Выбор параметров регулирующих устройств инкубатора

ТРАКТОРЫ И СЕЛЬХОЗМАШИНЫ № 6, 1970 г.

У Д К  636.082.474.1 — 5

• ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ 
ИНКУБАТОРА

Канд. техн. наук А. Л. ЭЙДИС (ВИСХОМ)

В процессе создания новой конструкции инкубатора возникает ряд трудностей, связанных с выбором основных технологических и конструктивных параметров функциональных систем 
камеры и ее узлов.

Основным параметром инкубатора в технологии выращивания и содержания птицы в специализированных 
хозяйствах, 
различных по направлению и величине, является количество одновозрастного молодняка, получаемого по истечении одного 
цикла инкубации из каждой камеры. Анализ 
хозяйственной 
деятельности производственных инкубаториев, а также технологии перспективных крупных птицеводческих хозяйств, проведенный в ВИСХОМе, позволил обоснованно подойти к решению вопроса выбора емкости камеры инкубатора. Именно этот 
основной технологический параметр инкубации должен лечь 
в 
основу расчетов всех функциональных систем новой камеры и 
в том числе автоматики.

В то же время конструкция инкубатора и параметры регулирующих звеньев системы 
автоматического 
регулирования 
режима зависят от принятого способа загрузки лотковой системы, которая может быть единовременной, когда весь полезный 
объем камеры заполняется одной партией яиц и полностью освобождается от нее по истечении периода инкубации, и периодической, когда яйца закладывают в камеру через равные промежутки времени партиями, заполняющими часть полезной емкости лотковой системы.

Инкубационные камеры с периодической загрузкой и выгрузкой лотковой системы имеют наибольшее распространение 
и 
известность. Но создать внутри камеры при такой технологии

инкубации наиболее благоприятный режим для всех партий яиц 
с различным эмбриональным развитием невозможно. Этим 
в 
значительной степени можно объяснить ту часть 
потерь 
в 
процессе инкубации, которая последовала вследствие длительного отклонения режима па каком-либо этапе развития эмбрионов.

Преимущество технологии единовременной загрузки 
всего 
объема лотковой системы перед периодической заключается 
в 
гом, что она позволяет обеспечить наилучшие условия развития эмбрионов всей массы яиц на разных возрастных этапах, 
избежав при этом длительных отклонений от заданного режима. Однако в этом случае на процесс регулирования 
режима 
инкубации большее влияние оказывает масса яиц, которая характеризуется значительной неравномерностью тепло- и влаго- 
выделений, а также выделением С 02 по мере развития эмбрионов (рис. 1).

Естественно, что такая неравномерность окажет существенное влияние как на выбор всей системы автоматического регулирования, так и на обоснование параметров регулирующих 
устройств. В результате проведенного анализа был сделан вывод, что инкубационная камера емкостью в 13— 13,5 тыс. куриных яйцемест с единовременной загрузкой всего объема лотковой системы наиболее 
полно 
удовлетворяет 
специфическим 
условиям развития отечественного птицеводства ([1] и является 
перспективной.

В настоящее 
время 
подбор 
параметров 
регулирующих 
устройств осуществляется эмпирически или на основании опыта. Такой подход не позволяет в короткий срок повысить тех

Выделение углекислоты^ 
Тепловыделение яиц

№ 6, 1970 г. ТРАКТОРЫ И СЕЛЬХОЗМАШИНЫ
31

нический уровень инкубаторов. Повысить качество регулирования режима инкубации можно только на основе правильного, 
теоретически обоснованного подбора параметров всех звеньев, 
в том числе и исполнительных устройств, на основе изучения 
процессов, протекающих в камере инкубатора. Для этого необходимы инженерные методы расчета параметров устройств системы регулирования режима инкубации, которые позволили бы 
с минимальным расходом времени и с достаточной для практи
ккал/ч

0 
4 
8 
12 
1В 20 24 28
10 
14 
18 22 26

0 
4 
8 
12 16 20 24 28

Дни инкубации

Рис. 1. Выделение эмбрионами 
тепла, влаги и CO-j в ходе инкубации (на 1000 яиц): а — куриными; б — утиными, в — гусиными

Дни инкубации

ческой деятельности конструктора точностью определить мощность нагревательных элементов, производительность увлажнителей, кратность воздухообмена и поперечное сечение приточных и отводных воздушных каналов в любой день инкубации 
и при различных параметрах приточного воздуха.

Для решения поставленных задач целесообразно рассматривать равновесное установившееся состояние процессов, протекающих в камере инкубатора. При этом 
в каждый момент 
периода инкубации Р параметры воздуха в камере должны 
удовлетворять 
уравнению 
состояния Р  =  F(tK, f K, gK), 
где, 
Чк и Sk — соответственно 
температура, 
относительная 
влажность и концентрация С 02 в воздухе в камере инкубатора, или P  =  F(IK, d K, k ) где IK = f ( t K, <fK) — теплосодержание; dK—f  (tK, <р«)— влагосодержапие и k = f ( t K, <рк, gK) — 
кратность обмена воздуха в камере инкубатора.

Перспективной схемой организации 
воздухообмена с точки 
зрения наиболее полного удовлетворения требований технологии инкубации и наименьших затрат при подготовке воздуха, 
подаваемого в камеру, является схема с отводом отработанного воздуха из инкубатора в атмосферу и притоком свежего воздуха непосредственно из 
помещения 
инкубатория |[2]. 
Для 
крупных инкубаториев, по всей вероятности, целесообразно использовать крупные кондиционеры, позволяющие обеспечивать 
все камеры воздухом с заданными параметрами.

В том и в другом случае можно с достаточной степенью точности допустить, что в течение инкубационного периода параметры приточного воздуха в камеру (In, d n и g n) постоянны, 
а для расчетов могут быть выбраны из учета климатических 
условий и времени года. Тогда искомые параметры регулирующих органов для конструктивно 
оформленной 
камеры 
из 
условия размещения п тысяч куриных яиц могут быть определены из совместного решения трех уравнений: уравнений теплового и влажностного балансов и уравнения, 
отражающего 
взаимосвязь кратности воздухообмена от содержания 
С 02 
в 
камере:

«L (Ik — In) — Qji (т) +  Qe +  riQa (т) +  nrG (т) +  

^  О*) tyy С +  Qn;

KL{dK- d n) =  Щ т) +  лО(т);

=  
ng9M (т)

К 
(gK-g n ) Т I ’

0)

где iL — свободный объем воздуха в камере в л<3; у — усредненный удельный вес влажного воздуха в рабочем объеме камеры в кг/м3; Qк — количество тепла, поступающего от нагревателя; Qn — количество тепла, поступающего от яиц в результате биохимических реакций, в ет; Qe — тепло, поступающее от работы технологического оборудования и, в частности, 
от привода вентилятора, в ет; Qn — количество тепла, теряемого через стенки камеры инкубатора, в от; rG — количество 
тепла, поступающего с водяными парами 
«з яиц, в ет; г — 
удельная теплота испарения в вт-ч/кг; G —- количество водяных паров, выделенных яйцом в час, в кг/ч; W — количество 
воды, испарившейся с увлажнителя в час, в кг/ч; tw — температура поверхности жидкости в °С; С —■ теплоемкость воды в 
вт-ч/кг°С; х — время, отсчитываемое е начала 
инкубации, 
в 
ч; g эм — количество С 02, выделенного 
эмбрионом за час, 
в кг/ч; g K, g n — соответственно концентрация С 02 в воздухе- 
в камере инкубатора и в инкубатории в г/кг.

Известно, что процесс развития эмбрионов связан с поглощением и выделением тепла как явного, так и скрытого. Поэтому 
члены nQx(x) и nrG{т) по праву заняли место в уравнении 
теплового баланса системы (1). В общем виде они 
записаны 
со знаком плюс, хотя первый этап развития эмбриона связан 
с поглощением тепла из воздуха, а второй — с выделением его в больших количествах из яиц. Это в дальнейшем изложении учитывается при графическом решении уравнений системы (1), где функция полного теплового потока яиц Q 
от 
времени инкубации х является знакопеременной.

Подобные сомнения может вызвать знак, стоящий перед 
следующим слагаемым уравнения теплового баланса W{x)twC. 
В этом случае на выбор знака рассматриваемого члена уравнения будет оказывать температура поверхности воды увлажнителя. Если температура испаряемой воды будет ниже точки 
росы или равна ей, следует применять знак минус. Если же 
поверхность воды на испарителе будет равна температуре мокрого термометра или выше ее, следует 
использовать 
знак 
плюс 1[3].

В уравнение теплового баланса входят также Q„ и Q„, которые для определенного конструктивного 
решения 
камеры 
инкубатора постоянны. Исходя из испытаний инкубатора «Универсал 45», алгебраическая сумма 
Q„— Q„ — W( x ) t w C =  
=  Qnpo'ti 
где tw меньше температуры мокрого термометра tM 
на 9°С, примерно равна нулю. Для более точного расчета эта 
алгебраическая сумма может быть подсчитана и с соответствующим знаком введена в уравнение как константа. Тогда 
уравнение теплового баланса можно записать в виде

{1к 
In) = Qh СО + п [ Qa (t) -j- rG (t)J + QnpoH • 
(2)

Левая часть уравнения (2) может быть представлена в виде лучей, исходящих из точки /* на оси ] при различных значениях к и отсекающих на оси абсцисс .Q 
соответствующие 
значения (рис. 2) необходимой мощности источников 
тепла, 
при 
изменении 
теплосодержания 
приточного 
воздуха 
от 
1п=К до /„ =  0 (сектор ///) .

Слагаемое правой части уравнения (2) rt[CMt)+rG(T)] =  Q 
представляет собой зависимость теплопродукции эмбрионов от 
дня инкубации, которая представлена графически в секторе IV. 
Тогда средняя мощность нагревателя в каждый момент инкубации может быть найдена как

Qh  (г) =  k L (1к -  In) - п  [Q„ (т) +  rG (т)] -  Qnpo4 
(3)

графическим путем при конкретных значениях к.

Для удобства графического решения (2) и (3) при различных параметрах приточного воздуха, а также для определения 
знака QnpoH 
в случае его учета в секторе 
II 
расположена 
I-d — диаграмма .

Из уравнения баланса влажности аналогично найдено решение для левой его части, которое представлено в секторе / 
в системе координат d— W, а в секторе VI для емкости камеры 13,5 тыс. куриных яиц представлена зависимость влаговы- 
делений яиц от возраста эмбрионов.

Отсюда среднюю производительность увлажнителя в любой 
день инкубации можно определить из уравнения

W (~) =  k L (dK — dn) — nG (т). 
(4)

Однако уравнения (3) и (4) можно решить только при условии заданного значения к. Выбор кратности воздухообмена в 
камере инкубатора наряду с условиями оптимального поддержания температуры /*, влажности -<р* в значительной степени 
зависит от концентрации С 02 в воздухе. Поэтому 
согласно 
третьему уравнению системы (1) в секторе V построено семейство кривых к—/т0 для различных объемов воздуха в камере 
инкубатора от 5 до 9 л3 при 
ее 
единовременной 
загрузке

ТРАКТОРЫ И СЕЛЬХОЗМАШИНЫ Н« б, 1970 г.

13,5 тыс. яиц, содержании С 02 в приточном воздухе 0,05% 
и 
при расчетной концентрации С 02 
в рабочем 
объеме 
камеры 0,3%.

При определении кратности воздухообмена -необходимо проанализировать влияние этого параметра на условия тепловлаго- 
обмена и концентрацию С 02 по графическому материалу, представленному в секторах IV, V, VI.

Параметр режима инкубации, требующего наибольшей кратности воздухообмена в рассматриваемый период 
инкубации, 
является основным при выборе закона регулирования.

Таким образом, зная день инкубации 13,5 тыс. куриных эмбрионов, объем камеры, параметры приточного воздуха и заданный режим инкубации, можно простым графическим 
построением с достаточной степенью точности определить среднюю мощность 
нагревателей, 
среднюю 
производительность 
увлажнителя и кратность воздухообмена.

Для примера нами рассчитаны средние значения мощности 
электронагревательных элементов и производительности увлажнителей при оптимальных значениях кратности воздухообмена 
в любой момент процесса инкубации при единовременной загрузке лотковой системы для камер с объемом воздуха 5 
и 
9 м3 при следующих начальных условиях: tK—37,5°С; <рж=54%;

=  0,3%, /„ =  20°С; -ф„ =  50%; £„ =  0,05%.
Согласно описанной ранее методике, на 
I—d 
диаграмме 
(сектор II) находим точки, характеризующие состояние 
приточного и рабочего воздуха и соответствующие 
им числовые 
значения теплосодержаний Л, /2 и влагосодержаний d ь d2 па 
осях ординат в секторах 1 и III.

Для рассматриваемого случая из точек 
/ 2= 22,6 ккал/кг 
и 
rf2 = 22,6 г/кг исходят семейства лучей при к от 0 до 22 1 /ч.

Точки пересечения лучей с прямыми, проведенными из точек 
/ 1 =  9,2 ккал/кг и d\=l,2 г/кг параллельно осям абсцисс Q 
и 
W, характеризуют необходимые параметры нагревателей и увлажнителей для данных конкретных условий без учета влияния массы яиц и технологического оборудования в зависимости от кратности воздухообмена.

Рис. 2. Номограмма определения параметров регулирующих органов САР инкубатора

№ 6, 1970 г. ТРАКТОРЫ И СЕЛЬХОЗМАШИНЫ
33

На основании анализа номограммы, где в секторах IV, V 
и VI представлены зависимости выделений тепла, влаги и С 02 
13,5 тыс. яиц от возраста эмбриона, видно, что для камеры со 
свободным объемом воздуха 5 м3 из условия 
поддержания 
требуемого влажностного режима инкубации необходимо 
до 
8-го дня, а для камеры со свободным объемом 9 м3 до 10-го 
дня поддерживать кратность воздухообмена ;с=2. Начиная 
с 
8-го дня (5 м3) или 10-го дня (9 м3) кратность воздухообмена должна выбираться из условия поддержания заданной концентрации С 02 в рабочем пространстве камеры — 0,3%.

Определив характер изменения кратности воздухообмена 
в 
зависимости от возраста эмбриона, можно графическим 
построением в секторах III и IV получить закон изменения мощности электронагревателей и производительности увлажнения 
при непрерывном и дискретном регулировании кратности воздухообмена для конкретного объема воздуха в камере.

Первый вывод из проведенного расчета подтверждает правильность проводимых ранее исследований о необходимости регулирования температуры воздуха в камере инкубатора методом неполного притока, кроме того, в течение всего инкубационного периода в камерах 5 и 9 м3 должен быть включен нагревательный элемент мощностью порядка 100 вт. 
Мощность 
нагревательного элемента, необходимая для поддержания режима в ходе инкубации, даже при дискретном регулировании 
воздухообмена не должна превышать 500 вт, а при непрерывном — не более 400 вт. В настоящее время для этих же целей

используются нагреватели мощностью 1000 вт, что значительно 
увеличивает амплитуду колебаний tK и их частоту.

Графическое решение в секторе VI позволяет с достаточной 
точностью определить производительность увлажнителей 
при 
различных объемах камеры инкубатора. Максимальная производительность увлажнителя для камеры 5 м3 равна 1600 г/ч, 
а для объема 9 м3— 1440 г/ч.

Разработанная номограмма позволяет выбрать также режимы воздухообмена, которые необходимы в любой день инкубации единовременной партии, что позволяет значительно повысить экономическую эффективность новых камер за счет непроизводительных затрат вследствие завышенной кратности воздухообмена и более равномерного распределения температурного 
и влажностного поля в рабочем объеме. Кроме того, номограмма позволяет согласовать и экономически оптимально выбрать 
конструктивные параметры камеры инкубатора 
и параметры 
всех исполнительных элементов.

Литература

1. X м ы р о в В. А., 
Э й д и с А. Л. Об инкубаторе для промышленного птицеводства. «Птицеводство», 1969, № 2.

2. 3 а м о т а е в В. И., 
Л е в М. Л. Воздухообмен по новой 
схеме. «Сельский механизатор», 1965, № 1.

3. Н е с т е р е н к о  А. В. Основы термодинамических расчетов вентиляции 
и кондиционирования 
воздуха 
М., 
изд-во 
«Высшая школа». 1962.