Механизация животноводства

     Введение 

     Одним из главных путей роста эффективности  производства продукции животноводства, дальнейшего повышения его продуктивности и качества конечного продукта является усовершенствования технологий кормления, водоснабжения, содержания животных и  многих других.

     Уровень молочной продуктивности зависит от наследственности, породы, физиологического состояния, условий кормления. Содержания использования животных. Из факторов физиологического порядка, воздействующих на молочную продуктивность, большое  значение имеют возраст, продолжительность  лактации, стельность, половой цикл. К условиям внешней среды, влияющим на удой, прежде всего, следует отнести  кормление, содержание, температуру  и влажность воздуха, сезон отела, технику и кратность доения. Таким  образом, на молочную продуктивность оказывают  влияние многочисленные факторы, ряд  из них действует совокупно, а  поэтому установить меру влияния  каждого из них в отдельности  очень трудно. Однако, несмотря на это, специальными исследованиями удалось  определить степень значения некоторых  факторов, что очень важно для  работы по повышению молочной продуктивности скота.

     Относительно  молочно-товарных ферм одним из основных производственных процессов является водоснабжение – ответственный  в технологическом отношении  и достаточно трудоемкий процесс.

     Продуктивность  и здоровье животных в значительной мере зависит от снабжения их доброкачественной  водой. Вода, предназначенная для  поения сельскохозяйственных животных, по своим качествам, мало отличается от используемой человеком. Своевременное и в достаточных количествах потребление животным воды в сочетании с рациональным и полноценным кормлением способствует достижению их высокой продуктивности. Хорошо налаженный водопой обеспечивает повышение удоя коров на 25-30%. С физиологической точки зрения целесообразно удовлетворять животных питьевой водой вволю, давать ее многократно, лучше через равные промежутки времени.

     В настоящее время необходимо совершенствовать линии водоснабжения на фермах с  тем, чтобы снизить материальные, энергетические и трудовые затраты  на производство продукции.

     Целью данного проекта является проектирование линии водоснабжения на молочно  – товарной ферме.

     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

     - обоснование проектируемой поточной  технологической линии;

     - технологический расчет разрабатываемой линии, выбор необходимого оборудования;

     - описание устройства, работы, правил эксплуатации и обслуживания оборудования разработанной линии;

     - безопасность и экологичность  проектных решений;

     - расчет технико – экономических  показателей проектируемой линии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         1 Обоснование проектируемой поточной технологической линии

     При организации водоснабжения важно  правильно выбрать источник воды.

     Источниками водоснабжения могут служить  поверхностные (открытые) и подземные (закрытые) водоемы.

     Использование открытых водоемов допускается как  исключение. Их делят на естественные (реки, озера, ручьи) и искусственные (пруды, каналы и др.). Поверхностные  источники более доступны для  водоснабжения. Однако вода этих источников часто требует очистки или  обеззараживания, что значительно  увеличивает ее стоимость. Особенно загрязнена вода у берегов. Поэтому  место забора воды должно быть удалено  от берега и по возможности расположено  на большой глубине.

     Как источники водоснабжения подземные  воды имеют большое распространение. Как правило, они лучше поверхностных  вод по качеству и широко распространены по территории нашей страны. Подземные (закрытые) источники могут быть двух видов: грунтовые и межпластовые. Воды, залегающие на глубине 40...50 м от поверхности земли (над первым водонепроницаемым  слоем), называют грунтовыми. К грунтовым  водам относят также подземные  воды, залегающие на небольшой глубине (3...5 м от поверхности земли), которые  часто называют "верховодками". Эти воды могут загрязняться просачивающимися с поверхности нечистотами. Воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми слоями (пластами), называются межпластовыми. Межпластовые воды разделяют на безнапорные  и напорные (артезианские). Напорные (артезианские) воды заполняют всю  толщу водоносной породы и под  давлением поднимаются в колодцах на большую высоту, а иногда и  фонтанируют. Безнапорные воды залегают между двумя водонепроницаемыми слоями (пластами) породы, не полностью  заполняют слой и имеют свободную  поверхность.

     Межпластовые  воды (напорные и безнапорные) хорошо защищены от поверхностного загрязнения  и обладают высокими вкусовыми качествами. Запасы межпластовых вод велики; температура их в течение года изменяется незначительно. Эти источники считаются наилучшими для водоснабжения в сельском хозяйстве.

     Для забора воды из источников используют устройства, называемые водозаборными  сооружениями. Для поверхностных  источников воды применяют русловые и береговые водозаборные сооружения.

     Русловые  водозаборы применяют в тех случаях, когда воду берут из средней части  реки, имеющей пологие берега и  небольшую глубину. Береговые водозаборы применяют при достаточной глубине  у берега реки и устойчивом грунте.

     Для забора воды из подземных источников применяют шахтные и трубчатые  колодцы.

     Шахтные колодцы обычно сооружают при  залегании подземных вод на глубине  не более 40 м. Такой колодец (рисунок 2) представляет собой вертикальную выработку в грунте, врезающуюся  в водоносный пласт, и состоит  из шахты 4, водоприемной части 5 и оголовка 2. Шахту делают квадратного сечения  со стороной 1…3 м или круглой  диаметром 1…3 м. Для крепления стен шахты применяют дерево, камень, бетон, железобетон, кирпич.

     Трубчатые колодцы применяют для забора подземных вод, залегающих на глубине  до 150 м, а иногда и глубже. Такой  колодец представляет собой глубокую пробуренную скважину диаметром  до 350 мм. Стенки скважины закрепляют обсадными  трубами, которые предохраняют колодец  от обвала и перекрывают водоносные слои, расположенные выше эксплуатируемого водоносного горизонта. Внутри колонны  труб размещают водоподъемное оборудование.

     Трубчатые колодцы оборудуют щелевыми, сетчатыми, гравийными или блочными фильтрами. Тип фильтра выбирают в зависимости  от гранулометрического состава  водоносных пород. В устойчивых каменных породах с трещинами устраивают бесфильтровые трубчатые колодцы, в которых вода из водоносного слоя поступает непосредственно в нижнюю часть ствола колодца.

     Основные  рабочие органы насосных станций - насосы и водоподъемники.

     Насосами  называют гидравлические машины, предназначенные  для подъема, нагнетания и перемещения  жидкости.

     По  принципу действия насосы подразделяют на следующие основные группы:

     лопастные (центробежные, диагональные и осевые), в которых жидкость перемещается под действием вращающегося рабочего колеса, снабженного лопастями;

     объемные (насосы вытеснения), к которым относят  поршневые и роторные (винтовые, шестеренчатые, шиберные и др.);

     струйные (эжекторы), в которых для подачи жидкости используется энергия другого  потока жидкости.

     Водоподъемники  применяют следующих типов:

     воздушные (эрлифты и пневматические насосы замещения), в которых для подъема  воды используется сжатый воздух;

     гидроударные (гидравлические тараны), в которых  вода нагнетается давлением, появляющимся при гидравлическом ударе;

     ленточные и шнуровые, основанные на смачивании водой непрерывно движущейся ленты (шнура).

     В сельскохозяйственном водоснабжении  широкое распространение получили центробежные насосы. Они просты по конструкции, надежны и удобны в  эксплуатации. Центробежные насосы применяют  для подачи воды из открытых источников, шахтных и трубчатых колодцев. При вращении рабочего колеса вода, увлекаясь лопастями, начинает вращаться вместе с колесом и под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса к периферии и далее через напорный патрубок в трубопровод водопроводной сети.

 

     Добываемая  из различных источников природная  вода не бывает совершенно чистой. Соприкасаясь в процессе кругооборота на поверхности  и в земле с различными веществами, она смешивается с ними и частично растворяет их. В воду также попадают различные микроорганизмы, которые  могут быть возбудителями заболеваний. Поэтому не всякую воду можно употреблять  для поения животных и технических  целей.

     Питьевая  вода должна быть чистой, прозрачной, без 
цвета и запаха, не содержать вредных веществ, патогенных 
микроорганизмов и яиц гельминтов. Показатели санитарно 
- гигиенического качества питьевой воды регламентируются        ГОСТ 2874-73 и 2761-57, в которых указаны допустимые пределы значений ее физических, химических и бактериологических свойств.

     Допустимые  нормативы содержания в питьевой воде различных химических веществ  и степени бактериального загрязнения  определены ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая». Соответствующие показатели и нормы (не более или в диапазоне) следующие: запах при 293 К и подогревании воды до 333 К, баллов - 2; привкус при 293 К, баллов - 2; цветность по имитирующей шкале, град — 20; мутность по стандартной шкале, мг/л —1,5; сухой остаток, мг/л - 1000; водородный показатель, рН - 6,5...8,5; общая жесткость, мг-экв./л - 7,0; общее количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды - 100; количество бактерий группы кишечной палочки в 1 л (коли - индекс) - 3; колититр, мл -300.

     Требования  к качеству воды из водоисточников, используемых или намечаемых к использованию  для хозяйственно - питьевого водоснабжения, регламентирует ГОСТ 2761-57.

     В зависимости от расположения водоисточника  относительно потребителей воды применяют  напорные и самотечные системы водоснабжения. При напорной – уровень воды в  источнике расположен ниже уровня объекта  водоснабжения, и воду приходится подавать к потребителям насосами. В самотечной системе водоисточник расположен выше уровня потребителей, к напорным она  поступает самотеком. В зависимости  от типа водонапорного оборудования системы бывают башенными – с водонапорной башней и башенными – с пневматической водоподъемной установкой. Принимаем напорную башенную систему с подземным источником, вода из которого не требует очистки, вследствие чего схема не содержит очистных сооружений, резервуара чистой воды и насосной станции второго подъема, в результате вся система оказывается более простой и надежной.

     Для подачи воды от водоисточника к потребителю устраивают водопроводные сети (системы). Системой водоснабжения называется совокупность объединенных в поточные линии машин, оборудования и инженерных сооружений, предназначенных для добывания, перекачки, улучшения качества, хранения и подачи воды от водоисточников к местам ее потребления. Они могут быть тупиковыми, кольцевыми и комбинированными. В тупиковой сети от главной магистрали отходят в разные стороны не связанные между собой ветви. В них вода движется только в одном направлении. Преимущество тупиковой сети состоит в простоте реализации и экономичности. Недостатком тупиковых сетей является то, что в случае аварии или ремонта отключаются все потребители, расположенные за местом повреждения.

     В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать с двух сторон, так как трубопровод в этом случае представляет собой замкнутый контур, что позволяет отключать поврежденный участок сети, не прекращая подачу воды другим потребителям. Преимущества кольцевой сети состоят в том, что в них создается более равномерный напор по всей длине, а также уменьшается опасность гидравлических ударов и замерзания воды в трубах. К недостаткам кольцевых сетей относят сложность использования, высокую стоимость и сложность обслуживания.

     С учетом преимуществ и недостатков  рассмотренных схем водоснабжения  применяют комбинированные системы. Они наиболее распространены, но включают в себя преимущества и недостатки двух составляющих ее систем.

     Исходя  из изложенного, для проектируемой линии водоснабжения принимаем тупиковую сеть (рис.1.1). 

     

 2 

     1

Z_B = 100                      Z_n = 102м 

                       q_1-2 = 0.8л/с

         3  l_1-2 = 200м

                   
 
 
 
 

Рисунок 1.1 Схема тупиковой водопроводной сети:

1-водонапорная  башня; 2-коровник; 3-насосная станция. 

     Сеть  включает в себя насосную станцию  - 3, водонапорную башню - 1 и коровник - 2. Расстояние между водонапорной башней и коровником, а также геодезическая высота их расположения устанавливаются по генеральному плану фермы.

     Водонапорная  башня предназначена для обеспечения  в водопроводной сети необходимого напора, регулирования подачи в нее  воды, а также для создания необходимых  запасов. Водонапорные башни бывают шатровые и бесшатровые. На животноводческих фермах наибольшее распространение получили сборно-блочные металлические бесшатровые башни-колонны  марки БР.

     Благодаря насосным станциям в водопроводной  сети создается напор. Различают  насосные станции первого и второго  подъема. Станции первого подъема забирают воду из источника и обеспечивают ее подачу в промежуточные сборные резервуары или на очистные сооружения. Станции второго подъема подают воду из промежуточных резервуаров в напорно-регулирующие сооружения (водонапорную башню) или непосредственно в водопроводную сеть. В зависимости от расположения помещения относительно поверхности земли насосные станции бывают наземные и заглубленные.

     Автопоилка  представляет собой специальное  автоматически действующее устройство (прибор), при помощи которого животные без участия человека получают из водопровода необходимую для  поения воду в любое время суток  и в нужном количестве. Применение их на фермах крупного рогатого скота  способствует увеличению удоев молока на 10-15%, позволяет значительно сократить  затраты труда на обслуживание и  улучшает санитарно-гигиенические  условия содержания животных. Поилки делятся на индивидуальные и групповые. Индивидуальные применяются на фермах крупного рогатого скота при привязном содержании. Групповые поилки используются на фермах крупного рогатого скота при беспривязном содержании, в летних лагерях, на пастбищах. На пастбищах и в лагерях, удаленных от источников воды, животных поят из передвижных поилок - цистерн.

     Система водоснабжения представляет собой  поточную технологическую линию, предназначенную  для получения, накопления, хранения, очистки, транспортирования воды и  поения животных, которая удовлетворяет  потребность в питьевой воде, обеспечивая  нормальное функционирование организма. Поение животных наряду с кормлением является важнейшим биотехническим процессом. 
 
 
 
 
 
 
 
 

   2 Технологический расчет разрабатываемой линии, выбор необходимого

   оборудования 

                                Исходные данные

Количество коров на ферме         400

Расстояние от водоисточника

к водопотребителю, м                   200

Геодезическая высота, м:

          башни                                   100

          коровника                            102 

     Расчет  потребности в  воде. Потребность в воде обуславливается наличием половозрастных групп животных и среднесуточными нормами потребления.

     Среднесуточный  расход воды на ферме: 

                                                                                  (2.1) 

где - среднесуточная норма водопотребления коров, (100л/сут) учитывает поение животных, приготовление кормов, мойку оборудования, мытье животных;

  - среднесуточная норма водопотребления нетелей, л/сут; составляет                        50 л/сут

       и - соответственно количество коров и нетелей на ферме голов 

   Тогда

                                         . 

     В течение суток животные потребляют воду неравномерно. Поэтому для расчета  водопроводных сооружений определяют максимальный суточный расход воды: 

                                                                                                  (2.2) 

где - коэффициент суточной неравномерности водопотребления, рекомендуется принимать . 

   Тогда  
 

     Максимальный  часовой расход воды: 

                                                                                                (2.3) 

где - коэфициент часовой неравномерности водопотребления, рекомендуют

 

  Тогда 

   

 Максимальный  секундный расход воды: 

                                                                                                          (2.4) 

   Тогда 
 

     Расчет  напорно –регулирующего сооружения. В системах водоснабжения напорно – регулирующие сооружения служат для создания напора, выравнивания неравномерности подачи воды из источников и ее потребления, создания запаса воды для пожаротушения и на случай аварии в работе насосной установки или водопровода. Для этих целей, зачастую, используют шатровые или бесшатровые водонапорные башни.

     Вместимость бака водонапорной башни определяют по выражению: 

                                                                                                    (2.5) 

где - вместимость бака водонапорной башни, ;

    - регулирующий объем  водонапорного бака, ;

    - аварийный запас  воды в баке, ;

    - противопожарный  запас воды в  баке, . 

     При расчетах объем регулирующей вместимости  водонапорного бака с учетом расхода  на бытовые нужды рекомендуют  принимать равным 15…20% максимального  суточного расхода, то есть: 

                                                                                           (2.6) 

   Тогда 
 

     Аварийный запас определяют исходя из условий  устранения аварии в течении двух часов, то есть: 

                                                                                                             (2.7) 

   Тогда 
 

     Противопожарный запас воды рекомендуют принимать  из расчета тушения пожара в течение 10 мин. в двух местах одновременно с общим расходом воды 10 л/с, то есть:

                                                                                           (2.8)

     Тогда  вместимость бака водонапорной  башни: 
 
 

Полученную вместимость  бака округляем до стандартной V=25 .

     Высота  расположения водонапорного бака (м): 

                                                                                 (2.9) 

где  - величина свободного напора воды на выходе из водопровода, рекомендуют принимать равной 40…50 кПа (4…5м);

- наибольшая сумма  потерь напора  на преодоление  сопротивлений трения  и местных сопротивлений  на линии от  напорно – регулирующего  сооружения до  самого удаленного  и наиболее высокоподнятого   потребителя («диктующей»  точки), Па: устанавливается  расчетным путем;

- разность геодезических  отметок у наиболее  отдаленного и  наиболее высокорасположенного  пункта потребления  воды («диктующая»  точка) и у башни,  м; находится по  генеральному плану  фермы. 

Для определения  потерь напора рассмотрим расчетную  схему водоснабжения (рис.1.1).

     Диаметр трубы на участке от водонапорной башни к коровнику (1-2) определяют по расчетному расходу, используя уравнение: 

                                                                                          (2.10) 

где  - расчетный расход, составляет 0,8 л/с (0,008 /с);

F- площадь живого сечения напорной трубы, ;

V- скорость движения воды, м/с;

d- диаметр трубопровода, м. 

Скорость  движения воды в трубах диаметром 50…300 мм принимают равной 0,7…1,0 м/с.

   Тогда 
 

Принимаем асбоцементную трубу диаметром 119 мм.

     При этом скорость движения  воды: 
 
 

     Полные потери напора в трубопроводе: 

                                                                                                     (2.11) 

где  - потери напора на трение, м; 

                                                                   (2.12) 

где  λ- коэффициент гидравлического  сопротивления, зависящий от материала  труб, степени шероховатости их стенок и диаметра; для приближенных расчетов рекомендуют принимать λ=0,03.

   Тогда 
 

     Потери напора в местах сопротивления:

                                                                                                             (2.13) 

где  ε- безразмерный коэффициент местного сопротивления; зависит от устройства, обуславливающего местное сопротивление (задвижка, резкий изгиб трубы, колено, кран и так далее). 

     Для приближенных расчетов принимают: 
 
 

   Тогда 
 

     С учетом полученного значения суммарных  потерь высота расположения водонапорного  бака: 
 
 

     Зная  вместимость и высоту расположения водонапорного бака, выбираем бесшатровую водонапорную башню БР-25А конструкции инженера Рожновского А.А., (типовой проект 901-5-13), имеющую вместимость 31,0 , высоту расположения бака 11,0 м; массу 2700 кг; диаметр бака 3,0 м, диаметр ствола 1,2 м. 

     Выбор водоподъемника. Подачу воды в водонапорную башню обеспечивают насосной станцией первого подъема, которая забирает воду из источника и подает ее в водонапорный бак. Зачастую станцию устраивают заглубленной.

     Часовую подачу (расход) насоса принимают из соотношения: 
 
 

Полный напор, развиваемый насосом, равен сумме высот всасывания и нагревания и потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, то есть:

                                                                           (2.14) 

где  - геометрическая (геодезическая) высота всасывания, то есть расстояние по вертикали от уровня воды в источнике до оси рабочего колеса насоса, м, принимаем равной 6,0 м;