Требования к автоматизированным схемам управления микроклиматом в животноводческих помещениях.

Технологические требования к микроклимату в помещениях. Для нормального течения физиологических процессов в организме животных и птицы необходим чистый воздух в помещении по своим физико-химическим свойствам, близкий к атмосферному.

Крупный рогатый скот, содержащийся в помещениях с нерегулируемым микроклиматом, снижает продуктивность. У молочных коров при температуре выше 23 ос уменьшается УДОЙ, выше 26 ос - содержание жира в молоке, у жи­вотных учащается пульс и дыхание, затрудняется теплоотдача. С понижением температуры до минус 5 ос потребление кормов увеличивается в 1,5-2 раза.

Повышенная влажность воздуха также отрицательно сказывается на продуктивности. Установлено, что при повышении влажности на каж­дые 5% выше 85% у высокопродуктивных коров суточный удой уменьшается на 1,22-1,43 кг. Влияние температуры и влажности воздуха может усиливаться или ослабляться в зависимости от скорости воздуха.

Высокая влажность и повышенная концентрация вредных газов в Поме­щениях снижают резистивность организма. Животные чаще заболевают ту­беркулезом, стригущим лишаем и др.

Молодняк особенно чувствителен к условиям микроклимата. Резкие ко­лебания температуры, сквозняки и сырость в телятниках и родильных отде­лениях животноводческих ферм вызывают большую смертность телят, осо­бенно в первые недели жизни. При температуре выше 25 ос снижаются при­весы, замедляется рост и развитие молодняка. Влажность в помещениях 90% и выше предрасполагает телят к заболеванию легких.

В одинаковых условиях кормления, но при пониженной температуре, высокой влажности и большой скорости движения воздуха привесы молод­няка снижаются на 15-20%.

В помещениях для молодняка рекомендуется, кроме общей системы вентиляции, устанавливать над станками и клетками инфракрасные и ультрафиолетовые облучатели для обеспечения локального мик­роклимата.

Температура воздуха в помещении - важнейший фактор, определяю­щий физиологическое состояние свиней. При снижении температуры в сви­нарниках на 8-1О ^оС ниже оптимальной, среднесуточные привесы откормоч­ного поголовья уменьшаются на 40-60 г, а расход корма повышается на0,3-0,5 корм. ед. Неблагоприятна для взрослых свиней и высокая температу­ра. Если в помещении выше 21 ^ос, снижается темп роста, а выше 32 ^ос ­

животные резко худеют. Поэтому летом, особенно в жаркие дни, следует ув­лажнять полы и кожный покров свиней, усиливать в помещении скорость движения воздуха дополнительным вентилятором. Поросята, наоборот, очень нуждаются в тепле. В первую неделю их жизни температура должна поддер­живаться на уровне плюс 30 ^ос, ВО вторую - плюс 26 ^ос, в третью - плюс24 ^ос, в четвертую - плюс 22 ^ос.

Если не соблюдать правильный температурный режим в промышленных комплексах на 100 тысяч откармливаемых свиней в год, потери могут дости­гать 12-15 т в сутки, что составляет ежегодно более 4 000 т мяса.

Другой параметр микроклимата - влажность воздуха. Зимой при содержа­нии в неблагоприятных сырых помещениях свиньи заболевают бронхитами, вос­палением легких, мышечным ревматизмом, расстройством пищеварения, осо­бенно страдают молодые и ослабленные животные. При большой влажности воздуха в свинарниках увеличивается число патогенных микроорганизмов, гриб­ков, плесени. Поверхность тела свиней бывает мокрой и грязной.

Очень важно соотношение между температурой воздуха в помещении и скоростью его движения. Воздух одной и той же температуры ощущается хо­лодным, если он движется со скоростью более 1 м/с и нормальным при ско­рости движения 0,2-0,25 м/с.

В помещениях для свиней содержание в воздухе углекислоты, аммиака,

сероводорода не должно превышать максимально допустимых концентраций. Птица отличается от животных более интенсивным обменом веществ.

Цыплята на 1 -кг массы выделяют теплоты и поглощают кислорода примерно в 5-6 раз больше, чем крупный рогатый скот. В помещениях с неудовлетворительным микроклиматом привесы бройлеров уменьшаются на 6-7%, возникают заболевания органов дыхания, зрения, сердца, печени, крови и птица гибнет. Продуктивность кур снижается до 40-50%, расход кормов на единицу продукции повышается на 30-40%, за­болеваемость, особенно молодняка, увеличивается в 3-4 раза.

Благоприятное или неблагоприятное действие температуры на орга­низм зависит от ее интенсивности, длительности, а также от сочетания с другими факторами внешней среды.

При клеточном содержании кур в птицеводческих хозяйствах на про­мышленной основе особенно нежелательны резкие колебания температуры.

Источником повышения влажности в птичниках являются: легочное ды­хание птицы, испарение влаги с поверхности поилок, мокрого пола, корму­шек и других конструкций помещения.

Поскольку влажность воздуха как фактор микроклимата неразрывно связана с температурой и движением воздуха, то и влажность в птичниках может повышаться или понижаться. С повышением влажности воздуха испа­рение влаги органами дыхания птицы уменьшается. Кроме того, влага, на­сыщая воздух птичника, изменяет его теплоемкость и теплопроводность.

Высокая влажность воздуха в птичнике способствует снижению перева­риваемости питательных веществ корма, понижению отложения азота и уменьшению содержания гемоглобина в крови. Поэтому пребывание птицы в помещениях с высокой влажностью и низкой температурой часто вызывает простудные заболевания. При высокой влажности и температуре теплоотдача у птиц сильно затруднена, вследствие чего наступает перегревание организма и тепловой удар.

Воздух влажностью 50% считается сухим, вызывает раздражение слизи­стых оболочек дыхательных путей и глаз птицы, повышает хрупкость пера, усиливает потерю влаги организмом.

Синтез системы управления микроклимата в животноводческих помещениях и птичниках

К системам вентиляции предъявляются определенные требования — они должны создавать в различные периоды года, необходимый воздухообмен на единицу живой массы, животных (птицы) и обеспечивать равномерное распределение и циркуляцию воздуха внутри помещения, чтобы не было мест застоя и скопления влажного запрещенного воздуха («мертвых зон»).

Режимы работы вентиляционно-отопительного оборудования на протяжении всего года принято условно делить на три периода.

Холодный период охватывает сезон, когда вследствие низкой температуры наружного воздуха, тепла, вырабатываемого животными и птицей, не хватает для поддержания в помещениях необходимой температуры воздуха. С целью экономии тепла воздухообмен должен быть минимальным. Вследствие низкого влагосодержания холодного наружного воздуха в помещении наблюдается малая относительная, влажность. Воздухообмен определяется по условию удаления углекислоты, и лишь при небольших холодах — избытков влаги.

Переходный период охватывает весенний и осенний сезоны, в течение которых относительная влажность воздуха увеличивается по сравнению с холодным периодом. Температура принимает значение в промежутках от 0 до плюс 10°С. В этот период в зависимости от вида и возраста животных и птицы может наблюдаться как дефицит, так и избыток тепла, следовательно, действие дополнительного обогрева может иметь как регулярный, так и непостоянный характер, или отопительная система может не использоваться вовсе. Вследствие увеличенного влагосодержания наружного воздуха воздухообмен в переходный период определяется из условий удаления избыточной влаги или излишков тепла.

Теплый период соответствует летнему сезону, когда помещение не требует дополнительного обогрева, а, наоборот, в таких помещениях образуются излишки тепла, которые необходимо удалять при помощи резкого увеличения воздухообмена.

В дополнение к сказанному в таблице 11 приведены данные по воздухообмену в птичнике на 12 тысяч кур несушек.

Из чего следует, что при температуре наружного воздуха ниже 0 °С воздухообмен в животноводческих помещениях и птичниках минимальный, постоянный и определяется из условий удаления углекислоты. В переходный период воздухообмен плавно увеличивается и в начале периода определяется из условий удаления влаги, а в конце - из условий удаления тепла. В теплый период года воздухообмен резко увеличивается и определяется по температурному режиму внутри помещений. Так, увеличение воздухообмена для птичников по сравнению с зимним периодом 6-8. кратное, для свинарников 2,5-3 кратное.

Исходя из вышесказанного, оптимальная по технологическим и экономическим критериям будет являться САУ, представленная на рисунке 22, где воздухообмен в помещениях обеспечивается: в зимний период посредством датчика QE и регулирующего прибора QC концентрации СО₂ в помещениях; в переходный период посредством датчика ME и регулирующим прибором MC влажности воздуха и в летний период посредством датчика ТЕ и регулирующего прибора температуры ТС.

Рисунок 22 – САУ микроклимата

Способ регулирования (позиционное или непрерывное) определяется:

– технологическими требованиями к качеству регулирования;

– динамическими характеристиками ОУ;

– типом управляющего; устройства, допускающим позиционное или плавное управление регулирующим органом (РО).

Позиционные регуляторы являются наиболее простыми и удобными, поэтому им отдается предпочтение в случаях, если они удовлетворяют качеству регулирования.

Комплекты вентиляционного оборудования «Климат-2» и «Климат-З»

предназначены для систем воздушного обогрева и вентиляции жи­вотноводческих и птицеводческих помещений.

В состав комплекта оборудования входят две приточные отопительные вентиляционно-увлажнительные установки ПОВУ А 76-8 (ПОВУ А 76-1 О) или две приточные отопительно-вентиляционных установки ПОВА76-8 (по­ВА76-10) регулирующие клапаны (только для «Климат») 25ч931нж с приво­дом от электрического исполнительного механизма ПР-IМ для автоматиза­ции регулирования подачи воды в водяные калориферы.

Водяные калориферы подбирают по пpoeкту системы регулирования мик­роклимата конкретного помещения.

Калорифер от замерзания защищают входящим в комплект датчиком ТУ-Э-2 с пределами регулирования от О до 100 ос. Датчик монтируют на трубопроводе обратной воды. Наружный воздух проходит последователь­но секцию нагрева, жалюзийный клапан и увлажнитель. На нагнетании вентилятора установлен каплеуловитель.

Увлажнение воздуха осуществляется путем распыления воды, подавае­мой из напорного бака самотёком через электромагнитный клапан СВМ-25 на диск, приводимый во вращение с частотой 3000 мин -1.

Вентиляционные установки оснащены трёхскоростными электродвигате­лями обеспечивающими изменение воздухопроизводительности.

Частота вращения вентиляторов автоматически устанавливается про­порционально температуре в венmлируемом помещении, причем устрой­ство ТСУ-2-КЛ-УЗ

«Климатика-l» обеспечивает плавное регулирование вы­ходного напряжения в диапазоне

1 : 6.

Комбинированные приmочно-вытяжные, установки ПВУ-М объеди­няют в одной конструкции систему удаления загрязненного и систему подог­рева и подачи в помещение чистого воздуха.

Основой конструкции ПВУ -М (рис. 4.77) является вентилятор с рабочим колесом 2, имеющим два ряда лопаток. Внутренние' лопатки обеспечивают удаление загрязненного воздуха по внутреннему воздуховоду 3 (вытяжной ка­нал), а наружные-подачу в помещение наружного воздуха по кольцевому ка­налу между корпусом 5 и внутренним воздуховодом 3 (приточный канал).

Требуемая температура приточного воздуха обеспечивается теплообме­ном между удаляемым и приточным воздухом через гофрированную стенку внутpeннeгo воздуховода и за счет включения электродвигателей 4. Если этого оказывается недостаточно - включается рециркуляция, т.е. подмешивание удаляемого воздуха к нагнетательному в помещение. Рециркуляция осуществ­ляется через клапаны в теле вытяжного воздуховода, причем количество ре­циркуляционного воздуха может устанавливаться в диапазоне - 0-50% с по­мощью специального механизма.

Приточно-вытяжная установка состоит из секций: воздухораспределения, электронагревателей, промежуточных и оголовка.

Секция воздухораспределения (для обслуживания может откидываться на специальных шарнирах) имеет в нижней части 8 каналов распределения при­точного воздуха в радиальном направлении, причем сечение этих каналов мо­жет изменяться с помощью поворотных заслонок.

В корпусе секции электронагревателей, кроме смесительных клапанов и шести электронагревателей, находится флажковый выключатель, отключаю­щий питание нагревателей при выходе из строя вентилятора.

19. математическая модель парового котла. САР…

Как объект автоматизации котел может быть представлен моделью рисунка 33. Уравнения динамики, связывающие входные и выходные элементы имеют достаточно сложный вид. Например, с целью оценки влияния основных факторов на изменение уровня φ₁ и давления в барабане φ₂ без учета саморегулирования, влияния расхода топлива и давления пара в паровом коллекторе полные уравнения динамики:

(53)

(54)

Громоздкость расчетов постоянных времени и коэффициентов приводит к тому, что авторы уравнений рекомендуют определять некоторые из коэффициентов экспериментально [18].

Рисунок 33 – Модель парового котла: φ₁ – уровень в барабане котла; φ₂ – давление в котле; μ₁ – расход питательной воды; μ₂ – расход топлива; λ – нагрузка котла

Экспериментальные исследования, проведенные на котле ЛМЗ 26/13, что средние значения постоянных равны: T₁₁ = 91 c; T₁₂ = 3500 c; T₂₁ = 91 c; a = 2,37; T₂₂ = 330 c; T₃₁ = 91 c; T₃₂ = 301 c. Для других типов котлов эти значения можно рассчитать по формулам, приведенным в [18].

Системы автоматического управления котельными подразделяются на системы общекотельной автоматики, системы управления котлоагрегатами и выполняют следующие основные операции:

· технологическую защиту, предотвращающую аварии;

· технологическую блокировку, исключающую выполнение неправильных операций;

· автоматический контроль работы котлов;

· технологическую сигнализацию, извещающую персонал о ходе выполнения технологических процессов;

· дистанционное управление котлом (пуск и останов котлов);

· автоматическое регулирование.

Основными видами АСР котельных установок для котлов являются регулирование процессов горения и питания; для деаэраторов – регулирование уровня воды и давления пара.

Автоматическое регулирование процессов горения предусматривается для всех котлов, работающих на жидком или газообразном топливе. При применении твердого топлива АСР процессов горения предусматривают в случаях механизированных топочных устройств. Необходимость АСР на резервном топливе должна быть определена в ходе технико-экономического обоснования, выполненного с учетом расчетного времени работы котла на резервном топливе. Для аварийного топлива АСР не предусматривают.

Регуляторы питания рекомендуют устанавливать на всех паровых котлах. Для котлов паропроизводительностью более 0,55 кг/с (2 т/ч) установка регуляторов питания обязательна. Для котельных установок, работающих на жидком топливе, необходимо предусматривать АСР температуры и давления топлива. Котлы с температурой перегрева пара 100 ^оС и выше должны быть снабжены АСР температуры перегретого пара.

Рассмотрим построение АСР на примере парового котла типа ДКВР.

Регулятор нагрузки котла (рис. 34а) состоит из датчика давления типа МЭД (1а), регулирующего прибора (1б) и исполнительного механизма, регулирующего подачу топлива в топку (реализуется П-закон).

Регулятор соотношения топливо-воздух (рис. 34б) при работе на газовом топливе строят на базе регулирующего прибора 2в по двухимпульсной схеме. Один импульс поступает от дифманометра 2а типа ДМ, контролирующего давление газа, а второй – от дифманометра 2б типа ДТ2-200, измеряющего разность давлений в воздухопроводе и атмосферного воздуха. При работе котла на мазуте с помощью переключателя регулирующий прибор 2в переводят на трехимпульсную схему. При этом импульс от расходомера газа отключается и в схему включаются импульсы от расходомера пара.

а)

б)

Рисунок 34 – Схемы АСР парового котла типа ДКВР: а – регулятор нагрузки котла; б – регулятор соотношения топливо-воздух

АСР питания котла (рис. 35а) аналогична регулятору нагрузки котла и состоит из датчика уровня воды в котлоагрегате типа ДМ (дифманометр 3а), регулирующего прибора 3б, реализующего П-закон регулирования и исполнительного механизма, обеспечивающего непрерывную подачу воды в котел.

АСР разряжения в топке (рис. 35б). Импульс к регулирующему прибору 4б поступает от дифманометра 4а типа ДТ2-50, измеряющего разряжение в топке. Регулирующий прибор подает сигнал на заслонку управляющую сервомотором. При полностью закрытой заслонке и недостаточном разряжении в топке включается дополнительно вытяжной вентилятор. Регулирующий прибор реализует ПИ-закон регулирования.

а)

б)

Рисунок 35 – Схемы АСР парового котла типа ДКВР: а – АСР питания котла; б – АСР разряжения