CC BY
29
ISSN 0131-5226.
_ИАЭП. 2018. Вып. 96_
УДК 631.22
DOI 10.24411/0131-5226-2018-10080
A.B. Трифанов, канд. техн. наук;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
При реконструкции и новом строительстве свиноводческих предприятий наиболее распространена самотечная система удаления навоза периодического действия. Отличие от ранее разработанной самотечной системы состоит в том, что под каждым навозоприемным каналом проложены пластиковые канализационные трубы. Использование данной системы позволяет практически полностью автоматизировать процесс удаления навоза и при грамотной эксплуатации снизить негативное воздействие свиноводческих предприятий на окружающую среду за счет сокращения годового выхода навоза. Представленный расчет самотечной системы удаления навоза периодического действия позволяет определить такие основные конструктивные параметры как глубина навозоприемных ванн и глубина укладки продольных и поперечных коллекторов. При увеличении влажности навоза с 88% до 90% высота остаточного слоя уменьшается вследствие уменьшения значения предельного напряжения сдвига навоза на данном участке увеличения влажности навозной массы. При относительной влажности больше 91% высота остаточного слоя в ванне интенсивно увеличивается вследствие интенсивного расслоения навоза на фракции. Таким образом, минимальная высота остаточного слоя в ванне достигается при относительной влажности навоза 89-91%. Накопление навоза в ваннах должно производиться на 3/4 или 4/5 высоты (глубины) ванны, а по продолжительности оно должно быть кратно рабочим циклам содержания различных половозрастных групп свиней.
Ключевые слова: сельское хозяйство, свиноводство, удаление навоза, расчет.
Для цитирования: Трифанов A.B., Базыкин В.И. Обоснование оптимальной относительной влажности свиного навоза при применении самотечной системы удаления навоза периодического действия // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 250-257.
SUBSTANTIATION OF OPTIMUM RELATIVE MOISTURE CONTENT OF SLURRY WHEN APPLYING THE BATCH-TYPE GRAVITY FLOW SYSTEM FOR ITS REMOVAL
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The batch-type gravity flow system for slurry removal is most commonly installed on the new and reconstructed pig farms. The newly designed system is characterized by the presence of plastic sewing pipes under each slurry-collecting canal. Such a system allows for complete automation of slurry removal and, under proper operation, mitigates the negative impact of pig farms on the environment through the lower
A.V. Trifanov, Cand.Sc. (Engineering);
V.I. Bazykin
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства_
annual output of slurry. The paper presents the calculation of the main design parameter of the system, such as the depth of slurry pits and the burial depth of longitudinal and transverse slurry collectors. Under the increase of pig manure moisture content from 88% to 90%, the height of the residual layer decreases owing to lower manure shear stress in the part, where the manure moisture content increases. Under the relative humidity above 91%, the height of the residual layer in the pit increases rapidly due to the intensive stratification of slurry into fractions. Thus, the minimum height of the residual layer in the pit is achieved at the relative moisture content of 89-91%. Slurry should be accumulated in the pits to the 3/4 or 4/5 of the height (depth) of the pit. The accumulation period must be a multiple of the operating cycles of housing of various age and gender groups of pigs.
Key words: agriculture, pig breeding, manure removal, calculation.
For citation: Trifanov A.V., Bazykin V.I. Substantiation of optimum moisture content of slurry when applying the batch-type gravity flow system for its removal. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 3(96): 250-257. (In Russian)
Введение
Опыт эксплуатации самотечной системы навозоудаления в России и за рубежом показывает, что она предъявляет особые требования к технологиям содержания и кормления животных, к размерам ванн (длине, ширине и глубине) и их элементов, к герметичности ванн, а также требует особого внимания в период пуска в эксплуатацию.
В настоящее время на свиноводческих предприятиях наиболее распространена самотечная система удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа. Отличие от самотечной системы состоит в том, что под каждым навозоприемным каналом проложены пластиковые коллекторы. В канале установлены тройники, соединяющие навозоприемный канал с коллектором. Горизонтальная часть тройника с помощью резиновых уплотнительных колец соединена с самотечным трубопроводом
соответствующего диаметра, а вертикальная, смонтирована заподлицо с основанием чаши, перекрывается пробкой, снабженной уплотнителем из пористой резины.
В качестве поперечных коллекторов применены также пластиковые трубы. Продольные пластиковые трубы соединены с поперечным коллектором через тройник.
сторону 0,004-0,005.
Они укладываются в навозоприемника с уклоном Емкость навозоприемных каналов в свинарниках для опороса свиноматок и доращивания поросят обеспечивает накопление навоза в течение всего периода выращивания свиней в них. Опорожнение навозоприемных каналов производится после завершения цикла выращивания и дезинфекции помещений перед постановкой очередной технологической группы свиней.
При запуске самотечной системы навозоудаления в эксплуатацию требуется 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 [1].
С учетом нормативных требований при применении самотечной системы
периодического действия ванно-трубного типа, передового отечественного и зарубежного опыта при эксплуатации таких систем удаления навоза требуется введение дополнительного количества воды [2].
Самотечная система навозоудаления периодического действия полностью обеспечивает соблюдение санитарных и ветеринарных требований в свинарниках для
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ПАЭП. 2018. Вып. 96_'
содержания всех половозрастных групп свиней. Навоз из навозоприемных ванн по проложенным коллекторам самотеком поступает в приемный навозосборник. Емкость приемного навозосборника должна быть больше емкости навозоприемных ванн одной изолированной секции для содержания животных.
Материалы и методы
использованием экспертных оценок специалистов с производства, методов проектирования и системного анализа.
Основными конструктивными
размерами навозоприемных ванн самотечной (сливной) системы периодического действия являются: длина LB, ширина Вв и глубина hB. Длина ванн зависит от размеров свинарника, его объемно-планировочного решения и принятой технологии содержания свиней. Количество ванн зависит от мощности свинофермы.
Длина одного продольного канала самотечной системы периодического действия в свинарниках для содержания животных в индивидуальных и групповых станках определяется по формуле: Ьк = псхВс,м. (1)
где пс - количество станков, располагаемых вдоль одного самотечного канала; Вс -ширина станка, м.
Длина для нескольких каналов системы удаления навоза определяется по формуле (2) с учетом количества каналов пк: Ькс = (псхВс)хПк, м. (2)
Канал самотечной системы удаления навоза периодического действия состоит из навозоприемных ванн отделенных друг от друга бетонными перегородками, поэтому дальнейший расчет приводится для навозоприемной ванны (рис. 1, рис. 2).
1 2 J 4 5 6
Рис. 1. Фрагмент канала самотечной системы
удаления навоза периодического действия: 1 - бетонная перегородка; 2 - наеозопрнемная
ванна; 3 - решетчатый пол; 4 - задвижка пробкового типа; 5 - тройник; 6 -продольный коллектор; 7 - поперечный коллектор.
Рис. 2. Общий вид навозоприемной ванны
Ширина навозоприемной ванны системы удаления навоза определяется в зависимости от размеров панелей решетчатого пола, и как правило, принимается не более 3 м. Для содержания взрослого маточного стада, хряков и свиней на откорме применяются бетонные панели решетчатого пола. Для содержания поросят-сосунов и поросят-отъемышей применяются сборные решетчатые полы из пластиковых панелей размером 400x600 мм, которые укладываются на лаги из композитных материалов (рис. 3).
Рис. 3. Пластиковые панели решетчатого пола, установленные на лаги из композитных материалов
Глубина ванны с горизонтальным дном определяется по формуле: Ьв = Ь0 +ЬН + 11зап , (3)
где Ьн - толщина слоя навозной массы, скапливающейся в навозоприемной ванне, м; Ь3ап - расстояние между максимальным уровнем навозной массы и решетчатым полом, м (принимается равным (0,01-0,15 м); И0 - максимальная высота остаточного слоя в углах навозоприемной ванны, зависящая от физико-механических и реологических свойств навозной массы и конструктивных элементов ванны, м.
Ь„ =
2 тЬ
Р
м.
(4)
где т0 - предельное напряжение сдвига, Па; р — плотность навоза, кг/м3; Ь - длина плеча навозоприемной ванны (Ь=ЬВ /2).
Под длиной плеча навозоприемной ванны следует понимать расстояние от края ванны до центра сливного отверстия (в продольной проекции).
Высота слоя навозной массы в ванне (канале) определяется по формуле:
(5)
ьн=-
I;
л
где щ - количество свинеи соответствующей половозрастной группы, от которых поступает навоз в навозоприемную ванну, гол.; с]] - суточная норма выхода навоза,
кг/гол. (см. табл. 1); - период накопления навоза в ванне до удаления, дней (1; принимают 14 дней исходя из соображений обеспечения ветеринарного благополучия); Бв- площадь дна навозоприемной ванны, м2.
Величины площади навозоприемной ванны определяются по формуле: Рв = ВвхЦ м2. (6)
где Вв - ширина навозоприемной ванны, м.
расшифрованные значения из формул (4), (5) и (6), после преобразования получим:
/2Г„ I ^г^г
ьв =
+
вкь
■+и.
м.
(7)
V Р
Основными конструктивными
размерами продольного и поперечного коллекторов являются:
ДпР - диаметр продольного коллектора, м; (Дпр = 0,2-0,25 м); Дпп - диаметр поперечного коллектора, м; (принимают Дпп = 0,25-0,4 м); Ьнач.п.к. - начальная глубина продольного коллектора, м; ЬК()|| ||К - конечная глубина продольного коллектора, м; Ь||ач||||К -начальная глубина поперечного коллектора, м; Ькон.пп.к - конечная глубина поперечного коллектора, м.
Начальная глубина продольного коллектора рассчитывается по формуле:
Ьнач.п.к Ив+бд+бп+Дпр , М. (8)
где бд - толщина дна бетонного навозоприемного канала, м (бд=0,15-0,2м); бп - толщина слоя песка в начале продольного коллектора, м (бп =0,05-0,1 м).
Конечная глубина продольного коллектора рассчитывается по формуле: Ькон.п.к Ьнач п к~ь Г^пкХ1дпк , М. (9)
где ¡ („к - уклон продольного коллектора (¡лпк = 0,003-0,0045).
Начальная глубина поперечного коллектора рассчитывается по формуле:
Ьнач.пп.к Ькон п к +2Ьвух Дпп ? М. (Ю)
где Ь|,д.т - высота вертикального участка тройника (принимается в соответствии с ГОСТ 32413-2013), м.
КБЫ 0131-5226. Теоретический _ИАЭП. 2018.
и научно-практическии журнал. Вып. 96_
Конечная глубина поперечного коллектора рассчитывается по формуле:
Ь|кон.пп.к Ьнач.пп.к ~НГПП кх1ппк , М. (11)
где Ьпп.к - длина поперечного коллектора, м.; 1ппк ~ уклон поперечного коллектора (¡Ш1К = 0,0045-0,006).
(12)
где 1уч - длина участков поперечного коллектора между каждой парой продольных коллекторов, м; пуч - количество участков поперечного коллектора между каждой парой продольных коллекторов; 1кн -расстояние от ближайшего к навозосборнику продольного коллектора до приемного навозосборника, м.
производственных проверок, проведенных на ряде свиноферм дополнительное количество воды технологически необходимо для нормальной эксплуатации самотечно-сливной системы периодического действия составляет 1,5 л в сутки на 1 голову [3-7]. Сюда включается вода для создания водной «подушки» в ваннах, необходимой для правильной работы системы удаления
навоза, потери воды при возможной неисправности поилок и вода на мойку оборудования. Под водной «подушкой» понимается объем воды необходимый для заполнения приямка и дна ванны.
Таким образом, фактическая
относительная влажность навоза в ваннах будет отличаться от значений, приведенных в РД-АПК 1.10.15.02-08 [8]. Фактическая относительная влажность бесподстилочного навоза рассчитывается по следующей
МнхВэ+\00х(Мв+Мш)_
Мн+Мв+Мсм
где Мн, Мв и Мсм - массы соответственно навоза (смеси кала и мочи); воды попавшей из поилок и при мойке оборудования; воды необходимой для создания водной «подушки», кг; Вэ - влажность навоза, %.
Результаты и обсуждение
На основании проведенных расчетов была определена фактическая влажность навоза с учетом воды, необходимой для правильного функционирования самотечной системы удаления навоза (см. табл. 1).
Таблица 1
Суточный выход навоза от одного животного
Количество В том числе Относительна Относительная
я влажность навоза по влажность навоза
Группы животных экскрементов, кг/сутки Кал Моча
нормам, % фактическая, %
Хряки 11,1 3,86 7,24 89,4 90,7
Свиноматки:
- холостые; 8,8 2,46 6,34 90,0 91,5
- супоросные; 10,0 2,6 7,4 91,0 92,2
- с поросятами. 15,3 4,3 11,0 90,1 91,0
Поросята-
отъемыши массой 2,4 0,9 1,5 86,1 91,4
до 30 кг
Свиньи на
откорме массой: - до 70 кг; - более 70 кг. 5,0 6,5 2,05 2,7 2,95 3,8 87,0 87,5 90,0 89,9
Высота остаточного слоя в ванне (рис. 4), и уменьшается в следствии интенсивно увеличивается при снижения значения предельного напряжения
относительной влажности навоза более 91% сдвига навоза то на данном участке
увеличения относительной влажности навозной массы W с 88% до 90%.
Рис. 4. Зависимость высоты остаточного слоя навоза И0 от относительного влажности навоза
Ж
Увеличение высоты остаточного слоя происходит в результате интенсивного расслоения навоза на фракции. Таким образом, при относительной влажности навоза 89-91% достигается минимальная высота остаточного слоя в ванне. Это подтверждает и дополняет ранее проведенные исследования [10].
Определение основных параметров навозоприемных каналов зависит от размеров свинарника, его объемно-планировочного решения и принятой технологии содержания свиней.
Выводы
Представленный расчет самотечной системы удаления навоза периодического действия позволяет определить основные конструктивные параметры, такие как:
глубина навозоприемных ванн; глубина укладки продольных и поперечных коллекторов.
Для правильной эксплуатации самотечной системы удаления навоза периодического действия относительная влажность навоза должна составлять 89-91%.
относительную влажность навоза в указанных пределах, необходимо следить за рациональным расходом воды на свиноферме и исключить ее попадание в навозоприемные ванны в результате неисправности технологического
оборудования.
Для транспортирования навоза в самотечном режиме за пределы свинарников и фермы следует использовать продольные и поперечные коллекторы из ПВХ труб. Основными параметрами этих коллекторов являются диаметр, длина труб и уклон с которым они проложены. Для продольных коллекторов рекомендуемый диаметр труб составляет 0,25 м. Прокладываются они с уклоном 0,0035-0,0045. Для поперечных коллекторов рекомендуемый диаметр труб -0,3-0,4м. Уклон их составляет 0,0045-0,006.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Брыков Ю.А., Калюга В.В. Теоретические предпосылки расчета самотечной системы навозоудаления периодического действия на свиноводческих фермах // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2004. № 76. С. 93-104.
2. Найденко В.К., Трифанов A.B., Даричев
совершенствованию самотечно-сливной системы удаления навоза периодического действия // Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства. 2008. № 80. С. 144-152.
3. Калюга В.В., Базыкин В.И. Результаты исследования пятифазной бесстрессовой технологии воспроизводства, выращивания и откорма свиней // Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства. 2014. № 85. С. 100-108.
4. Калюга В.В., Базыкин В.И., Тихонов Е.А., Зайцева М.И. Графическое и математическое моделирование пятифазной бесстрессовой технологии воспроизводства, выращивания и
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ИАЭП. 2018. Вып. 96_
откорма свиней // Resources and Technology. 2014. T.ll. №1. С. 66-76.
5. Калюга В.В., Трифанов А.В., Базыкин В.И. Малая свиноферма с бесстрессовым способом содержания свиней // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2012. № 83. С. 111-121.
6. Тропин А.Н., Трифанов А.В., Базыкин В.И. Обоснование конструктивных параметров самотечной системы удаления навоза периодического действия ванно-
Петербургского государственного аграрного университета. 2011. № 25. С. 238-241.
7. Базыкин В.И., Тропин А.Н., Трифанов А.В. Анализ технологии и результаты опытно-производственной оценки самотечно-сливной ванно-трубной системы удаления навоза периодического действия в ООО "Животноводческий комплекс Бор"
области // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2011. №22. С. 362-367.
8. РД-АПК 1.10.15.02-17 «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета», введены в действие в 2017 г., Росинформагротех,173 с.
технологических и конструкционных параметров перемешивающего устройства, обеспечивающего гомогенизацию жидкого свиного навоза при его хранении в плёночных навозохранилищах //
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2018.204 с. 10. Тропин А.Н., Трифанов A.B. Влияние расхода технологической воды для обслуживания самотечной системы навозоудаления периодического действия ванно-трубного типа на объем получаемой навозной массы // Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства. 2014. № 85. С. 136-141.
REFERENCES
1. Brykov Y.A., Kalyuga V.V. Teoreticheskie predposylki rascheta samotechnoj sistemy navozoudaleniya periodicheskogo dejstviya na svinovodcheskih fermah [Theoretical prerequisites for calculating the gravity flow system of manure removal of batch action on pig farms]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2004. N 76: 93-104. (In Russian)
2. Najdenko V.K., Trifanov A.V., Darichev S.N., Tropin A.N. Predposylki k sovershenstvovaniyu samotechno-slivnoj sistemy udaleniya navoza periodicheskogo dejstviya [Prerequisites for improvement of gravity flow system of manure removal of batch action]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva
mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2008. N 80: 144-152. (In Russian)
3. Kalyuga V.V., Bazykin V.I. Rezul'taty issledovaniya pyatifaznoj besstressovoj tekhnologii vosproizvodstva, vyrashchivaniya i otkorma svinej [Investigation results of five-phase stress-free technology of pig reproduction, growing and fattening]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. N 85: 100-108. (In Russian)
4. Kalyuga V.V., Bazykin V.I., Tihonov E.A., Zajceva M.I. Graficheskoe i matematicheskoe modelirovanie pyatifaznoj besstressovoj tekhnologii vosproizvodstva, vyrashchivaniya i
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_
otkorma svinej [Graphical and mathematical modeling of five-phase stress-free technology of reproduction, rearing and fattening pigs]. Resources and Technology. 2014. Vol.11. N 1: 66-76. (In Russian)
5. Kalyuga V.V., Trifanov A.V., Bazykin V.I. Malaya svinoferma s besstressovym sposobom soderzhaniya svinej [Small-scale pig farm with a stress-free housing of pigs]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2012. N 83: 111-121. (In Russian)
6. Tropin A.N., Trifanov A.V., Bazykin V.I. Obosnovanie konstruktivnyh parametrov samotechnoj sistemy udaleniya navoza periodicheskogo dejstviya vanno-trubnogo tipa [Substantiation of design parameters of the gravity flow system for manure removal of batch action of pit-and-pipe type // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. N 25: 238-241. (In Russian)
7. Bazykin V.I., Tropin A.N., Trifanov A.V. Analiz tekhnologii i rezul'taty opytno-proizvodstvennoj ocenki samotechno-slivnoj vanno-trubnoj sistemy udaleniya navoza periodicheskogo dejstviya v OOO "Zhivotnovodcheskij kompleks Bor" Priozerskogo rajona Leningradskoj oblasti [Technology analysis and the findings of pilot production evaluation of the gravity flow system for manure removal of batch action in
District, Leningrad Region]. Izvestiya Sankt-
Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. N 22: 362-367. (In Russian)
8. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-application Treatment]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 173. (In Russian)
9. Vorozhcov O.V. Obosnovanie tekhnologicheskih i konstrukcionnyh parametrov peremeshivayushchego ustroj stva, obespechivayushchego gomogenizaciyu zhidkogo svinogo navoza pri ego hranenii v plyonochnyh navozohranilishchah [Justification of technological and structural parameters of a mixing device that ensures homogenization of liquid pig manure during its storage in film manure facilities]. Cand. tech. sci. diss., SPbGAU. 2018:204 (In Russian)
10. Tropin A.N., Trifanov A.V. Vliyanie raskhoda tekhnologicheskoi vody dlya obsluzhivaniya samotechnoi sistemy navozoudaleniya periodicheskogo deistviya vanno-trubnogo tipa na ob"em poluchaemoi navoznoi massy [Relevance between technological water consumption in the gravity tank-and-pipe manure removal system with a batch operation mode and the volume of produced manure]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. N 85: 136-141. (In Russian)
УДК 611.363631.277.01 637.11 Б01 10.24411/0131-5226-2018-10081
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ НАВОЗА НА СВИНОВОДЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ
И. Е. Плаксин1; А. В. Трифанов1, канд. техн. наук;
