Шланговые системы - ускорение

13.02.2019 М.В. Леонов, И.В. Щеголева, В.В. Семин

Крупные животноводческие предприятия часто не устраивает производительность, которую дают стандартные шланговые системы, распространенные в нашей стране. Для соблюдения ограниченных сроков внесения больших объемов навоза, ускорения освобождения лагун им требуется использование систем повышенной производительности.

Стандартная шланговая система общей длиной 800-4000 м с диаметрами магистральных (транспортирующих) шлангов 6” и буксируемых – 5”, с дизельной насосной станцией (ДНС) с насосом Cornell 4NНТВ позволяет работать в условиях меняющихся расходов в пределах 100-250 м3/час. Ее существенным преимуществом является отсутствие необходимости использования погружного насоса при обычных глубинах лагун (до 6 м) - достаточно системы заливки насоса ДНС при пуске с применением электрического вакуумного насоса или принудительного вакуума Redi-Рrime.

Особенности повышения производительности

В ситуации, когда объемы и сроки требуют увеличения производительности шланговой системы, необходимо изменение всех ее комплектующих. В этом случае важно учесть все индивидуальные условия животноводческого комплекса, прежде всего, объемы навоза, сроки его внесения, максимальную дальность транспортировки.

Обоснуем на примере следующих вариантов:

1. Применение более мощной ДНС с насосом Cornell 6NНТВ при длине шланговой системы более 2 км без увеличения диаметров шлангов приведет к снижению расходов ниже минимальных значений для данного насоса (около 180 м3/ч), что может вывести его из строя.

Выходом из такого положения может стать устройство сброса части расхода обратно в лагуну по отводной линии. Для насоса Cornell 4NНТВ этот показатель составляет всего 50 м3/ч и не ограничивает расходы по минимальной величине.

2. Увеличение диаметров шлангов при использовании насоса Cornell 4NНТВ приведет к снижению высоты всасывания при увеличении расходов. Забор возможен будет только верхнего слоя навоза заполненных лагун, при снижении уровня жидкости начнется процесс кавитации, который приведет к порче насоса.

Этот вариант возможен с применением погружного насоса обеспечивающего максимальную производительность основной насосной станции, а значит, значительного увеличения мощности двигателя. Таким образом, данный вариант становится экономически не оправданным.

Использование насоса Cornell 4NНТВ в шланговых системах с увеличенными диаметрами шлангов может быть целесообразно на подкачивающей (бустерной) ДНС на длинных системах, а также в случае забора стоков из гидрантов мелиоративной сети. Также возможен вариант загрузки насоса с помощью лагунной помпы, работающей от вала отбора мощности трактора.

3. Применение насоса Cornell 6NНТВ с увеличением диаметров шлангов снимает вопрос необходимости применения погружного насоса в связи с тем, что насос 6NНТВ является штатным для 8-ми дюймовых шланговых систем, высота всасывания данного насоса составляет 6,5-7,5 м при величине расходов 200-400 м3/ч.

4.Увеличение диаметра магистральных шлангов без увеличения диаметра буксируемых не даст существенного роста производительности, так как гидравлические потери напора в 400 метрах буксируемого шланга в этом случае составляют почти половину от общих потерь даже на длинной системе.

Для обеспечения высокой производительности шланговой системы рекомендуется следующая комплектация:

- ДНС с насосами Cornell 6NНТВ или Cornell 4NНТВ (с лагунной помпой или питанием от гидрантов),

- магистральные шланги диаметром 8”,

- буксируемые шланги диаметром 6”.

Расчетная производительность

В таблице ниже приведены расчетные производительности шланговых систем с увеличенными диаметрами шлангов и традиционных систем (с диаметрами магистральных шлангов 6” и буксируемых - 5”). Расчет проведен для стоков свиней 97% влажности и навоза КРС 94% влажности:

Комплектация шланговой системы	Производительность откачки, м3/ч при различной протяженности системы свиного навоза 97% влажности навоза КРС 94% влажности
Комплектация шланговой системы	1 км	2 км	3 км	4 км	5 км	6 км
Cornell 6NНТВ, 8” и 6”	430 290	360 235	315 205	285 185	260 -*	240 -*
Cornell 4NНТВ, 8” и 6” ***	395 265	335 220	290 190	260 170	240 155	220 145
Cornell 4NНТВ, 6” и 5”	235 155	185 120	155 100	135 90	120 -**	110 -**

Примечания:

* расход ниже минимального для насоса;

** малая, экономически невыгодная производительность;

*** с использованием лагунной помпы или погружного насоса.

Как видно из таблицы, применяя шланговую систему с увеличенными диаметрами шлангов и насосом Cornell 6NНТВ, можно повысить ее производительность примерно в 2 раза, а с насосом Cornell 4NНТВ - в среднем в 1,85 раза по сравнению со стандартной комплектацией (с диаметрами шлангов 6” и 5” и насосом Cornell 4NНТВ).

«Плата» за высокую производительность

При выборе шланговых систем повышенной производительности необходимо учитывать следующие обстоятельства:

насос Cornell 6NНТВ требует контроля максимальных оборотов двигателя или использования магистральных шлангов с более высоким рабочим давлением;
у насоса Cornell 6NНТВ хуже характеристика по допустимым диаметрам твердых включений (51 мм), чем у насоса Cornell 4NНТВ (76 мм);
для обеспечения необходимой высоты всасывания при использовании насоса Cornell 4NНТВ потребуется использование мощного погружного насоса или лагунной помпы, что приводит к значительным дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам;
увеличение диаметра шлангов ведет к необходимости повышения прочности их стенок при тех же характеристиках по разрыву гидравлическим давлением, что приводит к повышению их стоимости;
вес заполненного буксируемого шланга примерно в 1,5 раза больше при использовании 6-ти дюймового шланга по сравнению с 5-ти дюймовым, что требует использования более мощного трактора (не менее 300 л.с. при поверхностном внесении);
может потребоваться большее количество транспортировщиков, так как уменьшается длина наматываемых шлангов на одну катушку;
максимальная длина транспортировки при использовании насоса Cornell 6NНТВ возрастает не очень сильно, особенно для навоза пониженной влажности, так как есть ограничение по минимальному расходу для этого насоса;
с учетом приемлемых скоростей движения трактора для внесения заданных норм навоза требуются широкие культиваторы;
в случае аварийных ситуаций (прорывы линий) при увеличении диаметров шлангов возрастают возможные объемы выливающегося навоза на поверхность поля.

Таким образом, при возникновении потребности увеличения производительности шланговой системы, выбор ее комплектующих необходимо доверять исключительно квалифицированным специалистам, так как итоговое решение будет индивидуально в каждом конкретном случае с учетом объемов навоза и сроков, отпущенных на его внесение на поля. Кроме того, важно учитывать, что повышение производительности шланговой системы влечет за собой значительное увеличение капитальных и эксплуатационных затрат, поэтому необходимо оценивать экономическую целесообразность применения систем с увеличенными диаметрами шлангов.

Автор: М.В. Леонов, И.В. Щеголева, В.В. Семин
Статья опубликована в журнале: "НИВА ПЛЮС" № 1-2, январь-февраль 2019 г.