Разработка системного распылителя, предназначенного для равномерного увлажнения почвенного канала

Введение. Процесс исследования почвы в различных слоях почвенного канала и разработка системного распылителя, предназначенного для равномерного увлажнения канала, производились на базе Института транспорта, сервиса и туризма Нижегородского государственного инженерно-экономического университета. Подобные каналы находятся в таких городах, как Казань, Саранск, Волгоград. В Нижегородской области и соседних Чувашской Республике, Республике Марий Эл подобных каналов нет. Описанный системный распылитель – это один из предложенных пунктов новизны, отличающих наш почвенный канал от существующих.

Целью исследований в работе является стандартное исследование и определение влажности почвы в канале, анализ полученных результатов, а также разработка проекта и виртуальной модели системного распылителя, предназначенного для равномерного увлажнения канала.

Методика исследований. Исследование степени увлажнения почвы в различных слоях почвенного канала.

Процесс измерения влажности почвы в канале производился при помощи измерительного инструмента – влагомера Delta-T Devices

LTD. Забор проб происходил в трехкратной последовательности через каждые 1000 миллиметров по всей длине канала (общая длина составляет 15 метров). С целью получения наиболее точных результатов исследования осуществляли цикличность увлажнения почвы, заборы проб производили также в одно и то же время относительно увлажнения [1, 7, 8, 9].

Исследование производилось по существующим методикам. Полученные пробы после взвешивания отправлялись в сушильный шкаф на семь часов, где поддерживалась температура в 105 ° С. По истечении процесса высушивания производилось повторное взвешивание [2, 6].

Определение влажности в пробах осуществлялось по выражению

П'- —— •юо %,       (1)

m с-тб где mв – масса бюкса с почвой до высушивания, кг;

m с – масса бюкса с почвой после высушивания, кг;

m б – масса бюкса без почвы, кг;

W – содержание влаги в процентах от массы сухой почвы, %.

Полученные данные влажности почвы в пробах после подсчета приведены в таблице.

Данные влажности почвы в пробах, % Data of soil moisture in samples, %

Влага, л/м2 Moisture, l/m2	Глубина, мм Depth, mm
	20	50	70	100
6	181	144	101	89
8	197	158	112	97
10	229	197	164	120
12	252	215	190	162
14	280	263	237	191

Данные таблицы отражены в диаграмме на рисунке 1. Уровень увлажнения почвы, который зависел от количества воды на один квадратный метр (6 л/м2, 8 л/м2, 10 л/м2, 12 л/м2, 14 л/м2), замерялся на определенной глубине в пяти точках почвенного канала (глубины: 20 мм, 50 мм, 70 мм, 100 мм). Из-за большого объема данных на диаграмме и в таблице представлены систематизированные и основные данные.

Из анализа данной диаграммы можно сказать, что наибольшая влажность в пробах наблюдалась при увлажнении почвы 14 л/м2 на глубине 20 мм и составила 280%. Наименьшая степень насыщения влагой почвы была при распылении 6 л/м2 жидкости на глубине 100 мм. В целом отмечается стабильная закономерность увеличения степени насыщения влагой при увеличении количества вносимой жидкости и глубины забора проб, однако на рисунке 1 отчетливо видно, что при увлажнении почвы 6 и 8 л/м2 на глубине от 70 до 100 мм эти показатели практически одинаковы. При 6 л/м2 и глубине 70 и 100 мм значения варьируются от 101 до 89%, при 8 л/м2 на той же глубине они составляют 112 и 97% соответственно.

глубина 20 мм             глубина 50 мм            глубина 70 мм              глубина 100 мм depth 20 mm              depth 50 mm             depth 70 mm               depth 100 mm

Рисунок 1 – Степень увлажнения почвы в различных слоях почвенного канала

Figure 1 – The degree of soil moisture in different layers of the soil channel

Разработка системного распылителя, предназначенного для равномерного увлажнения канала.

Были разработаны проект и виртуальная модель системного распылителя, который представлен на рисунке 2 [3, 4, 10].

1 – винт соединительный; 2 – переходная втулка; 3 – материалопровод; 4 – наружная труба; 5 – внутренняя труба; 6 – пружина; 7 – торцевая шайба; 8 – воздухопровод; 9 – приводной стержень; 10 – стержень центрующий Рисунок 2 – Разработанный проект системного распылителя

1 – connecting screw; 2 – adapter sleeve; 3 – material pipe; 4 – outer tube; 5 – inner tube; 6 – spring; 7 – end washer;

8 – air duct; 9 – drive rod; 10 – centering rod Figure 2 – Designed systems pray

Жидкость поступает в полость (рисунок 2), находящуюся между внутренней 5 и наружной 4 трубками, а воздух – в полость внутренней трубки 5. При выходе из полости сжатый воздух начинает контактировать с жидкостью, в результате взаимодействия образует- ся газодисперсная среда, которая равномерно и качественно по ширине захвата распыляется в канал. Качество распыла газодисперсной среды обеспечивается созданием разряжения в зоне взаимодействия сжатого воздуха с жидкостью. Равномерность распределения воды по ширине захвата системного распылителя достигается за счет гидростатического давления, создаваемого вращением пружины 6, находящейся в полости между внутренней 5 и наружной 4 трубками, и через промежуточную втулку 2 приводного стержня 9, жестко соединённого со звездочкой [3, 5].

Вращением пружины 6 также создаются условия для предотвращения забивания выходных отверстий наружной трубки 8 инородными включениями, содержащимися в жидкости.

Результаты исследований и их обсуждение. Общий вид разработанного систем- ного распылителя представлен на рисунке 3. Он состоит из самого распылителя, с пружиной для равномерного распределения жидкости в выходные отверстия и входами для воздуха и воды, крепежных элементов и балки упора, для жёсткой фиксации конструкции к передвижному испытательному комплексу. Диаметр распылителя составляет 60 мм, длина 1200 мм. Расположение конструкции осуществлялось относительно передвижного комплекса на расстоянии 600 мм и высоте 400 мм относительно почвы канала. Входные отверстия для жидкости и сжатого воздуха имеют размеры 30 мм для жидкости и 20 мм для воздуха соответственно. Подача равномерного и заданного объема жидкости осуществляется стационарным насосом. Подача сжатого воздуха, необходимого давления осуществляется компрессором.

Рисунок 3 – Виртуальная модель разработанного системного распылителя (общий вид – разрез сзади)

Figure 3 – A virtual model of the developed system nebulizer (general view – back section)

На рисунке 3 показан разрез распылителя в продольном направлении для наглядного отображения расположения регулирующий пружины относительно жидкостного и воздушного корпусов. Диаметр пружины составляет 5 мм, 10 витков с шагом 120 мм. Вращение пружины регулируется скоростью перемещения испытуемого комплекса.

На поперечном разрезе (рисунок 4) можно увидеть отверстия под выход жидкости (в количестве 9 штук), диаметр которых составляет 7 мм. Данные отверстия сквозные и перпендикулярно направленные относительно оси распылителя, что беспрепятственно позволяет сжатому воздуху распылять жидкость в канале не прямотоком, а с эффектом разброса, для покрытия всей ширины почвенного канала.

Рисунок 4 – Виртуальная модель разработанного системного распылителя (поперечный разрез)

Figure 4 – Virtual model of the developed system nebulizer (cross section)

Для равномерного распределения воды по всей ширине захвата системного распылителя был обеспечен постоянный и одинаковый расход жидкости из каждого о тверст ия.

, (2) где µ – коэффициент расхода;

ы отв — площадь отверстия внутреннего трубопровода, м²;

g - ускорение свободного падения, м²/с;

Н – напор, м.

Тем самым мы добьёмся равномерного увлажнения почвы в канале, а следовательно, повышения точности измерения в процессе проведения исследований.

Выводы. Произведено обширное исследование возможного увлажнения почвы канала в разных точках и на различных глубинах, произведен анализ полученных результатов.

Спроектирована виртуальная модель системного распылителя. Описаны назначение, принцип работы и технические характеристики устройства. Произведен расчёт расхода жидкости и диаметра выходных отверстий. В данное время ведется сборка приспособления «в железе».