Научная статья на тему 'Штанговый опрыскиватель, оснащенный вращающимися распылителями с принудительным инерционным осаждением мелких капель'

Штанговый опрыскиватель, оснащенный вращающимися распылителями с принудительным инерционным осаждением мелких капель Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
485
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Штанговый опрыскиватель, оснащенный вращающимися распылителями с принудительным инерционным осаждением мелких капель»

УДК 632.982.1

Штанговый опрыскиватель,

оснащенный вращающимися распылителями с принудительным инерционным осаждением мелких капель

Н.В. НИКИТИН, ведущий научный сотрудник Всероссийского НИИ фитопатологии Ю.Я. СПИРИДОНОВ, заведующий отделом гербологии В.А. АБУБИКЕРОВ, Л.Д. ПРОТАСОВА, старшие научные сотрудники А.В. ЗОРИН, директор ООО «Заря»

У химического метода борьбы с сорняками, реализуемого способом опрыскивания, много неиспользованных резервов, особенно в области технологии внесения препаратов, из-за несовершенства которой официально рекомендуемые нормы расхода препаратов и рабочих жидкостей при их применении научно не обоснованы и существенно завышены.

В результате многолетних исследований, проведенных во ВНИИФ и других учреждениях Россельхоза-кадемии с использованием разработанных нами монодисперсных опрыскивателей, и анализа данных зарубежных исследователей можно считать установленным, что эффективность опрыскивания вегетирую-щих растений повышается с уменьшением размера используемых капель, однако наиболее активные мелкие капли (С < 60 мкм) без принудительного осаждения неуправляемы и сносятся ветром за пределы обрабатываемого участка, что является основным ограничением в выборе оптимального уровня дисперсности в процессе обработки полей гербицидами [3].

Идеальная технология требует сделать наиболее эффективные мелкие капли С < 60 мкм управляемыми за счет одного принуди-

тельного осаждения их на целевом объекте, однако такая технология даже в странах с развитым сельским хозяйством пока находится в стадии исследований. В 2011 г. в РФ было применено 24 тыс. т гербицидов. Если считать. что при общепринятой технологии с использованием стандартных гидравлических распылителей 5 % этой массы (при среднем размере капель С = 250 мкм) были заключены в мелких каплях (С < 60 мкм), то снос препаратов, загрязняющих окружающую среду, составит 1 тыс. т. Даже при стоимости 1 кг гербицидов 1000 руб. утрата составит 1 млрд руб. [2].

Самый простой способ решения проблемы сноса известен давно -грубодисперсные режимы распыления, когда в образующемся спектре доля наиболее подверженныхсносу мелких капель (С < 60 мкм) ничтожно мала (~ 1 % по массе). Если считать, что в грубодисперсном аэрозоле, создаваемом центробежными, щелевыми и вращающимися распылителями, доля мелких капель зависит от их среднего диаметра [5], то в нашем случае (весовая доля мелких капель С < 60 мкм ~ 1 %) средний размер капель составит ~500-600 мкм. Это значит, что, решая частично проблему сноса, мы создаем другую - увеличение потерь препарата за счет оседания крупных капель на землю. Кроме того, для обеспечения общепринятой минимальной плотности покрытия каплями С = 500 мкм обрабатываемой гербицидными препаратами горизонтальной поверхности 20-30 шт/см2 потребуется норма расхода рабочей жидкости >200 л/га.

В последние годы в широкой практике применяются две антисносные технологии - использование инжекторных крупнокапельных (С ~ 500 мкм) распылителей вместо общепринятых стандартных и обдув скоростным воздушным потоком стандартных (С ~ 250 мкм) распылителей, позволяющие уменьшить снос мелких капель. Недостатки таких антисносных технологий специалистам известны - у опрыскивателей с обдувом стандартных распылителей капли водных растворов С < 60 мкм только частично оседают на целевом объекте, основная их масса уносится за пределы обрабатываемого участка, а у инжекторных распылителей капли С > 500 мкм малоэффективны и загрязняют почву.

В отделе гербологии ВНИИФ с использованием разработанного нами оборудования более 30 лет проводятся комплексные исследования по созданию научно обоснованной технологии внесения герби-цидных препаратов последнего поколения, обеспечивающей при минимальных нормах расхода высокую эффективность, экономичность и экологическую преемственность приема. За основу такой технологии мы взяли использование вращающихся распылителей, обеспечивающих распыление рабочих растворов на однородные капли необходимого для конкретного случая размера с полным отделением из образующегося спектра дисперсности фракций мелких капель, наиболее подверженных сносу. Такая технология в виде аэрозолей с оптимальным для гербицидов средним размером капель 150-250 мкм теоретически обоснована и в многолетних опытах практически оценена нами только при использовании наземных штанговых опрыскивателей с нормами расхода рабочих растворов <10 л/га. Разработанные технология и техническое устройство для ее реализации в качестве законченной НИР были реко-

мендованы РАСХН в 1999 г для внедрения в АПК России.

В сложившейся ситуации (отсутствие системы, объединяющей науку и передовой опыт АПК) эти предложения пока не реализованы. Но мы по-прежнему считаем использование опрыскивателей с вращающимися распылителями наиболее реальным путем эволюционного перехода на более прогрессивную технологию - образования монодисперсных аэрозолей. Подтверждением сказанному является и то, что в последние годы, учитывая постоянно возрастающие проблемы с наличием и подвозом воды для приготовления рабочих растворов, становятся все более востребованными малообъемные опрыскиватели с вращающимися полидисперсными распылителями. Они уже производятся и используются во многих регионах России.

В течение многих лет мы постоянно отмечали, что для удовлетворения актуальных гигиенических и природоохранных требований штанговый опрыскиватель, оборудованный вращающимися полидисперсными распылителями,дол-жен иметь обдув образующегося спектра скоростным воздушным потоком для снижения сноса фракции мелких капель [3, 4]. При разработке и последующей эксплуатации такого опрыскивателя необходимо иметь методику расчета оптимальных параметров как процесса полидисперсного распыления рабочих жидкостей, так и эффективности последующего принудительного осаждения мелких капель на целевых объектах.

В результате проведенных нами расчетов и экспериментов

уточнена эмпирическая формула для определения среднего размера капель (Ст) при полидисперсном распылении жидкости вращающимся распылителем типа диска или цилиндра;

для принятой конструкции распылителя подтверждена возможность

использования эмпирической формулы, определяющей распределение размеров капель в спектре распыла в зависимости от их среднего размера (Ст);

получены и экспериментально подтверждены аналитические формулы: а) для расчета мощности, затраченной на распыление жидкости вращающимся распылителем, и на получение требуемой скорости воздушного потока, обдувающего распылитель; б) для расчета требуемой индуктивной скорости воздушного потока в плоскости осевого вентилятора.

В итоге предложен метод расчета оптимальной конструкции вращающегося распылителя с обдувом образующегося спектра скоростным воздушным потоком. Расчеты по такой методике позволяют предварительно определить удовлетворяющую требованиям практики конструкцию распылителя и выбрать оптимальные варианты процесса опрыскивания.

По разработанной нами методике были проведены расчеты по оценке влияния скоростного воздушного потока, обдувающего распылитель, на испарение, снос и инерционное осаждение капель С < 60 мкм на целевом объекте, анализ которых показал преимущества обдува распылителя скоростным воздушным потоком и технологии малообъемного опрыскивания. Следует отметить, что обдув гидравлического распылителя скоростным воздушным потоком приводит

также к значительному уменьшению испарения и сноса мелких капель. Преимущество использования вращающихся распылителей в сравнении с гидравлическими - возможность регулирования в широких пределах среднего, оптимального для каждого конкретного случая размера капель, и нормы расхода рабочей жидкости. Кроме того, такой опрыскиватель удовлетворяет возрастающим требованиям энергосбережения. Следует отметить, что согласно расчетам наиболее подверженные сносу капли с < 60 мкм из-за быстрого спада первоначальной скорости их движения несложно принудительно доставить к обрабатываемым растениям - достаточно скорости обдувающего потока 5 м/с. Основная проблема заключается в их последующем полном осаждении на целевом объекте.

В качестве примера в таблице 1 приведены расчетные значения эффективности инерционного осаждения капель С = 20-80 мкм на листьях растений шириной 1 см в зависимости от скорости обдувающего их воздушного потока Ув= 5-15 м/с [1]. Из анализа полученных результатов следует, что обдув распылителя позволяет намного (50-70 %) уменьшить снос и испарение мелких капель за счет их быстрой доставки (<0,1 с) к обрабатываемым растениям (в сравнении с гравитационной скоростью осаждения), однако проблема сноса решается только частично. Одним из научно обоснованных и экспериментально

Таблица 1

Расчетные значения эффективности инерционного осаждения капель (Е, %) на листьях растений шириной 1 см в зависимости от их диаметра и скорости обдувающего воздушного потока

Эффективность инерцион-

Диаметр капель (мкм) Скорость оседания см/с) Расчетная весовая доля в спектре (%) при dm = 230 мкм Снос с высоты 0,5 м при скорости ветра 3 м/с (м) ного осаждения (Е %)

Скорость воздушного м/с) потока

5 10 15

20 1,2 0,1 123 0,1 0,8 2,5

30 4,1 0,4 36 1,2 7,3 17,0

50 6,7 1,2 25 15,0 40,0 56,0

80 10,0 2,3 15 49,0 71,0 79,0

подтвержденных в наших многолетних опытах кардинальных решений борьбы со сносом является полное принудительное отделение из образующегося спектра фракции мелких капель.

В ООО «Заря» (г Москва) с учетом совместно с нами разработанной методики расчета изготовили опытный вариант опрыскивателя «Заря-6», его общий вид и технические характеристики приведены на рисунке. Следует отметить, что результатов сравнительных испытаний малообъемных опрыскивателей с вращающимися распылителями и традиционных со стандартными гидравлическими по оценке биологической и хозяйственной эффективности нам в доступной литературе найти не удалось. Не удалось найти и отрицательных отзывов при их применении для внесения гербицидных препаратов.

В опытном хозяйстве ВНИИФ (Одинцовский район Московской области)в 2011 г с использованием опрыскивателя «Заря-6» были проведены полевые опыты по оценке влияния нормы расхода рабочей жидкости на биологическую и хозяйственную эффективность гербицида ДФЗсупер, вгр (д.в. ди-камба + метсульфурон-метил, 359 г/л + 27 г/л) ООО «Агрусхим» на посевах яровой пшеницы сорта Энгелина. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Для каждого из шести вариантов опыта обрабатывали полосу шириной 6 м (ширина захвата используемых опрыскивателей) и длиной 180 м. Между полосами оставляли защитные зоны шириной по 2 м. Во время обработки (10.06.201 1 г.) скорость ветра была 2 м/с, направление ветра - под углом ~30° к направлению движения опрыскивателя, температура воздуха 14 °С, относительная влажность воздуха 60 %. Средний размер капель -С ~ 250 мкм. У опрыскивателя

т ^

«Заря-6» норму расхода рабочей

Штанговый опрыскиватель с вращающимися распылителями «Заря-6» Конструкция распылителя — вращающийся барабан 0 90 мм с обдувом образующегося спектра направленным скоростным воздушным потоком, создаваемым осевым вентилятором диаметром 170 мм, лопасти которого крепятся на распыливающем барабане. Привод распылителя — автомобильный электродвигатель МЭ-235 (и = 12 В, N = 40 Вт). Обороты распылителя — 3000 об/мин, размер капель йт ~ 250 мкм.

Основные характеристики:

Индуктивная скорость воздушного потока в плоскости вентилятора, обдувающего распылитель — 8 м/с. Число распылителей — 4. Шаг установки распылителей — 1,5 м. Ширина захвата — 6 м. Емкость баков — 300 и 30 л.

Привод насоса и распылителей — от аккумуляторной батареи трактора и = 12 В

жидкости регулировали скоростью его перемещения и диаметром дозирующих жиклеров.

Учет засоренности опытного участка, проведенный непосредственно перед обработкой гербицидом,

показал, что к этому времени ценоз сорняков включал в себя 12 видов из числатипичныхдля посевов яровой пшеницы в условиях Московской области с преобладанием мари белой (63,8 %), видов ромаш-

Таблица 2

Влияние нормы расхода рабочей жидкости на биологическую и хозяйственную эффективность гербицида ДФЗсупер, вгр (120 мл/га) в посевах яровой пшеницы

Норма расхода рабочей жидкости (л/га) Снижение засоренности по массе (% к контролю) Урожай зерна (ц/га) Защищенный урожай (ц/га)

через 30 суток после обработки перед уборкой урожая

13 79 62 23,4 2,0

25 82 74 23,8 2,4

50 80 70 23,9 2,5

100 81 70 23,6 2,2

200 77 66 23,4 2,0

200* 82 72 23,7 2,3

Контроль, без гербицида 209,4 г/м2 159 г/м2 21,4 -

НСр„ 1,6

* Традиционная технология с использованием штангового опрыскивателя ОН-300, оснащенного стандартными гидравлическими распылителями ХР 11002 (Р = 0,3 МПа, скорость ~ 5 км/ч), принятая нами в качестве эталона.

ки (9,5 %), пастушьей сумки (7,1 %) при общем количестве сорняков в ценозе - 127 шт/м2. На таком фоне засоренности посевов яровой пшеницы через 30 суток после опрыскивания гербицидом в контроле преобладали марь белая (28 шт/м2), ежовник обыкновенный (16), ромашка душистая (8) при общем количестве 72 шт/м2 (209,4 г/м2). Гербицид, внесенный в фазе кущения яровой пшеницы, подавлял все виды сорняков на 79-82 % по массе.

Перед уборкой урожая в метеоусловиях данного сезона подавляющая часть сорных видов закончила свою вегетацию, и видовой состав сократился с 12 до 4 видов. Наблюдалось нарастание ежовника обыкновенного не только в контроле, но и на опытных делянках. Урожай яровой пшеницы с участков, где применяли гербицид, превышал показатели контроля на 2-2,5 ц/га.

Наличие сноса мелких капель за пределы ширины захвата опрыскивателя оценивали только качественно - между обрабатываемыми полосами оставляли защитные зоны (2 м), где визуально наблюдали за угнетением сорняков. По результатам таких наблюдений, защитные полосы зарастали аналогично контролю, признаков фитотоксического действия на сорняки не обнаружено. Можно предположить, что снос капель за пределы ширины захвата опрыскивателя с вращающимися распылителями был незначительный -визуально угнетения всех видов сорняков не наблюдалось.

В варианте с использованием опрыскивателя с гидравлическими распылителями на аналогичной защитной полосе(с наветренной стороны) отмечено угнетение некоторых видов сорняков (марь белая, ромашка, фиалка полевая) вследствие сноса мелких капель за пределы ширины захвата.

С целью получения сведений о возможной токсичности препарата ДФЗсупер, вгр в норме расхода 120 мл/га при высокой концентра-

ции его в рабочем растворе (~1 %), а также с учетом неравномерности распределения препарата по растениям пшеницы проводились систематические визуальные наблюдения за обработанными делянками. Признаков фитотоксичности используемого препарата для растений культуры, обработанной в фазе кущения, при всех нормах расхода рабочей жидкости не обнаружено.

Опрыскиватель и предварительные результаты испытаний были продемонстрированы на опытных полях ВНИИФ участникам выездного заседания бюро Отделения защиты растений РАСХН 21 июня 2011 г.

Проведенные полевые испытания позволяют сделать вывод о том, что в исследованном диапазоне нормы расхода при размере капель Сп1 ~ 250 мкм не отмечено разницы в биологической и хозяйственной эффективности гербицида, что свидетельствует в пользу более предпочтительного применения малообъемных способов опрыскивания перед традиционным полнообъемным (200 л/га). Они и более экономичны и менее опасны в экологическом плане, поскольку уменьшается снос мелких капель на соседние участки из-за более совершенного противосносного распылителя с принудительным обдувом образующегося спектра направленным скоростным воздушным потоком.

Оптимальная норма расхода ра-

бочей жидкости для наземного малообъемного опрыскивания должна быть такой, чтобы одной заправки хватило на полную рабочую смену. Для наиболее распространенных прицепных опрыскивателей с шириной захвата 24 м и с вместимостью бака 2000 л оптимальная норма расхода составит ~20 л/га при среднем диаметре капель dm = 250 мкм, плотность покрытия будет равна ~30 шт/см2.

После модернизации опрыскивателя (подбор оптимального электропривода и увеличение ширины захвата до 24 м) планируется проведение аналогичных сравнительных опытов в хозяйствах при внесении гербицидов и фунгицидов на больших площадях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амелин А.Г., Беляков И.М. Осаждение частиц из потока на обтекаемых предметах // Коллоидный журнал, 1956, т. XVIII, вып. 4, с. 388-394.

2. Говоров Д.Н., Живых А.В., Винокуров А.К. и др. Применение пестицидов «Год 2010-й» // Защита и карантин растений, 2011, № 11, с. 7.

3. Никитин Н.В., Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г. Научно-практические аспекты технологии применения современных гербицидов в растениеводстве. М.: печатный Город, 2010, 200 с.

4. Никитин Н.В., Спиридонов Ю.Я., АбубикеровВ.А. и др. Штанговые опрыскиватели с вращающимися распылителями // Защита и карантин растений, 2005, № 5, с. 46-48.

5. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1955, 351 с.

Вниманию читателей

В некоторых статьях журнала излагаются опыт или результаты исследований химической защиты растений с применением препаратов, которые не зарегистрированы в России или имели регистрацию в прошедшие годы, но в данный момент в Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов не вошли.

Такие статьи не следует рассматривать как рекомендацию к применению. Выбирая препарат или способ его применения, сверяйтесь, пожалуйста, с действующим Государственным каталогом пестицидов и агрохимикатов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.