VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В статье представлена классификация и анализ технических средств для перемещения жидкого навоза и птичьего помёта

Вращающийся в кожухе (трубе) спиральный винт крупного шага (с углом подъема винтовой линии 20...30°) для случая транспортирования высоковязкоплотных жидких и полужидких сельскохозяйственных материалов можно в первом приближении отнести к водоподъемным машинам (например, насосам), представляющим собой группу гидравлических машин, которые передают протекающей внутри них жидкости полученную извне энергию.

Согласно существующей в науке и технике терминологии, насос - машина, которая создает поток жидкой среды [2].

Существует достаточно большое количество различных типов насосов и конструктивных исполнений их рабочих органов.

По способу подвода энергии различают насосы с подводом: механической, потенциальной и кинетической энергии.

К насосам, получающим извне потенциальную или кинетическую энергию, заключенную в жидкой или газообразной среде, принадлежат струйные насосы, пневматические водоподъемники (эрлифты и др.), тараны. К насосам, работающим по принципу подвода механической (электрической) энергии, относятся объемные (поршневые, роторные и др.), динамические, лопастные (центробежные, осевые), диагональные.

По принципам работы и конструкции рабочих органов насосы подразделяются на объёмные и динамические.

Принцип работы объемного насоса заключается в том, что жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. Жидкость при этом подается определенными порциями (объемами).

Принцип работы динамического насоса: жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса (например, вихревые насосы).

Сущность рабочего процесса вихревого насоса (насоса трения) в первом приближении состоит в том, что частицы жидкости в ячейках рабочего колеса при его быстром вращении увлекают за счет трения другие частицы жидкости, расположенные в боковых и по периметру колеса особых каналах в корпусе насоса, что обеспечивает развитие тангенциальных скоростей в жидкости с одновременным образованием и разрушением вихрей (вихревой эффект) и действие на жидкость центробежных сил (центробежный эффект). В результате этого сложного процесса жидкость получает давление. Частичную аналогию с вихревыми насосами трения имеют и спирально-винтовые насосные устройства.

В общем виде существующие насосы имеют следующую классификацию: динамические (лопастные), объемные, трения, с использованием энергии потока внешней среды, капиллярные и другие.

Классификация объемных насосов: поршневые и плунжерные; роторные (шестеренные); крыльчатые; капиллярные; ленточные; шнуровые водоподъемники; водоподъемные колеса (ковшовые); черпаковые водоподъемники (чигири, нории и др.).

Классификация динамических насосов: лопастные (центробежные, диагональные, осевые); вихревые (трения); струйные (эжектор, инжектор, гидроэлеватор, таран); воздушные водоподъемники (эрлифты); вибрационные и др.

Центробежные насосы классифицируются: по числу колес (одноколесные ступенчатые, многоколесные, с последовательным движением воды); по напору: (низконапорные 20...25 м., средненапорные 20...60 м., высоконапорные более 60 м.); по способу подвода воды на колесо (с односторонним подводом, с двухсторонним подводом); по расположению вала (горизонтальные, вертикальные).

Предназначена для погрузки жидкого и полужидкого навоза и помёта в транспортные средства из открытых и закрытых хранилищ установка для выгрузки навоза УВН-800. Установка состоит из стационарного скреперного устройства и передвижного насоса НЖН – 200.

Погрузчик жидкого навоза мобильный ПНЖ – 250 предназначен для перемешивания и измельчения навозной массы в навозохранилищах, подачи жидкого навоза в транспортные средства или трубопроводные системы, а также для перекачивания жидкой массы влажностью 86%.

Насосы центробежные фекальные марки Ф предназначены для перекачки загрязненных сточных жидкостей с кислотностью рН 6-8, плотностью до 1050 кг/м³, содержанием абразивных частиц по объему не более 1% и с температурой до 100°С. Насосы горизонтальные обозначаются ФГ, вертикальные ФВ.

Насосы НШ – 50, НЖН – 200, ПНЖ – 250, ЦМФ – 160/10 специально предназначены для перекачивания навоза и помёта повышенной влажности (88...90%) и снабжены устройством для измельчения попадающих в них крупных включении (таблица 1.2).

На производстве используется также установка для перекачки навозной жижи УН–1, предназначенная для перекачки навозной жижи из навозоприемника в транспортные средства или на площадки для компостирования. Основные узлы УН–1: рама, фекальный насос, мешалка, емкость, напорный рукав, электропривод и лебедка. Навозная масса перемешивается и измельчается мешалкой, имеющей форму пропеллера. Мешалки и насос монтируются в герметичной емкости. Производительность за час чистой работы 120 т, мощность электродвигателя насоса – 17 кВт, мешалки и лебедки – по 3 кВт, конструктивная масса установки – 900 кг, лебедки - 315 кг. Технические характеристики фекальных насосов приведены в таблице 1.1.

Насос шнековый НШ-50 выпускается промышленностью в двух вариантах. Насос НШ-50-1 - стационарный, рабочий орган приводится во вращение электродвигателем с частотой вращения 960 мин^-1, заглубляют и поднимают насос лебедкой. Насос НШ-50-11 – мобильный, навешивают на трактор с приводом от вала отбора мощности, заглубляют и поднимают насос при помощи выносного гидроцилиндра.

Таблица 1. 1 – Технические характеристики насосов фекального исполнения

Марка	Удельные показатели по энерго- и металлоемкости
ФГ 51/58	7,60	0,440	7,15	0,123
ФГ 115/35	6,90	0,260	3,14	0,083
ФГ 57,5/95	0,73	0,070	2,79	0,290
ФГ 81/31	6,80	0,210	4,63	0,150
ФГ 81/18	6,85	0,123	3,52	0,196
ФГ 144/46	6,05	0,278	6,05	0,131
ФГ 216/24	7,72	0,185	3,65	0,152
ФГ 144/10,5	6,65	0,070	4,00	0,380
НШ-50	14,30	0,143	8,85	0,885
НЖН-200	3,75	0,075	4,10	0,205
ПНЖ-250	69,00	0,145	3,56	0,715
ЦМФ-160/10	10,00	0,100	2,05	0,205
УН-1	30,00	0,166	10,00	2,000
НРМ-2	25,00	0,500	50,00	2,500
НШМ-10	14,00	0,280	12,00	0,600
36МЦ6-12	8,00	0,100	5,00	0,400
Ж6-ВПН	11,00	0,220	22,00	1,100
Х8/18-Д	22,30	0,400	20,00	1,120
НЦИ-Ф-100	12,20	0,110	5,00	0,550
В среднем	13,95	0,222	9,35	0,621
Спирально-винтовые Снижение, раз	12,20 1,14	0,122 1,82	3,32 2,88	0,332 1,88

Основные узлы: рама, рабочий орган, центробежный насос, измельчитель, мешалка. Рабочий орган насоса – шнек, установленный в трубе диаметром 180 мм. На валу шнека смонтированы колесо центробежного насоса, измельчитель и мешалка. Снизу к фланцу корпуса шнека прикреплено ограждение, предохраняющее насос от попадания посторонних предметов.

Для транспортирования используются также центробежные фекальные насосы 27¹/₂ НФ, 4НФ, 6НФ и песковые насосы НПГ – 2, НПГ – 3, 4ПС – 9, смесительные насосы 8ФС – 17, насосы объемного действия: поршневой С - 296, шестеренный Д – 159 – В, винтовые ВНМ – 18 – 2, ВНМ – 18 – 30, ВНМ – 15 – 100 [29, 51, 54, 80, 83, 92].

В отдельных регионах России используются шнековые насосы типа НТТТК – 1, позволяющие подавать массу с частицами соломы и использовать их для погрузки навоза в транспорт.

В хозяйствах Ульяновской области применяют насосы 5ГРС – 80 для удаления жижи из навозных ям, для перекачивания перемешанного соломистого, торфяного и древесно-опилочного навоза из хранилищ в транспортные средства. Зерновая гидросмесь может транспортироваться насосом МГ – 4.

Анализ 20 типов существующих насосов фекального исполнения показывает, что паспортные удельные энергозатраты составляют 3...50 Вт на 1м³ жидкости при подъеме на 1 м и металлоемкость, соответственно, 0,1...2,0 кг. Для случая перекачки навозной и свиной жижи (например, ПНЖ-50) данные показатели равняются 69 Вт и 0,715 кг (соответственно, у насоса НЖН  200 они равны 3,75 Вт и 0,205 кг).

Спирально-винтовые фекальные насосы конструкции Ульяновской ГСХА им П.А.Столыпина имеют следующие показатели: энергоемкость 37 Вт/м³ на 1 м и металлоемкость 1,5 кг/м³ на 1 м подъема.

Следует при этом отметить, что стоимость спирально-винтового насоса около 18 тыс. руб., а аналогов более – 70 тыс. руб.

Анализы конкретных технологических процессов уборки жижи показывают, что существующие технологии экономически нецелесообразны, и эксплуатация насосных устройств производительностью более 100 м³/ч, мощностью привода более 20 кВт (при суточном выходе, например свиной жижи и помёта 2...4 м³) относятся к многозатратным технологиям.

Анализ таблиц (1.3) показывает, что у насосов фекального исполнения энергозатраты находятся в пределах 0,07...0,5 кВт на перекачку 1 м³ жидкости, удельные энергозатраты, с учетом создаваемого насосом напора, в пределах 0,73...69,0 Вт на 1 м³ и 0,083...2,5 Вт с учетом напора. Данные показатели у спирально-винтовых фекальных насосов лучше, соответственно, в 1,82; 1,14 и 1,88 раза.

Исследованиями и анализом основных показателей различных насосов (погружных, вихревых, центробежных и фекальных) установлено, что существует определенная корреляционная связь между массой, затратам энергии и производительностью (рисунок 1.1). Для сравнения взят фекальный спирально-винтовой насос конструкции НПФ-18 со следующими параметрами: подача (производительность) W = 18 м³/ч, мощность привода N= 2,2 кВт, высота подъёма жижи Н = 10 м с удельными показателями (при массе G = 60 кг); энергозатраты 0,122 кВт на 1 м³ и 12,2 Вт на 1 м³ и подъем на Н=1 м; металлоёмкость, соответственно, 3,32 кг.ч/м³ и 0,332 кг.ч/м³ на Н=1 м.

а)

б)

Рисунок 1.1 – Зависимость мощности насосов N от массы G (а)подачи (производительности) W (б)

Сравнительный анализ технико-экономических показателей существующих насосов показывает, что насосы с спирально-винтовыми рабочими органами для перекачки жидкостей с органическими включениями являются перспективными. Конструктивное же исполнение подобных насосов сдерживается из-за отсутствия исследований по их усовершенствованию и повышения тем самым эффективности транспортирования жидкостей, в частности жидкого птичьего помёта.

Основные аспекты использования рабочих органов с вращающимися внутри кожуха или в желобах спирально-винтовых рабочих органов рассмотрены в работах д.т.н., профессора Артемьева В.Г., д.т.н. Губейдуллина Х.Х., д.т.н. Исаева Ю.М., к.т.н. Игонина В.Н., Гайсина Р.М. и других, где, в частности, рассмотрено движение сыпучих и вязких материалов [1,2,3,4,5,6].

Библиографический список

1. Аксенова Н.Н., Артемьев В.Г., Губейдуллин Х.Х., Исаев Ю.М. / Особенности перемещения птичьего помёта в зависимости от способа загрузки спирально-винтового транспортера // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 2 (22). с. 96-100.

2. Аксенова, Н.Н. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров устройства для перемещения птичьего помета. Автор диссертации канд. техн. наук.- Пенза, 2007, 18 с.

3. Аксенова, Н.Н. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров устройства для перемещения птичьего помета. Диссертации канд. техн. наук.- Пенза, 2007, 195 с.

4. Исаев Ю.М., Влияние заборной части на транспортировку жидкостей из емкостей./ Исаев Ю.М., Губейдуллин Х.Х., Гришин О.П., Аксенова Н.Н.// Современные проблемы науки и образования, 2006. № 6 .С. 82-84

5. Патент РФ на полезную модель № 66790 Устройство для перекачивания высоковязких жидкостей / Курдюмов В.И., Артемьев В.Г., Губейдуллин Х.Х., Аксенова Н.Н. Заявл. 22.03.07. Опубл 27.09.07 г. Бюл. № 27.

6. Исаев, Ю.М. Влияние длины загрузочного окна на параметры пружинного транспортера / Ю.М. Исаев, Х.Х. Губейдуллин, Н.Н. Аксенова // Механизация и электрификация сельского хозяйства.  2006. № 11.-С. 10-11.

7. Игонин, В.Н. Об использовании спирально-винтовых рабочих органов при сушке сыпучих материалов / В.Н. Игонин, М.В. Сотников // Материалы Международной научно-практической конференции «Молодые учёные в 21 веке». - Ижевск: ИГСХА, 2005.

Код для цитирования: Скопировать