Технологический расчет поточных линий удаления и транспортировки навоза

Расчетный выход экскрементов Q_э (кала и мочи) и технологически неизбежных остатков воды для животноводческого комплекса заданной мощности определяется по формуле:

где n_i - количество i-й группы, гол.;

q_эi - норма суточного выхода экскрементов (кала и мочи) от животного i-й половозрастной группы, кг/сут;

q_т.о - норма суточного расхода на одного животного технологически неизбежных отходов воды, поступающих в канал для удаления навоза, кг/сут (q_т.о=1-3 кг/сут гол.);

γ - объемная масса жидкого навоза, кг/м³.

Влажность жидкого навоза, получаемого при очистке продольных каналов навозоудаления гидросмывом после завершения цикла производства составит:

где

- суточный выход экскрементов (м³/сут) и влажность их;.

В - количество технологически неизбежных остатков воды, поступающих в систему навозоудаления, м³/сут;

В' - количество воды, необходимой для запуска самотечной системы навозоудаления в эксплуатацию, м³/сут;

W_т - влажность фильтрата после осадительной центрифуги, %;

В" - количество фильтрата на смыв каналов, м³/сут;

- выход жидкого навоза из продольных каналов в сутки, м³/сут.

Влажность жидкого навоза, поступающего в приемный резервуар насосной станции после смыва поперечного коллектора, определяется по формуле:

где В'" - количество фильтрата на смыв коллекторов, м³/сут.

Основными размерами каналов являются длина L, ширина В_к, начальная H_к.нач и конечная H_к.кон глубина их.

Размеры каналов зависят от планировочных решений животноводческих помещений и размещения в них технологического оборудования, особенностей технологии содержания различных половозрастных групп животных, их размеров, рациона кормления, его гранулометрического состава, физико-механических и реологических свойств навоза.

Рис. 29. Расчетная схема к определению длины и глубины самотечного канала навозоудаления

Длина самотечного канала (м) в соответствии с объемно- планировочным решением специализированных секций в помещениях для группового содержания свиней (рис. 29) рассчитывается по формуле:

а в помещениях для содержания животных в индивидуальных станках и боксах:

где n_р - количество животных, размещающихся в групповых станках одного ряда секции;

m_с - количество индивидуальных станков или боксов, размещающихся в одном ряду секции;

f_к - фронт кормления на одно животное в групповых станках, м (из НТП СХ-2-68);

Δl_с - длина канала в начале его, перекрываемая сплошной плитой; по данным опытно-производственной проверки Δl_с = (0,5÷1,0 м);

В_с - ширина индивидуального станка или бокса, м.

Длина самотечного канала для свиноводческих помещений из экономических- соображений не должна превышать 50 м.

При выборе схемы расположения самотечных каналов в помещениях для крупного рогатого скота необходимо учитывать, что экономически выгодны системы с каналами длиной не более 30 м (при ширине 0,7-1,0 м) и не более 60 м (при ширине 1,5-2,5 м). Наиболее экономичны системы навозоудаления с каналами длиной 15-20 м.

При привязном содержании коров ширина канала определяется зоной дефекации. Установлено, что более 90% выделений животных размещается на полосе шириной 0,7-0,9 м.

При беспривязном боксовом содержании ширина каналов определяется шириной навозных и кормо-навозных проходов и составляет 1,5-2,5 м.

Для нормального функционирования самотечной системы важны размеры и конструкция стойл. Неправильный выбор длины стойла, покрытия пола, конструкции привязи и решетки увеличивает затраты труда на очистку стойл или проходов, приводит к повреждению вымени, моклаков и копыт у коров. А это, в свою очередь, повышает процент выбраковки высокопродуктивных, физически здоровых животных и резко снижает эффективность прогрессивных способов содержания скота.

Размеры стойла и конструкцию привязи выбирают с таким расчетом, чтобы испражнения животных попадали в основном на решетки, а ноги и тело (при лежании) животного располагались на сплошном полу стойла.

Для улучшения условий удаления жидкого навоза (при привязном или боксовом содержании) стойла проектируют на 10-20 см короче косой длины туловища. Ширина стойл и разделители между ними должны обеспечивать размещение животного перпендикулярно к решетчатому полу, являющемуся продолжением стойла.

Привязь должна ограничивать перемещения животного в стойле на полшага вперед и полшага назад. При таком устройстве стойл зона дефекации придется полностью на решетку (рис. 30).

Рис. 30. Расчетная схема к определению длины стойла и ширины канала на фермах крупного рогатого скота (заштрихованная часть показывает распределение навоза по ширине продольного канала в процентах)

Оптимальная длина стойла подсчитывается по формуле:

где К - коэффициент, равный 0,91 для стада, в котором подобраны животные примерно одинаковых размеров, и 0,88 - для стада с разными животными.

Для коров черно-пестрой породы косая длина туловища составляет 1,45-1,65 м.

Ширина стойла, или расстояние между боковыми ограничителями для коров и нетелей, составляет 110-120 см, а для молодняка - 80-110 см.

Ширина самотечных каналов (м) в свинарниках для группового содержания, исходя из зоотехнических и санитарно-ветеринарных требований (рис. 31,а)

а в свинарниках для индивидуального содержания (рис. 31,б)

где L_ж - длина животного, м;

L_с - длина станка, м;

А - ширина сплошной бетонной полосы между кормушкой и калалом для удаления навоза, м (А=0,2+0,3 м);

D - ²/₃ ширины кормушки, занимаемой головой животного при кормлении, м;

l_п - длина участка решетчатого пола, на котором находится животное, м (l_п=0,35+0,50 м).

Для уменьшения типоразмеров строительных конструкций каналов рассчитанную по вышеприведенным формулам ширину каналов следует группировать.

Данные для расчета площади, занимаемой различными половозрастными группами свиней, приведены в таблице 9.

Таблица 9. Данные для расчета площади, занимаемой различными половозрастными группами свиней

Начальная глубина самотечных каналов (м) определяется по формуле (см. рис. 29)

а конечная глубина:

где AΔh - превышение высоты порожка над дном канала в начальной его части, м Δh = 0,1 м;

h_о -глубина потока, м;

τ_о - предельное напряжение сдвига, Па (для свиного навоза τ_о=1,08-78,5 Па, а для коровьего навоза τ_о=11-140 Па);

γ - объемная масса кг/м³, γ=1020-1070 кг/м³;

h_сл - толщина слоя навозной массы, скапливающейся в зоне порожка за счет фильтрации жидкой составляющей ее, м; h_сл=0,03-0,1 м; на основании исследований h_сл=0,1 м;

h_зап - расстояние между максимальным уровнем навозной массы в начале канала и решетчатым полом, м (из санитарно-зетеринарных требований h_зап=0,3-0,35 м);

h_пор - высота порожка, м;

где i_к -уклон дна самотечного канала (по данным опытно-производственной проверки i_к=0,003-0,005).

Рис. 31. Расчетная схема к определению ширины самотечного канала при: а - содержании свиней в групповых станках при кормлении жидкими кормами; б - содержание свиней в индивидуальных станках и боксах

На фермах крупного рогатого скота принимают i_к=0. Номограмма для определения глубины самотечных каналов в свинарниках в зависимости от их длины и влажности навоза приведена на рис. 32.

Рис. 32. Номограмма для определения глубины самотечных каналов в зависимости от их длины и влажности навозной массы: 1 - W=86,5%; 2 - W=87,5%; 3 - W=88,5%; 4 - W=89,5%; 5 - W=90,5%; 6 - W=91,5%; 7 - W=92,5%

Начальная Н_{кол. нач} и конечная Н_к.кон глубина поперечного коллектора (м):

где L_кол - длина коллектора, м;

i_кол - уклон дна коллектора; i_кол=0,01.

Производительность насосной станции (насосов) Q_н и количество насосов определяют, исходя из условий периодического смыва продольных каналов, требующего наибольшего расхода осветленной жижи или условно чистой технической воды.

При этом должно быть выдержано следующее условие:

где υ_см - скорость смыва, м/с;

h_ж - высота движущегося потока смывной жидкости, м; h_ж=0,05-0,1 м.

По напорной характеристике Н_н насосы подбирают таким образом, чтобы

где ΣΔH_см - общие потери напора в смывной линии навозопровода, Па;

ΣH_тр - общие потери напора в транспортной линии навозопровода, Па;

Δ H_св.н - свободный напор массы на выходе из магистрального навозопровода (Δ H_св.н=5-10 Па).

где ΔH_л - линейные потери напора, Па;

ΔH_м - местные потери напора, Па;

ΔH_r - геодезические потери напора, т. е. потери на преодоление разности высот между концом и началом магистрального навозопровода, Па.

Линейные и местные потери в смывной и транспортной линиях навозопроводов и их диаметры рассчитывают по формулам, изложенным выше.

При проектировании гидравлических систем навозоудаления особое внимание следует обратить на выбор конструкции решетчатого пола.

Для комплексов крупного рогатого скота рекомендуются сборные решетки из ненапряженных бетонных балок или из предварительно напряженного железобетона. Профиль балки - усеченный конус, размеры которого показаны на рис. 33,а.

Рис. 33. Решетчатые панели: а - для ферм крупного рогатого скота (марки Р2-2 и П2-3); б - для свиноводческих ферм: железобетонная; чугунная; асбестоцементная

Асбестоцементная панель обладает легкостью, прочностью, сравнительно долговечна и экономична. Чугунные решетчатые панели долговечны - срок их службы до 20 лет. Они не подвергаются коррозии, не крошатся и из-за малой толщины планок не забиваются навозом. Проваливаемость навоза через такие решетки составляет. 54-57%, а загрязненность - 11-30%. Однако стоимость чугунных решетчатых панелей в 3-4 раза выше железобетонных.

Планки и щели решеток во избежание травмирования конечностей животных следует располагать параллельно кормушке. Соотношение ширины щелей и планок для разных половозрастных групп животных приведено в таблице 10.

Таблица 10. Соотношение ширины щелей и планок решетчатого пола для разных половозрастных групп животных

Профиль планок должен обеспечивать интенсивный сток влаги, безопасность движения животных и свободный проход навоза.

При статическом расчете планки рассматривают как свободно лежащие балки, на которые распределяется нагрузка. Предполагается, что скот идет сплошным потоком, минимальное расстояние между копытами животных на планке 35 см, т. е. меньше 1 м.

Нормативная нагрузка принимается: для свиней - не менее 200 кг на 1 м планки с коэффициентом перегрузки 1,4; для коров - по действительному весу животных с коэффициентом перегрузки 1,2.

Расчетная нагрузка равна:

а) для свиней Р_р = Р_н К_п кг,

где Р_н - нормативная нагрузка, кг;

К_п - коэффициент перегрузки;

б) для коров

где Р_д - действительный вес животного, кг; l_пл - расчетный пролет планки, м.