Применение трубопроводов из композиционных материалов в оросительных мелиорациях

Кратко рассмотрены вопросы повышения эффективности сборно-разборных трубопроводов для применения в системах орошения.

Ключевые слова: сборно-разборный трубопровод, композитный материал, системы орошения.

Анализ изменений климата за последние 25 лет (1976–2020 гг.), выполненный Росгидрометом в 2021 году [1], свидетельствуют о наличии тенденции к иссушению в земледельческой зоне России, при этом снижение урожайности в отдельных регионах напрямую связано с увеличением длительности засушливых периодов. В связи с существующими рисками дальнейшего увеличения доли сельскохозяйственных земель, расположенных в зонах неустойчивого или недостаточного увлажнения, вопросы своевременного и качественного планирования мероприятий по орошению приобретают все более важное значение. Также необходимо учитывать возможность выполнения оросительных мероприятий на земельных участках сложной конфигурации при наличии различных препятствий (мелколесье, дороги, линии электропередач и прочие препятствия).

В литературе [2; 3] отмечены преимущества применения мобильного быстросборного оросительного оборудования перед стационарными системами, определяемые модульной конструкцией и сокращением сроков проектирования и монтажа мобильных систем. При этом необходимо отметить, что сборно-разборные трубопроводы являются одним из основных элементов, определяющих надежность функционирования любой оросительной системы.

Среди недостатков соединений наиболее распространенных типов трубопроводов необходимо отметить малую угловую подвижность (1,3...2,50), что обусловливает значительную жесткость трубопровода при изгибе на сильно пересеченной местности [4]. При прокладке трубопровода на местности неизбежен его изгиб как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, при этом изгиб обеспечивается за счет относительного смещения труб в пределах допустимых углов поворота в соединениях. В связи с этим, исследование условий применения сборно-разборных трубопроводов на участках с различным рельефом и конфигурацией, является актуальным вопросом.

Для изучения напряженно-деформированного состояния линейной части трубопровода проведено исследование процессов функционирования соединений и разработаны модели его нагружения, учитывающие изгиб линии трубопровода. Для определения рациональных путей повышения эффективности использования трубопроводов в мобильных оросительных системах выполнено математическое моделирование работы линии сборно-разборного трубопровода при воздействии изгибающих нагрузок.

Анализ теоретических и экспериментальных исследований позволяет прогнозировать возможность повышения эффективности мобильных оросительных систем за счет их применения их в условиях пересеченной местности совместно с новыми конструкциями сборно-разборных трубопроводов.

В ходе исследования разработаны:

1. Линейный элемент сборно-разборного трубопровода с применением композитного материала, получены патенты на полезную модель [5; 6]. Основные преимущества решения — масса трубы из композитного материала около 36 кг, что в три раза меньше массы аналогичной трубы из стали. Это позволит сократить затраты на погрузку, вывоз и монтаж трубопровода, а также повысит мобильность комплектов труб. Композитные трубы не подвержены коррозии и не зарастают коррозионными отложениями. Результаты расчета гидравлических потерь для трубопроводов из стали и стеклопластика на примере труб диаметром 100 мм показывают, что применение композитного трубопровода вместо стального позволит сократить потери напора по длине в 1,75 раза.
2. Конструкции соединений труб (подвижное и быстроразъёмное подвижное), которые позволяют обеспечить угловую подвижность труб в соединениях до 15 градусов [7; 8]. Предложенные решения позволяют сократить трудозатраты, позволяя обеспечивать сборку соединений (труб, тройников, отводов и других фасонных изделий) без выполнения обязательного условия обеспечения соосности. Применение быстроразъемных подвижных соединений возможно как для металлических, так и для композитных и полиэтиленовых трубопроводов.

Сборно-разборные трубопроводы с предлагаемыми техническими решениями могут быть использованы для решения широкого круга задач и в качестве отдельного решения — как для текущих производственных, так и в случаях чрезвычайных ситуаций. Использование сборно-разборных композитных трубопроводов и подвижных соединений труб в сочетании с современной техникой (дождевальными машинами и установками) позволит наиболее эффективно проводить периодическое орошение наиболее рентабельных сельскохозяйственных культур.

Литература:

1. Доклад Росгидромета об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 год. — Москва, Росгидромет. 2021. — 104 стр.
2. Аналитические исследования перспектив развития техники орошения в России: Информационно-аналитическое издание. — М: Коломна.: ИП Лавренов А. В., 2020. — 128 с.: ил.
3. Щедрин, В. Н. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России: монография / В. Н. Щедрин, С. М. Васильев. — Новочеркасск: Лик, 2011. — 435 с.
4. Середа В. В., Елькин А. В. и др. Метод системного подхода при исследовании трубных соединений типа «Раструб» // Автоматизация и современные технологии. — 1999. — № 10. — с.34
5. Елькин А. В., Овчинин Д. И., Мельников Д. И., Еремин В. Н., Прохоров А. А., Середа С. В. Линейный элемент сборно-разборного трубопровода/ Патент на полезную модель RU 143993 U1, F16L 9/14, 10.08.2014
6. Елькин А. В., Овчинин Д. И., Еремин В. Н., Михальченков В. М., Прохоров А. А. Линейный элемент сборно-разборного трубопровода / Патент на изобретение RU 2543921 C1, 10.03.2015.
7. Елькин А. В., Швецов В. А., Кузьмин В. Г., Прохоров А. А., Попов Д. Ю., Гугин Е. Э. Подвижное соединение труб / Патент на изобретение RU 2234023 C1, 10.08.2004. Заявка № 2002133981/06 от 17.12.2002.
8. Елькин А. В., Прохоров А. А., Романова А. П. Быстроразъемное подвижное соединение труб / Патент на полезную модель RU 129590 U1, 27.06.2013. Заявка № 2013102940/06 от 24.01.2013.