Научная статья на тему 'Повышение эффективности использования тепла в технологических процессах обслуживания КРС'

Повышение эффективности использования тепла в технологических процессах обслуживания КРС Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
108
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ / ВОДА / АВТОПОЕНИЕ / ПОДМЫВАНИЕ ВЫМЕНИ / ТЕМПЕРАТУРА / ТЕПЛО / ИСТОЧНИК ТЕПЛА / ТЕПЛОПОТЕРИ / СИСТЕМА / ПОДСИСТЕМЫ / БАК-НАКОПИТЕЛЬ / ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО / КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Поцелуев Александр Александрович, Семенихин Александр Михайлович, Толстоухова Татьяна Николаевна

В статье раскрываются технологические процессы обслуживания КРС, в которых используется, как ресурсная составляющая, вода, применяемая в общем процессе производства конечной продукции и во вспомогательных процессах обслуживания животного. Даются требования к подсистемам, выполняющим разные технологические функции и требования к воде по температурным показателям. Рассматриваются конструктивно-технологические параметры базового элемента системы накопительного бака воды, выполняющего функции резервирования воды, генерирования тепла и распределения подготовленной воды по подсистемам с учетом технологической направленности ее использования. Предлагаются конструктивно-технологические схемы баков-накопителей воды, направленные на снижение теплопотерь с наружной поверхности бака. Аналитически рассматривается процесс теплопередачи через сложную многослойную стенку корпуса бака. На основании экспериментальных исследований обосновываются и рекомендуются расчетные показатели коэффициентов теплопередачи. Рассматриваются и предлагаются к использованию конструктивно-технологические решения внутреннего пространства бака как теплогенерирующего устройства, где источником тепла является электрический теплонагревательный элемент. Аналитически исследуется процесс теплообмена через разделительную стенку между двумя объемами воды, предназначенными для использования в разных технологических процессах обслуживания крупного рогатого скота (процесс автопоения КРС; процесс подмывания вымени коров). Результаты аналитических исследований подтверждаются экспериментальными исследованиями и приводятся в графическом виде, описательном и в виде расчетных зависимостей. По результатам исследований даются выводы. Общая концепция многофункциональная схема построения теплогенерирующего устройства (бака-накопителя и распределителя теплой воды) возможна при рациональном разделении внутреннего объема и обоснованно подобранных теплопередающих конструктивных элементов. При этом может быть получен технологический эффект (повышение продуктивности животных и качества продукции) и экономический за счет снижения расхода электроэнергии как источника тепла.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Поцелуев Александр Александрович, Семенихин Александр Михайлович, Толстоухова Татьяна Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Повышение эффективности использования тепла в технологических процессах обслуживания КРС»

References

1. Grassi W. Heat pumps: fundamentals and applications, New York, Springer, 2018, 180 p.

2. Alves-Filho O. Heat Pump Dryers: Theory, Design and Industrial Applications. CRC Press, Tay-lor&FrancisGroup, 2016, 335 p.

3. Zogg M. History of heat pumps. Process and Energy Engineering CH-3414, Oberburg, Switzerland, 2008, 114 p.

4. Zakirov D.G., Rybin A.A. Ispol'zovanie nizkopoten-cial'noj teploty: monografija [Use of low-grade heat: monograph], Kniga II, M., RUSAJNS, 2015, 154 p. (In Russian)

5. Sajt oficial'nogo dilera Mitsubishi electric http://www.tsar-climat.ru/catalog/otoplenie/teplovye_nasosy/ vozdukh_vozdukh/teplovye_nasosy_cooper_hunter/ (In Russian)

6. Korovkin S.V., Vinokurov N.P., Tutunina E.V. Spo-sob generirovanija l'da [A method of ice generating], pat. 2490567 RF, No 2012138395/13, zajavl. 10.09.2012, opubl. 20.08.2013, Bjul. No 23. (In Russian)

7. Korovkin S.V. Teploobmennye apparaty s izme-njaemoj geometriej poverhnosti teploobmena [Heat exchangers with variable geometry of the heat exchange surface], [Jelektronnyj resurs], Internet-gazeta Holodil'shhik.RU, 2005.

URL:http://www.holodilshchik.ru/i ndex_holodilshchik_issue_2 _2012_Teploobmennye_apparaty_s_izmenyaemoy_poverkhn ostyu_teploobmena.htm// (data obrashhenija 10.07.2018)/ (In Russian)

8. Sajt «Zeljonye reshenija - tematicheskoe obshhestvo» [«Green solutions-thematic society»] https://rodovid.me/energy/energiyu-lda-dlya-otopleniya-i-ohlazhdneniya-doma.html. (In Russian)

9. Vasil'ev A.N., Halin E.V., Nekrasov A.I. i dr. Razra-botat' metody i modeli postroenija system jelektrosnabzhenija sel'skih potrebitelej. Vypolnit' nauchnoe obosnovanie parame-trov I rezhimov raboty novykh sistemoobrazujushhikh tekhni-cheskikh sredstv teplojenergoobespechenija sel'skokho-zjajstvennykh o"bektov [To develop methods and models of construction of systems of power supply of rural consumers. To perform scientific substantiation of parameters and modes of operation of new system-forming technical means of heat and power supply of agricultural facilities]: otchjot o NIR, M., FGBNU FNAC VIM, 2017, 104 p. (In Russian)

10. Curve Fitting Toolbox User's Guide © COPYRIGHT 2001-2004 by the MathWorks Inc, 212 p.

Сведения об авторах

Васильев Алексей Николаевич - доктор технических наук, профессор, руководитель научного направления «Энергообеспечение АПК», ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8-495-709-34-46. E-mail: vasilev-viesh@inbox.ru.

Тутунина Евгения Викторовна - аспирант научного направления «Энергообеспечение АПК», ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8-495-709-34-46. E-mail: tutuninaev@gmail.com.

Information about the authors Vasiliev Alexey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Power supply of agriculture scientific direction, FSBSE VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8-495-709-34-46. E-mail: vasilev-viesh@inbox.ru.

Tutunina Evgeniya Viktorovna - postgraduate student of the Power supply of agriculture scientific direction, FSBSE VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8-495-709-34-46. E-mail:tutuninaev@gmail.com.

УДК 636.004.18

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОБСЛУЖИВАНИЯ КРС

© 2018 г. А.А. Поцелуев, А.М. Семенихин, Т.Н. Толстоухова

В статье раскрываются технологические процессы обслуживания КРС, в которых используется, как ресурсная составляющая, вода, применяемая в общем процессе производства конечной продукции и во вспомогательных процессах обслуживания животного. Даются требования к подсистемам, выполняющим разные технологические функции и требования к воде по температурным показателям. Рассматриваются конструктивно-технологические параметры базового элемента системы накопительного бака воды, выполняющего функции резервирования воды, генерирования тепла и распределения подготовленной воды по подсистемам с учетом технологической направленности ее использования. Предлагаются конструктивно-технологические схемы баков-накопителей воды, направленные на снижение теплопотерь с наружной поверхности бака. Аналитически рассматривается процесс теплопередачи через сложную многослойную стенку корпуса бака. На основании экспериментальных исследований обосновываются и рекомендуются расчетные показатели коэффициентов теплопередачи. Рассматриваются и предлагаются к использованию конструктивно-технологические решения внутреннего пространства бака как теплогенерирующего устройства, где источником тепла является электрический теплонагревательный элемент. Аналитически исследуется процесс теплообмена через разделительную стенку между двумя объемами воды, предназначенными для использования в разных технологических процессах обслуживания крупного рогатого скота (процесс автопоения КРС; процесс подмывания вымени коров). Результаты аналитических исследований подтверждаются экспериментальными исследованиями и приводятся в графическом виде, описательном и в виде расчетных зависимостей. По результатам исследований даются выводы. Общая концеп-

ция - многофункциональная схема построения теплогенерирующего устройства (бака-накопителя и распределителя теплой воды) возможна при рациональном разделении внутреннего объема и обоснованно подобранных теплопере-дающих конструктивных элементов. При этом может быть получен технологический эффект (повышение продуктивности животных и качества продукции) и экономический за счет снижения расхода электроэнергии как источника тепла.

Ключевые слова: технологические процессы, вода, автопоение, подмывание вымени, температура, тепло, источник тепла, теплопотери, система, подсистемы, бак-накопитель, теплогенерирующее устройство, коэффициент теплопередачи.

The article describes the technological processes of cattle maintenance, which use water as a resource component, used in the overall process of production of end products and in auxiliary processes of servicing animals. We have provided requirements for subsystems that perform different technological functions and requirements to the water temperature conditions. We have also considered the constructive technological parameters of the basic element of the system of a storage water tank that performs the functions of reserving water, generating heat and distributing prepared water to the subsystems, taking into account the technological direction of its use. The constructive technological schemes of storage tanks aimed at reducing heat loss from the outer surface of the tank are proposed. The process of heat transfer through a complex multi-layer wall of the tank body is analytically considered. Based on experimental studies, the calculated coefficients of heat transfer coefficients are justified and recommended. The process of heat transfer through the dividing wall between two volumes of water designed for use in various technological processes of cattle maintenance of cattle are analytically investigated (the process of automatic drinking of cattle; the process of cleaning the udder of cows). The analytical results are confirmed by experimental research and are presented in graphic, descriptive ways and calculated dependences. The conclusions are based on the results of the research. The general concept - a multifunctional scheme for constructing a heat generating device (accumulator tank and hot water distributor) is possible with a rational division of the internal volume and reasonably selected heat-transferring structural elements. At the same time, a technological effect can be obtained (increasing the productivity of animals and the quality of products) and economic by reducing the consumption of electricity as a source of heat.

Keуwоrds: technological processes, water, automatic drinking, washing of the udder, temperature, heat, source of heat, heat loss, system, subsystems, tank storage, heat generating device, heat transfer coefficient.

Введение. Спектр востребованности тепла при производстве животноводческой продукции на фермах крупного рогатого скота (КРС) достаточно широк. В рамках выполнения технологических процессов обслуживания КРС особо необходимо отметить процессы автопоения животных, доения коров, санитарной обработки кожного покрова [1-3]. Наряду с технологическими процессами, тепло расходуется на выполнение таких производственных процессов, как вентилирование (обеспечение заданного микроклимата) животноводческого помещения, поддержание в нем заданного температурного режима в холодный период года, на санитарную обработку технологического оборудования, используемого внутри животноводческого помещения [4; 5]. Технологические процессы автопоения и доения КРС строго ограничены зоотехническими требованиями по температурным параметрам используемого теплоносителя, которым является вода [6]. Однако, как показывает производственный опыт, используемая на фермах КРС вода перед тем как поступить в зону ее отбора животными (средства автопоения) в большинстве случаев не подвергается ряду технологических операций по доведению ее до показателей, соответствующих нормам технологического проектирования (очистка; обеззараживание; подогрев до заданных температурных параметров в разрезе технологиче-

ских и половозрастных групп животных) [7]. Как результат снижение продуктивности животных, качества продукции.

Недостатком в использовании тепла в технологических процессах обслуживания крупного рогатого скота является принцип распределения мест нагрева воды в системах и подсистемах водообеспечения и применение различных по конструктивно-технологическим параметрам (показателям) нагревательных (генерирующих) устройств. Это приводит к повышенным потерям тепла в системах водообеспечения, снижению коэффициента использования нагревательных (генерирующих) устройств, а в целом - к нерациональному использованию тепловой энергии. Поэтому исследование совместимости тепловых процессов в едином теплогенерирующем устройстве, каким в данном случае может быть бак резервирования, подогрева и распределения воды по ее технологической направленности, является своевременным и актуальным.

Результаты исследований и их обсуждение. Эффективность использования тепла при подготовке воды к ее использованию в технологическом процессе автопоения и технологической операции подмывания вымени коровы зависит от конструкции накопительной емкости (бака), ее связи с нагревательным элементом и защиты от теплопотерь во внутреннее пространство животноводческого помещения.

В системах водообеспечения технологических процессов обслуживания животных требуется вода с разной температурой (поение животных ¿в=12-18 0С; санитарная обработка вымени коров 40-45 °С) [7]. В целях экономии расхода тепла и соответственно источника тепла (электроэнергии, топлива) более эффективен

способ вторичного нагрева воды за счёт передачи тепла через разделительную стенку бака, обеспечивающую заданный поток тепла в установленном временном цикле. Разделительная стенка бака может быть ориентирована относительно стенок бака в вертикальной или горизонтальной плоскости (рисунок 1).

а б

а - схема с горизонтальным расположением разделительной стенки; б - схема с вертикальным расположением разделительной стенки; 1 - объемы воды прямого нагрева; 2 - разделительные стенки теплообмена; 3 - объемы воды, подогреваемые через разделительную стенку; 4 - теплогенерирующее устройство; 5 - отверстия для естественной циркуляции воды Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема бака с разделительными теплопередающими стенками

Сама конструкция разделительной стенки выполняется однослойной или многослойной, в зависимости от требуемой интенсивности теплового потока и его направленности. В качестве исходных данных для анализа теплового потока являются: начальные и конечные температурные показатели соседствующих объемов воды, соотношение объемов воды, временной показатель протекания технологического процесса отбора воды. При использовании, в качестве источника прямого нагрева воды в баке, электронагревательного устройства (ТЭН), теплообмен между объемами воды дополнительно может осуществляться по принципу термосифонной циркуляции. В этом случае в разделительных стенках необходимо предусматривать отверстия для естественной циркуляции воды.

При выполнении технологического процесса (технологической операции) подмывание вымени коровы, длительность которого находится в диапазоне 1,5-2 часа, температура воды в одном из объемов поддерживается в пре-

делах 40-45 °С. При этом возможно временное повышение температуры до критической - комфортной как для рук оператора машинного доения, так и для кожного покрова вымени коровы (50-55 °С). Контроль данной температуры осуществляется датчиком температуры, который управляет рабочим процессом теплогенери-рующего устройства.

Процесс нагрева объема воды, расходуемой на нужды автопоения, также контролируется датчиком температуры, который отключает теплогенерирующее устройство при достижении предельной температуры - 30 °С.

В связи с температурными ограничениями в разрезе отдельных объемов воды необходимо определить возможный диапазон нагрева воды через разделительную стенку в процессе одновременного расхода воды на подмывание вымени и автопоение.

В качестве исходных данных для расчета необходимого количества тепла, идущего на нагрев питьевой воды для животных, принима-

ем: расчётный объем воды на нужды автопоения - V м3; теплоёмкость воды - св (Вт/кг-°С); плотность воды - р (кг/м3); ограничительные температуры нагрева воды - [1, [г.

Расчетное количество тепла, используемого на нужды автопоения, определяем по формуле

(>пв=¥-р-св<*г~Ч). 0)

С учетом расчетной потребности тепла на нагрев воды определяем временной цикл нагрева по формуле

—-, (2)

где Г - площадь поверхности разделительной стенки, м2;

5 - толщина разделительной стенки, м;

К - коэффициент теплопроводности разделительной стенки, Вт/м2 °С;

[г - температура воды в объеме для подмывания вымени (40-45 °С; кратковременный - 5055 °С);

[ох - температура воды в объеме для воды на питьевые нужды (12-18 °С; предельная - 30 °С).

Расчетный и временной цикл подмывания вымени коров, теплопередающие свойства используемой разделительной стенки раскрывают качество процесса теплопередачи. В то же время толщина разделительной стенки 5 и её конструктивное решение в области теплоизоляционных свойств являются основными факторами, влияющими на качество процесса поддержания температурного режима в водных объемах бака.

Во временные циклы между доением коров теплогенерирующее устройство (электронагревательный элемент) работает в условиях поддержания заданной (нормативной) температуры воды, расходуемой на нужды автопоения. Поэтому работа теплогенерирующего устройства

По результатам анализа текущих потоков подачи и расхода тепла может быть определен текущий поток расхода тепла по формуле

Фр.Т (т) ~ ОтЕХН + ОпОТ > (3)

где фр.т.(т) - поток тепла за счёт теплогенерирующего устройства (Оэ);

Отех - текущий поток тепла для нагрева воды, расходуемой на подмывание вымени коровы;

Опот - расход тепла на нужды автопоения и на компенсацию тепла, теряемого через корпус бака в окружающую среду.

Текущий поток тепла на нагрев воды в баке будет определяться с учетом следующих исходных данных: потока нагреваемой воды, проходящей через теплогенерирующее устройство

- дт; удельной теплоты нагрева воды - с; температур поступающей и выходящей из теплогенерирующего устройства. На базе принятых исходных данных текущий поток расхода тепла определится по формуле

ОтЕХН ~ &т ' С ' (/# ~ ^ОХЛ)'

Искомыми являются расходы тепла на нужды автопоения и на компенсацию тепла, теряемого через корпус бака в окружающую среду, которые составляют общие рациональные и нерациональные потери тепла. Базовыми исходными данными для их определения являются следующие исходные данные: показатели площади теплопередающих поверхностей в баке (разделительной стенки - Гр.ст; наружной поверхности корпуса бака - Гр.ст); коэффициенты теплопередачи (для разделительной стенки

- К1; для корпуса бака - Кг); показатели температуры водных объемов бака ([н - температура подмывочной воды; [пз - температура питьевой воды; [пом - температура воздуха внутри животноводческого помещения).

С учетом исходных данных общие потери тепла определяем по формуле

протекает циклично с коммутацией потока тепла.

О^ПОТ = ' Гр.ст ' (/# — ^пз) + ' ?н.п (/я — ^ПОМ )• (5)

На основании рассмотренных зависимостей текущий поток расхода тепла может быть рассчитан по формуле

Сопоставление приращений полных потоков подачи и расхода тепла обосновывает приращение регулирующей массы тепла, которая может быть определена по формуле

(/я — ^п.з) + 2 ' ?нп ' (/я — Iпом)-где внв - масса нагреваемой воды в накопительной ёмкости для подмывания вымени коровы, кг;

с - теплоёмкость этой нагреваемой воды, Вт /кг°С;

с?Ф - с • GЯ5 •

(7)

t - температура воды для подмывания вымени в динамике ее изменения, °С.

Анализ аналитических исследований позволяет сделать заключение, что при постоянной массе нагреваемой воды регулирующая масса тепла прямо пропорционально зависит от температуры нагрева воды для подмывания вы-

мени коровы и косвенно от температуры воды, используемой на нужды автопоения. Согласование потоков подачи и расхода тепла целесообразно осуществлять периодически по критериальным температурным показателям нагрева воды в каждом из объемов бака (рисунок 2).

Н - теплогенерирующее устройство; П - объем воды в баке для подмывания вымени коров (потребитель тепла); П2, П4 - воздушная среда животноводческого помещения (потребитель потерь тепла через стенки бака); Пз- объем воды в баке на нужды автопоения (потребитель тепла); АФ, А(1У- регулирующая масса по теплу в разрезе резервирующих объемов воды Рисунок 2 - Схема поточного теплового процесса регулирования потоками подачи тепла и температурными показателями потребляемого продукта (воды)

а - трехслойный корпус бака с внутренней воздушной прослойкой; б - трехслойный корпус бака

с наружной стенкой в виде гибкой диафрагмы и внутренней воздушной прослойкой; в - многослойный корпус бака с внутренней прослойкой из воздуховодов разной технологической направленности; 1 - корпус бака; 2 - внутренняя воздушная прослойка повышенного (пониженного) давления; 3 - воздушная прослойка повышенного (пониженного) давления; 4; 5 - внутренняя прослойка из воздуховодов повышенного и пониженного давления воздуха Рисунок 3 - Схемы предлагаемых конструктивно-технологических решений корпуса бака-накопителя воды (тепла)

в

На основании анализа известных емкостных нагревателей воды [8-12] и с учетом того, что воздух низкого и высокого давления является эффективным теплоизолятором и то, что он может быть периодически использован во вспомогательных процессах обслуживания животных (сушка кожного покрова животного; создание водовоздушной эмульсии для массажа и подмывания вымени), нами предлагаются следующие конструктивные схемы баков-накопителей воды с повышенными теплоизоляционными свойствами (рисунок 3).

С целью определения расчетных показателей теплопотерь в баке-накопителе воды и тепла, характера распределения температуры внутри водных объемов и возможности совмещения технологических циклов нагрева воды в предлагаемом конструктивном решении бака были проведены экспериментальные исследования. Программа исследований предусматривала дискретный замер температуры в соседствующих емкостях с водой и внутри животноводческого помещения, а также на наружных плоскостях разделительной перегородки.

Экспериментальными исследованиями определялись теплотехнические характеристики наружных стенок бака, в частности воздушной прослойки.

При проведении исследований были задействованы термометр ТЭТ-2, часовая аппаратура и использован метод нагретой проволоки при определении теплопроводности воздушной прослойки.

Исследованиями установлено, что при подаче подогретой воды к подмывочному устройству с целью обработки вымени коровы, имеют

место теплопотери в транспортной магистрали. Однако они незначительны (падение температуры за счет теплопотерь в транспортном водопроводе находится в пределах 1-1,5 °С). Из-за конструктивно-технологических решений распределения воды по технологическим процессам обслуживания животных наблюдалось частичное смешивание воды разной технологической направленности, но и в результате этого фактора температурный показатель воды находился в рамках зоотехнических требований. За технологический цикл обработки вымени коровы с учетом размеров вымени и загрязненности воды падение температуры обмывочной воды находилось в пределах 4-5 °С. При этом за время общего технологического цикла между обработкой вымени двух рядом стоящих коров (т = 4-5 мин) температурный показатель под-мывочной воды практически восстанавливался (рост температуры воды - 3-4 °С). Общее падение температуры воды за полный цикл доения группы коров (N=25 гол.), закрепленных за оператором машинного доения, составляет 1013 °С (рисунок 4).

Уровень и динамика падения температуры воды, используемой для подмывания вымени, зависит от конструктивно-технологических решений бака-накопителя, протяженности водопроводной линии и материала водопровода, от физиологических параметров вымени, ее загрязненности и организации выполнения самого технологического процесса или отдельной технологической операции. Качество процесса зависит от конструктивных особенностей конструкции корпуса бака.

50 40 30

20 <

10 О

лес

т1+т?

Время чагреОа

исхоаного ооъвма

мин

Рисунок 4 - Общая характеристика изменения температуры воды в подсистеме подмывания вымени коров

Но процесс теплообмена и его показатели напрямую связаны с водным эквивалентом (соотношения объемов воды, между которыми происходит теплообмен).

Влияние водного эквивалента на динамику изменения температуры воды в водных объемах бака показано на рисунке 5.

Рисунок 5 - Характер изменения температурных показателей объемов воды с разными водными эквивалентами

Нами были проведены исследования эффективности использования в разных конструктивных вариантах воздушной прослойки в корпусе накопительного бака. При этом исследовалась воздушная прослойка с пониженным (вакуум) и повышенным давлением. Причиной исследования воздушной прослойки разного давления послужила востребованность воздуха во вспомогательных процессах обслуживания животных (санитарная обработка кожного по-

крова; использование водовоздушных смесей в технологических процессах при снижении расхода воды).

В результате исследований базового показателя процесса теплообмена - коэффициента теплопроводности воздушной прослойки -было установлено, что наблюдается прямая зависимость коэффициента теплопроводности от создаваемого давления воздуха в прослойке корпуса бака (рисунок 6).

К,

Вт

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

м°С

от

0,02

0,01

о Г=0,0012Р+0,014

^ о

20 Ш 60 80

100 120

Р, кПа

Рисунок 6 - Зависимость коэффициента теплопроводности воздушной прослойки в корпусе бака от создаваемого давления

С целью снижения теплопотерь через стенки бака нами была использована воздушная прослойка в виде воздуха пониженного или повышенного давлений или в определенном их сочетании. Это показало, что изменение значения коэффициента теплопроводности воздуха находится в прямой зависимости от создаваемого давления в межстенных камерах бака (рисунок 6).

Зависимость коэффициента теплопроводности воздуха в воздушной прослойке корпуса бака от создаваемого давления воздуха может быть представлена уравнением регрессии с коэффициентом достоверности 13=0,93:

Я = 0,012Р + 0,014, (8)

где А - значение коэффициента теплопроводности, вт /м2 ■ °С;

Р - давление воздуха в теплоизоляционной камере, кПа.

Анализ полученных результатов по теп-лопотерям через корпус бака показывает, что на показатель теплопотерь в воздушное пространство животноводческого помещения оказывает влияние конструктивное решение стенки корпуса бака (с внутренней воздушной прослойкой; с наружной стенкой в виде гибкой диафрагмы и внутренней воздушной прослойкой; с внутренней прослойкой из воздуховодов разной технологической направленности). Однако создаваемое давление воздуха в прослойке стенки корпуса бака оказывает существенное влияние на общие теплопотери и эффективность использования тепла, вырабатываемого теплоге-нерирующим устройством.

Выводы

1. Многофункциональный принцип использования тепла в генерирующих устройствах типа бака-накопителя и распределителя воды по технологическим процессам обслуживания КРС позволяет повысить эффективность использования источника тепла.

2. Принцип вторичного нагрева сред разной технологической направленности через разделительную стенку способствует стабилизации режима работы источника тепла и повышает коэффициент его использования.

3. Применительно к рассмотренным технологическим процессам мощность источника тепла (ТЭН) должна составлять 1,8 кВт (при обслуживании технологической группы животных численностью 25 голов).

4. Управление процессом нагрева воды (режимом работы нагревателя) должно осуществляться двухпозиционно.

5. В процессе поддержания температурного режима воды, идущей на автопоение животных, длительность работы источника тепла должна составлять 20-25 мин, а длительность простоя - 50-55 мин.

6. Использование в конструкции корпуса бака многослойной стенки с воздушной прослойкой позволяет снизить теплопотери (коэффициент теплопередачи может изменяться в диапазоне от 3,88 до 8,3 Вт/м2 -°С) и расширить функциональные возможности бака.

Литература

1. Поцелуев, А.А. Ресурсосбережение в унифицированных системах водообеспечения технологических процессов на фермах КРС / А.А. Поцелуев, И.В. Назаров // Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение: Международ. научн.-практ. конф., 10-14 сентября 2013 г., г. Ростов-на-Дону. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2014.

2. Поцелуев, А.А. Ресурсосбережение при водо-обеспечении животноводческого объекта / А.А. Поцелуев, И.В. Назаров // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: Международная научно-практич. конф., 23-24 октября 2014 г., г. Минск. - Минск: БГАТУ, 2014.

3. Поцелуев, А.А. Обоснование параметров устройства для санитарной обработки кожного покрова КРС / А. А. Поцелуев, М.В. Костенко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2014. - № 4.

4. Делягин, В.Н. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике / В.Н. Делягин. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. - С. 250-255.

5. Поцелуев, А.А. Энергосберегающая система санитарной обработки посуды и тары / А.А. Поцелуев, И.В. Назаров, Т.Н. Толстоухова // Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение: Международ. научн.-практ. конф., 10-14 сентября 2013 г., г. Ростов-на-Дону. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2014.

6. Нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота крестьянских хозяйств НТП - АПК 1.10.01.001-00 - Минсельхоз РФ, НПЦ «Гипронисельхоз», 27.07.00.

7. Поцелуев, А.А. Влияние рН-показателя обмывочной воды на загрязненность вымени коровы / А.А. Поцелуев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 4.

8. Водонагреватель или генератор горячей воды. Заявка № 2341106 (Франция) от 14 октября 1977 г.

9. Термоизолированный контейнер для хранения горячей воды. Заявка № 1466239 (Великобритания) от 2 марта 1977 г.

10. Теплоизоляционная стеновая конструкция для жидкостного резервуара. Патент США № 4021982 от 10 мая 1977 г.

11. Электрический водонагреватель. Патент США № 3992607 от 16 ноября 1976 г.

12. Водоподогреватель. Заявка № 2548076 (ФРГ) от 5 мая 1977 г.

References

1. Poceluev A.A., Nazarov I.V. Resursosberezhenie v unificirovannykh sistemakh vodoobespecheniya tekhnologi-cheskikh processov na fermakh KRS [Resource saving in unified water supply systems of technological processes on cattle farms], Tekhnosfemaya bezopasnost, nadezhnost', kachestvo, energo- i resursosberezhenie: Mezhdyn. nauchno-practich. konf., 10-14 sentyabrya 2013 g., Rostov^n-Don, RGSU, 2014. (In Russian)

2. Poceluev A.A., Nazarov I.V. Resursosberezhenie pri vodoobespechenii zhivotnovodcheskogo ob"ekta [Resource saving in water supply of cattle-breeding facility], Tekhnicheskoe i kadrovoe obespechenie innovacionnykh tekhnologij v sel'skom khozyajstve: Mezhdyn. nauchno-practich. konf., BGATU, 23-24 octyabrya 2014, Minsk.

(In Russian)

3. Poceluev A.A. Kostenko M.V. Obosnovanie para-metrov ustrojstva dlya sanitarnoj obrabotki kozhnogo pokrova KRS [Justification of the device parameters for sanitary treatment of the skin of cattle], Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo khozyajstva, 2014, No 4. (In Russian)

4. Delyagin V.N. Energosberegayushchie tekhnologii v zhivotnovodstve i stacionarnoj energetike [Energy-saving technologies in cattle-breeding and stationary energy], M., GNU VIEHSKH, 2004, pp. 250-255. (In Russian)

5. Poceluev A.A., Nazarov I.V., Tolstouhova T.N. Energosberegayushchaya sistema sanitarnoj obrabotki posu-dy i tary [Energy-saving system of sanitary processing of dishes and containers], Tekhnosfemaya bezopasnost', nadezhnost', kachestvo, energo- i resursosberezhenie: Mezhdyn. nauchno-practich. konf., 10-14 sentyabrya 2013 g., Rostov-on-Don, RGSU, 2014. (In Russian)

6. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya ferm krupnogo rogatogo skota krest'yanskikh khozyajstv NTP -APK 1.10.01.001-00 - Minsel'hoz RF [Norms of technological design of cattle peasant farms NTP-APC 1.10.01.001-00 -Ministry of Agriculture of the Russian Federation] NPC «Gi-pronisel'hoz», 27.07.00. (In Russian)

7. Poceluev A.A. Vliyanier N-pokazatelya obmyvoch-noj vody na zagryaznennost' vymeni korovy [The influence of the pH-value of water on the contamination of cow udders], Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo khozyajstva, 2009, No 4. (In Russian)

8. Vodonagrevatel' ili generator goryachej vody [Water heater or hot water generator], zayavka № 2341106 (Franciya) ot 14 oktyabrya 1977 g.

9. Termoizolirovannyj kontejner dlya khraneniya go-ryachej vody [Thermally insulated hot water storage container], zayavka №1466239 (Velikobritaniya) ot 2 marta 1977 g.

10. Teploizolyacionnaya stenovaya konstrukciya dlya zhidkostnogo rezervuara [Thermal insulation wall structure for liquid tank], patent SSHA No 4021982 ot 10 maya 1977g.

11. Elektricheskij vodonagrevatel' [Electric water heater], patent SSHA No 3992607 ot 16 noyabrya 1976 g.

12. Vodopodogrevatel' [Water heater], zayavka No 2548076 (FRG) ot 5 maya 1977 g.

Сведения об авторах

Поцелуев Александр Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).

Семенихин Александр Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).

Толстоухова Татьяна Николаевна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).

Information about the authors

Potseluev Alexander Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technologies and means of mechanization of agroindustrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov Region, Russian Federation).

Semenikhin Alexander Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Technologies and means of mechanization of agroindustrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov Region, Russian Federation).

Tolstoukhova Tatyana Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Technologies and means of mechanization of agroindustrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov Region, Russian Federation).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.