УДК 636.084.¬75–52

ЦИРКУЛЯЦИОННОЕ ДАВЛЕНИЕ В РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ АВТОПОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ

Поцелуев Александр Александрович1, Назаров Игорь Васильевич2, Толстоухова Татьяна Николаевна3
1Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде, доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса»
2Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса»
3Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса»

Аннотация
В статье даны основные требования к качеству процесса автопоения КРС и влияние их соблюдения на продуктивность животных. Раскрыты принципиальные схемы систем и линий автопоения. На основании аналитических исследований рассмотрено влияние тепловых, гидравлических показателей и конструктивных параметров системы (линии) автопоения на создаваемое в них давление и обеспечение термосифонного процесса циркуляции воды.

Ключевые слова: гидравлические сопротивления, давление, линия автопоения, мощность, нагревательный блок, напор, система автопоения, скорость движения воды, сопротивление, теплопотери, термосифонная циркуляция


CIRCULATING PRESSURE IN RESOURCE-SAVING SYSTEM AVTOPOENIYA ANIMALS

Potseluyev Alexander Aleksandrovich1, Nazarov Igor Vasilevich2, Tolstoukhova Tatyana Nikolaevna3
1Azov-Black Sea Engineering Institute, FSBE HE Don State Agrarian University in Zernograd, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department «Technology and means of mechanization of agro-industrial complex»
2Azov-Black Sea Engineering Institute, FSBE HE Don State Agrarian University in Zernograd, Ph.D., assistant professor of the Department «Technology and means of mechanization of agro-industrial complex»
3Azov-Black Sea Engineering Institute, FSBE HE Don State Agrarian University in Zernograd, Ph.D., assistant professor of the Department «Technology and means of mechanization of agro-industrial complex»

Abstract
The article gives the basic requirements for the quality of the process avtopoeniya cattle and the effect of compliance on the productivity of animals. Disclosed concepts of systems and lines. On the basis of analyzes examined the effect of thermal and hydraulic performance and structural parameters of the system (line) avtopoeniya on creating in them the pressure and ensure thermosyphon process water circulation.

Библиографическая ссылка на статью:
Поцелуев А.А., Назаров И.В., Толстоухова Т.Н. Циркуляционное давление в ресурсосберегающей системе автопоения животных // Современная техника и технологии. 2017. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2017/04/13136 (дата обращения: 26.05.2017).

В соответствии с технологическими и зоотехническими требованиями системы, линии и средства автопоения должны обеспечивать надежность процесса автопоения животных, свободный доступ животных к воде, требуемое качество воды и комфортность обслуживания животных /1/. Наряду с этим рекомендуемые к производству системы и средства автопоения по сравнению с используемыми на производстве должны быть менее металлоемкие, энергоемкие и трудозатратные при обслуживании. В настоящее время на животноводческих объектах для автопоения животных используются тупиковые и кольцевые прямоточные системы (линии) автопоения, системы с промежуточной накопительной емкостью, а также кольцевые системы автопоения с использованием узла нагрева воды и напорных устройств в виде циркуляционных насосов /2/.

Циркуляционные насосы в системах автопоения предназначены для периодической циркуляции воды в системе автопоения с целью поддержания температуры воды в зоне ее отбора (автопоилках) в заданных зоотехническими требованиями пределах. Однако использование насосного оборудования ведет к дополнительным затратам капитальных вложений. При этом конструктивные решения выпускаемых отечественной промышленностью насосов не исключает непроизводственный расход воды, что удорожает процесс автопоения. Поэтому одним из перспективных направлений является разработка систем автопоения с использованием принципа (эффекта) термосифонной циркуляции воды.
В этом случае линия автопоения с термосифонной циркуляций воды включают в себя основные элементы известных тупиковых систем автопоения (водонапорный бак, распределительный и рабочий участки трубопроводов с отводками, автопоилки) и дополняются водонагревательными устройствами и обратным трубопроводом. Характерной особенностью этих линий является наличие замкнутого контура. Конфигурация линий зависит от планировочного решения помещения, расположения технологических групп животных, выбранного принципа подачи воды к автопоилкам (напорный или безнапорный) и они могут быть одноконтурными (Рис.1) или многоконтурными (Рис.2).
Одноконтурная линия термосифонной циркуляции может быть привязана к различным планировочным решениям животноводческих помещений. Однако наиболее эффективно ее применение при однорядном размещении животных. Основным, ограничивающим фактором ее применения является протяженность транспортной магистрали /3/. 

1 – бак-накопитель; 2 – поплавковое устройство; 3 – клапанное устройство; 4 – вводной трубопровод; 5 – обратный водопровод подогретой воды; 6 – водонагревательный блок; 7 – обратный трубопровод охлажденной воды; 8 – средства автопоения; 9 – распредели-тельный трубопровод; 10 – магистральный трубопровод

Рисунок 1 – Принципиальная схема одноконтурной термосифонной линии

Многоконтурная линия циркуляции воды может быть использована в животноводческих помещениях (коровниках) с многорядным расположением животных и наличии в центральной части помещения поперечного технологического прохода. При этом в зависимости от места ввода воды в помещение накопительные емкости могут располагаться как в зоне поперечного технологического прохода, так и в торцах помещения.

Термосифоный принцип циркуляции воды в рассмотренных линиях должен постоянно обеспечивать заданный температурный режим в средствах автопоения (автопоилках) за счет переноса тепла из зоны ее нагрева в зону ее отбора животными. Этот процесс непосредственно связан с разностью давлений, создаваемых в различных точках системы. Поэтому нами аналитически рассмотрен процесс циркуляции воды за счет силового фактора (действующего давления и сопутствующих факторов в линии автопоения). 
Одним из базовых элементов системы (линии автопоения) является нагревательный блок.
Температура воды в этом блоке оказывает влияние как на температуру воды, поступающей к животным, так и на циркуляционное давление в системе и, как следствие, – на циркуляционный расход воды в ней. Поскольку температурный диапазон воды для животных довольно широк (10–20оС), то приоритетным будем считать влияние температуры воды в блоке на циркуляционное давление в линии и соответственно и количество тепла, которое должно воспроизводиться в нагревательном блоке.


а – первый циркуляционный контур; б – второй циркуляционный контур; в – третий циркуляционный контур; г – четвертый циркуляционный контур; 
1 – вводный трубопровод; 2 – клапанно-поплавковое устройство; 3 – распределительный трубопровод; 4 – автопоилки; 5 – обратный трубопровод охлажденной воды; 6 – регулировочные вентили; 7 – водонагреватель; 8 – обратный водопровод подогретой воды; 9 – накопительный бак

Рисунок 2 – Многоконтурная линия циркуляции воды

Количество тепла производимое в блоке может быть определено по формуле

(1)

где qрас – циркуляционный расход воды в системе, м3/ч (qрас=W);
W – производительность системы;
с – теплоемкость воды, Вт/кг·оС;
tбл – температура воды в блоке, оС;
tохл – температура охлажденной воды, оС;
Fбл – поверхность корпуса блока, м2;
Кбл – коэффициент теплопередачи корпуса блока, Вт/м2·оС;
tв – температура воздуха в животноводческом помещении, оС.

Циркуляционное давление воды в линии может быть определено по формуле

(2)

где Рц – циркуляционное давление воды в системе, Н/см2;
hц – высота столба воды, способствующая циркуляции воды, м;
g – ускорение силы тяжести, м/с2;
ρох – плотность охлажденной воды, оС;
ρп – плотность подогретой воды, оС;
Ре – потери давления на преодоление сопротивлений движению воды по
длине линии, Н/см2;
Рм – потери напора на преодоление местных сопротивлений в линии, Н/см2.

Формула (2) по определению циркуляционного давления носит общий характер. Применительно к конкретной системе автопоения формула (2) должна быть раскрыта с учетом конструктивных особенностей системы (линии).
Рассмотрим расчетную схему напорной циркуляционной линии (рис. 3).
Анализ этой схемы показывает, что циркуляционное давление, создаваемое за счет столба жидкости и разности плотностей горячей и охлажденной воды, может быть представлено зависимостью

(3)

где Н1 – высота столба охлажденной воды, м;
Н – высота столба подогретой воды, м;
 – средняя плотность охлажденной воды, кг/м3.
Потери давления на преодоление сопротивлений по длине циркуляционного контура неравномерно и его необходимо определять по двум базовым участкам: участку АБ и участку БВГДЕ рисунка 4.

1 – бак; 2 – поплавковое устройство; 3 – клапанное устройство; 4 – вводный трубопровод; 5 – обратный трубопровод подогретой воды; 6 – водонагревательный блок; 7 – обратный трубопровод охлажденной воды; 8 – средства автопоения; 9 – распределительный трубопровод; 10 – магистральный трубопровод

Рисунок 3 – Расчетная схема напорной циркуляционной линии

Участок АБ представляет собой перфорированный трубопровод. Перфорация трубопровода осуществляется в зоне присоединения индивидуальных поилок, а число узлов перфорации зависит от числа обслуживаемых животных или числа установленных автопоилок. С учетом этого и предполагая, что режим движения воды в трубопроводе подогретой воды ламинарный, общие потери давления в трубопроводе могут быть определены по формуле

 (4)

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
lтр – дина трубопровода подогретой воды, м;
d – диаметр трубопровода подогретой воды, м;
 – скорость движения воды в трубопроводе, м/с;
 – коэффициент сопротивления для зоны присоединения индивидуальных поилок;
nп – число поилок, устанавливаемых на трубопроводе подогретой воды.
Коэффициент сопротивления в зоне присоединения индивидуальных поилок может быть определен по формуле

, (5)

где В – безразмерный коэффициент, зависящий от вида сопротивления;
R – число Рейнольдса для рассматриваемого движения воды;
n – показатель степени по Ф.П.Товстолесу.
Общие потери давления на участке АБВГДЕ могут быть определены по известной формуле :

(6)

Анализ формулы (24) показывает, что потери давления зависят от скорости движения воды в системе. Поэтому для их определения принимаем требуемую скорость воды в системе. Для этого может быть использована следующая формула

, (7)

где W – теоретическая производительность линии, м3/ч;
d – диаметр циркуляционного трубопровода, м.

Диаметр циркуляционного трубопровода определяется с учетом его пропускной способности при максимальном отборе воды животными

, (8)

где Q – расход воды в пиковые периоды отбора ее животными, м3/с;
 – допустимая скорость движения воды в трубопроводе (=1 м/с).
 – интенсивность отбора воды животными,м3/с.
По результатам аналитических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Системы автопоения с термосифонным принципом циркуляции воды применительно к животноводческим объектам небольшой мощности (КФХ) являются перспективными по ресурсосбережению (снижение стоимости линии на комплектацию насосом; снижение стоимости электроэнергии на привод насоса; снижение непроизводственного расхода воды за счет ее подтекания в уплотняющих устройствах насоса; снижение затрат труда на обслуживание насоса);
2. При обосновании параметров линии термосифонной циркуляции воды в качестве расчетных величин необходимо принимать: высота установки водонапорного бака – ≥ 2,7 м; скорость циркуляции воды – 0,004 м/с; местные сопротивления в зоне присоединения индивидуальных поилок – ξ = 80–140, в зоне присоединения проточных индивидуальных поилок – ξ = 0–9;
3. При обслуживании модульной группы животных (25 коров) допустимая длина термосифонной линии должна быть – 25–27 м.


Библиографический список
  1. Кашеков Л.Я. Механизация водоснабжения животноводческих ферм и комплексов /Л.Я. Кашеков. – М.: Колос, 1976. – 287с.
  2. Бородачев П.Д. Водоснабжение животноводческих ферм и комплексов/          П.Д. Бородачев, В.М. Уссаковский. – М.: Россельхозиздат,1972. –238 с.
  3. Назаров И.В. Режимы водопотребления на фермах КРС и совершенствование технологических линий автопоения: Дисс. … канд. техн. наук. – Зерноград, 1977.
  4. Поцелуев А.А. Ресурсосберегающие системы водообеспечения технологических процессов по обслуживанию крупного рогатого скота: Дисс. …. докт. техн. наук. – Зерноград, 2011.
  5. Славин Р.М. Автоматизация производственных процессов животноводческих ферм/ Р.М. Славин. – М.: Машиностроение, 1965.  – 394с.


Все статьи автора «Назаров Игорь Васильевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: