Определение производительности гидротранспортных установок и выбор напорного оборудования

Производительность насосной (пневматической) установки зависит от принятой технологии кормления и содержания животных на фермах. Она определяется технологией содержания и кормления поголовья, количеством животных, кратностью кормления и утвержденным распорядком рабочего дня. Необходимая производительность Q установки определяется по формуле:

где К - количество животных на ферме, обслуживаемых установкой;

q - норма кормов на голову (или выход навоза от одного животного), кг;

t - продолжительность работы установки в течение суток, ч;

р - объемная масса кормосмеси (навоза), кг/м³.

Для выбора напорного оборудования определяют потери давления в трубопроводе, которые складываются из потерь давления в прямолинейных участках, в местных сопротивлениях и потерь от разности высот размещения напорной установки и кормоприемника или навозосборника. Располагая величинами производительности и напора, по каталогам подбирают необходимое напорное оборудование.

При выборе насосной установки для перемещения кормовой смеси или навозной массы исходят из следующего. Учитывая, что рабочие характеристики насосов обычно приводятся в ГОСТах при работе на воде, важно получить расчетные зависимости для пересчета характеристик насосов с воды на гидросмесь. Для этого используют данные стендовых испытаний насосов на различных кормосмесях и навозе (рис. 39), которые свидетельствуют, что при понижении влажности, например кормосмеси, подача насоса снижается, потребляемая мощность возрастает по сравнению с мощностью при работе насоса на воде. При определенной влажности кормосмеси наблюдается несоответствие между всасывающей и нагнетательной способностями насоса, что приводит к разрыву потока кормосмеси во всасывающем патрубке насоса. Резко снижается высота всасывания из-за повышения гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопроводе. Для каждой влажности кормовой смеси (или навозной массы) характерно свое положение характеристики насоса Н=f(Q), что значительно усложняет его выбор.

Рис. 39. Рабочие характеристики насоса 5ФВ-6 на свином навозе

В основу рассматриваемого метода пересчета рабочих характеристик положены следующие предпосылки. Полагаем, что режим движения структурированной дисперсной системы в насосе характеризуется полностью разрушенной структурой, и поэтому физические свойства среды определяются минимальным значением структурной вязкости η_m и объемной массой р. При постоянном числе оборотов рабочего колеса подача и напор насосов, соответствующие данному КПД, для смесей различных влажностей изменяются, не нарушая коэффициента быстроходности n_s. Следовательно, из формулы n_s=3,5n√Q/H^3/4 можно записать

где Q₀, Н₀ - соответственно подача и напор насоса на воде. Из этой формулы нетрудно найти

K_н=(Q/Q₀)^2/3

Аналогично определяем:

где N₀ - мощность насоса при работе на воде.

Для установления гидродинамического подобия в насосах, транспортирующих структурированные дисперсные системы, необходимо обеспечить геометрическое подобие каналов и кинематическое подобие скоростных полей. В центробежных насосах обеспечение полного гидродинамического подобия неосуществимо. Возможно лишь приближенное подобие, если в качестве сравнимых показателей принять данные, соответствующие максимальному значению КПД насосов.

В качестве определяющего параметра используют безразмерное число

где d - диаметр рабочего колеса насоса.

На основании расчетных значений относительных коэффициентов подачи K_Q, напора К_Н , мощности K_N для режимов максимального КПД и параметра Re₁, можно построить зависимости

причем величины K_Q, К_Н, K_N, Re₁ вычисляются на основании опытных рабочих характеристик.

На рис. 40 показаны данные, полученные при перекачивании кормовых смесей четырьмя различными насосами. Расположение опытных точек свидетельствует, что принятый метод пересчета удовлетворительно обобщает показатели работы исследованных насосов и подтверждает теоретические предпосылки. Для выбора насосной установки попользуют метод пересчета рабочих характеристик с применением коэффициентов зависимостей подачи K_Q, напора К_Н, мощности K_N от lg Re₁. Он сводится к следующему.

Рис. 40. Зависимость K_Q=f(Re₁), K_H=f(Re₁), K_N=f(Re₁) для различных насосов и кормосмесей: О - насос 2,5 НФ; + - насос 4 НФ; ○ - насос НПГ-3; Δ - опытный насос

Для предварительно выбранного насоса выписывают значения Q₀ - подача насоса, Н₀ - напор, N₀ - мощность, соответствующие максимальному КПД, а также диаметр рабочего колеса d. Затем подсчитывают условную величину числа Re₁ по выше приведенной формуле, подставляя в нее Q₀ и значения р, η_m для кормовой смеси или навозной массы, т. е.

По значению параметра Re₁ на основании зависимости K_H, K_Q, K_N=f(lg Re₁) определяют условные значения коэффициентов K_H, K_Q, K_N и вычисляют ориентировочные значения Q', H', N' по формулам на стр. 129. Далее по полученному значению Q' вычисляют условный параметр Re"₁, а затем величины K_H, K_Q, K_N и опять по этим же формулам находят значения Q", H", N". Количество таких вычислений зависит от величины η_m; чем больше значение η_m, тем значительнее ошибка при определении приближенных значений Q, H, N. Поэтому, увеличивая число приближений, получают результаты, близкие к фактическим. Например, для кормовой смеси влажностью 78,4% и η_m=0,36 Па•с двукратное приближение позволяет определить Q,H,N с погрешностью 5%, для кормовой смеси влажностью 75,6% и η_m=1,2Па•с трехкратное приближение дает погрешность 6,7%.

Необходимость расчета коэффициентов K_Q, K_H, K методом последовательных приближений вызвана тем, что истинное значение параметра Re₁=Qρ/dη_m всегда меньше Re₁=Q₀ρ/dη_m. Эта разница тем существеннее, чем больше значение η_m, поэтому за большее количество расчетов число - можно приблизить к величине Re₁.

По найденным таким образом значениям Q и H на рабочую характеристику насоса наносится соответствующая рабочая точка. Через эту точку и точку H₀ при Q=0 (задвижка закрыта) проводится кривая Н-Q, причем величина Но вычисляется по формуле:

где H₀ - напор насоса на воде при Q = 0;

р₀ - объемная масса воды.

Кривая мощности для кормосмеси или навоза строится параллельно кривой мощности насоса для воды через точку, соответствующую значению N.

Рассмотрим выбор компрессорной установки для перемещения по трубам кормовых смесей или навозных масс. Для нормального перемещения кормов или навоза по трубам необходимо, чтобы фактическая производительность Q_ф, установки была равна или больше необходимой производительности, т. е. Qф≥Q. При одном нагнетателе (продувочном котле или навозоприемнике) фактическая производительность установки определяется по формуле:

где V_н - полезная емкость нагнетателя, обычно берется 0,8-0,9 от полного объема нагнетателя, м³;

t_з - продолжительность загрузки нагнетателя, ч;

t_п - продолжительность подачи среды из нагнетателя, ч;

Δt - потери времени на выполнение подготовительных операций (открытие и закрытие задвижек и т. д.).

Продолжительность загрузки нагнетателя рассчитывается по формуле:

Продолжительность подачи (или продолжительность транспортировки) среды находят по формуле:

где l - дальность транспортирования среды со средней скоростью V, м.

При использовании двух нагнетателей фактическая производительность находится по формуле:

где T_ц - продолжительность цикла раздачи кормов или удаления навоза, ч.

Величина T_ц определяется следующим образом:

где m - кратность кормления животных;

- количество порций корма (или навоза), подлежащих перемещению в течение суток.

Расход сжатого воздуха или производительность компрессорной станции рассчитывается по формуле:

где ΔP - потери давления в транспортной системе, Па;

P_am - атмосферное давление, Па;

φ - коэффициент утечки сжатого воздуха.

Опыт эксплуатации пневматических установок показывает, что в процессе перемещения кормов или навоза через неплотности воздухопроводов, ресиверов, компрессоров происходят значительные потери сжатого воздуха. Эти потери колеблются в пределах от 10 до 30%. На практике величину потерь сжатого воздуха принимают в среднем равной 15% от общей производительности компрессорной станции, следовательно, коэффициент φ=0,85.

Для обеспечения устойчивой работы пневматической установки с заданной производительностью и более полного освобождения магистрального трубопровода от транспортируемых по нему материалов объем ресиверов должен быть равен суммарному объему трубопровода и нагнетателя:

Определив производительность и рабочее давление компрессора, последний подбирают по каталогу, при этом необходимо помнить, что давление, создаваемое компрессором, должно на 10-12% превышать расчетное давление в нагнетателе.