CC BY
40
УДК 631.248.4
О. В. Ворожцов
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО НАВОЗА В ПЛЁНОЧНЫХ НАВОЗОХРАНИЛИЩАХ — ЛАГУНАХ
Рассмотрены проблемы, возникающие при хранении жидкого навоза в пленочных навозохранилищах, и способ повышения эффективности функционирования лагун. Приведена конструкция устройства, обеспечивающего перемешивание илистого осадка для предотвращения заиливания лагуны, а также разрушение плавающей корки.
Ключевые слова: устройство для перемешивания жидкого навоза.
Из множества применяемых на данное время навозохранилищ пленочные навозохранилища (в дальнейшем — лагуна) представляют интерес для хранения жидкого неразделенного навоза с точки зрения цены вопроса. Пленочные лагуны на сегодняшний день являются наиболее востребованными, поскольку обладают рядом преимуществ:
- минимальные сроки возведения;
- стоимость возведения лагун значительно ниже, чем бетонных и металлических навозохранилищ равнозначного объема;
- гидроизоляция лагун обеспечивает 100% защиту от проникновения в почву болезнетворных микроорганизмов (в связи с пористой структурой бетонные навозохранилища уступают пленочным).
Особенно актуально использование лагун для небольших фермерских и крестьянских хозяйств рабочим объемом не более тысячи кубических метров. Например, для обслуживания свинофермы с поголовьем животных в 250 голов необходимы две лагуны общим рабочим объемом 600 кубических метров. При реализации уборки навоза с помощью ручного труда приведенные годовые затраты составят 280 тыс. рублей, тогда как затраты при реализации автоматизированной технологии уборки с использованием лагун составят 240 тыс. рублей, что на 15% меньше. Наиболее весомой проблемой, ограничивающей применение лагун, является их заиливание.
Основной проблемой при хранении жидкого неразделенного навоза является его расслаивание в процессе выдерживания. Из-за своих физикомеханических свойств навоз образует три уровня:
- плавающая корка, состоящая из твердых частиц непереваренного корма, грубых остатков и т. п.;
- осветленная жидкость без взвешенных частиц толщиной от 1/2 до 3/4 общей глубины навозонакопителя;
- илистый осадок, состоящий из органических частиц, толщина которого составляет от 1/5 до 1/4 общей глубины навозонакопителя.
Откачка навоза из навозохранилища без предварительного перемешивания приводит к тому, что полезная емкость навозонакопителя с каждым циклом наполнения и откачки уменьшается, и через некоторое время полностью заилится более плотными составляющими навоза. Это происходит из-за того, что
откачать насосом слежавшийся илистый осадок невозможно по причине его высокой плотности (более 1200 кг/м3). Механическая очистка лагуны в случае ее заиливания без повреждения пленки невозможна.
Рис. 1. Схема установки стационарной лопастной мешалки:
1 — лопастная мешалка; 2 — стойка; 3 — пленка; 4 — напорный трубопровод
В настоящее время для предотвращения заиливания лагуны наибольшее применение получили стационарно установленные лопастные мешалки (рис. 1). При применении стационарно установленных лопастных мешалок возникает ряд проблем:
- перемешивание осуществляется по наибольшей длине, так как мешалка устанавливается у меньшей стенки прямоугольной лагуны;
- рассеивание энергии скоростного напора, создаваемого пропеллером мешалки, в радиальном направлении, что значительно уменьшает энергию затопленной струи жидкости;
- перемешивание области, расположенной у стенки за мешалкой, практически невозможно;
- вибрация стойки при работе мешалки.
Для повышения эффективности функционирования навозохранилищ более рациональна установка перемешивающего устройства по центру дна лагуны с возможностью попеременного непосредственного воздействия на илистый осадок и плавающую корку при реверсе электродвигателя. Для предотвращения застойных зон, образованных прямоугольными углами, а также для реализации равнозначных расстояний, лагуне необходимо придать форму круга. Перемешивающее устройство изображено на рис. 2.
При равенстве площадей живых сечений 11-11 и Ш-Ш значение скорости частиц жидкости на выходе из устройства будет определяться по формуле:
§ (В 2Ьз + 2ЬП0Т)
64 х А2 х В2
0,785 х а2 - 0,177 х а2п)
-1
где ан и аоп — диаметры кольцевой насадки и описанной окружности восьмигранника внутреннего колокола в сечении II—II; И3 — геометрическая высота; ЬПот — гидравлические потери на участке между сечениями II; А, В — геометрические параметры (ширина и высота) участка сечения Ш-Ш.
Рис. 2. Перемешивающее устройство
Из формулы для определения значения скорости частиц жидкости на выходе их диффузора видно, что величина скоростного напора будет определяться геометрическими параметрами устройства. К тому же, скоростной напор, создаваемый пропеллером мешалки, будет непосредственно воздействовать на донный осадок, а при реверсе электродвигателя — на плавающую корку. Сущ-
ность предлагаемого устройства состоит в размещении пропеллерной мешалки в диффузоре, состоящем из верхнего и нижнего колокола. В верхней части устройства установлен направляющий элемент с возможностью вращения, угол наклона пластин которого определяет направление воздействия струи жидкости на плавающую корку. При воздействии на донный осадок площадь живого сечения III-III не должна превышать значение площади живого сечения II—II.
Для определения мощности электродвигателя и геометрических параметров устройства необходимо знать расстояние, которое сможет пройти каждая частица жидкости, обладающая начальной кинетической энергией в сечении III—III. Расстояние складывается из горизонтального участка половины диаметра основания лагуны, и длины наклонной стенки в осевом сечении. Основными параметрами жидкого навоза, определяющими длину пробега каждой частицы, будут плотность и вязкость донного осадка, являющегося по своим свойствам неньютоновской жидкостью.
Геометрическая высота h2 устройства (рис. 2) будет оказывать непосредственное влияние на величину пробега частиц жидкости, так как устройство не может функционировать, пока жидкий навоз не заполнит лагуну до этой высоты, что негативно скажется на значении плотности и вязкости в сторону увеличения. Необходимо предусмотреть фиксацию устройства для предотвращения смещения при работе, а также возможность извлечения устройства при поломке пропеллерной мешалки.
Устройство для перемешивания жидкого навоза в лагуне, изображенное на рис. 2, обладает следующими преимуществами:
- возможность воздействия на донный осадок и плавающую корку при реверсе электродвигателя;
- отсутствие застойных зон;
- значительное сокращение расстояний при перемешивании;
- значительное уменьшение угла расширения затопленной струи.
O. V. Vorogcov
IMPROVING THE EFFICIENCY OF MIXING OF LIQUID MANURE LAGOONS
The problems arising during storage of liquid manure lagoons, and a way to improve the efficiency of the lagoons. Shows the design of the device providing the muddy sediment mixing to prevent siltation of the lagoon, as well as the destruction of the floating cover.
Keywords: device, liquid manure.
Ворожцов Олег Васильевич — старший преподаватель кафедры «Теория механизмов и машин» ФГБОУ ВПО ПсковГУ.
