Трубопроводные системы раздачи текучих кормов свиньям в групповые кормушки

14.09.2015

В отечественном свиноводстве для кормления животных на комплексах промышленного типа применяются комплекты оборудования КПС-108 и других марок подобного назначения, которые обеспечивают приготовление и подачу жидкого корма (рассыпной комбикорм, разбавленный водой в соотношении 1:3) по закольцованным трубопроводам в свинарники и его нормированное распределение по групповым кормушкам. Для раздачи влажного корма на товарных свинофермах во ВНИИживмаше был создан и в 1988 году поставлен на производство стационарный трубопроводный кормораздатчик КВК-Ф-15. Он предназначался для механизации и автоматизации процессов нормированного кормления свиней увлажненным комбикормом с добавлением 40% по массе измельченных сочно-зеленых компонентов при групповом содержании животных в типовых свинарниках-откормочниках, оборудованных спаренными групповыми кормушками.
В состав этого кормораздатчика входит бункер-накопитель 1 (рис. 5.1) для влажной кормосмеси. К днищу бункера присоединен шнековый питатель корма 2 и электронасосный агрегат 4 с напорным магистральным кормопроводом 5. Этот кормопровод оснащен сливным патрубком 11 с запорной арматурой, обеспечивающей при необходимости возврат корма в бункер с целью его перемешивания, а также трехходовой кран 6, с помощью которого можно направлять поток корма в правый 7 и левый 10 раздаточные кормопроводы с дозирующими устройствами 8, обеспечивающими автоматическое дозирование корма и его подачу в групповые кормушки. Управление работой всех систем кормораздатчика КВК-Ф-15 осуществляется с помощью шкафа управления 3.

Трубопроводные системы раздачи текучих кормов свиньям в групповые кормушки

При раздаче корма животным кормосмесь из бункера-накопителя шнеком подается в винтовой насос и через переключатель потока (трехходовой кран) нагнетается в один из раздаточных кормопроводов.
На нем по заданной программе поочередно и на определенный промежуток времени открываются раздаточные клапаны и кормосмесь из кормопровода через сливной патрубок поступает в групповую кормушку. По истечении заданного промежутка времени клапан автоматически закрывается, а последующий -открывается, и корм будет заполнять следующую кормушку. Таким способом обеспечивается непрерывность процесса выдачи корма через данный кормопровод.
Однако широкого распространения в отечественном свиноводстве этот кормораздатчик не получил из-за сложности конструкции, ограниченных технологических возможностей (раздавал только текучий мелкодисперсный корм) и больших остатков корма в магистральном кормопроводе после каждого кормления.
Эффективность работы такого кормораздатчика можно повысить, если расширить диапазон рационов кормосмесей, исключить дополнительные перегрузки готовых кормов в свинарниках и обеспечить самотечное опорожнение магистральных кормопроводов после каждого кормления животных, что позволит значительно уменьшить потери дорогостоящих кормов. Для этого комплект технологического оборудования должен состоять из мобильного смесителя-заправщика кормов 1 (рис. 5.2) и трубопроводных кормораздаточных линий 4—6 с самотечным опорожнением трубопроводной системы от остатков кормов после их раздачи животным.

Заправщик текучих кормов должен иметь гибкий напорный рукав 2 с разъемно-соединительной муфтой 3, с помощью которой обеспечивается оперативное подключение заправщика к раздаточной системе свинарников. Магистральный кормопровод этой системы должен выполняться в виде наклонных участков (пилообразно), в нижней точке которых должен располагаться запорный кран 5 и сливной патрубок 6. Угол наклона этих лучей кормопровода должен обеспечивать самотечное опорожнение магистрального кормопровода после каждого кормления.
Раздачу кормов с помощью этого комплекта оборудования производят в следующей последовательности. Загруженный кормом заправщик устанавливают около торца свинарника так, чтобы гибкий рукав можно было присоединить к кормопроводу данного здания. При необходимости предварительно перемешивают корм в бункере, а оператор свинарника открывает раздаточные краны данной линии и подает сигнал на раздачу корма. После такой подготовки оборудования к раздаче включают в работу насос. При этом корм из бункера заправщика будет насосом нагнетаться в кормопровод свинарника, а оператор, находясь у первой кормушки, следит за уровнем ее заполнения.
Закрыв первый раздаточный кран, оператор переходит к следующему и так последовательно заполняет кормом все кормушки. При закрытии последнего раздаточного крана автоматически сработает предохранительный клапан трубопроводной системы заправщика, и корм будет сбрасываться обратно в бункер.
После окончания этой технологической операции он подает сигнал водителю загрузчика об окончании раздачи кормов на данной линии, подачу корма прекращают, а заправщик устанавливают около другой линии или перегоняют его за следующей порцией готового корма.
Оператор свинарника теперь в любой последовательности открывает краны данной линии, а остатки корма из пилообразного кормопровода самотеком поступают в кормушки и поедаются животными.
Во ВНИИМЖе был разработан и изготовлен фрагмент такого технологического оборудования. В 1991-1993 гг. были проведены его лабораторные испытания. Он состоял из прицепного, агрегатируемого с тракторами класса 1,4 т.е., доставщика-заправщика текучих кормов (рис. 5.3) и фрагмента кормораздаточной линии (рис. 5.4) с самоопорожняющимся трубопроводом пилообразной формы.

Прицепной заправщик кормов был выполнен на базе серийного кормораздатчика КМП-Ф-3,0, у которого вместо выгрузного шнека был смонтирован специальный насос с гибким напорным присоединительным рукавом, а также трубопроводная контрольно-измерительная и предохранительная арматура с патрубком для сброса корма в бункер заправщика. Такое исполнение комплекта позволит примерно в 1,5 раза снизить материалоемкость и энергоемкость технологического оборудования, исключить потери дорогостоящих кормов при их раздаче животным.
Разработка конструкторской документации на экспериментальное технологическое оборудование по раздаче свиньям текучих кормосмесей проводилась с учетом результатов предварительных экспериментально-теоретических исследований. В частности, для расчетов гидравлических сопротивлений трубопроводной системы прежде всего необходимо было знать численное значение кинематических коэффициентов вязкости v раздаваемых кормосмесей. Опыты проводили на стандартном рассыпном комбикорме для откормочного молодняка свиней, увлажняемого в диапазоне 72...78% и имеющего температуру 25 С, а также на этих же кормах, но после их тепловой обработки (нагрев до 80°С) и последующего охлаждения до 30°С. Результаты этих опытов представлены в виде графиков на рис. 5.5.

Они показывают, что изменение влажности корма в исследуемом диапазоне оказывает существенное влияние на текучесть корма, характеризуемую кинематическим коэффициентом вязкости V. Так, у обычных кормов при влажности 72% он составляет около 8,0 см /с, а при W = 75% снижается до 1,7, т.е. уменьшается в 4,7 раза. У кормов, подвергающихся тепловой обработке, коэффициент V при влажности 72% составлял 13,7 и снизился до величины 1,4 см /с при W = 78%, т.е. почти в 10 раз.
Полученные экспериментальные данные показывают, что транспортабельность кормов по трубопроводной системе определяется в основном их влажностью: чем выше влажность корма, тем лучше он транспортируется. Однако зоотехнической наукой было установлено, что у жидких кормосмесей питательная ценность меньше, чем у влажных. По этой причине на практике может оказаться, что разжижать корм водой с целью повышения его транспортабельности экономически нецелесообразно.
Теоретический расчет гидравлических сопротивлений трубопроводной системы для раздачи текучих кормов проводили с учетом рекомендаций литературных источников.
Применительно к разрабатываемой трубопроводной системе раздачи текучих кормов с использованием самоопорожняющегося пилообразного магистрального кормопровода потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений «hw» будут определяться величиной линейных потерь (потерь напора по длине потока) «hл» и местных потерь «hм», которые связаны с изменением направления движения потока, т.е. с его поворотами.
С учетом изложенного полные потери напора рассчитывали по формуле:

Однако следует учитывать, что суммирование коэффициентов местных сопротивлений будет справедливо в том случае, если они расположены на таком расстоянии по длине трубы, что искажение эпюры распределения скоростей по сечению незначительно. По рекомендациям это условие выполняется, если

где lвл - длина влияния местного сопротивления в трубопроводе; d - внутренний диаметр кормопровода; ξ - коэффициент рассматриваемого местного сопротивления; λ - коэффициент сопротивления по длине трубы.
Потери напора, а также распространение скоростей по сечению потока существенно различаются для ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости. Критерием, определяющим режим этого движения, служит неравенство Re ≤ Rе Крит., где Re - безразмерное число Рейнольдса; Rе крит. = 2000...2400 -критическое значение этого числа.
При этом следует учитывать, что от скорости передвижения кормовой массы в трубах будет зависеть режим ее движения (ламинарное или турбулентное). При V ≥ Vкр кормосмесь будет транспортироваться во взвешенном состоянии (без расслоения). Если V и Vкр близки по значениям, то в нижней части (на дне) трубопровода может образовываться тонкий слой твердых частиц, выпавших из кормовой массы, а при V ≤ Vкр в нижней части трубопровода будет образовываться устойчивый слой заиления и кормопровод может «забиться» кормом.
Для определения «Кр» можно воспользоваться рекомендациями Киселева П.Г. и рассчитать ее численное значение по эмпирической зависимости:

Например, для заданной консистенции (влажности) корма по этой формуле можно рассчитать критическую скорость его перемещения по трубопроводам различного диаметра, а затем сравнить ее с фактической (рабочей). Такие данные приведены в табл. 5.2. Они показывают, что для кормосмеси влажностью 74% при изменении диаметра кормопровода в пределах d = 0,03...0,12 м критическая скорость находится в диапазоне 0,30...0,53 м/с, а рабочая в пределах 3,54...0,22 м/с.
На основании этих результатов можно заключить, что при диаметрах кормопровода более 80 мм возможно его заиление при работе на заданной кормосмеси.

Для труб круглого сечения при ламинарном движении число Рейнольдса рекомендуется рассчитывать по формуле:

где v - средняя скорость движения жидкости; γ — кинематический коэффициент вязкости этой жидкости.
Линейные потери напора в трубах круглого сечения, как при ламинарном, так и турбулентном движении жидкостей, в литературных источниках рекомендуется определять по формуле Дарси-Вейсбаха:

а для влажных кормовых смесей она примет следующий вид:

где jсм - удельный вес (объемная масса) корма; jв - то же для воды.
В магистральном кормопроводе пилообразной формы местные гидравлические сопротивления будут создаваться в основном на стыках его наклонных лучей, т.к. в этих местах будет изменяться направление движения кормосмеси. Численное значение местных потерь напора можно определить по формуле:

а коэффициент местного сопротивления «ξ» при повороте трубопровода на угол «α» в литературе рекомендуется определять по эмпирической зависимости:

Затраты энергии на транспортирование кормосмеси по магистральному кормопроводу необходимо рассчитывать по ее расходу и с учетом полных потерь напора, т.е.

где Q — расход кормов, м3/с; hw — полные потери напора в кормопроводе, м; Hг — геометрическая высота подачи корма, м; η — коэффициент полезного действия нагнетающей установки (насоса); jсм — объемная масса кормосмеси, кгс/м3.
Основной целью проведения экспериментальных исследований фрагмента трубопроводной системы раздачи текучих кормосмесей в групповые кормушки являлось выявление условий для самотечного опорожнения магистрального кормопровода от остатков кормов после его раздачи животным и обоснование оптимального расстояния между смежными сливными патрубками, обеспечивающими равномерность заполнения групповой кормушки по фронту кормления.
Опыты по определению оптимального угла наклона лучей пилообразного магистрального кормопровода проводили на кормосмеси, приготовленной из рассыпного комбикорма и воды в различных соотношениях (при влажности 70, 72, 74 и 76%). Угол наклона луча магистрального кормопровода изменяли в пределах 10...40° при его постоянной длине 2,0 м.
Результаты этих опытов представлены в виде графиков на рис. 5.6.

Например, для раздачи кормов влажностью 76% (график 1) угол наклона лучей кормопровода α необходимо принимать не менее 15°. Такой наклон трубы обеспечит практически мгновенное опорожнение кормопровода, а остатки корма в виде расслоившихся частиц комбикорма будут располагаться в самом верхнем участке трубы на длине 100...150 мм и занимать примерно 1/3 сечения трубы. По массе они будут составлять не более 3% от общей массы корма в луче с вместимостью 9,5 кг. При раздаче кормосмесей влажностью 74% (график 2) самопроизвольное опорожнение кормопровода будет стабильно осуществляться, если угол наклона лучей будет не менее 20°, а при влажности 72% угол «α» необходимо принимать в пределах 25...35°. Однако при влажности кормосмеси 70% (график 4) корм из трубопровода практически не вытекает при любом наклоне лучей.
Исследования процесса растекания корма вдоль кормушки при его подаче в одном из ее торцов проводили упрощенным способом - путем замера толщины кормовой массы в кормушке через определенный (в опытах через 0,5 м) интервал. Опыты проводились при двух расчетных значениях норм выдачи корма на погонный метр кормушки: 10,0 и 15,0 кг/п.м.; влажность корма изменяли в диапазоне 70...78%. Результаты этих исследований представлены в виде графиков на рис. 5.7.
Анализируя полученные данные, можно заключить, что при влажности корма 70% и норме выдачи 15 кг/м [график 1, рис.5.7(6)] в кормушке он распределяется неравномерно. В средней ее части толщина слоя корма была примерно в 2 раза больше, чем у торцов.
С увеличением влажности кормовой массы уровень корма в групповой кормушке выравнивается, а при влажности 76...78% и выдержке в течение 3...5 мин, заполнение кормушки кормом практически становится одинаковым.
Такой вывод подтверждается и результатами обработки опытных данных методами математической статистики (табл.5.3), которые показывают, что коэффициент вариации «γ» при оценке равномерности распределения корма по фронту кормления находится в пределах 9,6...4,1%, а в среднем у кормов влажностью 76% он равен 8,0 и 5,5% - у жидких кормов (W = 78%).

На основании полученных результатов теоретических исследований трубопроводных систем по раздаче свиньям жидких кормовых смесей и экспериментальных данных по испытаниям фрагмента такой кормораздающей установки с самоопорожняющимся магистральным кормопроводом можно сделать следующие основные выводы:
1. Для нормированной раздачи свиньям кормовых смесей, приготовленных из рассыпного комбикорма и воды, по магистральному самоопорожняющемуся трубопроводу диапазон влажности готового корма должен находится в пределах 72...78%, а оптимальным ее значением следует считать 74...76%. При такой влажности корма будет обеспечиваться достаточная его текучесть и должна сохраниться в нем питательная ценность для животных.
2. Угол наклона лучей пилообразного магистрального кормопровода α должен составлять 15...20° при раздаче кормов влажностью около 76%. При влажности 74% этот угол необходимо увеличивать до 20...25%, а при влажности кормосмеси 72% наклон лучей кормопровода к горизонту должен составлять не менее 30°. Такие условия исполнения кормопровода обеспечат его самопроизвольное опорожнение после раздачи корма животным.
3. Требуемая по зоотехническим условиям равномерность заполнения кормом групповой кормушки (не менее 90%) будет обеспечиваться, если ее длина от сливного патрубка (места подачи корма в кормушку) не будет превышать 3,0 м, а влажность раздаваемого корма составлять не менее 74%.
4. Для раздачи кормов в типовых свинарниках с групповым содержанием животных, длиной магистрального кормопровода до 100 м и нормах выдачи кормов до 20 кг на погонный метр групповой кормушки целесообразно применять стандартные трубы с условным проходом 60...80 мм, а подачу насосной установки применять в пределах 12...15 т/ч. Такое исполнение кормораздающего оборудования обеспечит наиболее эффективную раздачу кормов животным и исключит заиление кормопровода.
5. Расчеты фактических потерь напора в трубопроводной системе раздачи кормов рекомендуется производить по формулам (1-4), а затраты энергии на выполнение технологического процесса - по формуле (5).