deflector made with a bend with a radius of 16 mm is given, while water outlets made in a checkerboard pattern are located on the upper and lower parts of the deflector. Results and conclusions. Using the proposed design of the finely dispersed sprinkler nozzle, an increase in the area of rain spraying is achieved by changing the type of deflector in which the water outlets are located in a checkerboard pattern, which leads to a decrease in the dynamic impact of drops on the soil. The fine rain formed by the nozzle is within the limits of agro-technical requirements when used on light chestnut soils.
Keywords: sprinkler, a finely dispersed sprinkler nozzle, retrofit, rain spray.
Citation. Bocharnikova O.V., Bocharnikov V.S., Kozinskaya O.V., Denisova M.A. Modernization of the finely dispersed sprinkler nozzle for artificial rain. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 3(67). 433-437 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-49.
Author's contribution. All authors of the current research took an inconsistent part in the planning, analysis and implementation of this research. All the authors of the actual article were marked and approved the presented final option.
Conflict of interest. The authors claim no conflict of interest. УДК 631.347
МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ДОЖДЕВАЛЬНОГО НАСАДКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ДОЖДЯ
О. В. Бочарникова, доктор технических наук, профессор В. С. Бочарников, доктор технических наук, профессор О. В. Козинская, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент М. А Денисова, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 13.052022 Дата принятия к печати 01.09.2022
Аннотация. Рассмотрен мелкодисперсный дождевальный насадок - выполнена модернизация конструкции насадка, которая позволит снизить динамическое воздействие капель на почву.
Актуальность. Увеличение урожайности и уменьшение динамического воздействия капель на почву возможно при использовании новых или усовершенствованных средств распыления воды. Одним из основных вопросов, стоящих перед производителями дождевальной техники, является увеличении ее производительности способствующей надежной и бесперебойной работе и ми-
433
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
нимизация затрат на ее производство и в частности на комплектующие составляющие, такие как дождеобразующие устройства. Модернизация средств распыления воды может позволить более качественное использование оросительной воды при мелкодисперсном дождевании. Мелкодисперсное дождевание благоприятно воздействует на вегетационные периоды сельскохозяйственных культур, а также способствует уменьшению расхода оросительной воды. Объект. Объект исследования - мелкодисперсный дождевальный насадок. Материалы и методы. Приведена конструктивная модернизация мелкодисперсного дождевального насадка в виде дна дефлектора выполненного с изгибом радиусом 16 мм, при этом на верхней и нижней части дефлектора расположены водовыпускные отверстия, выполненные в шахматном порядке. Результаты и выводы. Использование в предложенной конструкции мелкодисперсного дождевального насадки позволяет увеличить площади распыления дождя за счет изменения вида дефлектора, в котором водовыпускные отверстия расположены в шахматном порядке, что приводит к снижению динамического воздействия капель на почву. Образуемый насадком мелкодисперсный дождь находится в пределах агротехнических требований при использовании его на светло-каштановых почвах.
Ключевые слова: дождевание, мелкодисперсный дождевальный насадок, модернизация дождевальной техники, распыление дождя.
Цитирование: Бочарникова О. В., Бочарников В. С., Козинская О. В., Денисова М. А. Модернизация мелкодисперсного дождевального насадка для получения искусственного дождя Известия НВ АУК. 2022. 3(67). 433-437. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-03-49.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, анализе и выполнении данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Дождевание как способ полива находит широкое применение как в Российской Федерации, так и за рубежом. Одним из основных вопросов, стоящих перед производителями дождевальной техники, является увеличение ее производительности, способствующей надежной и бесперебойной работе, и минимизация затрат на ее производство, и в частности на комплектующие составляющие, такие как дождеобразующие устройства (дождевальные насадки). Качество создаваемого ими дождя должно приближаться к естественному, а размеры капель струи зависят от скорости их движения и определяются исходя из предположения равенства давления в капле, вызываемого силами поверхностного натяжения и давления потока. Для равномерного увлажнения почвенного покрова нужно, чтобы отношение расхода дождевального аппарата к площади захвата было как можно меньше. На этот показатель влияет размер капель искусственного дождя, которые, падая на почву, уплотняют ее, а крупные капли разрушают агрегаты почвы и способны повреждать растения. В связи с этим нами была определена цель исследования, которая направлена на усовершенствование конструкции мелкодисперсного дождевателя для повышения эксплуатационной надежности, упрощения техобслуживания и повышения качества создаваемого дождя.
Материалы и методы. Насадки широко используются в технике. Существует множество различных насадков для разного типа дождевальных машин. Коноидальные насадки обладают высокими значениями коэффициентов скорости и расхода (0,97). Задачей данного исследования является разработка нового отечественного оборудования для оросительной техники способствующего снижению динамического воздействия капель на почву и увеличению площади распыления дождя. Известен насадок мелкодисперсный, состоящий из водоподводящего патрубка с полым корпусом и отверстиями, который переходит в дефлектор, выполненный в виде конфузора с водовыпускными отверстиями, при этом отверстия выполнены в нижней части конфузора до горизон-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
тальной диаметральной плоскости, а во внутренней полости конфузора установлен винтовой направитель потока, зафиксированный во внутренней полости конфузора упорной шайбой. Дефлектор закреплен с помощью резьбы на подводящем патрубке, резьба выполнена на втулке, приваренной к конфузору, конфузор в зависимости от необходимого расхода выполнен сменным рисунок 1.
Рисунок 1 - Мелкодисперсный дождевальный насадок: 1 - подводящий патрубок, 2 - резьба, 3 - втулка, 4 - сварка, 5 - конфузор, 6 - водовыпускные отверстия, 7 - упорной шайбой, 8 - винтовой направитель потока
Figure 1 - Fine sprinkler nozzle: 1 - inlet pipe, 2 - thread, 3 - sleeve, 4 - welding, 5 - confuser, 6 - water outlets, 7 - thrust washer, 8 - screw flow guide
Рисунок 2 - Модернизированный мелкодисперсный насадок: 1 - подводящий патрубок, 2 - резьба, 3 - втулка, 4 - сварка, 5 - дефлектор с изгибом дна радиусом 16 мм, 6 - водовыпускные отверстия, 7 - упорной шайбой, 8 - винтовой направитель потока
Figure 2 - Upgraded fine-dispersed nozzle: 1 - inlet pipe, 2 - thread, 3 - sleeve, 4 - welding, 5 - deflector with a bend of the bottom with a radius of 16 mm, 6 - water outlets, 7 - thrust washer, 8 - screw flow guide
Данная конструкция предполагает повышение надёжности конструкции, равномерного распыления дождя и упрощенности конструкции. Недостатком данной конструкции является не большая площадь распыления искусственного дождя, а также увеличено динамическое воздействие капель на почву.
з
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Модернизация конструктивных элементов дождевального насадка заключается в том, что дно дефлектора выполнено с изгибом радиусом 16 мм, при этом на верхней и нижней части дефлектора расположены водовыпускные отверстия, выполненные в шахматном порядке рисунок 2.
Результаты и обсуждение. Модернизированная конструкция мелкодисперсного дождевального насадка работает следующим образом: вода из напорного трубопровода подается в подводящий патрубок и направляется в дефлектор, в результате чего образуемая струя лучше распадается на капли. При прохождении потока воды через винтовой направитель водяная струя приобретает ускорение, при котором возникают центробежные силы, пропорциональные радиусу вращения. Центробежные силы будут отбрасывать воду к периферии дефлектора и через отверстия распределять жидкость мелкодисперсно по поверхности орошаемого поля. Использование дефлектора, дно которого выполнено с изгибом радиусом 16 мм, с винтовым направителем потока обеспечивает получение мелкодисперсного дождевания, а размещение водовыпускных отверстий в шахматном порядке на верхней и нижней части дефлектора увеличивает площадь распыления дождя, что снижает динамическое воздействие капель на почву.
Струя в процессе полета разрушается на капли, диаметр которых зависит от начального диаметра струи и типа рассекателя. При распаде струи образуются группы капель различной крупности.
Исследование изменения диаметра капель, создаваемого насадкой вдоль радиуса полива в зависимости от давления, представлено на рисунке 3.
Рисунок 3 - Зависимость радиуса полива струи от давления Figure 3 - Dependence of the jet irrigation radius on pressure
Испытания дождевальной насадки показали, что при снижении давления 0,15 МПа диаметр образующихся капель дождя увеличивается вдоль радиуса полива с 1,4 мм до 1,52 мм, средняя интенсивность дождя исследуемого насадка - 0,65 мм/мин. Как диаметр капель искусственного дождя, так и средняя интенсивность находятся в пределах, соответствующих требованиям, предъявляемым к дождевальным аппаратам.
Выводы. Таким образом, используя предложенную конструкцию мелкодисперсного дождевального насадка, достигаем увеличения площади распыления дождя за счет изменения вида дефлектора, в котором водовыпускные отверстия расположены в
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
шахматном порядке, что приводит к снижению динамического воздействия капель на почву. Образуемый насадком мелкодисперсный дождь находится в пределах агротехнических требований при использовании его на светло-каштановых почвах.
Библиографический список
1. Влияние гидравлических параметров на качество орошения / Н. В. Кузнецова, Ю. В. Кузнецов, О. В. Козинская, М. А. Денисова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 2 (58). С. 73-83.
2. Исследования гидравлических характеристик дождевальной машины кругового действия / В. С. Бочарников, О. В. Козинская, М. А. Денисова, О. В. Бочарникова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 2 (58). С. 319-327.
3. Повышение эффективности комбинированных способов орошения / А. С. Овчинников, М. Ю. Храбров, Н. Г. Колесова, С. В. Бородычев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 1 (53). С. 231-241.
4. Слабунов В. В., Слабунова А. В., Куприянов А. А. Исследования характеристик де-флекторных насадок кругового типа // Мелиорация и водное хозяйство. 2020. № 4. С. 29-34.
5. Bochamikova O. V., Denisova M. A., Bochamikov V. S. Technology of preparation of natural waters for irrigation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. P. 012033.
6. Characterization and simulation of a low-pressure rotator spray plate sprinkler used in center pivot irrigation systems / C. O. R. Rovelo, N. Z. Ruiz, J. B. Tolosa, J. R. F. Félix, B. Latorre. 2019. No 11 (8). P. 1684.
7. Effect of the structure of artificial rain on the soil / V. S. Bocharnikov, O. V. Kozinskaya, M. A. Denisova, O. V. Bocharnikova, T. V. Repenko, E. V. Pustovalov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. P. 012008.
8. Research and optimization of hydraulic characteristics of large-scale variable sprinkler irrigation machine based on PWM technology / J. Mo, X. Huang, W. Li, Y. Li // Nongye Gongcheng Xuebao/Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2020. № 36 (19). P. 76-85.
9. Technology for preparation of contaminated water from poultry farms for irrigation / V. S. Bocharnikov, O. V. Kozinskaya, M. A. Denisova, O. V. Bocharnikova // IOP Conference Series: Earth and Environmental. 2020. P. 012034.
10. Yurchenko I. F. Development of innovative management systems for agricultural production on reclamed lands // Business. Education. Right. 2020. No 1 (50). P. 42-49.
11. Zverkov M., Olgarenko G. stimating raindrops sizes for research of irrigation equipmenln-ternational // Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2020. No 3.1. P. 107-112.
Информация об авторе
Бочарникова Олеся Владимировна, профессор кафедры «Прикладная геодезия, природообу-стройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский аграрный университет» (40002, Россия, Волгоград, проспект Университетский, 26) доктор технических наук, профессор, тел. 8 (8442)41-17-84 mail: olesya.bocharnikova@mail.ru
Бочарников Виктор Сергеевич, профессор кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский аграрный университет» (40002, Россия, Волгоград, проспект Университетский, 26) доктор технических наук, профессор, тел. 8 (8442)41-17-84 mail: bocharnikov_vs@mail.ru.
Денисова Мария Алексеевна, доцент кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский аграрный университет» (40002, Россия, Волгоград, проспект Университетский, 26) кандидат технических наук, тел. 8 (8442)41-81-53 mail: masha2008-1988@mail.ru.
Козинская Ольга Владимировна, доцент кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский аграрный университет» (40002, Россия, Волгоград, проспект Университетский, 26) кандидат технических наук, тел. 8 (8442)41-81-53 mail: kozinska1977@mail.ru.
