Сборник статей
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РАСПЫЛИТЕЛЯ АЭРОЗОЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА АГВ-600

Актуальность темы. Основным резервом повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции являются трудоэнергосберегающие технологии проведения технологических операций, особенно в виноградарстве [1]. Химическая защита культурных растений от вредителей, болезней и сорняков занимает особое место. Среди всех способов проведения данной операции наиболее распространено опрыскивание. Cледует отметить, что в настоящее время большую актуальность приобретает вопрос перехода от обычной обработки к малообъёмной. В связи с этим, к опрыскивателям предъявляются повышенные требования. Многолетний опыт эксплуатации применяемых опрыскивателей показал, что они не способны обеспечивать малые и ультрамалые расходы жидкости. Кроме того, при их работе наблюдается недостаточный уровень степени дробления и неравномерное осаждение капель раствора ядохимикатов на обрабатываемых растениях. Поэтому особое внимание уделяется изучению, разработке и модернизации существующих машин и их рабочих органов, из которых наиболее важными являются распылители. Качество их работы оказывает значительное влияние на эффективность защиты растений [1].

Цель. Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АГВ-600 для повышения качества обработки многолетних насаждений.

Анализ результатов монографических исследований. Изучением процесса дробления жидкостей занимались такие учёные, как В. Ф. Дунский, Н. В. Никитин, М. С. Соколов, Д. Г. Войтюк, Ю. Ф. Дитякин и др. В их трудах говорится о значительном преимуществе вращающихся (механических) распылителей над гидравлическими и пневматическими, заключающимся в их способности при малых расходах жидкости обеспечивать монодисперсное дробление. Поэтому вращающиеся распылители привлекают все больше внимания в механизации химической защиты растений.

Результаты исследований. Предлагаемый нами распылитель был разработан и создан на основе существующего распылителя, применяемого на аэрозольном генераторе АГВ-600. Его принципиальная схема представлена на рис. 1.

Распылитель имеет крыльчатку 3 (фиг. 2), которая вращается на подшипниках 7 при помощи лопастей, закреплённых на поворотных шайбах 14 зажимом 5 и ступицей 6.

image001_9_897692f827f1f7058bfda8f3d91c4886 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600Рис.1 - Принципиальная схема предлагаемого распылителя

Жидкость подаётся по нагнетательной магистрали внутрь вала распылителя 1, по которому она поступает в центральную часть корпуса 11, равномерно распределяясь вдоль его длины. Далее рабочий раствор идёт на рассекатель 10, находящийся рядом с распыливающими тарелками 9. По его периферии расположены цилиндрические канальцы. Проходя через рассекатель 10, рабочий раствор образует тонкую жидкостную плёнку, которая, попадая на распыливающие тарелки 9, дробится на мелкие частицы под действием центробежной силы. Излишки не раздробленной жидкости выходят из корпуса 11 устройства через специальные отверстия. При этом они сталкиваются с сетчатыми разбрызгивателями 8. В результате этого происходит их первичное дробление. Второй этап распыливания образовавшихся частиц жидкости осуществляется в воздуховоде генератора под воздействием на них воздушного потока.

Чашеподобная форма распыливающих тарелок 9 обеспечивают придание правильного направления движения истекающей капле, т. е. она не входит в завихрение, а летит по прямолинейной траектории [3, 5].

Размер ячеек разбрызгивателей 8 равен диаметру канальцев рассекателя 10. За счёт этого обеспечивается возможность получения однородных по величине капель (монодисперсный распыл).

Частота вращения крыльчатки 3 предлагаемого распылителя, приводимой мощным воздушным потоком, регулируется изменением угла атаки лопастей, установленных на поворотных шайбах 14. В каждой из них имеются пазы 12, в которые вставляется фиксатор 13. Они смещены друг от друга на угол, равный минимальному шагу регулировки положения лопастей. Таким образом изменяется частота вращения крыльчатки 3 распыливающего устройства. Вместе с тем варьируется число оборотов корпуса 11 и распыливающих тарелок 9.

Анализ последних теоретических исследований в области обоснования конструктивных и режимных параметров распылителей показал, что они не учитывают всех факторов, влияющих на качество (монодисперсность) дробления жидкости при химической обработке многолетних насаждений.

Согласно, агротребованиям, предъявляемым к ультрамалообъёмному опрыскиванию, диаметр капель жидкости должен составлять от 30 до 50 мкм для качественного покрытия листовой поверхности многолетних насаждений (садов и виноградников) [1]. Для определения этого показателя используется формула В. Уолтона и В. Прюетта [2]:image002_17_babde44de507e28ff88ae21d8c4dd7dc Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600

image003_18_bc78744d402b72e9e280b71d5747edfd Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 мкм (1)

где: ω – угловая скорость рабочего

элемента распылителя, рад/с;

RT – его радиус, мм;

σ – поверхностное натяжение

жидкости, Н/м;

ρ – плотность жидкости, г/см3;

С≈2,9 – константа.

Из данного выражения видно, что на степень дробления жидкости при работе вращающегося распылителя влияют его конструктивные и режимные параметры - радиус и число оборотов рабочего элемента. Они могут быть определены по формуле (1) с учётом агротребований, предъявляемых к малообъёмному опрыскиванию. Таким образом, радиус рабочего элемента равняется:

image004_16_efcdb51529c14f46ebbbe76276fdb61b Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (2)

Далее, вычислив значение данного показателя, при котором будет обеспечиваться необходимая дисперсность дробления, можно определить нужную угловую скорость рабочего элемента распылителя:

image005_15_2a20ce03f2c63880d0d39a96e6040bae Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (3)

Так как угловая скорость равна:

ω=2×π×nТ, рад/с (4)

где: – число оборотов тарелки распылителя, об/мин.

Следовательно:

image006_14_e41ecb22334919f359523f0184a588fe Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (5)

На основании расчётов, произведённых по формулам (2) и (5), строятся аналитические графики: зависимости диаметра образующихся капель от радиуса RT вращающейся тарелки (рис. 2) и от числа оборотов вращающейся тарелки (рис. 3).

image007_16_0f3168c3f97fb11af74013f8d5330b22 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600Рис. 2 – График зависимости диаметра образующихся капель dm от радиуса RT вращающейся тарелки

Анализ графической зависимости, представленной на рис. 2, показал, что при варьировании радиуса тарелки распылителя RT от 40 до 60 мм диаметр образующихся капель изменяется в диапазоне от 66,3 до 43,9 мкм. Из этого можно сделать вывод, что получение капель, имеющих размер, удовлетворяющий агротребованиям для ультрамалообъёмного опрыскивания (от 30 до 50 мкм), обеспечивается при применении тарелок радиусом 60 мм.

image008_17_66686b75d5a968c9236e2e68fbced35d Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600Рис. 3 – График зависимость диаметра образующихся капель dm от числа оборотов вращающейся тарелки .

Из представленного на рис. 3 графика видно, что из всего диапазона значений размера капель, допустимых для ультрамалообъёмного опрыскивания, наименьшее из них, 32,8 мкм, обеспечивается при вращении распыливающей тарелки радиусом 60 мм с частотой около 8000 об/мин.

В аэрозольном генераторе АГВ-600 тарелки распылителя получают крутящий момент от крыльчатки, которая приводится во вращение мощным воздушным потоком, создаваемым вентилятором.

Лопасти крыльчатки существующего распылителя, применяемого на аэрозольном генераторе АГВ-600, жёстко закреплены под фиксированным углом атаки, при котором обеспечивается номинальное число оборотов тарелок распылителя, обеспечивающее требуемую дисперсность дробления жидкости.

В конструкции предлагаемой модели рекомендуется использовать поворотные шайбы, которые дадут возможность устанавливать различный угол атаки лопастей [3]. За счёт этого будет изменяться степень воздействия на них воздушного потока и, тем самым, будет обеспечиваться возможность варьирования дисперсности дробления жидкости при минимальных затратах энергии на привод вентилятора, создающего воздушный поток.

По утверждению учёных, занимавшихся вопросами аэродинамики, а, именно, П. И. Дурнова, степень воздействия воздушного потока на лопасти крыльчатки зависит от их угла атаки β. Следовательно, под влиянием этого параметра изменяется и частота вращения image009_15_6b31b06190273e3189951c3ad1aa0aea Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 распылителя [6].

Из всего выше сказанного следует, что для передачи крыльчатке крутящего момента, необходимого для обеспечения требуемого числа оборотов, нужно создать соответствующий напор воздушного потока. Для этого надо затратить определённую мощность. Её значение вычисляется по формуле [6]:

N=h×QT, кВт (6)

где: h – напор вентилятора, м3/с

(исходя из характеристики

машины);

QT – расход воздуха, м3/с.

От этой величины зависит значение момента качества движения массы воздуха image010_16_7e5f57fa13b6eae9d92909a1a67dacb8 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600, который используется при определении окружной составляющей скорости воздушного потока [6]:

image011_17_c85e8cddec324c45d8e1ba5e049dab2b Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (7)

где: М – момент качества движения

массы, Н/(м´с);

m – модуль (теоретическая длина

пути, пройденная воздухом при

повороте крыльчатки с лопастями на

1 радиан), мм;

- радиус крыльчатки с лопастями,

мм.

Согласно теории П. И. Дурнова, существует связь между окружной составляющей скорости воздуха Сu и углом атаки β лопастей крыльчатки [6]:

Cu=Ca×сtgβ,м/с (8)

Здесь Ca - осевая скорость крыльчатки, которая также может быть определена, исходя из расхода воздуха и площадь выходного сечения горловины воздуховода А [6]:

image012_17_a864d6717d471efcfc9c6ecfd2796cb9 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (9)

где: QТ=16×π2×RЛ 3×n;

А=π×RЛ 2.

Причём, частота вращения распылителя np равна частоте вращения тарелок nТ.

Отсюда:

image013_17_0b83824235a7e42a9dce7f22811c3e7f Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600(10)

Подставив выражения осевой скорости Ca и её окружной составляющей Сu в формулу (7), получим значение угла атаки β лопастей крыльчатки:

image014_17_c78f74aa834a0749c6fa3a70b337612e Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (11)

На основании полученных данных строится график зависимости частоты вращения крыльчатки n от угла атаки лопастей β (рис. 4), из которого видно, что частота вращения крыльчатки, а, следовательно, и распылителя, необходимая для получения необходимой степени дробления жидкости, требуемой при малообъёмном опрыскивании, обеспечивается при угле атаки лопастей β=40º, и, соответственно, при ультрамалообъёмном - β=20º.

image015_18_46ba7c9ee79b33ebbd4af4b29591d056 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600Рис.4 – График зависимости частоты вращения тарелок n

от угла атаки лопастей β

Исходя из полученного выражения, зная угол атаки β лопастей крыльчатки, можно определить мощность, затрачиваемую на её привод:

image016_18_19d63fa5773cabd2571b6489e45a158a Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 (12)

где: 256 – переводной коэффициент.

На основании данных, полученных в результате расчётов, произведённых по формуле (12), строится график, показывающий закономерность изменения мощности, затрачиваемой на привод крыльчатки P распылителя, в зависимости от угла атаки её лопастей β (рис. 5).

image017_17_d96f7528137d241708a726c42c49cb19 Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600

Рис.5 - Зависимости мощности на привод крыльчатки P

от угла атаки лопастей β

Из данного графика видно, что наименьший расход мощности на привод крыльчатки P затрачивается при угле атаки лопастей β=40º.

Таким образом, из представленных выше теоретических предпосылок можно сделать вывод о существенном влиянии для стабильного протекания технологического процесса дробления жидкости вращающимся распылителем его конструктивных и режимных параметров, а, именно, радиус и число оборотов рабочего элемента, которое очень сильно зависит от угла атаки лопастей крыльчатки.

Кроме того, в рассматриваемом вопросе большую роль играет целый ряд других факторов: физические свойства жидкостей; мощность создаваемого вентилятором воздушного потока, воздействующего на распылитель.

Выводы. На дисперсность и затраты мощности на привод вращающегося распылителя существенное влияние оказывают радиус распыливающих тарелок и угол атаки лопастей крыльчатки, от которого зависит число оборотов распылителя. Правильный выбор этих параметров, произведённый с учётом результатов теоретических исследований, представленных в статье, поможет повысить качество работы распылителя, а, наряду с этим, эффективность проведения аэрозольной обработки.

Список использованной литературы:

1. Догода П. А., Воложанинов С. С., Догода Н. П. Механизация химической защиты растений. – Симферополь: Таврия, 2000. – 140 с.;

2. Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Соколов М. С. Пестицидные аэрозоли. – М.:Наука, 1982. – 288 с.;

3. Плотников В. В. Обоснование параметров поворотной лопатки осевого вентилятора виноградникового опрыскивателя // В. В. Плотников, И. В. Соболевский / Научные труды ЮФ(КАТУ)НАУ. –2007 г.– №102, С – 39-45.;

4. Протокол № 3-3-05 (1060205) от 5 сентября 2005 г. ведомственных испытаний аэрозольного генератора АГВ-600.;

5. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин (под редакцией М. И. Клецкина). – Т.1. – М.: 1967. – 830 с.

6. Дурнов П. И. Насосы, вентиляторы, компрессоры. – Киев; Одесса: Вища школа. Головное издательство, 1985. – 264 с.

7. Галустов В. С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 240 c.

Анотація

УДК 631.348.45(088.85)(497.2)

У статті представлені теоретичні передумови, що відображають взаємозв'язок між конструктивними і режимними параметрами розпилювача і показниками якості його роботи.

The summary

УДК 631.348.45(088.85)(497.2)

The article contains theoretical pre-conditions, reflecting intercommunication between the structural and regime parameters of the rotary atomizer and by the high-quality indexes of its work.

Догода П. А. – д. с.–х. н., профессор кафедры сельскохозяйственной техники;

Соболевский И. В. – к. т.н., ассистент кафедры сельскохозяйственной техники;

Сидоренко И. Д. – аспирант кафедры сельскохозяйственной техники.

Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 - 4.0 out of 5 based on 1 vote