Устройство побуждения воздухообмена и кондиционирования для животноводческих ферм с противотоком жидкой и газовой фаз
DEVICE FOR INDUCING AIR EXCHANGE AND CONDITIONING FOR LIVESTOCK FARMS WITH COUNTERFLOW OF LIQUID AND GAS PHASES

Изобретение относится к области животноводства и может быть использовано для обеспечения высокого качества воздушной среды в помещениях животноводческих ферм в жаркий период года.
Известно устройство для вентиляции коровника (RU 178643 U1, МПК A01K 1/00, опубл. 16.04.2018 г.), которое включает осевые вентиляторы с электроприводом, установленные вдоль коровника на заданном расстоянии один от другого и имеющие угол наклона к вертикальной плоскости, датчики температуры и влажности, подключенные к блоку управления. При этом осевые вентиляторы установлены на шарнирах и снабжены регуляторами частот вращения лопастей, редуктором, служащим для поворота ряда осевых вентиляторов за счет кулисы, смонтированной на его выходном валу, причем кулиса и шарниры осевых вентиляторов посредством троса соединены с противовесом, установленным на противоположном конце от редуктора и обеспечивающим их обратное движение, при этом электропривод редуктора оснащен регулятором частоты вращения выходного вала. Осевые вентиляторы также снабжены системой мелкодисперсного распыления воды с форсунками, насыщающими воздушный поток водяными парами.
Известное техническое решение позволяет осуществлять постоянный односторонний обдув животных, что не в полной мере решает вопрос равномерного охлаждения скота в жаркий период. Однонаправленность воздушного потока создает на участке коровника, находящемся между двумя соседними вентиляторами зоны с разной интенсивностью обдува, т.к. скорость воздушного потока, с удалением от вентилятора падает, а воздушный поток рассеивается. При этом придание вентиляторам возможности поворота на установленный угол вокруг вертикальной оси снижает надежность конструкции из-за наличия гибких соединений между ее элементами, в частности участков водопровода высокого давления, распылительные форсунки которого крепятся непосредственно на вентиляторе.
Известно устройство побуждения воздухообмена и кондиционирования для животноводческих ферм (RU 2744179 С1, МПК A01K 1/00, опубл. 03.03.2021 г.), включающее установленные в ряд над зонами содержания животных на заданном расстоянии один от другого осевые вентиляторы с электроприводом, реверсивный электромагнитный пускатель, трехходовой электромагнитный клапан, запорные электромагнитные клапаны, водопровод высокого давления, форсунки для мелкодисперсного распыления воды, насосную установку, фильтр для очистки и деминерализации воды, датчики температуры и влажности и блок управления. При этом осевые вентиляторы установлены неподвижно таким образом, что оси вращения лопастей вентиляторов ориентированы вдоль помещения в горизонтальной плоскости, а распылительные форсунки, размещены с обеих сторон от вентиляторов и направлены в ту же сторону, что и исходящий из вентилятора воздушный поток. Реверсивный электромагнитный пускатель обеспечивает изменение направления вращения лопастей вентиляторов и, соответственно, изменение направления воздушного потока на 180°. Трехходовой электромагнитный клапан направляет подачу воды в одну из веток водопровода к распылительным форсункам.
Известное техническое решение позволяет применять чередование нормального и реверсивного режимов работы, что приводит к формированию нестационарных воздушных потоков во всем объеме помещения и к предотвращению формирования застойных зон. Однако, распыление воды в направлении, совпадающем с направлением воздушного потока, вызывает уменьшение относительной скорости водной и воздушной компонент потока, не обеспечивая максимальной интенсивности испарения воды и степени охлаждения воздуха. Кроме этого, переключение осевых вентиляторов с нормального режима работы на реверсивный и обратно возможно лишь после полной остановки всех вентиляторов, что создает периоды пониженной скорости воздушного потока, а во время многочисленных одновременных пусков приводов вентиляторов создается значительная нагрузка на электрическую сеть.
Известно устройство для вентиляции из патента на промышленный образец (US D733283 S, опубл. 30.06.2015 г.), включающее осевой вентилятор, заключенный в корпус из стеклопластика и неподвижный диффузор, закрепленный на корпусе вентилятора со стороны исходящего воздушного потока. При этом ось вентилятора в рабочем положении занимает вертикальное положение, а ламели диффузора разделяют создаваемый вентилятором воздушный поток на два противоположно направленных потока.
Известное техническое решение позволяет создать два  воздушных потока, направленных в противоположные стороны, что в два раза снижает объем перемещаемой воздушной массы в единицу времени и в значительной мере снижает охлаждающий эффект от каждого из воздушных потоков по отдельности. При этом практически отсутствует воздухообмен под вентилятором и вблизи него, что делает эту область не комфортной для животных в жаркий период года.
Наиболее близким к заявляемому по технической сути и достигаемому результату является устройство для вентиляции и кондиционирования воздуха (https://www.facebook.com/VentecVentilation/videos/1872906413018466/), включающее осевой вентилятор, заключенный в корпус из стеклопластика и диффузор, неподвижно закрепленный на корпусе вентилятора со стороны исходящего воздушного потока, систему мелкодисперсного распыления воды. При этом ламели диффузоров разделяют исходящий из вентилятора воздушный поток на две части и направляют их в противоположные стороны. Размещение вентиляционных устройств в коровнике производится в ряд вдоль продольной оси помещения таким образом, чтобы оси вентиляторов находились в вертикальном положении, а направление создаваемых осевыми вентиляторами воздушных потоков было перпендикулярным продольной оси помещения. В заданном положении вентиляционные устройства удерживаются при помощи  металлических тросов. Форсунки системы мелкодисперсного распыления воды располагаются на ламелях диффузора и производят распыление в направлениях, совпадающих с направлениями исходящих воздушных потоков.
Известное техническое решение предусматривает создание воздушных потоков, перпендикулярных продольной оси животноводческого помещения, однако, самостоятельно не обеспечивает эффективное проветривание вдоль помещения. При этом образуются слабо проветриваемые зоны по бокам от вентиляционной установки и под ней, что требует применения дополнительных разгонных вентиляторов. В случае установки устройств таким образом, чтобы создаваемые ими воздушные потоки имели направление, совпадающее с продольной осью помещения, будет происходить взаимное торможение встречных воздушных потоков от соседних вентиляторов, что будет снижать их охлаждающую способность и не решит вопрос с проветриванием зоны в непосредственной близости от вентиляторов. При этом устройство не обладает возможностью оперативного изменения направления создаваемого им воздушного потока, а совпадение направлений воздушного потока и водного распыла приводит к тому, что не в полной мере используется энергия обеих фаз, что снижает интенсивность охлаждения воздуха в помещении фермы.
Из анализа существующих технических устройств, использующих явление прямого охлаждения воздуха при адиабатическом увлажнении и, предназначенных для создания комфортных условий в помещениях животноводческих ферм, выявлено, что представленными аналогами не обеспечиваются высокое качество воздушной среды в помещениях в жаркий период года и достаточный уровень конструктивной надежности их отдельных элементов.
Технической задачей настоящего изобретения является увеличение продуктивности животноводства за счет повышения качества воздушной среды в помещениях, предназначенных для содержания животных в жаркий период.
Технический результат достигается тем что, устройство побуждения воздухообмена и кондиционирования для  животноводческих ферм, включающее установленные в ряд над зонами содержания животных на равном расстоянии один от другого осевые вентиляторы с вертикальным расположением оси вращения лопастей, заключенные в корпуса из стеклопластика, оборудованные диффузорами ламельного типа, расположенными со стороны исходящего из вентилятора воздушного потока и системой мелкодисперсного распыления воды, согласно изобретению, оно снабжено свободно вращающейся вокруг оси вентилятора корпусной деталью, выполненной в форме усеченного под углом 60° цилиндра, электроприводом поворота корпусных деталей и системой тросов и противовесов, связанных с поворотным кольцом, размещенным на корпусной детали, форсунки системы мелкодисперсного распыления воды обращены соплами к воздушному потоку.
Кроме того, корпус вентилятора снабжен дополнительной корпусной деталью с диффузором, свободно вращающейся вокруг оси вентилятора, размещенной со стороны входящего воздушного потока, при этом корпусные детали обращены в противоположные стороны лицевой стороной, а их поворот на 180° вокруг оси вентилятора синхронизирован.
Устройство поясняется чертежами:
На фиг. 1 приведена схема расположения устройства в животноводческом помещении (вид сверху); на фиг. 2 представлена схема основного узла устройства (вид сверху); на фиг. 3 представлена схема основного узла устройства (вид сбоку); на фиг. 4 представлена схема основного узла устройства (вид спереди).
Устройство побуждения воздухообмена и кондиционирования для  животноводческих ферм с противотоком жидкой и газовой фаз содержит установленные в ряд на равном расстоянии один от другого, осевые вентиляторы 1, заключенные в корпус 2 из стеклопластика, оборудованный со стороны исходящего из вентилятора 1 воздушного потока свободно вращающейся вокруг его оси корпусной деталью 3 с диффузором ламельного типа 4 и поворотным кольцом 5. Устройство снабжено электроприводом 6 поворота корпусных деталей 3, представляющим собой асинхронный реверсивный двигатель с редуктором. Устройство оборудовано системой тросов и противовесов, состоящей из двух барабанов 7, расположенных на валу электропривода поворота корпусных деталей 3, двух магистральных тросов 8, которые одним концом, закреплены на барабанах 7 с разным направлением намотки, а вторым концом удерживают противовесы 9, соединительных тросов 10, концы которых закреплены на магистральных тросах 8, а средняя часть - на поворотных кольцах 5 корпусных деталей 3 вентиляторов 1. Устройство содержит также датчики температуры 11 и влажности 12, подключенные к блоку управления 13 и систему мелкодисперсного распыления воды, состоящую из насосной установки 14, фильтра для очистки и деминерализации воды 15, резервуара для воды 16, трехходового электромагнитного клапана 17, двух веток водопровода высокого давления 18 и 19,  двух запорных  электромагнитных клапанов 20, 21, распылительных форсунок 22 и 23. Распылительные форсунки системы мелкодисперсного распыления воды 22 и 23 расположены с обеих сторон от вентилятора 1 на расстоянии, превышающем, протяженность факела распыла воды от форсунки до точки опрокидывания факела воздушным потоком вентилятора 1.
Устройство побуждения воздухообмена и кондиционирования для  животноводческих ферм с противотоком жидкой и газовой фаз работает следующим образом.
В жаркий период по команде от блока управления 13 включаются электроприводы ряда осевых вентиляторов 1, параллельно блок управления 13 подает сигнал на насосную установку 14, трехходовой электромагнитный клапан 17, и вода, из резервуара 16, подается по ветке водопровода высокого давления 18 к распылительным форсункам 23, расположенным по ходу движения нагнетаемого вентиляторами 1 потока, где происходит распыление воды во встречном потоку направлении. Запорные электромагнитные клапаны 20, 21, при этом, находятся в закрытом состоянии. После истечения установленного времени нагнетания воздуха в данном направлении, по команде блока управления 13, электропривод поворота 6 корпусных деталей 3 совершает вращение вала с барабанами 7, при этом один из магистральных тросов 8 наматывается на барабан 7, а второй - разматывается с барабана 7 под действием противовеса 9. Вместе с продольным перемещением магистральных тросов 8, перемещается и соединительный трос 10, закрепленный на поворотном кольце 5, перемещая его от одного магистрального троса 8 к другому. Вместе с поворотным кольцом 5 совершает поворот на 180° вокруг оси вентилятора 1 корпусная деталь 3, с диффузором 4. Произведя поворот корпусной детали 3 на 180°, по команде из блока управления 13, электропривод поворота 6 корпусных деталей 3 отключается. Одновременно с изменением направления воздушного потока в помещении на противоположное, прекращается нагнетание воды по ветке водопровода 18 насосной установкой 14, открывается электромагнитный клапан 20 и происходит сброс воды, находящейся в ветке водопровода 18 в резервуар 16.  Параллельно с этим, по команде блока управления 13 трехходовой электромагнитный клапан 17 перекрывает ветку высоконапорного водопровода 18 и открывает ветку 19 после чего, по команде блока управления 13, запускается насосная установка 14 и по водопроводу 19 нагнетается вода к форсункам 22, сопла которых направлены навстречу нагнетаемому вентилятором 1 потоку воздуха. Форсунки 22 производят мелкодисперсное распыление воды. После истечения установленного времени нагнетания воздуха в данном направлении, по команде блока управления 13 электропривод  поворота  6 корпусных деталей 3 включает реверсивный режим и вращает барабаны 7 в противоположном направлении, при этом корпусные детали 3 с диффузорами 4 также поворачиваются  вокруг оси вентилятора 1 в обратном направлении на 180°. Параллельно с этим, блок управления 13 по вышеописанной последовательности прекращает распыление воды из форсунок 22 и начинает распыление из форсунок 23. Распыление воды осуществляется циклично. Продолжительность цикла распыления зависит от показаний датчиков температуры 11 и влажности 12 воздуха, расположенных в помещении и регулируется блоком управления 13.
В холодный и переходные периоды года работают только осевые вентиляторы 1, а при помощи блока управления 13, электропривода поворота 6 корпусных деталей 3 и системы тросов и противовесов выполняется изменение направления воздушного потока в помещении.  Мелкодисперсное распыление воды в эти периоды не производится.
При необходимости выделения одного, наиболее приоритетного направления забора воздушной массы вентилятором 1 для формирования нестационарного воздушного потока, корпус 2 вентилятора 1 оборудуется дополнительной вращающейся корпусной деталью 3 с диффузорами, размещенной со стороны входящего воздушного потока. Корпусные детали 3 лицевой стороной обращены в противоположные стороны, при этом поворот деталей на 180° вокруг оси вентилятора 1 осуществляется синхронно.
Систематическое изменение направления движение воздушного потока, совместно с использованием эффекта противотока жидкой и газовой фаз  обеспечит разрушение застойных зон в воздушном объеме помещения, повысит ассимиляционную способность воздуха и улучшит его качественные показатели, повысит локальные скорости турбулентных воздушных струй в воздушном объеме, повысит интенсивность охлаждения воздуха в помещении и, следовательно, повысит уровень комфортности микроклимата для животных в жаркий период года, что в совокупности, повысит производительность животноводства.