CC BY
37
где готе - радиус отверстии пассивного диска, м.
Выражение для общего тягового сопротивления комбинированного подкапывающего рабочего органа с пассивными дисками, снабженными почвозацепами и имеющими отверстия Я, примет вид
=тп -Эл------------к±М-------------------------+XV ^поч-1почл-^ + ^а°ч-
п л п д т л ^ащ, _Г-зтал) к=3п п°ч почл 2Цсоапоч_Г-зтап°ч)
аАпл РДпл (\/ _ р ) р (30)
+2•Т-4., I К '2( ““2 А • Р• а
1 УуЩсРап ) + Каш _2Щ)сРАпКашСОа
ам>Рм>^\<ЦсНАп) +/маш ~2Шдс^Апумаш^^Ап
Для снижения тягового сопротивления подкапывающего рабочего органа, за счет сил трения почвенного пласта о боковую поверхность диска с почвозацепами, последний снабжен отверстиями, радиус которых равен 10 мм (диаметр 20 мм). Так как в результате полевых исследований установлено, что минимальный размер (толщина) клубней, не учитывающихся как потери (масса не более 20 г), не превышает 20 мм.
С помощью выражения (30) находим рациональную длину почвозацепов 1поч, с учетом того, что тяговое сопротивление почвозацепов было бы компенсированно отверстиями диска. Высоту почвозацепа кпоч
по конструктивным соображениям принимаем равной 10 мм.
Выражение (30) аналитически не интегрируется, но его можно решить численными методами на ЭВМ в программе «MathCAD» для следующих значений [1-3]: /маш=1 м/с; рАп =0,05-0,25 м; Ндс=0,2 м;
(Одс =4 рад/с; аАп = -1,116-1,116 рад; тп =0,8 Н/см2; 4д=0,7; = 0,56 м2; кпоч = 0,01 м.
В результате расчетов находим, что при высоте почвозацепов кпоч, равной 10 мм, и диаметре отверстий йотв = 20 мм оптимальная длина почвозацепа 1поч, при которой тяговое сопротивление усовершенствованного подкапывающего рабочего органа не превысит показателя серийного диска, равна 30 мм.
Литература
1. Принципы и методы расчета и проектирования рабочих органов картофелеуборочных машин (решение УМО вузов РФ № 07-8а/58 от 15.09.2004) для студентов инженерного факультета / Н.В. Бышов [и др.]; М-во образования РФ, РГСХА. - Рязань, 2005. - 284 с.
2. ГОСТ 20794-75. Машины сельскохозяйственные. Правила технического обслуживания. - М.: Изд-во стандартов. 1975. - 60 с.
3. Успенский, И.А. Основы совершенствования технологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин: дис. ... д-ра техн. наук / И.А. Успенский. - Рязань, 1997. - 396 с.
УДК 621.67.001.57 Ю.П. Ильин, Н.Ю. Кузьмина
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ФЕКАЛЬНЫХ СИСТЕМ КРАСНОГОРСКОГО СВИНОКОМПЛЕКСА
Приводятся результаты оценки эффективности работы систем перекачки фекальных стоков и барботажной системы на примере Красногорского свинокомплекса. В качестве показателей эффективности приняты коэффициенты Кг и Кэс, а также количество перекачиваемых стоков в час.
Челябинская область характеризуется высоким уровнем потребления топливно-энергетических ресурсов на единицу валовой продукции, обусловленным большим удельным весом энергоемкости и низкой энергетической эффективностью производства и потребления энергии. Первоочередной задачей на современном этапе является проведение политики энергосбережения и повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов во всех сферах хозяйства области [1]. Затраты по энергосбережению
потребителей, расположенных в сельской местности, составляют немногим менее половины всех затрат по энергосбережению объектов народного хозяйства. Поэтому сельскохозяйственное производство является одним из основных потребителей энергоресурсов, оптимальный топливно-энергетический баланс которого может способствовать экономному использованию значительных материальных и денежных средств [2]. Важной составляющей энергетики области для региональных и локальных систем энергоснабжения признана возобновляемая энергия. Расширение масштабов использования возобновляемых источников энергии невозможно без разработки специальных устройств и технологий, четко взаимодействующих с существующим оборудованием в системе машин [2]. Разработка стратегии ресурсосберегающих технологий требует качественной и количественной оценки возможных потоков соответствующего сырья.
Для получения информации о системах транспортировки фекальных стоков авторами проводились наблюдения с 1999 г. в течение семи лет на Красногорском свинокомплексе. Этот материал необходим для совершенствования биогазовых установок зоны Урала и Западной Сибири.
На Красногорском свинокомплексе работают две фекальные системы: система перекачки фекальных стоков и барботажная система. В качестве условного показателя эффективности нами было принято количество перекачивания стоков в единицу времени - один час. Напор, развиваемый барботажными электронасосами, согласно технологическому проекту составлял 5,7 м водяного столба, производительность насоса -220 м3/ч. Для электронасосов транспортировки стоков эти показатели составили 12,33 м и водяного столба и 138 м3/ч.
Вероятность пребывания фекальной системы в ]-м состоянии (Р]) определялась для различных режимов работы по средним значениям интенсивности отказов электронасосов и трубопроводов согласно методике [3].
В режиме I система перекачки фекальных стоков комплектуется из четырех электронасосов, три из которых работают, а один находится в скользящем резерве. Необходимо отметить, что производительность машин по разделению фекальных стоков на твердую и жидкую фракции составляет 100-120 м3/ч, и излишки стоков по контуру обратных трубопроводов возвращаются в приемный резервуар. В этом случае два электронасоса выполняют функцию барботажной системы.
Барботажная система представлена тремя электронасосами, один из которых находится в скользящем режиме, а два в рабочем. Данный режим работы соответствует технологическому проекту итальянской фирмы «Джи и Джи».
При режиме II система перекачки фекальных стоков представляется одним рабочим и двумя резервными электронасосами, барботажная - двумя рабочими и двумя резервными электронасосами. Резервные электронасосы находятся в скользящем резерве. Данный режим соответствует отечественному проекту (II очередь свинокомплекса).
Таблица 1
Режим работы систем Наименование систем Вероятность функционирования системы в различных состояниях кг П эфе оказатель оективности
0 1 2 3 4 W|/ W|// W|
I режим Система транспортировки стоков 0,49 0,28 0,16 0,06 0,012 0,99 136
Барботажная система 0,645 0,244 0,0926 0,0175 - 1 646 782
II режим Система транспортировки стоков 0,81 0,155 0,029 0,005 0,001 1 138
Барботажная система 0,5482 0,3115 0,118 0,0224 - 0,98 525 782
ІЛІИЖ8СІ ||| Система транспортировки стоков 0,812 0,153 0,029 0,0055 - 1 137
Барботажная система 0,49 0,28 0,16 0,06 0,012 0,99 592 729
IV режим Система транспортировки стоков 0,812 0,153 0,029 0,0055 - 1 137
Барботажная система 0,421 0,318 0,181 0,068 0,013 0,99 675 812
Для режима III, в отличие от режима II, барботажная система состоит из трех рабочих электронасосов и одного электронасоса в скользящем резерве.
Режим IV, в отличие от режима III, соответствует барботажной системе из четырех рабочих электронасосов.
Эффективность работы систем оценивалась по вероятностной модели математического ожидания согласно зависимости [4]:
Щ Р 0)
где д - множество состояний системы;
Р] - вероятность пребывания системы в ]-м состоянии;
Wj - условный показатель эффективности при условии, что система находится в ]-м состоянии.
Показатель эффективности Wj работы фекальных систем в целом для различных режимов определялся по зависимости [3]
Щ Щ + Щ", (2)
где Wj/ - показатель эффективности барботажной системы;
Wj// - показатель эффективности системы транспортировки фекальных стоков.
Определим показатели эффективности для первого режима работы системы
, (3)
Щ/ =0,645-2-220+0,244-2-220+ ^,0926-220+0,49-2-138+0,28-2-138+0,16-138=646 м3/ч.
=0,49-138+0,28-138+0,16-138+ +0,06-138 = 136 м3/ч.
Щ, = 646 + 136 = 782 м3/ч.
Результаты расчета показателей эффективности работы систем [5] для режимов представлены в таблице 1. Из таблицы 1 следует, что эффективность системы для II и III режимов работы ниже, чем для режима I. Эффективность работы системы в IV режиме по отношению к I составляет 104% при одинаковом числе работающих электронасосов. Коэффициент готовности систем перекачки фекальных стоков для III и IV режимов равен 0,995 против 0,988 для I режима. Самый высокий показатель готовности системы перекачки фекальных стоков отличается для режима II.
Работу системы транспортировки фекальных стоков отличает два характерных режима с нагруженным и ненагруженным резервами.
Оценка показателей надежности работы системы для этих двух режимов позволила сделать вывод,
что система выполняет две функции: основную (транспортировку стоков) и дополнительную - улучшает пе-
ремешиваемость стоков (барботаж) в приемном резервуаре, так как излишки стоков возвращаются в приемный резервуар. Поэтому представляет определенный интерес оценить эффективность работы системы по выполнению двух целевых назначений: транспортировке стоков и барботажу.
На Красногорском свинокомплексе для перемешивания стоков предусмотрены три погружных электронасоса, условия работы которых аналогичны работе электронасосов по транспортировке стоков. Поэтому интенсивность отказов и восстановлений для них принята равнозначной. Электронасосы барботажа в соответствии с технологическим проектом должны работать в следующем режиме: два электронасоса работают, один находится в скользящем резерве.
При работе системы транспортировки стоков с ненагруженным резервом барботажные электронасосы находятся в работе все одновременно.
Для вышеуказанных режимов работы по методике [3] оценены показатели надежности системы бар-ботажных электронасосов. Данные расчета сведены в таблицу 2.
Системы выполняют свои целевые назначения, если они находятся в рабочем состоянии. Поэтому в качестве показателя эффективности работы системы принято количество перекачиваемых стоков. Необходимо отметить, что производительность барботажных электронасосов в два раза выше, чем электронасосов транспортировки стоков из-за малых потерь навоза.
Для времени t показатель эффективности системы транспортировки стоков и нагруженного резервирования [3]
= 0,010^ + 0,06 0^ + + Ц6®}Ч* + 0>01®Н*+0,060^ ++ 0,160^+0,360}, (4)
где Qн/ - производительность барботажного насоса;
Qн - производительность насоса транспортировки стоков. Для ненагруженного режима
W|| = 0^НІ. (5)
Для системы барботажных насосов и I режима
режима:
= 2 ■ 0,0480^ + 2 ■ 0,130^ + 0,350^. (6)
= 3 ■ 0,0330и + 2 ■0,1320/и1 + 0,35600 . (7)
н н н н
Производительность двух электронасосов транспортировки стоков определялась через производительность барботажного электронасоса.
Коэффициент эффективности выполнения целевых задач составит [3]
—
КЭС = —, (8)
\—0
где W - реальный показатель эффективности ^1, WII, WI/, WII/);
Wo - показатель эффективности «идеальной» по надежности системы.
Для системы транспортировки фекальных стоков
— = 0^. (9)
Для системы барботажных электронасосов
— = 30'1. (10)
Результаты расчета сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Наименование системы Режим работы систем Вероятность функционирования системы в различных состояниях Коэффициент эффективности Кэс
0 1 2 3 4
Система транспортировки стоков 1 0,01 0,06 0,16 0,36 0,42 0,588
2 0,145 0,169 0,196 0,226 0,264 0,736
Система барботажных насосов 1 0,048 0,13 0,35 0,47 - 0,28
2 0,033 0,13 0,35 0,48 - 0,24
Из таблицы 2 следует, что коэффициент эффективности при сравнении различных режимов работы систем более полно раскрывает их достоинство и недостатки. Коэффициент эффективности системы транспортировки фекальных стоков при ненагруженном резерве (0,736) несколько выше, чем для нагруженного режима (0,588). Коэффициент эффективности барботажной системы изменяется незначительно (0,24 против
0.28.. Следовательно, II режим работы систем более целесообразен при оценке возможности совместной работы биогазовой установки.
Литература
1. Сборник нормативно-правовых документов. - Челябинск: Южно-Урал. изд. торг. дом, 1999. - 272 с.
2. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников: учеб. пособие / Л.А. Саплин [и др.]; под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Л.А. Саплина. - Челябинск, Изд-во ЧГАУ, 2000. - 194 с.
3. Новосельцева, М.П. Методика оценки надежности фекальных систем свинокомплексов / М.П. Новосельцева // Науч. тр. ЧИМЭСХ. - Вып. 143. - Челябинск, 1978. - С. 37-41.
4. Дружинин, Г.В. Надежность автоматизированных систем / Г.В. Дружинин. - М.: Энергия, 1977. - 536 с.
5. Новосельцева, М.П. Оценка надежности и эффективности работы электронасосных фекальных систем свинокомплексов / М.П. Новосельцева // Науч. тр. ЧИМЭСХ. - Вып. 160. - Челябинск, 1980. - С. 58-63.
