Создание технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве

На правах рукописи

ГРИШИН АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ

СОЗДАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЯЕМОГО

ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Специальность 05.20.01 – технологии и

средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) и Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)

Научный консультант Доктор технических наук, член-корреспондент Россельхозакадемии Измайлов Андрей Юрьевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии Кряжков Валентин Митрофанович Доктор технических наук, профессор, член корреспондент Россельхозакадемии Федоренко Вячеслав Филиппович Доктор технических наук, профессор Башилов Алексей Михайлович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии).

Защита состоится 22 марта 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 006.020.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) по адресу:

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИМ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан «_» _ 20_г. и размещен на официальном сайте ВАК РФ в электронной базе диссертаций и авторефератов «_» _ 20г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук И.А. Пехальский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Развитие сельского хозяйства в значительной мере зависит от состояния и функционирования водохозяйственного комплекса, надежности обеспечения сельского населения и предприятий отрасли водой необходимого количества и качества.

В России насчитывается более 150 тысяч сельских поселений, в которых проживает около 40 млн. чел. Из них централизованным водоснабжением охвачено 73 тысяч поселений, где проживает 25,4 млн. чел., что составляет 64% сельских жителей. Более 30% сельского населения пользуется водой из шахтных и мелкотрубчатых колодцев, открытых водоемов, родников и привозной водой в объеме 130 тыс. м3. Из общего количества систем централизованного водоснабжения 61,3 тыс.(66%) нуждаются в реконструкции, 9,5 тыс. (11%) - в восстановлении.

Изношенность систем водообеспечения является главной причиной загрязнения питьевой воды, в результате несвоевременного ремонта сети водопотери достигают 50%.

Удельный расход электроэнергии на подъем воды велик и превышает 0, кВт·ч/м3, что свидетельствует о низкой эффективности эксплуатации сооружений водоснабжения.

В производственной сфере основными потребителями воды являются мелиоративные системы растениеводства и системы водоснабжения животноводческих ферм и комплексов.

Наибольшие объемы воды используются в водных мелиорациях: в мире 70% общего объема отбора пресной воды применяется для орошения 17% посевной площади. Дополнительные ущербы сельскохозяйственное производство несет из-за неудовлетворительного функционирования мелиоративных систем, которые вследствие износа частично утратили работоспособность. Износ напорных гидротехнических сооружений в Ставропольском крае составляет 50-100%, Краснодарском крае – 50-70%, Республике Адыгея – 76-100%.

В системах водопользования независимо от сферы применения насосное оборудование является основным элементом технологических систем водообеспечения и потребителем 90% электроэнергии.

Неправильный подбор и установка насосного оборудования приводят к перерасходу электроэнергии до 30%, сокращению срока службы насосов в 1,5- раза. Отсутствие технологий и технических средств управления и защиты машинных систем для добычи и транспортирования вод, отсутствие учета и контроля подачи и потребления воды – к потерям более 30% воды и перерасходу электроэнергии. Низкое качество проектных и строительно-монтажных работ, приводят к перерасходу электроэнергии и капиталовложений на 20-30%.

Таким образом, на сегодняшний день имеется множество свидетельств того, что отрасль сельскохозяйственного водоснабжения находится в критическом состоянии и характеризуется огромными потерями электроэнергии и воды, а также большим числом аварий, способствующих нарушению экологии.

В силу актуальности проблема водообеспечения АПК в последние годы решается на государственном уровне. Правительство РФ в августе 2009 года приняло решение о реализации «Водной стратегии агропромышленного комплекса России на период до 2020 года».

В ней предусмотрено восстановление, реконструкция, модернизация и строительство новых водохозяйственных систем, в том числе оросительных, проведение фундаментальных и прикладных научных исследований, разработка, развитие и внедрение результатов научных исследований, инновационных научно технических и технологических разработок.

Поэтому разработка технологий и закономерностей функционирования технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве является актуальной проблемой для сельскохозяйственной науки и аграрной практики и соответствует целям реформирования агропромышленного комплекса страны.

Объект исследований: технологии и технические средства водообеспечения объектов социально-бытовой, животноводческой и растениеводческой категорий сельского хозяйства.

Предмет исследований закономерности функционирования, методы построения и оптимизации параметров технологических процессов и технических средств нового поколения для экологически безопасных и экономически эффективных машинных систем водопользования в сельском хозяйстве.

Научная проблема сформулирована как исследование закономерностей функционирования и создание технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве.

Цель исследований - оптимизация параметров технологических процессов и технических средств, создание систем механизации управляемого водопользования для модернизации объектов сельского хозяйства на принципах их экосистемности.

Задачи исследований:

1. Обобщить и систематизировать взаимосвязанные базовые режимы функционирования систем водообеспечения и водопотребления сельскохозяйственных объектов.

2. Разработать вероятностную модель случайных потоков водопотребления категориями социально-бытовых, животноводческих и растениеводческих потребителей.

3. Выявить и математически описать закономерности функционирования элементов технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве.

4. Разработать методологию проектирования технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве, включая:

определение основных характеристик машинных систем водообеспечения при их работе в различных системах (без противодавления и с противодавлением);

методики:

построения вероятностной модели системы водопотребления;

определения энергопотребления машинных систем водообеспечения при случайном расходе;

выбора машинных систем водообеспечения и компоновки насосных станций.

5. Разработать принципы построения объектов водопользования в сельском хозяйстве.

6. Проверить в производственных условиях и дать оценку эффективности новых систем водопользования в сельском хозяйстве.

Методы исследований:

системный анализ технологической и технической базы водообеспечения с.-х.

объектов;

теория самоорганизации – синергетика и принцип энергетической экстремальности самоорганизации;

фрактальный анализ, теория фазовых траекторий и агрегирования квазициклов ряда, теория неравновесных динамических систем и фазовых переходов для количественной оценки и прогноза случайных режимов водопотребления и эксэргетический анализ для оценки уровня потребления воды растением;

математическое моделирование и вычислительный эксперимент, в том числе и в программе Excel, совместно с теорией информации;

методика математического планирования многофакторного эксперимента;

теории вероятности и математической статистики, включая оценку соответствия параметров потоков t-распределению Стьюдента, а также с использованием критериев Кохрена и Пирсона при проверке достоверности результатов исследований;

производственная проверка и оценка эффективности разработанных технологий и новых технических средств.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

Впервые выявлены, обобщены и систематизированы взаимосвязанные 1.

базовые режимы по условиям экологичного, отвечающего экологическим требованиям и ограничениям нарушения равновесия сложившихся экосистем и экономически эффективного их функционирования.

2. Впервые получена вероятностная модель с элементами предпрогнозного анализа случайного потока водопотребления категориями социально-бытовых, животноводческих и растениеводческих потребителей.

3. Впервые выявлены и математически описаны закономерности функционирования элементов систем механизации управляемого водопользования в сельском хозяйстве:

образования регулирующего объема буферных емкостей;

образования регулируемого объема буферных емкостей;

управления техническими системами водоснабжения сельскохозяйственных объектов;

согласования напора насоса в рабочей зоне с параметрами внешней сети;

образования расхода насоса с частотным приводом в комбинированной компоновочной схеме;

процесса образования избыточного давления в системе водообеспечения;

процесса нагрева электродвигателей насосов;

расхода воды потребителями.

4. Впервые разработана методология технологического обеспечения экосистемного водопользования, включающая методики построения вероятностной модели расхода воды потреблями, определения энергопотребления машинных систем водообеспечения при случайном расходе, выбора машинных систем водообеспечения и компоновки насосных станций.

5. Обоснованы принципы построения объектов экосистемного водопользования, включая технологию управляемого орошения растений туманом, как направление исследований на перспективу и инновационную прямоточную технологию водообеспечения, в основе которой лежит принцип частотно-каскадной комбинированной компоновки насосных агрегатов, учитывающей вероятностную модель внешнего воздействия потребителей воды.

6. Разработано новое поколение технологий и систем механизации для обеспечения экосистемного и управляемого водопользования в сельском хозяйстве с оценкой их экономической эффективности.

Положения, выносимые на защиту:

Параметры взаимосвязанных базовых режимов и технологических 1.

процессов в системах водообеспечения и водопотребления следует оптимизировать по критериям экологичного, не нарушающего экосистемность агроландшафтов и энергоэффективного их функционирования, которые взаимосогласованы. Так оптимальная стабилизация давления в трубопроводах исключит утечки воды и водную эрозию почвы, и связанный с ними непроизводительный расход электроэнергии.

2. Анализ случайного потока водопотребления категориями социально бытовых, животноводческих и растениеводческих потребителей следует производить с использованием разработанной его вероятностной модели.

Проектирование технологических и технических объектов обеспечения 3.

экосистемного водопользования следует осуществлять на основе: принципа экосистемности, отвечающего экологическим требованиям и ограничениям нарушения равновесия сложившихся экосистем;

принципа оптимальности технических и технологических решений, отражающий переход на новые экологически безопасные и экономически эффективные водохозяйственные системы, технологии и конструкции. То есть на основе разработанных закономерностей функционирования элементов систем механизации управляемого водопользования в сельском хозяйстве:

образования регулирующего объема;

образования регулируемого объема;

управления техническими системами водоснабжения сельскохозяйственных объектов;

согласования напора насоса в рабочей зоне с параметрами внешней сети;

образования расхода насоса с частотным приводом в комбинированной компоновочной схеме;

процесса образования избыточного давления в системе водообеспечения;

процесса нагрева двигателей насосов;

расхода воды потребителями, а также инженерных методов построения вероятностной модели потребления воды, методов определения энергопотребления машинных систем водообеспечения при случайном расходе и выбора машинных систем водообеспечения и компоновки насосных станций.

4. Построение систем технологического обеспечения экосистемного водопользования следует осуществлять с учетом предложенных принципов их проектирования.

5. Эффективное функционирование объектов экосистемного водопользования – водохозяйственной деятельности и управления водопользованием в едином технологическом процессе, включающем потребление, использование и отведение воды с учетом экологических требований и ограничений по количественным и качественным показателям, снижения безвозвратного водопотребления и предупреждения загрязнения воды, почв, растений, можно обеспечить применением разработанных новых технологий и созданных систем механизации управляемого водопользования нового поколения.

Практическая значимость заключаются в разработке и создании технического обеспечения нового поколения – контейнерных насосных станций заводской готовности, реализующих прямоточную технологию водообеспечения с комбинированной схемой компоновки машинных систем водоподачи на основе современной преобразовательной техники и сотовой связи протокола GSM.

Технологическое обеспечение нового поколения использовано с участием автора в выполнении Федеральной целевой программы «Социальное развитие села до года» путем разработки рекомендаций, конструкторской документации и оборудования для технического обеспечения систем водоснабжения объектов АПК, включая:

Методические рекомендации по выбору оборудования для частотно регулируемой насосной станции второго подъема с комбинированной компоновочной схемой (2005 г.);

Методические рекомендации по выбору оптимальной электронасосной установки для башенной системы водоснабжения с использованием четырехдюймовых погружных электронасосов (2005 г.);

Методические рекомендации по выбору энергоэкономного электронасосного оборудования и применению контейнерных насосных станций, рекомендованные к применению НТС Минсельхоза РФ (2007 г.).

конструкторскую документацию на изготовление павильонов контейнерного типа для станций подготовки и подачи воды 3 производительностью 24 м /сут., 60 м /сут.;

конструкторскую документацию на электрооборудование и средства управления для станции подготовки и подачи воды контейнерного типа производительностью 24 и 60 м /сут. с установленной мощностью от 0,75 до 1, кВт.

За создание и внедрение инженерного оборудования нового поколения «Высота» автору в составе творческого коллектива присуждена Премия правительства РФ в области науки и техники 2003 года.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на Ученых советах ВИЭСХ, заседании Бюро Отделения механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства Россельхозакадемии (2005 г.), заседании НТС Минсельхоза РФ (2007 г.) на Международных научно-практических конференциях симпозиумах и конгрессах: «Автоматизация сельскохозяйственного производства» (г.Углич, 1997 г.), «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (г. Минск, 1997 г.), «Вода: экология и технология» (г. Москва, 1998 г.), «Энергосбережение в сельском хозяйстве», (г.

Москва, 1998 г.).«Вода: экология и технология» (г. Москва, 2000 г.), «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве», (г.Минск, 2000 г.), «Энергосбережение в сельском хозяйстве. К 70-летию ВИЭСХ», (г. Москва, 2002 г.), «Вода: экология и технология» (г. Москва, 2002 г.), «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии и техника орошения», (г. Коломна,, 2004 г.), «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике» (г.

Москва, 2004 г.), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г.

Москва, 2004 г.), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г.

Москва, 2006 г.), «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России – разработка высокоэффективных ресурсосберегающих технологий» (г. Москва, г.), «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве (г. Углич, 2008г.), «Нетрадиционное растениеводство. Селекция.

Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» (г. Алушта, 2008 г.), «Научно технический прогресс в животноводстве – ресурсосбережение на основе создания и применения инновационных технологий и техники». (г. Подольск, 2008 г.), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 2008г.), «Повышение использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции» (г. Тамбов, 2009 г.), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 2010 г.).

Реализация результатов. Автором в 1991 году было организовано производственное предприятие для изготовления и внедрения технологий и технических средств защиты машинных систем для добычи и транспортирования воды «Высота» 105 различных модификаций и типоразмеров с объемом выпуска шт./год.

Всего выпущено более 20 тысяч комплектов, что подтверждено справкой о внедрении в период с 2004 по 2010 годы.

Указанные комплекты использованы при выполнении «Мероприятий по развитию водоснабжения в сельской местности» в рамках 4 контрактов с Минсельхозом России.

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в печатных работах (из них 15 статей в изданиях, согласно списку ВАК РФ), 3 книгах и брошюрах. Новизна технических решений защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и четырьмя свидетельствами на государственную регистрацию программы для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений.

Материалы изложены на 266 страницах компьютерного текста, содержат 24 таблицы, рисунков;

библиография включает 196 источников, в том числе 15 – на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, вытекающая из детального рассмотрения проблем в социально-бытовой и производственной сферах водопользования в сельском хозяйстве.

Научное обеспечение модернизации систем водопользования в сельском хозяйстве востребовано сельскохозяйственной наукой и аграрной практикой, что подтверждается стратегическими целями государства по реформированию системы водообеспечения и агропромышленного комплекса страны в целом.

В первой главе «Состояние проблемы водообеспечения и водопотребления в сельском хозяйстве и задачи исследований» показано, что развитие сельского хозяйства в значительной мере зависит от состояния и функционирования водохозяйственного комплекса, надежности обеспечения сельского населения и производственных объектов отрасли водой необходимого количества и качества.

Приведен обзор отечественных и зарубежных исследований и разработок по техническому обеспечению водопользования в сельском хозяйстве. Отмечено, что вопросы водопользования всегда были в центре пристального внимания советских и российских ученых: Н.Н. Абрамова, С.Я. Бездниной, Д.С. Беглярова, К. П.

Вишневского, В.Г. Ильина, В.Н. Исаева, Л.Я. Кашекова, А.А. Кемелева, Б.М.

Кизяева, Д.В. Козлова, А.Н. Костякова, М.В. Луговского, О.П. Михеева, П.А. Полад Заде, Р.М. Славина, В.М. Усаковского, В.Ф. Чебаевского, В.Н. Щедрина. Ими выявлены и решены проблемы как фундаментального, так и прикладного значения, решались задачи практического развития водохозяйственного комплекса отрасли, а сформулированные научные принципы и положения и сегодня позволяют снимать остроту проблем – результатов постперестроечного периода.

Показано, что в условиях нарастающей антропогенной нагрузки на природные ландшафты и водные экосистемы, загрязнения и деградации земель и водных источников, определяющее значение в сфере деятельности человека приобретает использование экосистемного подхода в качестве концептуальной основы природопользования.

Показано, что основными технологическими схемами водообеспечения с.-х.

объектов являются следующие:

башенная схема на основе башни Рожновского - наиболее распространенная;

схема с гидропневмобаками;

двухступенчатая технологическая схема: первая ступень - подъем воды из источника в подземный резервуар, вторая ступень – подача воды потребителю в режиме ступенчатого регулирования подачи;

прямоточная схема - плавное и комбинированное регулирование подачи с помощью регулируемых электроприводов (мало применяемая).

Приведены классификационные критерии систем водообеспечения и водопотребления в сельском хозяйстве (таблица1) и, как следствие, уточненная классификация базовых режимов по критерию физических процессов в элементах этих схем (таблица 2).

Из таблицы 1 видно, что по статусу водопользования, независимо от области применения водных ресурсов, существуют две самостоятельные категории:

водообеспечения и водопотребления.

Связь между ними заключается в том, что потребление диктует свои условия обеспечению: какое количество воды нужно подать, какого качества и с каким напором, причем, чем полнее будут выполнены условия, тем эффективнее будет работать вся система.

Таблица 1 - Классификационные критерии систем водопользования Системы водопользования в сельском хозяйстве с центробежными насосами Социально-бытовые Производственные По типу производства Животноводство Растениеводство По статусу водопользования внутри системы Водообеспечение Водопотребление По типу согласования обеспечения и потребления По потребителю воды Буферными емкостями Регулированием подачи Человек Животное Растение По способу регулирования подачи По параметру порядка возникающего в результате Ступенчатое Плавное Комбинированное действия Режима Эксергии По виду источника деятельности Подземные Поверхностные По виду режима По количеству насосов Социально Технологический бытовой С одним насосом С двумя и более насосами По типу технологической схемы По виду эксергии Баш С Двухступенчатая Прямоточная Тепловая Фотосинтезная енная пневмобаком Важно обеспечить достоверность информации о реальном характере требуемого основного параметра - расхода воды. Действительно, насос должен обеспечить потребителя требуемым количеством воды и традиционно выбирается из условия превышения или равенства его подачи максимальному часовому ее расходу. Таким образом, полученный результат представляет собой постоянное значение, вычисленное с некоторым коэффициентом запаса, и распространяется на последующие периоды времени, даже если требуемый расход значительно ниже номинальной подачи насоса.

То есть, имеет место рассогласование требуемого расхода с подаваемым.

Поэтому нужна реальная достоверная модель потребления воды на объектах, то есть модель исходных данных по расходу, применяемых при проектировании, обеспечивающая адекватность реальным расходам в системах водопользования.

На основе классификации базовых режимов процессов выделены взаимосвязанные сложные экологообразующие режимы элементов технологических схем (таблица 3), требующие взаимного согласования и согласования с диктующими (лимитирующими) условиями внешнего воздействия для обеспечения экосистемного водопользования, как функции согласованных режимов.

Таблица 2 - Базовые режимы систем водопользования в АПК Базовые режимы систем водопользования в АПК с центробежными насосами Режимы водообеспечения Режимы водопотребления Режимы по элементам технологических схем водообеспечения Устройств Скважин Электронасосов Электросеть Трубопроводов Емкостей управления Режимы процессов в скважинах Поступления воды Выноса песка из Изменения динамического Отбора воды (дебит) фильтров уровня Режимы процессов в электронасосах Гидромеханических Электрических Энергетических Режимы гидромеханических процессов в электронасосах Образования Изменения Вращения Параллельной Формирования характеристик подачи напора ротора работы КПД Режимы электрических процессов в электронасосах Контроля Старение изоляции Контроля токов фаз Управления U/f напряжения Режимы энергетических процессов в электронасосах Формирования Потерь Обеспечения Нагрева характеристик Энергопотребления мощности момента на валу КПД Режимы процессов в электросетях Нарушения симметрии Нарушения амплитуды Отклонения частоты напряжений фаз напряжений фаз напряжений фаз Режимы процессов в устройствах управления Управления по сигналу Слаботочной части Силовой части датчика Режимы процессов в датчиках Влияния Влияния Влияния частоты и Обледенения Гидроудара динамического динамического напряжения давления уровня Режимы процессов в слаботочной части Контроль токовых Контроля фазных токов по Контроля асимметрии перегрузок R-C цепочкой сигналам ТТ напряжений фаз Режимы процессов в силовой части Контроля фазных токов Контроля сопротивления изоляции Режимы процессов в трубопроводах Изменения гидравлического Стабилизации давления Потерь давления сопротивления в диктующей точке Режимы процессов в емкостях Образования регулирующего объема Образование регулируемого объема Так, например, режим формирования регулируемого объема образуется в результате трех взаимосвязанных базовых режимов: подачи насоса, работы датчика уровня в условиях обледенения и работы устройства управления по сигналу датчика.

Таблица 3 - Режимы сложных взаимосвязанных процессов технологических систем водообеспечения, требующие согласования с режимами внешних воздействий Режимы регулирования и управления объемами буферных емкостей образования регулирующего объема образования регулируемого объема обмерзания электродов ДУ контроля давления в условиях отклонений динамического уровня, частоты и напряжения питания контроля давления в условиях действия динамической составляющей контроля давления в условиях гидроудара Режимы регулирования и управления насосами износа изоляции насоса при пуске вращения ротора без помех подачи насоса в рабочей зоне формирования расхода в насосе с частотным приводом в комбинированной компоновочной схеме формирования минимума потребления электроэнергии Режимы, возникающие в трубопроводах образование избыточных давлений Режимы нагрева, энергетических потерь в насосах и защиты от аварийных ситуаций нагрева и потерь мощности при частотном регулировании производительности нагрева и потерь мощности при частотном регулировании производительности и разных мощностях насосов нагрева и потерь мощности при частотном регулировании производительности и разных законах управления напряжением контроль асимметрии фильтром нулевой последовательности контроль асимметрии фазовым детектором контроль асимметрии реле обрыва фаз контроль токовых перегрузок суммированием сигналов от ТТ контроль токовых перегрузок R-C цепочкой Показано, что отсутствие согласования температурного режима работы датчика уровня с внешним воздействием отрицательных температур в зимнее время приводит к их обмерзанию и нарушению управления насосом и, как результат, к переливам воды в башнях, нарушению целостности корпуса, к такому состоянию башен в целом, при котором их использование становится экологически не безопасным.

Таким образом, в Главе 1 в целом дано обоснование экоравновесного водопользования, как функции согласованных режимов.

Обобщение результатов отечественных и зарубежных исследований и разработок и систематизация взаимосвязанных базовых режимов процессов в технологических системах водообеспечения и водопотребления объектов сельского хозяйства с позиций согласования с внешними воздействиями;

оценка нарушения экосистемности и потерь ресурсов, сокращения сроков службы элементов технологических схем при нарушении такого согласования и возникающие при этом проблемы водопользования позволили сформулировать задачи исследований, приведенные выше.

Во второй главе «Исследование случайных потоков водопотребления в сельскохозяйственных объектах» приведены результаты исследования фактических расходов водопотребления в различных объектах.

Согласование режимов функционирования сложных взаимосвязанных технологических систем водообеспечения с диктующими условиями водопотребления легко было бы обеспечить в случае детерминированных реальных расходах, но они носят характер случайных временных рядов. Показано, что степень их предсказуемости и прогноза может быть определена с помощью методов фрактального анализа и фазовых траекторий, а числовые оценки и характеристики с помощью математической статистики и теории вероятности.

Получены характеристики режимов потребления воды на двух объектах животноводческого назначения: ферма КРС на 200 голов и свиноводческий комплекс на 108 тысяч голов за 10 суток с дискретностью один час.

Фрактальность присуща большинству естественных структур, особенно живым существам, основной её характеристикой является размерность. Фрактальная размерность ряда определялась при помощи метода нормированного размаха или R/S анализа, который в результате позволяет вычислить показатель Хэрста Н, который связан с фрактальной размерностью D соотношением D = 2 – H.

Предсказуемость ряда определяется его персистентностью, то есть наличием в его структуре долговременной памяти. Для этих целей фрактальный анализ использует метод V-статистики.

Исследованы временные ряды расходов водопотребления двух животноводческих объектов на их фрактальный характер и память, а также их вероятностные оценки. Результаты расчетов приведены в таблицах 4 и 5 и на рисунках 1…4.

Расход водопотребления в обоих случаях формируется при участии большого количества потребителей (обслуживающий персонал, животные), обусловлен их действиями и носит случайный характер. Более того, если группа животных крупная и подчиняется технологическому режиму в определенном порядке, расход получает свой независимый от действий отдельных потребителей характер и его параметры могут иметь детерминированные оценки.

Таблица 4 - Результаты расчета показателей фрактального анализа Ферма КРС Длина временного лага, n, час 8,00 12,00 24,00 48,00 120, Нормированный размах, R/S 2,44 3,09 5,55 6,13 7, lg n 0,90 1,08 1,38 1,68 2, Cтатистика Vn 0,39 0,49 0,74 0,79 0, Свиноводческий комплекс Длина временного лага, n,час 8,00 12,00 24,00 48,00 120, Нормированный размах, R/S 224,68 307,71 598,44 1143,05 2803, lg n 0,90 1,08 1,38 1,68 2, Cтатистика, Vn 2,35 2,49 2,78 3,06 3, Если водопотребление подчинено определенному порядку и выражает производственные процессы с однородной структурой, можно выявить этот порядок и достоверно определить свойства водопотребления. Его детерминированные и вероятностные характеристики для одинаковых производственных процессов будут схожи.

Фрактальные размерности (рисунки 1 и 2) временных рядов потребления воды подтверждают предположение о наличии детерминированной и случайной составляющих в структуре этих рядов.

Графики V-статистики (рисунки 3 и 4) имеют положительный наклон, что говорит о фрактальном, имеющем долговременную память, характере временных рядов расхода водопотребления.

Прогнозный анализ временных рядов подтверждает низкую степень неопределенности процесса водопотребления обоих объектов, что позволяет применять достоверные вероятностные оценки при расчете и выборе технических решений элементов технологических схем водообеспечения.

Вероятностные оценки исследуемых временных рядов расходов водопотребления представлены в таблице 5. Математическое ожидание для обоих рядов представляет собой уточненный суточный график водопотребления, который можно рассматривать как детерминированную характеристику водопотребления, имеющую идентичный характер Ферма КРС Свиноводческий комплекс 8,00 3000, 7, Нормированный размах, R/S 2500, Нормированный размах, R/S 6, 2000, 5, 4,00 1500, 3, 1000, 2, 500, 1, 0, 0, 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140, 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140, Длина лага, n Длина лага, n Рисунок 1 - Зависимость нормированного Рисунок 2 - Зависимость нормированного размаха от длины лага. размаха от длины лага.

Аппроксимирующее выражение Аппроксимирующее выражение R/S = R/S = 0,49 n0,76 для начальной части и R/S 33,98 n0,9. Фрактальная размерность = 3,19 n0,17 для конечной. Фрактальные Dн=1,1.

Достоверность аппроксимации R2 = 0, размерности Dн=1,24 и Dк=1, соответственно. Достоверность аппроксимации R2 = 0, 1,20 300, 1,00 250, 0,80 200, V-статистика V-статистика 0,60 150, 0,40 100, 0,20 50, 0,00 0, 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2, Логарифм длины лага Логарифм длины лага Рисунок 3 - V-статистика для начальной Рисунок 4 - V-статистика имеет части имеет положительный наклон.

положительный наклон.

V = 0,6 lg n + 0,3;

V = 149,1 lg n - 70,1;

R2 = 0, R2 = 0, для всех суток, так как временные ряды имеют долговременную память, а их фрактальная размерность близка к единице.

Следующие характеристики: среднее квадратическое отклонение (СКО), закон распределения, корреляционная функция, время корреляционной связи, длительность и периодичность выбросов за уровни, кратные СКО, оценивают центрированную случайную составляющую (ЦС), которая определена методом центрирования исходного ряда вычитанием математического ожидания (МО). Все эти характеристики имеют большое значение для обоснованного выбора технических решений, но в рамках диссертации рассмотрена лишь правомерность общего применения этих характеристик.

Действительно, для обоих рядов ЦС имеет стационарный характер с СКО, равным 1/8 от максимального расхода, и нормальным законом распределения.

Такие параметры как длительность и периодичность выбросов за уровни, кратные СКО, имеют отличия для разных объектов. Однако эти отличия незначительны и находятся в пределах 10% и их можно считать несущественными.

Таким образом, во-первых, режимы водопотребления представляют собой временные ряды с фрактальной структурой, образованной в результате самоорганизующегося процесса потребления воды большой группой потребителей и подчиняющейся параметру порядка, возникающего в результате действия технологического режима. Фрактальная размерность ряда близка к единице, что говорит о преобладании в структуре детерминированной составляющей.

Во-вторых, фазовые траектории процесса водопотребления отображают цикличность процесса, равную суткам. Их анализ, а также положительный наклон графика V-статистики подтверждают наличие в структуре долговременной памяти, что обуславливает хорошую прогнозируемость процесса и возможность применять выявленные вероятностные характеристики и параметры на объектах со схожими технологиями.

Причем первая представляет собой уточненный суточный график водопотребления, а вторая имеет стационарный характер с нормальным законом распределения и средним квадратическим отклонением, равным 1/8 от максимального расхода для обоих объектов. Их частотные характеристики совпадают в среднем с точностью +10%, что позволяет применять последние для обоснованного выбора технических решений.

В третьей главе «Исследоввание и математическое описание закономерностей функционирования элементов технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве» приведена методика построения вероятностной модели системы водопотребления. Методика показана на конкретном примере потребления воды фермы КРС за 14 суток рисунок 5.

При пошаговом продвижении по строкам и ячейкам Excel – таблица заполняется с использованием оператора автоматического расчета, «Мастера функции» и «Мастера диаграмм» Определены средние значении в сечении каждого часа.

Таблица 5 - Параметры и характеристики водопотребления Характеристика Ферма КРС Свиноводческий комплекс Максимальный 12,7 320, расход, м3/час 12, 10, Расход, м куб. в час 8, Математическое 6, ожидание 4, 2, 0, 1,00 3,00 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 17,00 19,00 21,00 23, Время, час 200 0, Гистограмма и 0, Плотность распределения,о.е.

теоретическая 0, кривая закона Частота распределения 100 0, случайной 0, центрированной 0, составляющей (ЦС) 0 0, 5 3 1 -1 -3 - Интервалы расходов Среднее квадратическое 1,5 40, отклонение ЦС, м3/час Среднее квадратическое 11,8 12, отклонение ЦС, % Закон q q e 211,8 e 212, f q f q 2 распределения ЦС 11,8 2 12,49 Стационарность Стационарная Стационарная Корреляционная R exp 0,85 cos 0,87 Rq ( ) 0,23 e0,0002 0,77 е0,4 cos 0, 2 функция Время корреляционной 1,7 7, связи, час Продолжение таблицы Длительность выбросов:

4,7 5, при tб= 1,5, мин.

0,7 0, при tб= 2,0, мин.

Период выбросов:

при tб= 1,5, час 4,5 4, при tб= 2,0, час 10,8 11, Полученные величины определяют детерминированную составляющую, а случайная составляющая определена методом 14, центрирования, а по 12,,.

полученным средним 10, значениям корреляционных 8, моментов от величины 6, интервала строится 4, y = -0,0522x2 + 1,2551x + 1, нормированная 2, корреляционная функция 0, центрированной случайной 1,00 3,00 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 17,00 19,00 21,00 23,, составляющей.

Рисунок 5 - График водопотребления фермы Перед математическим КРС моделированием расхода в сети за четырнадцать суток обосновываются принятые предположения касательно вычисленных характеристик, то есть проверяется с помощью критериев согласия правдоподобие выдвинутых гипотез:

о равенстве оценок матожидания на границах суточного интервала (предположение о суточной периодичности расходов в сети) по соответствию их статистики t-распределению Стьюдента;

об отношении рассчитанных среднеквадратических отклонений к совокупности с одной и той же величиной (предположение о стационарности случайной составляющей) по критерию Кохрена;

о допустимости величины расхождения теоретической плотности распределения по сравнению с фактически наблюдаемой в совокупности экспериментальных данных (предположение о том или ином теоретическом законе плотности распределения) по критерию согласия 2 Пирсона.

Результаты математической обработки данных, приведенных на рисунках 5, представлены в таблице 6.

Применение приведенных выше соответствующих критериев проверки выдвинутых ранее гипотез на этих выборках подтвердило их правомерность.

Математическая вероятностная модель водопотребления представлена в виде суммы двух положительных потоков:

qt mq t qt 2 q 2 q mq t 2 q qt 2 q (1) Таблица 6 - Характеристики и числовые параметры вероятностной модели Максимальное значение q max 5, Дисперсия 2 Сумма значений по сечениям 57, qk k Среднее значение 1, 0,01t 1, Среднеквадратическ Аппроксимирующее выражение графика б(t) ое отклонение б Значение б(t) в начале суточного интервала 1, Значение б(t) конце суточного интервала 1, Rq ( ) 0,2 e 0,001 0,8 е 1000 cos 0, 2 0, 001 Аппроксимирующее выражение графика R() Корреляционная Вторая производная в точке ноль R"(0) -0, функция Время корреляционной связи 0, час 1, Длительность выброса t 1,5 0, t m e [1 Ф(t )] t 2, 0, Rq Выбросы случайной t 2,5 0, центрированной при кратности б, ч составляющей через Частота появления выбросов t 1,5 0, уровни, кратные б t Rq t 2, 0, при e t 2,5 0, кратности б, ч- Далее приведено исследование закономерностей образования регулирующего объема в системах управляемого водопользования:

Установлено, что нестационарность регулирующего объема зависит не от роста дисперсии, а от накопления систематической ошибки, обусловленной неравенством подачи насоса и детерминированной составляющей, так как среднеквадратическое отклонение регулирующего объема растет менее интенсивно – пропорционально t.

Поэтому именно величина подачи насоса, удовлетворяющая условию ограничения роста регулирующего объема, и должна быть основным критерием выбора машинных систем водообеспечения.

Максимальная величина регулирующего объема будет определяться выражением:

V p m ax t q н m q t 2, (2) где t - интервал расчетного времени, в нашем случае сутки, - кратность «сигма».

Границы выбора подачи машинных систем водообеспечения машинных систем водообеспечения, при которых регулирующий объем не выйдет за пределы допустимого, имеют вид:

V p mq 2 qн mq 2. (3) t Кратность «сигма» определяется из условия допустимых величин длительности и частоты появления выбросов за уровень, определяемый этой кратностью.

Показано, что при проектировании систем водообеспечения следует принимать кратность «сигма» =2.

Далее приведено исследование закономерностей образования регулируемого объема исходя из того, что его величина Vр определяет частоту включения и отключения машинных систем водообеспечения, максимальное значение которой ограничено тремя включениями в час:

Zmax=0,25qн/Vрег=qп/2Vрег3,вкл/ч (4) Исследованы закономерности согласования подачи насоса в рабочей зоне с параметрами внешней сети. Показано, что работа насоса вне рабочей зоны приводит к снижению КПД, увеличению расхода и увеличению энергозатрат.

Например, при выходе за пределы рабочей зоны изменения подачи на 10% увеличивает износ насоса на 50…100%.

Приведено определение механической характеристики и закона управления систем механизации управляемого водопользования. Показано, что мощность насоса зависит от параметров сети H cm и Z, относительной частоты вращения рабочего колеса насоса или привода /n = *, давления насоса при расходе, равном нулю H on, суммарного гидравлического сопротивления R Z S, КПД насоса в н q н.

зависимости от расхода С учетом этой мощности получено п математическое выражение зависимости момента от частоты вращения – механической характеристики насоса, работающего с противодавлением, и учитывающей параметры сети и самого частотно-регулируемого насоса:

H cm H on 2 H on H cm H ст Z R R (5) 367,2 Р п н q В качестве примера по (5) определены механические характеристики погружного насоса ЭЦВ4-2,5-65, имеющего следующие параметры: Ноп=73 м в. ст.;

S=2,0 ч2/м5;

п=296 1/с;

Рп=1,5 кВт и работающего на сеть с гидравлическим сопротивлением 2 ч /м для двух значений Z=2, характеристики сети: с тремя значениями Z противодавления при и без противодавления в относительных единицах, Рисунок 6 - Механическая рисунок 6. характеристика электронасоса ЭЦВ4-2,5- Обоснован закон управления систем механизации управляемого водопользования сельскохозяйственного объекта, работающих с противодавлением, используя полученные механические характеристики, таблица 7.

На примере погружного двигателя ПЭДВ 1,5 – 96 показано, что управление по закону без учета противодавления и по законам приведенным в таблице 7, с учетом противодавления, обеспечивает снижение энергопотребления насоса на 15%.

Таблица 7 Аппроксимация механических характеристик погружного насоса и закон управления напряжением Противодавление, о.е. Нст=0,28 Нст=0,55 Нст=0, Аппроксимирующее =1,9*-0,9 =2,9*-2,0 =2,8*-2, выражение Достоверность 0,975 0,965 0, аппроксимации Закон управления 1,9 S n 0,9 2,9 S n 2,0 2,8 S n 2, напряжением преобразователя Разработана математическая модель формирования расхода насоса с частотным регулированием в комбинированной компоновочной схеме.

Формирование потока q через регулируемый насос (РН) происходит следующим образом. Если случайная величина расхода в сети q находится в пределах интервала изменения расхода РН q, то работает один РН. По мере увеличения расхода в сети, например до q, его величина становится больше интервала q и включается 1-й нерегулируемый насос (НН). При этом он берет на себя часть расхода Qi и через РН проходит часть потока, соответствующая разности q Qi, величина, которой вновь находится в интервале q. То же самое произойдет и при расходе q.

По мере снижения расхода НН будут поочередно отключаться, тем самым обеспечивая работу РН в интервале q. При этом он берет на себя часть расхода Qi и через РЭН проходит часть потока, соответствующая разности q Qi, величина которой вновь находится в интервале q. То же самое произойдет и при расходе q. Схемы компоновки приводятся в условных обозначениях, например, схема «33»

означает, что для комплекта используются два НН с величиной потока Q1 Q2 3,3 м 3 / час, а схема «6» означает, что для комплекта используется один НН с величиной потока Q1 6,6 м3 / час.

Работая совместно с регулируемым насосом, у которого интервал изменения подачи q 6,8 м 3 / час, они обеспечивают максимальную подачу.

Очевидно, что диапазон Q p для различных вариантов схем компоновки будет различен. Поскольку общий поток потребления воды носит случайный характер, а подача НН постоянна, то через РН будет проходить поток тоже случайного характера, но с другими вероятностными характеристиками, чем у общего потока.

Математическую модель формирования расхода через РН представим в q при 0 q q q следующем виде:

q Qнi при q Qнi1 q q Qнi (6) i i i где i – порядковый номер НН. Нулевой - НН отсутствует, то есть Qi 0 0.

С помощью этой модели и метода имитационного моделирования проведены исследования характеристик потока, формируемого РН, с использованием данных о потоке водопотребления в конкретной системе (исследовано 14 схем компоновок).

Результаты исследований представлены в таблице 8. Они расположены по степени возрастания МО в группе с одинаковым количеством насосов.

Таблица 8 Зависимость МО и СКО от схемы компоновки насосной станции Схема 1х 6 51 42 33 411 321 123 222 МО (м3/ч) 3,62 4,34 5,02 5,27 5,04 5,44 5,5 5,85 6,11 9, СКО (м3/ч) 1,8 1,47 1,14 0,87 1,15 0,75 0,84 0,65 0,51 1, Исследования показали, что доминирующим фактором снижения энергопотребления РН является минимум расхода, выраженный законом распределения с меньшим МО и СКО. Однако этот фактор не является окончательным, поскольку свое влияние окажет НН.

Окончательное решение по выбору компоновочной схемы определит экономический показатель, учитывающий работу НН, методика определения которого приведена ниже.

Использование РН и НН обеспечивает получение дополнительной экономии электроэнергии при переходе от частотного регулирования во всем диапазоне изменения расходов в сети к комбинированному регулированию. Так потребляемая электроэнергия для схемы 0 (без НН) равна 240,4 кВт-ч, а для схемы 321 - 213,8 кВт ч, что дает 11% экономии электроэнергии и 4% капитальных затрат за счет меньшей мощности и стоимости преобразователя частоты.

Определена закономерность процесса образования избыточного давления в системе водообеспечения. Распределение давления в условных ветвях трубопровода для экстремальных условий определяется наименьшими расходами. Относительная величина утечек воды определено отношением этих распределений.

В качестве реального объекта для проверки и оценки результатов выбрана насосная станция Qнс=0,083 м3/с на базе регулируемого агрегата с насосом К160/30 с параметрами Qн =160 м3/ч;

Нн =30 м;

Q0 =40 м3/ч;

Н0 =40 м;

S =9170 c2/м5. Эта насосная станция работает на кольцевую систему водоразбора L= 5 км. вычислено возможное снижение потерь воды от утечек в 3% после введения системы стабилизации давления и применения прямоточной технологической схемы подъема и распределения воды. Введение системы стабилизации в рассматриваемой выше насосной станции позволяет исключить утечку воды в размере 57,5 кубометров в сутки, и избежать нарушения экологической безопасности.

Исследованы закономерности нагрева двигателей насосов. Показано для схем с буферными емкостями, что когда расход воды ниже подачи насоса, он работает в повторно-кратковременном режиме, при этом пусковые режимы вызывают нагрев двигателя, что в свою очередь ограничивает количество пусков.

Обосновано выражение для определения числа пусков, учитывающее вероятностную модель внешнего диктующего воздействия потребителей воды.

С учетом длительности выбросов t и периода их появления t, частоты включений, выраженной через подачу насоса и расходы в системе, которые, в свою очередь, представлены вероятностной моделью, получено число пусков двигателя:

mq i i 1 Ttv mq i i nnyc (7) tv t Vp qн Поскольку такой режим характеризуется большим суммарным временем наличия пусковых токов и нагрева, установлено, что наиболее тяжелые режимы, с наибольшим числом пусков, соответствуют не той области, где наибольшие максимальные частоты включений электродвигателя, а той, где расходы более длительны. Старение изоляции при воздействии кратковременных перегрузок определяется по формуле (Сыромятников И.А.). Основным следствием воздействия тепловых нагрузок является более интенсивное, чем естественное, старение изоляции. Проведенная оценка износа изоляции в условиях выбора электронасоса без учета реальных внешних воздействий по расходу, показала, что в таком случае износ наступает в 5,5 раз быстрее.

В четвертой главе «Разработка методологии проектирования технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве» приведены результаты исследований по научному обеспечению создания и функционирования машинных систем управляемого водопользования, в основе которого лежат разработанные методики расчета и подбора оптимального технологического оборудования на принципах экосистемности и энергоэффективного их функционирования.

Приведен вывод аналитических зависимостей основных характеристик насосов, поскольку их дальнейшее применение в методиках предусматривает использование компьютерных программ.

Зависимость давления на выходе насоса от расхода Н(Q)насоса (напорная характеристика насоса) и напорная характеристика сети Н(Q)сети. Вторая зависимость показывает, как изменяются потери давления в сети при различных значениях расхода. Давление в сети можно разделить на две составляющие:

статическое давление, необходимое для преодоления разности геодезических высот расположения насоса и потребителя - Нст и динамическое Нд, которое необходимо на преодоление сил трения в трубопроводе и задвижке или гидравлического сопротивления сети Z. Динамическая составляющая зависит от расхода в степени «n». В практических расчетах степень принимают равную двум, то есть n=2.

Аналитическое выражение напорной характеристики насоса также состоит из двух составляющих: давления при отсутствии расхода – Ноn, и потерь на внутреннем гидравлическом сопротивлении насоса – S при расходе, отличном от нуля:

Совместное решение этих двух уравнений дает выражения для координат точки их пересечения – рабочей точки (РТ).

Для практических целей при расчетах и анализах работы центробежных насосов в системах водопользования весьма удобно использовать для аппроксимации кривые второго порядка, например, уравнение перевернутой параболы с максимумом при нулевом расходе.

КПД центробежного электронасоса определяется произведением н ад, (8) где н - КПД насоса;

ад - КПД асинхронного электродвигателя насосного агрегата.

Для аппроксимации зависимости КПД насоса от расхода q используют полином второй степени вида:

m m 2 q q2. (9) qm q m КПД электродвигателя можно принять постоянным и равным каталожному значению для номинального режима, а аналитическое выражение зависимости КПД электронасоса от расхода будет иметь вид:

m m (2 q 2 ) ад.

q (10) qm q m Для центробежных насосов известна зависимость КПД от расхода при частоте вращения, отличной от номинальной:

2 m q n m q 2 n. (11) qm qm Изменение частоты вращения обеспечивает перемещение рабочих точек по семейству напорных характеристик насоса с параметрами Н0n и S в соответствии с гидравлической нагрузкой, которая имеет параметры H cm (противодавление) и Z (гидравлическое сопротивление). Каждая рабочая точка будет соответствовать определенной частоте вращения.

Каждой рабочей точке напорной характеристики семейства будет соответствовать точка на соответствующей кривой КПД. Геометрическое место этих точек дает график зависимости КПД от расхода в режиме переменного расхода при регулировании частоты вращения. Для данного графика получено его аналитическое выражение.

Выведено КПД асинхронного электродвигателя при питании его от преобразователя частоты с учетом параметров насоса и параметров его гидравлической нагрузки.

КПД электронасоса эн будет определяется произведением КПД насоса и КПД двигателя по формуле:

q m H cm / q 2 S Z qm qm H оп эн (12) H cm S Z q дп1 1, 1, H on Потребляемая электронасосом электрическая энергия равна произведению мощности электронасоса на время его работы. Мощность определяется по известной формуле, где учитывается Н – давление, м в.ст.;

Q – расход, м3/час;

эн КПД электронасоса при данном расходе Q;

367,2 – коэффициент, учитывающий физические свойства воды и размерность величин в формуле.

Если расход имеет случайный характер, то мощность нужно определять с учетом закона распределения вероятностей расхода.

Учет случайного характера расхода q t в качестве его оценки при переходе к детерминированным значениям используем математическое ожидание.

Для использования в ЭВМ, а также для ручного счета полученное выражение заменяется подобным с индексированными переменными.

q i1 q к q i P Hc 2 i 2 (13) 367,2 эн q i где i – индекс итерации под знаком суммы;

– интегральная функция нормального распределения;

q q q – шаг итерации;

к – число шагов q в i 1 i 0;

Qm ax ;

– среднеквадратическое отклонение;

367,2 – коэффициент, интервале учитывающий размерность Н[м в. ст.] и q[м3/ч] и физические свойства воды.

Полученные формулы были проверены на примере.

В качестве примера выбраны потребители – ферма КРС с прилегающим поселком, образующие водопроводную сеть, в которую вода подается из скважины с помощью погружного электронасоса типа ЭЦВ8-25-100. Насос питается от частотного преобразователя с системой стабилизации давления так, что его подача согласуется с водопотреблением, а расход через него описывается вероятностной математической моделью. При этом система водоснабжения имеет следующие параметры: Нс = 50 м в. ст., Z = S = 0,03 ч2/м5, Ноп = 116 м в. ст., т = 0,57, qm = м3/ч.

Расчеты, выполнены на ЭВМ. Этапы расчета приведены в диссертации.

Измерения энергопотребления реального частотно-регулируемого насоса практически совпали: ошибка не превысила 3,9%.

В диссертации представлена методика выбора электронасосов и компоновки насосных станций.

Обоснование методики проведено при следующих условиях:

1. На выходе системы насосов давление должно быть постоянным и равным H cm независимо от расхода, что обеспечивает преобразователь частоты со встроенным ПИД-регулятором.

2. Суммарная производительность всех насосов при давлении H H cm не должна быть ниже максимального потребления воды объектом Qm ax.

3. Максимальная подача РН (он же интервал изменения расхода РН) при q 4 0,5Qm ax, давлении должна удовлетворять условию где H cm среднеквадратическое отклонение случайной составляющей общего расхода.

4. При общем переменном расходе в работе будет только то количество НН плюс РН, которое необходимо для обеспечения текущего расхода.

5. Подача НН будет постоянной, определяемой H cm.

6. Для перекачки одного и того же объема воды с постоянным давлением, независимо от количества насосов с равными КПД, требуется одинаковая энергия.

При этом суммарное значение энергии будет зависеть только от КПД группы электронасосов.

К экономическим показателям для вариантов схем компоновки отнесены: КПД группы НН;

КПД РН в интервале регулирования;

плотность распределения случайной функции расхода через РН;

общая стоимость электронасосов. Получена расчетная формула для определения КПД группы параллельно работающих НН.

Комплект, отвечающий критерию оптимальной компоновки, определяется из условия минимума затрат.

Таким образом, предложены закономерности функционирования и аналитические выражения для определения основных характеристик электронасосов (напорная характеристика, КПД, потребляемая электрическая энергия, механическая характеристика насоса, работающего с противодавлением), которые учитывают параметры и характеристики внешних воздействий в сети. Позволяют применять разработанную компьютерную программу для оптимизации систем водообеспечения категорий социально-бытовых и производственных потребителей на принципах экосистемности и энергоэффективного их функционирования.

Разработанная методика определения энергопотребления насоса при случайном расходе позволяет на достоверной основе выполнить расчет этого экономического показателя, а предложенная методика компоновки насосных станций с применением комбинации РН и НН позволяет при согласовании режимов электронасосов с внешними воздействиями сети обеспечить снижение энергозатрат более, чем на 32%.

В пятой главе «Построение объектов водопользования в сельском хозяйстве»

приведены принципы построения объектов для категорий сельских социально бытовых, животноводческих и растениеводческих потребителей.

Для водоснабжения категорий сельских социально-бытовых и животноводческих потребителей наибольшее распространение получили технологические схемы на основе цельнометаллических водонапорных башен Рожновского типа БР, рисунок 7. Как было показано выше эти схемы не являются экологически безопасными из-за переливов воды.

Альтернативной, рисунок 8, экологически безопасной является полностью герметизированная безбашенная прямоточная (без промежуточных емкостей) схема водообеспечения, обеспечивающая существенную экономию всех видов ресурсов материалов, энергии, денежных средств и живого труда.

Основным отличием таких схем является использование вместо водонапорной башни частотно-регулируемого привода насосного агрегата. При этом реализуется прямоточный принцип подачи воды, где переменный расход насоса отслеживает расход водопотребления и нужный напор в сети, то есть обеспечивается полное согласование режимов работы электронасоса с режимом внешнего воздействия сети.

В результате соблюдается герметичность системы, надежная защита питьевой воды от любых химических загрязнений, бактерий и вирусов.

Рисунок 7 - Башенная технологическая схема Рисунок 8 - Прямоточная технологическая схема Проблема чистой воды решается уже на этапе её добычи и распределения.

Прямоточная технологическая схема является инновационной, в её основе лежит принцип частотно-каскадной комбинированной компоновки насосных агрегатов, учитывающей вероятностную модель внешнего воздействия потребителей воды.

Нужны научно обоснованные рекомендации по определению исходных данных, инженерному расчету компоновок и подбору насосного оборудования. Такие рекомендации приведены в разработанной автором методике выбора электронасосов и компоновки насосных станций.

Согласно СНиП 2.04.02-84 водозаборные узлы должны быть оборудованы двумя и более скважинами, поэтому такая схема компоновки может найти применение и на первом подъеме.

Показано, что одним из основных факторов ресурсосбережения в технических системах водоснабжения сельскохозяйственных объектов является стабилизация в них давления воды. Существуют два способа такой стабилизации: стабилизация давления у потребителя и стабилизация давления на выходе насосной станции, причем первый способ на 6,7% экономичнее по потребляемой электроэнергии, чем второй.

Необходимым условием функционирования комбинированной схемы является взаимная согласованность работы насосных агрегатов, что обеспечивается инфокоммуникационными техническими средствами на основе протокола сотовой связи GSM.

Инфокоммуникационное оборудование, преобразовательная техника, средства управления и защиты машинных систем водообеспечения должны быть смонтированы, отлажены, испытаны и поставлены на объект комплектно, в контейнерных насосных станциях заводского изготовления.

Подробное описание состава, прежде всего, новых элементов технологического обеспечения машинных систем водообеспечения приведены в диссертации.

В диссертацию введен раздел «Построение технологии управляемого орошения растений туманом», как направление исследований на перспективу. В диссертации изложены принципы построения объектов водопользования в растениеводстве, реализующие концепцию энергоинформационного управления. Её идея заключается в том, что для управления транспирационным, мелкодисперсионным орошением используется такое количество информации о тепловой составляющей солнечного излучения (СИ), которое обеспечит работу генератора тумана с максимальным КПД.

Установлено, что КПД оператора в составе генератора тумана и контроллерного управления им имеет переменное значение в зависимости от количества информации о требуемом расходе транспирации (количестве воды необходимого для испарительной терморегуляции растения в единицу времени), рисунок 9, который диктуется информацией о случайной величине тепловой составляющей СИ. При этом обеспечивается соответствие расходов транспирации и генератора тумана. При некотором оптимальном количестве информации КПД имеет максимум, рисунок 9. 0, Таким образом, отличительной Вероятно-интегральный КПД, о.е.

0, особенностью аграрных технологий 0, является наличие в их структурах живых самоорганизующихся 0, объектов, как составляющих 0, элементов этих технологий. Поэтому 0, принцип построения таких структур 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6, Количество информации, бит должен отвечать условиям Рисунок 9 - Зависимость КПД от количества энергоинформационного единства. информации о СИ При этом в соответствии с принципом энергетической экстремальности самоорганизации функционирование единого механизма должно быть направлено на максимальное использование свободной доступной энергии своего трофического уровня, например, СИ в процессе фотосинтеза и сопутствующего ему процесса терморегулирования для обеспечения максимума продуктивности фотосинтеза.

В шестой главе «Производственная проверка и оценка эффективности новых технических систем водопользования в сельском хозяйстве» приведены результаты производственной проверки и внедрения предложенных технологических и технических решений, методика и результаты технико-экономической оценки технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве.

Производственная проверка проведена в ЗАО Племзавод «Петровское»

(г. Лыткарино, Московская обл.) в период с 09.11.06 г. – 15.02.07 г. Результаты производственной проверки приведены в протоколе, приложенном к диссертации.

Эффективность использования новых технических решений оценивалась разницей величины ущерба за один отказ электрооборудования технологического процесса по сравнению с традиционным способом. Величина ущерба оценивалась согласно «Рекомендациям по экономической оценке ущербов, наносимых сельскохозяйственному производству отказами электрооборудования». ВИЭСХ. – М.: Госагропром СССР, 1987). Сокращение ущерба определялась изменением длительности простоя при работе с комплектом «Инфоком» по сравнению с работой без него.

Производственная проверка предложенных технических решений показала, что для случая, когда электронасос сохраняет свою работоспособность, применение комплекта «Инфоком» Высота GSM позволяет снизить ущерб от его простоя на 100%, обеспечив бесперебойное водообеспечение ввиду оперативного информирования о причине остановки электронасоса. Для случая, когда после наступления аварии электронасос вышел из строя и нуждается в замене, применение комплекта «Инфоком» Высота GSM позволяет снизить ущерб от перебоя в подаче воды на 34%.

Оценка эффективности технологий и технических средств нового поколения для систем водопользования в сельском хозяйстве произведена путем сравнения традиционной башенной схемы, рисунок 7, и предложенной для ее замены прямоточной схемы, рисунок 8, с протоколом связи GSM для сельскохозяйственных объектов водопользования. В основу такой технологии положена насосная станция заводской готовности контейнерного типа, которая может быть применена как в растениеводстве (в оросительных системах), так и на объектах животноводства, снабжение водой которых осуществляется, как правило, одной системой водообеспечения с прилегающим поселком.

В качестве критерия определения экономической эффективности при сравнении альтернативных вариантов водоснабжения использован минимум годовых затрат З на подачу воды.

Величина экономического эффекта представляет собой разность затрат по первому и второму вариантам с учетом всех возможных типоразмеров по производительности технологической схемы.

В башенной технологической схеме потребляемая насосом электроэнергия W есть функция только одного аргумента – времени, которое определяется случайным расходом водопотребления.

В прямоточной технологической схеме с учетом случайного характера расхода q t H q H cт, и закона регулирования энергопотребление регулируемого электронасоса W2 определяется согласно методике описанной выше.

Для расчета инновационного эффекта от замены башенной технологической схемы водоснабжения на прямоточную схему получено выражение в виде:

Н З 0,35K1б K у K д c8760 с v j n, (14) 367,2 j 0 c j q j Н ст где K y, K д – разность капитальных затрат на устройства управления и датчики;

K1б – разность стоимости башни и преобразователя частоты;

j – расход с учетом закона распределения;

с – тариф стоимости электроэнергии;

j – номер типоразмера.

Результаты расчетов представлены в таблице 9.

Таблица 9 Экономическая эффективность прямоточной технологической схемы Производительность, 156 240 384 600 960 типоразмер, м3/сут.

Разность капитальных 358,35 328,85 315,00 479,80 423,05 487, затрат К, тыс. руб.

Разность годовых затрат, на амортизацию и техобслуживание, 125,42 115,10 110,25 167,93 148,07 170, тыс. руб.

Разность затрат на электроэнергию, -0,77 -0,48 2,40 0,33 13,49 3, тыс. руб.

Разность полных затрат З, тыс. руб. 124,65 114,61 112,65 168,26 161,56 174, Капитальные вложения в первом 421,65 421,75 423,90 607,00 611,15 745, варианте К1, т.руб Экономия капитальных вложений 85 78 74 79 69 К/К1, % Таким образом, прямоточная технологическая схема эффективна для всех типоразмеров по сравнению с башенной схемой. Разность полных приведенных затрат, определяющая эффективность схемы для разных типоразмеров, колеблется от 112,65 до 174,48 тыс. руб.

Экономия капитальных вложений, как доминирующая составная часть полных затрат для разных типоразмеров, составляет 65…85%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Разработанная в результате обобщения и систематизации имеющихся данных классификация базовых режимов функционирования систем водообеспечения и водопотребления объектов АПК по критериям эффективности, ресурсосбережения и экологической безопасности, позволила:

установить, что применяемый при проектировании метод коэффициентов неравномерности (часового, суточного и т.д.) расхода, не позволяет обеспечить необходимое согласование режимов подачи воды с режимами её потребления и устранения получаемых при этом ущербов, поэтому необходима разработка метода получения достоверных исходных данных по расходу, адекватных реальным расходам в системах водопользования;

выделить взаимосвязанные сложные экологообразующие режимы элементов технологических схем, требующие взаимного согласования и согласования с диктующими (лимитирующими) условиями внешнего воздействия для обеспечения экосистемного водопользования, как функции согласованных режимов;

наметить режимы образования регулируемых и регулирующих объемов воды в башнях, в зависимости от диктующих условий внешнего воздействия;

показать, что отсутствие согласования режима работы датчика уровня с внешним воздействием отрицательных температур в зимнее время приводит к нарушению управления насосом, к переливам воды в башнях, их обмерзанию, нарушению целостности корпуса, к нарушению экологии;

дать оценку ущерба при нарушении согласования сложных взаимосвязанных режимов технологических систем водообеспечения с диктующими условиями водопотребления: потерь ресурсов, сокращения сроков службы элементов технологических систем и др.

определить и математически описать закономерности функционирования других систем для создания техники управляемого водопользования.

2. Разработанная вероятностная модель случайных потоков водопотребления категориями социально-бытовых, животноводческих и растениеводческих потребителей позволила установить следующее:

режимы водопотребления представляют собой временные ряды с фрактальной структурой, образованной в результате самоорганизующегося процесса потребления воды большой группой потребителей;

фрактальная размерность ряда режима водопотребления близка к единице, что говорит о преобладании в структуре детерминированной составляющей;

фазовые траектории процесса водопотребления отображают цикличность процесса, равную суткам, их анализ подтверждает наличие в структуре долговременной памяти, что обуславливает хорошую прогнозируемость процесса и возможность применять выявленные вероятностные характеристики и параметры на объектах со схожими технологиями;

анализ вероятностных оценок режимов водопотребления двух объектов с малым количеством потребителей (ферма КРС на 200 голов) и очень большим их количеством (свиноводческий комплекс на 108 тысяч голов) показал, что в обоих случаях процесс состоит из детерминированной и случайной составляющей. Причем первая представляет собой уточненный суточный график водопотребления, а вторая имеет стационарный характер с нормальным законом распределения и средним квадратическим отклонением, равным 1/8 от максимального расхода для обоих объектов. Их частотные характеристики совпадают с точностью +10%, что позволяет применять последние для обоснованного выбора технических решений.

3. Выявленные закономерности функционирования элементов технических систем управляемого водопользования в сельском хозяйстве позволяют с применением компьютерных программ при проектировании и оптимизации параметров:

получать вероятностные модели расхода водопотребления в программе Excel в качестве достоверных исходных данных для проектирования насосных станций;

формировать регулирующий и регулируемый объемы в системах водообеспечения сельскохозяйственных объектов;

обеспечивать согласование подачи насоса в рабочей зоне с параметрами внешней сети и стабилизацию давления в технических системах водоснабжения сельскохозяйственных объектов;

определять механические характеристики и закон управления насоса и насосными агрегатами в системе водоснабжения сельскохозяйственных объектов;

формировать расход насоса с частотным приводом в комбинированной компоновочной схеме;

моделировать процессы образования избыточного давления в системе водообеспечения и нагрева электродвигателей насосов.

4. Разработанные методики (определения энергопотребления насоса при случайном расходе, выбора электронасосов и компоновки насосных станций с применением комбинации РН и НН) позволяют научно обоснованно осуществлять оптимизацию согласования режимов функционирования систем водообеспечения объектов сельского хозяйства с режимами внешнего воздействия сети.

5. Обоснованный состав технического обеспечения категорий социально бытовых и животноводческих потребителей воды позволяет программировать функции контроллера и коммуникационного интерфейса системы управления, включая GSM модем для передачи информации конечному адресату на телефонный номер или адрес электронной почты центрального диспетчерского пункта объекта.

6. Разработаны принципы построения объектов экосистемного орошения растений, как живых самоорганизующихся систем, предусматривающие взаимоопределенность эффективности информации и энергоэффективность её носителя (КПД) одним оптимальным количеством информации, что является критерием определения режимов для перспективной энергоинформационной технологии орошения и эффективное управление ими.

7. Производственная проверка предложенных технических решений, проведенная в ЗАО Племзавод «Петровское», Московской области (г. Лыткарино) показала, что для случая, когда электронасос сохранил свою работоспособность, применение комплекта «Инфоком» Высота GSM позволит снизить ущербы от его простоя на 100%, обеспечив бесперебойное водообеспечение ввиду оперативного информирования о причине остановки электронасоса. Для случая, когда после наступления аварии электронасос вышел из строя и нуждается в замене, применение комплекта «Инфоком» Высота GSM позволяет снизить ущерб от перебоя в подаче воды на 34%.

9. Предложенная прямоточная технологическая схема водообеспечения является инновационной, построенной по принципу частотно-каскадной комбинированной компоновки насосных агрегатов, учитывающей вероятностную модель внешнего воздействия потребителей воды. Прямоточная схема эффективна для всех типоразмеров сельскохозяйственных объектов по сравнению с башенной схемой.

Разность полных приведенных затрат, определяющая эффективность схемы для разных типоразмеров, колеблется от 112,65 до 174,48 тыс. руб. Экономия капитальных вложений, как доминирующей составляющей части полных затрат для разных типоразмеров составляет 65…85%.

Список основных публикаций по теме диссертации Книги и брошюры Методические рекомендации по выбору оптимальной автоматизированной 1.

электронасосной установки для башенной системы водоснабжения с использованием четырехдюймовых погружных электронасосов [Текст]. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. – 56 с.

Методические рекомендации по выбору оборудования для частотно 2.

регулируемой насосной станции второго подъема с комбинированной компоновочной схемой [Текст]. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. – 68 с.

Гришин А.П., Методические рекомендации по выбору энергоэкономного 3.

электронасосного оборудования и применению контейнерных насосных станций[Текст]/Гришин А.П., Гришин А.А. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007.

– 136 с.

Публикации в журналах и изданиях по перечню ВАК РФ 4.Славин Р.М. Автоматизация электронасосных установок. [Текст]/ Р.М.

Славин, А.П. Гришин //Техника в сельском хозяйстве, -1987.-№11.- С.33-35.

Гришин А.П. Об износе изоляции обмотки статора погружного 5.

электронасоса[Текст]/Гришин А.П.//Техника в сельском хозяйстве. – 2000.- № 5.- С.

22-24.

Лачуга Ю.Ф. Ресурсосберегающие тепловые режимы погружного 6.

частотно-регулируемого электронасоса [Текст]/Лачуга Ю.Ф., Гришин А.П.//Техника в сельском хозяйстве.-2005.-№2.- С.23-27.

Свентицкий И.И. Измерение эксэргии солнечного излучения 7.

[Текст]/Свентицкий И.И., Гришин А.П.//Доклады РАСХН. Том 35.-2009.-№ 6.- С. 60 62.

Гришин А.П. Энергоинформационная технология орошения 8.

[Текст]/Гришин А.П.//Техника в сельском хозяйстве.- 2010.-№2.- С.22-25.

Серегин В.А. Снижение энергоемкости продукции ТЭЦ [Текст]/Серегин 9.

В.А., Гришин А.П.//Энергосбережение и водоподготовка.- 2009.-№ 4(60),- август.- С.

22-27.

10. Гришин А.П. Энергоинформационные технологии водообеспечения АПК [Текст]/ Гришин А.П.//Сельскохозяйственные машины и технологии.- 2011.-№1.- С.

26-31.

11. Гришин А.П. Защита электронасоса от аварийных ситуаций [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2003.- № 8.- С.32-33.

12. Гришин А.П. Автоматическая работа насоса на водонапорную башню.

Надежное водоснабжение в сельском хозяйстве [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2003.- № 11.- С.38-39.

13. Гришин А.П. Автоматическая работа насоса на водонапорную башню.

Надежное водоснабжение в сельском хозяйстве [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2003.- № 12.- С.34-35.

14. Гришин А.П. Выбор погружного насоса. Надежное водоснабжение [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2004.- № 1.- С.30-32.

15. Гришин А.П. Водоснабжение… эксплуатация погружного насоса [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2004.- № 2.- С.32-34.

16. Гришин А.П. Комплект «Высота». Надежное водоснабжение в сельском хозяйстве [Текст]/Гришин А.П.//Сельский механизатор.- 2003.- № 10.- с.32-33.

17. Гришин А.П. Научно-техническая проблема водообеспечения АПК и пути её решения [Текст]/А.П. Гришин//Сельскохозяйственные машины и технологии. 2011.-№4.- С. 32-33.

18. Гришин А.П. Приложения принципов синергетики для моделирования процесса орошения в фитотроне [Текст]/А.П. Гришин//Сельскохозяйственные машины и технологии.- 2011.-№5.- С. 20-23.

Публикации в других журналах и изданиях 19. Воронин Е.А. Использование системы автоматической стабилизации давления воды в сельских водопроводных сетях. [Текст]/ Воронин Е.А., Рождественский И.В., Гришин А.П. // НТБ, вып. 2(46) – М.: ВИЭСХ, 1982.

20. Рождественский И.В. Автоматизация локальных систем сельскохозяйственного водоснабжения. Вопросы водоснабжения и водоотведения агропромышленных комплексов. [Текст]/Рождественский И.В., Гришин А.П.// Материалы семинара – М.: МДНТП, 1984.

21. Воронин Е.А. Использование системы автоматической стабилизации давления воды в закольцованных водопроводных сетях сельскохозяйственного назначения. [Текст]/ Воронин Е.А., Рождественский И.В., Гришин А.П. //НТБ, вып.

3(52) – М.: ВИЭСХ, 1984.

22. Рождественский И.В. Автоматизация локальных систем водоснабжения в животноводстве с применением комплектных устройств управления. [Текст]/ Рождественский И.В., Ляшенко А.И., Гришин А.П.//Сборник: Автоматизированный электропривод в сельскохозяйственном производстве. Научные труды ВИЭСХ, т. – М.: ВИЭСХ, 1985.

23. Рождественский И.В. Выбор допустимого интервала изменения подачи регулируемого насосного агрегата для обеспечения случайного водопотребления.

[Текст]/ Рождественский И.В., Гришин А.П.// М.: 1985 – рукопись представлена ВИЭСХ. Деп. в ЦБНТИ Минводхоза СССР № 287, НТЛ № 11.

24. Гришин А.П. Метод определения оптимальных параметров регулируемого насосного агрегата в системе автоматической стабилизации давления воды. [Текст]/ Гришин А.П.// М.: 1985 – рукопись представлена ВИЭСХ. Деп. в ЦБНТИ Минводхоза СССР № 286, НТЛ № 11.

25. Гришин А.П. Электропотребление частотно-регулируемых насосных агрегатов в системах сельскохозяйственного водоснабжения. [Текст]/ Гришин А.П., Авраменко М.В.//Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Выпуск 1 (59). М.: ВИЭСХ, 1987.

26. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Комплект «Высота» - защита [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1996.-№ 8-9.- С. 15-16.

27. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Датчики уровня [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1997.- № 1(11).- С. 14-16.

28. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Комплект «Высота» - управление электронасосом [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1998.-№ 4(14).- С. 27-29.

29. Гришин А.П. Безаварийная эксплуатация погружных электронасосов [Текст]/Гришин А.П.//Сантехника.- 2008.-№1.- С. 62-66.

30. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1996.-№ 5-6. С. 6-7.

31. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Контроль причин аварийных ситуаций [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1996.-№ 7.- С. 8-10.

32. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Автоматическое управление при работе на башню [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1996.-№ 10.- С. 6-9.

33. Гришин A.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Косвенный контроль уровня воды в башне [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1997.-№ 2(12).- С. 10-13.

34. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Защита от гидроударов [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1997.- № 3(13).- С. 19-20.

35. Гришин А.П. Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Сравнительная оценка прямого и косвенного контроля [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация и производство.- 1998.- № 5(15).- С. 22-23.

36. Гришин А.П. Резервы экономии электроэнергии на ЦТП [Текст]/Гришин А.П.//Энергосбережение.- 2007.- № 8.- С. 32-35.

Гришин А.П. Протокол GSM в технологиях водоснабжения нового 37.

поколения [Текст]/ Гришин А.П., Гришин А.А.// Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2007.- № 9.- С. 24-27.

38. Гришин А.П. Прямоточная инфокоммуникационная технология водоснабжения [Текст]/ Гришин А.П. // Сантехника.- 2007.- № 5.- С. 70-77.

39. Гришин А.П. Чем заменить водонапорную башню / Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2009.- № 8.- С. 40. Гришин А.П. Эффективный полив газонов [Текст]/ Гришин А.П.//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2009.- № 4.- С. 92.

41. Гришин А.П. Закон регулирования преобразователя частоты при питании погружного электронасоса [Текст]/Гришин А.П.//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2007.- № 7.- С. 20-22.

42. Гришин А.П. Энергопотребление насоса при случайном расходе. Что определяет режим насоса [Текст]/Гришин А.П., Гришин А.А.//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2007.- №11.- С. 22-23.

43. Гришин А.П. Энергопотребление насоса при случайном расходе. Как определить расход. Часть I. Структура потока водопотребления. [Текст]/Гришин А.П., Гришин А.А.//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2007.- №12.- С.

32-33.

44. Гришин А.П. Энергопотребление насоса при случайном расходе. Как определить расход. Часть II. Характеристики случайного потока [Текст]/ Гришин А.П., Гришин А.А. //Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2008.- №1.- С.

28-29.

45. Гришин А.П. Энергопотребление насоса при случайном расходе. Как определить расход. Часть III. Проверка гипотез [Текст]/Гришин А.П., Гришин А.А.

//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2008.- №2.- С. 20-22.

46. Гришин А.П. Энергопотребление насоса при случайном расходе. Как определить расход. Часть IV. Математическая модель расхода [Текст]/Гришин А.П., Гришин А.А.//Сантехника, отопление, кондиционирование.- 2008.- №3.- С. 20-24.

Публикации в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов 47. Гришин А.П. Насосные станции контейнерного типа. Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии и техника орошения. [Текст]/Гришин А.П.//Сборник научных докладов международной научно-практической конференции. Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга». 2004. с. 130 – 133.

48. Гришин А.П. Инфокоммуникационные системы для ресурсосберегающих прямоточных технологических схем водоснабжения [Текст]/Гришин А.П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 5-й Международной научно-технической конференции «Инфокоммуникационные технологии». Часть 5. М.: ВИЭСХ, 2006. С. 75.

49. Гришин А.П. Энергосберегающая технология в системах сельского водоснабжения// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве.

[Текст]/Гришин А.П.//Труды 3-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике».

Часть 3. М.: ВИЭСХ, 2003. С. 128.

50. Гришин А.А. Прямоточная инфокоммуникационная технология водообеспечения / Вестник ГНУ ВИЭСХ. [Текст]/ Гришин А.А., Гришин А.П.

Электротехнологии и энергетика сельского хозяйства. Научный журнал. Выпуск 1(3). М: ВИЭСХ, 2008, с. 146-154.

51. Свентицкий И.И. Энергоинформационные компьютерные технологии в животноводстве [Текст]/ Свентицкий И.И., Гришин А.П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной научно технической конференции «Нанотехнологии и инфокоммуникационные технологии». Часть 5. М.: ВИЭСХ, 2008, с. 117-124.

52. Старых Г.А. Компьютерные энергоинформационные технологии в растениеводстве [Текст]/. Старых Г.А., Гришин А.П., Свентицкий И.И.// Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье. Сборник докладов XVII международного симпозиума (13 – 21 сентября 2008 г., г. Алушта) 53. Гришин А.П. Выбор электронасоса для башенной системы водоснабжения [Текст]/Гришин А.П.//Электрификация сельского хозяйства. Сб. научн. трудов ВИЭСХ. Т. 88. М.: ВИЭСХ, 2002.

54. Гришин А.П. Выбор закона управления напряжением преобразователя частоты для энергоэкономного питания погружного электронасоса [Текст]/Гришин А.П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике». Часть 3. М.: ВИЭСХ, 2008, с. 222 230.

55. Гришин А.П. Влияние мощности частотно-регулируемых погружных насосов на их ресурсосберегающие тепловые режимы [Текст]/Гришин А.П.//Вестник ГНУ ВИЭСХ. Энергетика и электротехнологии в сельском хозяйстве. Научный журнал. Выпуск 1(2). М: ВИЭСХ, 2006, с. 74-81.

56. Гришин А.П., Коэффициент полезного действия частотно-регулируемого электронасоса. Автоматизация и информатизация электрифицированного сельскохозяйственного производства. [Текст]/Гришин А.П., Гришин В.А.//Научные труды. Том 89. М.: ВИЭСХ, 2004. с. 118 – 127.

57. Гришин А.П. Вероятностно-статистический подход при создании современных автоматизированных систем водоснабжения. [Текст]/Гришин А.П.//Автоматизация сельскохозяйственного производства Сборник докладов международной научно-практической конференции. Часть 2. М.: МСХ РФ, РАСХН.

2004. с. 30 – 39.

58. Гришин А.П. Вероятностный способ определения экономического показателя для оценки ресурсосберегающих режимов работы электронасосов [Текст]/ Гришин А.П., Гришин А.А.Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 5-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике».

Часть 3. М.: ВИЭСХ, 2006. С. 276.

59. Гришин А.П. Статистические модели прихода энергии солнечного излучения [Текст]/Гришин А.П., Пальцева В.В.//Вестник ГНУ ВИЭСХ. Энергетика и электротехнологии в сельском хозяйстве. Научный журнал. Выпуск 1(4). М: ВИЭСХ, 2009, с. 32-37.

60. Гришин А.П. Приложения синергетики и эксергетического анализа в растениеводстве [Текст]/Гришин А.П.//Вестник ГНУ ВИЭСХ. Энергетика и электротехнологии в сельском хозяйстве. Научный журнал. Выпуск 1(4). М: ВИЭСХ, 2009, с. 72-78.

61. Гришин А.П. Оператор транспирационного орошения [Текст]/Гришин А.П., Гришин В.А.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве.

Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Инфокоммуникационные технологии». Часть 5. М.: ВИЭСХ, 2010, с. 128-137.

62. Гришин А.П. Повышение эффективности биоконверсии солнечной энергии в растениеводстве [Текст]/Гришин А.П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике». Часть 2. М.: ВИЭСХ, 2010, с. 99-109.

63. Гришин А.А. Самоорганизация процесса транспирации у растений [Текст]/ Гришин А.А., Гришин А.П. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике». Часть 2. М.: ВИЭСХ, 2010, с. 90-98.

64. Гришин А.А. Исследования информационных показателей солнечного излучения [Текст]/Гришин А.А., Гришин А.П. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно технической конференции «Возобновляемые источники энергии, местные энергоресурсы, экология». Часть 4. М.: ВИЭСХ, 2010, с. 34-41.

65. Гришин А.А. Обоснование оценки экономической эффективности энергосберегающих технологий водоснабжения [Текст]/Гришин А.А., Гришин А.П.

Вестник ГНУ ВИЭСХ. Энергетика и электротехнологии в сельском хозяйстве.

Научный журнал. Выпуск 1(2). М: ВИЭСХ, 2006, с. 74-81.

66. Мусин А.М. Оценка инновационного эффекта освоения прямоточной технологической схемы водоснабжения [Текст]/Мусин А.М., Гришин А.А., Гришин А.П. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике». Часть 3. М.: ВИЭСХ, 2008, с. 210 221.

67. Свентицкий И.И. К определению термина «энергоинформационный».

[Текст]/Свентицкий И.И., Гришин А.П., Вестник ГНУ ВИЭСХ. Энергетика и электротехнологии в сельском хозяйстве. Научный журнал. Выпуск 1(4). М: ВИЭСХ, 2009, с. 79-82.

68. Гришин А.П. К обоснованию определения энергоинформационных агротехнологий [Текст]/Гришин А.П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Научные проблемы энергоэффективности, энергообеспечения, электрификации и энергосбережения». Часть 1. М.: ВИЭСХ, 2010, с. 201-208.

Патенты и авторские свидетельства на изобретения, свидетельства о государственной регистрации 69. А.с. №1276773 СССР, E 03 B 11/16. Устройство для автоматического управления группы насосных агрегатов [Текст]/Ляшенко А.И., Дубина Л.В., Дроботов А.В.,Гришин А.П., Рождественский И.В.;

заявители и правообладатели – ВНИИЭлектропривод, ВИЭСХ. – 3912631/29-33;

заявл. 04.06.85;

опубл. 15.08.86, Бюл. 46.

70. Патент № 2184414 РФ, H 02 H 7/08. Устройство защиты электродвигателя погружного электронасоса от «сухого хода» [Текст]/Авраменко М.В., Болховитинов Ю.Б., Гришин А.П.;

заявитель и патентообладатель ООО «АТЭ» (Агротехэлектро) – 2001115599/09;

заявл. 08.06.2001;

опубл. 27.06.2002., Бюл. №18.

71. Патент № 2186253 РФ, F 04 D 15/02, 13/08 Устройство автоматического управления погружным электронасосом [Текст]/Авраменко М.В., Болховитинов Ю.Б., Гришин А.П. заявитель и патентообладатель ООО «АТЭ» (Агротехэлектро) – 2001115598/06;

заявл. 08.06.2001;

опубл. 27.07.2002., Бюл. №21.

72. Патент № 2247457 РФ, H 02 H 5/08. Устройство автоматического управления электродвигателем погружного электронасоса [Текст]/Авраменко М.В., Болховитинов Ю.Б., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришин А.А. заявитель и патентообладатель ООО «АТЭ» (Агротехэлектро) – 2003119577/09;

заявл.

02.07.2003;

опубл. 27.02.2005., Бюл. № 6.

73. Патент № 2248654 РФ. Устройство автоматического управления двигателем погружного электронасоса, H 02 H 5/08. [Текст]/Авраменко М.В., Болховитинов Ю.Б., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришин А.А. заявитель и патентообладатель ООО «АТЭ» (Агротехэлектро) – заявл.

2001117359/09;

16.06.2003;

опубл. 20.03.2005., Бюл. № 8.

74. Патент № 2308612 РФ. F04B 23/00 Насосная станция [Текст]/Авраменко М.В., Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А. ) заявитель и патентообладатель ООО «АТЭ» (Агротехэлектро) – 2006118934/06;

заявл. 31.05.2006;

опубл.

20.10.2007., Бюл. № 29.

75. Патент № 2308184 РФ, Способ энергосберегающей A01G7/00.

оптимизации производства корма [Текст]/Артюшин А.А., Паршин А.И., Свентицкий И.И., Гришин А.П., Голубева О.В. ) заявитель и патентообладатель ГНУ ВИЭСХ – 2006104378/12;

заявл. 15.02.2006;

опубл. 20.10.2007., Бюл. № 29.

76. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612885. Компьютерная программа эксергетической оптимизации биоконверсии энергии в технологиях производства корма [Текст]/Свентицкий И.И., Паршин А.И., Гришин А.П., Гришин А.А. заявители и патентообладатели Свентицкий И.И., Паршин А.И., Гришин А.П., Гришин А.А.– 2008610406;

заявл. 04.02.2008;

опубл.

11.06.2008.

77. Патент № 2354104 РФ, A 01 G 7/00. Способ и устройство определения фотоэлектрической, тепловой и фотобиохимической-фотосинтезной эксергии для трех видов преобразования энергии солнечного излучения [Текст]/Гришин А.А.., Гришин В.А.., Гришин А.П., Свентицкий И.И., Стребков Д.С.. заявитель и патентообладатель ГНУ ВИЭСХ – 2007139200/12;

заявл. 24.10.2007;

опубл.

10.05.2009., Бюл. № 13.

78. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010616167. Программа управления центробежными скважинными электронасосами с погружными электродвигателями для программируемых логических контроллеров Zelio Logic [Текст]/ Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришина В.И.

заявители и патентообладатели Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришина В.И. – 2010614427;

заявл. 22.07.2010;

опубл. 17.09.2010.

79. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010616168. Программа управления двумя повысительными насосными агрегатами для программируемых логических контроллеров Zelio Logic [Текст]/ Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришина В.И. заявители и патентообладатели Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А., Гришина В.И. – 2010614428;

заявл. 22.07.2010;

опубл. 17.09.2010.

80. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010616168. Программа управления аэропонным модулем «Фитотрон» для программируемого логического контроллера (LD) [Текст]/ Измайлов А.Ю., Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А., заявитель и патентообладатель ГНУ ВИМ Россельхозакадемии – 2011614542;

заявл. 21.06.2011;

опубл. 08.08.2011.