Адошев, Андрей Иванович. Ферровихревой аппарат для обеззараживания жидкого свиного навоза

Краткое описание

Адошев, Андрей Иванович. Ферровихревой аппарат для обеззараживания жидкого свиного навоза : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.02 / Адошев Андрей Иванович; [Место защиты: Азово-Черноморс. гос. агроинженер. акад.].- Ставрополь, 2011.- 190 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3116

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Адошев Андрей Иванович
ФЕРРОВИХРЕВОЙ АППАРАТ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОГО
СВИНОГО НАВОЗА
Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование
04201163728
17.10.2011
в сельском хозяйстве
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ивашина А.В.
Ставрополь - 2011 
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ПЕРЕРАБОТКА ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА 11
1.1 Краткое содержание проблемной ситуации 11
1.2 Методы обеззараживание жидкого свиного навоза... 13
1.3 Оценка влияния магнитного поля на жидкий навоз,
при его обеззараживании 38
І.ФАнализ конструкций* цилиндрических аппаратов
вихревого слоя ч. 40
1.5 Выводы, цель и задачи работы 48
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРРОВИХРЕВОГО
АППАРАТА 49
2.1' Обоснование конструкции ферровихревого аппарата 49
2.2 Устройство и принцип работы ферровихревого
аппарата J 55
2.3 Обоснование главных размеров и параметров обмотки
индуктора аппарата 63
2.4 Параметры зубцовой зоны индуктора аппарата 78
2.5 Параметры магнитной цепи аппарата 83
2.6 Выводы 96
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭФФЕКТИВ¬НОСТИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА В ВИХРЕВОМ СЛОЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ: 98
3.1 Общая методика исследований 98
3.2 Методика проведения экспериментальных
исследований 98
3.3 Математическая обработка результатов эксперимента
3.4 Регрессионный анализ результатов обеззараживания
3.5 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФЕРРО-
ВИХРЕВОГО АППАРАТА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1 Исследование электромагнитных характеристик
ферровихревого аппарата
4.2 Обоснование зазора ферровихревого аппарата
4.3 Выводы
5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
5.1 Расчет капитальных вложений
5.2 Расчет эксплуатационных затрат
5.3 Годовой экономический эффект
5.4 Расчет основных показателей эффективности проекта
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертационной работы состоит в том, что про-изводство свиноводческой продукции на промышленной основе, сопровож-дающееся эксплуатацией свиноводческих ферм, вызывает серьезные пробле¬мы, связанные с накоплением и использованием больших объемов жидкого навоза.
Жидкий навоз может представлять собой большую опасность в эпиде-миологическом отношении. Опасность жидкого навоза как фактора распро-странения заболеваний'в первую очередь зависит от санитарного состояния поголовья и содержания в нем возбудителей инфекционных заболеваний. При большинстве инфекционных заболеваний свиней возбудители могут вы¬деляться с экскрементами, мочой, слюной, истечением из носовой полости, маточным истечением, слезным секретом и др. и обнаруживаются в жидком навозе. Жидкий навоз как источник инфекций может представлять опасность не только для выгульных площадок,и помещений конкретного хозяйства, но, попадая (особенно жидкая фракция) в водоем, становится источником ин¬фекций для человека и животных на далеко расположенных территориях.
Из микроорганизмов, которые могут быть обнаружены в жидком сви¬ном навозе, в эпидемиологическом отношении большое значение имеют воз¬будители следующих инфекций: сальмонеллеза (возбудители могут сохра¬няться в навозе от нескольких недель до 3 месяцев); лептоспироза (возбуди¬тели живут в воде в течение нескольких недель); сибирской, язвы (споры мо¬гут выживать в почве до 30 лет); бруцеллеза (возбудитель живет в стоках бо¬лее 2 месяцев); колибацилеза (возбудители хорошо и долго сохраняются в воде и почве).
Патогенные микроорганизмы, попавшие в жидкий навоз вместе с вы-делениями животных, находят благоприятные условия для своего существо¬вания.
По мнению специалистов, жидкий навоз в целях предупреждения рас-пространения возможных инфекций необходимо выдерживать, в карантин¬ных емкостях в течение 4...8 суток, что соответствует инкубационному пе¬риоду инфекционных болезней, вызываемых вирусами ящура, чумы, болезни Ауески и др. В это время в емкости нельзя добавлять и из них выгружать на¬воз. Если в течение этого периода, на ферме не произойдет вспышки инфек¬ционного заболевания, то содержимое емкости можно перегрузить в посто¬янные хранилища, транспортировать для приготовления компостов с после¬дующим использованием на полях или разделить на фракции для. дальней¬шей его обработки. Если на ферме обнаружено санитарно-ветеринарное не¬благополучие, весь объем жидкого навоза подлежит обеззараживанию.
Важнейший фактор, обусловливающий нормальную жизнедеятель¬ность и продуктивность животных, - состояние окружающей их среды при¬менительно к условиям промышленного свиноводства. Под микроклиматом помещений понимают климат ограниченного пространства, который пред¬ставляет собой совокупность следующих параметров среды; температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, освещенности, шума, наличия ионов, содержания в воздухе аммиака, углекислоты, сероводорода, других газов, а также взвешенных пылевых частиц и микроорганизмов.
Основной источник образования вредных газов и запахов - навоз и сто¬ки животноводческих предприятий. Так, атмосферный воздух в зоне свино¬водческой фермы («Ильиногорский» Горьковской области) характеризовал¬ся, по данным А.Г. Пузанкова, следующими параметрами: содержание ам¬миака на расстоянии до 1500 м от комплекса колебалось от 0 до 0,44 мг/м3, на расстоянии 2500 м - от 0,22 до 0,44 мг/м3, на расстоянии 3000 м - от 0 до 0,33 мг/м3 и на расстоянии 3500 м - от 0 до 0,22 мг/м3, что превышает требования ПДК.
Свиноводческие фермы являются также основными источниками за¬грязнения атмосферного воздуха в сельскохозяйственной местности.
Бактериологические исследования атмосферного воздуха в районе рас-положения свиноводческого фермы показали, что на расстояниях 100 и 200 м от фермы количество микробов в 1 м3 воздуха составляло соответственно
125.. .1000 и 150...1825. По мере удаления от фермы на расстояние до 800 м содержание микробов уменьшалось до 100...900 в 1 м3. На расстояниях 1500 и 2000 м 1 м3 воздуха содержал соответственно 75... 135 и 25 микробов.
Важным для практики является выбор наиболее эффективного метода обеззараживания навоза и наиболее простого устройства его осуществления! В связи с этим необходимо создание установок, позволяющих проводить обеззараживание и очистку навоза в необходимых количествах.
Вопросами создания, безотходных технологий утилизации навоза во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом- ин¬ституте механизации животноводства (ВНИИМЖ) занимались П.И: Гриднев, Р:Х. Кусембеков, Н;И. Вершинин, В.А. Голубцов А.А. Артюшин и В.Е. Ели¬сеева: По их мнению, в стране нет эффективных технологий, и технических средств для обеззараживания навоза от гельминтов, болезнетворных микро¬организмов и семян сорных растений. Вследствие чего, наблюдаются случаи использования навоза в качестве удобрений при наличии в нем этих отрица¬тельных факторов.
Решить эти задачи, основываясь только на традиционных методиках, комплексах машин и оборудования невозможно. При создании принципи¬ально новых технологий и комплексов машин целесообразно использовать уже существующие в других областях науки и техники высокоэффективные технологи и технические средства с доработкой их применительно к кон¬кретным условиям.
В’ предложенной технологической линии важным звеном, являлся аппа¬рат вихревого слоя, в котором механические включения навоза доизмельча- лись до размера не более 1 мм с одновременным уничтожением семян сор¬ных растений, болезнетворных микроорганизмов, гельминтов и их яиц.
Особо важными, по мнению авторов, являлись следующие результаты:
- полное обеззараживание и уничтожение гельминтов, их яиц и семян сорняков позволяет ликвидировать карантинную выдержку жидкого навоза
как технологическую операцию подготовки его к использованию, что высво-бождает значительное количество рабочей силы, площади и оборудования;
- становится возможным использование жидкого навоза в качестве удобрения непосредственно после обработки его в аппарате вихревого слоя;
- появляется возможность, использования части обеззараженного фильтрата для повторного гидросмыва в. помещениях ферм, что позволит экономить большое количество воды за счет осуществления'системы замкну¬того водооборота и получать более качественные органические удобрения;
- достигается высокий уровень гомогенизации жидкого навоза, что по¬зволит сократить затраты при его хранении, погрузке и использовании.
В связи с этим есть основание полагать, что наиболее перспективным методом обеззараживания жидкого свиного навоза является воздействие вих¬ревым слоем ферромагнитных частиц.
На основании вышеизложенного целью данной работы1 является обоснование параметров ферровихревого аппарата, обеспечивающего эффективное обеззараживание жидкого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц..
Научная гипотеза: повысить эффективность ферровихревого аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза можно путем обеспечения од¬нородности магнитного поля, увеличения магнитной индукции и плотности вихревого слоя ферромагнитных частиц.
Рабочая гипотеза: уменьшение немагнитного зазора между магнито- проводом индуктора и аксиальным магнитопроводом позволит получить од-нородное магнитное поле, увеличить магнитную индукцию и повысить плот¬ность вихревого слоя ферромагнитных частиц.
Объект исследования: процесс обеззараживания жидкого свиного на¬воза в ферровихревом аппарате.
Предмет исследования: зависимость числа колоний общей микробной обсемененности жидкого свиного навоза от параметров и режимов работы ферровихревого аппарата.
Методы исследований: в работе использованы элементы теории про-ектирования электрических машин аксиальной и радиальной конструкции, математического планирования экспериментальных исследований и регрес-сионного анализа, микробиологические методы по выживаемости санитарно-показательных (индикаторных) микроорганизмов.
В первой главе «Переработка жидкого свиного навоза» рассмотрены биологические, химические и физические методы обеззараживания жидкого навоза (или его отдельных фракций), дана оценка влияния магнитного поля на жидкий навоз, при его обеззараживании, произведен анализ конструкций, цилиндрических аппаратов вихревого слоя, сделаны выводы, сформулирова¬ны цель и задачи работы.
ВоJ второй главе «Теоретическое исследование ферровихревого аппа¬рата» проведено обоснование конструкции создаваемого ферровихревого ап¬парата, дано описание его устройства и принципа работы, обоснованы глав¬ные размеры, параметры обмотки, зубцовой зоны индуктора и магнитной цепи аппарата.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо¬ваний по определению эффективности обеззараживания жидкого свиного на¬воза в вихревом слое ферромагнитных частиц» приведены результаты обез¬зараживания по представленной методике, получено уравнение регрессии второго порядка, показывающее общую обсемененность жидкого свиного навоза, прошедшего обработку в ферровихревом аппарате в зависимости от массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (от) и отношения длины ферромагнитных частиц к их диаметру (А).
В четвертой, главе «Экспериментальные исследования ферровихрево¬го аппарата» представлены результаты исследования электромагнитных ха¬рактеристик ферровихревого аппарата и необходимые условия для правиль¬ного выбора рабочего зазора аппарата.
В пятой главе «Расчет основных экономических показателей» опреде¬лена экономическая эффективность разработанного ферровихревого аппара¬та. В качестве аналога выбран аппарат У АП разработанный ООО НПФ ЭКОЛЭНД-2000 (г. Ростов-на-Дону) имеющий близкие к ФВА производст¬венные характеристики.
Научная новизна:
- установлена зависимость количества колоний микроорганизмов, ос-тавшихся в навозе после обеззараживания в ферровихревом аппарате, от мас¬сы, конфигурации^ размеров ферромагнитных частиц;
- разработана конструкция и; обоснованы параметры ферровихревого аппарата аксиального исполнениям применением вихревого слоя, ферромаг¬нитных частиц для'обеззараживания жидкого свиного навоза.
Практическая значимость:
- разработан ферровихревой аппарат для- обеззараживания, жидкого свиного навоза (патент [108], полезная,модель [106]), обеспечивающий рав¬номерное магнитное поле в рабочей зоне и повышенную магнитную: индук¬цию;
- уточнена методика обоснования параметров ферровихревого аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза;
- получена регрессионная модель результата обеззараживания, при из-менении массы ферромагнитных частиц: в рабочей зоне ферровихревого ап¬парата (во время работы аппарата), диаметра ферромагнитных частиц и ко¬эффициента отношения длины ферромагнитной частицы к ее диаметру.
На защиту выносится:
- зависимость числа колоний микроорганизмов в жидком свином .наво¬зе после обеззараживания его’ в ферровихревом аппарате от массы, конфигу¬рации и размеров ферромагнитных частиц;
- параметры и конструкция ферровихревого аппарата аксиального; ис-полнения с применением вихревого слоя ферромагнитных частиц для обезза- раживания жидкого свиного навоза;
- методика обоснования основных электромагнитных параметров, фер-ровихревого аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза;
- уравнение регрессии результата обеззараживания, при изменении массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (во время работы аппарата), диаметра ферромагнитных частиц и коэффициента отношения длины ферромагнитной частицы к ее диаметру.
Реализация результатов работы. Ферровихревой аппарат для обезза-раживания жидкого свиного навоза внедрен в СГЖ «колхоз «Терновский»» Труновского района Ставропольского края для обеззараживания жидкого на¬воза на свинофермах хозяйства:
Уточненная методика расчета' параметров ферровихревого аппарата применяется в учебном процессе кафедры ЭиЭО ФГОУ ВПО СтГАУ при изучении дисциплины «Электрические машины», ферровихревой, аппарат применяется в учебном процессе кафедры ПЭЭСХ ФГОУ ВПО СтГАУ при изучении дисциплины «Электротехнология».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО СтГАУ (2005...2010 г.г.), Российской научно-практической конференции «Физико-технические про¬блемы создания новых экологически чистых технологий в агропромышлен¬ном комплексе»* СтГАУ (2005 г.): По результатам.исследований опубликова¬но 11 статей, в том числе 2 в журналах ВАК, получен 1 патент РФ на изобре¬тение и 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем' диссертации. Диссертация включает: введение, пять глав, общие выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков, 8 таблиц, библиографический список из 134 наименований и 32 страниц приложений.

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
На основании результатов проведенных теоретических и эксперимен-тальных исследований сделаны следующие выводы:
1. Электромагнитное поле, создаваемое силовыми линиями, в аппара¬тах аксиального исполнения является более однородным, чем в аппаратах цилиндрического исполнения. При аксиальном исполнении значение маг-нитной- индукции и плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц (в- ра-бочей зоне во время работы аппарата)' влияющие на качество обеззаражива¬ния навоза, повышены (Ккр = 0,19, при Ккр = 0,12 у аппаратов цилиндриче¬ского исполнения).
2., На качество обеззараживания (число колоний1 микроорганизмов, ос-тавшихся в навозе после обработки в вихревом слое ферромагнитных частиц) оказывают влияние масса ферромагнитных частиц в рабочей зонеферрових- ревого аппарата (т) и отношение длины ферромагнитной частицы к ее диа-метру (Я). Величина диаметра (d) ферромагнитных частиц влияет на качество обеззараживания незначительно.
3. В расчетах ферровихревых аппаратов следует использовать величи¬ну расчетной магнитной индукции в рабочем зазоре (В'^расч), равную отно¬шению фактической (требуемой) индукции в зазоре {В6 факт) к коэффициенту индукции в зазоре (kBs)■
4. Ферровихревой аппарат оказывает минимальное негативное воздей¬ствие на питающую сеть. Амплитуда пускового тока незначительна и пре¬вышает амплитуду номинального тока не более чем на 36% как при измене-нии величины зазора, так и при изменении массы частиц в рабочей зоне. Гармоники высших порядков проявляются лишь при пуске и длительность их проявления не превышает 10 периодов. В рабочем режиме гармоники высших порядков не проявляются.
5. Полученное уравнение регрессии результатов обеззараживания жид¬кого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц ферровихрево- го аппарата позволило определить оптимальные значения массы ферромаг¬нитных частиц (т = 115... 140 г) и отношения длины ферромагнитной части¬цы к ее диаметру (Я = 10,5...13), обеспечивающие наиболее эффективную об¬работку.
6. Предложенная и обоснованная методика расчета параметров ферро¬вихревого аппарата с аксиальной формой активной части показывает, что ве¬личина рабочего зазора (5) определяется производительностью аппарата (Qj, подачей фекального насоса (Q,J, массой ферромагнитных частиц (т) в рабо¬чей зоне и находится в пределах (0,45...0,55)‘1§.
7. Эффективность предлагаемого ферровихревого аппарата определя¬ется снижением энергоемкости процесса обеззараживания и подготовки жид¬кого свиного навоза к использованию в качестве органического удобрения. Экономический эффект выражается экономией годовых эксплуатационных издержек (139200руб.) и снижением затрат на 1 тону навоза (8,8руб.). Чис¬тый дисконтированный доход составляет 303100 руб., срок окупаемости ме¬нее 1 года.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. СССР № 48211 Класс 12g, 4. Описание способа активации катали¬тических реаккций / Е.Е. Шпитальский (СССР). № 188609; Заявл. 08.03.1936; Опубл. 31.08.1936.
2. А.с. СССР № 192755 МПК ВО If 4/50. Устройство для непрерывного получения эмульсий и суспензий / Д.Д: Логвиненко, В.Д. Потураев (СССР). № 894023/23-26; Заявл. 09.04.1964; Опубл. 02.03.1967; Бюл. № 6.
3. А.с. СССР № 771802 МПК3 Н02К 1/06. Сердечник якоря электриче¬ской машины / А.В: Корицкий, В.А. Игнатов, С.И. Адаскин, КЛ. Вильданов, И.Г. За¬бора, В.А. Мордвинов (СССР). № 2560064/24-07; Заявл. 26.12.1977; Опубл. 15.10:1980; Бюл. №38.
4. А.с. СССР № 1001316 МПК3 Н02К 1/06. Магнитопровод торцевой электрической машины / В. А. Игнатов, А.А. Ставинский, К Л. Вильданов, М.И. Жи- жин, И.Г. Забора (СССР). № 3309582/24-07; Заявл. 29.06.1981; Опубл. 28.02.1983; Бюл. № 6.
5. А.с. СССР № 1541804 МПК7 А01С 3/00: Устройство для обеззаражи¬вания и гомогенизации навоза и сточных вод / Н.П. Вершинин, ПИ Гриднев, В А. Го¬лубцов, РХ Кусембеков, А.А. Артюшин, Д.Д. Логвиненко (СССР). - № 4465326/15; Заявл. 31.05.1988; Опубл. 27.03.2000; Бюл. № 9 (ч. I).
6. А.с. СССР № 1545338 МПК7 А01С 3/00. Устройство для обработки жидкого навоза / Н.П. Вершинин, П.И. Гриднев, В.А. Голубцов, РХ. Кусембеков,
Д.Д. Логвиненко, А.А. Артюшин (СССР). - № 4376952/15; Заявл. 22.12.1987; Опубл. 27.03.2000; Бюл. № 9 (ч. I).
7. Адошев, А.И. Выбор конструкции индуктора ферровихревого ап¬парата / А.И. Адошев // Методы и технические средства повышения эффек¬тивности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь, 2009. - с. 72 - 77.
8. Адошев, А.И. Выбор метода обеззараживания отходов животно¬водства / А.И. Адошев, В.В. Коваленко, Д.Т. Черемисин, М.В. Скрипачев // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромыш¬ленном комплексе: сборник материалов III Российск. Научн.-практ. конф. Т.
2. - Ставрополь: АГРУС, 2005. - с. 45 - 48.