Устройство искусственной аэрации подстилочного навоза

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно к устройству для обеззараживания и компостирования подстилочного навоза (соломонавозной смеси).
В известных конструкциях аэраторов подстилочного навоза подача воздуха осуществляется напорными вентиляторами через систему воздушных каналов (например, патент на изобретение № 2367636, патенты на полезную модель №№ 185658, 179548) [1-3].
Общим существенным недостатком указанных устройств является низкая эффективность процесса компостирования. Применение центробежных или осевых напорных вентиляторов для непрерывной подачи воздуха приводит к повышенному расходу воздуха, его выбросу в атмосферу, что малоэффективно и ведет к увеличению энергозатрат, а также не позволяет использовать их для аэрации укрытых пленкой буртов с подстилочным навозом или птичьим пометом.
Наиболее близким аналогом является устройство согласно заявки на изобретение (№ 2020123922/20(041323) «Устройство и способ искусственной аэрации подстилочного навоза»), в котором аэрация закрытых пленкой буртов с навозом осуществляется порционно посредством компрессора и ресивера, объединенных в один агрегат. Применение компрессора гарантирует подачу воздуха, а ресивер - его накопление и доведение до определенного давления, достаточного для проникновения во всю толщу соломонавозной смеси.
Существенным недостатком предложенного устройства является то, что распределение воздуха по всему объему бурта происходит неравномерно, а значит эффективность технологического процесса снижается.
Целью настоящей полезной модели является повышение эффективности процесса компостирования закрытых пленкой буртов за счет применения предлагаемого технического решения.
Для достижения заявленной цели предложено техническое решение устройства, в котором диаметры воздуходувных отверстий выполнены в зависимости от диаметра трубы, скорости воздушного потока на входе в трубу, местоположения воздуходувных отверстий, рассредоточенных по длине трубы с одинаковым шагом, причемдиаметры воздуходувных отверстий выполнены относительно друг друга под углом 90° в поперечной плоскости и с увеличением диаметров отверстий по направлению движения воздушного потока.
Новым отличительным признаком для достижения поставленной цели является то, что диаметры воздуходувных отверстий выполнены в зависимости от диаметра трубы, скорости воздушного потока на входе в трубу, местоположения воздуходувных отверстий, рассредоточенных по длине трубы с одинаковым шагом. Такое конструктивное исполнение диаметров воздуходувных отверстий позволяет провести обработку соломонавозной смеси бурта в зависимости от параметров исходного материала конструкции - диаметра трубы, что обеспечит более равномерную подачу воздуха и повысит эффективность обработки. Конструктивное решение расположения диаметров воздуходувных отверстий относительно друг друга под углом 90° в поперечной плоскости и с увеличением диаметров отверстий по направлению движения воздушного потока позволит обеспечить доставку воздуха равномерно в горизонтальном и вертикальном направлениях бурта.
Таким образом, перечисленные признаки являются необходимыми, новыми и служат для достижения заявляемой цели предлагаемой полезной модели, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и существенными отличиями.
Сущность предлагаемого устройства поясняется фигурами, где на фиг. 1 - вид устройства сбоку, на фиг. 2 - схема расположения воздуходувных отверстий относительно подачи воздуха, на фиг. 3 - поперечный разрез трубы с воздуходувными отверстиями, на фиг. 4 - график зависимости изменения диаметра воздуходувных отверстий от длины трубы.
Устройство искусственной аэрации подстилочного навоза содержит компрессор 1, объединенный в единый агрегат с ресивером 2, гибкий воздушный шланг 3, вентиль 4, коллектор 5, перфорированные трубопроводы 6.
Устройство для искусственной аэрации подстилочного навоза (соломонавозной смеси) работает следующим образом. В толще подстилочного навоза, уложенного в бурт, размещаются перфорированные трубы 6 на поверхности компостной площадки, фиг. 1 и 2. Они подключаются через коллектор 5, вентиль 4 и гибкий воздушный шланг 3 к ресиверу 2 компрессора 1. Включается компрессор 1, воздух нагнетается в ресивер 2 с избыточным давлением. После выключения компрессора открывается вентиль 4 и по гибкому шлангу 3 воздух стравливается из ресивера в коллектор 5, откуда распределяется по перфорированным трубам 6. В пространстве под укрывным, непроницаемым для воздуха, материалом создается незначительное избыточное давление, однако воздух не уходит в атмосферу, а поддерживает жизнедеятельность собственной аэробной микрофлоры навоза.
Диаметры воздуходувных отверстий выполнены в зависимости от диаметра трубы, скорости воздушного потока на входе в трубу, местоположения воздуходувных отверстий, рассредоточенных по длине трубы с одинаковым шагом. Относительно друг другадиаметры воздуходувных отверстий расположены под углом 90° в поперечной плоскости и с увеличением диаметров отверстий по направлению движения воздушного потока.
Использование такого устройства в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность компостирования за счет равномерного распределения воздуха в соломонавозной смеси, поддержания жизнеспособности аэробных микроорганизмов, ускорения ферментации и снижения затрат на подачу воздуха.
Для создания условий равномерной подачи воздуха по длине перфорированных труб были использованы уравнения неразрывности Эйлера [4], применительно к расчетной схеме, изображенной на фиг. 2 и 3. На основании численного решения дифференциальных уравнений в пакете Mathcad, после аппроксимации получили эмпирическое уравнение с учетом граничных условий по распределению скорости воздушного потока по длине трубы (м/с):
v
0
где  - скорость воздушного потока на входе в трубу, м/с;
х
- координата расположения отверстия вдоль оси трубы, м.
Диаметр отверстий в воздуходувной трубе в зависимости от их местоположения определяется выражением:
d
x
где () - зависимость диаметров отверстий от их местоположения, м;
d
- диаметр перфорированной трубы, м;
u
x
() - зависимость относительной скорости воздушного потока от местоположения вдоль трубы;
n
- количество рядов отверстий.
На фиг. 4 теоретический график зависимости диаметров воздуходувных отверстий по длине трубы при равномерном распределении расхода воздуха на основании уравнений (1) и (2).
v
d
n
0
Для обеспечения равномерного расхода воздуха из воздуходувных труб диаметры отверстий увеличиваются с 18 мм до 21 мм при начальной скорости воздушного потока =12,4 м/с, диаметре трубы =0,05 м и длине трубы 6 м, количестве рядов отверстий =8.
Литература
1. Патент 2367636 Российская Федерация, МПК C05F3/06 Устройство для приготовления компоста: опубл. 20.09.2009/ Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Куденко В.Б.: патентообладатель ФГБОУ ВПО Мичуринский ГАУ.
2. Патент 185658 Российская Федерация, МПК A01C 3/00 Аэратор птичьего помета: № 2018115489: заявл. 24.04.2018: опубл. 13.12.2018 / Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Куденко В.Б., Гурьянов Д.В.: патентообладатель ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ. - 3 с.: ил.
3. Патент 179548 Российская Федерация, МПК C05F 3/06, C05F 3/00 Аэратор-обеззараживатель подстилочного навоза в буртах: № 2017106397: заявл. 27.02.2017: опубл. 17.05.2018/ Хмыров В.Д., Гурьянов Д.В., Гурьянова Ю.Л., Хатунцев П.Ю.: патентообладатель ФГБОУ ВПО Мичуринский ГАУ. - 3 с.: ил.
4. Куденко, В. Б. Повышение эффективности технологии переработки навоза глубокой подстилки с обоснованием основных параметров аэратора: спец. 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»: дисс. … канд. техн. наук / В.Б. Куденко: - Мичуринск, 2009. - 184 с.