Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ДОСУШИВАНИЯ СЕНА АКТИВНЫМ ВЕНТИЛИРОВАНИЕМ 13
1.1. Исторический обзор развития заготовки сена с досушиванием активным вентилированием 13
I.I.I. Историческое развитие досушивания сена за рубежом 13
I.I. . Развитие досушивания сена в нашей стране 14
1.2. Питательная ценность сена досушенного активным вентилированием 17
1.2.1. Потери питательных веществ при полевой сушке... 17
1.2.2. Потери питательных веществ в период досушивания сена 18
1.3. Способы досушивания сена активным вентилированием и классификация вентиляционных установок 19
1.3.1. Досушивание сена на низких досушивающих установках в хранилище 20
1.3.2. Досушивание сена на открытых площадках 26
1.3.3. Досушивание сена в башенных хранилищах 29
1.4. Анализ работ по обоснованию средств механизации при досушивании сена. Цели и задачи исследований 37
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ СКИРД И СТОГОВ СЕНА АКТИВНОГО" ВЕНТИЛИРОВАНИЯ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ДЛЯ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ
2.1. Потери напора воздуха в волокнистом материале 43
2.1.1. Потери напора воздуха в нерасширяющемся потоке 43
2.1.2. Потери напора воздуха в расширяющемся потоке... 44
2.1.3. Соотношение потерь напора воздуха в скирде при различном способе укладки 47
2.1.4. Потери напора воздуха при продувке в различном направлении 49
2.2. Удельный расход воздуха при вентилировании стога 50
2.2.1. Расход воздуха через цилиндрическую поверхность на уровне открытого канала 52
2.2.2. Расход воздуха через цилиндрическую поверхность стога на уровне пробки 54
2.2.3. Расход воздуха через горизонтальную поверхность 58
2.3. Энергоемкость досушивания 63
2.3.1. Энергоемкость вентилирования сена 63
2.3.2. Энергоемкость загрузки сена 64
2.4. Коэффициент неполного насыщения воздуха влагой 68
2.5. Движение частиц материала в сопротивляющейся среде... 71
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Определение потерь напора 74
3.1.1. Определение потерь статического давления 74
3.1.2. Пересчет плотности сена на 20$ влажность 79
3.1.3. Определение скорости движения воздуха в сене... 80
3.1.4. Экспериментальная установка для определения потерь напора в нерасширяющемся потоке 81
3.1.5. Экспериментальная установка для определения потерь напора в расширяющемся потоке 84
3.2. Определение самоуплотнения сена 86
3.2.1. Самоуплотнение сена кондиционной влажности 86
3.2.2. Экспериментальная установка для исследования самоуплотнения сена 90
3.2.3. Самоуплотнение провяленной травы 91
3.2.4. Определение плотности верхнего слоя 92
3.3. Определение продолжительности досушивания 92
3.3.1. Определение минимальной скорости воздуха при вентилировании.., 92
3.3.2. Динамика влажности провяленной травы 96
3.3.3. Экспериментальная установка для определения продолжительности досушивания 96
3.4. Определение траектории полета измельченного сена 99
3.4.1. Определение центра полета 101
3.4.2. Описание экспериментальной установки 101
3.5. Обработка и оценка результатов экспериментальных исследований 104
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Изменение потерь напора от скорости воздуха и плотности сена 107
4.1.1. Потери напора воздуха в нерасширяющемся потоке..Ю7
4.1.2. Потери напора воздуха в расширяющемся потоке... НО
4.2. Изменение плотности сена при загрузке и хранении 112
4.2.1. Самоуплотнение сена кондиционной влажности при загрузке Н2
4.2.2. Самоуплотнение сена кондиционной влажности в период вентилирования 115
4.2.3.Самоуплотнение провяленной травы при загрузке...119
4.3. Динамика влажности травы при вентилировании 121
4.4. Изменение траектории полета измельченной провяленной травы от угла поворота дефлектора 123
5. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ СЕНОХРАНИЛИЩ
5.1. Обоснование параметров цилиндрического стога 125
5.1.1 . Расчет энергоемкости досушивания 125
5.1.2. Определение оптимального радиуса стога при различном объеме 130
5.1.3. Снижение энергоемкости вентилирования при послойном досушивании 133
5.2. Обоснование параметров блочного хранилища 138
5.2.1. Обоснование количества блокирующих стогов 139
5.3. Обоснование формы поперечного сечения скирды и пара метров формирователя 140
5.3.1. Изменение плотности сена при малой высоте слоя 142
5.3.2. Поперечное сечение скирды при укладке навалом 144
5.3.3. Поперечное сечение скирды при укладке пневмотранспортером 146
5.3.4. Поперечное сечение подстожного канала 149
5.3.5. Угол поворота дефлектора и козырька при формировании скирд 151
5.4. Апробирование результатов исследований в производственных условиях. Экономическая эффективность 154
5.4.1. Экономическая эффективность применения башенного сенохранилища вместимостью 560 т 154
5.4.2. Экономическая эффективность вентилирования сена в скирдах равновеликого сопротивления 159
ВЫВОДЫ 160
ЛИТЕРАТУРА 162
ПРИЛОЖЕНИЯ 170
- Исторический обзор развития заготовки сена с досушиванием активным вентилированием
- Потери напора воздуха в нерасширяющемся потоке
- Определение потерь статического давления
- Изменение потерь напора от скорости воздуха и плотности сена
- Обоснование параметров цилиндрического стога
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной задачей развития сельского хозяйства является увеличение производства продуктов земледелия и животноводства для все более полного удовлетворения растущих потребностей населения в мясе, молоке и др. продуктах питания.
Продовольственной программой СССР на период до 1990 года / I /, принятой майским 1982 г. пленумом ЦК КПСС,предусматривается увеличение производства мяса и молока в сравнении с I960 г. соответственно на 37...42% и 12...14%. Для чего производство кормов в стране необходимо довести в 1990 г. до 540...550 млн.т кормовых единиц, а заготовку сена увеличить до НО...112 млн.т.
Основу подъема животноводства составляет прочная кормовая база. В отчетном докладе Центрального Комитета КПСС ХХУІ съезду /2/и в. решениях съезда сказано,что " животноводство - это сегодня ударный фронт на селе", где главная трудность - в нехватке кормов", "надо увеличить производство грубых и сочных кормов". В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР" и в "Продовольственной программе СССР на период до 1990 г." уделяется большое внимание не только заготовке кормов по прогрессивным технологиям, но и качественному хранению их. Предусматривается " ускорить строительство в хозяйствах по типовым проектам хранилищ для силоса, сенажа, сена, травяной муки, корнеплодов и других кормов". За десятилетие необходимо "" ввести в эксплуатацию сенохранилищ на 60...65 млн.т одновременного хранения". Для выполнения поставленных задач в Белорусской республике разработана "Комплексная программа кормопроизводства на І98І.. Д985гг'.', которая предусматривает создание прочной кормовой базы животноводства.
Одним из основных видов грубых кормов в зимнем рационе скота является сено. В сене хорошего качества содержатся все вещества необходимые для полноценного кормления животных. Однако традиционные методы заготовки сена с сушкой травы в поле до кондиционной влажности связаны со значительными потерями питательных веществ, которые составляют 30...40% от общей питательной ценности свежескошенной травы. Потери каротина ( провитамина А ) при полевой сушке доходят до 70...90% / 3-5 /.
Один из способов повышения качества сена - применение технологии приготовления его методом активного вентилирования. Эта технология в сравнении с ооычной заготовкой сена при сушке травы в полевых условиях позволяет: увеличить на 15...20 валовый сбор сена с единицы площади / 7-Ю / за счет уменьшения потерь сухого вещества; повысить на 30...39 питательную ценность сена / II—13 /; снизить на 10...15% расход корма на единицу животноводческой продукции из-за лучшей усвояемости его / 14, 15 /; сократить на 10...1 затраты труда и средства на приготовление одной кормовой единицы / 16, 17/.
Большой практический интерес представляет досушивание измельченного сена в башенных сенохранилищах и в скирдах на извлекаемых подстожных каналах, где процесс вентилирования ведется в наиболее благоприятных условиях. Исследованиями Любарского В.М. / 18 /, Зайцева Н.П. / 19 /, установлено, что потери напора воздуха при продувке слоя сена в направлении естественного уплотнения почти в два раза выше, чем в направлении перпендикулярном естественному уплотнению, а использование измельченного сена позволяет механизировать и частично автоматизировать погрузочно-разгрузочные работы.
Однако в технологии досушивания измельченного сена активным вентилированием есть много нерешенных вопросов, которые тормозят широкое внедрение в практику сельскохозяйственного производства этого способа заготовки.
Концентрация и специализация животноводства требуют применение хранилищ большой вместимости, а пути увеличения емкости механизированных хранилищ не решены из-за отсутствия разработок по обоснованию параметров досушивающих скирд и стогов сена. Ввиду малой вместимости хранилищ низка годовая загрузка погрузочно-разгрузоч-ных механизмов, что отрицательно сказывается на себестоимости заготавливаемого корма. Кроме того в башенных сенохранилищах с послойным вентилированием сена практически невозможно организовать поточную технологию его заготовки.
Целью работы является обоснование малоэнергоемкой технологии досушивания измельченного сена активным вентилированием и определение рациональных параметров хранилищ и средств механизации для ее осуществления.
Научная новизна исследований состоит в том,что аналитически определена энергоемкость процесса вентилирования сена в хранилищах башенного типа ; установлен характер изменения плотности сена по высоте хранилища в период загрузки и в процессе вентилирования; в широком диапазоне определены изменения потерь напора в зависимости от плотности сена и скорости движения воздуха; определена оптимальная высота вентилируемого слоя в башенном сенохранилище при послойном досушивании; обоснованы параметры башенного сенохранилища вместимостью до 500 т, формирующее устройство которого защищено авторским свидетельством №535048; обоснованы параметры скирд равновеликого сопротивления для вентиляторов низкого и среднего давления; определены параметры поворотного дефлектора для формирования скирд.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработанная технология досушивания сена в хранилище башенного типа позволяет осуществить поточную технологию заготовки сена с послойным его вентилированием. Большая вместимость хранилища поз- воляет в 3...4 раза увеличить годовую выработку погрузочно-разгру-зочных механизмов и снизить в 1,5...2,0 раза удельные капитальные вложения, в результате чего годовой экономический эффект составляет 13 руб/т. Вентилирование скирд равновеликого сопротивления уменьшает в 1,5 раза расход воздуха, что позволяет на 2,2 руб снизить расходы на досушивание І т сена.
Исследования по обоснованию параметров скирд равновеликого сопротивления и режимов досушивания использованы хозяйствами Минского областного треста совхозов мясного скотоводства на промышленной основе ( Облскотопром ) и экспериментальной базой "Новые Зеленки" Червенского р-на Минской обл.. при организации досушивания сена в имеющихся помещениях. В экспериментальной базе "Новые Зеленки" в 1978 г. проведена производственная проверка досушивания сена в хранилище арочного типа, в котором параметры скирд, загрузочное оборудование и режимы досушивания применены с учетом исследований и выводов сделанных автором в рассматриваемой работе.
Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством ЦНИИМЭСХ приняло к разработке оборудование хранилищ для досушивания сена активным вентилированием, для которого автором обоснованы параметры скирд и поворотного дефлектора.
Проектные предложения на проектирование хранилищ для досушивания измельченного сена активным вентилированием, разработанные с учетом обоснованных автором параметров скирд, переданы "Белгипро-сельхозу" согласно действующему договору о творческом сотрудничестве между ЦНИИМЭСХ и "Белгипросельхозом".
Результаты исследований по обоснованию параметров скирд и режимам вентилирования использованы при подготовке разделов по досушиванию сена в двух рекомендациях: "Приготовление сена методом активного вентилирования с использованием существующего оборудования и помещений", и "Технология и организация заготовки кормов из трав в условиях БССР", одобренных НТС МСХ БССР соответственно
12 мая и 19 июля 1978 г.
Автор выносит на защиту: методику расчета энергоемкости вентилирования цилиндрического стога; результаты исследований изменения плотности сена по высоте хранилища; результаты исследований потерь напора и расхода воздуха в нерасширяющемся и расширяющемся потоках; методику определения оптимальной высоты вентилируемого слоя в цилиндрическом стоге; параметры поперечного сечения вентиляционного канала и скирды равновеликого сопротивления для вентиляторов среднего и низкого давления; параметры и режимы работы поворотного дефлектора для формирования скирд равновеликого сопротивления для вентиляторов среднего и низкого давления; параметры хранилища башенного типа большой вместимости, отвечающего требованию поточности технологического процесса заготовки сена.
Исторический обзор развития заготовки сена с досушиванием активным вентилированием
Трудности при заготовке сена с сушкой травы в полевых условиях неоднократно вынуждали работников сельскохозяйственного производства прибегать к принудительной сарайной сушке. Такие попытки имели место в отдельных странах еще в прошлом веке и являлись прообразом современных способов заготовки сена методом активного вентилирования.
І.І.І. Историческое развитие досушивания сена за рубежом. Впервые в литературе сообщение о принудительной сушке сена относится к 1869 г., когда в журнале Английского королевского сельскохозяйственного общества было сообщено о сушилке Гиббса, предназначенной для сушки сена и хлебов / 36 /. Сушилка работала по принципу продувки слоя травы горячим воздухом. Были испытаны в конце прошлого столетия и другие системы сушилок, основанные на всасывании или нагнетании воздуха.
Недостаточная конструктивная отработка сушилок из-за отсутствия в то время исследовательских работ по сушке трав не позволила получить положительных результатов при испытании этих сушилок. Кроме того, большинство из предлагаемых сушилок работало на подогретом воздухе, а низкая энерговооруженность сельского хозяйства тех лет и отсутствие дешевого жидкого топлива являлось тормозом в широком использовании сушилок для трав. Применение твердого топлива для этих целей усложняло конструкцию сушилок.
Вернулись к принудительной сушке трав в 30-х годах текущего столетия. В этом время уже появляются исследовательские работы по сушке трав подогретым воздухом. В 1926 г. институт сельскохозяйственной техники в Оксфорде ( Англия) провел исследования по сушке трав подогретым воздухом от топки, работающей на жидком топливе. Позднее в Швейцарии для подогрева воздуха в сеносушилке системы Хафера был применен электроподогрев воздуха. Эти работы проведены при сушке провяленной травы с подогревом воздуха до 35...50С.
Широкое хозяйственное применение принудительное вентилирование провяленной травы впервые получило в США в середине 30-х годов в штате Теннеси / 25 /. В дальнейшем этот метод получил развитие в годы второй мировой войны, когда отсутствие рабочей силы вынудило фермеров прибегать к сарайной сушке, чтобы меньше зависеть от неблагоприятных погодных условий. В это же время в США были разработаны несколько типов воздухораспределительных систем, которые в последствии были использованы в ряде Европейских стран.
Наиболее широкое распространение заготовка сена с досушиванием активным вентилированием получила в развитых странах Западной Европы в послевоенные годы. В таких странах как Голландия, Швеция, ФРГ, ежегодно досушивают в различного типа хранилищах около 15...2 от всего заготавливаемого сена / 37 /.
Потери напора воздуха в нерасширяющемся потоке
Слой сена при продувке воздухом рассматривается как пористый материал, в котором движение воздуха происходит в виде сходящихся и расходящихся струй переменного сечения. Потери напора в этом случае зависят от толщины продуваемого слоя, скорости движения воздуха, скважности. . Согласно исследований некоторых авторов / 18, 19, 41, 52 /, потери практически не зависят от влажности. Гак как скважность сена зависит от его плотности, то удельные потери напора можно представить как функцию от плотности продуваемого слоя и скорости движения воздуха:
В башенном сенохранилище и в скирде движение воздуха происходит в радиальном направлении с постоянным расширением движущегося потока, т.е. с уменьшением скорости воздуха. В связи с этим и удельные потери напора в радиальном направлении изменяются в зависимости от расстояния до центрального вентиляционного канала. В начале рассмотрим потери напора при продувке слоя сена в нерасширяющемся потоке, а затем рассмотрим потери в расширяющемся потоке.
Исследованиями потерь напора воздуха при продувке волокнистых материалов, в том числе и сена, установлено / 18, 19, 42, 105/, что удельные потери напора пропорциональны скорости движения воздуха и зависят от плотности укладки материала. При этом для скорости показатель степени равен 1,6
В исследованиях Любарского В.М. и Пятрушявичюса В.И. / 49,52/ определены коэффициент Jj и показатель степени /77 при средней скорости движения воздуха, отнесенной к полному сечению потока. В рассматриваемых нами моделях плотность сена изменяется не только в процессе досушивания, но и по высоте в результате самоуплотнения. Соответственно изменяется и скорость воздуха, что затрудняет аналитически определить расход воздуха при заданной скорости. Поэтому была поставлена задача определить экспериментально коэффициент л и показатель степени /77 при условии, что скорость воздуха отнесена к сечению, незаполненному сеном, а плотность сена принята в пересчете на 20$ влажность.
Определение потерь статического давления
Для определения потерь напора воздуха в нерасширяющемся потоке в соответствии с ( 2.3) необходимо определить коэффициенты И и /77 . Для чего были проведены опыты с продувкой слоя сена различной плотности. При этом измерялось статическое давление воздуха на входе в слой сена и на выходе, а так-же скорость воздуха в сене.
3.1.I. Определение потерь статического давления. Потери напора воздуха в слое сена определяются как разность статических давлений на входе в сено и на выходе: где гк -полные потери давления на участке продувки, Па; Цт -статическое давление на входе, Па; Ист -статическое давление на выходе, Па. Потери напора в слое волокнистого материала определялись в специальном контейнере (рис.3.I), имеющим форму куба, четыре стороны которого - сплошные стенки, а две противоположные - решетчатые. Потери на участке П складываются из потерь: в решетах на входе и на выходе, в слое сена, на трение о стенки, от внезапного сужения и расширения соответственно при входе воздуха в сено и потери напора в решетке передней и задней соответственно, Па; Нс - потери напора от внезапного сужения, Па; Гтр - потери напора от трения воздуха о стенки, Па; Гм - потери напора в слое сена, Па; гр - потери напора от внезапного расширения Па. Для формирования передней и задней стенки исследуемых образцов приняты решетки из вертикальных прутьев, которые просты по устройству и обладают небольшим сопротивлением / 104 /. Вертикальное расположение прутьев позволяет избежать излишних сопротивлений при самоуплотнении стеолей.
Изменение потерь напора от скорости воздуха и плотности сена
Исследования по самоуплотнению проводились с сеном кондиционной влажности, чтобы избежать влияния самосогревания и плесневе-ния. С влажным материалом проводились исследования только в период загрузки.
4.2.1. Самоуплотнение сена кондиционной влажности при загрузке. Опытные данные по изменению плотности в период загрузки представлены в приложении 3. В этой же таблице помещены расчетные данные высоты, имитируемой догружателями. По экспериментальным данным построен график (рис.4.3) изменения плотности сена по высоте хранилища в процессе загрузки сена. График показывает, что взаимосвязь этих показателей имеет параболическую зависимость и не проходит через начало координат. Аналитически ее можно выразить следующим образом.
Обоснование параметров цилиндрического стога
Радиус стога изменялся от 2 до 8 м с интервалом в 0,5 м, а масса от 30 до 150 т с интервалом 10 т. Данные расчета приведены в приложении 8, на основании которых построены графики изменения высоты стога от его радиуса и массы (рис.5.2). Для этих же значений радиуса и массы стога была определена энергоемкость досушивания сена с учетом энергозатрат на загрузку. В расчетах были учтены потери воздуха в результате неполного насыщения его влагой при малых значениях /г . Данные расчеаа представлены в приложении 9, на основании которых построены графики (рис. 5.3) изменения энергоемкости досушивания сена в стогах различной вместимости. Минимальное значение энергоемкости, независимо от объема стога, находится в радиусе 3...4 м. В стоге с радиусом меньше 3 м энергоемкость возрастает, так как в этом случае увеличивается удельный расход воздуха в связи с неполным насыщением его влагой.
Энергоемкость досушивания возрастает при радиусе стога свыше 4 м и особенно интенсивно увеличивается после 5 м. В этом случае растут потери напора из-за увеличения скорости воздуха внутри стога, чтобы поддерживать оптимальные условия вентилирования поверхностного слоя.
Наиболее приемлемыми являются стога с радиусом 4 м. В этом случае энергоемкость досушивания превьшает минимальное значение не более чем на 3%.
Высота стога определяется оптимальным радиусом и массой. Массу вентилируемого стога необходимо.выбирать в зависимости от производительности вентилятора. На вентилировании сена целесообразнее всего применять вентиляторы низкого и среднего давления / 103 /, имеющие большой расход воздуха при малой энергоемкости. Наиболее мощные вентиляторы общего назначения, которые выпускаются промышленностью, имеют расход воздуха порядка 100 тыс м3/ч. Таким вентилятором за десять дней при условии, что влагопоглащение воздуха составит 1,7 - 1,8 г/м3, можно досушить сено массой 80 т. Досушивание стогов сена с массой более 80 т, судя по графикам на рис.5.3, процесс менее энергоемок. Однако в этом случае необходимо спаривать вентиляторы, так как производительности одного вентилятора, недостаточно для нормального досушивания. В спаренных вентиляторах общий к.п.д. снижается в связи с потерями воздуха на соединение двух и более потоков в один.
