Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н., доцент Чернецкая Н.А.

Рубцовский индустриальный институт (филиал) ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», Россия

Обоснование ресурсосберегающего режима приготовления раствора минеральных удобрений

Одним из ресурсоемких процессов в тепличном овощеводстве является подкормка растений жидкими минеральными удобрениями. Для их растворения в поливной воде требуются определенные затраты энергии и времени на приготовление качественного питательного раствора, соответствующего агротехническим требованиям [1].

Повысить эффективность процесса получения смеси жидких минеральных удобрений возможно посредством применения аппарата, представляющего собой радиальную лопастную мешалку. Для нахождения ресурсосберегающего режима была изготовлена экспериментальная установка с характеристиками: объем смесительной емкости ; лопасти на валу установлены по винтовой линии; длина лопасти составляет не менее 90% радиуса основания емкости; ширина лопасти равна диаметру вала мешалки. Лопасти равномерно распределяются по длине вала, с возможность их смены, изменения их количества и угла постановки к плоскости вращения. Привод установки обеспечивался от электродвигателя мощностью 1,5 кВт [2].

Работу аппарата определяют параметры: мощность (), затрачиваемая на процесс, представленная безразмерным критерием Эйлера (); удельная производительность () аппарата, представленная критерием Дьяконова (); время () процесса, представленное критерием () и факторы: частота вращения () мешалки, представленная критерием Рейнольдса (); угол () постановки лопасти к плоскости вращения; живое сечение () лопасти; число () лопастей.

Основное влияние на перемешивание оказывают факторы трех групп: физико-механические свойства перемешиваемых материалов, конструктивные и кинематические параметры рабочих органов аппарата с механическим перемешивающим устройством.

Параметры процесса перемешивания выразим безразмерными критериями: затраты мощности - критерием Эйлера (), качество смеси – критерием Дьяконова (), затраты времени – безразмерным критерием (), которые выражаются зависимостями [3]:

; ; ,

где - диаметр мешалки; - плотность раствора.

Методами теории подобия и размерностей выявлены значимые факторы: критерий Рейнольдса (_,где - динамическая вязкость водного раствора); угол постановки лопасти к плоскости вращения (); число лопастей (), которые объединены в следующими критериальные уравнениями [2]:

Характерной особенностью этих уравнений является то, что они содержат в качестве аргумента только один критерий подобия комплексного типа – критерий Рейнольдса. В качестве критерия оптимизации энергосберегающей технологии принят критерий Эйлера, а критерии качества смеси и затрат времени будут ограничениями [3].

Проведен трехфакторный эксперимент, для определения энергосберегающего режима приготовления смеси, обеспечивающего наилучшее протекание процесса перемешивания с максимальной удельной производительностью и минимальной продолжительностью процесса. Факторы, характеризующие физико-механические свойства смеси оставались постоянными: , , также фиксированным был габаритный размер мешалки . Критерий Рейнольдса изменялся в пределах . Результаты исследования представлены графически (см. рис. 1).

Рис.1. Зависимость критерия Эйлера от критерия Рейнольдса

Из графика следует, что значение потребляемой мощности, затрачиваемой на перемешивание, зависит в большей степени от частоты вращения мешалки и числа лопастей и в меньшей степени от изменения угла постановки лопасти к плоскости вращения мешалки.

Основным результатом проведенных исследований является то, что повышение интенсивности перемешивания в исследуемом аппарате обеспечивается лопастной мешалкой, которая работает во всем объеме аппарата, не создает мертвых зон, обеспечивает турбулентный поток жидкости и активно вовлекает в процесс перемешивания твердые туки.

Выводы:

1. Экспериментально установлены оптимальные значения энергосберегающего режима процесса приготовления смеси: частота вращения лопастной мешалки – ; угол наклона лопасти к плоскости вращения - ; размеры лопастей и способ размещения их на валу, обеспечивающие перекрытие всего рабочего объема смесительной емкости. Длина лопасти составляет не менее 90% радиуса основания емкости. Ширина лопасти равна диаметру вала мешалки. Лопасти равномерно устанавливаются по винтовым линиям двухзаходного винта через 90 градусов, при этом суммарная ширина лопастей должна приближаться к длине емкости аппарата.

2. В результате конструктивного совершенствования аппарата было достигнуто улучшение всех рассмотренных параметров процесса в сравнении с используемым способом: сокращение затрат энергии на процесс перемешивания на 24%, удельная производительность аппарата увеличилась на 16%, затраты времени приготовления смеси сократились на 20%.

3. В аппарате приготавливается концентрированная смесь удобрений. Требуемая насыщенность раствора создается дозированной подачей смеси в систему полива, что обеспечивает применение малой емкости аппарата. Тем самым существенно снижаются затраты энергии на приготовление жидких удобрений, отвечающих агротехническим требованиям.

Литература:

1. Парники и теплицы: Устройство, сооружение, выращивание рассады и овощей. Ростов н/Д: Проф-Пресс, 2000. 192 с.

2. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / И. А. Щупляк Польша, 1971. Л., Химия, 1975. 384 с.

3. Чернецкая Н.А. Результаты совершенствования конструкции аппарата для приготовления жидких удобрений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки № 9 (213) – Новосибирск, 2010. – С. 87 - 90.