Закономерности процесса разделения навоза на фракции в установках прессующего типа

УДК 631.3: 636

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ НАВОЗА

НА ФРАКЦИИ В УСТАНОВКАХ ПРЕССУЮЩЕГО ТИПА

П.И. Гриднев, Т.Т. Гриднева, А.А.Шведов

Повысить эффективность разделения навоза на фракции можно путём создания установки прессующего типа, оснащенной системой вибрации исходной массы и фильтрующего элемента, погружённого в жидкую фракцию. В статье представлен ряд математических выражений, позволяющих осуществить предварительный выбор параметров создаваемой установки. Ключевые слова: вибрация, фильтрующий элемент, прессующая установка, фракции навоза.

Анализ зарубежного и отечественного опыта эксплуатации технических систем разделения навоза на фракции позволил установить, что повысить эффективность выполнения данного процесса можно путем создания установки прессующего типа, оснащенной системой вибрации исходной массы и фильтрующего элемента. Кроме того, фильтрующий элемент должен быть полностью погружен в жидкую фракцию. Подача исходного навоза в установку может осуществляться самотеком или насосом под определенным давлением. На выходе твердой фракции необходимо иметь устройство для регулирования степени сжатия [1]. Такая конструкция установки позволит за счет изменения режимов вибрации и регулирования запорного устройства на выходе твердой фракции добиваться заданной степени разделения навоза на фракции и получение конечных продуктов обработки (твердой и жидкой фракции) с требуемыми параметрами по влажности и гранулометрическому составу.

При обосновании параметров установки прессующего типа предлагаемой конструкции должны быть заложены следующие моменты:

- скорость вывода твердой фракции из установки должна превышать скорость ее образования;

- процесс разделения навоза на фракции должен происходить за счет избыточного давления, создаваемого в исходном навозе шнековым транспортером с одновременным воздействием вибрационных колебаний и отводом жидкой фракции через фильтрующую сетку, находящуюся в затопленном состоянии.

С учетом сказанного, зная влажность исходного навоза, требуемую степень разделения навоза на фракции, влажность твердой фракции, можно определить количество твердой и жидкой фракций, которые будут образовываться в процессе разделения определенного количества исходного навоза.

Количество сухого вещества (кг) в исходном навозе при определении влажности будет равно:

_Сн

~ 100 '

где - количество исходного навоза, кг; 1ИЯ — влажность исходного навоза, %.

Зная требуемую степень разделения исходного навоза по сухому веществу, можно определить его количество, переходящее в твердую фракцию, (кг):

где требуемая степень разделения исходного навоза на фракции, %.

С учетом требуемой влажности твердой фракции, обусловленной дальнейшей технологией подготовки ее к использованию, определяется ее количество, (кг):

_ дт-юо

^ ф' = Тоо-йГф'

где влажность образующейся твердой фракции, %.

Используя формулы 1, 2 и 3 находим количество образующейся жидкой фракции, (кг):

ф = 8н (. 00- „И -С (

'ф' 1 0 0(1 0 0- „т.ф .) 4 J

Содержание сухого вещества в жидкой фракции

100 V 100/ 4 у

Влажность жидкой фракции (%) определяется по формуле:

иж Ф^^Г'Т о о ,

Зная количество образующейся твердой фракции, можно выбрать параметры шнека, который обеспечивал бы создание необходимого давления в исходном навозе и скорость транспортирования твердой фракции.

л

Площадь поперечного сечения движущейся твердой фракции (м )можно определить по формуле:

' = 0,785

где Д - наружный диаметр шнека, м; ё - диаметр вала шнека, м.

Производительность шнекового транспортера (т/час) определяется по формуле:

Кл = 4 7 Т

|оигпа1 оГ VNIIMZH №1(9)-2013

71

где Б - минимальный шаг шнекового транспортера, м; — коэффициент заполнения межвиткового пространства, в долях единицы; п - частота вра-

-5

щения шнека, об/мин; рТ. ф . — плотность твердой фракции навоза, т/м .

В формуле (8) не учитывается изменение производительности шнекового транспортера в связи с необходимостью создания определенного давления внутри камеры фильтрации.

Величина создаваемого давления зависит от геометрических размеров камеры фильтрации, конструкции запорного устройства, физико-механических характеристик твердой фракции. Авторы [2] предложили силу трения пробки из твердой фракции навоза в камере фильтрации определять по формуле, (Н):

Рт. м.=Р 1 ^ 1  т

где Рх — скорость роста давления в камере фильтрации мПа- с-1 ; ¿х , ¿2, - соответственно время до начала сжатия пробки, начала и окончания выгрузки твердой фракции, с; длина выгрузного шнека, м; линейная скорость, м/с; коэффициент трения пробки из твердой фракции навоза по поверхности камеры фильтрации; Я и г - радиусы перфорированного корпуса и вала, м; коэффициент пропорциональности.

Для определения скорости роста давления в камере фильтрации предложена зависимость:

_ К

" тг

где - жесткость запорного устройства.

Коэффициент пропорциональности определяется по формуле:

" " 2 ДК0( ¿3 — ¿2 X ¿2 — 2 Г ! — 2 — К, (¿3 — ¿2) ] Х

X____

¿2^ ¿ап( — (й + 5)[! 2 — ^(¿з — ¿2 ) ^2 ¿шг('

где ( — угол подъема средней линии шнека; 5 — зазор между шнеком и поверхностью фильтрации, м.

Авторы работ [3-5] при исследовании процесса отвода жидкой фракции навоза под воздействием избыточного давления использовали закон Дарси для определения расхода жидкости:

Р — Р

¿/¿1-/

-5

где @ — расход жидкости, м ; F — эффективная площадь фильтрации, м ; V — скорость фильтрации, м/с; — Р2 - потеря напора, м; д — абсолютная вязкость жидкой фракции навоза, мПа с; толщина фильтрующей перегородки, м; К - коэффициент фильтрации, характеризующий фильтрационные свойства перегородки.

При истечении жидкости через отверстие в воздушное пространство возникают силы поверхностного натяжения между элементом жидкости и фильтрующей поверхностью. Если воздушную среду заменить водной, поместить камеру фильтрации в фильтрат, силы поверхностного натяжения будут уравновешены, результирующая сила станет равной нулю, эффективность процесса разделения навоза на фракции повысится, [6].

Приведенные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют произвести предварительное обоснование основных параметров установки для разделения навоза на фракции прессующего типа.

Оптимизация параметров должна быть произведена по результатам экспериментальных исследований процесса разделения навоза на фракции на натурном образце установки, поскольку теоретически описать влияние режимов колебания исходного навоза и фильтрационной камеры на эффективность протекания процесса не представляется возможным.

Литература:

1. Гриднев, П.И. Перспективные направления развития машинных технологий уборки навоза из помещений и подготовки его к использованию / П.И.Гриднев, Т.Т.Гриднева // Вестник ВНИИМЖ. - 2012. - № 1(5). - С.52-58.

2. Рыженков, В.Н. Режим отжатия свиного навоза шнековым прессом // Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. - М.: ВИЭСХ, 1977. - Вып.1(31). - С. 41.

3. Ермоленко, В.А. Инженерная оценка поточно-пульсационного принципа работы и параметров шнекового пресса с подпорно-выгрузным механизмом // Инженерная оценка машин и оборудования для животноводства и кормопроизводства при испытаниях: сб. науч. тр. - Но-вокубанск, 1988. - С.178-186.

4. Лукьяненков, И.И. Исследование процесса фильтрования свиного навоза через перфорированные перегородки: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - М., 1979. - 25с.

5. Лавров, В.Н. Исследование работы шнека при погрузке жидкого навоза: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Саратов, 1968. - 26с.

6. Шкоропад, Д.Е. Центрифуги для химических производств. - М.:Машиностроение,1975.

Гриднев Павел Иванович, доктор технических наук, зам. директора по научной работе Гриднева Татьяна Трофимовна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Шведов Артур Анатольевич, старший научный сотрудник

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Тел. 8(4967)67-99-67 E-mail: vniimzh@mail.ru

Improve the efficiency of the separation into fractions of manure can be achieved by installing a press type, equipped with a vibration system of the initial mass andfilter element, immersed in the liquid fraction.

The paper presents a set of mathematical expressions that will lead to a pre-selection of parameters generated installation.

Keywords: vibration, filter element, press setup, fractions of manure.

Journal of VNIIMZH №1(9)-2013

73