Параметры, влияющие на процесс нагрева воды в групповой автопоилке Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС НАГРЕВА ВОДЫ В ГРУППОВОЙ АВТОПОИЛКЕ

© 2013 г. Е.А. Таран, И. В. Орищенко

Представлены параметры, влияющие на процесс нагрева воды в групповой автопоилке. Предложены новые разработки к обеспечению стабильного температурного режима воды при интенсивном ее потреблении в холодный период года.

Ключевые слова: групповая автопоилка, термосифонная циркуляция, тепловой баланс, теплопередачи, теплопотери.

Parameters influencing at the water heating process in the automatic drinking bowl are submitted. New development for providing a stable temperature regime of water at its intensive consumption during the cold period of year is offered.

Key words: group auto-drinking bowl, thermosyphon circulation, thermal balance, heat transfer, heat loss.

При эксплуатации групповых автопоилок в животноводческих помещениях и на выгульных площадках в осенне-зимний период наблюдается понижение температуры потребляемой воды за допустимые нормы, что приводит к нарушению процесса автопоения животных, снижению их продуктивности и увеличению расхода кормов [1-3].

а

Используемые ранее конструкции поилок не способны обеспечить стабильный температурный режим воды при интенсивном ее потреблении в холодный период года, в связи с этим необходим подогрев воды в автопоилках. Для обеспечения требуемого теплового режима предлагается усовершенствовать групповую автопоилку согласно рисунку 1. V и

1 - вводный трубопровод; 2 - обратные патрубки; 3 - распределительные патрубки; 4 - распределительные перфорированные патрубки; 5 - поильная чаша; 6 - труба с избыточным давлением; 7 - труба с вакуумом; 8 - корпус поилки; 9 - клапанно-поплавковый механизм; 10 - пневмонасос; 11 - вакуумная трубка; 12 - нагнетательная трубка; 13 - водопойный стакан; 14 - воздушная трубка; 15 - клапанное устройство; 16 - сливной патрубок; 17 - нагревательный блок Рисунок 1 - Схема усовершенствованной групповой автопоилки Работает автопоилка следующим об- разом (рисунок 1). Вода по вводному тру-

бопроводу 1 через клапанно-поплавковый механизм 9 поступает в поильную чашу 5, по обратным патрубкам 2 поступает в нагревательный блок 17 для ее подогрева, далее по распределительным патрубкам 3, через распределительные перфорированные патрубки 4 поступает в поильную чашу 5, где поддерживается заданный температурный режим и компенсируются потери тепла через корпус поилки 8. В процессе отбора воды животными из водопойного стакана 13 уровень воды в поильной чаше изменяется, соответственно поплавок кла-панно-поплавкового механизма совершает возвратно-поступательные движения и приводится в работу пневмонасос 10. При работе пневмонасоса 10 воздух из вакуумной трубы 7 отсасывается по вакуумной трубке 11, образуя теплоизоляционную воздушную прослойку, а наружный воздух нагнетается в трубу с избыточным давлением 6 по нагнетательной трубке 12 для создания запаса воздуха повышенного давления. При достижении заданного давления в воздуховоде повышенного давления

6 и воздушной трубке 14 осуществляется срабатывание клапанного устройства 15 и загрязненная вода сливается через сливной патрубок 16. По мере падения давления в воздуховоде повышенного давления и воздушной трубке 14 клапанное устройство 15 занимает исходное положение, слив воды прекращается и рабочий процесс автопоилки повторяется [4].

В холодный период года максимальные тепловые потери происходят через боковые стенки групповой автопоилки. Для снижения тепловых потерь конструкцию боковой стенки автопоилки предлагаем выполнить в виде многослойной стенки, включающей в себя теплоизолирующую воздушную прослойку из системы воздуховодов повышенного и пониженного давлений.

Рассмотрев процесс подогрева воды в усовершенствованной групповой автопоилке при стационарном режиме, составили схему алгоритма контроля температурного режима (рисунок 2).

Рисунок 2- Схема алгоритма контроллера подогрева воды в групповой автопоилке при стационарном режиме

Представим групповую автопоилку в виде четырех тел: нагревательный блок,

вода, корпус автопоилки и водопойный стакан (рисунок 3).

К - корпус автопоилки; Тц- температура корпуса автопоилки; т« - масса корпуса автопоилки; Ацо- теплопроводность между корпусом автопоилки н окружающей средой; Тс - температура водопойного стакана; В - вода; Анк- теплопроводность между водой н корпусом автопоилки; Тв - температура воды; та - объем воды; АВс - теплопроводность между водой и водопойным стаканом; С - водопойный стакан; То - температура

окружающей среды; т^ — масса водомойного стакана; Асо - теплопроводность между водопойным стаканом и окружающей сродой; Н - нагревательный Блок; А] т - теплопроводность

между нагревательным блоком и водой; Тц - температура нагревательного блока; тн- масса нагревательно го блока Рисунок 3 - Схема теплового баланса групповой автопоилки в стационарном режиме

Для каждого тела составим систему уравнений описываемого процесса нагрева воды в групповой автопоилке.

где

% - АН6(ТЧ - Ти) - А^СТ, - Т„) - А1е(Т» - Тс);

(1)

тн -йт;

Р -

Аин ""

Тн -

тв -

Сь -гпй

йт

Ав« -

Тк -

Т( -

с, -

7ПЦ -£(Т

Т0 -

с, -

С*Ш*^ ■= Авк(Тв - Тк) - Акд(Т( - Т0);

Сст( ^ = АВС(Т. - Тс) - А£0(Т, - ТД теплоемкость паирсвательиого блока, Вт с / аС; масса нагревательного блока, кг; мгновенные тначення превышения температуры в нагревательном блоке, ПС; мощность нагревательного блока, Вт;

теплопроводность между нагревательным блоком и водой, Вт/ °С;

температура нагревательного блока, вС;

температура воды,

теплоемкость воды, Вт с / °С;

объем воды,

мгновенные значения превышения температуры воды, РС ;

теплопроводность между водой и корпусом автопоилки, Вт/иС; температура корпуса автопоилки, °С;

теплопроводность между водой и водопойным стаканом, Вт/ *С\ температура водопойного стакана, "С; теплоемкость корпуса автопоилки, Вт*с / °С; масса корпуса автопоилки, кг;

мгновенные значения превышения температуры корпуса автопоилки, °С;

теплопроводность между корпусом автопоилки и окружающей средой,

Вт/ °С;

температу ра окружающей среды, °С; теплоемкость водопойного стакана, Вт с (°С;

- масса водопойного стакана, кг;

- мгновенные значения превышения температуры водопойного стакана,

теплопроводность между водопойным стаканом и окружающей средой, Вт/ °С.

Анализ теплового баланса групповой автопоилки показал, что тепловые потери в ней зависят в основном от метеорологических условий и коэффициентов теплопередачи конструктивных элементов поилки. Основные тепловые потери происходят через корпус поилки, поэтому для снижения тепловых потерь конструкцию боковой стенки автопоилки предлагаем выполнить в виде многослойной стенки, включающей в себя теплоизолирующую воздушную прослойку, состоящую из труб с вакуумом и избыточным давлением, с расчетным диаметром 0,07 м.

Литература

1. Лыгин, А. А. Обоснование режимов работы и параметров групповых средств автопоения для КРС: диссертация кандида-

та технических наук / А. А. Лыгин. - Зерно-град, 2001. - 158 с.

2. Назаров, И.В. Режимы водопотреб-ления на фермах КРС и совершенствование технологических линий автопоения: диссертация кандидата технических наук / И. В. Назаров. - Зерноград, 1997. - 200 с.

3. Никоноров, П.Н. Зоотехническая оценка системы содержания, автопоения и вентиляции при промышленной технологии в скотоводстве / П.Н. Никоноров // Профилактика болезней сельскохозяйственных животных. - Новосибирск, 1986. - С. 53-57.

4. Решение ФИПС по выдаче патента на изобретение «Групповая автопоилка» по заявке № 2011 134986/13 от 01.12.2012 года.

Сведения об авторах Таран Елена Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры безопасности технологических процессов и производств Азово-Черноморской государственной агроинже-нерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8-918-52-59-796.

Орищенко Ирина Викторовна - аспирантка кафедры безопасности технологических процессов и производств Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8-908-178-70-37.

Information about the authors Taran Yelena Alexandrovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Safety of technological processes and production department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8-918-52-59-796.

Oristohenko Irina Viktorovna - post-graduate student of the Safety of technological processes and production department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8-908-178-70-37.

УДК 631.172