913

Возможно также комбинированное использование вариантов электроснабжения, на основе представленных в перечне. Для устранения неравномерности выработки энергетических ресурсов в таких гибридных установках один или несколько источников являются основными, а один резервным.

1. Энергия солнца

Для животноводческих объектов характерно использование солнечных панелей и солнечных коллекторов. Солнечная панель представляет собой устройство, преобразующее солнечную энергию в постоянный электрический ток. В зависимости от технологии производства солнечные панели отличаются по КПД. Устанавливают солнечные панели зачастую на крыши животноводческих зданий.

Солнечный коллектор представляет собой устройство, преобразующее солнечную энергию в тепловую посредством нагрева теплоносителя. Солнечные коллекторы, применяемые в сельскохозяйственном производстве, разделяются на воздушные и жидкостные. Воздушные используют для нагрева воздуха, жидкостные ‒ для подогрева воды и обогрева зданий, в том числе могут использоваться для подогрева воды для поения животных [6].

2. Энергия биомассы

Из биомассы различного типа получают несколько видов биотоплив. Применяются следующие технологии: термохимические (прямое сжигание, пиролиз, газификация, и др.); биохимические с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья); биохимические с получением жидких топлив (процессы броже-

ния) [3].

Рентабельность производства топлива из биомассы зависит от нескольких факторов: стоимость оборудования, стоимость полученного продукта, стоимость транспортировки биомассы. Производство биотоплива считается одним из перспективных направлений для животноводческих объектов, так как интенсивное развитие животноводства ведет к развитию экологических методов ликвидации отходов [7].

Использование электроэнергии и тепла, производимого с помощью переработки биомассы, широко распространено в Европе, в частности, в Германии в 1992 году насчитывалось 139 биогазовых установок, а в настоящий момент работает более 7000 больших установок [2].

3. Гидроэнергетика

Для электроснабжения животноводческих объектов могут применяться малые ГЭС или установки, использующие не потенциальную энергию водохранилищ, а кинетическую энергию водотоков. В таком случае не требуется строительство плотины.

Преимуществом таких станций является экологический аспект, так как при их работе используется только часть стока реки. Стоит отметить тенденцию использования гравитационно-вихревых ГЭС. Принцип работы таких ГЭС сводится к созданию дополнительного желоба, параллельно руслу реки, в который отводится часть воды. В желобе устанавливается бассейн с выпускным отверстием на дне. Благодаря вращению турбины энергия преобразуется в электричество. Однако важным фактором оценки возможности применения вышеперечисленных решений является наличие рек, не удаленных от потребителя. Кроме того, необходимо учитывать факт промерзания реки в зимний период и, как следствие, добавление в систему резервного источника энергии на данный период [8].

291

4. Энергия ветра

Энергия ветра рассматривается в качестве экологически чистого неисчерпанного источника. При относительно высоких среднегодовых скоростях ветра на территориях расположения животноводческих объектов ветроэнергетические установки достигли уровня экономически выгодного использования. С 2000 по 2020 год производство ветровой энергии в мире увеличилось с 31 ТВт*ч до 1590 ТВт*ч, согласно статистическим данным, что говорит о том, что эта отрасль развивается достаточно быстро [1].

Ветрогенератор представляет собой устройство, преобразующее энергию ветрового потока в механическую, а впоследствии ‒ в электрическую энергию. Для оценки применения ветрогенераторов на объекте могут применяться следующие критерии: величина вырабатываемой электрической мощности; среднегодовая скорость ветра на установочной площадке; значение стартовой скорости ветра, варьирующейся в пределах от 2 до 4 м/с для разных моделей ветрогенераторов; номинальная скорость ветра, составляющая 8 – 15 м/с.

Кроме этого необходимо учитывать, что электрическая энергия, получаемая от энергоустановок, может поступать как непосредственно потребителю, так и в сети централизованного энергоснабжения.

5. Геотермальная энергия

Одной из наиболее современных технологий в области обеспечения тепловыми ресурсами является применение теплонасосных установок. Тепловой насос ‒ устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии к потребителю.

Тепловые насосы применяются для систем отопления здания, подогрева технической воды. Они собирают низкопотенциальную тепловую энергию: воды, воздуха, грунта. Кроме того, в летний период года такая установка может работать в режиме охлаждения теплоносителя, что позволяет использовать ее для охлаждения воздуха в помещении и поддержания параметров микроклимата.

Применение тепловых насосов может быть эффективным в совокупности с переработкой биомассы. В этом случае резервуар с сырьем может быть использован в качестве аккумулятора тепловой энергии. Кроме того, так как животноводческие объекты зачастую занимают относительно большую площадь, то применение тепловых насосов не требует сравнительно больших первоначальных затрат.

Выводы и предложения. Благодаря существующим разработкам и появляющимся энергетическим трудностям прослеживается тенденция на применение автономных энергоустановок для обеспечения ресурсами животноводческих объектов. Мировой опыт показывает, что современные системы автономного энергообеспечения являются надежными и могут быть экологичными.

В автономных энергоустановках рекомендуется совместное применение источников энергии. Альтернативные источники энергии по выработке могут быть непостоянными, вследствие чего появляется необходимость в использовании резервного источника. Это позволяет гарантировать автономность в вопросах обеспечения электрической и тепловой энергиями.

Применение альтернативных источников энергии является перспективным решением для автономного энергообеспечения. Благодаря особенностям животноводческих объектов есть определенные преимущества для установки альтернативных источников энергии. В частности, большая территория комплекса, протяженные и невысокие

292

здания позволяют располагать на территории ветрогенераторы, тепловые насосы, солнечные панели без вреда для производства.

Список литературы

1.Ивашкин, В.С. Оценка ветроэнергетического потенциала для построения гибридной энергоустановки в городе Пермь /В.С. Ивашкин, А.И. Бурков // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. – 2022. – № 1. – С. 395-400.

2.Колосова, Н.В. Интенсификация процессов тепломассообмена в биогазовой установке для увеличения выхода горючих газов: дис. канд. тех. наук: 05.23.03 /Колосова Нелли Вадимовна. – Макеевка, 2019. - 151 с.

3.Кондраков, О.В. Возможности использования возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве /О.В. Кондраков, И.В. Кондраков //Направления повышения стратегической конкурентоспособности аграрного сектора экономики, 19 октября 2018 г. –

Тамбов, 2018. – С. 282-287.

4.Куницкая, О.А. Альтернативные источники энергии для автономного энергоснабжения удаленных объектов сельского хозяйства и лесного комплекса /О.А. Куницкая, А.В. Помигуев, Д.Н. Афоничев [и др.] //Вестник Воронежского государственного аграрного университета. – 2022. - № 1. – С. 71-81.

5.Литвинов, Е.А. Анализ энергетического кризиса в Европейском союзе / Е.А. Литвинов //Российский внешнеэкономический вестник. – 2021. – №11. – С. 83-90. DOI: 10.24412/2072-8042-2021-11-83-90.

6.Мачёхин, К.А. Альтернативные источники энергии в сельском хозяйстве / К.А. Мачёхин, В.М. Кибук //Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. – 2021. - № 1. – С. 224-229.

7.Ниналалов, С.А. Энергетические решения и потенциал использования возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве региона /С.А. Ниналалов, Т.Д. Аликеримова //Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы. Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов, 12-15 октября 2020 г. – Махачкала, 2015. – С. 510-514.

8.Шарапов, И.В. Эффективность применения микро-ГЭС в условиях сельского хозяйства /И.В. Шарапов //Наука в исследованиях молодежи – 2020, 25 марта 2020 г. – Курган,

2020. – С. 133-135.

9.Enerdata: сайт. – URL: https://yearbook.enerdata.ru (дата обращения: 10.06.2022).

10.Wind energy potential for the electricity production - Knjaževac Municipality case study

(Serbia) / I. Potić, T. Joksimović, U. Milinčić, D. Kićović, M. Milinčić // Energy Strategy Reviews. –

2021. – № 33. – Р. 1-13. DOI: doi.org/10.1016/j.esr.2020.100589.

УДК 631.3

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИСКОВОГО ДОЗАТОРА КОМБИКОРМОВ ДЛЯ ДОЙНЫХ КОРОВ С ГОДОВЫМ УДОЕМ БОЛЕЕ 6000 КГ

В.А. Игошев, Е.А. Лялин, М.А. Трутнев, Н.В. Трутнев

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

E-mail: shm@pgatu.ru

Аннотация. Работа посвящена вопросу совершенствования механизации в кормлении животных сухими и рассыпными концентрированными кормами. Предложен дисковый дозатор, способ регулировки дозы корма которого осуществлялся по числу оборотов ведущей звездочки. Основными научными положениями и результатами исследования стало экспериментальное определение зависимости подачи Q от числа оборотов звездочки.

Ключевые слова: дозирование, комбикорм, дисковый дозатор.

293

Введение. В настоящее время дисковые дозирующие устройства нашли широкое применение в кормоприготовительных линиях и кормораздатчиках. Это объясняется тем, что они могут обеспечить отмеривание или взвешивание определенного количества корма [6] с высокой точностью и обладать при этом простой и надежной конструкцией. Процесс их работы может происходить в дискретном режиме работы в горизонтальном положении [5].

В настоящее время многие из дисковых дозаторов, которые применяются на кормозаготовительных линиях, обладают рядом недостатков. Ими являются [1, 2] повышенная металлоемкость, энергоемкость, а также сложность привода рабочих органов и неточность в дозировании малосыпучих кормовых материалов из-за особенностей их физико-механических свойств [4, 7, 8].

Методика. Для устранения указанных недостатков предлагается использовать дисковый дозатор (рис. 1) комбикормов, позволяющий увеличить точность дозирования без снижения подачи дозатора.

Рисунок 1 – Конструктивно-технологическая схема экспериментального дозатора: 1 – дозируемый материал; 2 – бункер; 3 – дозирующий диск с ячейками;

4 – выгрузное окно; 5 – направляющий кожух; 6 ‒ привод

Процесс работы экспериментального дозатора (рис. 1) заключается в следующем: комбикорм 1 из загрузочного бункера 2 под действием силы тяжести поступает в загрузочную горловину и попадает на ведомое колесо, заполняя ячейку диска 3, который, в свою очередь, перемещается с помощью временной передачи за счёт малой шестерни на электродвигателе 6 по направлению к выгрузному окну 4. Данный цикл повторяется до определённой дозировки материала. За полное вращение малой шестерни дозирующий диск проходит одну ячейку. Объём дозировки можно изменить за счёт смены ячеек диска и его количества.

Для любого дозатора основным технологическим параметром является подача. В исследуемом дозаторе подача находится в зависимости от средней массы материала в

294

ячейке и количества оборотов диска. Средняя масса зависит от размера ячейки, объемной массы материала и коэффициента уплотнения. Единственным фактором, остающимся без контроля, является уплотнение материала. Он зависит от вида корма и возникающих динамических характеристик. Поэтому этот фактор всегда является различным.

Для определения подачи дозатора провели серию экспериментов с выдачей дозы массой 1; 1,5; 2; 2,5; 3 кг. При этом фиксировали массу выдаваемой дозы, количество оборотов двигателя, продолжительность работы дозатора и потребляемый ток, при стабильном напряжении.

Результаты. Эксприменты проведены для 2 типов дисков (4 и 6 ячеек) при различной высоте дозирующего диска (h = 15, 30 и 45 мм) и трех видов кормов (комбикорм Ø 10 мм, Ø 5 мм и рассыпной). Результаты представлены в таблице.

Анализируя данные таблицы 1 можно отметить [3], что погрешность дозирования комбикорма с гранулами Ø 10 мм увеличивается с увеличением высоты диска и на диске с 6 ячейками превышает 5 %, то есть выходит за пределы зоотехнических допусков. На диске с 4 ячейками на всех режимах мы укладываемся в допуски. При дозировании комбикорма в гранулах Ø 5 мм можно заметить несколько иные результаты. Здесь погрешность дозирования выше на дисках с 4 ячейками, причем при любой высоте диска и она изменяется от 4 до 7 %. Анализируя данные экспериментов на отрубях, можно заметить, что подача дозатора заметно снижается и для выдачи одного и того же количества корма необходимо в два раза больше оборотов диска (так как насыпная масса их значительно ниже). Зато погрешность дозирования на всех режимах укладывается в допуски и не превышает 3 %. Это объясняется стабильным заполнением ячеек данным видом корма.

Таблица

Определение подачи дозатора и погрешности комбикорма

295

Окончание таблицы

Вывод. Согласно произведенным расчетам, оптимальными вариантами применения исследуемого дозатора при дозировании компонентов и материалов в пределах дозы от 1000…1500 г можно порекомендовать использовать диск с количеством ячеек 4 и высотой h = 30 мм, при выдаче порции корма от 1500…2000 г более эффективно применять диск с 4 ячейками и высотой h = 15 мм, для порции корма от 2000…2500 г лучше подойдет диск с 6 ячейками и высотой h = 30 мм, при дозировании корма массой от 2500…3000 г и выше также лучше применять диск с 6 ячейками и высотой h = 45мм.

296

Список литературы

1.Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя/ В.И. Анурьев. ‒ Т. 2. Машиностроение, 2006. – 901 с.

2.Виноградов, В.Н. Современные подходы к использованию концентрированных кормов / В.Н. Виноградов, М.П. Кирилов, С.В. Кумарин // Зоотехния. – 2002. – № 6. – С. 10 – 11.

3.Загоруйко, М.Г. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров устройства для дозирования сыпучих кормов телятам: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М.Г. Загоруйко: Саратов, 2000. – 163 с.

4.Зажигаев, Л. С. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента: учебное пособие / Л. С. Зажигаев, А. А. Кишьян, Ю. И. Романиков. – М. : Атомиздат,

1978. - 232 с.

5.Зенков, Р.Л. Механика насыпных грузов: учебное пособие / Р.Л. Зенков. – М. : Машиностроение, 1964. – 252с.

6.Морозков, Н.А. Система полноценного кормления черно-пестрого скота на комплексах по производству молока, обеспечивающая повышение молочной продуктивности и улучшение качества молока / Н.А. Морозков. – Пермь, 2015. – 74 с.

7.Теоретические исследования питающего и выгрузного транспортеров / П.А. Савиных, А.В. Алешкин, Н.Н Соболева, Ю.В. Сычугов // Достижения науки и техники АПК. – 2009.

–№ 3. – С. 61-64.

8.Сизова, Ю. В. Кормление коров по кормовым классам / Ю.В. Сизова // Вестник НГИЭИ. – 2012. – № 6. – С.61-67.

УДК 631.2

К БЕСПЕРЕБОЙНОЙ РАБОТЕ ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН НА МОЛОЧНО-ТОВАРНЫХ ФЕРМАХ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

В.С. Кошман

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

E-mail: koshman31337@yandex.ru

Аннотация. Рассмотрены физические основы работы водонапорной башни конструкции инженера Рожновского в зимних условиях. В согласии с законом сохранения энергии получены расчетные формулы для количественной оценки изменчивости внутреннего слоя льда, выполняющего функцию естественной тепловой защиты башни. Для экстренного снижения толщины нарастающего внутреннего слоя льда предложено использовать энергию, отведенную тепловым насосом от охлаждаемого молока.

Ключевые слова: водонапорная башня, внутреннее обледенение, таяние льда, водообмен, тепловая защита.

Постановка проблемы. При решении базовой задачи роста продовольственной безопасности России важная роль отводится производству продукции на молочнотоварных фермах (МТФ). Для животных вода служит жизненно важным продуктом. Для производства одного литра молока корове необходимо пять литров воды [1]. Вода на МТФ должна поступать должного качества, в необходимом количестве, непрерывно, без перерывов. В реализованных типовых проектах МТФ осуществляется забор качест-

по водоводам через разводящую сеть поступает в коровники. Важнейшим узлом систем водоснабжения МТФ обычно являются водонапорные башни конструкции инженера А.А. Рожновского (ВБР) [3]. Поскольку башни по высоте превышают окружающие их сооружения, они подвергаются сильному воздействию ветра. Для бесперебойной работы ВБР в зимний период необходимо обеспечение в ней, как минимум, одного полного водообмена в сутки [5]. Изо дня в день в башнях практически постоянно происходит движение воды. На МТФ водонапорные башни наполняются скважинной водой в часы минимального водопотребления, а опорожняются в часы, когда объемной подачи воды только из скважины оказывается недостаточно.

Отличительной чертой ВБР является простота ее цельнометаллической неотапливаемой конструкции. Два полых тонкостенных цилиндра соосно вертикально размещены один над другим и соединены между собой коническим переходом сваркой. В нижнем цилиндре меньшего диаметра содержится постоянно обновляемый аварийный запас воды, а верхний цилиндр регулярно опорожняется и наполняется свежей скважинной водой. На внутренней поверхности верхнего цилиндра изначально установлены льдоудержатели [3]. Башни ВБР полностью изготавливаются на предприятиях промышленности, а на местах монтируются за несколько часов при полном соблюдении технологии безопасности проводимых работ. Задача обеспечить бесперебойную работу ВБР в экстремальных условиях их зимней эксплуатации сохраняет свою актуальность и на сегодняшний день. Цель настоящей работы ‒ рассмотреть физические основы работы ВБР в зимних условиях и обосновать рекомендацию по защите башни от ее замерзания.

Материалы и методы. В основе проводимого нами исследования лежит математическое моделирование тепловой ситуации во внутренней полости башни с учетом данных, используемых при проектировании и полученных при зимней эксплуатации ВБР.

Результаты исследования. Башни ВБР стали использоваться на МТФ в южных районах страны в 1930 – е годы. В зимний период при отсутствии дополнительного поступления воды в их внутренней полости происходит льдообразование. Автор [5, с. 75] отмечает: «В период льдообразования выделяется большое количество энергии и увеличивается естественная теплоизоляция бака». О чем здесь идет речь? При образо-

щую башню воздушную среду. В окружающую башню среду в согласии со вторым на-

ет на уменьшение радиуса столба воды в центральной части внутренней полости водонапорной башни, то есть на повышение толщины слоя внутренней ледяной рубашки.

При наполнении башни скважинной водой в ее внутреннюю полость за время

теплой артезианской воды, поступившей из скважины, и холодной воды в башне. При

== 60 с. По результатам вычисления имеем числовые

Иллюстрируемое числами чередование повышения и снижения толщины ледяной оболочки как своеобразной теплоизоляции ВБР, образующейся внутри башни при минусовых температурах наружного воздуха, отвечает глубинной сущности изобретения [3].

Благодаря полезной оригинальности технического решения [3] и его иным достоинствам, с начала 1940-х годов башни ВБР находят свое применение и в северных районах страны. Модернизация свелась к установке стационарного слоя тепловой защиты на наружной поверхности башни, а также к отсыпке ее основания грунтом. При аналитическом описании транспорта теплоты реализованное на практике видоизменение ВБР учитывается введением термического сопротивления внешнего слоя теплоза-

щитного покрытия (ТЗП) в формулу для коэффициента теплопередачи:

k = . (11)

Заметим, что использование в случае рассматриваемой башни формул для многослойной плоской стенки (4) и (11) в сравнении с формулами для многослойной ци-

значениях необходимых физических величин имеем количество энергии, ежесекундно

Достигаемый эффект налицо, при нанесении внешнего слоя ТЗП количество покидаемой башню полезной энергии снижается примерно в 8,6 раза, то есть примерно на порядок величины.

Работоспособность (P) водонапорных башен Рожновского является сложной функцией ряда факторов: P = Ψ (КФ, П, ВК, МЗ), где КФ – конструктивные и физические особенности ВБР, П – потребление воды на ферме, ВУ ‒ внешние физические условия: температура воздуха зимой, температура скважинной воды, скорость ветра, МЗ

– меры по защите башни. В данной связи отметим следующее.

Коровье молоко является ценным пищевым продуктом. Для сохранения качества свежевыдоенного молока необходимо его оперативное охлаждение от плюс 35 плюс 4 , причем до того, как в молоке начнут размножаться вредные для здоровья бактерии. Заслуживает внимания способ охлаждения молока с одновременным подогревом воды для защиты ВБР от замерзания [4]. На этом пути предлагается пропускание холодной воды из башни и теплого молока через рекуперативный теплообменный аппарат [там же, с. 30]. Однако интерес представляет и использование теплового насоса, испаритель которого погружен в теплое молоко, а конденсатор – в емкость для накопления горячей воды. В дальнейшем горячая вода используется в системе подогрева воды для поения животных, а при необходимости ‒ и для подачи внутрь ВБР. В сравнении со схемой, основанной на применении рекуперативного теплообменника, применение теплового насоса способствует улучшению режимов промывки и санитарного состояния оборудования. Если следовать формуле (9), то рост величины подводимой внутрь ВБР энергии ( позволяет большему объему воды в центральной части башни оставаться незамерзшим. Это автоматически вызывает снижение частоты включения погружных насосов, повышение их ресурса.

300