В статье рассмотрены вопросы влияние монодисперсности капель рабочей жидкости на эффективность опрыскивания, выражающейся в равномерном распределении капель на обрабатываемой поверхности без их потери в окружающую среду. Разработанная конструкция монодисперсного распылителя, в которой получен патент Республики Узбекистан, обеспечивает дробление жидкости на однородной дисперсности и регулируемого размера, тем самым улучшает качества химической обработки растений и охраны окружающей среды от загрязнения химическими препаратами.
In clause questions influence of monodispersiveness of drops of a working liquid on efficiency of the spraying, expressing in uniform distribution of drops to a processable surface without their loss in an environment are considered. The developed design of a monodisperse spray in which the patent of Republic Uzbekistan is received, provides crushing a liquid on homogeneous dispersiveness and the adjustable size, thus improves qualities of chemical processing of plants and preservations of the environment from pollution by chemical preparations.
По данным ООН в мире насчитывается более 1 млрд. людей, которые не получают нормального питания. Голод и недоедание являются основными угрозами безопасности и здоровью человечества.
Негативные изменения в биосфере земли, уменьшение ресурсов пресной воды и ухудшения мелиоративного состояния орошаемых земель, а также продолжавшийся мировой экономический кризис привел к росту цен на продовольственные продукции. Эти обстоятельства, а также сокращения объемов производимый продовольственной продукции вывел проблему продовольственной безопасности и проблему голода на первый план в повестке дня многих стран мира.
Решение проблемы продовольственной безопасности государства тесно связано с сельским хозяйством, т. е. производством сельскохозяйственной продукции. Необходимый и достаточный объем производимый продукции зависит от эффективного решения задач защиты сельскохозяйственных растений от различных болезней, вредителей и сорняков.
Производство высококачественных продуктов сельского хозяйства в достаточном объеме в настоящее время немыслимо без применения достаточно легко доступного и эффективного химического метода защиты растений. Однако применение химических препаратов защиты растений в условиях интенсивных технологий требует особого подхода. При химическом методе защиты растений особо остро стоит вопрос о сносе пестицидов ветром при опрыскивании на соседние поля и участки, где они могут приносить ущерб растениям и урожаю, животным и людям. Следовательно, при использовании пестицидов всевозрастающем объёме должны быть гарантии надежней защиты окружающей среды от неблагоприятных воздействий пестицидов.
В сельском хозяйстве используются пестицидные аэрозоли с очень широким диапазоном размеров частиц. При опрыскивании растений опрыскивателями наряду с относительно крупными каплями всегда образуются и очень мелкие капли. Средний размер капель может меняться в широких пределах, но всегда имеется фракция мелких капель, которые очень легко уносится ветром в сторону. Доля таких капель особенно велика при малообъемном и ультрамалообъемном опрыскивании, поэтому с появлением этих методов опрыскивания проблема сноса стала одна из важнейших.
Экспериментально установлено, что частицы жидкости с диаметром 30 мкм и менее парят в воздухе и практически не оседают на поверхность под действием собственного веса [1]. Эти мелкие капли могут быть увлечены восходящими потоками воздуха на сотни метров вверх и осесть на другом поле, удаленном от обрабатываемого на десятки километров. Процесс сноса капель восходящими потоками воздуха пока не поддается расчету. Однако несомненно, что главная причина загрязнения окружающей среды пестицидами — это результат сноса капель ветром. Поэтому устранения явления сноса капель при химической обработке растений является важнейшей задачей при охране окружающей среды.
Процесс сноса капель зависит от многих факторов. Среды этих факторов основными являются диаметр капель и скорость оседания капелек на поверхность обработки. Выходя из состояния покоя в воздухе, капелька вначале падает ускоренно и только через некоторое время достигает постоянной скорости падения — так называемой стационарной скорости оседания. Водная капля диаметром (
) равным 1000 мкм достигает стационарной скорости оседания (400 см/сек) после того как пролетит расстояние 1 м, а капля диаметром 100 мкм достигает стационарной скорости оседания 27 см/сек — через всего в 1 см пути полета. Это показывает, что в диапазоне размеров капель, обычно встречающихся при опрыскивании, величина скорости оседания изменяется в больших пределах. С некоторым упрощением принимают, что скорость падения в неподвижном воздухе у капель, 
150 мкм пропорциональна диаметру в первой степени, а при 
50 мкм квадрату диаметра [2].
Соприкоснувшись с покровными тканями растений, капли могут либо задержаться на них, либо скатиться вниз, что приведет к загрязнению почвы и воды. В последнем случае капля или отражается («отскакивает») от поверхности объекта, или скатывается под действием силы тяжести. Большое значение имеет угол наклона обрабатываемой поверхности относительно горизонтального положения: чем больше этот угол, тем быстрее стекает капля. При малом угле наклона быстрее начинают стекать более крупные капли. Считают, что капелька стекает, если масса ее достаточно велика (
30 мкм), жидкость плохо смачивает поверхность и угол наклона последней достаточно велик (>45º). Стекание капель иногда характеризуют постоянной величиной, выражающейся произведениям массы (она пропорциональна к кубу диаметра) капли на тангенс угла наклона поверхности к горизонту.
Отражение жидкости с поверхности листьев пропорционально массе капель и квадрату скорости их падения. Удержание во многом характеризует дозу токсиканта, непосредственно воздействующего на обрабатываемый объект. Для растений этот показатель зависит от размера капель, от степени и характера взаимного перекрытия листьев, площади проекции листьев и угла падения капель.
Счетную поверхностную концентрацию капелек («плотность покрытия», густоту «сетки», или осаждения) характеризуют числом капель, выпадающих на 1 см2 обрабатываемой горизонтальной поверхности. Для характеристики опрыскивания используют такие показатели как плотность (
, шт/см2) и степень (
, %) покрытия [3]. Зависимость этих показателей определяются по следующим формулам:
, (1)
, (2)
где 
- коэффициент растекания (для водных растворов при 
=100…800 мкм 
=3±0,03 [3]);
— норма расхода жидкости, л/га;
- диаметр капель, мкм.
На основе анализа большого количества опытных данных можно утверждать, что именно степень покрытия является наиболее важным показателем качества опрыскивания, определяющим эффективность гербицидов, инсектицидов, дефолиантов и др. Следовательно, увеличение степени покрытия приведет к уменьшению загрязнения окружающей среды. Показано, что критическим значением степени покрытия при опрыскивании растений, можно принять в зависимости от состояния листовой поверхности и применении контактных препаратов, находится в пределах от 2,5…5,0 %. C учетом этого можно установить зависимость, позволяющий установить оптимальный размер капель при различных нормах расхода рабочей жидкости (мкм):
, (3)
Как видно из этого выражения, между диаметром капли и расходом жидкости при заданной степени покрытия листовой поверхности существует прямая пропорциональность.
При установленном значения
, например, при дефоляции хлопчатника, количество капель на лицевой и тыльной сторонах листа должно быть по 40 и 21 шт на 1 м2 поверхности соответственно, то можно определить следующую зависимость, устанавливающую связь между 
(мкм) и 
(л/га), т. е.
(4)
или
(5)
Из последнего выражения можно определить тот минимальный расход раствора в литрах для обеспечения заданного количества капли. Например, при 
=30 шт/см2 и 
=100 мкм 
(л/га) будет равно:
Последний показывает, что для обеспечения при дефолиации требуемого 30 капель на 1 см2 при 1 га листовой поверхности необходимо 1,57 л/га рабочего раствора. Если листовой поверхность увеличить до 10 га, расход жидкости составить 15,7 л/га. На практике расход жидкости варьируется сотнями литрами. Это потому: во-первых, диспергированная жидкость имеет полидисперсный распыл, состоящий из капель различных (очень мелких, средних и крупных) размеров, мелкие капельки (
<30…50 мкм) не садятся на листья и уносятся ветром за пределы обрабатываемого участка, а крупные не удерживаются на листе под действием тяжести, и стекают вниз в почву; во-вторых, при вентиляторном опрыскивании велика вероятность испарения капель, и таким образом, капли средних размеров переходят в мелкие капельки, а также жидкость, смывая поверхность листа, стекает вниз на землю.
Для устранения сноса капель при опрыскивании, а также для повышения эффективности применения ядохимикатов, нами разработана конструкция конусного зубчатого распылителя, способного образовать монодисперсный распыл на больших, соизмеримых с производственными потребностями расходах с минимальными (до 3–5 %) количествами капель-спутников. На конструкцию конусного зубчатого распылителя получен патент Республики Узбекистан [4].
Распылитель состоит надетых друг на друга с промежутками пакета конусов, заканчивающихся плоскими поверхностями, по периферии которых нарезаны распылительные зубы (рис).
При работе распылителя решена задача равного распределения жидкости между зубчатыми конусами, и тем самим обеспечена основное условие первого режима монодисперсного распыливания. Рабочая жидкость из подводящего патрубка поступает на дно вращающегося со скоростью ω зубчатого конуса. Под действием центробежных сил жидкость растекается вначале по дну и наклонной стенке, а затем по плоской поверхности зубчатого конуса. Жидкость накапливается на зубьях и по мере поступления жидкости размеры капли растет. Как только центробежная сила, действующая на капли, станет больше чем сил поверхностного натяжения, капля оторвется от зуба и полетит в воздухе к объекту обработки.
Определен количества зубчатых конусов в распылителе, диаметр зубчатого конуса, числа и параметров зубьев зубчатого конуса. По нашим расчетным данным монодисперсный мелкокапельный дисперсный состав диспергированной жидкости (
=80…120 мкм) можно получить при скоростях вращающихся распылителей 
м/с. Поэтому при диаметре распылителя 
= 80…100 мм, предельный расход жидкости на один распылитель 
находится в пределе 
=1,1…1,3 мл/с, в среднем 
=1,2 мл/с.
Рис. Монодисперсный распылитель жидкости: 1- кожух; 2- усеченный зубчатый конус; 3- зубы распылительные, спаренные, двухрядные; 4- неподвижный стакан; 5- крышка; 6- подводящий патрубок; 7- вращающийся сосуд; 8- насадки; 9- приводной валик электродвигателя; 10- электродвигатель; 11- нижний усеченный конус; 12- ускорительные лопатки; 13- чашка; 14- наружный отсечной щиток; 15- внутренный отсечной щиток.
При таких данных достигается поставленная перед исследованием задача, т. е. получение монодисперсного распыла при больших расходах рабочей жидкости. Достижения монодисперсного распыла с требуемыми диаметрами капель рабочей жидкости способствует уменьшению загрязнения окружающей среды при химической обработке растений.
Выводы
- Обработка растений с монодисперсными каплями необходимого диаметра способствует снижению нормы расхода рабочей жидкости, повышает качество обработки и устраняет опасность сноса мелких фракций капель рабочей жидкости за пределы обрабатываемого участка.
- Разработанная конструкция монодисперсного распылителя обеспечивает дробление рабочей жидкости на капли одинакового и регулируемого размера, в соизмеримых с производственными потребностями расходах рабочей жидкости. Это способствует к улучшению охраны окружающей среды.
Литература:
- Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Соколов Н. С. Монодисперсные аэрозоли. –М.: Наука, 1975.
- Дунский В. Ф., Никитин Н. В. Монодисперсное распыливание жидкости вращающимся распылителями. В кн. Аэрозоли в с. х. –М.: Колос. 1982. с. 122…144.
- Пажи Д. Г., Галустов В. С. Основы техники распыления жидкости. –М.: Химия, 1984.
- Ixtiro patent. UZ IAP 03880, XPK8, B 05 B 3/02; A 01 M 7/00. Тўзиткич (Распылитель) / Ибрагимов Э. И. и др. Заявлено 23.02.2006. Приоритет 23.02.2006. Опубликовано 31.03.2009. Бюл., № 3.
