Научная статья на тему 'НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВВОДА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ ТРУБОПРОВОДЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ УДОБРИТЕЛЬНЫХ ПОЛИВАХ'

НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВВОДА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ ТРУБОПРОВОДЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ УДОБРИТЕЛЬНЫХ ПОЛИВАХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
13
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ / ВСАСЫВАЮЩИЕ ТРУБОПРОВОДЫ / СМЕСИТЕЛЬ / ЖИВОТНОВОДЧЕСКИЕ СТОКИ / ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / ТРУБОПРОВОДНАЯ СЕТЬ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Маклаков Дмитрий Валерьевич, Рудаков Владимир Александрович, Уржумова Юлия Сергеевна, Тарасьянц Сергей Андреевич

Цель: определение возможной степени смешения животноводческих стоков и воды для различных гидравлических параметров элементов установленного оборудования и трубопроводной сети. Материалы и методы. Исследования проведены на насосной станции оросительной системы ООО «Рассвет» Куйбышевского района Ростовской области. Показаны на схемах насосные станции с положительной и отрицательной высотой всасывания для возможности универсального использования полученных параметров независимо от отметок воды как в водоисточнике, так и в водовыпуске. При проведении натурных исследований использовалась теория планирования эксперимента. Назначены общие, максимально возможные геометрические и гидравлические параметры сети струйного смесителя удобрений и воды для центробежных насосов. Результаты. При анализе выведенных экспериментальным путем уравнений получены зависимости, влияющие на гидравлический процесс введения животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосной станции. При росте уровня воды в водоисточнике от минус 1,5 до плюс 0,5 м; уровня навозохранилища от 0,5 до 10,0 м и напора смесителя от 0 до 8,0 м коэффициент смешения увеличивается соответственно от 1,0 до 3,0, исходя из приведенных параметров вычисляется коэффициент смешивания и соответственно величина питательных веществ в поливной смеси. Выводы: проведенные исследования позволяют установить необходимый коэффициент смешивания животноводческих стоков и воды при вводе смеси во всасывающий трубопровод насосной станции, провести расчет как одноразовой, так и годовой подачи питательных веществ при удобрительном орошении животноводческими стоками на планируемый урожай.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Маклаков Дмитрий Валерьевич, Рудаков Владимир Александрович, Уржумова Юлия Сергеевна, Тарасьянц Сергей Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FULL-SCALE EXPERIMENTAL STUDIES OF THE PROCESS OF INTRODUCING LIVESTOCK EFFLUENTS INTO THE SUCTION PIPELINES OF PUMPING STATIONS FOR FERTILIZING IRRIGATION

Purpose: to determine the possible degree of mixing livestock effluents and water for various hydraulic parameters of elements of installed equipment and pipeline network. Materials and methods. The research was carried out at the pumping station of the irrigation system of “Rassvet” LLC of Kuibyshev district Rostov region. The diagrams show pumping stations with positive and negative suction heads for the possibility of universal use of the obtained parameters regardless of the water marks in both the water source and the outlet. When conducting full-scale studies, the theory of experiment planning was used. The general, maximum possible geometric and hydraulic parameters of the fertilizer and water jet mixer network for centrifugal pumps are assigned. Results. When analyzing the equations obtained experimentally, the dependences affecting the hydraulic process of introducing livestock effluents into the suction pipelines of the pumping station are obtained. With an increase in the water level in the water source from minus 1.5 to plus 0.5 m; the manure storage level from 0.5 to 10.0 m and the mixer head from 0 to 8.0 m, the mixing coefficient increases from 1.0 to 3.0, respectively; the mixing coefficient and accordingly, the amount of nutrients in the irrigation mixture is calculated based on the above parameters. Conclusions: the conducted studies make it possible to determine the necessary mixing coefficient of livestock effluents and water when introducing the mixture into the suction pipeline of the pumping station, to calculate both the one-time and annual supply of nutrients during fertilizing irrigation with livestock effluents for the expected yield.

Текст научной работы на тему «НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВВОДА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ ТРУБОПРОВОДЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ УДОБРИТЕЛЬНЫХ ПОЛИВАХ»

МЕЛИОРАЦИЯ, ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО И АГРОФИЗИКА

Научная статья УДК 631.624:631.862

doi: 10.31774/2712-9357-2023-13-3-154-170

Натурные экспериментальные исследования процесса ввода животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосных станций при удобрительных поливах

Дмитрий Валерьевич Маклаков1, Владимир Александрович Рудаков2, Юлия Сергеевна Уржумова3, Сергей Андреевич Тарасьянц4

1 г, 3 4Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова -филиал Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация

1dmitriy_maklakov98@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-9168-3799 2vladimirrudakov880@gmail.com, https://orcid.org/0009-0005-6989-7906 3urzhumovay@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-5602-6523 4starasyancz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0076-6850

Аннотация. Цель: определение возможной степени смешения животноводческих стоков и воды для различных гидравлических параметров элементов установленного оборудования и трубопроводной сети. Материалы и методы. Исследования проведены на насосной станции оросительной системы ООО «Рассвет» Куйбышевского района Ростовской области. Показаны на схемах насосные станции с положительной и отрицательной высотой всасывания для возможности универсального использования полученных параметров независимо от отметок воды как в водоисточнике, так и в во-довыпуске. При проведении натурных исследований использовалась теория планирования эксперимента. Назначены общие, максимально возможные геометрические и гидравлические параметры сети струйного смесителя удобрений и воды для центробежных насосов. Результаты. При анализе выведенных экспериментальным путем уравнений получены зависимости, влияющие на гидравлический процесс введения животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосной станции. При росте уровня воды в водоисточнике от минус 1,5 до плюс 0,5 м; уровня навозохранилища от 0,5 до 10,0 м и напора смесителя от 0 до 8,0 м коэффициент смешения увеличивается соответственно от 1,0 до 3,0, исходя из приведенных параметров вычисляется коэффициент смешивания и соответственно величина питательных веществ в поливной смеси. Выводы: проведенные исследования позволяют установить необходимый коэффициент смешивания животноводческих стоков и воды при вводе смеси во всасывающий трубопровод насосной станции, провести расчет как одноразовой, так и годовой подачи питательных веществ при удобрительном орошении животноводческими стоками на планируемый урожай.

Ключевые слова: насосная станция, всасывающие трубопроводы, смеситель, животноводческие стоки, гидравлические параметры, трубопроводная сеть

Для цитирования: Натурные экспериментальные исследования процесса ввода животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосных станций при удобрительных поливах / Д. В. Маклаков, В. А. Рудаков, Ю. С. Уржумова, С. А. Тарасьянц // Мелиорация и гидротехника. 2023. Т. 13, № 3. С. 154-170. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-154-170.

© Маклаков Д. В., Рудаков В. А., Уржумова Ю. С., Тарасьянц С. А., 2023

©0J)

LAND RECLAMATION, WATER MANAGEMENT AND AGROPHYSICS Original article

Full-scale experimental studies of the process of introducing livestock effluents into the suction pipelines of pumping stations for fertilizing irrigation

Dmitriy V. Maklakov1, Vladimir А. Rudakov2, Yulia S. Urzhumova3, Sergey A. Tarasyants4

1 2 3 4Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute - branch of the Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation 1dmitriy_maklakov98@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-9168-3799 2vladimirrudakov880@gmail.com, https://orcid.org/0009-0005-6989-7906 3urzhumovay@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-5602-6523 4starasyancz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0076-6850

Abstract. Purpose: to determine the possible degree of mixing livestock effluents and water for various hydraulic parameters of elements of installed equipment and pipeline network. Materials and methods. The research was carried out at the pumping station of the irrigation system of "Rassvet" LLC of Kuibyshev district Rostov region. The diagrams show pumping stations with positive and negative suction heads for the possibility of universal use of the obtained parameters regardless of the water marks in both the water source and the outlet. When conducting full-scale studies, the theory of experiment planning was used. The general, maximum possible geometric and hydraulic parameters of the fertilizer and water jet mixer network for centrifugal pumps are assigned. Results. When analyzing the equations obtained experimentally, the dependences affecting the hydraulic process of introducing livestock effluents into the suction pipelines of the pumping station are obtained. With an increase in the water level in the water source from minus 1.5 to plus 0.5 m; the manure storage level from 0.5 to 10.0 m and the mixer head from 0 to 8.0 m, the mixing coefficient increases from 1.0 to 3.0, respectively; the mixing coefficient and accordingly, the amount of nutrients in the irrigation mixture is calculated based on the above parameters. Conclusions: the conducted studies make it possible to determine the necessary mixing coefficient of livestock effluents and water when introducing the mixture into the suction pipeline of the pumping station, to calculate both the one-time and annual supply of nutrients during fertilizing irrigation with livestock effluents for the expected yield.

Keywords: pumping station, suction pipelines, mixer, livestock effluents, hydraulic parameters, pipeline network

For citation: Maklakov D. V., Rudakov V. A., Urzhumova Yu. S., Tarasyants S. A. Full-scale experimental studies of the process of introducing livestock effluents into the suction pipelines of pumping stations for fertilizing irrigation. Land Reclamation and Hydraulic Engineering. 2023;13(3):154-170. (In Russ.). https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-3-154-170.

Введение. Известно, что животноводческие стоки являются ценными органическими удобрениями, накапливаемыми тысячами тонн в действующих животноводческих комплексах в РФ, странах СНГ, дальнем зарубежье. Стоки вносятся на поля различными видами мобильных разбрызгивателей в осенне-зимний период. В случае необходимости удобрительных поливов в вегетационный период, как правило, используются растворимые минеральные удобрения, разбавленные водой в необходимых про-

порциях, вносимые имеющимися в хозяйстве системами полива - капельными, дождеванием, по бороздам и др. [1-4].

Внесение животноводческих стоков в вегетационный период практически не применяется с использованием разработанных оптимальных технологических схем. В некоторых случаях применяется вытяжка, но способ такого вида дорогой, используется на ограниченных площадях и в закрытом грунте для капельного орошения [5-7].

В настоящей работе предлагается технологическая схема введения животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосной станции для удобрительных поливов сельскохозяйственных культур в вегетационный период в открытом грунте. Проведены экспериментальные исследования с целью определения степени смешения животноводческих стоков с водой для различных гидравлических параметров элементов установленного оборудования и трубопроводной сети [8].

Материалы и методы. Натурные исследования проводились на насосной станции оросительной системы ООО «Рассвет» Куйбышевского района Ростовской области (рисунок 1).

Схемы ввода животноводческих стоков при положительной (а) и отрицательной (б) высоте всасывания гидромеханического оборудования насосной станции показаны на рисунках 2а, 2б. Для реализации поставленной цели действующая насосная станция оборудовалась струйным смесителем 2 [8], напорный трубопровод 6 которого врезан во всасывающий трубопровод 4 основного центробежного насоса 1, ввод животноводческих стоков во всасывающий трубопровод струйного смесителя осуществлялся по трубопроводу 7, рабочий поток под давлением подавался по линии рециркуляции 20. В качестве водоисточника использовалась р. Миус, емкость с реагентами 8 (см. рисунок 3) с объемом 1 м3. Отметки водоисточника 3, емкости с реагентами 8, другие гидравлические параметры сети регулировались задвижками 15-19. Контроль параметров осуществляется манометрами 9-14.

Рисунок 1 - Всасывающие трубопроводы насосной станции ООО «Рассвет» Куйбышевского района Ростовской области с установленным струйным смесителем и трубопроводами подвода животноводческих стоков. Общий вид (фото Ю. С. Уржумовой)

Figure 1 - Suction pipelines of the pumping station "Rassvet" LLC in Kuibyshev district Rostov region with an installed jet mixer and pipelines for supplying livestock effluents. General view (photo by Yu. S. Urzhumova)

and d

R

e c

о n

and d

H

y d

CD л

и о р а ц и я

и

a д u р

1 о

о E

n

gi n

e e

ri n

g

н е

х н и к

а.

2 0

2 3

ю Н 0.

21

. 3,

l. 3.

,3 С.

n 1 o5

. 4

.3 -1

P7 . 0.

5 4

-1 7

0

а) насосная станция с положительной высотой всасывания a) pumping station with positive suction head

б) насосная станция с отрицательной высотой всасывания b) pumping station with negative suction head

1 - основной центробежный насос; 2 - струйный смеситель; 3 - водоисточник (р. Миус, Ростовская область); 4 - всасывающий трубопровод основного насоса; 5 - напорный трубопровод основного насоса; 6 - напорный трубопровод струйного смесителя; 7 - всасывающий трубопровод струйного смесителя; 8 - навозохранилище; 9-14 - манометры; 15-19 - задвижки; 20 - трубопровод рабочего потока

1 - main centrifugal pump; 2 - jet mixer; 3 - water source (Mius river, Rostov region); 4 - suction pipeline of the main pump; 5 - pressure pipeline of the main pump; 6 - pressure pipeline of the jet mixer; 7 - suction pipeline of the jet mixer; 8 - manure storage; 9-14 - manometers; 15-19 - valves; 20 - working flow pipeline

Рисунок 2 - Схема ввода животноводческих стоков с помощью струйного смесителя во всасывающий трубопровод центробежного насоса с положительной (а) и отрицательной (б) высотой всасывания Figure 2 - Scheme of introducing livestock effluents into the suction pipeline of a centrifugal pump with positive (a) and negative (b) suction head using a jet mixer

Рисунок 3 - Емкости с реагентами ( V = 1 м3).

Общий вид (фото Ю. С. Уржумовой) Figure 3 - Storage tanks with reagents (V = 1 m3).

General view (photo by Yu. S. Urzhumova)

При проведении натурных исследований использовалась теория планирования эксперимента, назначены общие, максимально возможные для центробежных насосов геометрические и гидравлические параметры сети струйного смесителя (исходные данные приведены в таблице 1).

Таблица 1 - Исходные данные для сети и смесителя, максимально возможные для транспортировки животноводческих стоков центробежными насосами с одним рабочим колесом

Table 1 - Initial data for the network and the mixer, the maximum possible for the transport of livestock effluents with centrifugal pumps

with one impeller

Наименование параметра Единица измерения Величина Расчетные данные

1 2 3 4

Насос К 90/85: - напор - подача м м3/с 90 0,025 Напорно-расходная характеристика К 90/85 [9]

Отметки (относительно оси насоса 0,00) водоисточника м 0,0-5,0 Приняты максимально возможные

Емкости со стоками м 0,0-15,0

Длина всасывающего трубопровода смесителя (min, max) м 20-5000 Принята

Длина напорного трубопровода смесителя м 20,0 Принята

Продолжение таблицы 1 Table 1 continued

1 2 3 4

Скорость в трубопроводах центробежного насоса и смесителя: - напорном - всасывающем м/с м/с 2,2 1,4 Справочник по гидравлическим расчетам[10]

Геометрическая характеристика т смесителя (т - отношение площади поперечного сечения камеры смешения смесителя к площади поперечного сечения сопла) б/р (безразмерная величина) 5,0 Кольцевой двухповерх-ностной [4]

Коэффициенты гидравлических сопротивлений элементов смесителя: - сопла (Со) - диффузора (Сд) - камеры смешения (Сс) б/р 0,10 0,25 0,05 [9]

Рабочий напор струйного смесителя Нр м 80 Напорно-расходная характеристика К 90/85 [9]

Коэффициент гидравлического сопротивления трубопроводов б/р 0,02 Справочник по гидравлическим расчетам[10]

Измеряемые и определяемые величины

При проведении исследований гидравлические параметры в трубопроводах определялись (рисунок 4):

- напор струйного смесителя 2 (Нг) - манометром 9 (см. рисунок 2);

- напор во всасывающем трубопроводе 4 центробежного насоса 1 (Но) -манометром 10;

- напор во всасывающем трубопроводе 7 струйного смесителя 2 (Нвс) -манометром 11;

- напор рабочего потока в трубопроводе 20 струйного смесителя 2 -манометром 13 (Нр);

- напор центробежного насоса 5 (Нц) перед задвижкой 19 - манометром 12;

- напор в напорном трубопроводе 5 центробежного насоса 1 (после задвижки 19) (Н ) - манометром 14.

Рисунок 4 - Манометр в системе подачи смеси животноводческих стоков и воды. Общий вид (фото С. А. Тарасьянца)

Figure 4 - Manometer in the system of supplying a mixture of livestock effluents and water. General view (photo by S. A. Tarasyants)

Расходы (определялись с использованием манометров):

- во всасывающем трубопроводе 4 (до входа трубопровода) центробежного насоса 1 (Qu) - по манометру 12 и напорно-расходной характеристике центробежного насоса К 90/85;

- рабочего потока напорного трубопровода струйного смесителя (Qo) -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

по скорости потока V0 в сопле: V0 = ф^2gHц ; Q = V • ю0 (где ю0 - площадь поперечного сечения выходного отверстия сопла);

- центробежного насоса в трубопроводе 5 Q (после задвижки 19) -как разница расходов Q - Q = Q;

- всасывающего трубопровода 7 струйного смесителя 2: Q = Q • а0 (а0 - коэффициент эжекции струйного смесителя по суммарному расходу

02);

- напорного трубопровода 6 струйного смесителя 2: Q = Q + Q. По напорам и расходам в сети для возможных проектных вариантов

существующих эксплуатируемых насосных станций определяется величи-

на коэффициента эжекции (степень смешения) струйного смесителя

ао = QJQo.

Результаты и обсуждение. Для реализации поставленной цели при проведении экспериментальных исследований использовалась теория планирования эксперимента [11], где в качестве факторов принимались:

- отметки поверхности воды в водоисточнике Ув (Х\) = 0...5 м;

- отметки поверхности животноводческих стоков Уж (Х2) = 0... 15 м;

- отметки оси смесителя Ус (Х3) = 1...2 м;

- длина навозопровода L (Х4) = 20...5000 м;

- напор в сети Нс (Х5) = 6... 10 м (перед всасывающим патрубком смесителя);

- напор струйного смесителя Нг (Х6) = 1...20 м.

В качестве критерия принимается а0 - коэффициент смешения воды с животноводческими стоками.

Для первоначальной оценки каждого из вышеперечисленных факторов проведена первая группа опытов. Условия кодирования показаны в таблице 2, матрица и результаты в таблице 3.

Таблица 2 - Принятые интервалы факторов Table 2 - Accepted intervals of factors

Обозначение фактора Код Основной уровень, м Интервал Нижний Верхний

Ув (отметка водоисточника) Х1, м (0) 3 1 (-) 2 (+) 4

Уж (отметка навозохранилища) Х2, м (0) 10 5 (-) 5 (+) 15

Ус (отметка смесителя) Хэ, м (0) 1,5 0,5 (-) 1,0 (+) 2,0

Ьн (длина навозопровода) Х4, м (0) 2000 1500 (-) 500 (+) 2000

Нс (напор в сети) Х5, м (0) -1,0 5,0 (-) 4,0 (+) 4,0

Нг (напор смесителя) Хб, м (0) 8,0 7,0 (-) 1,0 (+) 15,0

Таблица 3 - Матрица и результаты первой группы опытов Table 3 - Matrix and results of the first group of experiments

№ опыта Х1 (Ув) Х2 (Уж) Х3 (Ус) Х4 (Ln) Х5 (Нс) Хб (Нг) Результат, ао = Ql/ Q0

1 2 3 4 5 6 7 8

1 - - - - - - 2,41

2 + + + - + - 1,82

Продолжение таблицы 3 Table 3 continued

1 2 3 4 5 6 7 8

3 + + - + - + 0,90

4 - - + + + - 2,22

5 + - - - + + 0,70

6 - + + - - + 1,64

7 - + - + + - 2,0

8 + - + + - - 1,90

9 + + - - - - 1,88

10 - - + - + - 1,70

11 - - - + - + 1,2

12 + + + + + - 1,64

13 + - + - - + 0,64

14 + - - + + - 1,50

15 - + + + - - 1,46

16 - + - - + + 0,80

17 0 0 0 0 0 0 1,70

Отметки приняты относительно оси центробежного насоса. По результатам опытов, используя уравнение общего вида:

«0 = ь ± ЬХ ± Ь2Х2 ± ЪъХъ ± Ь4Х4 ± Ь5Х5 ± Ь6Х6,

где У «о - сумма результата, отнесенная к количеству опытов, N = 16;

У1 «

Ь0 0 - свободный член;

b Х'а° - коэффициент при факторах,

составили зависимость с фактическими величинами:

а0 = 1,94 - 3,15Х1 - 1,29Х2 + 0,93Х3 + 0,54Х4 + 1,05Х5 - 8,31Х6. Влияние каждого фактора оценивается значением и величиной удвоенного коэффициента регрессии (таблица 4). Таблица 4 - Степень влияния факторов на критерий а0 Table 4 - Effects of influence quantity on the criterion а0

Фактор Х1 (Ув) Х2 (Уж) Хэ (Ус) Х4 (Ьн) Х5 (Нс) Х6 (Нг)

Степень влияния, % 20,6 8,45 6,09 3,47 6,88 54,45

По данным таблицы 4 построена кривая степени влияния факторов на коэффициент смешения а0 (рисунок 5).

Рисунок 5 - Кривая степени влияния факторов на коэффициент смешения

Figure 5 - The curve of effects of influence quantity on mixing ratio

Анализ данных таблицы 4 и рисунка 6 показывает, что наибольшее влияние на коэффициент смешения смесителя а0 оказывает напор струйного аппарата Нг = 54,45 %, наименьшее влияние - длина навозопровода Ln = 3,47 %.

При дальнейших исследованиях и выводе окончательного уравнения для определения коэффициента смешения животноводческих стоков с водой проведена вторая группа опытов с наиболее значимыми факторами Хб (Нг) = 54,45 %, Х1 (Ув) = 20,6 % и Х2 (Уж) = 8,45 % с измененными интервалами (таблица 5) и стабилизированными факторами Х3 (Ус), Х4 (Ln), Х5 (Нс) на уровнях соответственно 1,5 м, 2000 м, +4 м, которые согласуются с фактическими значениями в хозяйстве. Матрица планирования приведена в таблице 6.

Таблица 5 - Кодирование переменных во второй группе опытов Table 5 - Coding of variables in the second group of experiments

Фактор Код Основной уровень Интервал Нижний Верхний

Ув (отметка водоисточника) Х1 (0) -1 4,0 -3 +1

Уж (отметка навозохранилища) Х2 +5,0 5,0 0 +10

Нг (напор смесителя) Х6 5,0 5,0 0,0 +10,0

Таблица 6 - Матрица и результаты второй группы опытов Table 6 - Matrix and results of the second group of experiments

№ опыта Отметка водоисточника Ув (Х1) Отметка навозохранилища Уж (Х2) Напор смесителя Н (Хб) Величина фактора, м Критерий а0

Ув (Х1) Уж (Х2) Яг (Хб)

1 + + 0 +1,0 +10,0 +5,0 1,64

2 + - 0 +1,0 0,0 +5,0 1,70

3 - + 0 -3,0 +10,0 +5,0 1,84

4 - - 0 -3,0 0,0 +5,0 1,60

5 + 0 + +1,0 +5,0 +10,0 1,20

6 + 0 - +1,0 +5,0 0,0 2,41

7 - 0 + -3,0 +5,0 +10,0 1,15

8 - 0 - -3,0 +5,0 0,0 2,80

9 0 + + -1,0 +10,0 +10,0 1,10

10 0 + - -1,0 +10,0 0,0 2,66

Обработка результатов для вывода уравнения

Е(+) = 6,95 Е(+) = 7,24 Е(+) = 3,45 10а0 = 14,34 22а0 = 10,54 33а0 = 11,31 SO> = 18,1

Е(-) = 5,79 Е(-) = 3,3 м Е(-) = 7,87 12а0 = -0,3 13 а0 = -0,45 23а0 = -1,56

10а0 = +1,6 20а0 = +3,44 30а0 = -4,42

Ь0 = Р2 + Рз , где Р2 = 5/9 а0 , Рз = I3 X 11а0 " V3 а0 , Ь0 = Р2 + Рз = 2,60

11а0 22а0 33а0 Р3 = V3 Х11а0 - V3 а0 = 4,78 - 6,0 = -1,22 -13 • 14,34+13 • 18,01 =

14,34 10,54 11,31 Р 4 = -0,10417 • 1,1а0 = -1,49

ЬУ2 = 1/4 • 11а0 + Р3 = 14 • 14,34 - 1,22 = 2,30

ЬУЖ = 1/4 • 22а0 + Р3 = = 14 • 10,54 - 1,22 = 1,41

ьнг2 = 14•33а0 + Р3 = 14 • 11,31 - 1,22 = 1,60

С учетом вышеизложенного зависимость коэффициента смешения от факторов в натуральных величинах выглядит следующим образом: а0 = 2,60 + 1,16Ув + 3,4Уж - 4,42Нг - 0,3Ув • Уж - 0,45УвНг - 1,56УжНг +

+ 2,30У2 + 1,41У2 + 1,60ЯГ2. (1)

Анализ уравнения (1) с учетом стабилизированных факторов (Ус), Х4 (¿н), Х5 (Нс) на уровнях соответственно 1,5 м, 2000 м и +4 м дает возможность назначения всех шести факторов, влияющих на коэффициент

смешения воды с животноводческими стоками, в обозначенных в таблицах

2, 5 интервалах варьирования.

Сравнение опытных и расчетных данных приведено в таблице 7.

Таблица 7 - Сравнение опытных данных с расчетными Table 7 - Comparison of experimental data with calculated ones

№ опыта Величина фактора Ув та, Уж та Нг (Х6)

Назначенный, м Полученный в опыте критерий а0 Рассчитанный по зависимости (1) Отклонения опытные минус расчетные

+Д %

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1 +1,0; 10,0; +5,0 1,64 1,75 -0,11 -6,7

2 +1,0; 0,00; +5,0 1,70 1,59 0,11 6,5

3 -3,0; +10,0; +5,0 1,84 1,76 0,08 4,3

4 -3,0; +10,0; +5,0 1,60 1,75 -0,15 -9,4

5 +1,0; +5,0; +10,0 1,20 1,11 0,09 7,5

6 +1,0; +5,0; 0,0 2,41 2,30 0,11 4,6

7 -3,0; +5,0; +10,0 1,15 1,23 -0,08 -7,0

8 -3,0; +5,0; 0,0 2,80 2,64 0,16 5,7

9 -1,0; +10,0; +10,0 1,10 1,14 -0,04 -3,6

10 -1,0; +10,0; 0,0 2,66 2,84 -0,18 -6,8

Анализ данных таблицы 7 показывает оценку полученного уравнения (1) при использовании всех возможных факторов, влияющих на гидравлический процесс введения животноводческих стоков во всасывающие трубопроводы насосных станций при удобрительных поливах. Максимальное отличие полученных опытным путем значений коэффициента эжекции смесителя а0 от рассчитанного по уравнению (1) составляет ~ 6 % (1,70 против 1,59, опыт 2), что практически указывает на допустимую ошибку опыта.

Кроме того, оценка влияния каждого фактора на коэффициент а0

показана на рисунке 6.

Из данных рисунка 6 видно, что при увеличении уровня воды в водоисточнике от минус 1,5 до плюс 0,5 м, уровня навозохранилища от 0,5 до 10,0 м и напора смесителя от 0 до 8,0 м коэффициент эжекции повышается соответственно от 1,0 до 3,0, исходя из данных параметров вычисля-

ется коэффициент смешивания и соответственно показатель питательных веществ в поливной смеси [12].

1,5 2 2,5 3

Рисунок 6 - Зависимость факторов Ув (Х1), Уж (Х2), Нг (Х6)

от коэффициента а0

Figure 6 - Dependence of factors Ув (X1), Уж (X2), Hr (XO

on the coefficient а0

Выводы. Проведенные экспериментальные исследования позволяют: установить необходимый коэффициент смешивания животноводческих стоков и воды при вводе смеси во всасывающий трубопровод насосной станции; определить допустимые гидравлические параметры - отметки поверхности воды в водоисточнике Ув, отметку поверхности животноводческих стоков Уж, отметку оси смесителя Ус, напор струйного смесителя Яг, длину навозопровода LH, напор в сети Нс; провести расчет как одноразовой Q.K, так и годовой Qms нормы подачи питательных веществ на планируемую урожайность при удобрительном орошении животноводческими стоками.

Список источников

1. Бондаренко Е. В., Подольская Е. Е., Таркивский В. Е. Современные машины для поверхностного внесения твердых минеральных удобрений // Агрофорум. 2022. № 1. С. 60-63. DOI: 10.24412/cl-34984-2022-1 -60-63.

2. Токарев И. В., Куваев А. Н. Анализ технических средств для внутрипочвенно-го внесения гранулированных минеральных удобрений // Молодой ученый. 2019. № 48(286). С. 89-91.

3. Астахов В. С., Иванчиков Г. О. К вопросу значимости минеральных удобрений в управлении продукционным процессом и повышение их эффективности при использовании различных машин и способов внесения // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 2. С. 192-194.

4. Оптимальные размеры и параметры кольцевого струйного насоса / Р. Р. Маза-нов, В. Б. Панов, Ю. С. Уржумова, С. А. Тарасьянц // Инновационные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Махачкала, 2021. С. 404-415.

5. Оросительная система с использованием животноводческих стоков / Е. В. Кузнецов, А. Е. Хаджиди, М. Е. Кузнецова, А. Н. Куртнезиров, Х. И. Килиди, К. В. Колесни-ченко // Успехи современного естествознания. 2019. № 3, ч. 2. С. 198-203. DOI: 10.17513/ use.37093.

6. £etin О., Akalp E. Efficient use of water and fertilizers in irrigated agriculture: drip irrigation and fertigation // Acta Horticulturae et Regiotecturae. 2019. 22(2). P. 97-102. DOI: 10.2478/ahr-2019-0019.

7. Овчинников В. А., Овчинникова А. В. Рабочий орган для внесения минеральных удобрений // Тракторы и сельхозмашины. 2018. № 2. С. 13-16. https:doi.org/10.17816/ 0321-4443-66372.

8. Пат. на полезную модель 193355 Российская Федерация, МПК А 01 С 23/04. Струйный четырехкомпонентный насос смеситель / Рудаков В. А., Дегтярева К. А., Уржумова Ю. С., Тарасьянц С. А.; заявитель и патентообладатель Дон. гос. аграр. ун-т. № 2019111839; заявл. 18.04.19; опубл. 25.10.19, Бюл. № 12. 3 с.

9. Балыгин В. В., Крыжановский А. Н. Насосы: кат.-справ. Новосибирск: НГАСУ, 1999. 97 с.

10. Справочник по гидравлическим расчетам / П. Г. Киселев [и др.]; под ред. П. Г. Киселева. М.: Энергия, 1984. 312 с.

11. Вознесенский В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Статистика, 1974. 192 с.

12. The calculation basis for a four-component jet mixer for fertilizer and water / S. A. Tarasyants, V. A. Rudakov, Y. S. Urzhumova, K. A. Degtiareva // E3S Web of Conferences. 1st International Scientific and Practical Conference. 2021. Vol. 262. 01035. DOI: 10.1051/e3sconf/202126201035.

References

1. Bondarenko E.V., Podolskaya E.E., Tarkivsky V.E., 2022. Sovremennye mashiny dlya poverkhnostnogo vneseniya tverdykh mineral'nykh udobreniy [Modern machines for surface application of solid mineral fertilizers]. Agroforum [Agroforum], no. 1, pp. 60-63, DOI: 10.24412/cl-34984-2022-1-60-63. (In Russian).

2. Tokarev I.V., Kuvaev A.N., 2019. Analiz tekhnicheskikh sredstv dlya vnutripoch-vennogo vneseniya granulirovannykh mineral'nykh udobreniy [Analysis of technical means for intra-soil application of granulated mineral fertilizers]. Molodoy uchenyy [Young Scientist], no. 48(286), pp. 89-91. (In Russian).

3. Astakhov V.S., Ivanchikov G.O., 2021. K voprosu znachimosti mineral'nykh udo-breniy v upravlenii produktsionnym protsessom i povyshenie ikh effektivnosti pri ispol'zovanii razlichnykh mashin i sposobov vneseniya [On issue of the importance of mineral fertilizers in the production process management and increasing their efficiency when using various machines and methods of application]. Vestnik Belorusskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystven-

noy akademii [Bulletin of Belarusian State Agricultural Academy], no. 2, pp. 192-194. (In Russian).

4. Mazanov R.R., Panov V.B., Urzhumova Yu.S., Tarasyants S.A., 2021. Optimal'nye razmery iparametry kol'tsevogo struynogo nasosa [Optimal dimensions and parameters of the ring jet pump]. Innovatsionnye tekhnologii vproizvodstve ipererabotke sel'skokhozyaystven-noy produktsii: sbornik nauchnykh trudov po materialam Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Innovative Technologies in the Production and Processing of Agricultural Products: Proc. of the International Scientific-Practical Conference]. Makhachkala, pp. 404-415. (In Russian).

5. Kuznetsov E.V., Khadzhidi A.E., Kuznetsova M.E., Kurtnezirov A.N., Kilidi Kh.I., Kolesnichenko K.V., 2019. Orositel'naya sistema s ispol'zovaniem zhivotnovodcheskikh stokov [Irrigating system using animatic drains]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in Current Natural Sciences], no. 3, pt. 2, pp. 198-203, DOI: 10.17513/use.37093. (In Russian).

6. £etin O., Akalp E., 2019. Efficient use of water and fertilizers in irrigated agriculture: drip irrigation and fertigation. Acta Horticulturae et Regiotecturae, no. 22(2), pp. 97-102, DOI: 10.2478/ahr-2019-0019.

7. Ovchinnikov V.A., Ovchinnikova A.V., 2018. Rabochiy organ dlya vneseniya miner-al'nykh udobreniy [The working body for the application of mineral fertilizers]. Traktory i sel'khozmashiny [Tractors and Agricultural Machinery], no. 2, pp. 13-16, https:doi.org/10.17816/ 0321-4443-66372. (In Russian).

8. Rudakov V.A., Degtyareva K.A., Urzhumova Yu.S., Tarasyants S.A., 2019. Struy-nyy chetyrekhkomponentnyy nasos smesitel' [Four-Component Jet Pump Mixer]. Patent RF, no. 193355. (In Russian).

9. Balygin V.V., Kryzhanovsky A.N., 1999. Nasosy: katalog-spravochnik [Pumps: Reference Catalogue]. Novosibirsk, NGASU, 97 p. (In Russian).

10. Kiselev P.G. [et al.], 1984. Spravochnikpo gidravlicheskim raschetam [Handbook of Hydraulic Calculations]. Moscow, Energy Publ., 312 p. (In Russian).

11. Voznesensky V.A., 1974. Statisticheskie metody planirovaniya eksperimenta v tekhniko-ekonomicheskikh issledovaniyakh [Statistical Methods of Experiment Planning in Technical and Economic Studies]. Moscow, Statistics Publ., 192 p. (In Russian).

12. Tarasyants S.A., Rudakov V.A., Urzhumova Y.S., Degtyareva K.A., 2021. The calculation basis for a four-component jet mixer for fertilizer and water. E3S Web of Conferences. 1st International Scientific and Practical Conference, vol. 262, 01035, DOI: 10.1051/ e3sconf/202126201035.

Информация об авторах

Д. В. Маклаков - аспирант;

B. А. Рудаков - аспирант;

Ю. С. Уржумова - доцент кафедры мелиорации земель, кандидат технических наук, доцент;

C. А. Тарасьянц - профессор кафедры водоснабжения и использования водных ресурсов, доктор технических наук, профессор.

Information about the authors

D. V. Maklakov - Postgraduate Student; V. A. Rudakov - Postgraduate Student;

Yu. S. Urzhumova - Associate Professor of Land Reclamation Department, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor;

S. A. Tarasyants - Professor of the Department of Water Supply and Use of Water Resources, Doctor of Technical Sciences, Professor.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Все авторы в равной степени несут ответственность при обнаружении плагиата, самоплагиата и других нарушений в сфере этики научных публикаций.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article.

All authors are equally responsible for detecting plagiarism, self-plagiarism and other ethical

violations in scientific publications.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interests.

Статья поступила в редакцию 03.05.2023; одобрена после рецензирования 08.08.2023; принята к публикации 10.08.2023.

The article was submitted 03.05.2023; approved after reviewing 08.08.2023; accepted for publication 10.08.2023.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.