CC BY
80
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
УДК 631.171
Ю.А. БРЫКОВ;
В.В. КАЛЮГА, д-р техн. наук
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАСЧЕТА САМОТЕЧНОЙ СИСТЕМЫ НАВОЗОУДАЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НА СВИНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ
Проведен анализ гидравлических систем навозоудаления на свиноводческих фермах. Разработаны теоретические предпосылки расчета самотечной системы навозоудаления периодического действия.
Крупные свиноводческие комплексы на 54, 108 и 216 тысяч голов были построены в России более 30 лет назад. За эти годы произошёл значительный износ зданий, сооружений и практически пришло в негодность физически изношенное и морально устаревшее оборудование. В сложившихся условиях единственным путём возрождения свиноводства является реконструкция и техническое переоснащение существующих комплексов с установкой современного, высокоэффективного оборудования.
На свинофермах и свинокомплексах построенных в 80-х годах применялось несколько типов гидравлических систем удаления жидкого навоза из помещений. Основными из них являются:
- рециркуляционная;
- рециркуляционно-лотковая;
- комбинированная (рециркуляционно-шлюзовая);
- смывная;
- отстойно-лотковая (шлюзовая);
- самотечная непрерывного и периодического действия.
Все эти системы, за исключением рециркуляционной, основаны на применении заглублённых лотков, закрытых сверху решетчатым полом.
Рециркуляционная система навозоудаления на крупных свинофермах не может быть принята, так как требует больших затрат ручного труда по очистке станков. Кроме того, несмотря на то, что люки колодцев закрыты крышками, не исключена возможность распространения инфекции во все свинарники ряда при возникновении её в одном из них.
95
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
Рециркуляционно-лотковая и комбинированная системы навозоудаления с технической точки зрения работают вполне удовлетворительно и являются одними из самых экономичных, но им характерны два основных недостатка:
- во время промывки навозоприёмных лотков загазованность воздуха в свинарнике значительно повышается, а мелкие брызги попадают в кормушки (из начальной части лотков);
- в случае возникновения инфекции в одном из свинарников ряда не исключено заражение животных, содержащихся в других свинарниках.
Смывная система навозоудаления в основном удовлетворяет ветеринарно-санитарным требованиям, но требует добавления значительного количества воды, в 2-3 раза увеличивая грузооборот транспорта и стоимость утилизации навоза. Она не может быть принята при технологической схеме утилизации навоза, предусматривающей приготовление торфонавозных компостов.
Отстойно-лотковая система навозоудаления в меньшей степени чем смывная, но также требует добавления воды, что сдерживает её применение на крупных свинокомплексах, несмотря на то, что она в основном удовлетворяет ветеринарно-санитарным требованиям.
Самотечная система навозоудаления является дальнейшим развитием отстойно-лотковой системы, но с той лишь разницей, что при самотечной системе удаление навоза происходит непрерывно - по мере его поступления. Она по сравнению с рециркуляционной, рециркуляционно-лотковой и комбинированной системами навозоудаления более проста в эксплуатации и полностью удовлетворяет ветеринарносанитарным требованиям. При сравнении с отстойно-лотковой и смывной системами - самотечная система требует значительно меньшего расхода воды и с успехом может быть применена на крупных свиноводческих комплексах с технологической линией утилизации навоза, предусматривающей приготовление торфонавозных компостов и позволяющей наиболее полно и рационально использовать органические удобрения. [1]
Каналы вышеперечисленных систем навозоудаления имеют ряд недостатков. Длина канала достигает 50 метров. При такой длине, конечная глубина канала больше начальной на 25 см при уклоне дна 0,005. После спуска навозной массы в канале остается большое количество навоза. Для смыва остаточной навозной массы из канала требу-
96
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ется большое количество воды. При возникновении очага инфекции заболевают животные находящиеся вблизи канала.
Как показывает опыт эксплуатации самотечной системы навозоудаления в России и за рубежом, она предъявляет особые требования к технологии содержания и кормления поголовья, к размерам лотков (длине, глубине, ширине) и их элементов, к водонепроницаемости лотков, а также требует особого внимания в период пуска в эксплуатацию.
В настоящее время разработана и существует в ряде стран зарубежья самотечная система периодического действия.
В Ленинградской области на демонстрационной свиноферме ЗАО “Ручьи” работает самотечная система периодического действия, разработанная и установленная голландской фирмой “DLV” (рис. 1).
Ее отличие от ранее разработанной самотечной системы состоит в том, что под каждым навозоприемным каналом проложены пластиковые канализационные трубы. В канале установлены пластиковые тройники, соединяющие навозоприемный канал с пластиковой трубой. В качестве поперечных коллекторов применены также пластиковые канализационные трубы. Продольные пластиковые канализационные трубы соединены с поперечным коллектором через пластиковый тройник. Продольные и поперечные пластиковые трубы укладываются в сторону навозоприемника с уклоном 0,004-0,005. Навозоприемный канал и продольный коллектор отделяются от поперечного коллектора шаровидным клапаном.
Емкость навозоприемных каналов в свинарниках для опороса свиноматок и доращивания поросят обеспечивает накопление навоза в течение всего периода выращивания свиней в них. Освобождение навозоприемных каналов производится после завершения цикла выращивания перед постановкой очередной технологической группы свиней.
При запуске самотечной системы навозоудаления в эксплуатацию требуется только разовое водонасыщение бетонных навозоприемных каналов и их испытание на герметичность. При этом воду, после испытания каналов, можно считать условно чистой и ее можно слить в ливневую канализацию.
97
00
Рис.1. Канал самотечной системы навозоудаления периодического действия свинофермы ЗАО «Ручьи»:
1 - бетонный канал; 2 - панель решетчатого пола; 3 - поперечный коллектор;
4 - шаровидный клапан; 5 - продольный коллектор; 6 - тройник
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Самотечная система навозоудаления периодического действия работает следующим образом. Твердая и жидкая фракции навоза (экскременты) поступает через щелевой пол в навозоприемный канал. При заполнении навозоприемного канала шаровидный клапан открывают. Навоз под действием силы тяжести и гидростатического напора поступает в продольные пластиковые трубы, поперечный коллектор и далее в приемный навозосборник. После освобождения навозоприемного канала клапан закрывают и процесс повторяется. Во избежание воздушных пробок система предусматривает установку воздушных клапанов в начале каждой продольной канализационной линии. Для удаления навоза не требуется дополнительного использования воды.
В процессе эксплуатации производится мойка и дезинфекция станочного оборудования и навозоприемных каналов после завершения каждого цикла в изолированных секциях для опороса свиноматок, доращивания поросят и откорма свиней.
Для сокращения расхода воды и продолжительности мойки станочного оборудования, решетчатых полов и навозоприемных каналов используют передвижные моечные установки высокого давления производительностью 150-900 л/ч и напором 100-150 атм.
Самотечная система навозоудаления периодического действия полностью обеспечивает соблюдение санитарных и ветеринарных требований в свинарниках для содержания всех половозрастных групп свиней. Навоз из навозоприемных каналов самотеком поступает в приемный навозосборник. Емкость навозосборника больше емкости навозоприемных каналов одной изолированной секции для содержания животных.
Испытания зарубежных систем являются основанием для принятия решения о целесообразности использования их конструкций в целом при строительстве новых или реконструкции старых свиноферм или использовании их положительных элементов при разработке конструкций отечественных систем аналогичного назначения.
Основными конструктивными размерами навозоприемных каналов самотечной системы периодического действия являются: длина L, ширина B и глубина H. Длина каналов зависит от размеров свинарника, принятой технологии содержания свиней и объемно-планировочного решения станков. Для сокращения длины самотечных каналов, поперечный коллектор прокладывают по середине свинарника.
99
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
По результатам проведенной опытно-производственной проверки в ЗАО “Ручьи” и анализе самотечной системе фирмы “Big Dutchman”, в настоящее время целесообразнее всего применять самотечную систему периодического действия с навозоприемным каналом, разделенным на секции бетонными перегородками (рис. 2). С учетом надежности работы и обеспечения санитарных требований, длина каждой бетонной секции самотечной системы не должна превышать 8 м [2].
Длина продольного канала самотечной системы периодического действия в свинарниках для содержания животных в индивидуальных станках (свинарники-маточники) и в боксах (свинарники для холостых и легко супоросных свиноматок) определяется по формуле:
LK nc Вс , (1)
где пс - количество станков, располагаемых вдоль одного продольного самотечного канала;
Вс - ширина станка или бокса, м.
При содержании свиней в индивидуальных станках для проведения опоросов или в боксах, при кормлении их сухими кормами зона дефекации не совмещена с зоной кормления. Канал навозоудаления расположен с противоположной стороны от зоны кормления. В групповых станках автопоилки устанавливаются над каналом навозоудаления на поперечных разделительных стенках. Ширина каналов навозоудаления при такой технологии содержания свиней в производственных условиях принимается 1 м.
Глубина самотечных каналов с горизонтальным дном определяется по формуле [3]:
Нк h(Q) +^л + Ьзап , (2)
где hra - толщина слоя навозной массы, скапливающейся в навозоприемном канале, м;
hjan - расстояние между максимальным уровнем навозной массы и решетчатым полом, м (принимается равным 0,01-0,02 м);
h(0) - максимальная высота остаточного слоя в начальной части самотечного канала, зависящая от физикомеханических и реологических свойств навозной массы и конструктивных элементов канала, м.
100
Рис. 2. Фрагмент канала самотечной системы удаления навоза периодического действия:
1 - бетонная перегородка; 2 - навозоприемный канал; 3 - решетчатый пол; 4 - задвижка пробкового типа; 5 - тройник; 6 - продольный коллектор; 7 - поперечный коллектор
LK - длина продольного канала; 1 - расстояние от начала секции до тройника; 1 с - длина секции; 1 Пр к - длина продольного коллектора
JS
^3
о
о
Технологии и технические средства механизированного производства растениеводства и животноводства.
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
h(o)
1
р
где То - предельное напряжение сдвига, Па;
Р - плотность навоза, кг/м3; l - расстояние от края секции до тройника; l = 1С / 2.
(3)
h
сл
S
F„
(4)
где n - количество свиней соответствующей половозрастной группы, от которых поступает навоз в секцию канала, гол.;
q! - суточная норма выхода навоза соответствующей половозрастной группы свиней, кг/гол. (принимается в соответствии с нормами выхода навоза см. табл.);
t - период накопления навоза в канале до удаления, дней (t принимают 14 дней исходя из условия хранения навоза до интенсивного брожения и газообразования) [2].
Fk - площадь навозоприемного канала, м .
Fk = Bk х Lk, (5)
где Bk - ширина навозоприемного канала, м.
Суточный выход навоза от одного животного
Группы животных Количество экскрементов, кг/сутки Влажность навоза, %
Хряки 11,1 89,4
Свиноматки:
- холостые 8,8 90,8
- супоросные 10,0 91,0
- с поросятами 15,3 90,1
Поросята-
отъемыши 2,4 86,0
массой до 30 кг
102
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Продолжение таблицы
Группы животных Количество экскрементов, кг/сутки Влажность навоза, %
Свиньи на откорме массой: - до 40кг 3,5 86,6
- от 40 до 80 кг 5,1 87,0
- более 80 кг
6,6 87,5
При увеличении влажности высота остаточного слоя будет уменьшаться, что наглядно демонстрирует график (рис. 3).
ho, м.
Рис. 3. График зависимости высоты остаточного слоя навоза от влажности
Подставим формулы (3), (4) и (5) в значение (2) и после преобразования получим:
Нк =
£ £ nqt
р
ВК LК
+ h,;
(6)
Рассчитанное по формуле (2) значение Нк при заданных параметрах не превышает 0,6 м.
103
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2004. Вып. 76.
Основными конструктивными размерами продольного и поперечного коллекторов являются:
- dnj, - диаметр продольного коллектора, м; принимают йдр=0,2-0,25м;
- dHK - диаметр поперечного коллектора, м; принимают dHK = 0,25-0,315м;
- Ьн.пр.к. - начальная глубина продольного коллектора, м;
- Ькпрк - конечная глубина продольного коллектора, м;
- Ьн.п.к - начальная глубина поперечного коллектора, м;
- Ькпк - конечная глубина поперечного коллектора, м.
Ьн.пр.к Нк+бд+бп+^р, (7)
где бд - толщина дна бетонного навозоприемного канала, м; (бд=0,15-0,2м.);
бп - толщина слоя песка в начале продольного коллектора, м; (бп =0,05-0,1м.).
Ьк.пр.к Ьн.пр.к+ 1пр.к 1пр.к?
(8)
где 1прк - длина поперечного коллектора, м;
inp.K - уклон дна продольного коллектора (i^ = 0,003-0,004).
Ьн.п.к Ьк.пр.к +2Ьвут + ^п^
(9)
где Ьвут - высота вертикального участка тройника, м.
На продольных и поперечных коллекторах в основном применяют тройники следующих размеров: 200x200, 200x250, 250x315.
Ьк.п.к Ьн.п.к +1п.к iпк,
(10)
где 1п.к - длина поперечного коллектора, м;
im - уклон дна поперечного коллектора ^пк = 0,005)
1п.к ^ (( 1уч х пуч ) + 1кн) ,
(11)
104
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
где 1уч - длина участков поперечного коллектора между каждой парой продольных коллекторов, м; пуч - количество участков поперечного коллектора между каждой парой продольных коллекторов, м;
1кн - расстояние от ближайшего к навозосборнику продольного коллектора до приемного навозосборника, м.
Определение основных параметров навозоприемных каналов зависит от размеров свинарника, принятой в нем технологии содержания свиней и объемно-планировочного решения станков.
На основании теоретических исследований и проведенной производственной проверки самотечной системы навозоудаления, установленной на свиноферме ЗАО «Ручьи», рекомендуется принимать при реконструкции старых и строительстве новых свинокомплексов следующие оптимальные параметры самотечной системы.
1. Длина каждой секции навозоприемного канала самотечной системы не должна превышать 8 м. Тройник с задвижкой пробкового типа устанавливается в центре секции.
2. Ширина навозоприемного канала не должна составлять более 2,5 м.
3. Глубину навозоприемного канала принимать не более
0,6 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Удаление и подготовка свиного навоза к использованию в качестве органических удобрений. Методические рекомендации. - Л.: НИПТИМЭСХ, 1985.
2. Инструкция по монтажу и обслуживанию. Система удаления № шифра-99 97 1626. Издание 04 1996 М 1626 RUS.
3. В.В. Калюга Экспериментально-теоретическое исследование самотечной системы удаления навоза на свинокомплексах промышленного типа: дисс... канд. техн. наук. - Л.: НИПТИМЭСХ, 1973.
Получено 15.04.04.
105
