案内式散粒ノズルに関する研究

鳥大農研報

(Bull.Fac.Agric.,TottOri thiv.)29 67∼ 73(1977)

案内式散粒 ノズルに関す る研究

*

4* **

岩崎正美・石原

昂

昭和51年8月31日受付

Studies On the Granular Guide Molding Type Nozzles

**

■*

Masani lwASAKI and Akira lsHIHARA

The granular bOOm_type blow― head is divided intO the fOl10wing classes, guide

mOlding type, wall insert type,band insert type and throttle mOlding type.

Thesc have been cOmmercially released fOr attachment tO the knapsack pOwer duster.

In this paper, a guide molding type nozzle which was attached tO the pipe was tested 100king fOr he improvement of the granular boom_type b10w_head.

The f01lowing findings were obtained.

1. The relatiOn between the granular discharge area of the nOzzle and the decrease ratio of the wind ve10city in the pipe was almOst a straight line at

the range Of he ratiO Of the stttic pressure to the tOtal pressure in the pipe,

0.5to O,73.

2. The average granular discharge ratiO tended to approach at the rate Of he

granular discharge area of the nOzzle to the sectiOn area of the pipe, with the increase of wind velocity,

3. The distributions Of granular flying length and granular discharge weight were directly influenced by the dynamic pressure in the pipe, but were not aff_

ected by the modifications of the passing granular weight and he static press_

ure in the pipe employed.

緒

言 背負式動力散粉機のアタッチメン トとして利用 されて いる散粒用多ロホース噴頭は

,散

粉用多ロホース噴頭 と 異 なり

,種

々のノズル形式を有 したものが市販 されてい る。一般 には

,衝

突式

,斜

帯式

,絞

り式

,案

内式等の名 称けで分類 されているが

,こ

れらは試行錯誤の繰返 しに よって製品化 されているのが現状のようである。 これは, 農用粒剤や農作物の種子の形状

,大

きさ

,安

息 角

,比

重 など種々の物理的性質が異 なるため

,同

一噴頭でも散 布ムラを生 じることが原因 となっている。一方

,近

年粉 剤散布 における空中への飛散など公害防止の意味 から今 後農用 粒剤 の 使 用 はますます増加すると思 われ,さ ら に水稲 における直播栽培 に散粒用多ロホース噴頭が利用 で きる可能性をもつ意味 からも

,均

一散布の可能 な散粒 用多ロホース噴頭の開発が望まれる。 ここでは

,散

粒用多ロホース噴頭改良のための資料 を 得 るため

,案

内式散粒 ノズルをとりあげ

,単

孔 ノズルで の風速低下率

,粒

斉」吐出割合

,飛

距離別落下量分布等 を 測定 し

,実

験式から最適 ノズル面積, ノズル間隔を求め ようとした。 率 昭和49年9月_{農業機械学会関西支部例会にて講演 (松}江) **鳥 取大学農学部農業工学科農用作業機械学研究室 DθPαTι例 ?,ど 0′A=T'c“力 “ Tα ′ 五れ =力99Tれ=,Fαc″ ′ι7οF AξT'c″′ι″T9,Toιιο″JL/2Jυ9Ts力7

岩崎正美・石原 昂 実験材料 および方法

1.供

試 ノズル と供試粒斉」 散布 巾20m用の供試 した案内式散粒 ノズルを第1図に 散粒機 は

,背

負式動力散粉機

(YttMKR 10A)を

供 試 し

,吐

粉機構 は空 気攪拌搬送方式で

,粉

剤

,粒

剤 共 に 利用で きる構 造 となっている。 供試粒斉」は

,硫

酸アンモニアでこの性状 を第2表に示す。 末 端 開 放 部 単 位 mm 粒 剤 名 硫酸アンモニア(NHう 2S04 第1図 供 試案内式散粒 ノズル 示す。ホースは内径

73mm,厚

さ0,l mmの ポリエチレンで で きてお り

,こ

のホースに形状 の異 なる5種類

,合

計26 個 のノズ ルが溶着 されている。ここでは

,散

粒機側 から順 に

,A∼

Eノズル とす る。各 ノズ ルの形状 を第1図に示 す。Aノズルのみ粒剤吐 出口11こ鉛直方向4 mmの衝突板 を

設けている。B∼ Eノ ズルの各部寸法 および

A∼

Eノズ ルの開口面積

S(cDを

第1表に示す。Sは Aノ ズルが最 も大 きく

,Bノ

ズルか らホー ス末端 に近 いEノズルまで は次第 に大 きくなっている。 そ して

,末

端は開放 されて お リホース を支持す るための紐 が取付 けられている。 ノ ズル間隔 は,散粒機倒 および末端 が せまく配置 されている。 寸法 と開 口部 面

c d e f g h S

A

B

C

D

E

5.5

65

90

11.0 2 2 4 5 2 25 2 28 3 24 4 24

1

ゼ 重 平 均 径 密

度 安 息 角 1粒平均重 1.10kg 2.4mm l.79g/cm3 35° 0.013gr

2,実

験 方法 ホース内の圧 力分布 を調べ るためにピ トー管 によ り3 点法 にて水柱 マ ノメー タで測定 した。 またホース内風速

V(m/s)に

つ いて は

,熱

線風速 計 も併用 した。次 に

,ホ

ース内流動空 気の ノズル部通過 による風速 低下 につ いて 調べ るために

,第

2図(a)1こ示 す よ うにEノズルを1個 取 りつ けたホース を試作 し, ノズル前後20cmの位置で圧 力 測 定 を行 った。種 々のホース内圧 力 を得 るため

,散

粉機 を改造 して空 気 放 出 孔 とバルブを設 け

,ホ

ース末 端 には

,可

変の絞 り装置 を設 けた。次 にBノズルにつ い て 第

2図

(b)1こ示す よ うな 吐 出 粒 剤 の全量 を収集す る装置 を設 け

,ホ

ース内風漣 およびホース内通過粒斉J量

(a)=600(b)=910(c)=610

第2表 供 試粒剤の性状 ― ― ―

-3.2

26 18 14.5 14.0 0.8 25 20 15.5 14.0 1.1 26 23 15.0 14.5 1.8 27 24 15.5 14.5 2.0

案内式散粒 ノズルに関す る研究 200 ,ぃps,pど lmlnAq)150 100 50 10 15 20

(a)

距離 (m) 第2図 実験装置模式図 の違 いによる ノズルか らの吐 出 量 を測 定 した。 また 粒 剤 の飛距離別 落下量分布 を調べ るため

,第

2図 (c)に示 すよ うに,ノ ズル直下

lmの

位 置 に25cm間 隔で移動台の 上 に受 箱 を

4mに

わたって17箱 設置 した。散粒機 およ びホースは固定 して

,移

動台 をサーボモー タ駆動 によ り ホースと直角方向 に往復移動 させた。移 動 速 度 は2.4m /minで

5往

復 させ たの ち

_,自

動天袢で受箱 内の粒剤量 を測定 した。 実験結果および考察

1.ホ

ース内の圧 力分布 市販品のホース内圧 力分布 および風速 分布 を,粒剤 を 通過 させ ない状態でエ ンジン回転速 度7500rp呻の場合 に つ いて第3図 (a)(b)に示す。全圧Pι

(mmAq),動

圧

P,

(mmAq)共に,ホース末端 に近 づ くに したがって減少 して いるが

,静

圧

Ps(mmAq)は

,13m付

近 よ リホース末端 ま でほぼ一定値 を示 している。 ホース内風 速V(m/s)は, 散粒機側Aノズル通過前で39m/sか ら,ホース末 端 で は 8m/sに減少 して いる。なる

,Vは

次式 にて算出 した。

V=C/2gPα

_/γ ¨ 。 (1) ここで

C:速

度係数

g:重

力の加速度(m/s2) γ:空 気の単位体積重量(kg/だ)

2,ノ

ズル開口面積 とホース内風速低下率 第4図 は

,各

ノズル通過前後のホース内風速低下率 ω (%)を 示 した ものである。 ここで ωは,ノ ズル前後の風 速差 を,ノ ズル通過前の風速で除 した値 を百分率で示 し 第3図 ホース内圧 力分布 および風速分布 40

V

(m/s) 30 20 10 0 10 8 (%) 6 4 2 o 5 10 (b) 15 20 距離 (m)

/

ω=2.35s

と

と

多

rIこ

と

と

:

E /孝 て 0´

_{0 1 2 3 4}

S(cm2) 第 4図 ノズル開口部面積Sと風速低下率 ω た。同図から,ノ ズル開口面積 Sと ωとの間には

,ほ

ぼ 一次直線関係が認められた。ただ し

,こ

の関係は

,あ

る 範囲の条件の下 でのみ成立すると考えられ

,例

えば市販 品のホースにお いて

,木

端部で

V-15m/s以

下 となり, Ps/Pと が 0.7∼0.9以上へ と上昇 す ると き

,装

着 さ れているEノ ズ ルの

"は

,平均9.5%と 高 い値 を示 した。 このため特にEノ ズルについて

,エ

ンジン回転速度を 2000∼7500rpmま で500 rpmご とに変イとさせ

,Pa/P,

値 を0.51および0.731こついてωを求めた。そして

_"の

平 均値 として

5.5%を

得た値 を同図に示 している。

＼

―_――pι ___ps ___pd ＼ ￨

＼

＼

_

＼

＼

＼

ゝ

(

ヽ

.、_

＼

_」

ヽ .、 .、 ｀ ヽ .... ゝ ゝ 本 、

岩崎正美・ 石原 昂

3.

ノズルからの粒剤吐出量

1

ホース内通過粒剤量Q(kg/min)と Bノ ズルからの吐出

_F

季

:聖

慾悟

i】 7魏

熱壁龍亀

騒璧尋

∽

1 す るノズルからの粒剤吐出量の割合 を百分率で示 したも

1

ので ある。 これか ら

Pは

Vが

低 くなるほど変動 が大 きく

, (

バ ラ ツ キ を示 した。 また

Q=l kg/min以

下 になると,

Vが

低 くなるほ ど

Pは

増加傾 向 を示 した。次 に,ノズル

を か らの粒剤平均吐 出率Fと

Vの

関 係 を 第6図に示す。

Fは

_,Vの

上昇 につ れて しだいに低下 しある限界値 に近

壱 づ く傾 向 を示 している。一般 にホース内 を通過 す るホー Ｐ ％

＼

＼

．

革 ￨ V-lom/s ￨ V-15m/s

ヽキ

一

1華

￨

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Q(kg/min) 第5図 ホース内通過粒剤量 Qと 粒剤吐 出率

P

υ b ttυ 15 20 25 30 35 V(m/s) 第 6図 平均粒剤吐出率 Fと 風速

V

ス断面の粒斉J分布は,Vの上昇につれて均一分布 に近づく ものと考えられるゆえ,その漸近線 としてホース断面積 HS-41.6cfに 対するBノズルの開口面積SB=0.8c正の商 をとって図中の実験式を得た。

4.ノ

_{ズルからの粒剤飛距離別落下量分布} ホース内圧 力を一定に保った状態で

,ホ

ース内通過粒剤 量Qを 変化 させたときのノズル直下を基点とした粒剤の 飛距離別 の落下量分布割合

G(%)を

第 7図 (a)に 示す。

Gは

,全

受箱 に入 った粒剤量 に対する各受箱粒剤量の割 合を百分率で示 したものである。同図より各圧 カー定の 下では

,Qの

変化にかかわらず

,Gは

ほとんど影響 され Ｇ ％ G (%) 35

Й

O∫ L(m) 第7図 飛距離Lと粒剤落下量割合

G

V=■,Om/s ― Pi=17

___卜

おPt=20 X―‐引Pi=24 Ps=1儀mAq Ps=13 Ps=17 4 L(m) F=1725V‐"]+1,92 V=25.Om/s P,章8釣mAq Ps=44mLAq ￨ ―00.49kg/min Ⅲ…■ 0,72 x―‐叡 2.28 ― Pi==119 Ps=67mAq トーねPi=140 Ps=88 矛・ェPi=170 Ps=■9

ず,かつ飛距離L(m)も

Qの

影響 をうけていないことがわ かる。そこで次 に

,Paを

一 定す なわちVを 回定 させて,

Rを

変化 させた結果を同図 (b)に 1例 として

V=■

m/s および29m/sに ついて示す 。これから

Gお

よび

Lは

,Psの 変化による影響 を認め られ なかった。すなわち

,供

試ノ ズルにおいて

,Gお

よび

Lに

影響 を与 えるのは

,P,の

みと考えてよい。 そこで

,種

々のホース内風速下で求め た飛距離Llm)の平均値

E(m),最

頻値

L,(m)お

よび標準 2.5

E

Lm2.0 SLl・5 (m) 1.0 0.5 0 第 8図 飛距離平均値E・ 最顔値■m・ 標準偏差SLと風速

V

C― f(ρUD/μ) ここで ρ :空 気の密度(kg/∬)

i

ρ

p:粒

子の密度(kg/ば) 案内式散粒 ノズルに関す る研究

C

U

Uh

Uυ

D

θ g t 71 空 気抵抗係数 粒子の相対速度 (m/s) 粒子 の水平速度 (m/s) 粒子 の垂直速 度(m/s) 粒子 の直径(m) 粒子 の相対速度 と水平速度成分の なす 角度(°) 重 力の加速度 (m/s2) 時 間(sec) ・・・・(4) 3.87 4.11 4,46 4.71 3.11 3.14 3.32 3.41 2.41 2.48 2.57 2.61 1.96 2.01 2.05 2.08 1.62 1.65 1.67 1.68 偏差

SL(m)の

関係 を第

8図

に示す。同図 において

,E,

_{段階 に分け},ノズルの高さを

lmと

して,落下地点までの LЯはVの 増加 と共にある限界値 に近づ く傾向がみられ

,

飛距離を求めた。第

2表

に結果の一部を示す。そして, 漸近線 として各 々

E=2.30m,LЯ

=2.■ mと なり

,図

中 第8図 におけるこ と比較 した結果,ノズルからの θは,約 の実験式で近似 された。またVとSとの関係は

,一

次直線 25°

_,UOは

_{,ホ ース内風速 の約}

50%程

度と推定 された。 的に増加す る傾 向がみ られた。

5.模

擬試験 (2)およ酬3)式を

,次

式のよ うに変形 し逐次近似法 によっ て数値計算 を行った。

△

_{晩―玲 即 呻}

△

_{悧 ∵ 摩}

(器 >Gbtt H働

ここで ρ=1,23(kg/ド ) ρp-1.79×103(kg/ば)

C=0.44

D=2.4X10 3(m)

V(m/S)を

代入 し,△t=0.005(sec),θ を0∼30°まで5°間隔で, ノズルからの粒子の初速度U。を2.5∼30.0(m/s)間 で12 乳+1-Vι×￨■(2,35×

S+0.86)/1001

¨虫6) ただ し,Vιュ:散粒機側 よりJ番 目のノズル通過後の ホース内風速(m/s) U。 (m/s) 7.5 9.0 12.0 12.5 14.5 17.5 次 に粒斉Jが,ノ ズルから吐出 されるときの速度および

これまでの実験結果から得た実験式を利用 して

,硫

酸 吐出角度 を推定するため

,次

の運動方程式 Dか ら粒子の アンモニア使用の ときの吐出粒剤の落下量分布の計算を 切 _{叩 粋 ― ∝ 辛}

x∵ lcOs 9 H動

3ζ :ζ

::言

をと

1鞄

曽

:と

こ

￨ま

勢 ξ 拝 ぷ 守

)伴

謝

(ギ

た―ρ

(ギ

た

_{捌 榊 味}

_T4T球

_めた。 ―

C(ギ Xヂ

_ト θ …

0

硼 風速低下率 州 丸 ノズル開回面積 Sと の間に

,第

5図 より

,ほ

ぼ一次直線関係が認められるため,ノ ズル ただ し cos θ

=孝

,dnθ

=半

,U2=UPttUザ

_{通過後 におけるホース内風速 は}

_,次

_{式で与 えられる。} 0.98 0.92 0.68 0。76 0.73 1.26 1.17 1 07 0,98 0,89 2.38 2.68 3.19 3.27 3.54 2.06 2.28 2.63 2.67 2.84 1.79 1.95 2.18 2.21 2.30 1.55 1 66 1.79 1.84 1,90 1.34 1.42 1.53 1.54 1.58 L酸=211(1-0,942V)‖E=2.30(1-0948V =0,0212V+0,llXl 第3表 粒 子 の 飛 行 距 離 単 位:m

岩崎正美・石原 昂 Vι

:散

粒機側 よリザ番 目のノズル通過前の ホース内風速(m/s) (2)ノ ズルからの平均吐出率

Fは

,第

7図 から実験式 がノズル開口面積 Sに より変化すると仮定 して, 戸-17.25V 227半

s/41.6

…■7) ノズルからの粒斉J吐出量 q(kg/min)は, q―Q】 ―Q,十二=Qラ×

7

¨Ц8) ただ し,Qι :ウ 番目のノズル通過前ホース内通過粒 剤量(kg/min) QιⅢ:】番 目のノズル通過後ホース内通過粒 剤量(kg/min) (3)ノ ズルからの粒斉」の 飛 距 離別 落下量分布は

,第

8図 より

,近

似的に正規分布曲線 をとるとみなす と

,落

下量分布曲線G(L)1よ 次式で与 えられる。 す実験 式か ら次式 を利用 した。 こ=2.30(1,0-0.948V)

Ls=o.o212V+0.100

(4)粒

斉J受箱 は

,送

風機側 第 1ノ ズル直下 を基 点 と し て以後50cm間 隔 ごとに設 けるもの と仮 定 して

,正

規分布 点より落下量を算出し,次式によって変動係数CVを求めた。 …(llll ・・ (11) .(9) ただ し

,こ

およびLsは

,Sが

変化 して もかわ らないも の と仮定 し, さらにAノズルは

,第

1図に示すよ うに衝 突板 を設 けて粒剤 がノズル直下 に落下 しやす いよ うに考 慮 して あるが

,こ

こでは

,こ

れ らを無視 して第8図に示 α 動

=洗

_{∫ 解} (121 ただ し

, x:受

箱 に入 った粒斉」量(kg) 更:各受箱 に入 った粒斉」量 の平均(kg)

n:受

箱 数 第9図は

,市

販 の噴頭 につ いて

,す

なわち第1図およ び第1表の ノズル位置 およびノズル開口面積 で

,前

遡 “ ) ∼_{1りの各実験式 を使用 してプログ ラムを組 み}

_,各

_{受箱 に} 入 る粒剤量 および

CV値

を求 めた1例を示す。初期値 と して

,第

1ノズル通過前風速

Vl-40m/s,同

じく通過粒 剤量Q:-2 kg/minを 与えた。同図 において正規分布曲線 は

,各

ノズルか ら吐出 した粒斉Jの飛距離別落下量 分布 を 示 してお り

,落

下量 は

,各

受箱 上 における正規分布点 か ら求めた粒斉」量 の利 を算出 して示 した。 この ときの

CV

値 は

,76.5%で

かな り高 く

,Vl-45m/sで

CV=77.2%,

VI=35m/sで

CV=68.7%で

あった。 そ こで

,CV値

が 低 くなるよ う, ノズル開口面積

Sお

よびノズル間隔 をか えて計算 した結果の中で

,最

も少 ない

CV値

を得 た例 を 第10図に示す。市販 の26個 の ノズルを28イ国に増加 させて, 第10図 落下量分布

受箱番号

cv―

Υ

Σ

(X―

更

)2×

寺

華

030 量 (kg)025

囲

咄

０

_・

︲

０

醐

囲

・

_・

０

正 規08 分 布06 α     α     α 距 離(m) 第9図 落下量分布

V=40m/s CV=4.9%

40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

案内式散粒 ノズルに関す る研究 全体 としてやや ノズル開 口面積Sを増 加 させ た結果,

CV-41.9%を

得 た。 これ らの計算過程 における問題 点 は

,前

述 の仮定のほ かに

,ホ

ース末端の開放部 を無視 していること

,風

速低 下率 ωは

,粒

斉」を通過 させ ない状態での実験 式 を適 用 し てお り

,Ps/P,値

が大 きくなるホース末端で は

,ω

が大 きくなること,また タンクか ら粒剤 がホース内へ放 出 さ れ る位置 によ り

,ホ

ース内での粒斉Jの分布状態 が異 なる ことなどが考 え られる。今後

,実

際 の試作品 による実験 結果 との比較 および これ らの問題点 を明 らかにす るため の基礎 実験 を必要 とす る。 散粒用多ロホース噴頭改良のための資料 を得 るため, 案内式散粒 ノズルをとりあげ

,単

孔 ノズルで硫酸アンモ ニアを使用 して基 礎 実験 を行 った結果

,次

の ことが明 らかとなった。

1.ノ

ズル開口面積 Sと 風速低 下 率 初の間には

,ホ

ース内全圧Pιに対す る静圧Psの 割合力Ю.50∼0.73の範 囲でほぼ一次直線関係 が認 め られる。

2.ノ

ズルか らの平均粒剤吐出率耳は

,ホ

ース内風速

Vの

増加 とともに

,ホ

ー ス内 断面積

HSに

対す るノズル 開回面積Sの割合 に近づ く。

3.ノ

ズルか らの飛距離別の落下量分布 は

,ホ

ース内 の動圧Paにのみ影響 をうけ

,ホ

ース内通過粒剤量

Qお

よ びホース内静圧Psの変化にほとん ど影響 を うけない。 本実験 をおこな うにあた り

,実

験材料 の提供 に便宜 を いただいた(株 )マルナカ製作所岩本吉造氏 および当研究 室 の専攻生川島陵司氏

,浜

尾正雄氏の協 力 に負 うところ が多い。記 して感謝 の意 を表 します。 文

献

1)農

業機械 化研究所:散粒用 多ロホー ス噴頭 と農薬粒 剤 の適応性 に関す る研究

,農

業 機械 化 研 究 所

,大

宮 (1971)p.5

2)井

伊谷鋼一:粉体工学ハ ン ドブ ック

,朝

倉 書店, 東京 (1965)pp.252∼ 259 括 総