При защите растений от сорняков, вредителей и болезней внедряются технологии опрыскивания воздушным сопровождением капель к объектам обработки, которые начались в 80-е годы прошлого столетия.
В настоящее время такие прицепные и самоходные опрыскиватели выпускают компании HARDI, JACTO, BERTHOUD и др. Такие опрыскиватели, по данным рекламных проспектов, обеспечивают снижение сноса капель за пределы обрабатываемого объекта на 50% и до 16% потребления пестицидов по сравнению с традиционным опрыскиванием. Сравнительные исследования показателей работы таких опрыскивателей фирм JACTO и RAU проводились в Беларуси [1]. Отмечается, что во всех случаях при использовании дополнительного воздушного потока на улавливающих контрольных карточках наблюдалось увеличение количества мелких капель до 100 мкм. Проведенные сравнительные испытания позволили сделать заключение о преимуществах системы воздушного сопровождения процесса опрыскивания по сравнению с обычной штангой.
В месте с тем отмечается [2, 3], что внедрение такой технологии в широкую практику дает только частичное решение существующей проблемы, т.к. мелкие капли (d < 50 мкм) наиболее подверженные сносу, ведут себя в соответствии с физическими закономерностями инерционного осаждения на обтекаемом препятствии; только небольшая их часть осядет на растениях, остальные будут снесены за пределы обрабатываемого участка.
Недостатки рекламируемых антисносных технологий опрыскивания с использованием как стандартных с воздушным сопровождением, так и инжекторных гидравлических распылителей известны. Создаваемые такими распылителями капли водных растворов диаметром d ≤ 50 мкм не достигают обрабатываемого объекта и уносятся за пределы обрабатываемого участка, а капли диаметром d ≥ 400 мкм — малоэффективны и загрязняют почву.
Внедрение, выпускаемых компаниями, штанговых опрыскивателей с воздушным сопровождением капель к объектам обработки энергоемко, дорогостоящее и сложное в конструктивном исполнении.
Для устранения указанных недостатков к штанговому опрыскивателю с воздушным сопровождением капель разработано пневмогидравлическое устройство (Рисунок 1).
а) – вид спереди; б) – вид сбоку; в) – вид сверху; г) – вид снизу с расположенными под углом двумя щелевыми распылителями для горизонтальной подачи плоских факелов распыла во внутреннюю область воздушной струи, инжектирования и распространения капель к объектам обработки с увеличенной шириной захвата.
1 – патрубок; 2 – усеченный сходящийся конический насадок; 3 – конус;
4 – секущая плоскость; 5 – перемычки для обеспечения постоянного сечения плоского сопла; 6 – кронштейн для крепления распылителя. 7 – щелевой распылитель
Рисунок 1 − Общий вид пневмогидравлического устройства
Для обеспечения горизонтальной подачи факелов распыла жидкости двумя щелевыми распылителями, расположенными под углом друг к другу, во внутреннюю область воздушной струи, конструкция пневматической части пневмогидравлического устройства на рисунке 1 выполнена усеченной вертикально по образующей патрубка (б) – вид сбоку; в) – вид сверху; г) – вид снизу).
Схема пневматической части пневмогидравлического устройства и начального участка хн плоской воздушной струи приведена на рисунке 1.
Рисунок 2 − Схема пневматической части пневмогидравлического устройства и начального участка хн плоской воздушной струи
Основу технологического процесса в устройстве составляют:
– подача щелевых факелов распыла жидкости в воздушный поток струи [4];
– инжекция капель факелов распыла жидкости воздушной струей [5];
– перенос воздушно-капельного потока к растениям [6].
В выходном сечении рабочего сопла пневматической части пневмогидравлического устройства (Рисунок 2) дозвуковая свободная струя имеет равномерное поле скоростей [7]. При течении через пространство, заполненное средой с теми же физическими свойствами, что и у струи, в результате турбулентного перемешивания сред происходит увлечение струей частиц жидкости из этого пространства. Воздух рабочей струи, вытекающий из сопла, вместе с частицами инжектируемой среды образует турбулентный слой смешения, толщина которого растет в направлении распространения струи. С внешней стороны пограничный слой свободной струи, текущей в безграничном пространстве, соприкасается со средой, скорость которой равна нулю. С внутренней стороны воздушной струи осуществляется инжектирование факелов распыла, направляемых в воздушную струю щелевыми распылителями.
Закономерности распространения свободной струи и щелевых факелов распыла жидкости были приняты за основу при разработке конструкции пневмогидравлического устройства [6].
На схеме (Рисунок 2) экспериментальные размеры пневматической части пневмогидравлического устройства и характеристика выходящей из плоского сопла начального участка хн свободной воздушной струи имеют следующие обозначения и значения:
ОА – радиус основания усеченного конуса устройства, м; ОА = 0,19 м;
О2К – радиус основания конуса устройства, м; О2К = 0,175 м;
ОцО’ – расстояние от оси устройства по направлению оси сопла до выходного сечения сопла, м; ОцО’ = 0,203 м;
ОцО – расстояние от точки пересечения оси устройства осевой линией сопла точки пересечения с основанием усеченного конуса, м; ОцО = 0,073 м;
ОцО2 – расстояние от точки пересечения устройства осевой линией сопла до точки пересечения с основанием конуса, м; ОцО2 = 0,10 м;
АК – ширина плоского сечения сопла устройства, м; АК = 0,03 м;
АО’ – полуширина плоского сечения сопла устройства, м; АО’ = О’К = 0,015 м.
Параметры воздушной струи, выходящей со скоростью равной 15,94 м·с-1 из пневматической части сопла пневмогидравлического устройства определяются по следующим формулам [7]
Из приведенных в таблице 1 данных следует, что коэффициент инжекции по жидкости для всех режимов работы пневмогидравлического устройства практически не превышает критического значения 0,5 [5]. Так как массовый расход воздуха на порядок больше инжектируемой жидкости [6], то массовый расход жидкости не оказывает влияние на степень распространения струи, а воздушно-капельный поток закономерно транспортируется к объектам обработки.
При этом внешняя область воздушной струи экранирует воздушно-
капельный поток от уноса капель во внешнее пространство, обеспечивая экологическую безопасность при проведении мероприятий по защите растений.
Фрагмент видеосъемки рабочего процесса нанесения раствора пестицида на растения щелевыми распылителями пневмогидравлического устройства экспериментального образца опрыскивателя при проведении лабораторно – полевых исследований показан на рисунке 3.
Рисунок 3 – Фрагмент рабочего процесса пневмогидравлического устройства нанесения раствора пестицида на растения щелевыми распылителями пневмогидравлического устройства экспериментального образца опрыскивателя при проведении лабораторно – полевых исследований
Режимы работы экспериментального образца опрыскивателя, оснащенного пневмогидравлическими устройствами, по нанесению рабочих растворов на растения при проведении испытаний, представлены данными таблицы 2.
Таблица 2 – Режимы работы экспериментального образца опрыскивателя, оснащенного пневмогидравлическими устройствами, по нанесению рабочих растворов на растения при проведении испытаний
Из таблицы 2 видно, что скорость движения МТА для обеспечения различного расхода рабочего раствора изменялась от 6,03 км/ч (1,75 м·с-1) до
8,40 км/ч (2,3 м·с-1). При этом режимы работы экспериментального образца обеспечивали сниженный расход рабочего раствора, по сравнению с традици-онным. Расход рабочего раствора, согласно опытным данным, составил 73,00; 64,40; 41,00 и 31,36 дм3/га.
Расход препарата при использовании распылителей с пластиковыми соплами типа LU – 04, AD – 04 (код цвета – красный) для экспериментального образца и базового варианта – практически одинаков, для остальных режимов работы расход препарата снижался до 1,43 раза.
Уничтожение злаковых сорняков по данным агротехнической оценки было одинаковым во всех вариантах.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что конструкция пневмогидравлического устройства может быть рекомендована для энергоэффективных и экологичных технологий применения пестицидов в растениеводстве по защите растений от вредителей, болезней и сорняков.
Литература
1 Клочков В.А., Клочкова В.С., Макевич А.Е. Работа опрыскивателя с использованием дополнительного воздушного потока //Земледелие и защита растений. Республика Беларусь. 2006. №5. С. 39 – 41.
2 Дунский В.Ф., Модрус Л.Н. О критическом числе Стокса при инерционном осаждении // Физика атмосферы и океана. 1972. Т. VIII. №1. С.99–102.
3 Амелин А.Г., Беляков И.М. Осаждение частиц из потока на обтекаемых предметах // Коллоидный журнал. 1956. Т.XVIII. Вып.4. С.388–394.
4 Патент на полезную модель 138902, МПК Пневмогидравлический распылитель растворов пестицидов [Текст] / Киреев И.М., Коваль З.М.; аявители и патентообладатели Киреев И.М. (RU), Коваль З.М. (RU). –
№ 2013107260; заявл. 19.02.2013; опубл. 27.03.2014, Бюл. № 9. – 3 с.: ил.
5 Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 1989. – 352 с.
6 Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М., ГИТТЛ, 1953. – 736 с.
7 Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М., Физматгиз. 1960. 715 с.[schema type=»book» name=»Инжектирование капель факелов распыла жидкости воздушной струей для транспортирования пестицидов к растениям» description=»Определены коэффициенты инжекции капель факелов распыла жидкости воздушным потоком струи для транспортирования пестицидов к растениям. Результатами исследований показано, что коэффициенты инжекции воздушным потоком капель факелов щелевых распылителей жидкости не превышают допустимых значений, а концентрация воздушно-капельного потока не оказывает влияние на степень распространения струи, т. е. на длину и ширину ядра постоянных скоростей, на быстроту затухания скоростей в струе и т. п.» author=»Коваль Зинаида Михайловна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]