ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЦЕНТРОБЕЖНОГОАГРЕГАТА ДЛЯ ВЫТОПКИ ВОСКА ИЗ ПЧЕЛИНЫХ СОТОВ АВВЦ 20/19 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

^productivity. There were Danish cow-heifers in the 1st group and American cow-heifers in the 2nd one. The conditions and fodder were the same for both groups. Both groups were milked with the help of DeLaval VMS. Studies have shown that the live weight of the cows of both groups differed not significantly. Cows Danish selection yield of 100 days of lactation was 2524 kg, which is 199 pounds more than the American selection cows whose milk yield was 2325 kg. According to the content of milk fat and milk protein cow American selection significantly superior cows Danish selection by 0.65% and 0.24%, respectively. Also, the output of milk fat and milk protein in cows more American selection, respectively, 8.63 kg and 0.53 kg. The average duration of milking (6.5 min) and the duration between milking a day (8.04 h) at the American cows breeding significantly less than the Danish cattle breeding (respectively 0.5 min. And 0.43 hours). However, the intensity of milk cows Danish selection slightly higher than that of cows American selection and amounts of 2.11 kg / min. Cows pervotelki-American selection for milk yield and the main physical and chemical parameters significantly exceed the Danish breeding cows. This means it is more expedient to use the American breeding cows.

Key words: Holstein cattle, robot, machine milking, udder, DeLaval.

References

1. Kartashov, L.P. Uchebnik mastera mashinnogo doeniya [Tekst]/L.P. Kartashov, V.G. Zvinyaczkovskiy, L.I. Sorokina. - M.: Kolos, 1994. - 368 s.

2. Ovsyannikov, A.I. Osnovy opytnogo dela v zhivotnovodstve [Tekst] / A.I. Ovsyannikov. - M.: Kolos, 1976. - 304 s.

3. Tunikov, G.M. Razvedenie osnovami chastnoy zootekhnii[Tekst]/G.M. Tunikov, A.A. Korovushkin. - M.: Moskovskaya poligrafiya, 2010. - 712 s.

4. Tunikov, G.M. Tekhnologiya proizvodstva i pererabotki produkcii zhivotnovodstva [Tekst]: uchebnoe posobie. V 2 ch. Ch. 1. Tekhnologiya proizvodstva i pererabotki moloka /G.M. Tunikov, N.I. Morozova, I.G. Shashkova, S.M. Kolontaeva. - Ryazan': ZAO «PRIZ», 2003. - 284 s.

5. Evstifeev, Ju. Stanovlenie agroholdinga / Ju. Evstifeev [Ehlektronny resurs] // Ryazanskie vedomosti.-2013.-№59.- Rezhim dostupa: http://rv.ryazan.ru

6. Kulibekov, K.K. Sovershenstvovanie tekhnologii doeniya korov-pervotyolok golshtinskoy porody v usloviyakh robotizirovannoy fermy v Ryazanskoy oblasti [Tekst] / G.M. Tunikov, K.K. Kulibekov. - Ryazan': Vestnik RGATU, 2014. - S. 15 - 18.

7. Ustimenko, A.A. Pervonachalny opyt raboty na robotizirovannoy ferme Agrokholdinga OOO «Vakinskoe Agro» [Tekst]/A.A. Ustimenko, E.S. Ustimenko, G.M. Tunikov. - Dokiad.- 2014 g.

УДК 638.171.2

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЦЕНТРОБЕЖНОГОАГРЕГАТА ДЛЯ ВЫТОПКИ ВОСКА ИЗ ПЧЕЛИНЫХ СОТОВ АВВЦ 20/19

Некрашевич Владимир Федорович, д-р техн. наук, профессор кафедры механизации животноводства, e-mail: MCX-RGATU@yandex.ru

Нагаев Николай Борисович, аспирант кафедры механизации животноводства, е-mail: nikolas_ burdisso@mail.ru

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

В последние годы в пчеловодческой сфере нашей страны сложилась непростая ситуация - нехватка пчелиного воска собственного производства, поэтому наша страна ежегодно закупает около 700 тонн. Преобладание на внутреннем рынке зарубежного воска отрицательно сказывается на темпах развития самого пчеловодства и сопутствующих областей производства. Процесс вытопки воска - один из самых трудоемких в пчеловодстве, и существующие паровые агрегаты для вытопки не обеспечивают полной механизации этого процесса. Исходя из этого, была поставлена задача - создать усовершенствованную технологию получения высокосортного воска. В статье представлена конструктивно-технологическая схема энергосберегающего агрегата для вытопки воска из пчелиных сотов, в котором самая трудоемкая процедура - отделение воскового сырья от рамок - происходит с помощью центробежной силы. Также представлен расчет теплового баланса и количества теплоты, требуемой для процесса вытопки воска в центробежном агрегате. Данная методика может быть использована для расчета теплового баланса установок и агрегатов для вытопки воска. Результаты расчета показали, что мощность ТЭНов, необходимых в центробежном агрегате для вытопки воска, зависит от массы разогреваемых материалов: воскового сырья, количества рамок, воды, а также от размеров и материала установки, начальной и требуемой температур воскового сырья и воды, температуры окружающего воздуха.

Ключевые слова: центробежный агрегат для вытопки воска, тепловой баланс, восковое сырье, количество теплоты.

© Некрашевич В. Ф., Нагаев Н. Б.,2014г.

Трибуна молодых учёных

3

Введение

В последние годы в пчеловодческой отрасли нашей страны сложилась непростая ситуация -нехватка пчелиного воска собственного производства, поэтому наша страна ежегодно закупает около 700 тонн. Преобладание на внутреннем рынке зарубежного воска отрицательно сказывается на темпах развития самого пчеловодства и сопутствующих областей производства. Ведь более 50 отраслей народного хозяйства нуждаются в этом ценнейшем продукте. Одна из причин уменьшения заготовок воска - отсутствие устройств, способных извлекать максимальный процент от вос-ковитости сырья. Существует несколько способов вытопки воска из воскового сырья и большое количество разнообразных агрегатов, в которых используются различные виды энергии. Наиболее перспективными являются паровые агрегаты для вытопки воска, так как при их работе затрачивает-

ся сравнительно небольшое количество энергии. Процесс вытопки воска - один из самых трудоемких в пчеловодстве, и существующие паровые агрегаты для вытопки не обеспечивают полной механизации этого процесса. Исходя из этого, была поставлена задача - создать усовершенствованную технологию получения высокосортного воска, освобождающую пчеловода от этой трудоемкой процедуры. Данная операция будет происходить с помощью центробежной силы.

Объект и методика исследования В Рязанском государственном агротехнологи-ческом университете имени П.А. Костычева был сконструирован агрегат для вытопки воска из воскового сырья, конструктивно-технологическая схема которого представлена на рисунке 1. Техническая новизна предложенной конструкции агрегата подтверждена патентом на изобретение РФ № 2528960 «Агрегат для вытопки воска» [1].

1 - паробразователь; 2 - крышка агрегата; 3 - прокладка паранитовая; 4 - люк для загрузки рамок; 5 - центрифуга; 6- бак для воды; 7- корпус паробразователя; 8- крепления, 9 - ротор;10 - держатели; 11 - гнездовые рамки; 12 - электрические ТЭНы; 13 - смотровое окно; 14 - предохранительный клапан; 15 - кран; 16 - дно камеры центрифуги; 17 - сливной патрубок; 18 - воскопресс; 19 - фильтр сетка; 20 - прессующий шнек; 21 - мотор-редуктор; 22-рама. Рис. 1 - Конструктивно-технологическая схема агрегата для вытопки воска: а) - вид сбоку, б) - разрез по А-А, вид сверху

Агрегат для вытопки воска работает следующим образом. В центрифугу через люк загружаются радиально сотовые и магазинные рамки и закрепляются в держателях. Центрифуга закрывается герметичной крышкой. В бак заливается вода. Уровень воды контролируется через водомерное стекло. Нагревательные ТЭНы подключаются к электрической сети и вода нагревается до кипения (100 0С). При кипении воды выделяется пар, который распространяется в центрифугу, через зазор между нею и корпусом парообразователя происходит процесс плавления воска. Вытопленный воск под действие силы тяжести попадает на наклонное дно камеры центрифуги, и затем вместе с мервой направляется в воскопресс. Расплавленный воск с механическими примесями подпрессовывается при помощи вращения прессующего шнека. Воск с конденсатом проникает через фильтр-сетку и стекает в свою ёмкость, а выжимки с механическими примесями через выгрузное окно воскопресса - в свою ёмкость. Степень подпрессовки расплавленной массы регулируется регулировочным винтом, расположенным на выходном отверстии пресса. При этом увеличивается выход чистого воска. Для заливки и слива воды из емкости после вытопки воска используется закрепленными на ней сотовыми рамками. Растопленный воск и мерва под действием центробежных сил отделяются от сотовых рамок и по дну камеры центрифуги перемещаются в сливной патрубок, а затем в воскопресс, где воск отпрессовывается от мервы. Данная конструкция агрегата позволяет избежать в большей мере потерь в окружающую среду благодаря размещению центрифуги внутри парообразователя. Для вытопки воска в центробежном агрегате используется насыщенный пар.

Расчет теплового баланса установки

Для расчета количества тепловой энергии, требуемой для процесса вытопки воска, необходимо рассчитать количество потребляемой теплоты на процесс вытопки воска из пчелиных сотов и количество выделенного тепла ТЭНами.

Количество теплоты Qпотр, требуемое на процесс вытопки воска из пчелиных сотов, определяется по формуле [6]:

О . =0 + О ,Дж (1)

потр воска пот. ,гп х '

где 0воска - количество теплоты, необходимое для разогревания рамок с сотами, Дж;

0пот - количество теплоты, необходимой для компенсации потерь в окружающую среду, Дж.

Для нахождения количества теплоты на нагрев воскового сырья паром применим следующую формулу:

О = О + О , Дж (2)

воска воды уст ' " 4 '

где Оводы - количество теплоты, необходимое для нагревания воды до температуры кипения и образования из нее пара, Дж;

Оуст - количество теплоты, необходимое для нагревания установки, Дж;

Таким образом, количество теплоты, требуемое на процесс вытопки воска, складывается из

количества теплоты, необходимой для нагревания воды и образования пара, для нагревания установки, а также из количества теплоты, необходимой для компенсации потерь в окружающую среду [6].

Количество теплоты для нагрева воскового сырья вместе с рамками в общем виде определяется по формуле [6]:

Qeocш ^воска ^ ^еоска^шрт ^жи)"^" (3)

-А1-С (Т -Т ) Лж

корпуса держУ треб нач':И

где т - масса разогреваемого воскового

воска

сырья, кг;

Своска - теплоемкость воскового сырья, Дж/(кг 0С); С - теплоемкость материала, из которого сде-

дерева ~ ' 1-1-1

ланы рамки (в данном случае это сосна) Дж/(кг0С); N - количество рамок в одной загрузке, шт;

т

- масса корпуса рамки, кг;

корпуса

Т _,Т - соответственно требуемая

треб нач " *

и началь-

ная температуры воскового сырья и рамок, 0С. Массу воскового сырья определим по формуле

т

N -{т

решки

- т

корпуса

КГ

(4)

Количество теплоты для нагрева воды и парообразования определяется по формуле

(5)

на-

где тводы - масса нагреваемой воды, кг;

Своды - теплоемкость воды, Дж/(кг0С);

Т К,Т/ - соответственно требуемая и

треб нач ~ 1

чальная температура воды, 0С.

Л -удельная теплота парообразования, Дж/кг

Дт - масса испарившейся жидкости в процессе вытопки, кг (в серийно-выпускаемых паровых воскотопках испаряется около 3-4% воды в час при «бурном» кипении и 1,5% воды в час при «тихом». Примем для нашего случая 2,5% воды в час.).

Расход пара для вытопки воска из сотовых рамок равен

1п 1к

где 1п - энтальпия пара (определяется в зависимости от давления и температуры пара), для нящего случая 1п- 2700 кДж/кг;

- энтальпия конденсата, кДж/кг.

Энтальпию конденсата находим по формуле:

¡к - с к' Тъ кДж Iкг (7)

гдеСк= 4,19 кДж/(кг *К) - теплоемкость конденсата водяного пара;

Т к - температура конденсата, равная температуре пара, уменьшенной на 5-80.

Удельный расход пара, отнесенный к 1 кг воскового сырья, равен отношению общего расхода параД,к массе воскового сырья, загружаемого в агрегат для вытопки.

(8)

б/, / кг

М:

где м ~ масса загруженных рамок с восковым

Трибуна молодых учёных

а

сырьем, кг.

Количество теплоты для нагрева установки

О-уст ~ ™уст ' ^матер ' кон ^нал) ' (9)

туст - масса установки, кг; - теплоемкость материала установки, Дж/

где С

(кг0С);

Т, Т - конечная и начальная температура

кон нач 1 ~ 1

установки, 0С.

Потери теплоты в окружающую среду будем рассчитывать по формуле:

' (Т агрегата Токруж.среды ) ' ^

О-пат к-(Х ' йг,

Дж

(10)

где к -коэффициент пропорциональности; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С; £ ов- площадь поверхности агрегата, м2; Т°в - температура агрегата, 0С;

ПРПР.РП 1 * 1 1 ' '

Т

- температура окружающего воздуха, 0С;

(14)

N11 =1,18 (Ог Рг )'

1,125 ( Р

'Рг,,,

(15)

окруж. среды

Т - время разогрева агрегата до рабочего режима, с.

На коэффициент пропорциональности оказывают влияние конструктивные параметры агрегата. В процессе отдачи тепла агрегатом имеет место теплоотдача лучеиспусканием и конвекцией, поэтому результирующий коэффициент теплоотдачи от поверхности агрегата к окружающему воздуху состоит из двух слагаемых:

а1=а11 вт/м2- °с

где а1 - коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, Вт/м2 0С;

аК - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2 0С.

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется по формуле:

=[С8 / (т™ - Т^^СГ^/ЮО)4 - (т„/100)4], Вт/м2 ■ °С

где Сз - коэффициент лучеиспускания поверхности, Вт/м2 • 0С. Для стали Сз принимается равным 1,31 Вт/м2 К4;

Т , Т - абсолютные температуры

пов . агрегатов ' окр. среы г 1 ^

агрегата и воздуха, К.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется из критериального уравнения для свободной конвекции в ограниченном пространстве:

№# = /(Ке,Рг ,вг9 Г,....) (13)

где Ш - критерий Нуссельта;

Яе - критерий Рейнольдса;

Рг- критерий Прандтля;

Ог- критерий Грасгофа;

Г - безразмерный геометрический симплекс, характеризующий геометрическое подобие системы.

Отсюда можно получить:

ь А!и • Я

а =-

/

где А-коэффициент теплопроводности, Вт/м °С

I - определяющий геометрический размер поверхности агрегата, м (определяющим геометрическим размером является высота вертикальной поверхности теплообмена).

Для расчета критерия Нуссельта применим

Критерии Грасгофа и Прандтля рассчитываются по следующим формулам:

где в - коэффициент температурного расширения, 1/К;

д - ускорение свободного падения, д = 9,81 м/с2; ДТ - перепад температур между теплоотдаю-щей поверхностью ограждения и воздухом, 0С; V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с

где а - коэффициент температуропроводности, м2/с

Коэффициент объемного расширения рассчитывается по формуле:

Р = 273-7; '

где Тт - средняя температура пограничного слоя воздуха, рассчитываемая по формуле:

г... =

_ ^агрегата ^окр.среды 0

(17)

Определив Qпот и задав время разогревания установки, можно рассчитать потребную мощ-

^ТЭНа ~ Опотп I *

разогр

.Вт

(18)

Выводы

Нами был разработан и запатентован центробежный агрегат для вытопки воска из пчелиных сотов. Его использование на пасеках среднего и крупного размера позволит получать больше воска из того же количества воскового сырья, затрачивая при этом меньшее количество электроэнергии, чем известные аналоги. Кроме того, была разработана методика расчета необходимого количества тепловой энергии, требуемой для процесса вытопки воска из пчелиных сотов, а также предложена методика расчета количества потерь в окружающую среду в процессе вытопки, которые снизились благодаря усовершенствованной конструкции (центрифуга внутри парообразователя). Данная методика может быть использована для расчета теплового баланса установок и агрегатов для вытопки воска. Проанализировав полученные формулы расчета, выявили, что мощность ТЭНов, необходимых для центробежного агрегата для вытопки воска, зависит от массы разогреваемых материалов: воскового сырья, количества рамок, воды, а также от размеров и материала установки, начальной и требуемой температур воскового сырья и воды, температуры окружающего воздуха. После достижения требуемого температурного режима ТЭНы будут включаться в работу только

для компенсирования потерь в окружающую среду.

Список литературы

1. Пат № 2528960 Российская федерация, МПК А01К 56/09. /Агрегат для вытопки воска В.Ф. Некрашевич, Н.Б. Нагаев, Т.В. Торженова, В.Д. Ли-пин, -№ 2013112090/13,опубл. 20.09.2014; Бюл № 26.

2. Некрашевич В.Ф., Кирьянов Ю.Н. Механизация пчеловодства. - 2-е изд., перераб. и рас-шир. - Рязань, 2011. - 266 с.

3. Нагаев Н.Б. Агрегат для вытопки воска / Н.Б., Нагаев, В.Ф Некрашевич. //По материалам международной научно-практической конференции «Научные приоритеты в АПК: инновационные достижения, проблемы, перспективы развития», Издательство ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013 — стр.154157.

4. Нагаев Н.Б. Изучение пластических и адгезионных свойств воска/ В.Ф. Некрашевич, Н.Б. Нагаев, Н.А. Грунин //Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной юбилею специальных кафедр инженерного факультета, Издательство Рязанского государственного агротехнологическо-го университета, 2013. - стр. 54-58.

5. Нагаев Н.Б. Оптимальный угол течения воска./ Н.Б. Нагаев В.Ф.,Некрашевич, Р.А. Мамонов, К.В.Буренин, Н.А. Грунин, Д.А. Епифанцев // Пчеловодство № 10 2014г., стр. 45-48

6. Кутателадзе С.С. / Основы теории теплообмена // С.С. Кутателадзе. - Новосибирск: Наука, 1979. - 415 с.

HEAT BALANCE OF THE CENTRIFUGAL UNIT TO SWEAT WAX AVVC 20/19

Nekrashevich Vladimir Fedorovich, professor, doctor of technical sciences, the head of the department of livestock mechanization, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev

Nagaev Nikolay Borisovich, the graduate student in the mechanization of livestock, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, E-mail: nikolas_burdisso@mail.ru

In recent years, in the beekeeping sector in our country there is a difficult situation - the lack of beeswax own production, so our country annually purchases approximately 700 tons. Obsession on the domestic market of foreign wax, affecting the rate of development of the beekeeping and related industries. The process sweat wax is one of the most time-consuming in beekeeping, and the existing steam units to sweat does not allow for full mechanization of this process. On this basis, the task was to create an advanced technology to produce high-grade wax, releasing the beekeeper from the time-consuming procedure Department of wax raw materials from within. This operation will take place with the aid of centrifugal force, and energy saving unit, advantageously different from the existing steam units to sweat wax from the bee's honeycomb and present on the international market. The article presents the constructive - technological scheme of the centrifugal unit to sweat wax from the bee honeycomb. Also presents the methodology and calculation of the heat balance and the amount of heat required to process sweat in centrifugal unit to sweat wax. This technique can be used to calculate the heat balance of installations and units to sweat wax. Formulas of calculation showed that the capacity of the Heaters required for the centrifugal unit to sweat wax, depends on the mass is heated materials: wax raw materials, number of frames, water, and the size and material of the installation, the initial and desired temperatures of wax raw materials and water, the temperature of the surrounding air.

Key words: centrifugal unit to sweat wax, heat balance, wax raw materials, the quantity of heat.

References

1.Pat № 2528960 Rossiyskaya Federaciya, MPKA01K 56/09. / Agregat dlya vytopki voska / V.F Nekrashevich, N.B. Nagaev, TV. Torzhenova, V.D. Lipin - № 2013112090/13, opubl. 20.09.2014; Bjul. № 26.

2.Nekrashevich, V.F., Kir'yanov, Ju.N. Mekhanizaciya pchelovodstva. - 2-e izd., pererab. irasshir. - Ryazan', 2011. - 266 s.

3.Nagaev, N.B. Agregat dlya vytopki voska / N.B. Nagaev, V.F. Nekrashevich. // Po materialam mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii «Nauchnye prioritety v APK: innovacionnye dostizheniya, problemy, perspektivy razvitiya», Izdatel'stvo FGBOU VPO RGATU, 2013 — str.154-157.

4.Nagaev, N.B. Izuchenie plasticheskikh i adgezionnykh svoystv voska / V.F. Nekrashevich, N.B. Nagaev, N.A. Grunin // Sbornik nauchnykh trudov po materialam mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii, posvyashchennoy jubileju special'nykh kafedr inzhinernogo fakul'teta. Izdatel'stvo Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta, 2013. - str. 54-58.

5.Nagaev, N.B. optimal'ny ugol techeniya voska. / N.B. Nagaev, V.F. Nekrashevich, R.A. Mamonov, K.V. Burenin, N.A. Grunin, D.A. Epifancev//Pchelovodstvo № 10, 2014 g., str. 45-48

6.Kutateladze, S.S. /Osnovy teorii teploobmena //S.S. Kutateladze. - Novosibirsk: Nauka, 1979. - 415 s.