CC BY
30
Обоснование режимных параметров систем рециркуляции вентиляционного воздуха производственных помещений АПК
ЛН. Андреев, к.т.н., ВВ. Юркин, ст. преподаватель, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Материал и методы исследования. Животноводство - один из важнейших секторов АПК страны, включающее технологические процессы от выращивания животных до реализации готовой продукции. В структуру себестоимости продукции входят расходы на энергозатраты и энергоресурсы -до 15%. До 50% всех энергозатрат предприятий уходит на создание оптимального микроклимата. Затраты на подогрев приточного воздуха достигают 70 - 80% энергозатрат на микроклимат. Вместе с тем отклонение параметров микроклимата от нормируемых значений приводит к снижению удоев молока на 10 - 20%, уменьшению приростов живой массы -на 20 - 30%, увеличению отхода молодняка - до 5 - 40%, снижению продуктивности птицы - на 30 - 35%, сокращению срока хозяйственного использования животных - на 15 - 20%, увеличению затраты корма и труда на единицу продукции, уменьшению продолжительности эксплуатации зданий и оборудования [1]. Также качество воздуха коровников, телятников, конюшен, свинарников, кошар и птичников может оказывать влияние на работающих там людей (доярок, свинарок, чабанов, конюхов и т. д.), которые находятся в помещениях для животных ежедневно в течение многих часов, выполняя производственные процессы по уходу, кормлению и эксплуатации животных. В процессе эксплуатации животноводческих комплексов воздушная среда агрессивно воздействует на оборудование и работу инженерных коммуникаций. Резкая смена температуры, повышенная влажность (до 90%) и наличие вредных газов (аммиак, сероводород) негативно сказываются на сроке службы оборудования. Например, срок службы магнитных пускателей и автоматических выключателей не превышает 3,5 года. Выход из строя электродвигателей составляет 15 - 20% в год [2, 3].
В формировании микроклимата животноводческих ферм и комплексов ведущая роль отводится системам вентиляции, которые имеют следующие функции: удаление излишней влаги, вредных газов и углекислого газа, пылевых и аэрозольных частиц, а также обогащение кислородом. Вентиляционные системы подразделяются на приточные, вытяжные, приточно-вытяжные, вентиляция с рециркуляцией воздуха. Основными являются вытяжная и приточно-вытяжная системы вентиляции, но эти системы вентиляции имеют существенный недостаток -большие теплопотери ввиду того, что энергозатраты на создание микроклимата, а именно подогрев при-
точного воздуха, могут достигать 60% от всех энергозатрат предприятия [4 - 6]. Эта тепловая энергия выбрасывается вместе с вытяжным загрязнённым вентиляционным воздухом в окружающую среду, что приводит не только к снижению энергоэффективности предприятия, но и повышает экологическую нагрузку на близлежащие территории.
В целях экономии тепловой энергии в отечественной и зарубежной практике существуют различные системы вентиляции, в которых происходит теплообмен между выводным и поступающим в здание воздухом с помощью устройств для возврата тепла (теплообменниками), которые вследствие запылённости воздуха животноводческих помещений не нашли применения в животноводстве по причине возможного переноса пыли и других загрязнений из удаляемого воздуха в приточный.
Одним из перспективных вариантов снижения те-плопотерь животноводческих помещений является использование различных режимов работы систем вентиляции, связанных с перераспределением воздушных потоков в режимах прямой циркуляции, рециркуляции, частичной рециркуляции.
Исследование проводилось с использованием известных положений теоретических основ электротехники, физики электрического разряда в газах, теплотехники, зоотехники, теории планирования эксперимента.
Режим прямой циркуляции. В режиме прямой циркуляции количество приточного воздуха Ql, рассчитанное исходя из санитарно-гигиенических требований по формуле = Ь, где Ь = Ц-и т/100, где Ь - требуемый воздухообмен, необходимый по санитарно-гигиеническим нормам, м3ч; и - интенсивность воздухообмена, м3ч/ц; п - количество животных, гол.; т - масса одного животного, кг), равняется количеству вытяжного воздуха Q2 (рис. 1).
Рис. 1 - Режим прямой циркуляции
Необходимая кратность воздухообмена в животноводческом помещении, обусловленная зоогигие-ническими требования, рассчитывается по формуле:
N = 1/У.
(1)
где V - объём животноводческого помещения, м3.
В свою очередь кратность прямой циркуляции ^р, равная отношению (1), будет равна необходимой кратности N.
В этом случае количество приточного воздуха равно количеству вытяжного воздуха и равно количеству воздуха, поступающего в помещение:
01 = 02 = 03. (2)
Тогда будет верно равенство:
Nпр = 01/V=N = ЫУ. (3)
Отношение количества воздуха, поступающего из окружающей среды, к количеству воздуха, поступающего в помещение, будет называться коэффициентом прямой циркуляции в:
в = 01 / 02. (4)
В режиме прямой циркуляции в = 1 (так как 01 = 02).
Режим рециркуляции. В режиме рециркуляции количество приточного воздуха 01 и количество вытяжного воздуха 0з равно нулю (рис. 2):
01 = 0з = 0, (5)
Количество воздуха 02 из помещения направляется в систему рециркуляции и проходит через воздушный фильтр с эффективностью очистки п и возвращается обратно в животноводческое помещение:
04 = 02 = L,
(6)
Режим частичной рециркуляции. Частичная рециркуляция воздуха - это режим, при котором к приточному воздуху 01 непрерывно подмешивается рециркуляционный воздух из помещения 04, в помещение поступает воздушная смесь 02 = 01 + 04. В свою очередь удаляемый из помещения воздух включает в себя количество воздуха, удаляемого наружу 0з, и количество воздуха, направляемого на рециркуляцию 04 , таким образом 02 = 0з + 04 (рис. 3). При этом обеспечивается условие 02 = const, 01 = 0з [44].
где 04 - количество воздуха, прошедшего через фильтр, м3ч.
Отношение количества воздуха, проходящего через фильтр, к количеству воздуха, поступающего в помещение, будет называться коэффициентом рециркуляции а:
а = 04/ 02. (7)
В режиме рециркуляции в = 0, а а = 1, так как 04 = 02. А в режиме прямой циркуляции а = 0, так как рециркуляция отсутствует.
Кратность рециркуляции определяется:
Nрeц = 04 / V. (8)
В зависимости от воздухопроизводительности вентилятора системы рециркуляции воздуха кратность рециркуляции может быть больше или ровна кратности, необходимой по зоогигиеническим требованиям N. Если = N - режим обычной рециркуляции. Если > N то режим внутренней рециркуляции.
Рис. 3 - Режим частичной рециркуляции
В режиме частичной рециркуляции а всегда меньше единицы а = 04/ 02 < 1, т.к. всегда осуществляется подача приточного воздуха для обогащения кислородом [7]. Кратность частичной рециркуляции N4.р. складывается из кратности прямой циркуляции ^р и кратности рециркуляции ^ец. Кратность прямой циркуляции и кратность рециркуляции определяют по формулам:
^р = Ж,.р.в = N^.(1 - а),
(9) (10) (11) (12)
N4.р. = N - обычная частичная рециркуляция; N4.р > N - внутренняя частичная рециркуляция. В общем случае схема частичной рециркуляции будет выглядеть следующим образом (рис. 4).
^ец = #ч.р.а,
N = N + N
"ч.р. "рец1 "пр:
^.р. > N,
Рис. 2 - Режим рециркуляции
Рис. 4 - Схема частичной рециркуляции воздуха:
Спыль - концентрация пыли, С^н3 - концентрация аммиака, Сн2з - концентрация сероводорода
Результаты исследования. Анализ режимов прямой циркуляции, рециркуляции и частичной рециркуляции показал следующее: режим прямой циркуляции воздуха (рис. 1) характеризуется большими энергозатратами, связанными с подогревом приточного воздуха в переходный и холодные пе-
риоды года; режим рециркуляции воздуха (рис. 2) сопровождается сниженными энергозатратами по сравнению с режимом прямой циркуляции, однако в этом режиме в связи с жизнедеятельностью животных в воздушной среде животноводческих помещений происходит накопление пыли, вредных газов, снижается содержание кислорода.
Для устранения этого недостатка в режиме рециркуляции необходимо использовать высокоэффективные фильтры для очистки от пыли и вредных газов, однако проблему обогащения воздушной среды кислородом и удаления углекислого газа установка фильтра не решает. На основании вышесказанного целесообразно применять вентиляционные системы, работающие в режиме частичной рециркуляции (рис. 3) с высокоэффективной очисткой воздуха, направляемого на рециркуляцию. В режиме частичной рециркуляции воздуха к рециркуляционному воздуху подмешивается часть приточного наружного воздуха для обогащения воздушной среды кислородом с одновременным удалением части вентиляционного воздуха в атмосферу с целью снижения концентрации углекислого газа.
В [8 - 12] при рассмотрении вопроса очистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений рекомендуется обязательная очистка такого воздуха с эффективностью не менее 90%. В отличие от приточного фильтра, рециркуляционный фильтр должен обладать большей пылеёмкостью, т.к. концентрация пыли и вредных аэрозолей в рециркуляционном воздухе в большинстве случаев на два порядка и более выше, чем в приточном воздухе. Учитывая то, что объёмы очищаемого рециркуляционного воздуха достигают 5,55 - 11,11 м3/с, а концентрация пыли 35 мг/м3 и более [13], в случае очистки рециркуляционного воздуха целесообразно использовать фильтры с непрерывной регенерацией.
Взаимосвязь между режимами прямой циркуляции, рециркуляции и частичной рециркуляции
воздуха можно выразить с помощью диаграммы, представленной на рисунке 5, которая представлена в виде функции в = / (а).
Точка 1 соответствует режиму прямой циркуляции воздуха (в = 1, а = 0), характеризуется минимальной энергоэффективностью Этщ. Точка 2 соответствует режиму рециркуляции воздуха (в = 0, а = 1) и характеризуется максимальной энергоэффективностью Этах. Однако содержание кислорода при работе в данном режиме снижается ниже нормируемых показателей, что недопустимо. В связи с этим точка, соответствующая режиму частичной рециркуляции (точка 3), будет находиться на прямой между точками 1 и 2. Известно, что для обеспечения санитарно-гигиенических норм (снижение концентрации пыли и вредных газов в воздушной среде) требуется приток свежего воздуха, в зависимости от вида и возраста животных - от 0,17 до 1,05 м3/ч на килограмм живой массы, при этом минимальная потребность наружного воздуха с физиологической точки зрения составляет всего 0,03 - 0,16 м3/ч*кг, т.е. для обеспечения санитарных норм по загрязнителям в воздушной среде помещений необходимо подавать наружного воздуха в 6 раз больше минимально требуемого по физиологическим нормам [7]. Таким образом, оптимальной будет точка 3 с координатами 6/7 по оси абсцисс и 1/7 по оси ординат, т.е. воздух, подаваемый в животноводческое помещение, на 6/7 (85%) состоит из воздуха, прошедшего через систему очистки рециркуляционного воздуха Q4, и на 1/7 (15%) - из воздуха, подаваемого из окружающего воздуха.
Выводы. Сравнительный анализ путей повышения энергоэффективности систем вентиляции показал, что наиболее оптимальными являются системы вентиляции, работающие в режиме частичной рециркуляции воздуха.
С точки зрения повышения энергоэффективности системы вентиляции, соблюдения санитарно-гигиенических норм содержания животных и при
Рис. 5 - Связь прямой циркуляции и рециркуляции системы вентиляции
условии неснижения производственных показателей установлено, что воздух, подаваемый в животноводческое помещение, должен состоять на 6/7 (85%) из рециркуляционного воздуха, прошедшего через систему очистки, и на 1/7 (15%) - из воздуха, подаваемого из окружающей среды.
Литература
1. Баланин В.И. Микроклимат животноводческих зданий / ПрофиКС. 2003. 133 с.
2. Рекомендации по расчёту и проектированию систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуху. М., 2004.
3. Бабаханов Ю.М., Степанова Н.А., Шаталов А.П. Снижение энергопотребления системы микроклимата в животноводческих помещениях // Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве / ВНИЭСХ / Научные труды. 1985. Т. 64. С. 98 - 107.
4. Возмилов А. Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве: дисс. ... докт. техн. наук. Челябинск, 1993. 337 с.
5. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1986. 269 с.
6. Юрков О.И. Тепло- и массообменные процессы в теплообменнике животноводческих помещений // Водоснабжение и сантехника. 1972. № 7.
7. Уаддн Р.А., Шефф П.А. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях. М.: Стройиздат. 1987. 158 с.
8. Этология сельскохозяйственных животных / пер. с чешского Б.Н. Пакулева; под ред. и с предисл. Е.Н. Панова. М.: Колос, 1977. 304 с.
9. Храмцов В.В., Табаков Г.П. Зоогигиена с основами ветеринарии и санитарии. М.: Колос, 2004. 281 с.
10. Ветеринарно-санитарные требования при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации животноводческих помещений. М.: ВО «Агропромиздат», 1988.
11. Славин P.M. Комплексная механизация и автоматизация промышленного производства. М.: Колос, 1978. 348 с.
12. Методические рекомендации по применению и исследованию средств очистки и дезинфекции вентиляционного воздуха животноводческих и птицеводческих помещений. М: ВИЭСХ, 1982. 39 с.
13. Селянский В.М. Микроклимат в птичниках. М.: Колос, 1975. 304 с.
Результаты экспериментальных исследований наплавленных образцов подбарабаний комбайна CLAAS TUCANO
В.С. Коляда, инженер-исследователь, В. А. Шахов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
В сельскохозяйственном производстве Оренбургской области весомую долю парка машин и орудий составляет зарубежная техника. Это высокопроизводительная и надёжная техника, работающая в животноводстве и растениеводстве. В западной и центральной зонах особой популярностью пользуются комбайны фирмы CLAAS. В комбайнах немецкого производства, равно как и российского, с увеличением наработки происходит износ деталей, узлов, агрегатов. В частности, изнашивается подбарабанье, приводящее к недо-вымолоту зерна, потере урожая. Поэтому были выполнены исследования по разработке технологии восстановления подбарабаний комбайнов фирмы CLAAS.
При поиске оптимальных значений параметров процесса наплавки поперечных планок подбараба-ний необходимо ориентироваться на минимально необходимое значение твёрдости, которое будет отвечать необходимым эксплуатационным характеристикам исследуемого процесса [1 - 5]. И безусловно, это твёрдость нового подбарабанья, равная HRC = 34.
С практической точки зрения предпочтительнее для этого получить трёхмерные графики зависимостей твёрдости наплавляемого слоя от режимов наплавки, чтобы их (режимов) выбор в совокупности обеспечивал требуемую величину твёрдости [1 - 6]. Построение таких графиков возможно при наличии математической зависимости (модели) твёрдости наплавленной поверхности от факторов,
поверхность отклика которой можно представить как геометрическое место точек значений параметров режима наплавки.
Материал и методы исследования. С целью качественного анализа наплавленного слоя на изношенное подбарабанье комбайна CLAAS, предоставленного СПК (к-з) им. М.В. Фрунзе Тоцкого района, поперечная планка была срезана и для удобства проведения экспериментов из неё были изготовлены образцы длиной 120 мм и шириной 40 мм. Данные параметры образцов определили возможность минимальных дополнительных настроек измерительного оборудования и тем самым сократили время проведения исследования.
Перед началом исследования все образцы для достоверности данных были обозначены двумя способами: маркером - порядковый номер; насечками - порядковый номер (в случае если краска будет стерта).
Для соблюдения достоверности экспериментов наплавочные процессы выполнялись на участке наплавки при температуре 18°С при включённой обменной принудительной вентиляции помещения производственного цеха и локальной - сварочного участка [4, 5, 7].
С целью повышения точности проведения исследования наплавка проводилась по следующим условиям: предварительно зачищали наплавочные поверхности; наплавляли поперечные стороны планок; наплавочная поверхность представляла площадку размером 10*50 мм.
Наплавочное оборудование, используемое для проведения эксперимента: сварочный полуавтомат «ВЕГА-МИГ-400», механизм подачи проволоки
