автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Режимы водопотребления на фермах и совершенствование технологических линий автопоения

од

/ 2 ДНИ ЬЗ?

Нз правах рукописи

РЕЖИМЫ БОДОПОТРЕЕЛ5НИЯ НА ФЕРМАХ КРС И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ АЗТОПОННИЯ

Специальность 05.20.01 - ?.«.эханиззцйя сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей стапели кандидата технически» наук

Зерноград 1937

Рабата выполнена в Азово-Черноморской Государственной агроииже-нерной академии (АЧГАА).

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- каздйдзт технических наук, доцент ПОЦЕЛУНЗ А А

■ достар технических наук, профессор КОВАЛЕНКО 5.П

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник 'ТИЩ2НКО.М.А.

- Северо-Кавказская Государственная машиноиспытательная станция

Защита состоится «19 » д?к'-5ря 1997 г. В 14 часов на ззседайаи специализированного соестз К 120.13.01 по присуждению ученей степени кандидата технических кзу:с в Азоео-Черноморской Государственной arpo-инженерной академии по адресу: 347720, г. Зеряоград Ростовской области, ул. Ленина, 21, АЧГАА.

.С диссертацией мжчэ знакомиться с би5лис?5к9 ввздймиу..

Автореферат разослан <?1Р» цря5г>я 1ЭЭ7 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент — М АЮКДЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТ'И!(А РАБОТЫ

Актуальность темы. КзчестЕаннсэ поониэ наряду с кормлением - основной путь повышения продуктивности крупного рогатого скота, увеличения производства животноводческой продукции, при одновременном снижении себестоимости, которые о значительной мере зависят от конструктивных особенностей средств и систем механизации. В саяги с этим поение животных водой должно осуществляться системами, обеспечивающими высокую надежность процесса, оптимизированными с учетом реального животноводческого объекта

В настоящее еремп, в услсзиях рыночной экономики, наряду с действующими жизстнсзодческими фермами и комплексе,ми, развиваются фермы малей мощности. Такими считаются жиестаозодческие предприятия небольших размеров (20...200 корез). Проблемным на этих фермах является вопрос разработки и применения новых универсальных технологий и технических средств гзтспсйния, с5зспечигзющих процесс с учетом геотехнических требований.

Однако при проектировании так« форм испсльгуготся 'расчетные показатели, которые на учитывают мощность прс-зетиругмого объекта, а конструктивные решения систем азтопсения далеки ст созаршгистса.

Цель работы. Обоснование ражимоа работы и параметров систем аэто-пегкия с термосифонной циркуляцией еоды, обеспечивающих снижение эксплуатационных затрат и позышениэ качества технологического процесса поедая КРС.

В соответстепи с поотдаленней целью необходимо б^ито решить сле-духяцкэ задачи:

' - уточнять режимы еодспстреЁления з животноводческих помещениях КРС и расчетные показатели по проектированию систем азтепоения;

- разработать математическую модель процесса потребления годы животными;

- изучетъ и обсснссатъ режимы работы и параметры систем азтопоения с тсрмссифонной циркуляцией воды;

- прозести зкепэримзнтальную прозарку основных теоретических положений; •

- на сснозании полученных раэультатоз исследований разработать ме-тодиху расчета систем аотопоения с термосифонной циркуляцией воды.

Объект исследований. Объектом исследований является процесс потрес-лония воды в животноводческих помещениях КРС. а также системы гвтопоен.ия животных. Экспериментальные исследования проводились для локальной ;; рассредоточенной систем азтопсения.

Нэумнрч нзвизня- разработаны некоторые вопросы теории процесса теп-лообмгна и термосяфонной циркуляция воды для локальных и рассредоточение систем гзгопоэния КРС. Изучены характеристики потоксз требований жм-етгных к езтслоенню. Еыягле-кы конструктивные i-Гедостатки существующих систем гзтспеения. Обоснованы рабочие параметры и режимы работы систем агтспоения с с-яектрсдиым псдогр-гзом воды и термосифснной ез циркуляцией.

Из основании теоретичагккх и экспериментальных исследований разработаны экспериментальные системы азтопания, обеспечивающие повышенна кач&яьа процесса вгтолоенкя при снижении эксплуатационных затрат.

На разработанную локальную систему нзтспс2н;-.я с термэсифонкэй циркуляцией воды получен патент N2 2Q5363Q.

Прэ;сп:ч-уу:оа гначан»э. Исследованы режимы еодспотреелемия в живэт-козодчгских помещениях для различных по количественному составу групп :«;зэткьх и даны уточненные нормативные показатели по расчету систем as-тсг.ссния. Сзссноаана режимы работы и параметры систем автопоения с те> мсскфсиней циркуляцией. Разработана методика инжанерного расчета систем гвгелегния при их прооетироеонш.

Результаты исслзясезний могут быть использованы при разработке систем и средств аэтолозния, обеспечивающих заданный температурный реяам тгтьепой воды на жизотксаздчеао« о5ъе:сгах КРС мощностью 20...200 гсг.оо.

Реализация результатов иаелвдоазиия. Опытные образце! безнапорной рассредоточенной и лекальной • систем гетслсения изготовлены в условиях АЧГАА к ехздракы s ОПХ "Згркогрэдси»" Зернстрадского района РссгоБгкой ейгдете.

Апообдь'чя работы. OoHCSKue результаты зты долоиекы и сдобрены «а научно - технических конференциях АЧИМСХ (г.Згрногргд, 1222, 1£33, 1955, 19S6, 1S97 г.г.), ВНИПТИМЭСХ (г.Зерногрзд, 1625, 1S37r.r.), Стггс:-польокого ГАУ (г.Ставрополь, 1994 г.).

Публика?.»яя Результатов работа. По материалам диссертации опубликовано 5 работ и получен патент № 2053530 на изобретение.

Ой&ем работы. Диссертация состоит из взедения, пяти глгз, выведзз, слисяг литезатуры, вточакнцгго 145 наимзноааний. s том числа 6 на кяо-скг—.ых языках и 3 приложений на 1Г страницах. Общий объем дмаззртецйм 2D0 ctd&kw-.u, с tow числе 73 рисунхет и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ерелзнии юатхе обоснована эяуалдеоеть темы, приведена аниотгцкя зылопмяэмой рассты, крсзшлирОБгны сснсьчые погляйнля. выносимые hs

защиту.

В глазе 1 "Состояние вопроса. Цель и задзчи исследования" представлена классификация животных по половозрастным группам и изложены технологические особенности их содержания. Рассмотрение влияние качества процесса автопоения на продуктивность и физиологическое состояние животных и сформулированы требования, предъявляемые к системам автолоения. Дан анализ известных систем и средств автопоения, и разработана их классификационная схема.

Анализ конструктивных схем систем аатопоения показал, 1гго они обладают рядом недостатков и не в полной мере отвечают зоотехническим требованиям. Установлено, что, несмотря на значительное число работ а области поения животных, процесс потребления ими воды из систем автопоения изучен Есе еще недостаточно.

В работах А.С.Абелевз, В.С.Оводоза, В.М.Долинсксй, А.А.Хемелева, Г.М.Меликяна, Х.С.Карешова, Б.В.Карасева, В.П.Коваленко, А.А.Поцелуеза, Н.Т.Утянского и других ученых изложены проблемы сельскохозяйственного водоснабжения и автопоения животных, однако в них не рассматриваются вопросы взаимосвязи и количественного состава животных, недостаточно освещены и изучены системы с термосифонной циркуляцией воды.,

Учитывая современные конструктивный схемы систем и средств автопоения нами разработаны варианты систем аатопоения с термосифонной циркуляцией еоды и принципиально новая конструкция теплоэнергетического блока для поддержания в них заданной температуры воды.

Среди них рассредоточенные напорная и безнапорная, а также локальная системы аатопоения.

Рассредоточенная система гзтшоения включает в себя бак-накопитель, систему циркуляционных трубопроводов, индивидуальные или групповыз автопоилки и теплоэнергетический блок.

Отличительной особенностью бёзнапорной рассредоточенной системы азтопоения с групповой автопоилкой является то, что в период максимального всдопотребления, подогретая вода из бака-накопителя, проходя через теплоэнергетический блок, дополнительно в нем подогревается и лишь после этого поступает в поильную чзшу, чем обеспечивает высокую надежность процесса. При этом происходил- циркуляция воды в противоположном направлении« (бак-накопитель - теплоэнергетический блок - поильная чаша - бак-накопитель).

Локальная система автопоения включает в себя поильную чашу, которая одновременно является и баком-накопителем, систему циркуляционных трубопроводов и теплоэнергетический блок.

В^^ве_2-!Тер!эе"П;;цескг№ исследования функционирования'систем зчто* поения"рассмотрены режимы их работы и обоснованы конструктивные параметры их элементов.

Рабочий процесс системы азтолоения на животноводческой ферме носит неравномерный характер и подвержен колебаниям как в течении суток, так м ь зависимости от времени года. На прсцгсс потребления воды животными оказываем влияние ряд факторов, к которым можно отнести половозрастной и количественный состав животных, их продуктивность, физиологическое состояние, систему содержания, рзцмоны кормления, применяемые системы и средства автопоения, а также лриродно - климатические условия.

Работа системы автопоения относительно обслуживаемого поголовья косит случайный, вероятностный характер при одновременном воздействии на систему большого числа животных.

Для определения конструктивных параметров системы автопоения необходимо знать максимальный суточный и се!(ундный расходы воды в системе автопоения. Однако получение суточных графиков потребления боды животными требует проведения длительных, многолетних наблюдений, значительных затрат времени и средств.

Поэтому при определении суточных расходов воды на аатопоокиа и сбос-нс&эниии коэффициентов неравномерности еа потребления в животноводческом помещении нами использован метод статистического моделирования.

При разработке модели процесс потребления воды животными представлен как случайная последовательность заявок на обслуживание, которые образуют входящий поток требований. Входящий поток требований характеризуете« интервалом времени между поступлгнийм заявок на обслуживание. Мгханиз* обслуживания поступивших заявок задается рзспрздглением времени обслуживания.

Обслуженные заявки, а конкретно асизотныа, посла поения образуют ш ходящий поток требований.

При определении суточного расхода воды в животноводческом помещении процесс потребления воды животными из индивидуальной автопоилки прзд-ставпен ка;; работа одноканальной системы мзссозого обслуживания.

Животные, поступающие на обслуживание, образует поток подачи <рп({) (принятый стационарным Пуассоновским), а обслуженные животные - поток расхода фр(<) При этом индивидуальная поилка в системе автопоекия, из которой животные потребляют воду, может быть рассмотрена как регулирующая еметсть, в которой сосредотачивается регулиру>ощзя мгссэ Ф^) = <р,,({) - ф-Д и гуда поступают требования на обслуживание.

С учетом тога, что наиболее активное потребление аоды хикггными при холится на период кормления, плотность потока " определялась по формуле

где М - число животных в помещении;

^ - продолжительность разового потребления животными корма или дли -тельность разового потребления воды животными, с. Тогда случайные частоты появления животных у поилки определятся по формуле:

+ к)

__м__

гк1пР(1>Ттап)

где Р - вероятность псязления события; "Г,™ - минимальный интервал времени между подходами животных, с.

Зная частоту подхода животных на автопоение, а также среднюю длительность и интенсивность водопотребления, мы можем определить суточные расходы воды в животноводческом помещении.

Суточный рзсход воды в помещения определялся по формуле:

Ссут= ВЧсуг-^ , . ' (4)

где Ысу,— число подходов животных на аатопоение в течение суток; т -длительность разового водопотребления, с; I - интенсизностъ потребления воды, л/с.

Для обеспечения заданной температуры веды в системах автопоения в осени.» - зимний период необходимо осуществлять ее подогрез.

С целью обоснования мощности теплоэнергетического блока нами был рассмотрен тепловой баланс системы автопсения.

Для рассредоточенной системы автопсения урагзненяэ тейпового баланса имеет следующий вид:

с!3^=<13и+ ¿Б,- <13.,+ с!Зт+ Й3„ - йЗр, (5)

где с!53 - кспичестгс тепла, передаваемое соде в теплоэнергетическом бпо-

/а, Вт.

с!£„ и сЗч - теллопотери с водной поверхности исгэрением и конзекциеи, Вт;

—топлопотеря через стенки баха-чакопителс и корпуса автопоилок.

Вт;

^"2. —теплопеггери через стенки магистралг-нь-х и распределительных

трубспроаодсз, Ет; с®* - тсплссодгржанив объема поды, потргеллгмей жаготиыми, 2т;

- тсплопотери з грунт, Вт: ¿Б, - количество тепла, идущее нз игмендою топлсеедгржсния есды з

бзке-нзхопитгло, Вг; с!3р - величина радиационного баланса системы аотепсания , Бт. Учитывая ряд допущений и исключая малозначимыэ величины пепучгнэ следующее упрощеннее уравнение теплсоого баланса г развернутом сида:

Рйх =каР6{<„- к) Л + к-, Ь Рт.(I,-у<!? + рсОЛ,А + рс V а;, (5)

гдзкв.к^.Итр-коэффициенты теплопередачи черзэ стенки ба&э-кахогкмоля, сгонки корпуса автопоилок и стенки труб, Бт/(м2 °С); Рб.Рщ.Рг? - площади поггрхкссти бзуа-накопитсля, стенок аатопоилск я во-дзпроводных труб, м2; - средняя температура веды а систем.;е азтопсения, °С; 'а -тшпераг/рз наружного боздухз в жнготнсводч£сг,см помещении, °С;

с - средняя удельная теапоемкзеть згды 2 система езтепэеьия, Дя/ (кг °С);

Ои- егхундный расход годы иа системы агггопсения, л/с; <Д - изменение темпера гуры воды в системе астопсения зз промежуток времени сЗт; V - вме-стшост»системы азтопсэния, м3; р - средняя плотность воды в системе автопссния, кг/м*. Тогда мощность водонагревателя определится по фзрь?/ли:

Р={ксРб + ^ Ь^Х*,, - У + р с си,+ рсУ, ' (7)

^ рсО„

где С = ------------~------схйразмерныи коэффициент.

(«5 р6 + "тр ЬР^) ..

Длительность нзгрева воды до заданной температуры а рассредоточенной сп-теме автопоения будет:

Т - !„(! +

-- ------¡Г!-'-—-----(3'

' 1 - С) 1-1(1+. С)

'дэ Т - постоянная времени н-эгрева с;

^-уггеяозккщзг.зятгмпср^рз з.-ды, °С;

X -температура, которой достигнет зздз в процессе нагрета за опе?де-г.енный пр^.'.екуток промени. сС. Учитызоя ото, получим уразнокие нагрева. при помощи которого можно слрзделить темпс~гтуру водя а скстемэ гвтопсения в л-збой момент ?ремен*

т + ч

{ =

С* С)

гд; I,- ¡'"чсг.ь'.-птемгс^-т^г" 5,?.! п с/.зтьуг гктгслоенкя, "С.

Получг;:ы тзге.е урссн^ия топлссого б&г^ксэ для лсяуъкьж систем тспсгнил.

=рсУ

—-! * (й, - У * Г' = ОД,. 110 >

т I )

гзэ асе = (АО - р + Км*«) - учнтьтпюсц»«*

гкгре^гчу через вздную глегли-квть и корпус г.^ипки, Вт/{мг*С). О - когффкцчгят, ксгсргии» гмууккги из понг&нпб "но,-? в

«зкокмсстн от мет еюрелвгичееких у&гк«м.й; и - пгрееэдной юг-фс£иц«гнт.

В косматрясз^мш кзми еясгак-:» езтопсеикл, циркуллиип ездь- гесч:-«эдит е результате гззн^чссекня еетестегнного давления мезсзу столба».»', холодней и подкрэтсй йтгптазмергетачаскоы 2ло«е соды.

Для спрсдалвкия дгйстеукицего нггюра в »апсриой линии системы ззго-псенка (рте. 1) гами испаЬьгх&я «»юмместь:

гдэ дР6 ^ - разность дсаг^н'.'.й от охпазденил езды а мгсопктегк?, Па , дР9Тр -разность дзвлеикй от охладдвнав езды а трубах системы гато-гюзкнз, Па;

№

циркуляцией взды.

Рассмотрев разность давлений бсды слрзза и слезз от сечения 1 -1 и проведя

ряд преобразований получим расчетную формулу действительного давления:

лРе^сп - 3&г(ро - Рз) + Ьз{рз - Рг) + Ь4(й, ~Рг) + Ь5д(р(М,-р,) + * бН(1 + Ь}]. (12)

где д - ус-сренкг силы тяжести, м /с2;

Ро.Ремлй5,Рп - соответственно плотности охлаздеккой соды, средняя плотность есды 0 баке-накзлйтелэ, средняя плотность соды в тс.тлоэнер-гзтичзеком блоке и плотность есды в системе азтопоекия, кг/мэ; - высота егсда обратного трубопровода в нагреезтель, м;

Ьг- высота нагревательного блока, м;

Ь?-высота расположения системы автопоания над нагревательным блоком, м;

Ьл- высота расположения накопительной емкости над системой агто-поения, м;

Ьг-уровень воды в накопительной емкости, м;

Н - высота расположения верхней вводной в бак трубы над центром нагрева воды в блоке, м;

в - безразмерный коэффициент, зависящий от изоляции труболрэ -водов;

I - горизонтальное расстояние расчетного стояка от глазного стояла, м.

Для безнапорной системы азтепегния, зеписймость по определению действующего давления будет:

ЛРдейе».= g[HE(l + h) + h;(po - ps) + H(po~ f*)] . (13)

где И - высота установки теплоэнергетического блока, относительно разводя -щего трубопровода, м. Аналитическими исследованиями установлено, что работа системы аз-топоения наиболее эффективна пр'л нижнем расположении теплоэнергетического блока.

При верхнем расположении таплсгигргатачаского блока сисгшз езтепо-екия работаат неустойчиво, поэтому атот регом работы н?*гп на ргссматри-

ПЕЯСП.

При Опюгэм р?сг;сг;ж"тс'хэгч^г.гзг?-;к:оги Сп;^: о г ссэтдлько ог;:й-нп!-:сп:ггсл>:, Судзг:

ÍÍ4)

где Ьз-урокнь мекз» тчгдгг-^чз ftfZi -

дящзго т^Зат^ссвсг, t Дййстг:у:ощзэ /плл'хч:,; з с^ггг-'/ч í:.stcп.-':- rrrr.-Hí/.::-:

образом, гззнсит от урз^я •лмгы^ттг«-:^.?^ Сгега

но взода з 5ах-к,хог.»гггг.ь г. от гпккы тр^огссгитсг. ¿пгг-'лк

Цкрг/пяцкз "'од:-; гогме.:-::^ !? гул f-r.esTo:,,r;>'H:pr,3wr.p::;.-rci блока на одни"? пякки с мсг:'~?~слыо езду. 3 стсч сп^- ;

будет происходить 33 счгг рг,;!«э.тп zszy. и тру&яггггсу

дз 'Л тгппссигкгзт■: ¡ ftit

Дм напорной су.<яе«м ур5?сг-ч -гуляет

ского &чеи'з cnr^orrrr; гз фзр- -г г:

"3=-------------н W4 Лг-;' s (¿;Л

iAfi-ГЛ гдо Pv~нипмзлггный

?. - ;r:тс

üc- ehyv¡-.c. ■•■■•*•'. ,ir-::.»rrp 'vsyí'-""^-^. r.':

ccíImS ^

ъ - скорость циркуляции езды в системе аатолоения, м/с;

Ьк?1 - ^ « ^ _ пр'^ННЬШ

(Я)-А) (Рй-Рт) (Ра ~ Рт)

высоты, м.

Полученное выражение показывает, чтс высота установки теплоэнергетического блока относительно системы ввтопоения зависит от гидравлических потерь, свободного напора и уровня установки накопительной емхо-сгл относительно системы сэтолоония, приведенной к разности плотностей.

Для безнапорной системы зетопазкия уровень установки теплоэнергетического блока должен быть:

н= ¿Л--ьпр, (16)

Е(й) - Рг)

где = (ъ——~ - приаеденкая сысста теплоэнергетического блока,м. (.Ро-Рг)

В данном случае уропзкь установки теплоэнергетического блока зависит от потерь давления на трение, в местных сопротивлениях за вычетом приведенной высоты теплознергетичоскогор блока.

Для определения действующего давления в локальней системе азтопо-ения была использована формула:

дРд = Ь2д(ро-р^)+Ь3д(ро-рг)4-Ь^д(рп-рг). (17)

где Ь2- высота теплоэнергетического блока, м;

Ьг - расстояние от центра выводящего иггуцорэ телпознс-ргетичес«ггэ бшо до дна поильной чаши, м;

высота е&ода патрубка с горячей водой, относительно дне пдкльнай чаши, м.

В работе прооеден анализ локальных систем гзтопоения с боковым я нижним расположением теплоэнергетического блока. Установлено, что наиболее эффективным является нижнее расположение блока относительно поильной чаши.

В главе " Методика акспериментз.пьных исследований" изложена последовательность проведения опытов, описаны экспериментальные установки и применяемые контрольно - измерительные приборы (рис.2).

Рис.2. Схема зкспзримзнтгльксй установки. I - накопительная емкость; 2 - кпапенно - поплавковый механизм; 3 - теплоэнергетический блок; 4 - циркуляционные трубопроводы; 5 - измерительная трубкз; 6 - трубка Пито; 7 - дифференциальный манометр; 8 - поильная чеша.

Для проеед&ния исследований испспьзсзаяось следующее оборудована: секундомер, анемометр ACO - 3, барометр, психрометр, термометры СП -25, 64 - GS, объемные мерные емкости оборудованные клапанными устройствами и манометрами, водомер тапа УВК, амперметр Э - 330, вольтметр Э -5Э/1, ваттметр Д - 529, трубка Пито и дифференциальный манометр.

В результате г.роееденных исследований были получены данные, включающие в себя временные параметры процесса потребления воды животными; интенсивность потребления еоды животными, расходы воды в системе ез-тепсенип, теплотехнические и гидравлические параметры работы систем азто-ПС8КИЯ. Для обработки полученных экспериментальных данных использовался» ЭВМ 1Е?Л - 4SS.

B.rn.-»sq_". Результаты.эксперцмвнтапьных исследований " изложены материалы, подтверждающие достоверность теоретических положений диссертационной работы, дан анализ п результаты экспериментальных исследований.

Нэ осне-энзи презеденных исследований установлено, что процесс потребления поды животными носит неравномерный характер и зависит от времени суток, состояния микроклимата з животноводческом помещении, состазз усивотных, темперог/ры еоды, рациона кормления и времени раздачи кормов.

Суточисз потребление еоды для дойных коров зйрширской, красной датской и черно - посгрей пород ссстазляет 30 - 41 п,'сутки. Пиш наибольшего потребления животными пржодгпся на период времени после раздачи к^рмз. Розис? ••ipH^srb потребления чоды s течение суток непосредственно

связана с чкслсм обслуживаемых иизотаых. Потребление воды животными по часам суо'о,; и в течениз суток характеризуется козффициентами часоеой и с/ точкой нер-чзномарнаспи водопотребпгния.

В аззисгйисэти от числа кашоткых в группах, коэффициент суточной не-рйднсмърноета состзеллот 1,18...1,04, а коэффициент часовой неравномерности 3,32—3,02 {для групп ж.зотаых соотазтстсзнно от 20 до 200 пик»).

£зкмзд чгссиоге расхода воды в язеотнсводческом помещения для рзйяачньи па кзличевтгонкску сестейу групп зхиеотних представляют собой атучгЛкг.-.'с чнзш, рсзпро^ат'.пйге по иоршпьишу и экспоненциальному =а-шсм ра^рзд-ак5яил с с^роягпюстяуи 0.91

ВпчЗапеэ кзпродгншй пгриод {юйзш с::ст«мы евтопэония по расходу езду прьадится на пг-сл'/зкутс:; ьрсшни с 8 до 22 чэсоа. В ночной ( с 22 до 6 чгссг) период 5рг«»ни система сзгопоеюэт практически простаивает. Промежутки срамоа;», к течскдз которых система гзтопознмя простаивает, представляют сгэсЛ сяу*5йньк> числа, распределенное по гажизм распределения эхе-и Ёгйзулз с ^рояпикутеш 0,92...0,94 (рис. 3.)

№ кС

и 60 ■ 43

20 О

г' 1

1! г

\У 1

\\ 1

.л !

%

X чН

5 Я ¡5 ¡0 25 ¿3 ИЗ ф 45 50 35 Й? 6"5 X, Пии ' Рйс.З. Ргепредепенкз времени простоя системы гьтопеениа

1 -рзшрэдег«е}»:э времени простил системы аатопоеиия {суточное);

2 - ергшни простоя системы ззтепоения (в ночной период }•

Иитсрзапы ергкени, в течзииа которых систша аэтопосния простаивает ¡Ий^еяготчедяа о&пукиааетк животных. Для 100 голов КРС среднее зкачс-гег; йрзманн проетсиааиия составляет 315,4 с, а для 20 голов - 539,7 с.

Сеодиаа зночзнио интврвалоз времени мажг,у подходами животных к по-тесм 5 «йаскьеости от у* чиспакности нахадитсй а пределах от 1 до 10 мин. в период ешвною еодогатрзблвния и от Ю да 20 мин. о ночкой период.

Д.;мны5 по дпктегмюсти водвпотребления животными а ссиозном сэот-гатс-гуда кг.смеляна«?, ексг.анекфгал^ому, э та-.же распределению ЗеЙ€упа

с еерсятностпчи 0,е8..Д997. Средне* гкачениг длительности еэдеютрейпэ-ния состаглге-т 40,4 с.

Интгнсизность потребления воды дойным* коровами состагляет 4,2...21 л/мкн при среднем значении 10,2 л/мин. Экспериментальные данные кнт»ч-сиености всдогклребления сяответстзуот норгигльному етхону распределения с згроятность/о 0,9В.

Ргсход соды системы гггзгсэнчя мягегбг ггь определен с '/-«том рч-рспткосли однсзременного деГ'сг-=ия срзд&тз евтсгоения. Однг>5рйменкг.гг,» тлгрузчи средств гг.тспсанкя носят ся^сйныГ; .--•рзктйо и парите-огсло-неяц^сльнс1"/ гак; г/ гчепредлги.няя с еероятнзетямч 0,93...ОС2. ч:?с.ло одновременно д^стаукицих азтспсйпск дгл 20 гелез с2, «й голоэ - 3, для 80 гсг.сз - 4, для 100 - 5, а дг.я 2С0 - 2 (иг.

Температура езди а всследугмик смстемсч зэтопоечил п~~з5рж-»тст;." "денном уроанэ га счет &> з теапсйнсргсгкчегяем г

с/.фснкой циркуляции.

Экспсртгнплы-я уста-:сгг,сне, что нерегкемернхгь у-

г,ы па глу5;:кв гс-клыяй чаши лекальной системы автоле«!'.»? ссстэзпяет л "С, «гферицт-гт неравномерности (и) при этом ^,'«<сдеггся к пределах

Тйгтсрзгур» г поильной ч?ие сч'расжггезтся гг счет гекеглтан'.-гз т%плесбуе!!а * тс генчс? 5...10 мккут.

Потери -тепле с сткг.ьггей водной пег-еря ;остк а лскепьней система авто-П52Ю1Я путем гсаа?рзккя и кокоехции езехкгдяог 55% от сбиш теплопотс^г.

На оско&кш» вштеримзшапькых нсслздсшнкй '.«зтечзтг

чееггя ?з2искмо5Ть по определению сбо'щзхяц^го коэффициента. ш,-?го констр^ггкгныэ смсоекнсети лхдлькей системы еятопс-яия

а^в « 6,73 + ?5 ВД - 1,374 г» ^ + 6, . {■ -:

'где ппз1цгдь ¡»дней почср>:наста, ы*;

Р, - площадь кгряуез лоясльг'ой системы гзтопоемия,'

¿1 - с^сксс! ь температур« ^одь! I"- поильной чгшз и нгружкего гегд; <з

и» ~ сгсрость ветрэ над водной гсгержность». м/с Ср-^^&э значение сбобиггющего коэффициента. рек^н-нг.У'»:-.--.-г.рз«г1ческц.< расчетов ссотозлр-зт 13.3-1 8г/{-•.'•* "С).

Коэффициент гелгеперзд&^и корпус локальной сисю^ »¡¡тггл-ЬЬИГ, Нй'сдзтся ~ '-риалах 4,07..,3,49 Бт/{м' 3С) пр-1 <?реднс-м -1

М^цмость н?ф»>з гоцы гггксьт от к-,-гл.гоь.

дп'пелььтл'и ¡-¡^чапы^ям л з

IS

зместимости псмльисй чаш.

Взаимосвязь между этими факторами я мощностью на torpes бсды установлена о виде уравнения регрессии:

?=15т,650 - 0,115 t * 2,123/% - 0,515 t^.-i- 105,636V , (19)

где х - длительность нггргва воды, мни;

Ata - разность конечной и нзчглькой тьмлгратур соды, "С.

Графики зависимости мощности водонагревателя от разности температур соды в поильной чаше и наружного воздуха предстазлэна иг pao. 4.

Р,£-

73

6СЗ 450 ■ 305 fíO

5 V 15 .... 20 25 :.) . д

Рис.4. Зависимость мощности водонагревателя от разности температур соды в

поильной чаше и наружного ес здуха. 1 - экспериментальная зависимость, полученная при Ос,и = 0,123 л/с, скорости еетра у=0,5 м/с; 2 - зависимость, полученная при среднечасовом потреблении воды животными = 0,168 л/с, и=0.5 м/с; 3- зависимость, полученная при максимальном потреблении воды животными <Эсум.= 0,278 л/с, и=0,5 м/с; 4-пуч-р* тепла через корпус локальной системы езтслоения и с водной поверхности поильной чаши.

Скорость нагрева воды в поильной чаше зг.еиент от мощности водонагревателя, вместимости поильной ч-зии, начальной темг.ерат/ры воды, температурь; окружающего воздуха и скорости ветра над содной погерхностью.

Взаимосвязь между указанными параметрам«.» преде гзглена следующим уравнением регрессии:

г-р = 0.С23Р + 0,303т + 1,372м - 273,93^ - 0,285^. - 0,435и - 9 , (20)

где 4« - качельная температур?, езды, "С.

Зависимость температуры воды в поильной чаша лс!сальной системы аетопоенля от длительности нагрева представлена на рис.5.

Данные исследований показывают, что для поддержания температуры воды в поильной чаше лекальной системы автопоения на уровне 12... 14 'С, мощность теплоэнергетического блока должна составлять 564 Вт.

с

Ю I

£

О 10 го 30 40 $0 60 Т.пи*

Рис.5. Згзнсимолъ температуры езды в поильной чаи» лазльмой системы гнтопсения от длительности нзгрева. 1,2,3- экспериментальные криоые нагрева, полученные при различив условиях ( ^=+12 "С, 0Ц=0.04 л/с; "С, О^О.Об л/с; 'С.

0Ц=0,123 п/с; Р=370 Вт). 4 - кривая, построенная по результатам реалия урзвнения аппроксимации {+9 "С, \/=0,04 м3, Р-370 Вт.)

В рассредоточенной напорной системе автопогнни, наибольшая часть потерь тепла приходится на долю трубопроводов и составляет Е5...Ь2% от общих потерь тепла. Значение коэффициента теплопередачи через стенкн труб находится б пределах от 8,72 до 10,46 Вт/(м3 °С), прм среднем знгче+тк 9,74 Вт/^С).

На долю бгкэ-кгкопителя приходится от 8 до 14% от оЗшкх потерь шь

ла. Козффицнзит теплопередачи через стенки бэка-накопителя находится в пределах от 4,25 до 7,21 Вт1{ы2 °С) при сраднгм значения 5,29 Вт/(мг °С).

Результаты исследований, хараетертующж зависимость мощности теллоонергетеческого блока от конструктивных параметров систем азтопосния и числа обслужиеаемьас гхиоетных, представлены в табл. 1. Взаимосвязь между основными факторами, оказывающими влияние на мощность теплоэнергетического блока, может быть определена в виде уравнения регрессии:

Р,=1,84т + 0,01520,55д1 +34361 ,ЗУ5 - 84,1 Р^.-2вЗ,6, (21)

гдз \/б-объем бзкачт&пнгеял, ¡л2;

Ягр - ггющгдьтЕПлсотд!'.йщс;1 позгри^сот; трч-3, мг.

Та^пк:..'," 1

Требуемая ьхщнееть ьэдк^рсг^тсс 2 ьа^кежозтп СИ ихегг#яняи£ пзрежтроз системы егголюня ».; Ч!лсла сбсяуаььвг^ьк

Пгргг.-мтвы салгк&зд aivchCiH»

Чкатз Ргжзд Те^п. Tt.vn. &-> Дай»» Дг.а- и'й'-Ц-

ХЖЗТНЬГа' поды, эды БЭДУ с кот> тру%1, U ыетр кг-сть

е группе, л/с в CKSTb- SZiiL.- ■К'--'. HirpolC-

ГОЛ. MTiSJii«- rc,ii, "С tr., "С. ТйГИЛ1 w ■ тсля, Ст.

20 О.ССЗЭ 1S...18 12...14 0,04 £3 «а

40 0,01В 16...IB 12...14 0,07 77 ' П51

ее- 0,025 15.. .10 12—14 0,02 104 г/4" 150i

60 0,034 ie...ie 12.. Л 4 0,1 СО 53S 1"/с 5,4

100 0,045 18...18 12...14 0,117 173 с/.;" 2гШ

Одним из показателей, >,арз«г2ризу.сщ,,к ргбету сютздг! азтелзада?:, валяется температура есды, которой ока дюткткгт в сшгк: гл спродс^ннуй промежуток орамани. Математическая ьйзиг^мсать ср^дгсй тшпе^тур^ вэдй з система азтопоения or сскоаиых с^сгорзь. охг;&<ей»',ц;« ш нсз вякян;.«, поедстаалягт следующее уразнетз permease

37.8 - 455,3 V * 0,173 т. - 6,83 гГи - 1 ,03{« - 2,£21? - 0,017Р , {22}

где С- начальная тшлззотури to,^-:,

Для поедер^лния заданнойте^лпе-рэт.-гы соды ь йс^впедаой c-.rrcfe гггепегняч достаточна Б-лдэнсгр-ссгтаяя »,-х.щнсстыо S?-.? Ur. tea -

накопителя должка бьпъ не менее 85 л, для получения веды с температурой 12...14 °С в период активного ее потребления. Теплоизоляция корпуса бака -накопителя слоем минеральной ваты позволяет снизить мощность теплоэнергетического блока на 7%.

Для обоснования конструктивных параметре© систем азтелогнйя, сбес-печизающих циркуляционный расход поды, проведены ехспгркмгмтвльиыз исследования гидргзличзских режимоз работы рассматриваемых систем.

Установлено, что скорость циркуляции воды в локальной системе езтэ-поения зависит от урозня установки теплоэнергетического бпо?а, диамзтра циркуляционных патрубков, их длины, температуры воды в псяпьксЗ 'сзжз, теплоэнергетическом блоке и циркуляционных трубопроводах.

Взаимосвязь мезду зтши факторами, мс>кет быть кыргкекз ургвнагигм регрессии:

и = 0,042-1Н + 1,S7tí3 + 0,0015 (t- - ta) - S.S3 • 1СГ5! - C.CZ7 , [73)

где Н - уровень установки тс-ллсйнергет^'-'^-ого епечш стнссаг/сльмэ пгкльиой чзши, м;

tr и to ~ темпегрзтуры еоды на оькоде и йкйдо а кзгрезаталь, "О.

Зависимость сксрссти циркуляции еоды о лекальной система ввтвпомв'я от уровня установки теплозкзргет,peroro Eraras прздетгеленз на ряс. S.

Vw.

Рис.5. Зависимость скорости циркуляции воды от уроэмя устам«»-.« теплознгргетическсго Слокг. 1,2,3,4 - экспериментальные кривые , полученные для пгтрубгез различных дкшзтрез (20,25,32,40 мм); 5 - таоретичзская кр«зая {при диаметре шггруипз 20 мм).

Из stkx графима г-кдно, что циркуляция еоды возможна при расположении теплоэнергетического бг<жз кзд поильной чашей (Н = - 0,21 S м). что под-

го

•«•ворадьзт теоретичггкка положения. Сдизко при расположений теплоэнергетического блока нэд поильной чзияй или с£Ьку ее, скорость циркуляции шла или «¿равномерна (нзустойчияая циркуляция). Поэтому наиболее цглегссЗ-рззио рзгпалег&ть тепгозкергелмчеокий блех пед поильной чгшэй.

В начальный период ксгрегз, когда нз;л:эддзтея интензизный рост температуры воды скорость циркуляции растет. При дальнейшем росте тсм-п^рэт/ры соды б поильной чаи» (до 23 °С) скарасть циркуляции екихсгатгя. Эксгссримгкгзльнэ узтзнойп&нэ, что для педдерязния температуры есды в по-ип»ксй ксай нахалы :сй ссгемы езтопзвкия з пртделзх 14...18 °С наиболее цслосозгрззнэ кспальзоезть ць'экуляикоиныо пзтрубки внутренним диметром 20...25 мм при урсане установки теплоэнергетического &лока СЭ...117

Для безнапорной, рзегрздоточзнне^ системы еглолознкя ю«.3глбз "тяжалым" режимам р-йоты яплягтая тот период, когдд ока простаивает.

Циркуляционный рзекзд, дсоггиточный для поддаркзния температуры иойы 5 пзйльн&й чда» кз урезна 14...15 "С еэ ъро.-,я празтея емзтемы а^тс;к~ еиия, находится в предел« 0,023...0,0111 л/с.

Ьеайсиыкль скорости циркуляции с беэнгпоркзй рзкрздоточс-НгЮк систра вэтолзгния'от дизметроа циркуляционных трубопроссдсо при рзгл'-ч-ных урезикх расположения теяяозмгргетичегкод) слои прздгтгзлекз нг рис.7.

V

|ч 'v 956 Бт л

Л/

к

20

гь

32

10

Рис.7. Зависимость скорости циркуляции в безнапорной рагерадето-шяой с«стсма азтопогния от диметров циркуляционных трубопровода при ргзлич- ■

ных урсанях ргепопозшюя теплоэнергетического блоха. 1,2,3 - ^огаримеотгльны* хризые,полученные при различных уровнях установки тгллоанергетич&ездго блоха (93,108,203 мм).

подарж-а-шя температуры воды з поильной чей» безнапорной сис-тзмы гзтолеения но урезнз 14... 15 "С целесообразно попользовать трубы с внутренним дизмэтром тзю::э 20...25 мм при урознз устсногхи тс-плоэнеэгатч-чгсксго Слою из ниже 1СЗ мм относительно д: ¡ а накопительной емкости.

3 низкензперней рассредоточенной система азтспсения скорость цирку-ляцни зззисит от дизметрез циркуляционных трубопроводов, урезня уста.чош-п т гплоэнергетическего бпега относительно рхсодяцего трубопровода и сака -нзкопитсдя, длину трубопрсеодов. разности тешгрггур воды з баке - нзхопи-тзп5, рг.сярэд зглтгальне« И СбрЗТНСМ трубслрсссдзх И 1СППС2дарГЭТИЧ€-схси слс,-:э.

О ХСДЭ ПрГЕСД;ННЬ;Х иезлздеззний устзнсслгно, что для системы овто-псэ"ия,обслуживающей 23 гслео КРС и общей протяженностью 65 м необходимо кслсльзосать трусы с внутренним диаметром 20 мм при устанозке теп-госнсрг-зтичасксго блоха на уроэне из манез <*С0 мм или трубы енутрэнним днзметрсм 25 мм при устакссхе тзплоонвргстичгского блока из нижа 250 мм; „ля системы .обслуяагегкацей 40 гелез КРС и протяженностью 17 м, достаточно ислсльэогэть трубы с внутренним дигметром 23 мм и установкой тепло-с;25ргстичгскс!0 er.er.a на урознз 5CD мм, для системы аотслссния, сбслужи-гзющ?й 60 гелез КРС и о длиной труб 104 м - диаметр труб 25 ям и уресень устаноски теплоэнергетического блока 650 мм или диаметр труб 32 мм и уро-е-нь установки теплоэнергетического блока 350 мм, для систем гэтсясгния. еослу-хизающкх S0 голоз и общей протлжзнностыо 133 м, достаточно использовать трубы диемзтрем 32 мм при устаиозхз таплогнсргетического блоха на уровне hs менее 400 мм; для сиатгмы гатспозния, сбслужиигкнцей 100 голоз К?С и общей прот?.:;:-;^'г,остъго 173 м, достаточны трубы диаметром 40 мм при устс;;с5чзт£плоокг.ргетичес;;сго блохч нз уроен* из мзнеэ 3C0 мм относительна р?.ззодящсгз трубопрезодз.

На скспсряменталый-'х исследозаний было установлено, что

рассредоточенные системы азтопоения с- термосифснной циркуляцией наибо-г".о гф£с.тп-.2нь! при обслуживании до S3 голоз КРС и лротпжанностью не бо-лзе 104 м. При обслузюэнии большего поголоэья "изстных, наряду с термо-сисЬонным гйф-зхтсм цслсоообрзгно кепольгеззть циркуляционные насосы малой произгодительнссти.

Й.1ПЗЗ-0" сФ1%тазность розупьтзтов исследований "дан

техниао-зхонсмич'зсгпй анализ исследуемых систем ззтопоения в сравнении с группезой автопоилкой АПС - 45 и системой звтепоения с водонагревателем ЗОГ! - 6С0. Зкснсмичс-сга эффективность этих систем азтопоения пседстлв-г-. ::з з тзбли!^: 2

Таблица 2.

Сравнительные технико-экономические показатели, отнесенные на 1 гслоау _____обслуживаемого поголовья_

Варианты систзм аэтопсения

№ АГК-45 локаль- рассре- рассре-

п/п Показатели ная ис- доточен- доточен-

следуе- ная с ная

мая 8ЭП-600 иссле-

дуемая

1 Затраты труда, чел.час. 1,04 0,483 0,351 0,26

2 Эксплуатационные издер- 4997,1 3662 18678,36 11246,14

жки, руб.

3 Материалоемкость, кг. 0,32 0,324 0,625 0",45

4 Капиталовложения, руб. 1534 1518 19250 18234,7

5 Энергоемкость, кВт. 14,4 10,15 63 15,05

6 Срок окупаемое™, лет. - 1,68 - 1,93

Выаоды и предложения.

1. Анализ конструктивных схем систем автопоения показал, что систзмы автопоения с термосифонной циркуляцией воды позволяют обеспечить высокую надежность процесса, как в животноводческих помещениях, так и на выгульных дворах с различным поголовьем животных, и полностью соответствуют зоотехническим нормам.

2. При расчете конструктивных параметров систем и средств автопоения, в качестве исходных данных следует использовать следующие: суточное потребление воды одним животным - 30...41 л/сутки; длительность потребления воды животными - 38...55 с; интенсивность водспотребления - 4,1...21 л.мин., при коэффициентах часовой (х*) и суточной (¡О неравномерности раз-нь'х 3,02-3.32 и 1,04..,1,1В соответственно; средние интервалы времени между го-уздами животных в течение суток - 343...595,4 е., в зависимости от числа животных в группе.

3. Мощность теплоэнергетического блока в локальной системе аэтепоения .кзбиспг от расхода воды, потребляемой животными в течение суток, темперами окружающего воздуха, объема воды в поильной чаше, обобщающего ко-ь^чфициента (и^), характеризующего потери тепла с открытой водной псверх-.-ссти и чеоез корпус поильной чаши. Среднее знамение обобщающего коэффициента оаано 13,94 Вт/(мг°С).

4.Мсщность теплоэнергетического блока о рассредоточенной системе аз-топсения зззискт от расхода соды потребляемой жиютными, состояния микроклимата в гкивотнозодчесхом помещении, длительности простоя системы автолоекия, длины и диаметров циркуляционного трубопровода, а также еели чины коэффициентов теплопередачи черзз стенкм трубопроводов и бака-нзко-пителя, средние значгния которых равны - 9,74 и 5,23 Вт/(м2 оС) соответственно.

5. Для поддеожзния заданного температурного рггима в локальней системе автопоения, циркуляционный расход воды в ней должен быть не; менее 0,0111 ...0,033 л/с. При этом уровень установки теплоэнергетического блока гт-носктельно дна поильной емкости должен быть не менее 103 мм., а внутренний диаметр циркуляционных трубопроводов - 20...25 мм.

С.Требуемый для поддержания заданной температуры воды циркуляционный рссхсд в рассредоточенной системе оотопоения должен быть не ме-нзе 0,0033...0,045 л/с при мощности теллоэнергетичс-сгого блока 956...2509 Вт., в зависимости от числа обслуживаемых животных м конструктивны* пзрамет-роз системы гзтопения.

7. Уровень установки теплоэнергетического блока а ргссредото*-*«-)* системе езтопсения зависит от высоты расположения бгга-нзкопитепя. длины и диаметров трубопроводов. 3 сост&етствия с этим теплоэнергетический блок должен ргсполдгсться из иике 250 мм относительно разводящего труб;гро-езда.

8. Объем бггз-кзяижтепя зависит от числа обслуживаемого поголовья и должен бита равным 0.04 м3 для 20; 0,07 м3 для 40; 0,09 м5, для €0 ; 0,1 м3 для £0; 0,117 ms для 100 голов КРС.

9. Пркиамзнив теппоизелирующего слоя в системах гвтопсрния позволяет csswrrvrfb потери тепла в с«рукзюи{ую ерзду, что способствует снижению мощности Tj&nnooHsp-rswíecKwo Спока на 4...7 % .

10. На:«бопев целесообразно испалъьозгтъ рзссредотеменные cbciwu гзтвпоемкя с термос^фэнной циркуляцией глды э животноводческих помещениях с протяженностью трубопроводе не боге?« 104 м.

11. Внедрение локальной и рассредоточенной и-стил ввтопсяния с тер -мзеифонной циркуляцией ьэды позволяет снизить эксплуатационные затраты в 1,35 и 1,41 рз53 соответственно, при сбоегкгчэнин процесса азтотюенир о со-СТТА'ТСТБИИ с лотехичческими нормзми.

Оскаань» погклдния диссертации

1. Поцелуев A.A., Нагаров И.В. Сощл^нствийиие систем и с:кдстг ев -TO.TC¿-H«n для ферм КРС Ч Тезисы докладов научной «вферел»«»» га и-п-гем

2i

научно - исследовательской работы за 1991...1933 г.г. АЧ'ИМСХ - 1933. -с.12-13.

2. Назаров И.В., Поцелуев A.A., Чефоноз В.М. Групповая поилка для КРС: Информ. листок № 96 - 94. - Ростов н/Д : ЦНТИ, 19S4.

3 Результаты исследований электродного подогрева воды в поилках / Назаров И.В., Поцелуев A.A.: АЧИМСХ - Зерноград, 1995. - 7 с. - 5 ил. -Библиогр. 5 назз. - Рус. - Деп. ВНИИТЭИСХ 28.07.95, N2 2321 - Е95.

4. Назаров И.В., Поцелуев A.A., Чефоноз B.W. Электронагревательный блок: Информ. листок № 205 - 95. - Ростов н/Д : ЦНТИ, 19S5-

5. Назаров И.В., Поцелуев A.A. Аотопоилка для жисотных. Патент Na 2053660. Опубл.10.02.96, Бюл. № 4.

6. Назаров И.В. Обоснование режимных параметров термосифонной системы групповой аатолоилхи. В кн. Совершенствование технологических процессов, машин и аппаратов в инженерной сфере АПК. Сборник научных трудоэ АЧГАА. - Зерноград. -1996.

7. Назаров И.В. Тепловой баланс и результаты исследований рабочего процесса автопоилки с термосифонной системой подогреза воды. В кн. Со-вериниствование технологических процессов, машин и аппаратсз в инженерной сфере АПК. Сборник научных трудов АЧГАА. - Згрноград. - 19S3.