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

На правах рукописи •

режимы оодспотрееления на фермах кгс и совершенствование технологических линий а5тсл0еккя

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

'автореферат

диссертации на соискание ученей степени кандидата технь-чеекмх наук

Зерногрзд 1997

Работа Еыполкенз в Азоно-Черномарскэй Государственной агроинжэ-нерной а.едемки (АЧГАА).

- кандидат технических наук, доцент ПСЦЕЛУЕЗ А.А.

- доктор технических наук, профессор КОВАЛЕНКО В.Л

- кандидат технических наук, старщкй научный сотрудник ТИЩЕНКО ЫЛ.

- Cssepo-Кавказская Государственная машиноиспытательная станция

Защита состоится «19 » дэк-'бня 1997 г. В 14 часов на заседании специализированного соестз К 120.13.01 по присуждению ученей степени кандидата технических наук в Азово-Черноморской Государственной агро-инженврной академий па адресу: 347720, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, 21, АЧГАА.

.С диссертацией мэжнэ знакомиться б 6w5nv,cists академии.

Автореферат разослан gsgSag 1SS7 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцант ____МА.ЮНДМН

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущеэ предприятие

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальноетъ темы. Качестваннсэ поонкэ наряду с кормлением - основной путь повышения продуктивности крупного рогатого скота, увеличения производства жипотнсзодческой продукции, при однспременном снижении себестоимости, которые з значительней мере зависят от конструктивных особенностей средстз и систем механизации. В связи с этим поение жипотных водой должно осуществляться системами, обеспечивающими пысочую надежности процесса, оптимизированными с учетом реального животноводческого объекта.

В настоящее время, в условиях рыночной экономики, наряду с действующими жизотнозсдческими фермами и комплексами, развиваются феомы мзлей мощности. Такими считгются пиготкозодческие предприятия небольших размеров (20...2CÜ короз). Проблемным на этих фермах яглязтея вопрос разработки и применения ног.ых униЕерсглъных технологий и технически*, средстз азтепоения, обеспечиззющих процесс с учетом зоотехнических требо-ЕГЗНИЙ.

Сдмаг.о np¡i преектирезекки тсг.::х ферм кспсльзугатся расчетные показатели, которые на учитывают мощность проектируемого объекта, а конструктивные решения систем азтепоения далеки от созгршенстЕз.

Цель ре боты. Обосноэаниэ режлюз рсботы и перзметроз систем зпто-г.сския с термосифониой циркуляцией еоды, сСжспечивз'.-ощих снижение зке-глуатгционных затрат и повышение качества те:<иолсгического процесса поедая КРС.

В ссответстзга с пезтггпгкней цапью нгс^хсдимэ было рздить сле-ду:<?щнз гздачи:

' - уточнить режимы водспстргОпгния а х:изотнссодчес;;;о< помещениях ¡Г? С и рзечетны-э показатели по прогктирооанию систем азтепоения;

- разработать математическую модзль процесса потребления еоды ж-естными;

- изуч:гГо и обосио^зть режимы работы и параметры систем азтопоения с тсрмос?, фенней циркуляцией еоды;

- прорэста гхспернглеьтальнукз проверь освсзньк теоретических положений;

- на сскопгнии полученных результатов исследований разработать ме-тсдиху расчета систем аотопеения с термосифонной циркуляцией воды.

Объект исследований. Объектом исследований является процесс потребления воды в животноводческих помещениях КРС, а также системы гзтопсенил животных. Экспериментальные исследования прсзсдились для лекальной л рассредоточенной систем азтопоения.

Рззрг&пгны некоторые вопросы теории процесса теп-лгс5мгкг i? термосифон,кой циркуляция воды для локальных и рассредоточенных систем езтспоенкя КРС. Изучены характеристики потоков требований лм-EOTKS.cc к Езтспсен.по. Выявлены конструктивные Недостатки существующих систем Еэтслоекил. Сбоснеганы рабочие параметры и режимы работы систем агтолоенкя с электродным подогревом воды и термосифонной ез циркуляцией.

На ескогзнии тезреткчгскж и экспериментальных исследований ргзра-бэтзны эетякркмекгглькые системы агтопгния, обеспечивающие повышение качества процесса астспсгнкя при снижении гкеллуетгциенных затрат.

На разработанную локальную систему гзтепеения с термссифсннэй циркуляцией еоды получен пателт te 20535S0.

Прг.упу-'яскоа внгу-гэдца Исспэдеезны режимы вэдопотрабления в живот-коседчевких помещениях для различных по количественному составу групп жпзэткых к даны уточненные нерматаеные показатели по расчету систем es-тспосняя. Обоснованы режимы работы и параметры систем ззтолоения с тер-мссифсннсй циркуляцией. Рзгрзботанз методика инженерного расчета систем аЕггслоения г.ря кх грсоеткрсзании.

Результаты исследований могут быть нспользозгны при разработке систем и средств азтепэения, обеспечивающих заданный температурный режим гопьезей вода на жиготноводчкэ»« cSbssrax КРС мсацнсстыо 20...200 ггпоз.

Резлизойга ¡^т/дугетач и^пеяотаная. Опытные образцы безнапорной рйссредогочзнной и локальной-систем гагопезния изготовлены в усло&глх АЧГАА и внедрены в ОПХ "Зернзгрздскоэ" Зернсградского района Рсстоккэй области.

Аппобеция работы. Основные результаты ргбэты доложены- и сдобрзяы нг научно - технических конференциях АЧИМСХ (г.3срнсг:^д, 1932, 1£СЭ, 1955, 1S3S, 1S37 г.Г.), ВНИПТИМЭСХ (Г.Зер;чогрэд, 1S35, 1237Г.Г.), Ств;?о-пояьского ГАУ (г. Ставрополь, 1394 г.).

П'дпист'жя_рсзультатоз работы. По материалам диссертация слуЗлико-е?чо: рзЬот и получен патент te 2Q53SS0 на изобретение.

Otra»M работы. Диссертация состоит из сасдеачя, пяти тг.2з, еыеодез, спи«« лятсратузы, еотючающаго 145 каимвноеаннй, в том числе S на кно-стсз«-.ых пааида И з приложений ка 11 страницах. Общий ебьгм дчсссртгции 200 cTs-é-чйц, г 70'.,-. числе 76 риоунхоз и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

go евеггчии ssotxg обоендазнг эетугяьнссп. темы, лризвдвнз гниетецкз выполняемой гзесты, езегкулировзны осисачые .-.сложения, выиосчмые иг

защиту.

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

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

В работах А.С.Абелева, В.С.ОводоЕа, В.М.Долинской, А.А.Кемелееа, ГЛШеликяиа, Х.С.Карешовз, Б.В.Карасевз, В.П.Коваленко, А.А.Поцелуевз, Н.Т.Утянского и других ученых изложены проблемы сельскохозяйственного водоснабжения и автопоения животных, однако в них не рассматриваются вопросы ззаимосаязи и количественного состава животных, недостаточно освещены и изучены системы с термссифонной циркуляцией езды..

Учитывая современные конструктивные) схемы систем и средств автопоения нами разработаны варианты систем автопоения с термосифснной циркуляцией воды и принципиально новая конструкция теплоэнергетического блока для поддержания в них заданной температуры воды.

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

Рассредоточенная система азтопоения включает в себя бах-наколитель, систему циркуляционных трубопроводов, индивидуальные или групповые автопоилки и теплоэнергетический блок.

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

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

В_гл.?б?_2 "Теоратичесхиэ кослсдзвзния сЬунуционирззгяия"систем рдтп-гоен&я"рассмотрены их работы и обоснованы конструктивные пери-

метры их ,5ламентоз.

Рабочий процесс системы .автопоения на животноводческой ферме носит неравномерный характер и подзержен колебаниям кок в течении суток, так и I; зависимости от времени года. Нз процесс потребления воды животными оказывает влияние ряд факгороз, к которым можно отнести половозрастной и количественный состев жисотных, их продуггисность, физиологическое состоя низ, систему содержания, рзционы кормления, применяемые системы и средства зетопоония, а также приредно - климатические условия.

Работа системы езтопоения относительно обслуживаемого поголовья носит случайный, вероятностный характер при одновременном воздействии нз систему большого чкела ».'.квотных.

Дтя спрэделг-ния конструктивна параглстроз системы азтопоенкя необходимо знать максимальный суточный и секундный расходы есды о системе автопоения. Однзхо получение суточных грофикез потребления соды тавотными требует проведения длительных, многолетних наблюдэний, значительных затрат времени и средств.

Поэтому при определении суточных расходов воды на автепоемие и сбос-мобзниии коэффициентов неравномерности еа потребления в животноводческом помазании нами использован мгтед статистического моделирования.

При разработке модели процесс потребления соды животными представ лэн как случзйнзя последовательность гзязск нз обслужкгзкие, которые образуют бяодяший поток требсаяний. Входящий поток трсбс-сгний характеризуется интервалом времен между поступлением заявок на оЗалуживание. Мсхрну;;:;,-обслуживания поступивших заявок гздгатся регпрздггшнлш Бремени обслуживания.

Обслуженные заявки, а конкретно жисотныг, посла погния сСразуют с>-( ходящий поток требований.

При определении суточного расхода воды б животноводческом помещении процесс потребления соды животными из индивидуальной евтопоилкк приставлен как работа едноканальной системы массового обслуживания.

Жиаэткые, поступающие на обслуживание, образуют поток педачи (принятый стационарным Пуасеоноэским). а обслуженные животные - поток оас.«дз <рр(1). Пру. этом индивидуальная поилка в системе азтолоения, из которой ягиьегтныэ потребляют воду, может быть рассмотрена как регулирующая емкость. в которой сосредотачивается регулирующая мзеез Ф($) ~ с<иЦ) - цу,^ и худо поступают требования на обслуживание.

С уиетом того, "то наиболее активное потребление воды «ивотными при на псмод юзомоеи*», плотность потока ").' определялась г.о формулг

к =

М, ' (1)

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:

М т

1к(1 + к)

__м____(3)

Ч ГШХ . I г,."— ^ \ ' ' '

'к

где Р - вероятность псязления события; ТП1П - минимальный интервал времени между подходами животных, с.

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

Суточный расход воды в помещении определялся по формуле:

Осут= !Мсут-Г-1 . . • (4)

где М-у-, - число подходса животных нз аетопоекие в течение суток; х - длительность разового водояотребления, с; \ - интенсивность потребления воды, л/с.

Для обеспечения заданной температуры воды в системах автопоения а осекне - зимний период необходимо осуществлять ее подогрев.

С целью обоснования мощности теплоонергетичгского блока нами был рассмотрен тепловой баланс системы азтепоеиия.

Для рассредоточенной системы автопоения уравнение тгппового баланса -имеет следующий еяд:

Й36=с<3и+ с13„+ с!30+- с53т > ЙЗ^ + с:Зг+ ЙЗП - ЙЗР, (5)

где dS5 - хсг.ич?ст20 тепла, передаваемое воде а тзплознгргетичесхом блоке. Зт,

оЗ., и ¿Эц - теллопотери с еодной поверхности испарением и конвекцией, Вт; с!30 - теплзготери через стенки бэка-чзкопитвля я корпуса ззгопоилок.

Вт;

^ > - теплогстссч через стеная машс. рольных и р?сгредел!,пегь:-ых

к

трусопрогодоз, £т; tíS« - тгплосодгрхаиие с2ьеыг ссды, петребпягмсй жизигныни, Зт; cSr -тсглспотгри в грунт, Бт;

dS, - количестпо тепла, идущее на изменение тэплсссдоржзния гсды з

бзкг-накопитапе, Бт; dSP - вотчина радиационного баланса системы автспсйния , Бт. Учитысзя ряд допущений и исключая малозначимыэ величины лспучзю следующее упрощенное уравнение теплсьзго баланса з развернутом оидэ:

P'-ix =yáFs ft, - U d- ♦ b F-ф (♦,- \e) dr+pcQ„t,ch + P с V «. (u)

гдэ hs.ü^.Hjp - коэффициенты теплопгродзча черзз стенки €а;:з-накопителя, стгнки корпуса эгтопсилсх и стгнки труб, Бт/(м2сС); Ps.rm.Frp - пгсщади псгерхыости бзха-нахзпптсля, стенок аэтопоиг.ск и ео-дог.рсзодньм тр>б, м2; t, - средняя температура соды в системе гзтопогния, °С; te - температура наружного воздуха з жигсгтиозодчгзксы помещении, °С; .

с - средняя удглънгя теплоемкость годы з сизтгме гзгалоския, (кг °С);

QM - секундный расход годы из системы ззтопсепия, л/с;

dt - изменение температуры воды в системе астопоеьия зз преме-

жуток времени dt; V - вместимость системы азтопезния, м"; р - средняя плотность воды в системе азюпосния, кг/м".. Тогда мощность водонагревателя определится по формула.

Р=(к,5;-5 + КтРЬРтр)(^ .у + рсQ.A+ pcV, (7)

pe Q

где С = -------------м----бззразмс-ркый хеэффпр»:-.?.

(кб F3 + к7р Ь F^ )

Длительность нафева воды до заданной температуры з ргссредэт>ш-ней сг.стеме азтопсения будет:

Т L -Ui + C)

^.....— 1п-' ——----(3)

ílfO ! -Ц1 + С)

as ■ - постоянная времени нагрева, с;

- устаког-иги ил зя темпер-.турз есды, °С; г -тимп&ртгурз, которой достигнет вздз в грзц'кхе нагр&за за олрэде -ленный прг»-?глсупж времени, ®С. Учитыздя это, пзлучим урзгнсние нагрева, при помощи которого можно спргд»литьтекпгр'-туру езди г сг.зтемэ ззтопоения в л:-зэоЯ момент ерег ¡ени:

«.„с"?-+{,!!--—я"т|

М (1+С) )

* =----1----------- ,

1-гС

где {«-: •зчгпькгп темгшргтурз • злч: р о-.етг«? £гтс.пээиия, "С

Полу!^;.ы т.;:^.? урегненгл теш^зого дп!п пскалъие::; с^стдм п*»-

тзпоехт.

+ ('л - и + г-'-С ^Ц,

Г -¿.«V

газ 0^= (АО л р + !)~оСсСч^гс,:;;«й кз^-с-тспл.-»-п;гг?-аззчу чер-'з г.;д;г\"о гСог:кдаать и г,с~;*ус (сдазд, Вт.-(мг"С);

о - учяпа.тз'сц^й «гп8?кк«г»; к.'. по-''л ;но»"> ч1ц?« к

гааиеимости ст мстеорсягг«*чясп« угя»г«й, ¡. ~ пгрг-йэдной "зг^фми^г;".

3 ро«ядзтрй£.г:ми!! хт'.т сигмах а:;7г.псэ>'№?, цчр'с-.гадч годы ппс»:-хгдкт в р®гультзт» югкигнегенкя ^стйстгзннсга дзяла^ип лчаау столба»/»* хэлсд«зй и з теппгзнсргетйчссясм блс«в сады.

Для шредзлгкия деРстауюуйго напоет а империей л;г.г.:!1 аш-"ы пс-ем.чя (ряс.1) «гегкэтыгот;« 5пзгекгст>:

ГД8 Л?5»

гр

- разность дсегкикй от сжяжхдм'кя поды а 5з«> ка^ггаге?. Пз .

- разность дгаден»« от бжзядеяч езды в труб?« сизте»-^ гзто -п,оэжя , Пз;

РксЛ Расчетная схема системы евтопогния с термооифоиной

циркулйцисй бзды.

Рассмотрев ргзн.ссть делений &;ды спргза и еяезз от сечьния 1 -1 и проведя ряд преоёргзозз.чнй получим рссчетную формулу действительного дагления:

= д[Ьг(рэ - рз) + Ь3(рс - й-) * Ьа'&ъ - Рг) + Ь3д(рамк - рг) +

(12)

где- д - усксренкг силы тякести, м /с2;

Ро.Реи*яРо,Рп - соатззтстванно платности охлхзденкзй воды, средняя плотность езды о бг.'.о-накопэтале, средняя плотноств соды с теплоэнергетическом блока и плотность &оды в системе аотопоения, г.г/мэ;

Ь> - шеотг е^зда обратного трубопровода и нагреватель, м;

Ь2- высота нагревательного Спока, г.;;

гь - высота расположения системы азтопоения над нагревательным блоком, м;

- высота расположения накопительной е;/,кости над системой асто-поения, м:

И;-уровень ьоды в накопительной емкости, м;

И - высота расположения верхней воодной в бак трубы над центром КйГрЗЕЗ воды б блоке, (/.,

б - безразмерный коэффициент, зависящий от изоляции трубзпро -водов;

I - горизонтальное ргсстояниа расчетного стояка от глазного стояка, м.

u

Для безнапорной системы азтопсс-ния, зависимость по определению действующего давления будет.

ДРпЛяв = g[ho(l + h) + h:(po - pg) + H(po- Pr)], (13)

гдо H - высота установки теплоэнергетического блока, относительно разЕодя -щего трубопровода, м. Аналитическими иссл?доегикп?,<и уствисвгано, что р^Сота системы ев-топссния наиболее зффедяганз при меткам Г'"5г.олс;хоч.:и тг-ллогн^пгЕтч-?-

сгсго Ояег.а.

При крхчгм ■¡■сгглс-.н:ргй~г-:гсшго лзт^по-

ания рзботг.эт неустойчиво, гезте^у отот сй"-;^- rnCc~л :п ргзекатрм-валсл.

Пр;: Ззютйм Г-чгяг» отксситаяьнэ

С ,к:?-к?ксг>тге!1Л,ур^г^зкко,ипн '/ил'лг^лс'^п.с-íiyzrrr.

где hí-yper-srb ;'ctc!ío-r: опйсйт?пы» г-с ¿r-n -

дящгготг'гбег^тгадз, г-\

образом, caBSíCíST от урс~ня устгкогг« тепяа?чгспп<ч''сгх>,ю Слс-тз отиоситегь-но ззодэ з бгг-кгчепиголь м от длины труЭ^рс&эдьэ сл?т?м гзтспосния.

Циркуляция соды ¡зезмомкз к гш р2спопокан«1 глу^^г-ргеттеского блока кз одной линии с шгистрглью гсоч-г-й еоды. S sr»?,* циркуляция будет происходить es е«ет рз5«сста плотностей ссды а гфзтом тру5опаосо-дз и теплогнергггг^эоте; с Опэю.

Для каперной спстеглу озтеяггккя уровгш> yerra гегкн тзгшезипэггткчд-esoro блага опр?долялй по

Я, _ W

p«+r^-i + ZsJY^r-

h3 =-*JL-------¡Vj) . (15)

- я)

гдо Р,-нермзтизный сзебодмьлЧ игпер, гг-я-ляирД от прмйвнтмн» ерэдеп» затюп№?чия, и; х - коэффйттент педрязгеог.«®©

d„- йнутрокмий дкгггзтр трусоп^зода, м;

и - скорость циркуляции Есды Б системе автопоения, м/с;

ь - ~Рр). Ь . К (Рп~Рг). и и (Рл-Рг) "Р1 - "2---, ИПр2 = п<--; пПр,= м2 - приведенные

(А-А) (Ро-А) (Ра-Рт)

высоты, м.

Полученное выражение пошзызгет, что аысота установки теплоэнергетического бло.ка относительно системы автопоения зависит от гидравлических потерь, свободного напора и урозня установки накопительной емкости относительно системы азтопоония, Приведенной к разности плотностей.

Для бззнзпэрной системы автопэгния уровень установки теплоэн-зрге-тич2зг.ого блока должен быть:

= а . ' *--ьпР. (16)

&(Ро ~Рг)

где Ьг,р = Ьг——— - приведенная сыоота теплоэнергетического блоха, м. (Ро " Рх)

В данном случаа уросзнь установки теплоэнергетического блока ггзисит от потерь дааления на трение, б местных сопротивлениях за вычетом приведенной высоты теплсэнергетичсскогор блока.

Для определения действующего давления в локальной система астопо-ения была использована формула:

дРд= «гЗ(ро-Рб)+Ьзд(ро-рг)+И<5(р5-рг), . {-")

где Ьг- высота теплоэнергетического блока, м;

Из - расстояние от центра выводящего штуцера теплоэнергетического блока до дна поильной чаши, м;

еысота взода патрубка с горячей водой, относительно дна псилькол чаши, м.

В работе проведен анализ локальных систем азтопоения с бохоьым и нижним расположением теплоэнергетического блока. Установлено, что наиболее эффективным является нижнее расположение блока относительно поильной чаши.

В глазе " Методика экспериментальных исследований! изложена последовательность проведения опытов, описаны экспериментальные установки и применяемые контрольно - измерительные приборы (рис.2).

8

5

I

í

1

v

/ /

1

X.

\

с

Рис.2. Схема оксперимэнтальнсй установки. 1 - накопительная емкость; 2 - клапанно - лоплавкопый механизм; 3 - тепло-онергетический блок; 4 - циркуляционные трубопроводы; 5 - измерительная трубка; 3 - трубка Пито; 7 - дифференциальный манометр; 8 - поильная чеша.

Для проведения исследований нслсльзсзалссь следую про сборудсва-¡ секундомер, анемометр ACO - 3, барометр, ncvixpoweTp, термометры СП -25, ВЧ - 06, сбъемнь:о мерные емкости оборудованные клапанными устройствами и манометрами, водомер типа УЗК, амперметр Э - 330, вольтметр 3 -55/1, ваттметр Д - 52Э, трубка Пито и дифференциальный манометр.

В результате проведенных исследований были получены данные, включающие а себя временные параметры процесса потребления воды животными; интенсивность потребления воды животными, расходы воды з системе ав-топсеиия, теплотехнические и гидравлические параметры работы систем автопоения. Для обработки полученных экспериментальных данных использоза-лгеь ЭВМ ШГЛ - 4SS.

В гпяг.е " Результаты оксперяментзльньк исследований " изложены материалы, подтверждающие достоверность теоретических положений диссертационной работы, дг.н анализ и результаты экспериментальных исследований.

На осноагкин презеденных исследований устансзлено, что процесс потребления сод« животными носит неравномерный хграктер и зависит от времени суток, состояния ыиироеткмзта в ¡животноводческом помещении, состава животных, температуры воды, рацисна кормления я зремени раздачи кормов.

Суточной потребление воды для дойных короа айрширскоп, красной датской у. черно - пестрой пород состлэлячт 30 - 41 л/сутки. Пики наибольшего потребления еог.ы устными приходятся нч период времени после раздачи корма. Ргзнемер.юсп, потребления соды з течение суток непосредствен!»

связана с числом сбслухтеаемьк киаэтных. Потребление воды животными по часам суток и в течение суток характеризуется коэффициентами часовой и суточной неравномерности водопотреблгния.

В зависимости от числа гкизотных в группах, коэффициент суточной не-рааномерности составляет 1,18...1,04, а коэффициент часовой неравномерности 3.32..Д02 (для групп животных соответственно от 20 до 200 голов).

Данные часового расхода воды в животноводческом помещении для различных по количественному ссствзу групп киеотньк представляют собой случайные числа; распределенные по нормальному и экспоненциальному законам распределения с вероятностями 0,91 ...0,25.

Нгкбопее напряженный Период работы системы автопоекия но расходу воды пргаадится га промежуток времени с 6 до 22 часов; В ночной ( с 22 до 6 чгсск) период времени систем аэтопоения практически простаивает. Прометут,« Бремени, о течеииа которых система автопоения простаивает, представил: от собой случайные чйста, распределенные по законам распределения зке-

гакенцк&пьиомуи Ssf;3yr.a с к&роятностямя 0,92...0,94 (рис. 3.)

---------------------------

№

Ш

$6

»Лй

ttv

50

ßü 40

¿0

0 ~ 5 в ÍÍ го ¿S ¿0 ss <¡í¡ SO 55 £0 65 X, пин ' Рко.З. Респредепениз времени простоя системы езтопсенкя.

1 - распределение ершени простоя системы азтопоения (суточное);

2 - ргщзэдеяеийз времени простоя системы автопоения ( б кочкой период ).

Интерзалы времени, в течение которых система аэтолоемкя простзизеет кшисят от числа обслужкзаемш жкготных. Для 100 голов KFC среднее значение г,>ууленя простаивания составляет 315,4 с, а для 20 голов - 539,7 с.

Срзднса значение интервалов времени между подходами животных к по-игяш а sssmoíí мссти от их численности находится в пределах от 1 до 10 мин. в период актезного еодопотребпения и от 10 до 20 мин. в ночной период

Данные по длительности водопотребления животными в основном «ответе гн>юг нормальному, еггпокекциапьиому, а также распределения Вейбупа

1 4

JL 1 /

и. /

—• s /

\

1 ч^ _К>

il l

с вероятностями 0,e0...0,S97. Среднее ааченкэ длительности есдспотрееяе-ния состаеляет 40,4 с.

Интенсивность потребления воды дойными короззми составляет 4,2...21 л/мин при среднем значении 10,2 л/мин. Экспериментальные данные ннтен-шзносги недопотребления соответствуют нормальней1/ згксиу распределения с сероятностьга 0,23.

Расход воды :?з системы ззтспсения мо^ет быть определен с учетом св-рсяткости одновременного действия средств автолоения. Одновременность сагрузхи средств аггапогния косит случайный г>гзктсо и подчиняется с-г,спо-ненциально,.'у закону распределения с героятносткми 0,93...0,93. Среднее число однозременно действующих гзтопокпек для 20 голез составляет 2, 4С голоз - 3, для 80 гппоз - 4, для 100 - 5, а для 200 - S шт.

Температура веды в исследуемых системах гятолеения подг.-л^зэетег, на заданном уровне за счет нзграез ео з тзплогнзргстичгггвм блоке и теомо-сифзнной циркуляции.

Зкгпсримеиттлько установлено, что неравномерность тгкператуеы да по глубине поильной чаши легальной системы затзлоеяйп ссатазллет 1 . с °С, кс?;5фицие»гг нераексмеркоэти (и) при атом находится в пределах 1...1.L.

Температура поды в поильной "дшз к^раБнитгзтся га счгт пскве'сткан'.-га тепгюобмзка в течение 5...10 кикут.

Потери теплэ с открыта?, глдкей поверздуггм а локальной c8«cr!ve евта-пэения путем испарения и чокгездеи с^тезлтот 55% от общих теплсг.отсрс.-

На оснопак-ли зкспоримеяталы-.ьк исслэдсзании устанозленз математическая азвисгсдгеп* по определен!-.» сбебмрюикгга коэффициента. yw«rr.«r>.> t! ¡его хзкструэтхныэ особенности ясглльной сиетгмы аэтопо^ни*

ал - G.73 * 6,Q4 Fe „ At - 1,374 Fs &t + 3,74us , <' С;

где F» г, - площадь водной поыгрхмостм, мг;

F* - площадь корпуса локглы дй системы евтепоения, м-:

лХ ~ рзгксстн там.г-ратуры озды а поильной чаи» и наружного гсгаужз.

и, - скорость гетра нзд водной ггсгерхность®. п'с

Среднее значен« обобщ^-сщего коэффициенте. ре«см<.<нду,».пч; ддр пра?ги"сск.кх ".ic'.irca составляет 13,94 Зт/<м;"С).

Коэффициент теплопередачи через корпус локальной системы азтет* 8яия находится э пределах 4,07...6/4) Вт^м' "С) при среднем значении Вт/('Г-С).

Мон?юсчь «а -ч-грет веды заеисит от температуры изр/^-i гозд-ла. дгстгепькесги метром, passner;» »««апкмоД я "Гг-^исД з та.-ч

вместимости поильном чаши.

Всаимосвязь между этими факторами и мощностью на кзгрез воды установлена в виде уравнения регрессии:

Р=151,653 - 0,113 х + 2,123л1в - 0,515 105,6367 ,

(19)

где т - длительности нагрева веды, мин;

Лч- разность конечной и начальной температур воды, "С.

Графики зазисимоста мощности водонагревателя от разности темпера тур вода в поильной чаше и наружного воздуха представлена на рис. 4.

Р.Вт

£00

450

300

150

I 3 у

/ .

?

„—-

/

,1 — -Л—г—

10

15

го

25

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

поильной чаше и наружного вс-духа. 1 - экспериментальная зависимость, полученная при Осу«= 0,123 л/с, скорости ветра и=0,5 м/с; 2 - зависимость, полученная при среднечасовом потреблении воды животными Осуы = 0,168 л/с, 0=0.5 м/с; 3- зависимость, полученная при максимальном потреблении воды животными Осуи= 0,276 л/с, и-0,5 м/с; 4-гмтгри тепла через корпус локальной системы гвтепоения и с водной поверхности поильной чаши.

Скорость нагрева воды в поильной чаше здэисит от мощности водонагревателя, вместимости поильной чаши, начальной температуры веды, температуры окружающего воздуха и скорости ветра над водной поверхностью.

Взаимосвязь между указанными параметрами представлена следующим уравнением регоессии:

гр =0.032? + 0,3031 -5- 1,3721н- 273,237-O.263W0.435u - Э, (20)

где ^ - начальная температура воды, °С.

Ззаисшость температуры воды в поильной чзой локальной системы автолоения от длительности нагрева предстзвленз на рис.5.

Данные исследоззний показывав, что для поддержания температуры воды в поильной чгшэ локальной системы автопоения нз уровне 12...14 "С, мех; к есть теплоэнергетического блока должно составлять 56-1 Вт.

о ю 20 за 5 о ¿о

?1'С,5. Зависимость температуры воды в поильной чапп летальной системы Езтспсения от длительности нагрела. 1,2,3- экспериментальные кривые нагрева, полученные при ргзгт^.л условиях ( {„=+12 "С, О,.=0,04 л/с; "С, О,=00б п'с; "С.

0ц=0,123л/с; Р=370 Вт). 4 - кривая, построенная по результатам рсчи^ки уравнения аппроксимации (+9 "С, \М>,04 м3. Р=370 Вт.)

В рассредоточенной напорной системе авггопоенпн, наибольшая честь, потерь тепла приходится т долю трубопроводов и составляет 32 ..£'2% от общих потерь тепла. Значений коэффициента теплопередачи через станки тру? находится в пределах от 8,72 до 10,46 Зт/(мг СС), при среднем аоче-ннк 9,74 Вт/(мг °С).

На долю бакз-накопителя приходится от 3 до 14% от обиух потерь тся-

па. Коэффициент теплопередачи через стенки баха-нгхолителя нгходится в пределах от 4,23 до 7,21 Вт/(м2 °С) при среднем значении 5,29 Вт/(м2°С).

Результаты исследований, характеризгую-щиа зааисимость мощности! теплознергетичс-ского блока от кмструктозных параштров систем азтопосния и числа обслуживаемых животных, представлены б табл. 1. Взаимосвязь между основными факторами, оказывающими влияние на мощность теплоачергстического блока, может бить определена в виде ураписгул регрессии:

(21)

где Ус -сЗъег,! Сл/а-нзжгАи&т, ?-г;

Ртр - гшсщгць тсллоэтдгж-Щйй тр- ;; к*.

1 си.-,л!; '

7р®буезда~> (лощнссть вгд« яфеьэтБЛя о зкчсалксп« от ¡зьефухп^ньл гирс:ч«етрса системы гдтсяккггйгя к члега оёглужиьаэа&к гл&эткэи

¡Ърайзтра -

Ч.1СЛО Разад Темп. Еы- ДйЛ,- ^ |

ЖИ50ТНЫХ ЕЗДУ, годы вдав к»7ГЬ труб, ¡! клтр —< I

в группе-, л/с з бако- сяста- труЗ, н^фэаг- |

гол. кахоп»,-тела, °С гж,°С. кгикш- ТСГ5Л,Ы3 г.; тиля, £т.

20 0,0033 10...18 12...14 0,04 ш 533

40 0,01В 15...18 12...14 0,07 77 3/4 " 1154

60 0,025 16...1С 12...14 0,0Э 104 0/4" 1601

80 I 0,034 16—18 12...14 0,100 133 3/4" 1785,4

100 0,042 16...18 12...14 0,117 173 г/4' 250Э

Одним из показателей, характеризующих ргбэту системы азтопоания, является температура воды, которой сна досткгнзт е систс;«~ ез опрадгибянь^. промежуток времени. Математическая згсмскмостъ ерзднзй температуры воду э системе азтопосния от основных фастороа, оказывающих из ноо мшн'Лг, поедстазляет слздующза уравнение рггрессик:

37.8 - 455,3 V + 0,173 т - 6,39 г^ -1,0"«^ - 2,651гн - 0,017? , (22)

где С- начальная темп^ратурз езда , "С.

Для поддержания заданной температуры боды о базнзпеуной с'«стг«»й азтолоения достаточно еодэнггрезгтепя мощностью 375 Вт. Емкость бвхг -

накопителя должна быть не менее £5 л, для получения воды с температурой 12...14 °С в период активного ее потребления. Теплоизоляция корпуса бага -накопителя слоем мингрзлькой взты поззоля-гт снягить мощность теплозмер-гетического блока кэ 7%.

Для обоснования кенструстиЕных пзрамзтроз систем гитшзенкя, е5сс-печизающих циркуляционный расход воды, проведены гаспсе'л;,?г;лтлы!нэ исследования гидргзличесвс: рвжкмоз работы рассматриваемы* актам.

Установлено, что скорость циркуляции воды в локальной система поемия зависит от уровня устзмоэки теплогкергетичзехого Елойз, диаметра циркуляционных патрубков, их длины, температуры воды в пемпькей чей», Т5-плсэксргетичесетм блока и цкргуляцчсж-сик трубопрж^зс.

Еззимосгязь мекду стгмн ф&йгерзмй, может быть Еырзэтиз рс-гресски:

о = 0.0424Н + 1 ,£7с!» 0,С015 &-М-5,63-10"®1 - С ,С27 , (23)

где Н - уровень устгнсзки тепл^^ер.чгг^'хуого блоке гп^ххссл^".':* поильной чаши, м;

ч и {о - температуры рады на вькоде к ехс-до б нг.фггзгкль, РС.

Зависимость сксрссти ¡ръкупщт яозм к пыгъь-яй епиооекип

от уровня устанзеки тсплазкергеткуссюго йтокг г-редстгеленэ нт рис. 6.

Ркс.6. Зависимость скорости цирхуляца« воды от уровня утемо*«« те!шо1нгргетическсго Сгюад. 1,2,3,4 - экспериментальные-кривые , попученнь» для пзтрубг.ез ргаличных дтемгтреэ (20,25,22,40 ми); 5 - тзоратичзсяя кдовя (при. диаметре патрубка 20 мм).

Из этих графиков видно, что ццркулпцкя воды еозможиа при рзакюохпг кки таплбвнсргетическоте близ над гтпьнай чзи*й (Н = - 0.215 м). что лещ-

уверхфгя теоретические палс»:сния. Сдчзко при расположений теплоэнергетического блока нзд поильной чсикй с5оку ез, скорость циркуляции мзла или неравномерна (неустойчиоая циркуляция). Поэтому иекСолсз целесообразно располнеть теплоэнергетический блек лсд поильной чза-'эй.

С начальный период неграм, когда каЗлгедоется интенгигный реет температуры седы скорость циркуляции растет. При дальнейшем росте температуры СОДЫ 5 поильной чзшэ (до 23 °С) скорость цирхуляции ск»«;аотсл. 3*спсри.мэнтально установлено, чте для поддержания температуры веда! в поильной чаше покапыюй емгтшы ешккения в пределах 14...18 °С кеиЗэлае цслесозёраено игпапьзозгть ц:?ркулкц40нкь:э потруби внутренним дмбмст-ром 20...25 мм при ургене ус%г»г»1те>ъязг!1сргстичезкого блока £Э...11? и,:а

Для бссеклсрнсй, рсосргдэтхме'¡ной систгглы естолоения "тяйглым" режимом ;.;;пягтгл тот перяед. когдг она простанигот.

Циркуляционный ргсхед, достаточный для г.здс.£р.т.зн«я температуре ьоды о поильной чаше не. урс-сн^ 14.. .1С °С е:- простоя систему ь :~отс-эняя. кгходктся в пределах 0.0СЗ..Д0Я 1 л/с.

Загйхимоать сксрегта циркуляции в безнапорной рзосредстомммой системе с&топосння от диаметрез циркуляционных труЗипроисдсэ при раслич-нш урег-ллк расположения тгилойнс-ргетингского Спока пргдетгзпгна нл рис.7.

2,6

1.3

С , -

2р 23 32

Рис.7. Зависимость скорости циркуляции & безнапорной росгредсточйи.^". система астоповкия от дизмэтроа циркуляционных трубопровод» при реальных уровнях расположения телпооигргетическ&го Ьлохз. 1,2,3 - экспериментальные кривые,полученные при различных уровнях уста-нобхи тсллсзнгргвтмческого блока (Ш, 108, 208 мм).

V? =-'0,04 м» Р£; * УЬЗ Вт у*-

Лу

Дгл лодгарлигнич температуры воды в поильной чей» безнапорной системы аэтопсенья на урсзнэ 14...13 °С целесообразно использовать трубы с внутренним диаметром таюхэ 20...25 мм при урезке устснозки тепгоэнергети-че- ;ксгс блекз кз hjcxs 103 мм относительно дна Haxore-rrertHOii емкости.

D низкзнгпсрнсЗ рзссредоточенной система гзтспсенил скорость циркуляции зависит от диаметре» циркуляционных трубспрозодоз, уровня устанозки теплоэнергетического блока относительно разводящего трубопровода и багл -иакопитсля, длины труЗопргеодов, разности тшпзрзтур воды о баке - накопителе, рголаеде.т.гтаг.!:ном ч обратном трубопроводах vi теплоэнергетическом едоке.

3 хода провод-ннкх исаладозаний устансапоно, что pin системы аито-г.еомия^бслужизающей 20 гслоз КРС и общей протяженностью 65 м необходимо исподьзоззть трубы с заутренним диаматром 20 мм при устаноска теп-леэнергстимгзкего блзха на урегне на манез ¿50 мм рли трубы онутренним днзмстрсм 25 мм при узтакекз тсплогьгрггтичззксго бпегэ нз ни.г-3 250 мм; для систсмы ,сбату»1-г:сщсй 40 гслоз КРС и прэтяжзнностъю Т7 м. достаточ-го испсльзс.-.тть с снутреаним диаметром 25 и узтздссксй тапло-знергетичасксго блехз ¡-з урознэ SG0 мм, для системы азтспезния, сбплужи-г=;ощгй 60 гоясз KFC и с длиной труб 1С4 м - диаметр труб 25 мм и уровень устскоаки теплоэнергетического блока 650 мм или диаметр труб 32 мм и уро-F.-Hb устаноЕ.-и теплоэнергетичеекггэ блока 350 мм, для систем аэтепоения. сЗсг.уткивающпх 80 гало?, и ссщей протгкхзннсатьзо 133 м, достаточно исполь-зегать трубы дисметром 32 мм при устенсгпо таплсс!:оргетичасг.ого блока на усесне не менее 400 мм; для сксттмы азтопоекия, сбсяугхиЗ'Зющей 100 голов К,"С и обще* пратя:ггннзсть:-э 173 м, достаточны трубы дчемэтрем -0 мм при ycrsHorxo теплоонерггтичестагэ Sr.on из уровне кэ менее 300 мм относительно рг.ззедяаггзтрубогг.сгедз.

На оснсззнии »/.ссладзгзкий 0Ь!г,э установлено, что

рсссргдоточж'ыз системы езтопзеная с термезифочней циркуляцией наиболее Kr'i-ä:-:-^^,!-,: при о^спуз-яаскии до 60 пояса К'С и протяженностью не бо-г.-:з м. При оссяу.жгеании бсльияго пстэясзъя животных, наряду с термос: ípoi'Ht".! с^ехгом цслссссбрза ¡o испольасгать инрхуляцгонмые насосы м с й г роиз^-оди "г гьк i.

£Lf33E3." Э.-пну.пмк-.кс-я гАс^ехтизность результатов исследований"дзн т?.чничс-о.гс.чсмкчйсг.ий анализ исследуемых систем гзтопоения в ерэенении с группсасй автопои/дои АГК - 45 и системой аитопсения с водонзгреватеге-м 'ЗОИ - 600. Эконсмичзгкая сффеетизность этих систем азтопоения ппедстал-гг-'Jl таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительные технико-экономические псхсзатели, отнесенные на 1 голову

______обслуживаемого поголовья_

! | Варианты систем аэтспоения

№ АГК-4Б локаль- рассре- рассре-

пп Показатели ная ис- доточен- доточен-

следуе- ная с ная

мая ВЭП-600 иссле-

дуемая

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

2 Эксплуатационные издер- 4997,1 3662 18678,36 11243,14

жки, руб.

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

4 Капиталовложения, руб. 1584 1518 19250 18234,7

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

6 Срок окупаемое™, лат. — 1,68 - 1,98

Выводы и предложения.

1. Анализ конструктивных схем систем автопоения показал, что системы аатолоения с термосифонкой 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 азтопоения, в качестве исходных данных следует использовать следующие: суточное потребление воды одним жиботным - 30...41 л/сутки, длительность потребления воды животными - 33...55 с; интенсивность водопотребления - 4,1...21 л мин., при коэффициентах часовой (к^) и суточной (к,) неравномерности разных 3,02...3.32 и 1,04...1,18 соответственно; средние интерзалы времени между поду.'лзми животных в течение суток - 343...595,4 е., в зависимости от числа хивотных а группе.

3. Мощность теплоонергетического блока в локальной системе автспсения зависит от расхода воды, потребляемой животными в течение суток, темпера-"гСи окружающего воздуха, объема воды в поильной чаше, обобщающего ко-гффицлекта характеризующего потери тепла с открытой водной поверхности и через корпус поильной чаши. Среднее значение обобщающего ксоффи-'.■и-гта еззно 13,94 Вт/(м2оС).

4.Мсщность теппээнсргеггкчзскяо бпзта в ргесрздоточэхно*« система а~

тсггазиия зссискт от расхода езды потребляемой жксотными, состояние м,^-роглимзта в животноводческом помещении, длительности простоя системы аэтопоекия, длины и дизмэтроз ц 'реляционного трубопровода, а также величины госферициентоз теплопередачи через стенки трубопроводсз и бзка-нзш пит-гчя, средние значения которых равны - 9,74 и 5,23 Вт/(м2оС) соотеетстке^-!- э.

5. Для поддержания заданного температурного в локальной системе гзтопеения, циркуляционный расход воды в ней должен быть не ме^ь-е 0,0111...С,033 а'с. При этом уровень установки теплоэнергетического слога относительно дна поильной емкости должен бьггь не менее 105 мм., а внутренней ди~метр циркуляционных трубопрс-эдоз -20...25 мм.

G .Требуемый для поддержания задзнной температуры воды ^'.реляционный расход в рассредоточенной системе егголоения должен быть не менее 0,0с'33...0,045 л/с при мощности теплоэнергетического блоха $56...250? £т . в г;гискмэстм ст «игла обслуживаемых хкзотнь« и кякструктипнкх пгргм«т-регз систгмы азтепуччл.

7. Уровень ycTTíHw-ur.H теллсе.-'гг-гггич^сксго £лохз в ргсерэдоточа-мои системе зьтолоечия зазкеит ст гк-ссты роспйлсж-гчип 6згач!акоп»г.»ля. дпинн и ¿шдстрзз труЗопровздсз. В сез~>«тгтс«и с этим теплоэнек-сшческий йтла дзджгн рсспсл-гсться не нкг.е 250 мм относительно разводящего труГ>:г:->;-есда.

3. С vs ем Сзкэ-кгхопителя ззеиогг ст ччгла с^слуноггмагз noroncwbs и дег^-.-н 5»,ть P-V4WM 0,04 м3 для 20; 0,07 м3 для -'0; 0.09 м3, для СО ; 0,1 м1 длл £0; 0,117 м3 для 100 голов КРС.

Ь. n^wc-iv!*" тгг-гюигпгкрующгго слоя г» епзтечэх гатегоения почзолзет

CCípjTrTTb Т?ри теялз 3 ОфуКЗ!Ои|УЮ СрбДу, ЧТО гПОСоёСТГ.,'СТ C-«UKC><:VO

мга;магги теплое:-.;?.« стк^зкогг Слг« на 4...7 % .

10. НэлГогеэ цслзсосСрзгчо испсльз©гг7ъ рлссргаотоме:!нь»е сигп»ч;

е7гслссчкл С т.-РМГСКС-онной 1!Чр*уЛ(5Ц'-'СЙ ВЗДЫ В ж;10стко5сд«.-схих пен-ич-

иилх с лрстяквнностею трубопреззда не Солее 104 м.

11. внедрение локальней и рздерадоточенной систем взтопоения с тс-р -г/эсифонион циркуляцией с-сды пмэогязт снихпь эксплуатационные sa ■;>;<': í -в 1,33 и 1,41 рззз соответственно, при обаспгчгна* процссез аетогюеми* в ср-стлтстеия с зостехничесю»»,'.« нормами.

С еьтав! ^rnose^^fiiivC^IT.umi^?^^ *'

1. Поцелуе» А Д., Назаров И.В Сезгги^нсг^к:!-;« емстел » n^.vst ?о -топ-ч-Hí^ ллл (t"?» КРС а Тея-сы докладов из^сч гг^-яда-оч« .па

научно - исследовательской работы зз 1931...1533 г.г. АЧИМСХ. - 1S33. -с.12-13.

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

3 Результаты исследований электродного подогрева воды в псилкзх / Назаров И.В., Поцелуев A.A.: АЧИМСХ - Зерноград, 1995. - 7 с. - 5 ил. -Библиогр. 5 нззз. - Рус. - Деп. ВНИИТЭИСХ 23.07.95, № 2321 - Е95.

4. Назаров И.В., Поцелуев A.A., Ч&фоноз В.М. Электронагревательный блек: Информ. листок N2 206 - S5. - Ростов н/Д : ЦНТИ, 19955. Назаров И.В., Поцелуев A.A. Автопоилка для животных. Патент fö 205-3660. Опубл.10.02.96, Бюл. N3 4.

6. Назаров И.В. Обоснование режимных параметров термосифонной системы групповой автопоилки. В кн. Совершенствование технологических процессов, машин и аппаратов в инженерной сфера АПК. Сборник научныхтрудсз АЧГАА. - Зерноград. - 1996.

7. Назаров И.В. Тепловой баланс и результаты исследований рабочего процесса автопоилки с термосифонной системой подогреза воды. В кн. Сс-верижнствование технологических процессов, машин, и аппаратов в инженерной сфере АПК. Сборник научных труд о з АЧГАА. - Згрногргд. - 1993.