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牧场电加热饮水槽设计方案

日期:2013-08-22 作者: 来源:

摘要:我国内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、新疆、河北、陕西、甘肃等地区是奶牛养殖的集中地,这些地区冬季气温较低,奶牛饮冰冷水会造成牛奶产量降低、流产等。奶牛电加热保温饮水槽可有效解决这些问题,保证冬季牛饮水温度在8-15℃,提高牛奶产量和整体饲养、管理水平,对增加养殖的经济效益具有极其重要的作用。一些劣质电加热饮水槽由于加工质量...

  我国内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、新疆、河北、陕西、甘肃等地区是奶牛养殖的集中地,这些地区冬季气温较低,奶牛饮冰冷水会造成牛奶产量降低、流产等。奶牛电加热保温饮水槽可有效解决这些问题,保证冬季牛饮水温度在8-15℃,提高牛奶产量和整体饲养、管理水平,对增加养殖的经济效益具有极其重要的作用。一些劣质电加热饮水槽由于加工质量及设计缺陷,频繁出现电牛、漏水、结冰等问题,给广大养殖户造成很大损失,为此,笔者结合国内外奶牛饮水器的设计制作经验,开发并成功试验出这种新型电加热饮水槽,以下就这种电加热饮水槽的组成及设计原理介绍。


  一、产品组成及特点


  1、产品组成:


  主要由电器加热控制系统、盛水槽体、支撑固定架、给排水管、专利浮子五部分组成。


  (1)电器加热控制系统:由于有些电加热饮水器虽然加有断电保护装置,但仍有电牛现象发生,因此本电加热饮水器采用220V交流电变压为24V,功率依据外界环境温度及风速等计算,我国北方地区一般为大于等于100W/每牛位,加热温度可根据用户需要进行调节。另外装有液位传感器和温度传感器,由配电箱统一控制,即能加热饮水,达到省电节能的目的;


  (2)盛水槽体:盛水槽体采用保温结构,内外层均采用不锈钢材料,保温层采用聚氨脂填充,容重20kg/m3,进排水口设在槽体两侧底部。


  (3)支撑固定架:支撑固定架为不锈钢支腿,表面整洁美观。


  (4)给排水管:进水管与预留的给水管连接,配备保温棉,特别寒冷的地区加电加热带等保温防冻措施;排水系统采用管路排水,加塞及滤网。


  (5)专利浮子:很多饮水器的设计、加热都很合理,只是由于浮子质量及奶牛场的水质问题,导致浮子经常漏水,让饮水器的加热保温性能功亏一篑,专利浮子是特殊设计的,可适应不同的水质,依据槽体内的水位能自动启闭,能够确保不漏水。


  2、特点:


  (1)整体结构结实、美观、安装方便;


  (2)结构形式依据牛的体尺设计牛饮水位的宽窄,使牛能够舒适的饮到水;


  (3)保证牛无论在多冷的天气也能喝到温水,提高产奶量,降低流产率;


  (4)保温型槽体、合适的槽体容积、大流量的进水阀能够满足牛饮水速度的同时,又减少了热损耗,降低能源消耗。


  (5)该产品性能稳定,采用24v电加热器,避免了传统220v加热器漏电对牛造成的伤害。


  二、设计依据


  1、加热系统功率的计算(以6牛位上表面积1.2m2的饮水器为例):


  饮水器电加热功率损耗计算主要有以下几部分:水的表面积与空气的对流、水的表面积蒸发、水与不锈钢材料的传导、水温度的提升吸热。


  (1)水的表面积与空气对流散热功率损耗P1= ME1T△(M表示饮水槽水的表面积,为1.2m2;E1表示1m2温度差为1度时的散热系数;T△表示水的表面积温度与水槽外环境的温度差)


  (2)水的表面积蒸发吸热主要是在有风的情况下,但和水的表面积、温度差都有正比例关系。P2=ME2T△(E2表示1m2温度差为1度时的蒸发散热系数)。


  (3)水与不锈钢材料的热传导也和水的表面积、温度差都有正比例关系,但我们有保温材料这部分可以不考虑。如果考虑也定义P3=M3E3T△(M3表示饮水槽水与不锈钢接触的表面积,约为2.4m2;E3表示1m2温度差为1度时的与不锈钢传导散热系数)。


  以上的E1、E2、E3,查资料系数都比较小又不好选择,我们推导以下公式:


  总的水槽散热功率P=P1+P2+P3=ME1T△+ME2T△+M3E3T△=ME1T△+ME2T△+2ME3T△=MT△(E1+E2+2E3)。我们将(E1+E2+2E3)定义为总的散热系数,当加热器的功率P电=P=MT△(E1+E2+2E3)时我们定义总的散热系数为平衡散热系数即E平,由于查找各分项散热系数不好确定,我们可以根据实际经验取E平,有下列公式P电=P=MT△E平。


  在内蒙古呼和浩特、多伦现场及冷库内试验测试得出的多组实际经验数据是:六牛位加热功率为600瓦的饮水器,外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,水槽内水温度为5℃;外界温度为-15℃时,水槽内水温度为10℃等等;所以有:600=1.2×25E平,E平=20瓦。


  因此,如果外界温度为-20℃,水槽内液位高度20厘米的时候,要让水槽内水温度为10℃,即温度差为30℃时,则水槽加热功率要增大到720瓦,才能维持平衡;但这要求给饮水槽供水的温度要在10℃以上,如果供水水温是5℃,我们来计算一下在2分钟(每批6头牛同时饮水时,如无外供水,饮水槽内的水量可供的饮用时间)内将0.24立方米的水加热到10℃所需要的加热功率值:根据能量守恒加热能量等于水温度升高吸收的能量,即:Pt=VCT(V表示体积单位L,C表示水的比热容,T表示摄氏度,水温升高的度数),所以有P*120=240×4200×5,P=42000瓦。


  要用这么大功率的饮水槽是不切实际的,因此电加热饮水器的加热功能主要是用来维持外界供水水温的,外界供水水温的高低对牛只饮到水的水温起决定性作用!


  三、结论


  1、电加热饮水槽的加热功能主要是用来维持外界供水水温不再降低,而对外界供水水温再加温是次要的;由于我国大部分地区60米以下的井水温度都在10℃以上,外界供水水温保持在10℃以上是较好实现的。


  2、实际测试值:饮水槽散热功率P= MT△E平(M表示饮水槽散热表面积;T△表示外界温度与水温度差;E平表示饮水槽平衡散热系数,约为20瓦)。


  3、如果在水槽上加塑料盖板,可以减小T△和E平起到保温的作用,制造一个水面与盖板空间的小环境,可起到保温的作用。


  4、由于浮子功能不好或饮水槽焊接质量问题导致漏水使E平增大都会使水槽结冰;


  5、由于断电等原因导致水槽结冰,要除掉结冰加入热水后再重新启动饮水槽加热功能,如果直接对结冰加热,由于冰融化了体积减小,要在加热器周围形成真空负压,越加热真空负压就越大,达不到融化整槽水的目的,所以这种情况绝对不允许。


  6、安装液位传感器、温度传感器和报警器可有效防止饮水槽故障的发生。

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