Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эжекторные системы для орошения жидким навозом и очистки мелиоративных водоемов

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Тарасьянц, Сергей Андреевич

Основные буквенные обозначения.

Введение

1. Анализ существующих систем орошения животноводческими стоками и гидромеханизированной очистки мелиоративных водоемов. Цель и задачи исследований.

1.1. Системы орошения животноводческими стоками. Нормы внесения и разбавления

1.2. Установки для гидромеханизированной очистки мелиоративных водоемов.

1.3. Конструкция водоструйных насосов применяемых для транспортировки гидросмеси.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. Лабораторные исследования.

2.1. Цель и задачи исследований.

2.2. Лабораторная установка.

2.3. Контрольно-измерительная аппаратура, измеряемые и определяемые величины.

2.4. Обоснование рекомендуемой конструкции гидроэлеватора

2.5. Определение оптимальных относительных геометрических размеров и параметров эжектирования кольцевого гидроэлеватора •с двухповерхностной рабочей струей.

2.6. Коэффициенты гидравлических сопротивлений сопел

2.7. Коэффициент гидравлического сопротивления диффузора кольцевого гидроэлеватора

2.8.Характеристика испытываемого гидроэлеватора при работе на гидросмеси.

3. Методика расчета эжекторных систем орошения жидким навозом и гидромеханизации.

3.1. Размеры гидроэлеватора и оптимальные параметры эжектирова-ния гидросмеси.

3.2. Расчет эжекторной системы подачи жидкого навоза на поля орошения.

3.3. Расчет гидроземлесоса.-¡Л

4. Эжекторные системы орошения животноводческими стоками и очистки мелиоративных водоемов.

4.1. Природные условия в районе проведения исследований.

4.2. Схема эжекторной системы орошения.

4.3. Влияние орошения жидким разбавленным навозом на растения и почву.

4.4. Опытная установка для производственных испытаний кольцевого гидроземлесоса.

4.5. Результаты испытаний кольцевого гидроземлесоса.

5. Технико-экономическое обоснование новой системы орошения животноводческими стоками и применение кольцевых гидроземлесосов для очистки мелиоративных водоемов.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Эжекторные системы для орошения жидким навозом и очистки мелиоративных водоемов"

В решениях ХХУ1 съезда КПСС подъем сельского хозяйства в нашей стране рассматривается как важнейшая общегосударственная и общенародная задача.

Качественное преобразование отрасли ведется по трем основным направлениям - механизации, мелиорации и химизации, связанным с выполнением ряда трудоемких технологических процессов, обеспечивающих эффективность внедряемых мероприятий.

Одним из таких процессов в животноводстве является очистка навозонакопителей животноводческих комплексов от навоза и подача его на поля орошения, а в гидромелиорации - очистка водоемов мелиоративного и рыбохозяйственного назначения ( каналов, отстойников, прудов и пр.) от наносов и сорной растительности.

Об объемах работ на системах орошения животноводческими стоками можно судить по следующим данным. Предполагается, что уже в 1984 году объем жидкого навоза на крупных животноводческих комплексах и фермах промышленного типа достигнет 500 млн.т.

Только в одном регионе - Дагестанской АССР - по шести оросительным каналам (Таловскому, Бородзиновскому, Старотеречному, Дельтовому, Сула-Чебутлинскому и Тальминскому каналам) ежегодный объем наносов составляет 4600 тыс.м3. Кроме того, около 2800 тыс.м3 наносов в виде мелких фракций выносится на поля. Единственно возможной мерой борьбы с последним видом наносов является устройство на оросительных системах уширенных участков каналов, используемых как отстойники с последующей их очисткой.

Одним из наиболее прогрессивных способов производства вышеуказанных работ является гидромеханизация, обеспечивающая высокую производительность при сравнительно небольших удельных энергозатратах .

Работы по гидравлической очистке комплексов от навоза и гидромеханизации выполняются центробежными землесосами - грунтовыми или фекальными насосами.

Однако их применение ограничивается рядом существенных недостатков, заключающихся в следующем:

- сравнительно невысокая объемная консистенция перекачиваемой пульпы;

- абразивный износ рабочего колеса и корпуса, приводящий к снижению гидравлического к.п.д. и вынуждающий производить частые и дорогостоящие ремонты;

- ограниченная высота всасывания;

- срывы вакуума и образование грунтовых и соломисто-навоз-ных пробок в трубопроводе в процессе работы;

Часть указанных недостатков усугубляется отсутствием специализированных ремонтных баз и обслуживающего персонала достаточной квалификации.

Несовершенство существующих механических и гидравлических систем навозоудаления и подачи смеси на поля орошения, связанное с их недостаточной эксплуатационной надежностью, приводит к интенсивному засорению внешней среды.

В связи с этим, представляет интерес использование для гидромеханизированных работ эжекторных систем, повышающих эксплуатационную надежность, обеспечивающих высокую удельную производительность по гидросмеси, всасывающую способность, а также возможность смешения в нужных пропорциях навоза и воды и подачи смеси без разделения на фракции к полям орошения.

Эффективность применения эжекторных систем, где в качестве основного рабочего органа используются водоструйные насосы, обусловлена следующими присущими только им особенностями:

- простота, дешевизна и малая металлоемкость конструкции;

- отсутствие движущихся, част ей;

-способность устойчиво засасывать и транспортировать гидросмесь высокой объемной консистенции (до 75 % во всасе ); эксплуатационная надежность, отсутствие срывов вакуума и образования грунтовых и соломисто-навозных пробок, благодаря способности к саморегулированию - автоматическому повышению вакуума при забивке всасывающего трубопровода и снижению коэффициента эжекции при образовании пробки в напорном трубопроводе;

- простота обслуживания, не требующая высокой квалификации персонала.

При транспортировке гидросмеси на болыцие расстояния (от 200 метров и более) целесообразно устройство комбинированных землесосных механизмов с эжекторным всасывающим наконечником, обеспечивающим устойчивое засасывание и подачу гидросмеси к центробежному насосу.

Но существующие эжекторные устройства имеют и существенный недостаток-низкий КПД. Поэтому представляет интерес использование в составе вышеуказанных систем водоструйных насосов с повышенными энергетическими показателями-кольцевых гидроэлеваторов с двухповерхностной рабочей струей (а.с.165109 автор Мускевич Г.'Е) В связи с вышеизложенным, а так же учитывая отсутствие данных по работоспособности кольцевого гидроэлеватора в режиме гидроземлесоса, необходимо было провести исследования, целью которых явилась бы разработка рекомендаций по проектированию эжекторных систем орошения животноводческими стоками и очистки водоемов.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

- разработать новую схему эжекторной системы навозоудаления;

- разработать методику расчета водоструйных установок для; а) подготовки и транспортировки навоза; б) гидромеханизированной очистки мелиоративных водоемов;

- провести сопоставительные испытания известных типов гидроэлеваторов для обоснования рекомендуемой конструкции транспортирующего органа-кольцевого гидроэлеватора;

- экспериментально определить работоспособность кольцевого гидроэлеватора при работе: а) на гидросмеси с навозом, б) на гидросмеси с грунтом;

- экспериментально определить оптимальные относительные геометрические размеры и коэффициенты гидравлических сопротивлений элементов аппарата в области расчетных коэффициентов эжекции;

-сопоставить расчетные и экспериментальные характеристики кольцевого гидроэлеватора;

- провести производственные испытания эжекторной системы на-возоудаления и эжекторного снаряда;

- проверить в натурных условиях состояние почвы и повышение урожайности культур на прикомплексных полях орошения разбавленным навозом при использовании разработанной эжекторной системы навозоудаления.

По результатам настоящей работы были запроектированы, изготовлены и испытаны:

1. Новая система орошения стоками животноводческого комплекса Никольского откормсовхоза Липецкой области.

2. Установки для очистки

- каналов мелиоративного назначения в учхозе "Кубань" Краснодарского сельскохозяйственного института;

- канализационных отстойников очистных сооружений Новочеркасского п.у. "Водоканал";

- отстойников Новочеркасского экспериментального завода силикатных строительных материалов;

- отстойников производственно-бытового назначения Новочер*-касского горкоммунхоза.

Экономический эффект от работы вышеуказанных установок составляет 448 тыс. руб. в год.

Научно-технический совет Ростоблисполкома одобрил эжектор-ную систему орошения на полях животноводческих комплексов и рекомендовал к внедрению в Ростовской области (протокол №2 от 8.УШ.1979 г.).

В настоящее время в г. Новочеркасске строится орошаемый участок с эжекторной системой орошения на свиноводческом комплексе.

В институте ЮЖГИПР0В0ДХ03, по результатам настоящей работы конструируются эжекторные землесосные установки.

Цели и задачи научно-исследовательской работы определили наименование и содержание настоящей диссертационной работы, которая состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Тарасьянц, Сергей Андреевич

ВЫВОДЫ

1. Кольцевой гидроземлесос по удельной производительности является более экономичным, чем существующие землесосы и гидроземлесосы.

2. С учетом преимуществ гидроэлеваторной схемы грунтозабора перед центробежными землесосами целесообразно создание опытного малогабаритного эжекторного снаряда с кольцевым гидроэлеватором новой конструкции в качестве рабочего органа для очистки мелиоративных водоемов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенной диссертационной работы можно сделать следующие выводы:

1. На работающих и проектируемых животноводческих комплексах наиболее целесообразным по экономической и экологической эффективности является гидравлический способ удаления и подачи навоза к полям орошения.

2. Показана эффективная возможность использования гидромеханического оборудования с кольцевым гидроэлеватором, установленным на всасывающей линии фекальных насосов, обеспечивающим:

- разбавление навоза с водой в необходимых пропорциях;

- автоматическую промывку, в случае забивания, трубопроводов чистой водой;

- увеличение высоты всасывания фекальных насосов;

- возможность подачи не разделенного на фракции жидкого навоза на поля орошения.

3. Разработана новая схема эжекторной системы навозоудаления и методика её расчета.

4. Разработана методика расчета кольцевого гидроземлесоса по заданной производительности и дальности транспортировки.

5. В результате лаборатоных исследований установлено:

- наиболее эффективным по энергетической характеристике является кольцевой гидроэлеватор с двухповерхностной рабочей струей;

- оптимальными геометрическими размерами и параметрами эжектирова-ния принимаются: геометрическая характеристика т = 5г б , угол конусности диффузора 5 = 6 I 10°, длина цилиндрической части смесителя ц= 3,14 -г 6.28, расстояние Е = 1,0 -г 1,2, оптимальный коэффициент эжекции 1,2 * 1,8;

- при оптимальных геометрических размерах и параметрах эжектиро-вания коэффициент гидравлического сопротивления диффузора бли- " зок к коэффициенту гидравлических потерь на трение, выведена зависимость для его определения;

- характеристики, полученные при работе гидроэлеватора на смеси навоза и песка с водой близки к расчетным.

6. В результате натурных испытаний установлено:

- новая схема с эжекторной системой навозоудаления повышает урожай кормовых культур на прикомплексных полях, надежность работы системы, снижает себестоимость строительства орошаемого участка;

- орошение разбавленным жидким навозом обеспечивает повышение почвенного плодородия, при стабильном мелиоративном состоянии участка;

- внедрение настоящей системы удаления и утилизация жидкого навоза надежно обеспечивает охрану окружающей среды от загрязнения;

- исследуемый кольцевой гидроэлеватор способен засасывать смесь воды с песком плотностью до $ = 1,60, и смесь воды с навозом консистенцией до 70 %.

7. Тот факт, что гидроземлесос при натурных испытаниях засасывал грунт высокой консистенции и максимальный весовой коэффициент эжекции при работе на гидросмеси оставался близким по значению к одноименному коэффициенту при работе на воде СХ0 = 1,35 - 1,40) подтверждает выводы, сделанные в результате лабораторных исследований.

8. С учетом весовых коэффициентов эжекции и плотностей эжек-тируемой гидросмеси, полученных в проведенных испытаниях, гидроземлесос развивает максимальную производительность и эффективность грунтозабора при работе на грунтах с относительной плотностью в естественном сложении - 1,62 и (ре= 1,83 соответственно

П = 57 м3/ч Э= 15,8 м4/ч. кВт

П = 50,5 м3/ч Э = 14,2 м4/ч.кВт

Предложения производству

1. Вновь проектируемые животноводческие комплексы необходи- > мо размещать в местах с имеющейся чистой водой для смешения навоза.

2. Обязательно предусматривать прикомплексные орошаемые участки с площадями не менее рассчитанных по

3. Для удаления навоза рекомендуется гидравлическая система, как наиболее экономичная.

4. При размещении гидромеханического оборудования с целью безотказности и экономичности работы предусматривать на всасывающей линии фекальных насосов-гидроэлеваторы, а при небольших напорах до 20 4- 30 м, возможна установка гидроэлеваторов без фекальных насосов.

5. При проектировании гидроземлесосов для очистки водоемов от наносов при малых напорах, до 20 г 30 м целесообразна установка эжекторных рабочих органов.

6. Для завершения работ по созданию методики расчета, отработки конструкций эжекторных систем навозоудаления и очистки водоемов необходимо провести дальнейшие исследования:

- на лабораторной установке а) определить максимальную плотность гидросмеси, транспортируемый кольцевым гидроземлесосом; б) для уточнения методики расчета определить коэффициентт3 при истечении рабочей струи в гидросмесь различной плотности; в) определить форму граничной поверхности, разделяющей внешнюю и внутреннюю области; г) определить коэффициенты гидравлических сопротивлений диффузора и входа в смеситель при транспортировке гидросмеси;

- с целью механизации трудоемких расчетов и повышение их точности разработать алгоритм и программу уточненного расчета на ЭВМ.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Тарасьянц, Сергей Андреевич, Новочеркасск

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года.- М:Политиздат, 1981.

2. О мерах по дальнейшему повышению эффективности сельскохозяйственной науки и укреплению её связи с производством. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 26 августа 1976 г. СП СССР, 1976, № 21.

3. Темнов В.К., Ложков Е.Ф. К выбору оптимального струйного насоса,- Известия вузов "Машиностроение". 1972, № 12.

4. Брант В.Э., Мускевич Г.Е., Тарасьянц С.А. Натурные испытания кольцевого гидроземлесоса.- Труды НИМИ, том ХУП, выпуск 9, Новочеркасск, 1976.

5. МускевичГ.Е., Питерский A.M., Тарасьянц С.А. Эксперименталь'-ное определение оптимальных геометрических размеров и параметров эжектирования кольцевого гидроземлесоса.- Труды НИМИ, том ХУП, выпуск 9, Новочеркасск, 1976.

6. Тарасьянц С.А. Коэффициент гидравлического сопротивления диффузора кольцевого гидроэлеватора с двухповерхностной рабочей струей.- Труды НИМИ, том ХУП, выпуск 10, Новочеркасск, 1976.

7. Тарасьянц С.А. Определение коэффициента гидравлического сопротивления насадки кольцевого гидроэлеватора.- Тезисы докладов на научно-производственной конференции 26.IX.1976, Новочеркасск, 1976.

8. Мускевич Г.Е., Тарасьянц С.А Исследование рабочих органов мелиоративного снаряда.- Отчет НИМИ, 1975, № гос.регистрации 76084595, ИнвЛЖ 539401.

9. Тарасьянц С.А. Использование водоструйных насосов для смешения навоза с водой и подачи смеси к орошаемым участкам.-Труды НИМИ "Гидравлика сооружений оросительных систем." Новочеркасск, 1982.

10. Болтнев А.М., Капустин В.П. Экономическая оценка способов уборки и транспортировки навоза.- Техника в сельском хозяйстве, 1977, №4.

11. Весманов В.М., Динерштейн В.И. Новые машины для очистки внутрихозяйственных оросительных каналов.-Гидротехника и мелиорация, № 8, 1972.

12. Коваленко Г.М., Петрович Д.Д. Механизация работ по ремонту и очистке осушительной сети.-Гидротехника и мелиорация, № 8, 1972.

13. Сурин В.И. Расчет площади полей орошения и нормы внесения жидкого навоза.-Земледелие, 1981, № 5.

14. Блинова Г.М., Шершнев А.Л.,Береснев Б.Г. Жидкий навоз под травы.- Земледелие, 1979, № 5.

15. Васильев В.А., Крысанова-Кирсанова Г.И. Об оценке стоимости бесподстилочного навоза.- Земледелие, 1961, № 8.

16. Текучева М.С., Текучев И.К. Технико-экономическая оценка системы уборки навоза.- Техника в сельском хозяйстве, 1980, № б.

17. Анисимов А.М. Экономические показатели способов уборки навоза. Техника в сельском хозяйстве, 1979, № 2.

18. Полонский Л.С. Цехи по обезвоживанию стоков.- Техника в сельском хозяйстве, 1980, № 2.

19. Синдеев А.П., Лебедев Е.И. Ралделение навозных стоков.- Техника в сельском хозяйстве, 1980, № 9.

20. Федоров В.А. Влияние жидкого навоза на урожай зеленой массы кукурузы.- Земледелие, 1980, № 8.

21. Шершнев А.Л., Береснев Б.Г. Влияние бесподстилочного навоза на плодородие почвы.- Земледелие, 1981, № б.

22. Бугаев В.П. и др. Использование навоза в крупных комплексах.-- Земледелие, 1972, № 9.

23. Велез Д. , Ковач Л. Механизация обработки жидкого навоза.- Международный сельскохозяйственный журнал, 1976, № 6.

24. Буилов В.В., Волокитин М.П., Личко Р.П. Орошение сточными водами заводов БВК.- Гидротехника и мелиорация, 1980, № 12.

25. Болтнев A.M., Капустин В.П. Экономическая оценка способов уборки и транспортировки навоза.- Техника в сельском хозяйстве, 1977, № 4.

26. Якубаускас В.И., Лукошявичгос Р.П. Гомогенизирование жидкого навоза.- Техника в сельском хозяйстве, 1980, № 2.

27. Мустафин: Х.Ш. Предварительные данные исследований совмещенного эжекторного всасывающего наконечника.- Добыча и переработка нерудных строительных материалов. Выпуск I, ВНИИНеруд, Госстройиздат, 1962.

28. Лахтин В.П., Иванников В.В. Производственные испытания экспериментального эжекторного снаряда.- Информационный сборник, выпуск 6. Техническое управление ЦБТИ, 1964.

29. Бородзич В.А. Использование водоструйных насосов для разработки подводных грунтов.- Изд. Речной транспорт, 1956.

30. Мустафин Х.Ш. Эжекторный гидроразгружатель гравия.- Научно- техническое сообщение ВНИИНеруд, выпуск 10, 1963.

31. Бородзич В.А. Преимущества водоструйных насосов.- Речной транспорт, 1961, № 7.

32. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы.- М.: Машгиз, I960.

33. Царевский A.M. Гидромеханизация мелиоративных работ.- М.: Россельхозиздат, 1963.

34. Огородников С.П. Инжектирование на землесосных снарядах.- М.: Издательство литературы по строительству и архитектуре, 1962.

35. Бородзич В.А. Использование водоструйных насосов для разработки подводных грунтов.- М.: Издательство "Речной транспорт", 1956.

36. Темнов В.К. О коэффициенте полезного действия струйных насосов.- Известия вузов "Машиностроение", 1975, № I.

37. Мускевич Г.Е. Гидравлические исследования и расчет водоструйI