65265

ПОКРАЩЕННЯ ДИСПЕРСНОСТІ РОЗПИЛЕННЯ ПЕСТИЦИДІВ

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Актуальною є вимога енергозбереження: високодисперсне розпилення за умови низького тиску та осаджування краплин з мінімальними втратами через випаровування знесення і зісковзування з об’єктів обприскування.

Украинкский

2014-07-27

248 KB

3 чел.

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

На правах рукопису

МЕЛЕЖИК Олександр Іванович

УДК 631.348.45

ПОКРАЩЕННЯ ДИСПЕРСНОСТІ РОЗПИЛЕННЯ ПЕСТИЦИДІВ

05.05.11  – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Дніпропетровському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

                                                   Коваль Володимир Павлович, заступник директора з

                                                   наукової роботи товариства “Агромодуль“

 

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор

                                   Пастушенко Сергій Іванович, Херсонський

                                   державний аграрний університет, проректор з

                                   науково-педагогічної та інноваційної роботи

                                               – кандидат технічних наук

                                                  Барановський Олександр Семенович, Національний

                                                  науковий центр «Інститут механізації і електрифікації

                                                  сільського господарства» НААН України, завідувач

                                                  лабораторії механізації захисту рослин

Захист відбудеться 25 червня 2010р. о 10 годині 00 хвилин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному університеті біоресурсів і природокористування України, за адресою: 03041 м. Київ, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України, за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв Оборони, 13 навчальний корпус 4, к. 28

Автореферат розісланий 22 травня 2010р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                                Д.Г. Войтюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Хімічний метод захисту рослин, з огляду на високу біологічну і економічну ефективність, широкий асортимент пестицидів для захисту будь-якої сільськогосподарської культури, універсальність та доступність у використанні, швидку і надійну дію, залишається найбільш поширеним. Обприскування є базовою технологією хімічного захисту рослин – згідно з опублікованими даними розпиляється 77 % пестицидів. Світове виробництво пестицидів досягло 2,2 млн тонн діючої речовини на рік, що складає 2,3 кг препаративної форми на гектар ріллі, а сільське господарство продовжує втрачати 35 % запланованого врожаю через шкідливі організми.

Негативними наслідками хімічного захисту рослин є забруднення ґрунту, води і атмосфери, порушення рівноваги в агробіоценозах і природної циркуляції у біосфері, загроза здоров’ю людини та корисним організмам через отруєння не тільки шкідливих організмів, а й усього середовища, в якому вони знаходяться.

Актуальною є вимога енергозбереження: високодисперсне розпилення за умови низького тиску та осаджування краплин з мінімальними втратами через випаровування, знесення і зісковзування з об’єктів обприскування.

Підвищення ефективності використання пестицидів є актуальним для сільськогосподарського виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згідно з "Програмою виробництва технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на 1998 – 2005 роки", що розроблена на виконання постанови Кабінету Міністрів України від 01 грудня 1997 року № 1341 "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування та забезпечення АПК конкурентноспроможною технікою".

Мета дослідження – підвищити економічні, експлуатаційні та екологічні показники обприскувачів рослин шляхом покращення дисперсності розпилення пестицидів.

Завдання дослідження:

  •  провести аналіз стану та визначити тенденції розвитку техніки і технологій обприскування;
  •  розробити відцентровий розпилювач пестицидів з покращеною дисперсністю;
  •  дослідити гідравлічну характеристику відцентрового розпилювача та розподіл розпиленої рідини по поверхні зрошення;
  •  встановити закономірності розподілу краплин на ділянці формування факела розпиленої рідини із застосуванням рахунково-імпульсної діагностики;
  •  дослідити дисперсну характеристику і рух краплин біля поверхні зрошення уловлюванням краплин і оптично-лазерною діагностикою факела;
  •  побудувати математичну модель факела відцентрового розпилювача та дослідити закономірності руху і випаровування краплин у залежності від термодинамічних параметрів атмосфери, вітру та швидкості руху обприскувача;
  •  оцінити економічність, надійність та довговічність розпилювача під час його експлуатування на обприскувачі.

Об’єкт дослідження – розпилення робочої рідини відцентровим розпилювачем.

Предмет дослідження – дисперсність, рух і випаровування розпиленої рідини та осаджування на поверхню зрошення краплин відцентровим розпилювачем пестицидів.

Методи дослідження. Експериментальне дослідження гідравлічної характеристики розпилювача і розподілу розпиленої рідини по поверхні зрошення виконувалося у лабораторних умовах на стендах та у польових умовах на штангових обприскувачах. Дисперсність розпилення, просторову структуру факела, щільність зрошення, швидкість і розподіл краплин у факелі досліджували рахунково-імпульсним та оптично-лазерним методом. Густоту покриття поверхні зрошення досліджували методом уловлювання краплин на лабораторні картки. Рух і випаровування краплин у факелі та осаджування їх на поверхню зрошення досліджували методом математичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено, що факел створеного відцентрового розпилювача пестицидів примусово осаджує краплини на поверхню зрошення, повітрям, яке всмоктується у факел.

Вперше побудовано математичну модель руху і випаровування краплин у факелі відцентрового розпилювача та виявлено закономірності руху і випаровування краплин від умов обприскування (вітру, температури та вологості повітря, швидкості руху обприскувача, тиску і температури робочої рідини).

Вперше експериментально встановлено закономірності просторового розподілу краплин у факелі відцентрового розпилювача для різних умов обприскування.

Практичне значення одержаних результатів. За рахунок гідродинамічної оптимізації форми та розмірів камери закручування створеного відцентрового розпилювача пестицидів досягнуто дисперсність низьконапірного (0,3 МПа) розпилення пестицидів з середнім об’ємно-поверхневим діаметром краплин 136 мкм при питомій витраті енергії на створення одиниці поверхні краплини 6,8 Дж/м2.

На основі проведених досліджень розроблено ТУ У 29.3-31177688-002:2006, налагоджено серійне виробництво підприємством „Агромодуль” відцентрових розпилювачів з високою експлуатаційною надійністю, довговічністю не меншою за 7000 годин, витратою рідини 0,3; 1,0 і 2,0 л/хв та комплектація ними обприскувачів вітчизняного та зарубіжного виробництва.

Досягнуте покращення дисперсності розпилення, густота покриття краплинами поверхні зрошення та результати проведених досліджень дозволяють зменшити норми витрати пестицидів і робочої рідини під час обприскування та знизити пестицидне навантаження на довкілля.

Розроблено методику розрахунку оптимальної за формою та розмірами камери закручування, гідравлічних та дисперсних характеристик відцентрового розпилювача пестицидів.

Особистий внесок здобувача. Проведено аналіз сучасного стану та перспективи розвитку технічних засобів застосування пестицидів обприскуванням. Визначено напрямки та обрано методи досліджень. Виконано розрахунки оптимальної за формою та розмірами камери закручування, гідравлічної та дисперсної характеристики відцентрового розпилювача пестицидів. Проведено експериментальні дослідження у лабораторних та польових умовах. Побудовано математичну модель руху та випаровування краплин у факелі відцентрового розпилювача, виявлено закономірності осаджування краплин та їх залежність від умов обприскування. Співавторами надавалася консультативна допомога, спільно проводився аналіз та обговорення результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на науково-практичній конференції „Стан і перспективи розвитку прогресивних технологій захисту рослин” (Всеросійський інститут захисту рослин, Санкт-Петербург, 2004 рік), на кафедрі сільськогосподарських машин Дніпропетровського державного аграрного університету, (Дніпропетровськ, 2008 рік), на семінарі технічного навчально-наукового інституту Національного аграрного університету України (Київ, 2008 рік), на дев’ятій міжнародній науково-технічній конференції „Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (Дослідницьке, 2008 рік), на десятій міжнародній науково-технічній конференції „Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (Херсон, 2008 рік). Відцентрові розпилювачі серії Ф.03 було представлено на міжнародній щорічній виставці-ярмарку „Агро” (Чубинське, Київ) з 2001 по 2009 рік, на спеціалізованій щорічній виставці „Агропром” (Дніпропетровськ) з 2003 по 2008 рік, на міжрегіональній спеціалізованій виставці „Агротехсервіс-2004” (Запоріжжя, 2004 рік), на міжрегіональній спеціалізованій виставці „Агропродовольчий тиждень” (Запоріжжя) у 2005,           2006 роках, на виставці „Агроперспектива” (Дніпропетровськ) з 2001 по 2006 рік, на виставці „Всеукраїнський день поля” (Майське) у 2006, 2008 та 2009 роках.

Публікації. Результати дисертації відображені у 10 публікаціях: 6 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку затвердженого ВАК України   (з них 2 без співавторів), 4 патенти України на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів оригінальних досліджень, висновків, списку використаних джерел та додатків і містить                180 сторінок, із них 135 сторінок основного тексту, 79 рисунка, список використаних джерел з    108 найменувань на 10 сторінках, 10 додатків на 22 сторінках.  

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, наукове і практичне значення отриманих результатів та надано загальну характеристику роботи.

Перший розділ присвячено огляду літературних джерел за темою дисертації.

Базовим у світовій практиці обприскування залишається струменеве розпилення щілинними розпилювачами. Норми витрати пестицидів встановлені за умови розпилення щілинними розпилювачами. Відомі недоліки щілинних розпилювачів: наявність великих краплин, здатних до відскакування і зісковзування з об’єктів обприскування, зношення соплового отвору розпилювача, яке зумовлює збільшення витрати рідини більше ніж на 10 % через 60 годин роботи, необхідність захисту індивідуальними фільтрами соплового отвору від засмічення.

Відцентрове розпилення зі шнековим або дисковим завихрювачем, з одним тангенціальним каналом (РЦ-3, Н.059) розповсюдження в обприскувачах не отримало, оскільки у порівнянні зі щілинними, ці розпилювачі мають таку ж дисперсність, а нерівномірність розподілу рідини по довжині штанги значно більшу.

Механічні дискові розпилювачі мають кращу дисперсність порівняно зі щілинними і, за результатами дослідження ВІЗР та ВНДІФ (Росія), дозволяють зменшити норму витрати пестициду на 25 – 50 % і робочої рідини – до 20 л/га. Розпилення у горизонтальній площині призводить до нерівномірного розподілу робочої рідини по довжині штанги та значних втрат робочої рідини в умовах вітру та високих швидкостей обприскування.

Закономірності осідання краплин у нерухомому повітрі вивчалися у метеорології, при авіаційному обприскуванні (Санін В.А., 1978р.), у задачах про рух аерозолю (Дунський В.Ф, Нікітін М.В, Соколов М.С, 1982р.). Мало вивчено рух та випаровування краплин у факелі розпиленої рідини, вплив параметрів атмосфери і умов обприскування на осаджування краплин.

В другому розділі розглянуто схему взаємодії краплини під час зіткнення з поверхнею зрошення та побудовано математичну модель руху і випаровування краплин у факелі відцентрового розпилювача Ф.03.1.0.

Передумовою проникнення пестициду в рослину чи шкідливий організм є втримання краплини робочої рідини на його поверхні. При зіткненні з поверхнею зрошення краплина подрібнюється, якщо її кінетична енергія  більша за поверхневу енергію , тобто за умови, що  і, відповідно, числа Вебера , де m – маса краплини; – швидкість руху краплини; у – поверхневий натяг; S – площа поверхні краплини;    d – діаметр краплини; с – густина рідини.

Рівняння руху і-ої краплини, яка вилітає з соплового отвору розпилювача під кутами j і k (рис. 1) у відповідності з законом збереження кількості руху має вигляд:

     , ,     (1)

де сила аеродинамічного опору краплини визначається залежністю:

    У проекціях на вісі координат, рівняння (1) з урахуванням залежності (2) набуває такого вигляду:

                    ,          

                   ,           

                   ,      .

Коефіцієнт аеродинамічного опору визначається за формулою Л.С. Клячко ,  де число Рейнольдса , а динамічний коефіцієнт форми краплини – за формулою ijk=exp(0,03), де .

Згідно з законом збереження маси, рівняння діаметра краплини, що випаровується: ,

де  – коефіцієнт масовіддачі, а – число Шервуда,   число Шмідта.

Згідно з законом збереження енергії, рівняння тепловіддачі краплини: ,

де коефіцієнт тепловіддачі , а  – число Нуссельта,  – число Прандтля.

У рівняннях введено позначення: , свп, сп – густина насиченої водяної пари біля краплини, водяної пари, повітря, відповідно; Ср, СрП – питома теплоємкість рідини та пару; L – теплота пароутворення; мП – динамічна в’язкість водяної пари;   лП – теплопровідність водяної пари; DП – дифузія водяної пари у повітрі; i, j, k – індекси, що відносяться до краплини i-го діаметру, яка вилітає під кутами бj i гk.

Початкові умови: , Vx ijk0=sinjcosk+Uобпр, Vy ijk0=sinjsink, Vz ijk0=cosj,   dijk=dijk0,  ijk=0.

Швидкість    повітря   у   факелі    визначалася   за   формулами  Шлихтинга для круглого турбулентного струменю з постійною ефективною в’язкістю:

      

де      – приведена координата;  – ефективна в’язкість;  – кінематичний імпульс струменю. При визначенні характеристик через ширину , яка відповідає половині швидкості  отримаємо  .

Чисельне інтегрування рівнянь руху, збереження маси і енергії виконано при вихідних даних:  = 12 м/с; dijk0 = 17,1 мкм – 338,3 мкм; бj = 11,4° – 42°; z = 0,6 м; властивостях робочої рідини: с = 988 кг/м3; у = 0,073 Н/м; Ср = 4182 Дж/(кг·К); L = 2453,8 кДж/кг; и0 = 20 °C та повітря: t0 = 20 °C; ц = 60 %; лП = 0,025 Вт/(м·К);     мП = 1,8 · 10-5 Па·с; сП = 1,2 кг/м3; СрП = 1007 Дж/(кг·К); сВП = (сН ·ц)/100; сН = 2336,8 Па; DП = 2,5 · 10-5 м2/c; К0 = 0,407 м4/c2.

На рис. 2 показано розрахункові траєкторії краплин у факелі.

Розрахункова і експериментальна, отримана оптично-лазерним методом, швидкості руху краплин та швидкість гравітаційного осідання краплин співставлені на рис. 3.

Внаслідок зниження тиску біля вісі закрученого потоку у корінь факела всмоктується повітря, яке рухається в умовах аеродинамічної і теплової взаємодії з краплинами, і осаджує їх примусово зі швидкістю на порядок більшою за гравітаційне осідання для краплин менших за 100 мкм і у 3 – 4 рази – більших за 300 мкм. Для краплин більших за 219 мкм число Вебера перевищує критичне Wе* = 12 і вони під час зіткнення з поверхнею зрошення можуть подрібнюватися. Розподіл швидкостей повітря у факелі на відстані 0,167 – 0,6 м від розпилювача показано на рис. 4.

 Швидкість повітря по осі факела на відстані 0,6 м зменшується до 2 м/с. Для формування розподілу краплин у факелі важливою є радіальна швидкість, яка направлена від осі струменю, досягає максимального значення, після чого зменшується до нуля з утворенням лінії нульових швидкостей. Від зовнішньої поверхні струменю швидкість направлена до лінії нульових швидкостей. Радіальний рух повітря зумовлює зміщення дрібних краплин з центральної і периферійної зони до нульової лінії.

Математичним моделюванням досліджувався вплив зміни термодинамічних параметрів атмосфери, швидкості обприскувача і тиску на тепломасообмін краплин, що рухаються від розпилювача під кутами г = 0°, 90°, 180°.

На рис. 5 показано, як на відстані 0,6 м від розпилювача через випаровування змінюється температура і маса краплин, за умови, що тиск 0,3 МПа, початкова температура робочої рідини      20 °С, повітря 20 °С, відносна вологість повітря 60 %, обприскувач нерухомий і вітер відсутній.

За таких умов рівноважна температура краплин досягається при 13,2 °С. Краплини з діаметром меншим за 171,8 мкм, досягають рівноважної температури, і тепломасообмін відбувається при точці роси, що зумовлює зменшення втрат через випаровування. Краплини діаметром 17,1 мкм втрачають до 48 % маси, а діаметром 76,6 мкм – менше 4,4 %. Загалом у факелі випаровується менше ніж 2,2 % розпиленої рідини.

Під час руху обприскувача рівноважна температура досягається для краплин з меншим діаметром. При цьому у факелі зменшується частка маси краплин, яка випаровується, що зумовлено зменшенням часу руху краплин.

Адекватність математичної моделі руху і випаровування краплин у факелі відцентрового розпилювача Ф.03.1.0 підтверджується узгодженням розрахункової (рис. 2) та експериментальної форми факела, швидкості руху (рис. 3) і температури (рис. 5) краплин. При температурі робочої рідини та повітря 20 єС і відносній вологості повітря 85 – 90 % середньомасова температура краплин на відстані 0,7 м від розпилювача зменшується на 2,3 єС, а згідно із розрахунками за тієї ж самої температури та відносної вологості повітря 80 % – на 2,7 єС.

Математичне моделювання показує, що зі збільшенням швидкості руху обприскувача мінімальні кути зіткнення краплин з горизонтальною поверхню зрошення зростають, забезпечуючи сприятливі умови для їх осаджування. Більше ніж 95 % краплин мають кути зіткнення з горизонтальною поверхнею зрошення, які суттєво перевищують критичні для зісковзування. Отримані результати свідчать про доцільність підвищення швидкості руху обприскувача до 30 км/год для збільшення кількості осаджених на поверхню зрошення краплин.

З підвищенням температури робочої рідини та повітря і зменшенням відносної вологості повітря зростає частка робочої рідини, що випаровується з краплин, та збільшується колова нерівномірність температури краплин у факелі, яка зумовлена часом перебування краплин у повітрі. Спостерігається суттєва залежність від кута г випаровування робочої рідини з краплин діаметром до 100 мкм.  

Математичним моделюванням підтверджено, що вирішальними для втрати маси краплин через випаровування є температура робочої рідини і вологість повітря. Ці чинники значною мірою впливають на ефективність дії пестициду, оскільки з одного боку збільшується час випаровування охолодженої робочої рідини з поверхні зрошення, а з іншого знижується швидкість проникнення пестициду до об’єкту обприскування, оскільки швидкість броунівського руху і дифузія молекул залежить від температури.

На факел розпиленої рідини може діяти вітер, який гальмується поверхнею зрошення. Розподіл швидкостей повітря над поверхнею зрошення визначається за формулою                          U = 0,09V10 ln z/z0, де V10 – швидкість вітру на висоті 10 м. За умови, що шорсткість поверхні зрошення z0 = 0,03 м, а вітер на висоті z = 1,5 м має швидкість V1,5 = 3,0 м/с, то на висоті z = 0,6 м він зменшується до V0,6 = 2,3 м/с і на поверхні зрошення – до нуля. На рис. 6 показано, як через випаровування змінюється температура і маса краплин, що рухаються під кутом г = 0є, коли швидкість обприскувача – 12 км/год, вітру – 9 м/с, а інші умови такі ж як і до рис. 5.

В умовах вітру зростає втрата маси краплин через випаровування. Краплини менші за      52,8 мкм, об’ємна частка яких становить 2,73 %, випаровуються повністю. Краплини з діаметром 338,3 мкм, які рухаються під кутами г = 0є; 90є; 180є охолоджуються до температури 16,5;  15,8;   15,3 єС, тоді як в умовах відсутності вітру до 17,5; 17,0; 16,8 єС, відповідно.

У третьому розділі викладено результати експериментальних досліджень характеристик відцентрового розпилювача Ф.03.1.0, проведено їх аналіз та порівняння.

Розпилювач (рис. 7) складається з таких елементів: корпус 1, завихрювач 2, сопло 3 і гумове кільце 4. Рідина з порожнини А завихрювача чотирма каналами Б входить до кільцевого колектора В і через два тангенціальні вхідні канали Г надходить до камери закручування Д, де отримує обертальний рух, який збільшується з наближення до соплового отвору Е. Після виходу з соплового отвору плівка структурованої рідини розпадається на вихрові нитки, що були сформовані у камері закручування, які у подальшому діляться на краплини.

Гідравлічні характеристики розпилювача досліджено на стенді згідно з вимогами         ДСТУ ISO 5682-1. Об’ємна витрата рідини через розпилювач та кут розкриття факелу відповідають розрахунковим. На рис. 8 показано факел розпилювача у залежності від тиску.

Просторову структуру факела дослідних зразків розпилювача, щільність зрошення і розподіл діаметрів краплин по радіусу факела досліджували рахунково-імпульсним методом на вимірювальному комплексі Інституту проблем машинобудування НАН України. Вимірювання щільності і розміру краплин у факелі виконували у поперечних перерізах факела на відстані 160; 260; 380 мм від розпилювача за умови тиску 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 МПа. Для визначення колового розподілу розпилювач повертався навколо осі на 60є та 90є і у кожному положенні датчик переміщували по радіусу факелу.

Результати дослідження показали, що за умови тиску 0,1 МПа діаметр краплин d32 зменшується від осі до зовнішньої поверхні факелу, а із зростанням тиску розподіл краплин по d32 має максимум у середині факелу зі зменшення до внутрішньої і зовнішньої поверхні.

Відцентровий розпилювач Ф.03.1.0 досліджували оптично-лазерним методом. Було визначено розподілом краплин за діаметрами та їх швидкості у факелі.  

На рис. 9 порівнюються диференціальні та інтегральні характеристики розподілу за об’ємом краплин щілинного розпилювача XR 11003 (Teejet, США), відцентрового Н.059.010 (Львівсільмаш, Україна) за даними ВІЗР (Лепехин Н.С., Цирин А.А., Аскеров А.Д., 1991р.) та механічного дискового (Зоря, Росія) і відцентрового Ф.03.1.0 (Агромодуль, Україна) за даними компанії Lechler (Німеччина). У порівнянні зі щілинним розпилювачем XR11003, відцентровий Н.059.010 не має переваг по дисперсності, тоді як відцентровий Ф.03.1.0 забезпечує у 13 разів менший об’єм краплин, що знаходяться за межами 40 – 360 мкм, а його дисперсність співставима з механічним дисковим.

У таблиці 1 наведено сукупну об’ємну частку краплин, яка визначає можливі втрати пестициду під час обприскування внаслідок знесення і випаровування (менші за 40 мкм) та відскакування і зісковзування з листків (більші за 360 мкм). Можливі втрати краплин діаметром від 40 до 360 мкм таблиця не враховує.

Головним завданням хімічного захисту рослин обприскуванням є осадження краплин оптимального розміру у необхідній кількості на одиницю площі поверхні зрошення. Норма витрати пестициду і робочої рідини – визначаються цими показниками. Дисперсність розпилення є визначальною для густоти покриття краплинами поверхні зрошення – кількістю краплин на одиницю площі.

Рівномірність розподілу розпиленої рідини по довжині штанги оцінюють коефіцієнтом варіації. Розпилювач Ф.03.1.0 забезпечує коефіцієнт варіації 6,2 – 9,3 % за умови висоти розпилювача над поверхнею зрошення від 0,55 до 0,7 м.

На рис. 10 показано лабораторну картку з відбитками краплин розпилювача Ф.03.1.0 з витратою робочої рідини 170 л/га при тиску         0,3 МПа та її фрагмент збільшений в чотири рази.

Отримана при швидкості обприскування 6,5 км/год густота покриття поверхні зрошення 200 шт/см2, дозволяє збільшити швидкість до          30 км/год, що реалізовано на самохідних обприскувачах Hagie STS 12. Для забезпечення густоти покриття краплинами не меншої за 30 шт/см2 при робочій швидкості обприскувача           12 км/год, створено розпилювач Ф.03.0.3 з витратою рідини 0,3 л/хв.

Четвертий розділ присвячено розробці методів розрахунку і узагальненню досвіду застосування відцентрового розпилювача.

Для розрахунку камери закручування задається об’ємна витрата рідини через розпилювач Q, м3/с; тиск рідини на вході до камери закручування P, МПа; кут розкриття факелу на радіусі соплового отвору 2бc, град; максимальний діаметр краплин у факелі dmax, мм; фізичні властивості робочої рідини (густина с, кг/м3; кінематична в’язкість рідини н, м2/с). Дисперсність розпилення залежить від швидкості і товщини плівки у сопловому отворі. Вибір форми і визначення розмірів камери закручування    (рис. 11) здійснюється з метою досягнення максимальної швидкості плівки за умов визначеного тиску, що можливо за умови мінімальних втрат тиску на тертя у закрученому потоці та вибору оптимального відношення радіусу соплового отвору rc до радіусу початкового закручування Rk. Середній діаметр краплин розпиленої рідини залежить від довжини дуги тороїдальної поверхні камери закручування . Всі розміри (rc, Rk, D, д, h, lk, dвх) камери закручування відцентрового розпилювача є розрахунковими.

У додатках до дисертації наведено приклад розрахунку розпилювача. Методи розрахунку підтверджено експериментально.

Після польових випробувань в 1999 році, розпочато обладнування розпилювачами Ф.03.1.0 обприскувачів вітчизняного та зарубіжного виробництва. Розпилювач не потребує індивідуальних фільтрів, не засмічується механічними домішками з робочої рідини, не потребує періодичної очистки і є безпечним під час експлуатування. Проточний тракт розпилювача Ф.03.1.0 виключає ерозійне та кавітаційне зношення отворів і забезпечує стабільність характеристик протягом терміну служби обприскувача. Розпилювачі, які встановлено на обприскувачах у 1999 – 2001 роках до тепер експлуатуються, що підтверджує їх надійність та довговічність.

Відцентровий розпилювач Ф.03.1.0 є енергозберігаючим. Питома витрата енергії на розпилення з використанням закручування рідини вдвічі менша, ніж під час струменевого розпилення щілинними розпилювачами. Всмоктування повітря у факел і примусове осаджування краплин на поверхню зрошення здійснюється без додаткових затрат енергії.

Визначено також інші сфери застосування відцентрового розпилювача Ф.03.1.0. Роботою на зрошувальних установках вугільних шахтах встановлено перспективність розпилювача для змочування вугілля та уловлювання пилу у виробках вугільних шахт, флегматизації середовища, охолодження борозн різання та кромок різців на прохідницьких та вугледобувних комбайнах.

ВИСНОВКИ

У дисертації підвищення економічних, експлуатаційних і екологічних показників обприскувачів рослин вирішено шляхом покращення дисперсності розпилення пестицидів. Досліджено рух і випаровування краплин у факелі розробленого відцентрового розпилювача за різних умов обприскування та зроблено наступні висновки.

  1.  Відцентровий розпилювач з оптимальною за формою та розмірами камерою закручування при тиску 0,3 МПа розпиляє робочу рідину на краплини діаметром не більшим за     350 мкм і примусово осаджує їх повітрям, яке всмоктує факел. Примусове осаджування забезпечує використання на обприскування малих краплин з густотою покриття більшою за 200 шт/см2.
  2.  Питома витрата енергії на відцентрове розпилення з примусовим осаджуванням 1,0 л/хв рідини при тиску 0,3 МПа становить 6,8 Дж/м2 площі поверхні краплин, яка вдвічі менша за щілинне розпилення.
  3.  Розпилювач Ф.03.1.0 не змінює витратну і дисперсну характеристику за 7000 годин роботи, не засмічується, не потребує індивідуальних фільтрів, періодичної очистки та контролю витрати і розподілу рідини.
  4.  Математичним моделюванням руху і випаровування краплин у факелі підтверджено, що розпилювач Ф.03.1.0 примусово осаджує краплини повітрям, яке всмоктується у корені факела. Досліджено вплив вітру, вологості повітря, температури повітря і робочої рідин, швидкості обприскувача та зміни тиску на випаровування краплин у факелі. Підтверджено адекватність математичної моделі порівнянням розрахункової та експериментальної форми факела, швидкості руху і температури краплин у факелі.
  5.  Експлуатаційні показники відцентрових розпилювачів (довговічність, надійність, економічність і екологічність) підтверджено приймальними і сертифікаційними випробуваннями та застосуванням з 1999 року, на 1500 обприскувачах 35 марок вітчизняного та зарубіжного виробництва.
  6.  Досягнуте покращення дисперсності розпилення, густота покриття краплинами поверхні зрошення дозволяють зменшити норми витрати пестицидів і робочої рідини під час обприскування на 25 – 50 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Коваль В. П. Відцентровий розпилювач пестицидів / В. П. Коваль,   О. І. Мележик // Захист рослин. – 1999. – № 1. – С. 21–22 (Дослідження зразків відцентрових розпилювачів на гідравлічному стенді, аналіз дисперсності і розподілу краплин у факелі та по довжині штанги).
  2.  Коваль В. П. Відцентровий розпилювач / В. П. Коваль, О. І. Мележик // Карантин і захист рослин. – 2005. – № 3. – С. 28–29 (Аналіз експлуатаційних показників розпилювачів і співставлення їх дисперсності, довговічності, надійності та ефективності застосування в обприскувачах).
  3.  Мележик О. І. Відцентровий розпилювач пестицидів: рух і випаровування краплин у факелі / О. І. Мележик, О. В. Жевжик, А. С. Кобець // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. – 2007. – № 1. – С. 97–101 (Побудовано математичну модель факелу відцентрового розпилювача, аналіз впливу характеристик обприскування на осадження краплин на поверхню зрошення).
  4.  Мележик О. Підвищення ефективності обприскування пестицидами / О. Мележик // Техніка АПК. – 2008. – № 11 – 12. – С. 33–34.
  5.  Коваль В. П. Малооб’ємне обприскування / В. П. Коваль, О. І. Мележик // Карантин і захист рослин. – 2009. – № 7. – С. 17–20 (Узагальнено доцільність застосування відцентрових розпилювачів для широкомасштабного малооб’ємного обприскування).  
  6.  Мележик О. І. Вплив атмосфери на втрату пестициду під час обприскування відцентровим розпилювачем / О. І. Мележик // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. – 2009. – № 1. – С. 89–91
  7.  Патент 43419 Україна МПК (2001) А01М 7/00. Обприскувач / Коваль В. П., Ткачов О. Ф., Лемішко М. В., Мележик О. І., Ралдугін М. І., Бардін О. Є. – № 97126418; заявл. 29.12.97; опубл. 17.12.01, Бюл. №11, 01.
  8.  Патент 78920 Україна Е21С 35/22. Зрошувальна установка комбайна з різцевими коронками / Коваль В. П., Мележик О. І., Колозін В. І. – № а200509472; заявл. 10.10.05; опубл. 25.04.07, Бюл. №5, 07.
  9.  Патент 78346 Україна МПК (2006) А01М 7/00. Покажчик рівня бака обприскувача / Горячкін В. М., Мележик О. І., Коваль В. П. – № а200501476; заявл. 17.02.05; опубл. 15.03.07,   Бюл. № 3, 07.
  10.  Патент 80290 Україна МПК (2006) А01М 7/00. Бак обприскувача / Коваль В. П., Мележик О. І., Бардін О. Є. – № а200501569; заявл. 21.02.05; опубл. 10.09.07, Бюл. №14, 07.

Мележик О.І. Покращення дисперсності розпилення пестицидів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена підвищенню економічних, експлуатаційних та екологічних показників обприскувачів шляхом покращення дисперсності розпилення пестицидів. Доцільність покращення дисперсності ґрунтується на мінімізації втрат робочої рідини через відскакування і зісковзування краплин з поверхні зрошення та створенні кращих умов проникнення пестициду до об’єкту обприскування.

Розроблено методику вибору форми, розрахунку розмірів і гідравлічних характеристик відцентрового розпилювача з оптимальною камерою закручування. Надійність, довговічність та безпечність розпилювача має наукове обґрунтування.

Математичним моделюванням визначено вплив вітру, вологості та температури повітря, швидкості обприскувача, тиску та температури робочої рідини на рух і випаровування краплин у факелі та осаджування їх на поверхню зрошення. Доведено, що краплини осаджуються примусово під дією супутнього руху повітря, яке всмоктується у корені факела. Визначено осьові та радіальні швидкості повітря у факелі та їх вплив на формування просторового розподілу краплин. Адекватність математичної моделі підтверджено порівнянням розрахункової і експериментальної форми факела, температури та швидкості руху краплин у факелі.

Виконано огляд та порівняння розпилювачів пестицидів і визначено їх вплив на економічні, експлуатаційні та екологічні показники обприскувача.

Розпилювач Ф.03.1.0 забезпечує покращену дисперсність розпилення, яка дозволяє зменшити норми витрати пестициду під час обприскування.

Ключові слова: обприскувач, відцентровий розпилювач, робоча рідина, пестицид, дисперсність, примусове осаджування.

Мележик А.И. Улучшение дисперсности распыления пестицидов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев, 2010.

Диссертация посвящена повышению экономических, эксплуатационных и экологических показателей опрыскивателей путем улучшения дисперсности распыления пестицидов. Целесообразность улучшения дисперсности основывается на минимизировании потерь рабочей жидкости из-за отскакивания и соскальзывания капель с орошаемой поверхности и создании лучших условий для проникновения пестицида в объект опрыскивания.

Разработана методика выбора формы, расчета размеров и гидравлических характеристик центробежного распылителя с оптимальной камерой закручивания. Надежность, долговечность и безопасность распылителя имеет научное обоснование.

Математическим моделированием определено влияние ветра, влажности и температуры воздуха, скорости опрыскивателя, давления и температуры рабочей жидкости на движение и испарение капель в факеле и осаждение их на орошаемую поверхность. Доказано, что капли осаждаются принудительно под воздействием сопутствующего движения воздуха, который всасывается в корне факела. Определены осевые и радиальные скорости воздуха в факеле и их влияние на формирование пространственного распределения капель. Адекватность математической модели подтверждена сравнением расчетной и экспериментальной формы факела, температуры и скорости движения капель в факеле.

Осуществлен обзор и сравнение распылителей пестицидов и определено их влияние на экономические, эксплуатационные и экологические показатели опрыскивателей.

Распылитель Ф.03.1.0 обеспечивает улучшенную дисперсность распыления, которая позволяет уменьшить нормы расхода пестицидов при опрыскивании.

Ключевые слова: опрыскиватель, центробежный распылитель, рабочая жидкость, пестицид, дисперсность, принудительное осаждение.

Olexandr I. Melezhyk. Enhancement of Dispersivity in Pesticide Spraying.  The manuscript.

The dissertation of the Applicant for the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on Speciality 05.05.11 – Machines and Means for Mechanization of Agrarian Production. – The National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

This dissertation is concerned with finding the ways for upgrading economic, operational and environmental parameters of sprayers for plants through enhancement of pesticide dispersivity. The need to better dispersivity in pesticide spraying stems from the efforts to minimize losses of working mixture resulting from droplet bouncing back or slipping off from a treated surface, and to ensure favourable conditions for pesticide penetration into a target object.

The author performed a comparative survey of various types of nozzles for pesticide spraying and determined their effects on economic, operational and environmental parameters of sprayers. The primary disadvantage of jet spraying with slit nozzles is attributable to the presence of droplets larger than        350 µm. In contrast to slit nozzles, mechanical disk nozzles provide better dispersivity and make it possible to decrease the standard rates of pesticides by 25%-50%; however, their use for horizontal spraying, especially in windy weather or at high spraying speeds, results in considerable losses of working mixture, and it makes their application in boom sprayers unacceptable.

On the basis of advances in hydrodynamics of liquid spraying, the author has developed a technique for selection of the form, calculation of dimensions and hydraulic characteristics for a centrifugal nozzle with an optimal swirl chamber. The full-scale production of nozzles of Ф.03.0.3, Ф.03.1.0 and Ф.03.2.0 series, Specification No. ТУ У 29.3-31177688-002:2006, has been launched. Due to the optimal form and dimensions of the swirl chamber, the nozzle of Ф.03.1.0 series, at 6.8 J/m2 of energy expenditure for formation of a droplet surface unit at 0.3 MPa pressure and at the working mixture volume rate of 1.0 l/min, ensures fine dispersion spraying with an average volume-surface droplet diameter d32 equal to 136 µm and with the droplets of 350 µm max diameter in the spray. Provided the speed of the sprayer is 6.5 km/h, about 200 droplets precipitate on each square centimeter of the treated surface; moreover, these droplets are not prone to slipping off from the target objects and possible losses trough evaporation of working mixture do not exceed 2.2 %. The nozzles of Ф.03 series are reliable, environmentally-friendly and safe in operation; they do not require individual filters, regular cleaning or checking up the liquid rate or distribution control, because they do not alter their rates and dispersivity characteristics for operation periods over 7,000 hours. Reliability, long service life and safety of these nozzles are scientifically substantiated. Since 1997, the functional parameters of the Ф.03 series nozzles have been already proved by independent expertise and by operation of more than 1,500 sprayers of 35 types.

Hydraulic characteristics of the Ф.03.1.0 series nozzle and distribution of dispersed mixture over the width of a spray, along the length of the boom and over a treated surface were studied on the test stands on the laboratory scale and on boom sprayers under       full-scale field conditions. Research was carried out with the impulse-calculation method to investigate the spray spatial structure, droplet density and droplet size distribution in the sprays of test specimens of centrifugal nozzles; and it was revealed that the formation of droplets ceased at the distance of 0.26 m from the nozzle and the propagation of droplets having the maximal diameters occurs in the spray zone of maximal density.

Using the optic-laser method and the equipment of Lechler Company (Germany), it was established that at the pressure of 0.3 MPa and at the distance of 0.6 m the spray of the serial Ф.03.1.0 nozzle contained 8,607 droplets propelling at the speed of about 2 m/sec and the average volume diameter d30 was equal to 105.7 µm.

The mathematical simulation disclosed certain regularities of droplet precipitation in the spray of the Ф.03.1.0 centrifugal nozzle. It has been proved that the droplets of dispersed mixture are subjected to forced precipitation due to the action of a concurrent air flow sucked at the spray root. Axial and radial air propagation velocities in the spray and their effects on formation of the spray spatial structure have been determined.

The mathematical simulation was also applied while studying the effects of wind, humidity and ambient temperatures, and also sprayer speed rates and working mixture pressure and its temperatures on the droplet motion and evaporation intensity inside the spray of the Ф.03.1.0 nozzle as well as on droplet precipitation on treated surface. There are good grounds to accelerate the spraying process speed up to 30 km/h. It was proved that the use of the Ф.03.1.0 nozzle for spraying is quite feasible under windy weather (up to 9 m/sec) as well; in this case, complete evaporation can occurs exclusively to the droplets smaller than 52.8 µm, which amount only 2.73 % by volume. The adequacy of the mathematical model has been verified by reference to calculated and experimental forms of sprays in the nozzle, temperature ranges and droplet propagation rates.

Achieved dispersivity of spraying, adequate droplet density on a treated surface and the results obtained in this research have made it possible to decrease the application rates of pesticides and working mixture in spraying operations performed with the Ф.03.1.0 nozzle.

The use of the centrifugal nozzle is promising for effective coal damping and dust suppression in underground mine workings, phlegmatization of spark hazard zones, and for cooling cuts and bits of tunneling machines and coal shearers.

Key words: spraying, a centrifugal nozzle, working mixture, pesticide, dispersivity, forced precipitation.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6404. Философия истории. Движущие силы и субъекты исторического процесса 66 KB
  Философия истории Предмет и задачи философии истории Периодизация истории общества Движущие силы и субъекты исторического процесса Предмет и задачи философии истории Для историка прошлое - это данность, которая находится вне...
6405. Стилі сучасної української літературної мови у професійному спілкуванні 44.27 KB
  Стилі сучасної української літературної мови у професійному спілкуванні План Функціональні стилі української мови та сфера їх застосування. Основні ознаки функціональних стилів. Текст як форма реалізації мовнопрофесійної діяльності (комунікати...
6406. Основні поняття соціолінгвістики 121 KB
  Основні поняття соціолінгвістики Мовна спільнота. Мовний код, субкод.. Перемикання і змішування кодів. Інтерференція Мовна варіативність. Мовна норма. Соціолект. Сфера використання мови. Білінгвізм. Ди...
6407. Правовідносин, що регулюються нормами трудового права 101 KB
  Правовідносин, що регулюються нормами трудового права Поняття трудових правовідносин Правові відносини в суспільстві формуються і розвиваються внаслідок наявності правових норм, які приймаються державою для регулювання суспільних відносин. Всту...
6408. Створення рисунків і графічних обєктів 133.5 KB
  Для проведення ліній та стрілок. Для цього, вибравши початкову точку та утримуючи натиснутою ліву кнопку миші, проведіть лінію до кінцевої точки. Якщо при проведенні лінії утримувати натиснутою клавішу...
6409. Структура операційної системи 110.5 KB
  Структура операційної системи Розглянемо шість різних структур ОС, що використовуються (або використовувалися раніше), щоб отримати деякі уявлення про спектр їхніх можливостей. Монолітні системи Така організація операційної системи є найпоширенішою....
6410. Психологічні особливості дошкільного віку 127.5 KB
  Психологічні особливості дошкільного віку 1. Особливості психічного розвитку немовляти 2. Початковий розвиток особистості на етапі раннього дитинства 3. Психологічні особливості розвитку особистості дитини дошкільного віку 4. Психологічна готовність...
6411. Правова, територіальна та матеріально-фінансова основи організації та діяльності органів публічної влади в Україні 182 KB
  Правова, територіальна та матеріально-фінансова основи організації та діяльності органів публічної влади в Україні. Загальна характеристика системи нормативно-правових актів, що регулюють порядок організації та діяльності органів публічної влади в...
6412. Власність та економічні інтереси в системі економічних відносин 265 KB
  Власність та економічні інтереси в системі економічних відносин. Власність, її сутність, форми і місце в економічній системі Власність - складна і багатогранна категорія, яка виражає всю сукупність суспільних відносин - економічних, соці...