CC BY
37
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
3. Замулин А.В. Типы данных в языках программирования и базы данных. - Новосибирск, 1987.
4. Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы. -М., 1985.
5. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Часть 2. Нормативносправочный материал. - Москва, 1998.
Получено 10.04.01.
УДК 631.364.1
В.И. СОЛОДУН, канд. техн. наук
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ШНЕКОВОГО НАСОСА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ НАВОЗА
Даны результаты исследований шнекового насоса при транспортировании навоза КРС. Получена математическая модель исследуемого процесса. Определены оптимальные параметры и режимы работы оборудования.
На животноводческих фермах транспортирование навоза к местам его складирования, в основном, выполняется мобильным транспортом. Использование мобильных агрегатов не полностью удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям, так как приводит к загрязнению подъездных путей, территории фермы, способствует заносу возбудителей болезней и повышает экологическую опасность животноводческих объектов.
Кроме того, крестьянские и фермерские хозяйства имеют на собственных фермах незначительное (до 200 коров) поголовье. Учитывая все это на данных фермах наиболее целесообразно для транспортирования навоза применять шнековый насос конструкции СЗНИИМЭСХ.
С целью определения основных параметров шнекового насоса при транспортировании навоза по трубопроводу проведены его лабо-
70
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
раторные исследования с использованием статистических методов планирования эксперимента.
В качестве управляемых факторов (см. табл.) выбраны:
- относительная влажность навоза, W%;
- число оборотов рабочего органа n, об/мин;
- длина нагнетательной части рабочего органа L, м.
Факторы и уровни их варьирования
Уровни варьирования Фактор (кодовое обозначение)
W,% (Х1) n, об/мин (Х2) L, м (Х3)
Верхний уровень (+) 86,3 158 7,53
Нижний уровень (-) 75,4 58 3,53
Основной уровень (0) 84 128 5,53
Исследования проведены на навозе крупного рогатого скота. За критерий оптимизации принята величина максимального давления, развиваемого шнековым насосом, то есть:
Pmax ^ max.
В исследованиях реализована матрица трехфакторного ортогонального плана 33. Число параллельных опытов в исследованиях равнялось трем.
Установлено, что производительность шнекового насоса в различных режимах его работы составила 0,6-9,3 кг/с, максимальное давление развиваемое насосом равно 0,2-4,8 кг/см2, мощность на привод при нагрузке не превышала 6,6 кВт.
Обработка экспериментальных данных выполнена на компьютере по программе STATGRAPHICS v 2.1. Получены коэффициенты факторов математической модели работы шнекового насоса. Значимость коэффициентов оценивалась по t-критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты регрессии не учитывались.
Получено уравнение регрессии исследуемого процесса:
у = 4,264- 0,946X1 + 0,142X2 + 0,338X3 - 1,259Xf - 0,445Xf --0,755X32 + 0,128X1X2 + 0,203X1X3.
71
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
По критерию Фишера установлена адекватность модели (1), описывающей исследуемый процесс.
Анализ модели (1) проводили методом двумерных сечений на компьютере по ранее упомянутой программе. Графическим путем определены оптимальные параметры шнекового насоса. Установлено, что оптимальная величина относительной влажности при работе шнекового насоса W=83% , число оборотов рабочего органа n=113 об/мин, длина нагнетательной части рабочего органа L=5,9 м.
Полученные значения оптимальных параметров шнекового насоса применить в производственных условиях и при разработке конструкции достаточно трудно. Так, например, относительная влажность навоза на ферме изменяется в значительных пределах и зависит от количества вносимой подстилки, ее физико-механических свойств, способа содержания животных и др., то есть необходимо определить допустимые пределы варьирования оптимальных параметров шнекового насоса.
Подставив кодовые значения оптимальных величин параметров шнекового насоса в уравнение 1, получим:
при Х3 = - 0,2 = 5,9 м
у = 4,1668-0,9058X + 0,1424X2 -1,2582X2 -0,4454X2 + 0\281XxX2 (2)
при Х2 = 0,1 = 113 об/мин
у = 4,2145-0,9331X1 + 0,3386X2 -1,2582X12 -0,1558X32 + 0,2031X1X3 (3)
при Х! = - 0,4 = 83 %
у = 4,442+ 0,0914X2 + 0,2512X3 -0,4454X22 -0,155&X32 (4)
На рис. 1, рис. 2 и рис. 3 представлены графики, построенные соответственно по уравнениям 2, 3, 4. Из графиков рис.1 видно, что изменение относительной влажности навоза от 82,1 до 84,6 % не оказывает существенного влияния на величину максимального давления, развиваемого насосом. Характерно отметить, что увеличение числа оборотов рабочего органа от 58 до 158 об/мин при L=5,9 м также не обеспечивает соответственно повышения максимального давления, развиваемого насосом.
Это объясняется тем, что при больших оборотах рабочего органа навоз вместе с рабочим органом насоса вращается в трубе, прекращается его линейное перемещение и соответственно не создается подпор внутри трубы.
72
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
Из рис. 2 видно, что пределы изменения оптимальных значений длины нагнетательной части рабочего органа насоса равны 5,33-6,58 м. Из графиков следует, что при транспортировании жидкого навоза (86,3%) давление, развиваемое насосом резко снижается из-за утечек через радиальный зазор между наружным диаметром шнека и диаметром трубы, который составлял в условиях эксперимента 5 мм. При транспортировании достаточно густого навоза давление, развиваемое насосом также снижается ввиду отсутствия линейного перемещения массы навоза по трубе.
Рис. 1. Зависимость максимального давления, развиваемого насосом от относительной влажности навоза W и числа оборотов рабочего органа n (при L=5,9 м):
1 - n=58 об/мин; 2 - n=128 об/мин; 3 - n=158 об/мин
73
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2001. Вып. 72.
Из графиков рис. 3 следует, что предел изменения оптимальной величины числа оборотов рабочего органа насоса составляет
98-128 об/мин.
Рис. 2. Зависимость максимального давления Ртах, развиваемого насосом от длины нагнетательной части рабочего органа и относительной важности транспортируемого навоза W (при n=113 об/мин):
1 - W=75,4%; 2 - W=84%; 3 - W=86,3%
Из графиков видно, что при недостаточной длине нагнетательной части рабочего органа насоса L=3,53 м, равно как и при достаточно большой L=7,53 м не обеспечивается создание в трубе максимального давления по причине значительных сопротивлений навоза в трубе за нагнетательной частью. Повышение давления, создаваемого насосом обеспечивается при увеличении числа оборо-
74
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России.
тов рабочего органа до n=113 об/мин, затем происходит снижение давления.
Рис. 3. Зависимость максимального давления Ртах, развиваемого насосом от числа оборотов рабочего органа n и длины его нагнетательной части L:
1 - L=3,53 м; 2 - L=5,53 м; 3 - L=7,53 м
На основе анализа математической модели транспортирования навоза установлено, что пределы варьирования оптимальных параметров шнекового насоса равны:
- относительной влажности навоза W = 82,1-84,6 %;
- длины нагнетательной части рабочего органа L = 5,33-6,58 м;
- числа оборотов рабочего органа n=98-128 об/мин.
Получено 04.04.01.
75
