872

Условия проведения исследований и их методика. Опыты проведены на се-

менах пшеницы на поточной линии научно-учебно-опытного поля ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ в уборочный сезон 2018 года. В состав технологического оборудования поточной линии входили: приемный бункер, машина предварительной очистки с цилиндрическим решетом, колонковая зерносушилка сотового типа, бункер для охлаждения семян, воздушно-решетно-триерная семяочистительная машина К531. Для разделения зернового материала решетным станом машины на две фракции использованы верхние решета с отверстиями диаметром 4,5 мм, причем половина длины первого решета закрывалась глухим листом для предварительного расслоения компонентов зернового материала. Сходовую фракцию верхних решет машины посредством пневмотранспортера подавали на экспериментальный вибропневмосепаратор (Рис.2). Средние значение подач зернового вороха в машину К531 и на вибропневмосепаратор составило, соответственно, 1753 и 1143 кг/ч при среднем значении влажности 14%. Средние значения засоренности овсюгом фракции семян, поступающих на вибропневмосепаратор составило 45 шт./кг, а объемной массы этой фракции – 806 г/куб.дм. Приборы и аппаратура для экспериментальных исследований представлена в таблице 1.

Таблица 1

Приборы и аппаратура для экспериментальных исследований

В процессе работы поточной линии проводили отбор проб массой 1,5-2 кг через каждые 5 минут из зернового материала, поступающего на вибропневмосепаратор и очищенных на нем семян. Всего было отобрано по 50 проб из каждого зернового потока. Одновременно, через каждые 30 минут проводили в течение 1 минуты отбор фракции семян, поступающих с примесями в отходы после очистки на вибропневмосепараторе.

Оценками работы вибропневмосепаратора приняты: засоренность семян, очишенных на вибропневмосепараторе, овсюгом; спенень его отделения; потери полноценных семян в отходы и вероятность сохранения допуска на засоренность семян овсюгом.

Рис.2. Экспериментальный вибропневмосепаратор семян в составе линии послеуборочной обработки семян

331

Результаты исследований. После определения засоренности семян, очищенных на вибропневмосепараторе через каждые 5 минут работы; взвешивания массы семян, направляемых в отходы рассчитаны средние значения: засоренности очищенных семян, степени отделения овсюга, объемных масс очищенных семян; потерь полноценных семян в отходы и вероятность сохранения поля допуска на засоренность семян. Оценки работы вибропневмосепаратора представлены в таблице 2.

Следует отметить, что среднее значение объемной массы семян, очищенных на вибропневмосепараторе увеличилось с 806,0 до 813,7 г/куб.дм.

Вывод

Экспериментальный вибропневмосепаратор при подготовке к посеву малых партий семян с примесью овсюга позволяет доводить посевной материал до требований ГОСТ Р 52325-2005 к семенам категории ЭС. При этом потери семян в отходы не превышают 10%, что соответствует требованиям.

Литература 1.Патент РФ на изобретение №2340410. Способ разделения зерновых смесей /В.Д. Галкин,

А.Д. Галкин, А.А. Хавыев, С.Е. Басалгин, В.А. Хандриков, В.П. Соловьев, К.А. Грубов, С.В. Галкин. - Опубл. 10.12.2008. - Бюлл. №34.

2. Галкин, В.Д. Создание вибропневмосепараторов для очистки малых партий семян от трудноотделимых примесей /В.Д.Хандриков, А.А.Хавыев. Агротехнологии XXI века, Международная научно-практическая конференция (2018; Пермь). Международная научно-практическая конференция «Агротехнологии XXI века», 16-18 октября 2018 г. [материалы] : / редкол. Ю.Н. Зубарев [и др.]. – В надзаг. : М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высшего образования «Пермский гос. аграрно-технологический ун-т им. акад. Д.Н. Прянишникова». – Пермь : ИПЦ «Прокростъ», 2018. – С.170-175.

3.Галкин, В.Д. Разработка методики настройки вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции при очистке пшеницы от трудноотделимыхпримесей./В.Д.Галкин, А.А.Хавыев,В.А.Хандриков, К.А.Грубов, С.В.Галкин,А.Ф. Федосеев./ Пермский аграрный вестник: научно-практический журнал. – 2018. - №1(21). - С. 14-22.

ESTIMATION OF WORK OF EXPERIMENTAL VIBRATOR SEEDS

IN PRODUCTION CONDITIONS

V.D. Galkin, V.A. Khandrikov, A.F. Fedoseev, M.S. Nakaryakov, D.A. Shikhova Perm GATU Perm, Russia

Abstract. At present, the cleaning of seeds of agricultural crops in the presence of hardly separable impurities (segments of wild, ovum, etc.) is carried out using a once-through technology. At the same time, the grain flow is processed in primary, secondary cleaning machines, trierers and pneumatically separating tables. The disadvantage of this technology is the large losses of full-fledged seeds to waste and the high energy costs of bringing the seed material up to the requirements of GOST R 52325-2005 for seeds of the OS and ES categories. The department of agricultural machinery and equipment has

332

References

1.Eltishev V. A., Miller, V. F., Barykin Yu. a. Calculate the productivity of a loosening of frozen bulk cargo. - Sat. scientific. Tr. // Vestnik of FGOU VPO MGAU – 2009, №3 (34), pp. 22-23.

2.Eltishev V. A., Miller, V. F., Barykin, Y. A. Influence of intensity of wear of the cutting edge of cutter on the performance of the loosening of frozen bulk cargo // Construction and road cars – 2011, No. 7, pp. 41-42.

3.Eltishev V. A., Barykin A. Y. Effect of geometric parameters of the cutter and depth of cut on strength. Sat. scientific. Tr.part 2 // Innovations of agrarian science – to enterprises of agroindustrial complex (Materials of international scientific-practical conference), Perm, FGBOU VPO "The Perm state agricultural Academy" 2012, pp. 88-93.

УДК 62.531.3

О НЕОБХОДИМОСТИ ЗАЩИТЫ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН РОЖНОВСКОГО ОТ ЗАМЕРЗАНИЯ В ПЕРИОД СИЛЬНЫХ ХОЛОДОВ

В.С. Кошман, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия,

e-mail: koshman31337@yandex.ru

Аннотация. В работе рассмотрены физические основы защиты водонапорной башни системы Рожновского (ВНР) от замерзания в зимний период. С единых позиций получены расчетные формулы для оценки величин повышения и снижения толщины льда соответственно при отводе от башни охлажденной воды и подводе к ней более теплой воды от подземного источника. Отмечена необходимость принятия дополнительных мер по защите башни от замерзания в случае малого суточного потребления воды на животноводческих фермах и экстремально низких температур наружного воздуха.

Ключевые слова: водонапорная башня, обледенение, таяние льда, приток подземной воды, водообмен, теплоизоляция, нагрев воды.

Цельнометаллические необогреваемые водонапорные башни конструкции инженера А.А. Рожновского привычно вписываются в пейзаж современной России и стран ближнего зарубежья. Башни спроектированы применительно к условиям работы животноводческих ферм. Единично башни ВБР начали возводить в 1930-е годы, а массово – в годы Великой отечественной войны и послевоенные годы. Промышленностью башни ВБР изготавливаются и на сегодняшний день. Широкому распространению башни в начале ее пути способствовали отказ от дефицитного в то время топлива, а также простота конструкции, которая нашла свое отражение в сжатых сроках изготовления в заводских условиях, а также монтажа на местах. Если в районах с мягкой зимой ВБР использовалась без внешнего слоя теплозащитного покрытия (ТЗП), то по мере продвижения в более северные районы нанесение слоя внешней тепловой изоляции в полной мере оправдало себя. Водонапорная башня Рожновского представляет собой конструкцию, устанавливаемую обычно на возвышении местности и однозначно предназначенную для хранения запаса воды (в опоре башни) и регулирования ее напора и расхода в водоразводящей сети. Конструкция башни представляет собой вытянутую цилиндрическую форму с уширением вверх. Верхний бак (большего диаметра) сообща-

336

ется с опорой коническим переходом сваркой. Порой в числе достоинств ВБР выделяется [1] и отсутствие необходимости обязательного подогрева воды для предотвращения ее замерзания. Однако здесь действительное подменяется желаемым, поскольку башни, как показывает практика, даже с внешним слоем ТЗП и при исправных датчиках уровня порой замерзают.

Цель настоящей работы – обоснование необходимости защиты водонапорных башен Рожновского от замерзания в период сильных холодов.

Обобщая приведенные в работах [2 – 7] данные, можно выделить факторы, способствующие защите водонапорной башни от замерзания:

1.Высокие теплоемкость и температура более теплой воды, благодаря чему в башню поступает большое количество энергии в форме теплоты.

2.Отсутствие возможности мгновенного понижения температуры воды при ее охлаждении.

3.Подогрев воды в башне под действием солнечной радиации, что особенно заметно в весенний период.

4.Движение воды при возобновлении ее объема в полости башни (по мере охлаждения воды), а также при устранении застойных зон.

5.Наличие на поверхности башни внешнего слоя теплозащитного покрытия (ТЗП), препятствующего отводу теплоты из внутренней полости.

6.Присутствие ледяной оболочки (ограниченной толщины) на внутренней поверхности башни, выполняющей роль естественной теплоизоляции. Это обстоятельство (наряду с наличием внешнего слоя теплозащитного покрытия) способствует повышению уровня защиты ВБР от замерзания, поскольку позволяет более эффективно использовать подводимую в башню извне энергию в форме теплоты.

7.Снижение толщины ледяной оболочки по мере таяния льда благодаря подводу со скважинной водой энергии извне.

8.Выделение скрытой теплоты ледообразования, замедляющей темп нарастания ледяной рубашки.

9.Обсыпка землей нижней части опоры на высоту 2,45 м.

10.Подвод воды на уровне горловины бака, а ее отвод на уровне основания башни.

К числу факторов, способствующих замерзанию воды в башне, относятся следующие:

1.Самопроизвольная передача теплоты из внутренней полости башни за ее пределы. Это происходит в согласие со вторым законом термодинамики: теплота от тела (вода) с большей температурой самопроизвольно, без затрат каких - либо видов энергии переходит к телу (наружный воздух) с меньшей температурой.

2.Понижение суточного водопотребления на животноводческой ферме.

3.Повышение толщины слоя льда по мере его образования.

4.Подвод и отвод воды на уровне основания башни.

5.Повышенная частота включения насоса, его неисправность, авария водопровода, отказ датчиков уровня воды в баке, не соблюдение требований проектной документации и инструкции по эксплуатации водонапорной башни.

337

По условиям эксплуатации допускается уменьшение вместимости бака на 30 % за счет ледообразования [6]. В баке недопустимо покрытие зеркала воды льдом.

При проектировании ВБР принят во внимание факт неравномерного потребления воды животными на фермах в течение суток, учтены расчетная зимняя температура воздуха, вес снегового покрова, скоростной напор ветра, теплофизические свойства воды, льда, стали и ТЗП, свойство веществ поглощать и отдавать теплоту соответственно при плавлении и кристаллизации. Существенно то, что вещество с химической формулой Н2О весьма чувствительно к температуре: если при 0,01 ºС оно находится в капельно – жидком агрегатном состоянии, то при 0 ºС обращается в лед. Если в условиях эксплуатации влияние положительных факторов преобладает над влиянием неблагоприятных факторов, то по результатам проектирования башня сохраняет свою работоспособность.

В схемах водоснабжения животноводческих помещений ВБР выполняют аккумулирующе – регулирующую функцию. В них содержатся возобновляемые регулирующий, аварийный и противопожарный запасы воды. В часы минимального потребления воды на ферме башня наполняется до верхнего уровня, а в часы наибольшего водопотребления – опорожняется до нижнего допустимого уровня.

Температура воды зимой в подземных источниках 4 … 10 ºС [6]. По тексту данную воду называем более теплой водой. В ряду известных жидкостей вода обладает самой высокой удельной теплоемкостью ср. Количественно ср равна теплоте, которую единица массы вещества отдает в окружающую среду (или воспринимает от нее) при изменении своей температуры на один градус. При решении тепловой задачи наличием металлической стенки можно пренебречь (ввиду ее высокой теплопроводности). Полагаем башню – колонну состоящей из трех слоев. За первый принимаем центральный столб воды радиусом R1. Его окружает слой льда в виде полого цилиндра наружным радиусом R2. За третий слой принимаем слой теплозащитного покрытия наружным радиусом R3.

Рассмотрим наполнение башни водой в зимних условиях, когда температура воды в ней близка к температуре замерзания. Вместе с закачиваемой из скважины теплой водой за время d 1 во внутреннюю полость башни поступает теплота

Eпост

(1)

где – разность температур поступившей в башню и находящейся в ней воды, – плотность теплой воды, а – ее объемный расход. Он равен объемной подаче скважинного насоса. Подведенная извне с водой энергия идет на таяние ранее возникшего льда, а также отводится через двухслойную стенку в окружающую среду. Когда за время толщина слоя льда уменьшается на величину dR,то через поверхность площадью 2πR1H при таянии льда поглощается количе-

го теплозащитного покрытия, можно оценить по формулам, известным из курса теплотехники:

Следуя уравнению (7), можно прийти к суждению о том, что при фиксированном на некоторый момент времени числовом значении уменьшение толщины слоя льда (это в (7) отвечает неравенству ) за время будет тем заметнее, чем в большей мере количество теплоты (), поступившей в башню с теплой водой, превышает количество теплоты (), отведенное из башни через ограждения. Росту интенсивности таяния льда способствуют повышение величин объемной подачи насоса и температуры забираемой из скважины воды (), а также снижение величин коэффициента теплопередачи и перепада температуры с окружающей средой . Малые числовые значения отводимой от башни теплоты имеют место при более высоких температурах наружного воздуха и меньших скоростях ветра. Очевидно, что при этом в более выгодных условиях при практическом применении ВБР оказываются животноводческие фермы, которые осуществляют длительный забор из подземных источников более теплой воды при более высоких температурах наружного воздуха.

Применительно к зимним условиям рассмотрим также и происходящее при снижении уровня воды в башне, когда потребность воды в животноводческих помещениях превышает ее объем, обеспечиваемый скважинным насосом. В этой ситуации энергия извне в башню не поступает. При ледообразовании выделяется теплота

,

одна часть которой () за время идет на подогрев воды, а другая () отводится в окружающую среду. Здесь – удельная скрытая теплота ледообразования, и – коэффициенты, отвечающие условию .

Уравнение энергетического баланса

В уравнениях (8) и (9) разность коэффициентов есть величина отрицательная: , что при дифференциальной форме записи (9) – при – указывает на уменьшение величины радиуса за время . Причина: поскольку большая часть освобождающейся при образовании льда теплоты отводится за пределы башни толщина слоя льда на ее внутренней поверхности возрастает.

Принимаем числовые значения геометрических параметров , , , Н = 20 м, скорости ветра V = 6 м/с, теплофизических характеристик λл = 2,2 Вт/м · град, λТЗП = 0,04 Вт/м · град, срВ = 4180 Дж/кг · град, ρв = 999,8 кг/м3, ρл = 900 кг/м3, rлп = rло = 334 кДж/кг, перепадов температуры ∆Тв = 7 ºС и ∆Тн = 20 ºС, разности коэффициентов 0,2 и Qв = 2 м3/час. В согласие с формулами (7) и (9) получаем, что за промежутки времени и , равные одной минуте ( 60 с) при таянии толщина слоя льда уменьшается на 1,66 · 10-5м, а при кристаллизации возрастает практически на ту же величину 1,58 · 10-5 м. Как и следовало ожидать, это позволяет прийти к суждению о том, что при зимней эксплуатации башни процесс ледообразования в ее внутренней полости чередуется с процессом таяния льда по мере ее опорожнения и наполнения. А следовательно, водонапорная башня ВБР изначально, еще на этапе проектирования была наделена способностью к самозащите от замерзания. Однако эта способность не безгранична. Как показала практика, благодаря своей уникальной способности противостоять замерзанию башня при благоприятных климатических условиях может эксплуатироваться в течении 30 и более лет. Однако предприятия – изготовители гарантируют возможность длительной эксплуатации башни ВБР лишь только при соблюдении ряда условий. Так, работа водонапорной башни БР – 50У - 18 – 2 в штатном режиме допускается до температур наружного воздуха не ниже минус 35 ºС при двух водообменах в сутки и при температуре входящей в нее воды не ниже плюс 3,9 ºС [4]. В данной связи проблема возникает в периоды критически низких температур наружного воздуха при малых скоростях движения воды в ледяном русле, снижение площади живого сечения которого сопряжено с возможностью полного замерзания ВБР. Здесь к числу дополнительно принимаемых мер на сегодняшний день относятся как полное опорожнение башни, так и холостой сброс воды, в том числе, и по мере ее поступления из скважины.

Литература

1.Как работают водонапорные башни? Водонапорная башня Рожновского [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.syl.ru/184240/new kak-rabotayt-vodonapornyie-bashni- vodonapornyie-bashnya-rojnovskogo (дата обращения 28.01.19).

2.О малоизвестных достоинствах башни [Электронный ресурс]. Режим доступа: file:///c:/user/desktop/о малоизвестных достоинствах башни рожновского.html (дата обращения

28.01.19).

3.Рожновский А.А. Авторское свидетельство на изобретение СССР № 121555; заявл.16.09.58, опубл. бюл. №15 за 1959 г.

4.Типовой проект 901 – 5 –29. Унифицированные водонапорные башни заводского изготовления системы Рожновского. Утвержден и введен в действие с 1 декабря 1972 г.

5.Бородачев П.Д. Усаковский В.М. Водоснабжение животноводческих ферм и комплексов. М.: Россельхозиздат. 1972. 264 с.

6.Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат. 1989. 280 с.

340