Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.

Материалы и методы исследований. ООО «Мелиомаш» г. Саратов изготавливает и поставляет в орошаемые хозяйства низконапорные электрифицированные дождевальные машины «Каскад». В зависимости от размеров орошаемого участка длина машин изменяется от 200 до 500 м. Машина может комплектоваться пролетами длиной 59,5 или 65,25 м и консолью длиной 6, 12 18 или 24 м [7]. Это позволяет устанавливать на орошаемом участке машины с точной длиной, которой будет соответствовать половине длины квадратного участка, а это обеспечивает максимальную площадь полива орошаемого участка и полив угловых участков с применением концевых аппаратов и снизить до минимума неполивных примыкающих участков [8]. Давление на входе дождевальной машины «Каскад» составляет 0,25-0,43 Мпа. На это влияет размер машины по длине, а также потребления воды на расход.

Подача 1000 м³ воды (N_у) насосным агрегатом согласно исследованием [9], Вишневского В.К. [10] и др. [12,13] определяется напором создаваемым насосом:

Необходимый напор на выходе подающей насосной станции (Н_нс) складывается из величины напора на входе машины (Н_вх), потери давления по величине подземного трубопровода (h_п) и величины геодезического уклона (h_г):

нс=вх+п+г.

Общие потери напора по длине стального трубопровода равны сумме потерь напора на каждом участке трубопроводов. Требуемый напор на входе (Н_вх) в стальной трубопровод при нулевом геодезическом уклоне определяем исходя из потерь напора (h_пэ) по длине трубопровода и напора перед концевой насадкой (Н_к):

вх=ст+к

Напор в стальном трубопроводе дождевальной насадки должен быть в пределах 5…10 м вод.ст.

Потери напора по длине стального трубопровода определяем по формуле [11]:

hi=1,07V2/dв1,3,

где V – скорость воды в трубопроводе, м/с.

Скорость воды в трубопроводе определяем по формуле:

V=10Q/0,785⋅dв2,

где Q – расход воды в трубопроводе, л/с; d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для оценки эффективности работы низконапорной ДМ «Каскад» проведены полевые исследования на орошаемых участках, имеющих различные площади полива и конфигурации, а также укомплектованы различными насосными агрегатами.  В ООО «Время-91» Энгельсского района исследования проводили на орошаемом участке № 1,  где смонтированы ДМ «Каскад» и две низконапорные ДМ «Фрегат», а для подачи воды использован насос 1Д500-63 с электродвигателями мощностью 160 кВт и на орошаемом участке № 2, где смонтированы две ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 200Д90 с электродвигателями мощностью 250 кВт.  В ООО «Листеко» Энгельсского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использован насос марки 300Д70 с электродвигателями мощностью 250 кВт. В ООО «Азимут» Балаковского района смонтированы четыре ДМ «Каскад», а для подачи воды использованы два насоса Грундфос с электродвигателями мощностью 132 кВт.

Результаты исследований. Проведены исследования для определения расхода воды и энергоемкости полива дождевальных машин «Каскад» № 1, 2, 3 и 4 в ООО «Листеко», где длины машин составляли соответственно 475, 452, 434 и 452 м. Машины укомплектованы  устройствами приземного орошения и дождевальными насадками, по разработанным картам. Данные машины «Каскад» № 1-4 позволяют изменять расход воды в пределах от 45 до 66 л/с, благодаря расчетному расходу воды при поливе (63,6; 57,9 и 53,7 и 57,9 л/с) имея низкий напор (Н=46; 39, 35 и 39 м). Уравнения для расчёта расхода вод (Q) в зависимости от напора (Н) для ДМ № 1,2, 3 и 4 имеют вид:

Q=9,377H0,5 (ДМ № 1. L = 475 м),

Q=9,271H0,5 (ДМ № 2 и 4. L = 452 м),

Q=9,082H0,5 (ДМ №3. L = 434 м).

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 1Д500-63 (ООО Время-91)  в оптимальном режиме обеспечивают экономию энергозатрат на полив (262 кВт) в 1,81 раз (таблица 1) по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» и насосами Д1250-125, где энергозатраты на подачу 1000 м³ воды составляют 475-500 кВт и более.  Маловыгодным является эксплуатация насоса 1Д500-63 при обслуживании 1 ДМ «Каскад», так как потребляется 370 кВт ч на подачу 1000 М³ воды, что составляет экономию всего 1,28 раз. Если предусмотреть поочередную эксплуатацию всех трёх машин на орошаемом участке, то оптимальным будет замена насоса 1Д500-63 на насос с расходом воды 80 л/с  марки 1Д315-50 с электродвигателем мощностью всего 55 кВт, а  удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снизятся до 158 кВт-ч или примерно в 3 раза по сравнению с насосом Д1250-125.

Таблица 1 – Технические характеристики и удельные затраты электроэнергии (Nу) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Время-91» при эксплуатации ДМ «Каскад»

Две низконапорные ДМ «Каскад» при их поочередной эксплуатации с насосом 200Д90 и потреблением воды 70 л/с (орошаемый участок № 2 в ООО Время-91, насосная станция № 3) показали, что удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды большие и достигают 600 кВт-ч. При одновременной работе двух ДМ «Каскад» с общим расходом воды увеличивается до 140 л/с, а удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды снижаются 360 кВт-ч, а при оптимальном расходе воды данного насоса 200 л/с затраты электроэнергии будут снижаться до 330-347 кВт-ч. На данном этапе при поочередной работе ДМ «Каскад» на насосной станции № 3 желательно установить малоэнергоёмкий насос 1Д315-50, затраты электроэнергии будут снижены до 158 кВт-ч.

Исследования низконапорных ДМ «Каскад» при эксплуатации с малоэнергоёмким насосом 330Д70 в ООО «Листеко» показали, что удельные затраты электроэнергии  на подачу 1000 м³ воды составляют 321 кВт-ч при одновременной работе двух ДМ «Каскад» и снижаются  до 253 кВт-ч (в 1,87 раз) при одновременной работе трёх машин и до 212 кВт-ч (в 2,05 раза) при одновременной работе четырех машин (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики и затраты электроэнергии (N_у) на подачу 1000 м³ воды в ООО «Листеко» при эксплуатации ДМ «Каскад»

В ООО «Азимут» Балаковского района для подачи воды на четыре ДМ «Каскад» используются два насоса Грундфос GS 150-500-511/141 с электродвигателями мощностью 132 кВт, при этом удельные затраты электроэнергии на подачу 1000 м³ воды составляют 240 кВт-ч. Кроме того, частотное регулирование оборотов электродвигателя поддерживает постоянное давление на выходе насосной станции, даже при кратковременной остановке одной из машин и составляет 0,5-0,6 МПа

Заключение. Проведенные исследования показали, что внедрение низконапорных электрифицированных ДМ «Каскад» на различных орошаемых участках с различными низконапорными насосными агрегатами, позволяет снизить потребление электроэнергии на полив по сравнению с высоконапорными ДМ «Фрегат» в 1,28-2,05 раза в зависимости от особенностей насосного агрегата и режима его эксплуатации. Лучшие результаты по экономии электроэнергии  в 1,81  раза в ООО «Время-91» с насосом 1Д500-63 (снижение до 262 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеет место при одновременном поливе двух машин и в 2,05 раза в ООО «Листеко» с насосом 330Д70 (снижение до 231 кВт-ч  на подачу 1000 м³ воды) имеются при одновременном поливе всех четырех ДМ «Каскад».

Для повышения энергоэффективности при поливе необходимо производить реконструкции орошаемых участков с установкой низконапорных дождевальных машин и малоэнергоёмких низконапорных насосов, которые должны эксплуатироваться с оптимальным расходом воды и в режиме минимального потребления электроэнергии на подачу воды.

Введение. Эффективное использование орошаемых участков с многоопорными дождевальными машинами во многом определяется эксплуатационными затратами, в состав которых входят затраты электроэнергии на полив [1, 2]. Многоопорные дождевальные машины являются наиболее распространенными в орошаемом земледелии нашей страны, они обеспечивают полив более 64% орошаемых земель. [1].  Оросительные системы, построенные в нашей стране в 70 - 90 гг. прошлого столетия обеспечивали полив высоконапорными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Днепр» и др., а для подачи воды использовались в основном высоконапорные насосные агрегаты типа Д1250-125, QVD и другие с мощными электродвигателями от 400 до 630 кВт. [3, 4. 5]. При подаче воды на высоконапорные дождевальные машины типа «Фрегат» насос Д1250-125 мощностью 630 кВт даже при оптимальном режиме эксплуатации потребляет 475 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [5]. В реальных условиях эксплуатации ДМ «Фрегат», когда нет должной регулировки дождевателей на требуемый расход воды, а также часто наблюдаются протечки через негерметичные прокладки и имеют место небольшие трещины и разрывы в трубах, все это увеличивает расход воды от требуемых 75-100 л/с в соответствии с модефикацией до 90-110 л/с и более.  В результате насосные агрегаты Д1250-125 вместо 3-4 машин фактически обеспечивали полив две машины, а удельные затраты электроэнергии увеличивались до 500-650 кВт-ч на подачу 1000 м³ воды. [3].

Рост стоимости тарифов на электроэнергию влечет за собой повышение затрат на полив [6]. Следовательно, изучение путей повышения энергоэффективности при поливе многоопорными машинами являются актуальными.

Цель исследования – оценить эффективность использования и энергетические затраты на полив с многоопорными дождевальной машинами «Каскад» в зависимости от особенностей орошаемого участка и используемых насосных агрегатов.