Влияние реологических свойств жидкого свиного навоза на эффективность истечения навозной массы

УДК 631.22.018

ВЛИЯНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСТЕЧЕНИЯ НАВОЗНОЙ МАССЫ

А.Н. Тропин

В работе представлены результаты лабораторных и практических исследований реологических свойств жидкого свиного навоза. Установлены зависимости высоты остаточного слоя навозной массы от ее реологических свойств; сформулированы выводы по оптимизации процесса истечения навоза из ванны самотечной системы навозоудаления периодического действия ванно-трубно-го типа.

Ключевые слова: свиноводство, система удаления навоза.

В современных условиях для реконструируемых и строящихся свиноводческих предприятий особое значение приобретает минимизация затрат ресурсов на производство продукции, в том числе и за счет оптимизации процесса навозоудаления. Самотечная система навозоудаления периодического действия ванно-трубного типа получила широкое распространение среди систем удаления навоза из свиноводческих ферм и комплексов. Однако, опытно-производственные проверки, проведенные на данной системе удаления навоза, выявили, что система предъявляет жесткие требования к свойствам поступающей в нее навозной массы. Пренебрежение данными параметрами приводит к существенному снижению эффективности работы системы из-за повышенного расхода технологической воды.

В связи с вышесказанным, оценка реологических свойств навоза, поступающего в самотечную систему навозоудаления периодического действия ван-но-трубного типа, в первую очередь необходима для обоснования процесса его истечения из навозоприемной ванны. Особенно актуально данный вопрос встает при описании движения нижнего слоя навозной массы, подверженного структурообразованию. Рассмотрим ряд реологических характеристик, которыми предполагалось характеризовать жидкий свиной навоз. Основными из них являются: вязкость, предельное напряжение сдвига и влажность.

С целью выявления характера течения навозной массы, нами были проведены исследования зависимости вязкости п от градиента скорости у. Измерения проводили по методу коаксиальных цилиндров на экспериментальном стенде, состоящем из ротационного вискозиметра Реотест 2, измерительного устройства и электронного самопишущего потенциометра КСП-4. В качестве материала исследования был выбран жидкий свиной навоз с влажностью W=91%.

В результате экспериментальных исследований была получена зависимость вязкости навоза п от градиента скорости у (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость вязкости навоза п от градиента скорости у

то тоо -л с-1

Пр][ убЫЕЛШШ V

Не совпадающие нисходящая и восходящая кривые указывают на уменьшение вязкости жидкого свиного навоза п при длительных деформациях, а их нелинейный характер говорит о неньютоновском характере течения. Полученные зависимости подтверждают, что жидкий свиной навоз влажностью 91% классифицируется как неньютоновская система со сложными нестационарными реологическими свойствами, а его перемещение по горизонтальной поверхности под действием гравитационных сил обуславливается вязко-пластичными свойствами.

Усредняя полученные данные для случаев возрастания и убывания градиентов скорости и проведя исследования для навозной массы в диапазоне относительных влажностей от 88 до 94%, была получена зависимость изменения эффективной вязкости навоза пэф в зависимости от его относительной влажности W (рис. 2).

Рис. 2. Изменение эффективной вязкости навоза Пэф в зависимости от его относительной влажности W

Анализируя график на рис. 2, можно заключить, что с увеличением относительной влажности навозной массы выше W=92% эффективная вязкость начинает возрастать. Минимальному значению пэф соответствует W=91-92%.

Для оценки процесса удаления навозной массы из навозоприемной ванны самотечной системы навозоудаления периодического действия ванно-трубного типа нами были проведены опыты устанавливающие влияние влажности навозной массы, поступающей в ванну, на высоту остаточного слоя навоза в ней.

Пэф,

(Н*сек)/м2 3,5

3

2,5 2 1,5

у = 0,0771х2 - 14,22х + 657,18 R2 = 0,9946

88 89 90 91 92 93

94

Ж %

|оигпа1 оГ УШ1М7И №4(12)-2013

165

На рис. 3 представлена зависимость высоты остаточного слоя навоза h0 от относительной влажности навоза W, полученная при экспериментальном исследовании процесса опорожнения навозоприемной ванны в секции для дора-щивания поросят ООО «Животноводческий комплекс Бор» Приозерского района Ленинградской области. Из графика следует, что с ростом относительной влажности навоза W с 88% до 90,5% высота остаточного слоя ^ снижается вследствие уменьшения значения предельного напряжения сдвига навоза т0. При относительной влажности W>91% высота остаточного слоя навоза в ванне h0 резко растет вследствие интенсивного расслоения навоза на фракции.

lio, ММ

J2

-10

35

35

34

30

v = 0.41б"х5 - ].8'>*">л2- 1.3095X+42.S

R-= 0,994 /

Рис. 3. Зависимость высоты остаточного слоя навоза ^ от относительной влажности навоза W

SS

S9

í>0

91

9-1 \Y.

Таким образом, минимальная высота остаточного слоя навоза в ванне Ьо достигается при относительной влажности навоза W=89-92%.

Аналогичные данные были получены в результате многофакторного эксперимента на физической модели ванны самотечной системы навозоудаления периодического действия ванно-трубного типа. Трехмерное изображение графика поверхности отклика, отображающие зависимость высоты остаточного слоя навоза Ьо от относительной высоты заполнения модели ванны ^/В и относительной влажности навоза W, представлено на рис. 4. Из графика следует, что своего минимума график поверхности отклика принимает при значениях относительной влажности навозной массы, лежащих в интервале W=90,5-91% соответственно, данные показатели являются оптимальными для качественного опорожнения навозоприемной ванны.

Рис. 4. Зависимость высоты остаточного слоя

навоза ^ от относительной влажности навоза W и относительной высоты заполнения модели навозоприемной ванны ^/В

Минимальному значению высоты остаточного слоя навоза ^ соответствует значение относительной высоты заполнения модели навозоприемной ванны ^/В=0,18.

На основе значений высоты остаточного слоя навоза Ьо были определены значения предельного напряжения сдвига и построен график зависимости изменения предельного напряжения сдвига т0 навоза от его относительной влажности W (рис. 5). Из графика следует, что с увеличением относительной влажности навозной массы W предельное напряжение сдвига навоза т0 уменьшается. Особо интенсивно процесс протекает при относительной влажности менее 91%, затем, вследствие интенсивного расслоения навоза на фракции, замедляется.

т0, Н/м2 100

80 60 40 20 0

y = 2,2262x2 - 417,42x + 19569 R2 = 0,9966

W, %

Рис. 5. Изменение предельного напряжения сдвига навоза т0 в зависимости от его

относительной влажности навоза W

88

90

92

94

Как вывод заключаем, что относительная влажность навозной массы наряду с предельным напряжением сдвига и вязкостью являются основными реологическими параметрами, влияющими на работу самотечной системы навозо-удаления периодического действия ванно-трубного типа. Поступление в систему навозоудаления жидкого свиного навоза с относительной влажностью 8992%, что соответствует предельному напряжения сдвига г0=55-10 Па, является необходимым и достаточным технологическим параметром ее работы [1].

Литература:

1. Тропин А.Н. Повышение эффективности работы самотечной системы удаления навоза путем оптимизации ее конструктивных и технологических параметров: дис. ... к.т.н. СПб., 2011. 167с.

Тропин Александр Николаевич, научный сотрудник ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии E-mail: aleksan-tropin@yandex.ru

The results of laboratory and practical studies of the rheological properties of pig slurry are presented in the paper. The dependences of the residual layer height of manure from its rheological properties have been established; the proposals for optimization of slurry outflow from the gravity tank-and-pipe manure removal system with a batch operation mode are outlined. Keywords: pig production, manure removal system.

Journal of VNIIMZH №4(12)-2013

167