автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологической линии удаления навоза КРС путем снижения его влажности в процессе транспортирования по трубопроводу

/Г

лл;/:іі>Гі-їісс;іБ,дотшлі:.сіа;;і л дгаЕШО-тгэдштшдоЯ -ТПСГЯТ7Т !ол:пбліш и а/шкжатацш сельского хозяйства

О Г С АП ¡^ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНІ Р-І*

г I Ь и«

ь 1904 На правах рукописи

ЧУРІІЛОЩЕВ Сергей Анатольевич

повзшій зі^ісшніооїл ташмопйзсшй лшш удушиш

ІІЛ203А КРС ¡І/ТЕ’.? СШІ^мПЯ 8Г0 ШЛ1ШОСТИ В ПРОЦЕССЕ ТРАНСІЮРІ'ІГРОВАШІЯ ПО ТРУБОПРОВОД

Специальность 05.20.01 - иохлшізацші сельскохозяйственного

производства

Апгородхзрат диссертации ;іа ооискашге учо.чой стзтші кандидата технических наук

Огйікг-Лоторбург - Цушвга 1595

Работа выполнена в НШШЫЭСХ НЗ Рі> в 1992...1934 гг.

Научный руководитель - кандидат технических наук, стар-

шій научный сотрудник ■

ХАЗА1І0В Б.Е.

Официальные оппонента - доктор технических наук, профос-

■ сор ВАГИН Б.И.;

кандидат технических наук, стар' ияй научный сотрудшж

' СОЛОДУН в.и.

Ведущая организация - АОЗТ "Ленсоветовское“ Ленинград-

ской обл.

Защита диссертации состоится 19 ЯНВАРЯ 1395 г. в 11 часов на заседании специализированного совета К 020.59.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ШШТШЭЗХ НЗ РФ по'адресу: 189625, Санкт-Петербург - Пушил, ц/о Тярлево, 4>ильтровско8 шоссе, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИПТШЭОХ НЗ РФ.

' ■ Автореферат разослаїї Я______1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, ст'арпшй научный сотрудник

Н.Н.ЧереЯ

ОиШ ХАРШЯРПСТША. РАЬОТІі

Актуальность- теш; 'исследования. Наиболее трудооілишя опа-р.-щіиїлп на яяпотноводческих фермах являются удаленно навоза из поглощений, его транспортировка и подготовка к использованию. В условиях Нечерноземной зоны навоз крупного рогатого скота лучше всего компостировать. Зтот метод обаслбчивает дезодорации • навоза, обеззараживание его от болезнетворной шжрорлоры и семян сорняков, улучшает физико-механические и удобрительные свойства.

Однако процосс коыпостирования протекает нормально только при условии, если относительная влажность компостируемой массн не проливает 75'*. Мо..еду тем, дано при подстилочном методе содержания скота влашость навоза но опускается шг::е Ь5%, Такой навоз хорошо транспортируется по трубам с помощью разработанного в ИіііГГШЗСХ ПЬ шнекового насоса. '

Яродотавляотся целесообразным использовать часть создаваемого з тіш иасооом напора для виделеняя из навоза избыточной влаги непосредственно в процессе его транспортирования. Это позволит обойтись баз дорогих в лагопог лощащих материалов, существенно упростит подготовку навоза к исиолъаовашм и уменьшит опасность загрязнения ими окрукащей средн.

Объект и с с л о до п а 11 ая - навоз крупного рогатого скота, получаемый при содержании его на подстилке из торра (в дальнейшем для краткости "торфянистый" напоз), солоны ("соломистий" навоз) и опилок ("опилочний" навоз), процосс обезвоживания названных видов навоза а шнековий насос с конусной фильтрующей насадкой (в дальнейшем нресс-чрпльтр), обеспочнвлюцшЧ реализацию этого процесса.

целт» работа - внс5ор конструктивно-технологической схемы и определенно р;щі;ональних параметров и реммоз работи установки для впделания из подстилочного навоза КРС! избыточной влаги в', процессе его транспортирования по трубам.

Методика исследований,- Б основу экспериментальных исследований положен принцип многократшк измерений исследуешх р.е-личин, планировшше эксперимента с обработкой пояучошшх роз>та-татов методами математической статистики с применением ЗВУ,

Теоретические результати л новизна. Разработана математическая модель процесса обезвоживания навозной массы с помощью нрессчіидьтра. Получены основные аналитические зависимости, характеризующие работу пресс-фильтра л форг.іулн для определения основных параметров и ретсшов его работы. Найдены закономерности изменения удельных энергозатрат от исходно:! вла:;аюсти назю- , за, частоты вращения шнека, конусности фильтра.

Практические результаты и новизна. Обосновіїна конструктивно-технологическая схема, параметры и режимы работы шнекового прэсс-фильтра, обеспечивающие сшюсение влажности навоза до 76/'. Разработана методика инженерного расчета пресс-фильтра.

Апробация работы. Основные результаты работы докладнва-лиоь: на конйоренцни С-ЛГАУ в январе 1924 г.; на заседании секции Ученого совета НЯГГПЫЭСХ Но Р-І б ноябре 1994 г.

Предмет и степень вногшения. експериментальній образец шнекового прзсс-фияътра протез производственную проверку в АОЗТ "Ленсоветовское” Ленинградской области.

ЭЬооктавиость внедрения. Применение шнекового пресс-.Тнльт-ра позволяет в сравнен;'!;; с градкционшш способом разделения навоза сократить приведенные затраты на 49,3#, металлоемкость -на 74,5.5 и энергоетсость - на 47.'І.

■ Область применения. Технология разделения навоза и разработанной шековьпі пресс-кшьтр могут бнть использовснн на, -Тор— ыах КРЗ с подстилочным методом содержания ятотянх.

Объем и ото.ткт/оа диссептацн';. диссертация состоит из введеная, п"ти'глав, выводов и продяогенх*, салопа ллаораатр* (60 наименований, из них 3 на пн.яз.) 4 пряпо:.;егпш. Зсего 135 страши маашгаписного текста, 45 рксункоз, 15 таблиц.

■ • • ООді'РЛШГРАьОТа ■

Б перво? глчпа "Современное состояние и способы разделения навоза на Фракции" .дан обзор и анализ способов п.устройств длч сеп-грация - и о&этоздвилкл навоза. Отмечено, что устро":'.:т*м ->нср-шюнйо-гравнтацночиого тли і с- лрим-алечг.еп «шагових 'хч^го-а.-а¡тело,обладают на ничьим:' пчергоо.'-д.-ость». Обо;тпотип(гн-чуит)

шнекового типа отлетаются от обозвоглватэлсй лентсчного, роликового 'I поршневого типа тем, что они могут работать я копрорнз-НСМ рж&Ъ с ВИСОКОЙ проязводятвлыюстыэ II ПЦОСК1ПЛ эфф-ЗКТОм обезвоживания навозной массы. Вносге с тем, процесс обезвоживания навоза изучен недостаточно, а вопрос выделения избыточной влаги непосредственно в ходе транспортирования навоза по трубопроводу но исследовался вовсе.■ '

На оснопанип изучения состояния вопроса и для достижения поставленной до ли сформулировали следущие задачи: .

исследовать состав и свойства наЕоза КРС в зависимости от его влажности: и вида применяемо:} подегилнц;

разработать теоретические предпосылки к исслодовашш процесса обезвоживания шнековым прасс-фильтрои подстилочного навоза КРО; •

экспериментально исследовать данный процесс, оценить адекватность сделанных теоретических предпосылок;

определить оптилальшге пораыетрн и режм/ч работы установки; провести производственную проверку пнекозего пресс-фильтра и дать технико-эконошчоскую оценку эффективности ого применения. •

Во второй главе ."Аналитические исследования процесса обезвоживания навозной массы шнековым пресс-фильтром" определены фактор», влияние ..а процесс обезвошвандя навозной массы и получены аналитические зависимости основных параметров шнекового . пресс-фильтра, взаимосвязывающие физико-механические свойства навоза, кинематические и геометрические параметры пресса.

Расход навоза через конусный фильтр определяется Енрааснц-ем; р ■ ’ ■ ■ ■

■й*2ПТ«№М*2П$(ъ)-'Г(Щ ш

где 21& - радиальная скорость навозной массы, »/с;

^ - радиус конусного фильтра, ы;

0 - угол ые.л,цу- образующей и осью конуса, град;

' - функция тока; ■

2^ - предельное напряжение сдвига.

Пореиад /¿¿влепил в ьоиуешл (чкльтро зависит от гес;лг-три-часких пар'аиттров фильтра, реологических изойстз навозил! пас-си И расхода:

Ъо - предельное нащшоняе сдвиг,д., Па;

/¿С - пластическая вязкость ;лгдксстл, На*с;

30 - начашлоо сечонно конусного длльтра, н;

J - додечкоэ езчеяло конусного :Тильтрд,

Лоропад даздешм при дздхеигл наво;>.д сквозь сей;/:

с/ - коэдрицлонт вЛакостаого оопр'У.т.йД'лц.л ':а:д:;ос;тл;

&, - в^шгат, характйрлзуюдоя строошю сот]';;!;

и, ~ скорость дш-дешт т-идкостл ч^рс;а сетку конусного

Г[Я1ДЬтра, м-о;

£ - паозддь свобо.яного порогового простр'.НСТВЛ, г,-.

Расходе кассы при ос дздлеппи чопоз елну конусного .:: ра: .

ГДО 0,' - расход ЙЦДКОСТД, протокаьдоЯ чзрзз копуся.мл (рпдьтр, 1.13/с;

(1)

г до £ - юпцша сотки, к;

где /\ - площадь непорочного сэчэлсш ог-ткн, г.;-';

и - проницаемость сотки ■

_9

Х’ДЭ С - ЛЭСТОЯННОЯ КозеШ! ( С - и.О’ТО "), ОЛЗЛОЛ? ('С Зормы поперечного сенсилл, пор;

О’ - дл.'гг.одр поря, г.;

pH - :шч:%пы;ой даыг-::сяо, lía;

рк - конечное дявленло, lia;

j> - плотность глдкости, кг/г.т^;

• ß - толицкга сотки, и;

/?„ - ускоренно свободного падошш, vJ<P-,

Из уравнений (I) и (2) видно, что расход гидкостя, протока-

ипрй чераз гояуопкЛ сетчати.1 фильтр зависит: от во скорости, а, елодонатольпо, " 07 частоты враазппя опека { (Ь ); от угла меяду офазудаэЛ ::с:;уса его осью, т.о. связан с конусностью фильтра. Давление в конусном -Г'пльтрз прямо пропорционально расходу и пластической вязкости -ддкости, а -так как вязкость жидкости связана с по влакиостыо, то ио:::яо предположить, что с изменением исходной влажности ( \5»^ ) будут изменяться давление я расход гид-кости. '

Из анализа уравнений (3) п (4) следует, что перепад давления при дял.\см!Ш1 .-дангостл чорез сотку прямо пропорционален пластической вязкости ;идкостя и ее расходу. Расход хскдкостя через сотку конусного фильтра прямо пропорционален проникаемости кпд-кости, которая связана с диаметром пор.

В результате псследовшша выбрана и обоснована конструктивно-технологическая схема «шокового :[п:льтр-пресса, обеспечивающая получение органической массн с заданной влажностью.

D TnoTboii петю "Программа и методика экспериментальных поело дований" описаны экспериментальная установка (рис.^2} и технические средств! для исследования процесса обезвоживания подстилочного навоза KFG в процессе его транспортирования по трубам, пряводеян переменные величаю« и пределы пх: ИЗМЭП9ши, изложена методика замера оьродолястдих волшшн.

В качество критерия оценки процесса нспользщлн уделыше энергозатрат!!, опроде слеше по фоп^пе: ’

п - // . Kk-Wk

^ Кк(1-\Ук) К<р-У/ф 3 .

„ EB3ti3 •

где /£, - уг.зпьтгне энергозатрат» , т ; ,

jY - noTp''¡5;ia-j'íie:T мощность, кПт;

I/ - колпоетт нагоз.ч, го пученного поело обеззоаиванля, •

г'к кг; " ‘

їГоасапорМл - zi їисйїґон

- rr ídi4j".'.J tjratihico ¡s.vHOÆîoa - oí ікиьелскш - б iVcüGdnoçMz - g їязпш дкй

-сілоооаа - ¿ í:k5í¿:¡ ;j;LW^d::;uïciicKsdi - g ;язка їдігсгсііліб^жє - g їакш/р уяньсеАігзє

- ь іішгием ma'Cü::-.ïu -> с їімосшпсії кжєй/єй siar dopi:dn - z ївіяшкге<їа£ фетш - і

тааоігсіоі іі-йа^ігвіпсі-жаецоне *і ’оид

“*■}

Рис. 2. Конуснш! фильтр:

Г - радиус фильтра -

5 - образующая конуса ¿г - ось конуса д - угол ыэаду образующей я осью конуса

Рис. -3. Зависимость объемной падачи шлакового пресс-,рлльтра от исходно! влажности \У/ торфянистого навоза для конусности фильтра '

С = 0,137 ■/_/!, =80 с“*.

2~Ь = 20 с"|

3 .¡г =40 о"5

?

¡(¡р - коясчостьо І'іільтрлта, кг;

- коиочіїая вла.хлость навоза,

- шхаанооть аялът'рата, %,

О ПОМОЧЬ.О ЭТОГО критерия ОЦСіЦ-.З 1.Ш ВЛЯЯННЭ 11.1 процесс Ч.1Й-готи вращзшш шнода, вида и лсжод>ю.1 вз-г.;;гостп наноса, а -іакас конусности фильтра. Іалімссіаа: с:з.’сд лраае.даллого крдтор.ш состоит'в эаергооикостц ыщодошет оди*пдо сухого зощ.-кпва пт*ич с учатои соотношения колячестіх* бкдояоішсГ; і! аот'іааіася ¡ааа';;. Чцсяоиаив зііачзлан і;урог;-зшщх при проводі,а.ааі оксиариаопг^льаіг; псслодоваїшЗ изіаоняаа .а сиедугхіда і:родол;:к: аоао.акія аа і/аооть нааоза \'(/ = 7С~86;1; конусность тнльтра С = 0,147-0, Іо7; частота вродошы тюка ц, - 40-сі) оо/гаьа (т-уЗя. І).

Пр.. проБо.ічаїаа исследовании »ісюдюсли.и гатод ;а,.а аооксго пв»агі;.^о!ЗЧпаї окспорааоата, с ооулбот/і.л лоя/аоаааа результатов л:атс,да:."а іаггоа^аачгсасаі от-аасач-а: с тгрійан;<;;і; а; С\"..

Тиоалда І

‘іаікторн, ех уровни и іаі'і'йрвааа варьароБаа;.л

Фактори ¿'.одпрован- пое обозна- Раз.мзр-а чаниа йан- кость торов * .1ТХУ-- -I ¡г,г а'.актопон НуДОВОіГ 1;ЗРХ- ш:!: 0 ГІ рїЗіілУ а:гр::;фо-В^іН il.il

Исходиал

влаалость *т /О 78 83 68 5

¡¿акоза

Конусность и 0,117 ОД.37 0,157 0,-020

іріїгьі'ра

Частота Т

Брги;екдя X с"1 40 60 £С 20

кишка

В четвертой гларо "Результаты зкспорііг.:с-лтальшх доследований" приведены дашше, получвннш в результате экспериментов,ха-ракїеразувдио процессы обозвоаавания подстилочного наво-

аа ЮТ (їорїшшсїого, ошілочного, соломистого), а такм опти-їіалінио параігатрп а реипяі шнекового пресс-фильтра. -

Установлено, что для всзї та:іов подстилочного ¡гавоза сіш~ і;онез псіоднз;: вла-сносгк и увеличение конусности фильтра вызывает уцэгапшло о5ьс::по:ї подачи, а увішгч&ипа частоти врздошія

6 ■ •

гиіоха виэиэдет уволстайке обго.но.і под-ічі: ¡шэковох'о фильтр-првс-

са,

Наяйолмзую обхамную лодат-:/ епекогнЛ ярзсо-фільтр развіаает :u iopíüimcTOK, а ншсленыаук» - на союмпстом навозе; о умэньсо-HU-j« кеходноД длаэгоотд навоза происходит постеленное укольшз-ш:о cdbvtoicd подачи. (Рис. З, 4, 5).

Обработав результати эксшрю.витов, на гор{яипотои, опилоч-асм и солоулоткл напозе получила соотвоготвешго слэдуккщо катв-гаїическло модели: .

(/, =- S55U + 15,С22СГ - 103,41,} + 457Х3 + i72XjX2 + 220ХтХ3 --- Б7(5Х.Дj y 918,-lij -- G-10,9Xq -t- ¿іЗЗІХ^, —;

-= ІТ8Е.Ч + н Û, І2СПХ -, < 3£ü , 4>і3 і IÓJXjX, і- І35ХТХ3 -

- bXÜ.fiïoXj t ШЯ0[ - -193,1X2 r 2ГттЗ> '

U, ,= 14853 + 7ТГ),4IT + 22a. ЇХ. + 5T4..VX,, + Я4ГЛ<ГгХ„ - 343,РУХ

-j L .'■> '-J L /4 X>J

- I0,76Xr;<Cj + I50JX? - 563,7X5 + ЖОХ^, . '

Цр-ошрка по F - крахордю подтвердила адекватность получоя-¡гк модолзіі. ' '

Д ія бояоо глубокого изучения характера и степени влияния Гак-горол w , с и í„ на удолыше о.та pro затрати егскозого ■\ лльтр-пр&сса построили поверхности отеязаа я их дзуиврннз со-чопізг, которые позисляь/г проанализировать вллляеє ка-.адого фактора па дальшій энергозатраты ¡.¡декового фильтр-пресса при его работе на всех ¡гсследуешх види подстилочного навоза, а та:с;:в определять оптимальные значенім факторов

Из анализа поверхностей следует, что при работе на торфянистом навозе цар.г-.іс-грії WjC Я- 3 пределах і» варьирования пьшшавт лэшявйао кряторшг оценки ^ с 8-1*10^ до ИЭ-Ю^,

При этом гацпыадыюз значение краторяя соответствует нулевому значению фактора Xj(Xj = 83л), а максимальное Xj = -I(Xj = 78%),

Мїнпмальним энергозатратам соответствует нулевое значение фактора lAß = GO с-1) и Х0 = -I(С = 0,117).(Ряс. 6, 7, 3).

»J

Таким se образом проведен анализ поверхностей отклика для

. 9

И73 ти пиши и ¡7 '¡у, ъ

Рі;с. 4. Зависимость ої об^ет.тяоіі подачи О, шокового просс-гжь'і'ра от исходной вахшоокі %г торфянистого навоза д:л коаусностії '.рияьгра С - 0,117 '

■і-п = оо с“*

о -ц, - Є0 с ~ _г

З -¡ь = 40 с *•

гг 73 м н ег із «V и- и п «;я

Ряс. 5. оШЗІІОіШОС'П.. ОО'Ь-иі.'іЮ-'ї лодачн ишвко— вого ітроас-^ильтра от исходной ВЛЯ'.МООТД \}(/ торфянистого навоза для когусноетл флльїра С - 0,15?

1-П - 00 о'1 ■

2 -а. -бо °~г

3 _а = 40 с_і

хо

у! »2 ,.J

Поверхность <шм~’.с* /2/ a tro дву;сзрііое сочс-ше ярл Xi = 0 Д™ хооТлнистого навоза

P;ic. 7. Попоі>/чость откл:п;.ч ц его jpy. • >

-:Г';т У-? ~ V 7."Л ГОРЇ’Л'І.'ОТОГ') înno:: t

uv,» I UPS Í »

ifi'ii.j

ílíT-íJ

»wvM ifîi.i

’ af -4-і *•* *

X - .

Рис. 8, Позорхность скошм ¡i его двут/.орнэе

сзчениз яри Хд = û для тор-яш: отого навоза

■ ■ ІЗ

опилочяого и солошстого навоза.

Яэ ападша поверхностен отклика следует, что вифашшіі ш~ тервал варьирования факторами позволяет найти область опттл/ш; мезд/ факторами ироявляотся четкое взаюлодоДствло и спязт; ш-нидалыше энергозатрат требуется для обезвозівания тор.їннисто-го навоза, а шксагашш - солошстого навоза КРО; опталышэ значения факторов вырамаются олодуадай числами: вла:.шоеть№ = 83#; конусность фильтра С=0частота вращения шока Л = ВОс-1

• ' 0Ї4Х ЗЛЮ'#

1. С цошткдои отнооммльноЗ вда;шостл навоза плотность его уменьшается. Наибольшая плотность характерна дял ошілочного навоза вшлооть» 76%, ішлкеньсая - дог солоі.лгстого (510 кг /і:?) при относительной влажности его 76#.

2. В фракционном состава подстилочного торфа и олнлок основную •часть составляют частвдн разбором до 20 і.:л - 30 и Б3,1 соответственно, а в фракционной составе подстллочноі; сойош -частвдц размером 50-100 ш - 37

3. Наибольшие энергозатраты трзбузтся для обе сваливания

солошстого навоза; яра вдглностл навоза гленео 76# происходит ' резкий: рост энергозатрат для всех видов навоза. .

5. Оптш/альнце условия обезвоіспвалля навоза ІСР0 в процессо его транспортирования обэспочкваются при исходной влажности навоза 83-85;3. '

5. Огшшаяънштл парачетраілл- шнекового фидътр-крооса я л ял-ю-т ся: частота врацоаия шека - 60 об/ыля; конусность фильтра -

0,157; диаметр отверстии - 2,5 ш. Лрл этогл удзлышо эноргоза-трати на выделение I т влаги из торфянистого навоза составляют 2,5 кВт.ч; солоплстого 3,5, оші.точного 2,9.

6. Эффективность внедрения я ігрилонешш ¡ЩОКОВОГО нроес-фильтра позволяет в сравнении с традицношис.; способом разделения навоза сократить прлведеннне затрати, на 49,3#, мэталдоем-кость на 74,5# и энзргоеьггость на 47#.

Основные материалы диссортагл.г из погани в сло^«:ас работах: ' .

1. лУсякки ".IT., Л.Т.Т., ЧЖИОЗЩ? d.A. Онроделошю коли-

честв,'» T?:<‘imor:rif:cKOu боди в иавого и аго вта.:>юстн на ком-плоксэ по щищзподстчу т^олялгг'in //Сэчвраюнствовппяо тсхполо-гстоских прошосов а тох'чггоских средств в кормопроизводство и ¡{двотпородстро: Сб. ааучн. тр. - С-Пб.: ШПГПШСХ НЗ,

1992. - Вып. г,2. - С.45-98.

2. ТУГ.КСВДЕЗ С.А. Опроселоиио перепада давления и сопротивления дли :гишп тзоза нрк ого фильтрации через сотчатнй фильтр /! Технология и гохничоекпэ средства механизированного производства продукция рлстсшгеводства п животноводства в Нечерноземкой зоне России: Сб. научя. тр. - С.-Пб: НКПШЭСХ НЗ,

1993. - ТЗип. 63. - С. 03-87.

3. X шочоп Л. П., ЧУПУКВД© С. А. Резутьтагн экспериментальных лсолпдочащт", оптового просс-фгльтра для навоза КРС // Техно юггл ’I To;:M",if,c:tin средства механизированного производства 1тро"у;;ц”:! рч^ггиоводств.! а ппвотноводсгва в Нечерноземной зг:ю Госо'пг: Г'Л. идут. тр. - С.-Пб.: 1ШШ.1ЭСХ НЗ, 1993. -Bun. G], - 0. З^-ЯЗ.