VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2015
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПИРАЛЬНО-ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ В ТЕХНОЛОГИЯХ УТИЛИЗАЦИИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
Многие существующее линии и оборудование, используемое в технологических линиях птицеводческих предприятиях отработали свой ресурс и являются в основном неработоспособным, замена которых требует огромных материальных затрат.
Некоторые процессы, используемые в технологических линиях при выращивании птицы, в частности удаления и переработки птичьего помета, не механизированы и металоэнергоемки, есть моменты, где до сих пор используется ручной труд работников.
К одним из перспективных технических решений для обеспечения комплексно-механизированного технологического процесса уборки птичьего помета относятся погрузчики-насосы со спирально-винтовыми насосно-транспортирующими рабочими органами.
Основными преимуществами подобных рабочих органов являются простота их конструктивного исполнения и технология изготовления, возможность перемещения жидких материалов с сравнительно крупными органическими включениями, жидкостей с большой вязкостью и плотностью, возможность регулирования производительности в соответствии с принятыми технологиями уборки и др.
Однако массовое применение спирально-винтовых насосов сдерживается из-за недостаточно полной изученности целого ряда вопросов, касающихся нахождению наиболее оптимальных конструктивных и режимных параметров работы подобных насосных устройств с учетом принятых на практике и перспективных технологии уборки птичьего помета.
Рис.1 Установка для удаления птичьего помета 1-электродвигатель, 2- клиноременная передача, 3- кожух полиэтиленовый, 4- пружина , 5 — заборное устройство, 6- выгрузное патрубок
Рисунок 2 — Процесс выгрузки помёта смешанного с органическими включениями (перья, отходы откорма, скорлупа)
Разработанное нами устройство спирально-винтового насоса-транспортера для удаления и выгрузки в транспортные средства птичьего помета из птицеводческих комплексов представлено на рисунках 1 и 2. [1,2].
Устройство состоит из рамки, электродвигателя подшипникового устройства, клиноременной передачи, узла крепления пружины, вращающейся пружины с шагом примерно равным его диаметру, полиэтиленового кожуха, заборного устройства и выгрузного патрубка. Изменяя диаметр пружины, шаг пружины, частоту вращения достигается производительность в пределах 2…20 т/ч, при высоте подъема до 10 м.
Технологический процесс происходит следующим образом. Птичий помет из дна ямы захватывается винтовой поверхностью пружины и, вращаясь, перемещается вверх, в сторону выгрузного патрубка попадая в транспортное средство. Жидкость может перемещается внутри кожуха, в сторону, как от привода, так и к приводу. При технологических особенностях, привод рабочей пружины во вращательном движении может осуществляться и в середине трассы, посредством приводного устройства специальной конструкции.
Основным преимуществом насосного устройства спирально-винтового типа является их простота конструкции и соответственно, дешевизна, универсальность, и возможность транспортирования любых жидких и полужидких материалов с посторонними включениями.
Предварительные экспериментальные исследования устройства для удаления птичьего помета доказали работоспособность подобных насосных устройств.
Сравнительный анализ технико-экономических показателей существующих насосов показывает, что насосы со спирально-винтовыми рабочими органами для перекачки жидкостей с органическими включениями являются перспективными.
Для обезвоживания жидкого птичьего помёта, в целях дальнейшей его переработки нами разработано устройство для процесса обезвоживания жидкого птичьего помета, представленное на рисунке 3. [6]
Устройство, содержащее соосно установленный в корпусе, выполненном перфорированным, рабочий орган с уменьшающимся шагом навивки, загрузочный бункер, привод, отличающееся тем, что внутри корпуса, соосно ему, установлен стакан, выполненный в виде пустотелого цилиндра, на концевой части корпуса установлен выгрузной патрубок, с наружной стороны перфорированной части корпуса установлен кожух, снабженный сливным патрубком, причем нижняя часть кожуха выполнена с наклоном в сторону сливного патрубка, а рабочий орган выполнен в виде спирального винта, который установлен в зазоре между стаканом и корпусом.
Выбором размера отверстия перфорированного корпуса можно регулировать максимальный диаметр взвешенных частиц в жидкой фракции от 0,25 до 1 мм. При установке перворированного корпуса с отверстием 0,25-0,5 мм жидкая фракция не расслаивается, не образует осадка и корки. Влажность твердой фракции регулируется специальным устройством и составляет 60-67%.
Внедряемый способ обезвоживания и разработанный обезвоживатель птичьего помета со спирально-винтовым рабочим органом разработан учеными академии и защищены патентом на полезную модель .
Рис.3 Установка для обезвоживания птичьего помета:
корпус, 2- спирально-винтовой рабочий орган, 3- загрузочный бункер, 4- привод , 5 – выгрузной патрубок, 6- стакан, 7-кожух, 8 — сливной патрубок.
Технологический процесс происходит следующим образом. Жидкий птичий помет влажностью до 88% самотеком или с помощью спирально-винтового насоса – транспортера подается в приемный бункер обезвоживателя птичьего помета. Захваченная витками гибкого спирального винта навитого вокруг полой пластмассовой трубы фекальная масса, продвигаясь внутрь цилиндрического перфорированного корпуса, теряет свободную воду. Связанная с твердыми частицами вода отделяется на последних витках спирального винта и сливается в патрубок для слива жидкой фракции. Твердая обезвоженная масса птичьего помета продвигается витками спирального винта, которые дополнительно соскабливают с внутренней поверхности перфорированного корпуса отставшую массу твердого птичьего помета.
Производительность установки и степень обезвоживания зависят от частоты вращения проволочного винта, диаметра и шага винта, зазора между полым валом и перфорированным рабочим цилиндром.
Существующие технологии сушки помёта характеризуются технической сложностью организации данного процесса, а существующие установки для сушки помёта энергозатратны и обладают высокой неравномерностью сушки.
С целью устранения указанного явления нами предложено устройство для сушки птичьего помёта (рисунок 4) [4,5].
Рисунок 4 – Устройства для сушки птичьего помёта (обозначения в тексте).
Устройство работает следующим образом: от электродвигателя 9 посредством передачи 10 приводят во вращение транспортирующий орган 5. Включают вентилятор 6 и нагревательные элементы 8. Затем подают птичий помет в загрузочный бункер 2, откуда он поступает в кольцевой зазор между кожухом 1 и перфорированным стаканом 4, где захватывается винтовой поверхностью вращающегося транспортирующего органа 5 и по внешней поверхности перфорированного стакана 4 перемещается к выгрузному окну 3.
Нагретый воздух проходит через внутреннюю полость и перфорацию стакана 4, поступает в кольцевой зазор между кожухом 1 и перфорированным стаканом 4. В кольцевом зазоре, проходя через слой помета, нагретый воздух отбирает у него излишки влаги и выходит наружу через загрузочный бункер 2 и выгрузное окно 3. В процессе работы устройства воздух также нагревает перфорированный стакан 4. Контактируя с нагретой поверхностью перфорированного стакана 4, помет также нагревается и теряет излишки влаги, которые в виде пара удаляются через загрузочный бункер 2 и выгрузное окно 3 потоком, воздуха, создаваемым вентилятором 6. Сухой помет удаляется из устройства через выгрузное окно 3.
Установленный в кожухе со стороны загрузочного бункера концентрично перфорированный стакан, перфорация которого расположена между загрузочным бункером и выгрузным окном, наличие в воздуховоде нагревательных элементов, а также соединение воздуховода с внутренней полостью стакана в торцевой части кожуха перед загрузочным бункером создает условия для эффективного продувания потока нагретого воздуха через высушиваемый материал, снижая удельную энергоемкость и способствуя равномерной сушке сырья. Покрытие внешней поверхности кожуха слоем теплоизолирующего материала позволяет снизить отдачу теплоты в окружающую среду, уменьшая затраты энергии на сушку материала.
Установка транспортирующего органа в зазоре между кожухом и перфорированным стаканом позволяет достичь постоянства температурного поля вследствие относительно небольшой величины зазора между кожухом и перфорированным стаканом, что также улучшает качество готового продукта. Улучшение качества готового продукта достигается и при расположении привода транспортирующего органа со стороны выгрузного окна, что способствует равномерному движению материала от загрузочного бункера к выгрузному окну.
Устройство можно применять как автономно, так и в составе технологических линий для переработки помета. Оно позволяет снизить удельную энергоемкость процесса сушки помета и улучшить качество готового продукта.
Завершающим процессом в представленной технологической линии является процесс транспортировки сухого птичьего помета. Для данного процесса разработан спирально-винтовой транспортер для сыпучих материалов, представленный на рисунке 5.
Рисунок 5 — Фрагмент загрузки помета с древесными опилками после двухкратного припуска (влажность 40%)
Устройства со спирально-винтовыми рабочими органами могут изготовляться на базе птицеводческих предприятий. Стоимость спирального винта, энергозатраты, металлоемкость в разы меньше аналогов приобретаемого оборудования.
Таким образом, проблемы процессов удаления и переработки птичьего помёта, возможно, решить с помощью устройств со спирально-винтовыми рабочими органами.
Библиографический список
1.Устройство для перекачивания высоковязких жидкостей. Патент на полезную модель RUS 66790 / Курдюмов В.И., Артемьев В.Г., Губейдуллин Х.Х., Аксенова Н.Н. Заявл. 22.03.07. Опубл 27.09.07 г. Бюл. № 27.
2. Аксенова Н.Н. О влиянии вязкости на показатели работы пружинного насоса / Аксенова Н.Н. Губейдуллин Х.Х., Артемьев В.Г. // В сборнике: Региональные проблемы народного хозяйства материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Главный редактор А.В. Дозоров. 2004. С. 237-242.
3. Губейдуллин Х.Х. Устройство для промывки, прессования и транспортировки казеина – сырца/ Губейдуллин Х.Х. Аксенова Н.Н.// Наука в современных условиях: от идеи до внедрения, 2007. № 1 .- с.146-149.
4. Курдюмов В.И., Аксенова Н.Н. Устройство для сушки помeта. Патент РФ на полезную модель № 91147. Опубл. 27.01.2010 г., Бюл № 3.
5. Курдюмов В.И., Аксенова Н.Н., Х.Х.Губейдуллин. Устройство для сушки помeта. Патент РФ на полезную модель № 91148. Опубл. 27.01.2010 г., Бюл № 3.
6. Курдюмов В.И., Аксенова Н.Н. Устройство для обезвоживания жидкого навоза. Патент РФ на полезную модель № 147010. Опубл.27.10.2014 г., Бюл № 30.
7. Сотников М.В., Игонин В.Н. Движение материальной точки в зерносушилке со спирально-винтовым транспортирующим рабочим органом техника в сельском хозяйстве. 2009. № 4. с. 30-34.
8.Бруздаева С.Н. Анализ механизации технологических процессов при производстве твердых сыров/ Бруздаева С.Н.//Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения материалы II-ой международной научно-практической конференции. редколлегия: А.В. Дозоров главный редактор, В.А. Исайчев, В.И. Курдюмов, В.Г. Артемьев, М.А. Карпенко и др.. 2010. с. 7-9.
9. Лазуткина С.А. Разработка акустического маслоизготовителя с обоснованием конструктивных и режимных параметров Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пензенская государственная сельскохозяйственная академия. Пенза, 2012.
Источник
Разработка и обоснование технологии и технических средств уборки навоза из животноводческих помещений и его переработки Шигапов Ильяс Исхакович
480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация — 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
Шигапов Ильяс Исхакович. Разработка и обоснование технологии и технических средств уборки навоза из животноводческих помещений и его переработки: диссертация . доктора Технических наук: 05.20.01 / Шигапов Ильяс Исхакович;[Место защиты: ФГБОУ ВО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина], 2017.- 404 с.
Содержание к диссертации
1. Анализ состояния вопроса .12
1.1 Физико-механические свойства навоза 12
1.2 Технологии и технические средства уборки и переработки навоза .18
1.3Технические средства для разделения навоза на фракции
1.4 Разделение навозной массы на фракции 55
1.5 Отстойники 59
1.6 Оборудование и сооружения для биологической переработки жидкой фракции навозной массы 63
1.7 Анализ существующих конструкций машин и аппаратов для разделения жидких неоднородных систем 65
1.8 Цель и задачи исследования. Обоснование проблемы .69
2. Совершенствование технологии и технических средств для уборки, транспортировки и переработки навоза геликоидальными рабочими органами 71
2.1 Модель биотехнической системы процесса уборки, транспортировки и переработки навоза 71
2.2 Совершенствование эколого-безопасной утилизации навозной массы .72
2.3 Принципиальная технологическая схемы процесса уборки и переработкинавоза на базе спиральных винтов (пружин) 82
2.4 Устройство для зачистки стойл и кормовых проходов и поверхностей пола 83
2.5 Устройство для удаления жидкого и полужидкого навоза 87
2.6 Устройство для транспортировки жидкости .92
2.7 Спирально-винтовой обезвоживатель навоза 95
2.8 Устройство для обеззараживания иочистки навозных сток 99
2.9 Уравнения винтовых линий и поверхностей .100
2.10 Условия движения материала в спирально-винтовых устройствах .102
Выводы по разделу 2 .103
3. Теоретическое обоснование процесса перемещения и обезвоживания навоза спирально-винтовыми устройствами 105
3.1 Построение математической модели процесса уборки, транспортировки и переработки навозной массы .105
3.2 Дифференциальные уравнения движения материальной частицы в спирально-винтовом устройстве 107
3.3 Результаты решения дифференциальных уравнений движения материальной частицы в спирально-винтовом устройстве 113
3.4 Исследование геликоидального рабочего органа 119
3.5 Теория перемещения частицы винтовым элементом по плоскости 127
3.6 Условия перемещения частицы спирально-винтовым устройством по плоскости 133
3.7 Нахождение рабочей площади винтовой поверхности 135
3.8 Теория процесса разделения навоза в спирально-винтовой центрифуге .139
3.9 Теория центробежного фильтрования .145
3.10 Уравнение движения потока жидкости в осадке 150
3.11 Определение производительности центрифуги 153
3.12 Определение производительности геликоидального рабочего органа для транспортирования осадка 156
3.13 Расчёт энергетических показателей спирально-винтовой центрифуги 158
3.14 Разработка технических средств для осветления жидкостей .160
3.15 Современная теория фильтрования и ее основные положения 165
3.15.1 Формирование пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров169
2.15.2 Гидравлические свойства пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров .175
2.15.3 Распыление воздуха пористыми перегородками трубчатых текстильных фильтров 182 Выводы по разделу 3 188
4. Программа и методика экспериментальных исследований 190
4.1 Программа экспериментальных исследований 190
4.2 Методика и приборы для определения характеристик устройств со спирально винтовыми рабочими органами 190
4.3 Лабораторные исследования для зачистки стоил и кормовых проходов 194
4.3.1 Методика исследования конструктивно-режимных параметров экспериментальной установки 196
4.3.2Методика определения оптимальных конструктивно-режимных параметров рабочих органов устройств по перемещению и переработке навозной массы. 199
4.4 Методика обработки результатов экспериментальных исследований .203
4.5 Результаты экспериментальных исследований спирально-винтовой центрифуги 206
4.6 Перемещение материала (навоза) спирально-винтовым устройством .213
4.7 Параметры, характеризующие процесс фильтрования навоза КРС 219
Выводы по разделу 4 .229
5. Технико-экономические показатели разработанных устройств по уборки, удаления и утилизации навоза из животноводческих помещений 231
Выводы по разделу 5 237
Общие выводы 238
Оборудование и сооружения для биологической переработки жидкой фракции навозной массы
В секции навозного канала устанавливается первая поперечная перегородка на расстоянии 2…3 м от шибера. Время эксплуатации данной системы составляет 10…15 суток, после чего шибер открывают, далее накопившаяся в навозном канале жидкая фракция выгружается в коллектор 3.
После того, как произошло снижение навозной массы установленного уровня, начинает выгружаться следующая секция, далее все остальные секции последовательно.
Смывная система удаления навоза. Данная система бывает двух типов: бесканальная (гидросмыв жидкой фракции с напольных навозных каналов и зон дефекации) и лотковая (прямой смыв жидкой фракции из навозных каналов).
Удаление навозной массы гидросмывом рекомендуется использовать для фермерских хозяйств с содержанием животныхне менее 24 тыс. голов в год.
Существенный недостаток этой системы – высокий расход воды, в результате чего происходит образование значительного числа навозных стоков с влажностью 98%. При использовании бесканальной системы гидросмыва навозная масса убирается за счёт смыва с пола в зоне дефекации станков, где содержатся свиньи группой.
Основными недостатками установок являются дороговизна, конструктивная сложность, повышенная металлоёмкость и высокие затраты на их обслуживание. В связи с этим в регионах, где возможна непрерывная подача воды,целесообразно использовать гидросмывную систему, предложенную В.Н. Груде, И.К. Глазковым, Н.Г. Ковалевским, которая является более экономичной и простой в эксплуатации.
Рециркуляционная система уборки навоза. При недостатке водных ресурсов и при применениии мобильного транспорта для уборки жидкого материала используется рециркуляционная система. На очистных сооружениях производятся осветление и обеззараживание жидкого материала, после этого полученная смывная вода используется в системе, которая позволяет снизить затраты воды и сократить выход жидкого материала в 2. 2,5 раза. Транспортировка жидкого материала пневматическими средствами.
В пневмоустановках жидкий материал приводится в движение по трубопроводу за счёт сжатого воздуха. В агропромышленных комплексах используют пневматические установки, принцип действия которых практически идентичен.
Пневматическая установка марки УГГН-15 используется для транспортировки жидкого материала от производственных отделений в навозохранилища. В состав установки входят два компрессора с арматурой ресивера 10 м3 и продувочного котла с камерным питателем марки КПН-3. Исходя из размеров комплекса, используется от 2 до 6 продувочных котлов.
Монтаж продувочного котла с приемной воронкой осуществляется в специальном углублении. Далее к котлу подводятся: водяная магистраль от водопровода, а воздушная– от ресивера.
Механические способы удаления жидкого материала. Наиболее распространёнными способами удаления жидкого материала являются механические. Механические способы классифицируются на: — скребковые транспортеры возвратно-поступательного и кругового движения; — подвесные и наземные рельсовые вагонетки и ручные безрельсовые тележки; — пружинные (спирально-винтовые) транспортеры; — навесные устройства на тракторах и самоходных машинах; — тросовые лопаты и канатные скреперы; — шнековые транспортеры.
Ручные безрельсовые тележки. Для транспортировки жидкого материала внутри помещений животноводческого комплекса или на не далёкие расстояния по территориальной зоне комплексав летнее время применяют разные виды ручных тележек. Наиболее широкое распространение получили тележки марки УТР–0.3 (с унифицированными платформами для установки кузовов УТР-2, УТР-2 А и УТР-2 Б), ТУ-250-А, ТУ-250Б [80].Перемещение грузов на большие расстояния тележками неэкономично, в связи с этим целесообразнее использовать тележки с электроприводом или ДВС (ЗИД — 4.5 и другие). Скребковые транспортеры. Для удаления жидкого материала из животноводческих комплексов используют скребковые транспортеры марки TCH–2, TCH–3,0 Б, ТСН–160.
Скребковый транспортер, представленный на рисунке 1.8, работает следующим образом. Силовой орган транспортирующего устройства, в состав, которого входит усиленная пластинчатая или втулочно-роликовая цепь, которая при движении огибает ролики или звёздочки, на них расположены скрепки на равноудалённом расстоянии друг от друга. За счёт движения силового органа скребки перемещают жидкий материал отдельными порциями к месту отгрузки. При этом монтаж скребкового транспортера производится в продольных навозных каналах, выполнен в виде замкнутого контура. При использовании транспортера марки ТСН–3,0 Б нижнюю часть навозного канала делают из деревянных досок в виде прямоугольного лотка высотой 120 мм и шириной 320 мм.Натяжное и приводное устройство и звёздочки (с обратной стороны) приделывают в поперечных каналах в торцевых тамбурах комплекса или прямо в навозоприемнике. По центральной оси здания или в торце размещают поперечный канал. Силовая цепь замкнутого контур, а с консольно закрепленными на ней металлическими скребками с помощью уголков, движется по нижней части канала с шагом 1000 мм,за счёт скребков жидкий материал движется к местувыгрузкинавозоприемника или к поперечному магистральному каналу [66,67].
Принципиальная технологическая схемы процесса уборки и переработкинавоза на базе спиральных винтов (пружин)
Усовершенствованная технология и технологические средства наиболее эффективно могут быть использованы на животноводческих комплексах. Для животноводческих ферм с суточным выходом навоза до 1,1т, 5,5т и 22т разработан комплекс машин. Рисунок 2.11 – Технологическая схема для поголовья КРС до 20 голов (для малых фермерских хозяйств)
Технологическая линия (рисунок 2.11) работает следующим образом: устройство для удаления навоза из стойл, содержит управляемую самоходную тележку, в передней части управляемой самоходной тележки под прямым углом к направлению движения установлен спирально винтовой рабочий орган, который позволяет увеличить производительность данного устройства в 2 раза, а также повысить качество очистки стойл-2. Далее навоз удаляют по навозным каналам-3 при помощи спирально-винтовых транспортеров. В конце каждого здания коровника расположены бетонированные заглубленные навозоприемники, из которых при помощи спирально-винтового механизма–4 навозная масса поступает на тележку автотранспорта и поступает в навозохранилище 6, далее грузят на транспортные средства — 7 и вывозят на поля.
Технологическая схема для поголовья КРС до 100 голов (для малых фермерских хозяйств) Технологическая линия (рисунок 2.12) работает следующим образом: устройство для удаления навоза из стойл, содержит управляемую самоходную тележку, в передней части управляемой самоходной тележки под прямым углом к направлению движения установлен спирально винтовой рабочий орган, который позволяет увеличить производительность данного устройства в 2 раза, а также повысить качество очистки стойл-2. Далее навоз удаляют с помощью скреперного транспортёра ТС-1 из животноводческого помещнения — 3, а затем по наклонному скреперному транспортёру ТСН-160-010 — 4 в автотранспорт — 5 для перевозки в навозохранилище — 6, либо по схеме навоз направляется к обезвоживателю -7. В настоящее время нами изготовлена спирально-винтовая центрифуга для обезвоживания жидкого навоза с получением твердой и жидкой фазы-7. Полученная твёрдая фракция применяется в качестве твёрдого удобрения вносимая на поля. Кроме того, отделенная жидкая фракция должна пройти биологическую очистку-8 и быть наиболее осветленной, соответствующей зоотехническим требованиями отводится в полевое или прифермское хранилище -9 и далее грузят на транспортные средства-10 и вывозят на поля, что позволяет довести качественные показатели до зоотехнических и экологических требований.
Технологическая схема для поголовья КРС до 400 голов (для малых фермерских хозяйств) Технологическая линия (рисунок 2.13) работает следующим образом: устройство для удаления навоза из стойл, содержит управляемую самоходную тележку, в передней части управляемой самоходной тележки под прямым углом к направлению движения установлен спирально винтовой рабочий орган, который позволяет увеличить производительность данного устройства в 2 раза, а также повысить качество очистки стойл-2.
Далее навоз удаляют с помощью скреперного транспортёра ТС-1 из животноводческого помещнения — 3, а затем по наклонному скреперному транспортёру ТСН-160-010 — 4 в автотранспорт — 5 для перевозки в навозохранилище — 6, либо по схеме навоз направляется к обезвоживателю -7.
В настоящее время нами изготовлена спирально-винтовая центрифуга для обезвоживания жидкого навоза с получением твердой и жидкой фазы-7. Полученная твёрдая фракция применяется в качестве твёрдого удобрения вносимая на поля с помощью автотранспорта — 9.
Жидкая фракция направляется на биологическую очистку — 8 в которой осуществляется аэрация в ёмкости для анаэробных бактерий, выпавший осадок транспортируется спирально-винтовым рабочим органом по дну ёмкости и по вертикальной трубе к автотранспорту — 9, а очищаная вода направляется на хранилище — 10 далее грузят в автоцисцерны — 11 и расбрызгивают на поля.
Весь производственный цикл синхронизирован с разработанными устройствами в связи с этим, разработанные для трёх типов хозяйств ресурсосберегающие технологии и технические средства производства удобрений в фермерском хозяйстве, дают возможность на основе бесподстилочного навоза производить качественные удобрения, способные многократно увеличить плодородие почв, а также продуктивность сельскохозяйственных угодий.
Исследование геликоидального рабочего органа
Как известно, скорость осаждения и разделения частицы определяются по закону Стокса: 0 =12A-A 2? (3.52) 1 18 ju гдеі? — расстояние от частицы до оси вращения, м; 3 — диаметр частицы, м; со -. угловая скорость вращения потока, рад/с; р\ — плотность твердой частицы, кг/м3; / 2 — плотность жидкости, кг/м3; /л — динамическая вязкость, Па с. С учетом коэффициентаA = a 2R/gвыражение (3.52) можно записать в следующем виде: SVM Ю (3.53) 18// гдеA = Fr- фактор разделения центрифуги; g- ускорение свободного падения, м/с2. Для описания технологического процесса в первом периоде центробежного обезвоживания, рассчитаем скорость проникновения жидкости V2 через спирально-винтовую поверхность: и2= — = (3.54) где V- объем фильтрата, м3; S — поверхность фильтрования, м2; t — время процесса фильтрования, с; Р — перепад давлений, Па; Fx — сопротивление слоя осадка, м»1; сопротивление спирально-винтовой поверхности, м»1.
Дискретная частица, которая расположена в точке А, предположительно в момент поступления в ротор на внутренней поверхности суспензии, то в результате окончания перемещения она достигнет положения Б (рисунок 2.29). В процессе перемещения частицы суспензия приобрела более густую консистенцию, что вызвало образование осадка. При рассмотрении частицы в положении Б осуществляется образование осадка и его последующее движение (процесс уплотнения осадка).
Можно считать началом второй зоны,когда уплотняетсясформировавшиеся осадок в процессе фильтрования под действием центробежных сил, так как происходит изменение гидродинамических условий в данном процессе. После образования осадка его можно рассматривать как объёмное содержание в нём жидкости, а не взвешенных веществ в осадке. Под воздействием центробежных сил происходит сокращение объёма пор, что способствует резкому ухудшению фильтрации жидкости. Повышение гидравлического сопротивления осадочного материала ведёт куменьшению давления фильтрования.Созданное давлениена жидкость в центробежном поле имеет вид, P2=p2hw2Rc, (3.58) где Rc — средний радиус слоя материала, м, исходя из-за малой толщины слоя на поверхности спирали следует принимать равным радиусу R стенки; р2 — плотность жидкости, кг/м3; h — толщина фильтруемого слоя материала, м.
Действия давления Р2 напрямую зависит от количества жидкости, находящейся в осадке, в связи с этим медленно снижается в течение процесса фильтрования. Уплотнение слоя осадка идёт вместе с возрастанием давления в скелете, так как при возрастании числа контактов в нем возрастают силы взаимодействия. Рассчитать в скелете осадка сжимающее давление можно следующим образом: =(А-А)-(1-%Ч, (3.59) где Ъ — пористость осадка.
Воздействие давления Рс ведёт к снижению закупоривания поровых проходов сжимаемых материалов и при большой толщине слоя перемещение жидкости может быть в противоположном направлении. Проведенные исследования выявили, что соприкасающийся к стенке ротора слой навозной массы показал большое сжимающее давление. Поскольку на фильтровальной перегородке из-за толщины слоя осадка воздействие давления Рс снижается, и при тонкослойном фильтровании на основании этого его влиянием пренебрегаем.
Для простоты последующего рассмотрения сделаем следующие допущения: диапазон давления постоянен и перемену толщины слоя осадка в фильтровальной поверхности ротора второй зоны не будем рассматривать.
В разработанном геликоидальном рабочем органе некоторые показатели являются не соизмеримыми это толщина слоя осадка и размеры радиуса ротора в связи с этим были приняты допущения. Так как толщина образовавшегося осадка, составляет менее 1 мм,то его удельное сопротивление принимаем за константу.
Проанализируем процесс центробежного фильтрования неоднородной жидкости с точки зрения кинетики и гидродинамики во второй зоне после получения осадка. Критерий Рейнольдса позволяет определить режим движения жидкости: 144 Re = ЩРг» (3.60) fl где d — диаметр пор. В этом случае используют отверстия каналов малого диаметра.Принимаем режим течения ламинарный так как (Re 10).
Как известно, любая твёрдая частица обладает оболочкой с адсорбционно (поверхностно) связанной водой и, имея разные формы и размеры, соответственно движение жидкой массы состоит из большого количества элементарных слоев. Очевиден факт, что при течении элементарных слоёв из-за трения между ними возникает напряжение сдвига. Вследствие образующихся сил трения между слоями их скорость будет разной. Максимальная скорость возникает в центральном слое у оси капилляра, а частицы в жидкости, находящиеся у стенки, некоторым образом прикрепляются и их скорость падает до нуля.
В результате этого процесс фильтрации навозной массы представим как движение жидкости через тонкую трубку, при этом длина трубки и поперечное сечение изменяются во времени. Для расчёта уравнения перемещения жидкости во второй зоне вначале разберём частный случай. Предположим, что поры осадка круглого сечения имеют радиус 2 мм. Перемещению жидкости в порах осадка создают сопротивление фильтрующая перегородка и сила внутреннего трения Т.
Сопротивление фильтрующей перегородки хорошо учитывается при добавлении к толщине слоя осадка определённой эквивалентной толщины (3.62). В этом случае длина пор осадка с учтённой эквивалентной к сопротивлению перегородки толщины слоя осадка, составляет: / = /0+/э (3.61) Закон внутреннего трения Ньютона позволяет определить образующуюся между слоями жидкости при течении силу внутреннего трения:
Методика исследования конструктивно-режимных параметров экспериментальной установки
При учёте экспериментальных исследований области нужно оценить область и её границы выявления факторов.
Так нулевой уровень находитсяв результате рассмотрения разных ситуаций. В выбранных факторахиспользуются два уровня, при этом они варьируются относительно главного уровня, а за счёт интерполяции захватывается вся анализируемая область. Из большого количества факторов, влияющихна рассматриваемый процесс, часть эффектов можно не принимать во внимание, тем самым отнести их к «шумовому полю».
Таким образом, количество опытов снижается при таком отсеивании малозначимых факторов.Следовательно в проводимых экспериментах 2К при К = 3, нужновыполнить 23 = 8 опытов, а при К = 8 необходимо сделать 28 = 256 опытов. Для того чтобы отсеять малозначимые факторывыполняли методом разбивки 7ключевых факторов (таблица 4.2) которые поделены на две группы: 1. Входят 3 фактора: длину геликоидального рабочего органа L, угол наклона кожуха к горизонту а и шаг спирали s. 2. Входят4 фактора: режимный — частоту вращения геликоидального рабочего органа, «конструктивные — диаметры dn, dH, Dk.
Частота вращения геликоида/7, мин «Внутренний диаметр внешнего кожуха Dk, ммВнешний диаметр геликоидального рабочего органа4 ммДиаметр проволоки dn, ммДлина геликоидального рабочего органа L, ммШаг винтовой линии рабочего органа s, ммУгол наклона кожуха к горизонту а, град. 35 3626400 24 45 15 2820100 6 0
Построенная матрица методом случайного перемешивания строк полного факторного эксперимента типа 23представлена в таблице 4.3.
При проведении опытов соблюдались некоторые условия, так как планирование многофакторного эксперимента осуществляется при перемене всех факторов одномоментно.В ходе проведённых экспериментальных исследований были получены результаты, которые сведены в таблицу 4.2, которые в свою очередь необходимы для отсеивания малозначимых факторов с помощью экспериментальной установки.
Необходимые опыты по нахождению влияния режимных и конструктивных параметров работы осуществлялись раздельно по планам 2К Полученные результаты проведённых опытов по оказанию общего влияния переменных факторов на ход разделения твёрдой и жидкой фракции в фильтрующей центрифугебыли исследованы при помощи метода математической статистики.
Критерием Фишера F позволил определить адекватность математической модели, а критерий Стьюдента t< определили значимость коэффициентов уравнения регрессии.
В случае, когда количество повторов в опытах разнообразно Ф const), то однородность оценок дисперсии лучше всегопровести анализ при помощи табличного критерия Фишера/7 Исходя из этого выделяют две из числаоценок дисперсии N: максимальную/ и минимальную s2(yuk)min. Если значение их отношения F меньше табличного FT: F = s2(хmax FT(q;j1;j2), (4.12) s (У«к) min тогда все значения оценок дисперсии рассматривают как однородными.
Адекватной моделью можно считать, в случае, когдавычисленное значение критерия Фишера Fбудет меньше табличного FT. В случае, когд FT, тогдапринимается, что для описания опытанужноиспользовать планирование второго порядка, этодаст возможностьрассчитать функцию отклика при помощи полинома 2 степени.
Критерий Стьюдента tt позволит проверить значимость коэффициентов регрессиипо выражению: tpacu. =JL (4.13) где s- среднеквадратическое отклонение; и; — вычисленные коэффициенты регрессии. Критическое значение .рассчитываем для числа степени свободы, которое равно числуэкспериментов минус единица f = N- 1 и установленном уровне значимости q= 5%. Когда расчётное значение?/7 4 окажется больше критического tKp,, то коэффициент Ь< можно признавать, как значимый.
Критерия Кохрена — От даёт возможность определить воспроизводимость результатов проведённых измерений. Расчётное числоэтого критерия должно иметь меньше табличного значения,то есть GP GT.
Производственные испытания осуществлялись для проверки достоверности данных экспериментальных и теоретических исследований, агротехнической оценки работы лабораторной модели, оснащённой фильтрующим устройством с геликоидальным рабочим органом, и влияния конструктивных и режимных параметров фильтрующей системы на качественный показатель фильтрации.
Производственные испытания проходили в СПК им. Н.К.Крупской, СПК СПК «Филипповское».
Опытные исследованияосуществлялисьв соответствии с отраслевыми стандартами ОСТ 70.5.1-82, ОСТ 10.5.1-2000 «Испытание сельскохозяйственной техники. Машины посевные», в соответствии с ГОСТ 31345-2007.
Влажность неразбавленного водой навоза КРС, в которомсодержание влаги составляет от 88 до 89%, при этом в результате попадания в него технологической и питьевой воды возрастает и варьируется от 93 до 98%.
Плотность бесподстилочной навозной массы крупнорогатого скота и его фракций меняется, исходя из содержания влаги. По результатам проведённых исследований было выявлено, что при изменении содержания влаги в первоначальной бесподстилочной навозной массе находятся в пределах от 98 до 93% и плотность, которого ровняется от 1008 до 1022 кг/м3, а в этих же пределах жидкий материал имеет плотность от 1005 до 1020 кг/м3. Плотность лёгких твердых частиц навозной массы при изменении влажности 72. 86% колеблется в пределах 1105. 1080 кг/м3.
Имеющаяся разность в плотностях дисперсионной среды и дисперсной фазы обусловливает разную скорость движения частиц в процессе фильтрования. В результате центробежного фильтрования лёгкие частицы намного быстрее достигают и осаждаются на фильтровальной поверхности, что приводит, к дополнительному сопротивлению для проникновения жидкой фазы. Вследствие этого процесс фильтрации на центрифуге будет неэффективным с использованием высокого фактора разделения. Взвешенные частицы в навозной массе крупнорогатого скота составляют от 56 до 60 % от общей массы сухого материала. Оставшаяся часть сухого материаласодержится в растворенном виде,ее можно выделить выпариванием. В проведённых опытах плотность сухого вещества варьировалась в пределах 1250. 1300 кг/м3.
В результате проведения экспериментальных исследований динамической вязкости отфильтрованной жидкой фракции было выявлено, что изменение происходит в зависимости от температуры и содержания влаги, а также от вида животных и рациона их кормления. С возрастанием содержания влаги фильтрата его вязкость резко уменьшается (рисунок 4.6, что снижает сопротивление осаждающейся частицы и фильтрации жидкой фракции.
Источник