Приложение А (рекомендуемое). Методика гидравлического расчета напорных навозопроводов

Приложение А
(рекомендуемое)

Методика гидравлического расчета напорных навозопроводов

А. 1 Рекомендации по проектированию напорных навозопроводов

А.2. Гидравлический расчет напорных навозопроводов

А.3 Пример гидравлического расчета напорного навозопровода

А.1 Рекомендации по проектированию напорных навозопроводов

Накапливаемый на животноводческих предприятиях бесподстилочный навоз представляет собой трехфазную коллоидно-полидисперсную массу. В его состав входят твердые и жидкие испражнения животных, остатки кормов, технологическая вода, а также газы, образующиеся в результате биохимических процессов, протекающих в навозе во время его хранения.

Основными физико-механическими характеристиками навоза и навозных стоков, обуславливающими надежную и эффективную работу трубопроводного транспорта, является фракционный состав навоза, его седиментационные (способность расслаиваться) и реологические (деформационные, вязкостные) свойства. Вязкость навоза и его плотность существенно влияют на потери напора.

С повышением влажности навоза его вязкость уменьшается, а предельное напряжение сдвига стремится к нулю.

Навоз различных половозрастных групп свиней и крупного рогатого скота имеет влажность 86 - 91% и не разделяется на фракции при отстаивании. Расслоение навоза происходит при влажности 92% и более, причем, при влажности 96,5% оно происходит интенсивно, а выпадаемый осадок уплотняется, что вызывает необходимость постоянного перемешивания навоза.

Повышение степени разбавления навоза водой при одновременном перемешивании его сопровождается увеличением содержания растворенных веществ и уменьшением содержания взвешенных веществ, выпадающих в осадок.

При влажности навозной массы менее 92%, когда не происходит расслоения, скорость движения в навозопроводе может быть менее 0,7 м/с. Навозные стоки влажностью более 92% при малой скорости движения подвергаются расслоению. При этом часть твердой фракции оседает на стенки трубы, уменьшая живое сечение навозопровода.

После прекращения работы насоса осевший осадок затвердевает, что в конечном счете может привести к закупорке навозопровода.

Для предотвращения закупорки напорного навозопровода скорость движения в нем должна быть не менее незаиливающей, приведенной в таблице А.1, а перерывы в работе насоса должны быть минимальными.

Таблица А.1 - Значения незаиляющей скорости

Диаметр навозопровода, мм	Незаиляющая скорость для навозных стоков, м/с
	свиней	крупного рогатого скота
150	0,90	0,70
200	1,00	0,75
250	1,10	0,80
300	1,20	0,85
400	1,25	0,96

При невозможности обеспечить необходимые скорости движения и при перерывах в перекачке навозных стоков более 2 часов необходимо предусматривать промывку напорных навозопроводов технической или осветленной сточной водой. Скорость движения воды при промывке принимается в пределах 1,2 - 1,5 м/с. Объем промывной воды должен быть не менее полуторного объема промываемого навозопровода.

Напорные навозопроводы, как правило, следует прокладывать в две нитки.

А.2. Гидравлический расчет напорных навозопроводов

Гидравлический расчет напорных навозопроводов следует проводить на максимальный секундный расход.

Расход стоков, протекающих в навозопроводе:

, (1)

где: W- площадь живого сечения навозопровода, ;

V - средняя скорость движения стоков в навозопроводе, м/с.

Площадь живого сечения навозопровода:

, (2)

где: - расчетный внутренний диаметр навозопровода, м.

Тогда , из этой формулы определяем

, (3)

Скорость в напорных навозопроводах назначается с учетом реологических и седиментационных свойств, незаиляющей скорости и влажности навозных стоков, а также диаметра навозопровода.

Для определения диаметра навозопровода предварительно задаются скоростью, равной незаиляющей (таблица А.1).

Незаиляющая скорость в трубах достигает максимального значения при влажности навозных стоков свиней 96% и навозных стоков крупного рогатого скота 97%.

По заданному расходу и полученному диаметру определяют скорость движения стоков

Гидравлический уклон (величина потерь напора на единицу длины) определяется по формуле:

, (4)

где: - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);

g - ускорение свободного падения, .

Коэффициент гидравлического трения определяют в зависимости от реологических свойств сточных вод.

Для навозных стоков влажностью 86 - 93% и ламинарном режиме движения коэффициент гидравлического трения определяется:

- для стоков свиней

при ; (5)

- для стоков крупного рогатого скота:

при ; (6)

где: - обобщающее число Рейнольдса, вычисляемое по формуле:

, (7)

где: - динамическая вязкость, ,

- плотность, ,

- предельное напряжение сдвига, Па.

Значения, приведены в таблице А.2 и А.3.

Таблица А.2 - Ориентировочные значения динамической вязкости, плотности, предельного напряжения сдвига навоза и навозных стоков свиней

Влажность навоза и навозных стоков, %	Характеристика навоза и навозных стоков
	,	,	, Па
86	0,700	1054,4	50
87	0,520	1050,4	30
88	0,400	1046,4	20
89	0,320	1042,4	15,0
90	0,280	1038,4	9,0
91	0,220	1034,4	5,0
92	0,200	1030,3	1,8
93	0,150	1026,3	1,6
94	0,100	1022,3	0,9
95	0,020	1018,5	-
96	0,016	1014,3	-
97	0,011	1010,1	-
98	0,006	1005,0	-

Таблица А.3 - Ориентировочные значения динамической вязкости, плотности, предельного напряжения сдвига навоза и навозных стоков крупного рогатого скота

Влажность навоза и навозных стоков, %	Характеристика навоза и навозных стоков
	,	,	, Па
86	1,300	1034,2	75,0
87	1,200	1032,2	60,0
88	1,000	1029,6	50,0
89	0,800	1026,9	40,0
90	0,600	1024,4	37,0
91	0,450	1021,8	14,0
92	0,300	1019,1	5,0
93	0,100	1016,5	2,5
94	0,080	1013,9	1,0
95	0,050	1011,3	-
96	0,035	1008,7	-
97	0,030	1006,1	-
98	0,010	1003,5	-

При температуре 18 - 20°С и влажности 86 - 92% плотность навоза составляет (в результате образования пузырьков газа).

Для навозных стоков свиней и крупного рогатого скота влажностью 86 - 98% и турбулентном режиме движения коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:

, (8)

где: для стоков свиней;

для стоков крупного рогатого скота.

Для навозных стоков свиней и крупного рогатого скота влажностью 93 - 98% и ламинарном режиме движения коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:

, (9)

где: для стоков свиней;

для стоков крупного рогатого скота.

Для навозных стоков свиней и крупного рогатого скота влажностью 93 - 98%

,

Потери напора по длине трубопровода, м, определяются по формуле:

,

где - длина навозопровода, м;

местные потери напора принимаются 0,10 - 0,12 потерь напора по длине.

Необходимый напор (м) насоса определяется по формуле:

, (12)

где: - потери напора по длине навозопровода, м;

- местные потери напора, м;

- геометрическая разность отметок всасывания и подачи, м;

- свободный напор, м.

При проектировании нового животноводческого предприятия влажность навоза и навозных стоков определяется расчетным путем, при реконструкции - путем проведения анализов. В случае отсутствия данных по влажности для предварительных расчетов можно пользоваться значениями, приведенными в таблице А.4.

Таблица А.4 - Ориентировочные значения влажности навоза и навозных, стоков при различных способах удаления навоза

Способ удаления навоза	Влажность навоза и навозных стоков, %
	в каналах навозоудаления	при выходе с предприятия
Механический	88-90	-
Гидравлический:
- самотечный:	-
а) непрерывного действия и секционный	89-92	95,5-97,0
б) периодического действия	90-94	96,0-97,5
- смывной:
а) бесканальный	92-95	97,0-98,0
б) канальный (баки, насадки)	93-96	97,5-98,5

А.3 Пример гидравлического расчета напорного навозопровода

Задача

Определить необходимый напор для перекачки навозных стоков свиней влажностью 92% с расходом 18,0 л/с по стальному трубопроводу на расстояние 500 м при геометрической разности отметок всасывания и подачи 10 м.

Решение

По таблице А.1 находим незаиляющую скорость 0,90 м/с и задаем скорость в трубопроводе, равную ей.

По формуле (3) определяем расчетный внутренний диаметр навозопровода:

Принимаем навозопровод из стальных труб с внутренним диаметром 160 мм.

По таблице А.2 при влажности навозных стоков 92% находим характеристики сточных вод:

;

По заданному расходу 18 л/с и определенному внутреннему диаметру 160 мм находим фактическую расчетную скорость:

.

Принимая во внимание, что влажность навозных стоков свиней равна 92%, вычисляем обобщенное число Рейнольдса по формуле (7):

.

Учитывая, что , т.е. режим движения в трубопроводе ламинарный, коэффициент гидравлического трения вычисляется по формуле (5):

.

Гидравлический уклон находится по формуле (4):

.

Потери напора по длине трубопровода определяются по формуле (11):

.

Необходимый напор насоса определяется по формуле (12):