автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Энергосберегающая технология и средства механизации производства гидропонного зеленого корма

руб °? „ .

КРИМСЬКИШШРЖАВНИИ АГРАРНИМ університет

* 5 нюп

КІРДАНЬ Євген Миколайович X

/

УДК (636.085.51:631.589.2):621.492

ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧА ТЕХНОЛОГІЯ І ЗАСОБИ МЕХАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА ГІДРОПОННОГО ЗЕЛЕНОГО КОРМУ

05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Сімферополь - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримському державному аграрному університеті на кафедрі загальнотехнічних дисциплін

Науковий керівник - доктор технічних наук,

Костюченко Володимир Олександрович,

завідуючий кафедрою інженерної механіки Керченського морського технологічного інституту

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

Грачова Лідія Іванівна, професор, завідуюча кафедрою механізації тваринництва і переробки сільськогосподарської продукції Кримського державного аграрного університету

кандидат технічних наук Роговий В.Д.,

професор кафедри механізації тваринництва Таврійської державної агротехнічної академії

Провідна установа - Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України

Захист відбудеться “ЯГ ЛЦГШ& 2000 року о 40- . год. на засіданні спеціалізованої вченої ради А ■№5'- ^3 в Кримському державному аграрному університеті в аудиторії 2/250 другого навчального корпусу за адресою: 333030, Сімферополь, смт. Аграрне, Кримський державний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Кримського державного аграрного університету.

Автореферат розісланий “ ________ 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Бабицький Л.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. В останній час, із-за браку енергоносіїв ;має можливості заготовляти потрібний асортимент кормів з високими по-ивними якостями для потреб птахівництва.

В зв’язку з цим постало завдання пошуку нових технологічних підходів та його виробництва. Таким вимогам відповідає метод гідропонного ви-зщування зеленого корму. Гідропонний зелений корм (ГЗК) містить не-охідні поживні речовини і вітаміни, добре поїдається і засвоюється, відзна-ається простотою вирощування і економічністю.

Однак існуючим технологіям виробництва ГЗК притаманний ряд не-оліків, основним із яких с необхідність підтримання в приміщенні цеху для ирощування гідропонної маси високої температури, на що витрачається ве-ика кількість теплової енергії. У зв’язку з цим удосконалення технологіч-ого процесу вирощування гідропонних кормів на лотках з локальним об-'рівом вегетативної поверхні за рахунок використання другорядних енер-оносіїв птахівницьких приміщень є актуальним в науковому і практично-іу відношеннях.

Метою цієї праці є розробка енергозберігаючої технології і засобів ме-анізації виробництва зеленого корму за рахунок використання тепла очи-ценого від пилу скидного повітря птахівницьких приміщень для локально-о обігріву лотків, що знижують енергосмкість, трудозатрати і забезпечують економічну доцільність її застосування в виробництві.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити слідуючі завдання: обгрунтувати технологічну схему використання скидного повітря птахівницького приміщення для локального обігріву лотків з пророщуваною гідропонною масою;

- розробити теоретичні передумови визначення основних параметрів самоочисного пиловідділювача, пневмопідвідних систем і динамічної стійкості лотків під час розвантаження;

- провести експериментальні дослідження для визначення конструктивно-режимних параметрів пиловідділювача, порівняльних характеристик різних способів локального обігріву лотків з пророщуваною масою, критеріїв оптимізації енергоємких факторів підчас вирощування ГЗК;

- провести виробничу перевірку і обгрунтувати економічну ефективність енергозберігаючої технології.

Дослідження, покладені в основу дисертаційної роботи, виконані в Кримському державному аграрному університеті за період 1992-1999 рр. По комплексній науково-дослідній темі “Науково обгрунтована система ведення сільського господарства в Криму в період виходу із кризи і переходу до ринку”.

Об’єкт дослідження. Енергозберігаюча технологія вирощування гідропонного зеленого корму і засоби її механізації.

Методи досліджень і апаратура. Під час досліджень використовувалися аналітичні та ститистично-ймовірні методи, методика планування і проведення багатофакторного експерименту, а також систематизація і аналіз результатів експериментальних та виробничих досліджень. Експериментальні дослідження виконувались в лабораторних і виробничих умовах методами систематизації і аналізу випробувань. Фізичний експеримент проводився на діючих установках із застосуванням методу тензометричного вимірювання.

Теоретична та практична цінність досліджень. Одержані теоретичні залежності для визначення режимно-конструктивних параметрів теплообмінника, пиловідділювача, гідропонного лотка, а також його динамічної стійкості під час розвантаження.

Застосування розробленої енергозберігаючої технології і засобів механізації виробництва ГЗК дозволяє знизити використання теплової енергії на 15,4% і підвищити врожайність гідропонного корму на 7,1%.

Наукова новизна. Обгрунтована енергозберігаюча технологія виробництва гідропонного зеленого корму за рахунок використання другорядних енергоресурсів птахівницького приміщення для локального обігріву лотків з пророщуваною гідропонною масою. Розроблений самоочисний пиловіді-лювач, оптимізовані його конструктивні параметри і режим роботи. Новизна запропонованих рішень підтверджена авторським свідоцтвом на винахід (№1169711).

Реалізація і впровадження наукових розробок. За результатами виконаних досліджень було виготовлене експериментальне обладнання, яке пройшло виробничу перевірку в птахоплемрадгоспі “Жовтневий” і птахорадгоспі “Дубровськин” Красногвардійського району, КСП “Ленінське” Ленінського району, птахорадгоспі “Краснофлотський” Кіровського району. Результати досліджень енергозберігаючої технології виробництва гідропонного зеленого корму та обгрунтування параметрів обладнання передані на судо-ремонтний завод “Маяк” м. Севастополя для використання в послідуючих розробках установок по виробництву ГЗК.

Апробація роботи. Основні положення та результати роботи доповідались на наукових конференціях Кримського державного аграрного університету в 1992-1999 роках, науково-технічній конференції “Енергозберігаючі технології і технічні засоби для виробництва сільськогосподарської продукції” (Глеваха, 1993 рік), міжнородній науково-технічній конференції “При-ладобудівництво-94” (Вінниця-Сімферополь, 1994 рік), міжнародній науково-практичній конференції “Становище і перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіччя” (НАУ, Київ, 1999 рік).

з

Публікація. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 10 робіт, одержано авторське свідоцтво на винахід. Основний зміст досліджень висвітлено в друкованих працях Кримського ДАУ, Української сільськогосподарської академії, в журналі “Досягнення науки і техніки”.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається із п’яти розділів, основних висновків і пропозицій, списку використаних джерел, що включає 126 найменувань, в тому числі 4 на іноземних мовах. Загальний об’єм дисертації - 145 сторінок машинописного тексту, 33 рисунки, 19 таблиць.

В першому розділі “Стан питання, мета і задачі досліджень” викладено сучасний стан питання виробництва гідропонного зеленого корму. Дослідження в даній області проводили Бутенін Н.В., Булгаков В.М., Баба-кян М.А., Костюченко В.О., Кругляков Ю.А., Піуткін С.Н. та ін. Аналіз літературних джерел і патентної літератури показав, що для виробництва гідропонного зеленого корму найбільш перспективними є установки ярусного типу, які відзначаються простотою виготовлення, економічністю, надійністю в експлуатації і відповідають всім вимогам технологічних процесів.

Встановлено, що лотки для виробництва ГЗК, при експлуатації таких систем, займають до 5% загального об’єму гідропонного цеху. Останнє дає підставу стверджувати, що при розробці технологій і засобів механізації вирощування кормів, застосування локального обігріву вегетативних поверхностей, а не всього приміщення, дозволить в певній мірі забезпечити збереження основних енергоносіїв. Більш того, для обігріву цехів ГЗК дає можливість використання нетрадиційних джерел енергії.

Як показали дослідження, приведені в роботах Дубровіна А.Р., Гра-чової Л.І., Селянського В.М., Пригунова Ю.М., в теплових потоках, які виходять із птахоферми, значну частину складає енергія вентиляційного повітря, яка може бути використана для локального обігріву лотків в цехах. Також встановлено, що пряме перекачування в цех ГЗК скидного повітря недопустиме із-за високої концентрації вуглекислого газу. Насичений вуглекислим газом тепловий потік може бути використаний в якості низькопо-тенціального енергоносія на теплообмінних апаратах.

Основним стримуючим фактором застосування теплообмінників в сільському господарстві є велика запиленість скидного повітря. Цей пил осідає на теплообмінних поверхнях і перешкоджає тепловіддачі, що вказує на необхідність попереднього очищення вентиляційного повітря.

Аналіз наукових робіт і конструктивних рішень показує, що найбільш перспективними є контактні пиловідцілювачі, які дають можливість затримувати дрібнодисперсний пил, та необхідність періодичної регенерації фільтрувальних поверхностей стає стримуючим фактором їхнього застосування.

В другому розділі “Теоретичні дослідження” приведені результати теоретичних досліджень. Розроблена і теоретично обґрунтована схема енергозберігаючої технології виробництва ГЗК (рис. 1), яка, за рахунок утилізації вторинних енергоресурсів птахівницьких приміщень, дозволяє забезпечити локальний обігрів вегетативних поверхнонь лотків спеціальної конструкції, дозволяючих розвантаження урожаю і повернення в вихідне положення під дією сили тяжіння без додаткових енергетичних і трудових затрат.

и

Рис.І. Схема енергозберігаючого технологічного процесу вирощування гідропонного зеленого корму: 1 - пташник, 2 - витяжний вентилятор, З -самоочисний пиловідділювач, 4 - повітровід, 5 - нагнітаючий вентилятор, б

- короб теплообмінника, 7 - теплообмінник, 8 - цех для виробництва ГЗК, 9 - роздавальний повітровід, 10 - розподільний рукав, 11 - блок термотенів, 12 - терморегулятор, 13 ~ вегетативні лотки, 14 - осадова камера.

Рис.2 Механічна модель і розрахункова схема двохярусної установки з пружними несучими елементами.

Де т\ і тг - відповідно маси верхнього і нижнього лотків, С\ і Сг -жорсткості пружин, /і И І2 - недеформовані ДОВЖИНИ пружин, X) І Х2, УЇ І }>2

- відповідно горизонтальні і вертикальні відношення центрів мас по відношенню до початку координат 0.

Приймаючи за узагальнені координати х\, Х2, у[, у'2і допомогою відомих рівнянь Логранжа другого роду динаміка розглядаємої пружної системи описується наступною системою чотирьох нелінійних рівнянь.

до цих рівнянь приєднаємо реальні початкові умови.

При і = 0, х\ = 0, Х2 = д Л'2, .VI = , у2 = Яз, іі = о, Х2 - о, V, =0, у2 - 0

де д Х2~ зміщення центру мас нижнього лотка в процесі розвантаження врожаю;

Я, і Яз - статичні подовження пружин.

Рішення одержаної системи рівнянь (1) з початковими умовами проводилося чисельним методом з допомогою ЕОМ. При цьому геометричні, масові і жорсткісні параметри змінювалися в слідуючих межах

400 < Сг < 3000 Н/м, що в значній мірі перекриває реально можливі. В результаті рішення визначені максимальні відхилення центрів мас лотків, що дозволяє розмістити ряди установок на такій відстані, при якій виключається зіткнення лотків між собою і другими предметами.

Підрахувати коефіцієнти динамічності зусиль в пружинах можливо по формулі

щ'Хі = -(С, -С2)х^ +С}Х2~ С/,(х? + УІ2}2 х[ + С212\(х2 - .х;)2 +

(1)

0,3 < /і = І2 < 1 м; 100 < т\ < 200 кг; 20 < т2 < 100 кг; 800 < С і < 600 Н/м;

(2)

де і — І,2;_/~0,1; (.?, - сили ваги лотків;

Максимальні значення коефіцієнтів динамічності при вказаній варіації параметрів систем змінювалися в межах: нижній пружний зв’язок Ую = 1,3-1,5, верхній Гп = 1,25-1,45. При таких коефіцієнтах динамічності установка цілком працездатна з точки зору зусиль, що виникають, і частот коливань £Ц = 3,1 Гц, &2 = 1,6 Гц.

Відношення мас верхнього лотка з врожаєм і нижнього вільного, а також відповідних еквівалентних жорсткостей, при яких виключається втрата

сталості коливань нижнього лотка і

х

явище параметричного резонансу повинно змінюватися в межах /н, /т2 = 4,5 — 6,3, С( /С2 = 1,8 - 2,4 при цьому довжини недеформованих пружин повинні бути рівні між собою /, =/2=/. Більш того, вказане відношення параметрів установки забезпечує рівномірний локальний обігрів лотків з урожаєм.

В процесі вегетації ГЗК техноло-Рис. 3. Розрахункова схема пара- пчн0 задана оптимальна температура в

метрів лотка. пророщуваній масі підтримується шля-

хом передачі їй тепла за рахунок конвективного теплообміну від підігрітого повітря, що рухається по пневмосистемах лотка. Для підтримання теплового балансу, при умові відсутності теплових втрат і фазових переходів, одержані залежності визначення швидкісного режиму повітряного потоку

тс(ТТ-Т„)

і його витрат

V.

УГ.

І-ЬрС^-ТгУі

!ітс(Тт-ТН) ЬрСр(Т, -Т2)1

(4)

(5)

де т - маса пророщуваного зерна, кг; С - питома теплоємкість вологого зерна, Дж/кг °С; 7’у, Тц~ відповідно технологічно задана і початкова температури маси, що пророщується, °С; р - густість повітря, кг/м3; /, - ширина лотка, м; /г - висота пневмоканалу, м; Ср - питома ізобарна теплоємкість повітря, Дж/кг °С; Т\, 1\- початкова і кінцева температури повітряного потоку при проходженні через пневмоканал, °С; І - час; Ьл -довжина пневмоканалу, м.

З метою зменшення теплозатрат на фазовому переході від нагрітої гідропонної маси до навколишнього середовища з обох сторін лотка змонтовані випрямляючі колектори, що утворюють плоскі повітряно-теплові

лрумені, які рухаються назустріч один до одного в площині, паралельній іегетативній поверхні зі швидкістю, необхідною для їх злиття на середині ютка. Для визначення даного швидкісного режиму повітряного потоку, з фахуванням зміни його температури на осі струменю, одержана залежність

УаКг(Т0-Тп)

У° ~ ке(т?-тХ* (6)

іе Уа - швидкість повітряного потоку на осі струменю, м/с; Кт - коефіцієнт, що характеризує інтенсивність падіння температури в струмені; 7о-температура повітря на виході із колектора, °С; Тр температура в зоні, якої досягає струмінь потоку повітря, °С; Кс - коефіцієнт, що характеризуює інтенсивність зниження швидкості; Тх - температура повітряного потоку на осі струменю, °С.

Для створення даного швидкісного режиму на виході із колектора необхідно підняти тиск

Ух2-Бь-КЇ(Т0~Т„)2

Р = (7)

2є2к;(т;-т2р) к

зе є - коефіцієнт витікання повітряного потоку.

При цьому витрата повітря через колектор визначається по залежності

... _І.ҐВ,К-К,(Т<,-ТР)

<8)

те Іщ - довжина колектора, м; Во - висота колектора, м.

Враховуючи що }Ук = IV7 прирівнюючи праві частини (5) та (8) і розв’я-?уючи відносно бо, визначаємо висоту щілини колектора

В - ^^-с-кЛТг-Тн){Т2х-Т2р)и2

0 в-ІиГУк-Кт(Ть-Тр)рС№-Т2у' К)

Аеродинамічний розрахунок нагнітаючих повітропроводів цеху по виробництву ГЗК виконувався з метою вибору оптимальних діаметрів постачальних трубопроводів, які регулюють подачу необхідної кількості повітря до лотків з локальним обігрівом. Результати розрахунку приведені в додатку дисертаційної роботи.

Важливим параметром при розрахунку теплообмінників є коефіцієнт тепловіддачі а, який традиційно визначається по формулі

де (рУ) - середня масова швидкість при постійному режимі середовища, кг/м2с; /и - коефіцієнт динамічного повітря, Па с; сі - діаметр теплообмінника, м; Я - теплопровідність, Вг/м °С.

В дисертаційній роботі запропонований один із можливих методів аналітичного визначення (рУ) і параметрів повітропроводу в самому загальному випадку, а також при стаціонарному русі теплого повітряного середовища.

З достатньою для інженерної практики точністю рух теплого стиснутого повітря описується слідуючою системою диференціальних рівнянь:

М^1 = дІРП+2а(рП

дх 91 (10) рр{х, 1) __с2 д(рУ)

9/ дх

де Р(х,і) - тиск по довжині повітроводу, Па; х - абсциса в напрямі руху потоку; 2а - приведений коефіцієнт лінійного тертя при квадратичному законі опору; С - швидкість звуку, м/с; І - час, с.

Рішення одержаної системи рівнянь з частковими похідними при визначених реальних початкових і граничних умовах дозволило визначити в загальному випадку Р = Р{х,ї) і (рУ) Зокрема для стаціонарного руху повітряного середовища

(РН = Д, (П)

2а/

де Р2 - втрата тиску в системах нагнітання повітроводів цеху по виробництву ГЗК, Па; І - довжина теплообмінника, м.

Далі, з врахуванням (11), одержана залежність діаметра повітропро-вода від його довжини.

і15 а°-2Л0-вж(Тс-Т2)

де Те - температура скидного повітря птахівницького приміщення, °С; Т? -температура зовнішнього повітря, °С; Тс - температура повітря на виході із теплообмінника, °С.

Значення площі теплообмінних поверхонь, обчислених по традиційній методиці, на основі розробленого методу відрізняються на 5-8%, що цілком допустимо для інженерних розрахунків. Таке розходження може бути викликане коливаннями робочої точки характеристики компресора при стаціонарному режимі його роботи.

Як показала світова і вітчизняна практика, застосування теплообмінних апаратів в сільському господарстві дозволяє економити велику кількість

енергоносіїв. Проте їхнє застосування в птахівницьких приміщеннях стримується запиленністю вентиляційного повітря. Пил, осідаючи на теплообмінних поверхнях, істотно знижує теплопередачу. Для рішення даної проблеми був розроблений самоочисний пиловідділговач (а.с. №1169711), розрахункова схема якого представлена на рис. 4.

В теоретичних розрахунках сталий рух повітряних потоків в пиловід-ділювачі розглядався як рух однорідного середовища. Для часток невеликих розмірів, якими є пил птахівницьких приміщень, умови відриву і виносу їх з поверхні фільтрувального елементу під дією потоку повітря виражається залежністю

F.i — f' Fas. (13)

де Fj, - лобовий тиск повітряного потоку;/- коефіцієнт тертя; Fay - сила адгезії пилового шару.

Для даних пилових часток, коли товщина пилового шару Н перевищує їхній діаметр 2г, сила F,, дії потоку на частку визначається по закону Стокса, а сила адгезії Fa<) із апроксимованої залежності запропонованої Зімоном.

F„ =

F„

6тп-2і)- Vk Н К

(14)

(15)

де г - радіус пилової частки, м; з - в’язкість повітря; ¥к - швидкість руху повітряного потоку, м/с; Н - товщина пилового шару; К- коефіцієнт адгезії; т - показник ступеню (т =0,5).

Спільне рішення залежностей (14) і (15) відносно Ук дозволяє визначити критичну швидкість, необхідну для здуву пилового шару з фільтрувального елементу

н/к

витрата повітря через пилоз’ємну головку

лт_ П7)

'“з( ’

де / - довжина крила пилоз’ємної головки, м; Н - зазор між пилоз’ємною головкою і фільтром, м.

Тиск, розвинутий в пиловідділювачі для створення критичної швидкості

Одержана залежність для визначення площі фільтрувального елементу

5 = з

25рНГ к /(а) 4

де {^2-витрата повітря через фільтрувальний елемент, м /ч,/(а) - функція зміни густини пакування пилових часток.

Умовою рівномірного здуву пилу з поверхні фільтрувального елементу є постійна швидкість руху повітряного потоку в пилоз’ємній головці, якої досягають за рахунок змін, по довжині крила, ширині повздовжньої щілини, розміри якої визначаються із умов.

де 4"о - ширина щілини повітроводу, м; 5 - площа поперечного розрізу

Дослідження на екстремум показує, що при х = 0 ширина щілини мінімальна, а при х = І - максимальна. Звідси виходить, що засмоктуюча щілина в кінці крила пилоз’ємної головки широка, потім, з віддаленням від заглушеного кінця, зменшується і досягає мінімуму.

В третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” дисертації приведені програма і методика експериментальних досліджень, а також опис конструкцій і принципів роботи розроблених експериментальних лотків з різними способами локального обігріву вегетативних поверхонь і самоочисного пиловідділювача.

Задача експериментальних досліджень передбачала: дослідження впливу розподілу оптимальних температур в пророщуваній зерновій масі на кількісні показники росту ГЗК; дослідження впливу на ріст гідропонного

(20)

крила, м2.

корму способів локального обігріву лотків; визначення оптимальних технологічних параметрів при вирощуванні гідропонного зеленого корму; дослідження динамічної стійкості гідропонних установок в процесі розвантаження врожаю; дослідження впливу конструктивних параметрів пиловідділю-вача на якість самоочищення контактного фільтру.

Для проведення експериментальних досліджень були розроблені і виготовлені лотки з різними способами локального обігріву вегетативних поверхонь: кореневим (рис. 6), поверхневим (рис. 7), комбінованим (рис. 8), а також, на рівні винаходу, самоочисний пиловідділювач (рис. 9).

Вологість зерна визначалася по загальноприйнятій методиці із застосуванням сушильної шафи СНОЛ-2,5/2М, технічних вагів Т-200, набору бюксів. Рівномірність температури повітря, що поступало, регулювалася за допомогою приладу РТБТ-А; швидкість повітрянного потоку замірялася за допомогою чашкового анемометру У-5, освітленість - люксметром Ю-116 з застосуванням спеціальних поглиначів. Замір амплітуд і частот коливань лотків під час розвантаження проводився блоком вимірювальної апаратури, складеного із підсилювача 8АНЧ-7М, осцилографа Н-0,44.1, гальванометра МО-14-2500 і тензорезисторів ФШСА-20.200. Запис осцилограм проводився на фотопапері осцилографному - 135, чутливістю 580 одиниць.

Для визначення конструктивних параметрів пиловідділювача пилові аерозолі одержали із оскалгеля і пилу, зібраних в птахівницьких приміщеннях. Вихідний матеріал дозувався механічним дозатором. Проби відбиралися пилозабірними трубками з аллонжем із фільтрувального матеріалу ФПП. Витрати повітря контролювалися ратометром поплавкого типу. Опір фільтрувального матеріалу - мікроманометром ММН-240.

Методи експериментальних досліджень оброблялися методом математичної статистики.

Четвертий розділ “Результати експериментальних дослдіжень та їх аналіз” присвячений розгляду результатів лабораторних досліджень. Завдання експериментальних дослідів полягає в аналізі виливу на ріст гідропонного корму і енергоємкість його виробництва трьох різних способів локального обігрівання поверхні лотків: кореневого, поверхневого і комбінованого. На рис. 5 приведені залежності зміни температури і вологості пророщуваної гідропонної маси від часу при кореневому обігріві.

Аналіз залежностей показує, що зерно, яке проротає і знаходиться над повітропроводами, що постачають, досягає заданого температурного режиму через 0,35 години, але його вологість, із-за безпосередного контакту повітряного потоку із гідропонною масою, через 0,9 години знижується до критичної, що потребує проведення поливу. В той же час пророщуване зерно, що знаходиться в зоні між повітропроводами, що постачають, досягає тех-

нологічно заданої температури через 1,2 години. Із сказаного виходить, що при даному способі локального обігріву гідропонна маса, яка знаходиться в міжтрубному просторі, тільки 25% часу від строку вегетації проростає при оптимальному температурному режимі, що приводить до зниження врожайності ГЗК. Залежності розподілу температури і вологості в ГЗК по товщині мата із бігом часу при поверхневому обігріві приведені на рис.6.

—•—в зоні між повітроводами, що постачають —о—в зоні повітроводів, що постачають

Рис. 5 Залежність зміни температури і вологості ГЗК від часу при кореневому обігріві.

Т= 0,3 години —о— Т = 1,0 година —а— Т = 2,5 години

Рис.6 Залежність розподілу температури і вологості в ГЗК по товщині мата при поверхневому обігріві.

Аналіз залежностей показує, що розподіл температурної хвилі в пророщуваній масі від верхніх шарів до нижніх, із-за низької теплопровідності зерна, проходить дуже повільно і з обігом часу температура ГЗК в нижніх шарах практично залишається без зміни. На основі проведених експериментальних досліджень установлено, що безперервна подача на лоток теплого потоку повітря протягом 2,5 годин приводить до підвищення температури в нижніх шарах пророщуваної маси з 8 до 12°С, що є недостатнім для здійснення ростових процесів. В той же час прямий контакт повітряного потоку веде до інтенсивного висушування верхнього шару ГЗК і через 2,5 години на глибині до 1 см його вологість досягає критичної.

При комбінованому обігріві вегетативної поверхні основний нагрів здійснюється через підкладку конвекційним способом. При чому, як видно з графічних залежностей, приведених на рис. 7, через 1,5 години роботи установки температура по всій товщі мата ГЗК вирівнюється і досягає заданого технологічного режиму. Вологість верхніх шарів зерна знижується до критичної через 3,5 години.

—Т= 0,3 години —о— Т= 0,75 години —й—Т = 1,5 години

Рис.7. Залежність розподілу температури і вологості в ГЗК по товщині кіата з бігом часу при комбінованому обігріві.

Результати порівняльних експериментальних досліджень різних спо-;обів локального обігріву лотків приведені в таблиці.

Аналіз даних таблиці показує, що кращим способом є комбінований обігрів вегетативної поверхні. Всі наступні експериментальні дослідження іроводилися на установках даного типу.

Таблиця

Результати порівняльних експериментальних досліджень

Показники Способи локального обігріву

кореневий поверхневий комбінований

Кількість поливів за час вегетації, раз 98 53 37

Коефіцієнт використання корисної площі установки 0,76 0,63 0,74

Кількість вирощеного ГЗК, кг/м" 47,2 40,9 51,6

Ннсрговитрати на одну установку (без врахування па освітлення) 119,69 374,97 56,42

Питома енергоемкість 1 кг вирощеного І ЗК, кВт/кг 1,69 9.3 1,09

Під час дослідження впливу технологічних параметрів на кількісні показники росту ГЗК з врахуванням мінімальних затрат на його виробництво було виділено три енергоспоживних фактори: температура пророщуваної маси І, тривалість вирощування Т, освітленість Ф. Вказані параметри були включені в матрицю планування багатофакторного експерименту.

Для одержання оптимального поєднання виділених факторів був реалізований центральний композиційний ортогональний план другого порядку при К-3. В результаті обробки даних на ПЗОМ одержані адекватні математичні моделі для двох критеріїв оптимізації. Для одержання гідропонного зеленого корму:

С = -414,1 + 33,067 - 0,033Ф + 29,25/ + 0,0057Ф - 2,75Т2 - 0,58/2, для кількості енергії затраченої на його вирощування

N = 171,8 - 27,53Г - 7,78/ + 0,0098Ф +1,6 Ш.

Дослідження виразів в якості розрахункових формул дало можливість одержати залежності параметрів оптимізації від кожного із факторів: тривалість вирощування 6,6 діб, освітленість вегетативної поверхні 648 ЛК, температура пророщуваної маси 25,2°С. Розрахункові значення критеріїв оптимізації, після підстановки в рівняння регресії знайдених оптимальних значень факторів, дорівнюють с = 53,1 кг/м2, N - 68,32 кВт.

Дослідження динамічної сталої гідропонних установок в процесі розвантаження врожаю проводилося з метою визначення зусиль в системі підвішування лотків. Задана мета реалізувалася за допомогою тензометричних методів вимірювання.

На основі одержаних результатів встановлено, що коефіцієнт динамічного навантаження досягає свого максимального значення в перші три секунди після розвантаження врожаю і складає у = 1,63, що на 9% більше теоретичного. Частота коливань нижнього лотка в два рази перевищує частоту коливань верхнього і відповідно рівна сои1 = 3,1 і ал, = 1,6, що на 5% більше показників, одержаних теоретичним шляхом.

Проведені експериментальні дослідження залежності кількості виробленого ГЗК від часу при традиційній технології вирощування та подачі на лоток свіжого потоку повітря показані на рис. 8.

Рис. 8. Залежність кількості приросту гідропонного корму і зеленої маси від тривалості вирощування. 1 - при вентиляції лотків; 2 - стаціонарний режим.

Аналіз залежності показує, що найбільший приріст ГЗК спостерігається на експериментальному лотку, в порівнянні з контрольним, в перші четверо діб вегетації і складає 4,5 кг/м2 вегетативної поверхні.

Динаміка опору фільтрувального елементу і ефективність очищеного повітря, подані на рис. 9 показують, що під час роботи пиловідцілювача, шар пилу, утворенні! на його поверхні, є новим фільтром, опір і ефективність якого стають параметрами, які визначають.

—о—режим саморегенерації —•—стаціонарний режим

Рис.9. Залежність перепаду тиску і ефективності очистки повітря від

часу.

Роботу пиловіддлювача в режимі саморегенерації умовно можна розділити на чотири етапи. Початковий етап до 0,25 години характеризується різким підвищенням тиску, йому відповідає і максимальний проскік пилових часток. На другому етапі з 0,25 до 1,1 години, по мірі забивання фільтрувального елементу, відбувається рівномірне зростання тиску до 1,4 кПА.

На третьому етапі роботи з 1,1 до 1,25 години відбувається вихід пи-ловідділювача на режим саморегенерації при незначному рості тиску.

Четвертий етап - режим саморегенерації. Він характеризується пульсуючими змінами тиску в пиловідцілювачі відносно прямої лінії паралельної осі абсцис. Появлення пульсуючого режиму пояснюється пошаровим видаленням пилових часток за короткий відрізок часу, попередньо накопичених за більш довгий період.

Експериментально встановлено, що для пилових часток, зібраних в птахівницькому приміщенні, режиму саморегенерації відповідає товщина пилового шару 7 мм і критична швидкість повітряного потоку 15,2 м/с.

В п’ятому розділі “Техніко-економічна ефективність результатів досліджень” приводиться технічно-економічна ефективність результатів досліджень, що пройшли виробничі випробування в господарстві В.О. “Кримпта-хопром”. За результатами досліджень встановлено, що запропонована енергозберігаюча технологія виробництва ГЗК, в порівнянні з діючою, дозволяє збільшити вихід гідропонної маси на 7% при зниженні енерговитрат на 15,4%. Для цеху продуктивністю 600 кг ГЗК за добу річний економічний ефект становить 5724 гривні за період окупаємості 1,3 року.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел і практика показують, що для виробництва гідропонного зеленого корму перспективними є установки ярусного типу, які відрізняються простотою виготовлення, економічністю, надійністю в експлуатації і відповідають всім вимогам технологічних процесів.

2. Встановлено, що за рахунок використання вторинних енергоресурсів птахівницьких приміщень можливо забезпечити локальний обігрів вегетативних поверхонь лотків спеціальної конструкції, що допускають розвантаження урожаю і повернення в вихідне положення під дією ваги без додаткових енерговитрат.

3. Аналогічним шляхом визначені умови теплопередачі від потоку випромінюючого середовища до гідропонної маси, що пророщується, в залежності від швидкості руху повітря в системі лотка Ул (4) і кількості теплоносія IVа (5). Розроблений один із можливих методів визначення коефіцієнту тепловіддачі а (9) в залежності від масової швидкості {рУ) (11), що дозволяє розрахувати діаметр теплообмінника д' (12) в залежності від довжини теп-

ообмінної поверхні /, температурних показників середовищ Тв, Тс і Ті і ре-льних витрат тиску в нагнітаючих ділянках Рг.

4. Для ефективної роботи теплообмінника спроектований, виготовлений випробуваний в промислових умовах самоочисний пиловідділювач (а.с. 61169711) для якого теоретично обгрунтовані і експериментально підтверджені аціональні параметри і режими роботи: критична швидкість повітряного по-оку між пилоз’ємною головкою і фільтрувальним елементом Укр — 13,5 м/с, роз-инутий тиск Ркр = 1,05 кПа, що цілком порівняно із експериментальними зна-еннями - Укр= 15,2 м/с, Ркр =1,18 кПа, а також аналітичним шляхом визнаєш основні параметри пиловідцілювача: площа фільтрувального елементу 8 (19) ширина поздовжньої щілини 8Х (20) пилоз’ємної головки.

5. Аналітичним шляхом визначені оптимальні геометричні, масові і сорсткісні параметри механічних установок с жорсткими і пружними несу-ими елементами. Визначено, що в установках з жорсткими несучими еле-іентами, при близькості значень частот коливань «у, і сог можливо явище биття”, якого можна уникнути при додержані умов нерівності розмірів не-учих елементів иі> 1 і співвідношення мас лотків т/М = 0,25-0,35. Теоре-ично обґрунтовано і експериментально, методом тензометрування, підтвер-.жено, шо для систем з пружними несучими елементами максимальні коефі-ієнти динамічності зусиль досягаються через 3 секунди після розванта-сення нижнього лотка і відповідно складають 1,5 в нижньому пружному в’язку і 1,45 в верхньому, що цілком відповідає експериментальним даним

=1,6 і у 2 =1,53. Розходжень в частотах коливань, одержаних теоретич-им і експериментальним методом практично не спостерігається.

6. На основі експериментальних досліджень всгановлено, що при комбі-ованому способі обігріву вегетативної поверхні лотків в порівнянні з поверх-евим та кореневим збільшується кількість вирощеної маси відповідно на 26% і % при зниженні енерговитрат на її виробництво в 12,9 і 2,3 рази. При прове-енні багатофакторного експерименту критерієм оптимізації обраний кількісний оказник виходу ГЗК з врахуванням мінімальних витрат на його виробництво залежності від технологічних факторів: гри вал ості вирощування Т, темпера-ури і °С і освітленості Ф, що дозволяє на основі одержаних математичних мо-елей визначити їхнє оптимальне значення (Т = 6,6 діб, Ф - 648 лк, 1 = 25,2 °С), встановлено, що подача на лоток з пророщуваною гідропонною масою свіжо-о потоку повітря приводить до підвищення врожайності ГЗК на 9%.

7. Енергозберігаюча технологія і засоби механізації виробництва гідро-онного зеленого корму пройшли виробничі випробування в господарствах І.О. “Кримптахопром” і показали, що в порівнянні з базовим, виробницт-о ГЗК збільшилося на 7% при зниженні енерговитрат на 15,4%. Для гідро-онного цеху продуктивністю 600 кг за добу річний економічний ефект складе 5724 гривні зі строком окупності 1,3 року.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кирдань Е.Н., Цыганок Е.П. Расчет эффективности пылеотделителей сельскохозяйственных машин // Совершенствование машин и механизмов при производстве продуктов растениеводства. - УСХА. - 1984. - С.36-38.

2. Кирдань Е.Н., Камчатный В.И., Костюченко А.А. Калорийность гидро-

понного зеленого корма // Достижения науки и техники. - 1993. - №3. -С.18-19. .

3. Костюченко В.А., Сафонова А.А., Кирдань Е.Н. Канатные гидропонные установки с прямолинейными и дуговыми направляющими // Достижения науки и техники. - 1993. - №3. - С. 24-25.

4. Кирдань Е.Н. Элементы расчета пылеотделителя для системы утилизации тепла // Механизация сельскохозяйственного производства. - Симферополь: КГАУ. - 1997. - С.62-69.

5. Костюченко В.А., Кирдань Е.Н. Влияние технологических параметров на количество гидропонного корма // Вопросы развития Крыма. - Выпуск 8. ~ Симферополь: Таврия. - 1997. - С.70-73.

6. Кирдань Е.Н. Использование сбросного биологического тепла птицеводческих помещений // Вопросы стабилизации и повышения эффективности АПК Крыма в исследованиях молодых ученых. - Симферополь: КГАУ

- 1997. - С.61-63.

7. Кирдань Е.Н., Баранов И.В., Лысиков О.В. Теоретическое обоснование обогрева гидропонного цеха теплым воздухом из птицеводческих помещений // Вопросы стабилизации и повышения эффективности АПК Крыма в исследованиях молодых ученых. Научные труды КГАУ. - Симферополь: КГАУ. - 1997. - С.69-71.

8. Кирдань Е.Н., Пилипенко С.Н., Соколенко О.Н. Динамика двухъярусных механических гидропонных установок с жесткими несущими элементами // Механизация сельскохозяйственного производства. Сборник научных трудов. - Вып. 59. -Симферополь: КГАУ. - 1999. -С.81-91.

9. Кирдань Е.Н., Соколенко О.Н., Минаков Л.А. Исследование динамики и устойчивости движения лотков гидропонных механических установок с упруго-жесткими несущими элементами // Механизация сельскохозяйственного производства. Сборник научных трудов. - Вып. 59. - Симферополь: КГАУ - 1999. - С.103-110.

10.Костюченко В., Булгаков В., Войтюк Д., Кірдань С. Про один з методів визначення коефіцієнта тепловіддачі та параметрів повітропроводу при транспортуванні стисненого повітря для обігріву гідропонних цехів в пта-хогосподарствах // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. - Вип. 28. - Кіровоград: КПТУ. - 1999. - С.83-90.

А.с. 1169711 СССР, МКИ В 01Д 46/00. Фильтр для очистки воздуха от пыли I Цыганок Е.П., Кирдань Е.Н., Кузнецов А.Д. Опубл. в Б.И. №28 30.07.85. - 4с.

АНОТАЦІЯ

Кірдань Є.М. Енергозберігаюча технологія і засоби механізації ви-бництва гідропонного зеленого корму. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробниц-а. Кримський державний аграрний університет, м. Сімферополь, 2000 р.

В дисертаційній роботі дається обгрунтування енергозберігаючої хнології виробництва гідропонного зеленого корму за рахунок викори-ання тепла скидного повітря птахівницьких приміщень для локального іігріву лотків з проростаючою гідропонною масою. Одержані теоретич-> і підтверджені експериментально залежності для визначення режимно->нструктивних параметрів пиловідділювача, теплообмінника, гідропонно лотка, а також його динамічної стійкості при розвантаженні вро-

ІЮ.

Ключові слова: гідропонний зелений корм, локальний обігрів, теп-юбмінник, пиловідділювач, пружні несучі елементи.

АННОТАЦИЯ

Кирдань Е.Н. Энергосберегающая технология и средства механиза-ш производства гидропонного зеленого корма - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических їук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного про-іводства. Крымский государственный аграрный университет, г. Симфе-эполь, 2000.

В диссертационной работе дано обоснование энергосберегающей шюлогии производства гидропонного зеленого корма за счет исполь-звания тепла сбросного воздуха птицеводческих помещений.

Проведен сравнительный анализ влияния на рост ГЗК различных спосо-зв локального обогрева лотков.

Установленно, что при комбинированном способе локального обо-эева лотков количество выращиваемой гидропонной массы, по сравне-ию с корневым обогревом увеличивается на 9%, а с поверхностным на 6%, при снижении энергозатрат на ее производство соответственно в 2,3 12,9 раза.

Определены оптимальные технологические параметры выращивания идропонного зеленого корма с учетом минимальных энергозатрат.

Установлено, что подача на лоток с проращиваемым зерном свежего потока воздуха приводит к повышению урожайности ГЗК на 9%.

В работе, методом тензометрирования, определены коэффициенты динамической нагрузки и частоты колебаний, возникающих в двухярус-ной гидропонной установке, в момент разгрузки урожая.

Рассмотрены вопросы разработки самоочищающегося пылеотдели-теля и результаты его экспериментальных исследований.

Применение разработанной энергосберегающей технологии и средств механизации производства ГЗК позволят снизить использование тепловой энергии на 15,4% и увеличить урожайность гидропонного кора на 7,1%. При производительности цеха ГЗК 600 килограмм в сутки годовой экономический эффект составляет 5724 гривны.

Ключевые слова: гидропонный зеленый корм, локальный обогрев, теплообменник, пылеотделитель, упругие несущие элементы.

SUMMARY

Kirdan E.N. Energy saving technology and means mechanization of hydroponic green feed production. (Manuscript).

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.20.01 — Mechanization of agricultural manufacture. The Crimean state agrarian university, Simferopol 2000.

The ground of saving technology of hydroponic green feed production at the poultry placing for local heating of vegetative tray surface with sprouting hydroponic masses are given in this thesis.

The dependences for determination of regional and constructive dust remover, heat changing, hydroponic trays parameters and its dynamic stability daring the harvest unloading are obtained theoretically and confirmed experimentally.

Key-words: hydroponic green fed, local heating, heat changing dust remover, elastic bearing elements.