ВВЕДЕНИЕ

       Строительство и эксплуатация в республике крупных  ферм с бесподстилочным содержанием животных и гидравлической уборкой навоза привело к резкому обострению экологической обстановки в районах их расположения. Это обусловило необходимость проведения контроля качества воды, потребляемой на фермах на хозяйственно-питьевые нужды. В системе охраны здоровья животных проблема контроля качества питьевой воды наряду с контролем качества кормов должна занимать особое место. Официальная статистика, публикуемая органами государственного контроля, показывает, что 25% всех проб питьевой воды по химическим показателям и около 10% по микробиологическим не соответствует гигиеническим нормам.

       Увеличение  производства продукции животноводства в стране предусматривается главным образом за счёт внедрения интенсивных технологий и новой техники, повышения продуктивности скота, а также широкого использования различных форм хозяйствования.

       Создание  новых машин и оборудования должно основываться на строго научном подходе, для комплексной механизации сельскохозяйственного производства.

       Внедрение в производство новой системы  машин позволит уменьшить эксплуатационные издержки на получение продукции животноводства на 20.25% снизить прямые затраты труда в 1,5.1,9 раза по сравнению с уровнем достигнутым в хозяйствах страны.

       В водоснабжении широкое распространение  получают автоматизированые установки с пневморегуляторами и применением современного регулируемого электропривода насосных агрегатов, обеспечивающих высокое качество и надёжность подачи воды на фермы при минимальных затратах на техническое обслуживание.

       Цель  исследования – установление особенностей водообеспечения фермы крупного рогатого скота, качества воды и источников водоснабжения. 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ И  ЕЕ ОБОСНОВАНИЕ

       Животноводство  является наиболее крупным потребителем воды в сельской местности, на его долю в республике приходится около 30% от общего забора питьевой воды в сельском хозяйстве. На производство 1 т молока расходуется не менее 3 м3 свежей воды, 1 т говядины – 30 м3, свинины – 88 м3, общее потребление воды зависит от специализации ферм, их мощности и уровня механизации производственных процессов, системы и способа содержания животных, технологии производства.

       Водный  баланс фермы или комплекса зависит  от глубины скважины и производительности водоподъемного оборудования. При глубине скважины от 40 до 80 м для подъема 1 м3 воды необходимо затратить от 0,9 до 1,0 кВт электроэнергии.

       Правильная  организация водоснабжения имеет  исключительное значение для эффективной  работы фермы, т.к. обеспечивает нормальное выполнение производственно-зоотехнических процессов и противопожарную  безопасность, улучшает условия содержания животных, повышает производительность и культуру труда обслуживающего персонала, увеличивает продуктивность животных, улучшает качество продукции  и снижает ее себестоимость.

       Качество  воды в зависимости от назначения должно удовлетворять определенным требованиям.

       Система водоснабжения – это комплекс взаимосвязанных машин, оборудования и инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источников, подъема ее на высоту, очистки, хранения и подачи к местам потребления.

       В зависимости от особенностей каждой водопроводной сети можно рекомендовать  соответствующий тип аппаратуры автоматического управления насосной станции.

       Отечественная промышленность производит полностью  укомплектованные автоматические водоподъемные  установки, не требующие постоянного наблюдения. Полностью решены принципиальные вопросы, связанные с созданием автоматизированных систем управления крупными объектами сельскохозяйственного водоснабжения с использованием ЭВМ.

       В настоящее время для подъема  воды из шахтных колодцев и открытых водоемов применяется различное  оборудование: консольные насосы типа К и КМ, водоструйные, ленточные, шнуровые и пневматические установки.

       Это оборудование имеет большую металлоемкость и не всегда удовлетворяет эксплуатационным требованиям. Для забора воды из открытых источников необходимо устанавливать  водоподъемные сооружения.

       Для шахтных колодцев разработаны конструкции  плавающих насосов: ПН-25 и ППН-25. Однако многоступенчатость расположения нагнетательного  патрубка ограничивает применение таких  насосов в шахтных колодцах с  небольшим слоем воды.

       Использование электродвигателей нормальной серии  АОП, в колодцах ввиду повышенной влажности значительно снижает  надежность этих установок. Перечисленных  недостатков лишены малоблочные насосы с водозаполненными электродвигателями и нормальной или повышенной частотой вращения. Преимущество таких насосов: небольшая масса и размеры, более интенсивное охлаждение двигателя перекачиваемой водой: работа подшипников в чистой воде, заливаемой в полость электродвигателя, что увеличивает срок их службы, возможность избежать строительства водозаборных сооружений и зданий насосных станций.

       Животные  должны получать воду хорошего качества, в достаточном количестве и в  любое время суток. Общий расход воды определяется видом и числом животных, суточными нормами поения и характером производственных процессов.

       В разное время года и разное время суток расход воды разный, он зависит от способа содержания животных, погодных условий, рациона кормления. При использовании системы водоснабжения, на животноводческих объектах устанавливаются расходы воды за сутки, часы, секунды и в отдельные периоды за год.

       По  величине суточного расхода воды определяется годовое потребление  и себестоимость 1 кубического метра  воды, по максимальному расходу, требуемые  емкости резервуаров, мощности насосных установок, размеры очистных сооружений.

       Суточная  потребность ферм и комплексов в  воде (без учета расхода на пожарные нужды, часовой и суточной равномерности) обычно велика, поэтому необходимо обеспечить постоянную работоспособность системы водоснабжения. Для поения взрослых животных используется вода с температурой 12-14°С, молодняка – 15-16°С, в холодный период требуется подогрев воды. Качество питьевой воды предоставлено в таблице:

       Таблица 1

       Таким образом, разработка механизированной и автоматизированной поточно-технологической линии водоснабжения и автопоения животноводческих предприятий является одним из основных условий получения высококачественной продукции животноводства. 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА  ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ФЕРМЫ

       Животноводческая  ферма - это специальное сельскохозяйственное предприятие, предназначенное для производства продукции животноводства.

       Комплексы по откорму свиней необходимо размещать на ровной с небольшим уклоном территории, имеющей склон для дождевых и талых вод.

       Участок должен размещаться с подветренной стороны относительно к господствующим ветрам и находящийся на расстоянии не менее 300м от населенного пункта.

       Ферма располагается по рельефу, ниже жилого сектора, а в пределах ее территории производственные постройки возводятся ниже вспомогательных. Предусмотрены зеленые насаждения по границе фермы, между отдельными зданиями, а также вдоль дорог, которые подходят к ферме.

     В данном курсовом проекте рассматривается  свиноводческая ферма для содержания в нем единовременно 6000 голов  откормочного молодняка - поросята – 2100 гол., 1 период откорма – 1950 гол., 2 период откорма – 1700 гол.

     Технологическим процессом предусматривается через 10 дней (ритм производства) поступление  группы поросят из станков или  свинарника для поросят-отъемышей  в возрасте 100 дней со средней живой  массой 28 кг. Среднесуточный привес на откорме предусмотрен 450 грамм. Общий  привес за период откорма 84 кг за 186 дней. При достижении живой массы 112 кг в возрасте 9-10 месяцев откормленные свиньи забиваются.

     Содержание  свиней безвыгульное в групповых станках размером 3900х5000 мм. Станки расположены в 2 ряда с 1-м совмещенными кормослужебными проходом. Станковая площадь на 1 голову 0,9-1,19м,  фронт кормления 29 и 30,6 см. Освещение в свинарнике в дневное время естественное (1:10), в ночное – электрическое. В станках свиньи содержатся на подстилке из измельченной соломы. Пол имеет уклон к зоне дефекации 5%. Ограждение групповых станков из панелей высотой 1000 мм. Ограждение станков в зоне дефекации решетчатое и сплошное в зоне логова. Кормушки в станках железобетонные, групповые. В свинарнике предусмотрены помещения производственного и обслуживающего назначения.

     Кормление откормочного молодняка осуществляется 27,3% концентрированными кормами, 60,6% корнеплодами и 12,1% комбисилосом.

       Питательная ценность 1 кг корма  принята усредненная:

       Концентрированных кормов – 1,1 к.ед.;

       Корнеклубнеплодов – 0,16 к. ед.;

       Комбесилоса – 0,2 к. ед.

       Кормление свиней 2-х разовое.  Раздача кормов – мобильным  электрифицированным кормораздатчиком  КС-1,5.

       Примерный рацион концентратно–картофельного типа для откорма свиней (на одну голову в сутки) представлен в таблице 2:

     Таблица 2 – Примерный рацион концентратно–картофельного типа для откорма свиней (на одну голову в сутки)

     Автопоение  свиней обеспечивается с помощью серийных бесчашечных (сосковых) автопоилок в расчете одна автопоилка в станке вместимостью до 25 поросят.

     Навозные  каналы расположены в станках  и перекрыты железобетонными  решетками, через которые навоз, протаптываемый животными, попадает в  продольный самотечный канал и перемещается в навозонакопитель

     Свинарник обслуживают 8 свинарей-операторовя.

       Суточный режим труда и отдыха  – односменный, двухцикличный, уплотненный; недельный – пятидневная рабочая неделя с 2-мя выходными днями. В обязанности операторов входит: кормление животных, уборка в станках и в помещении, перегон животных, участие в проведении ветработ и взвешивании, соблюдение санитарного порядка в производственном помещении. 

3. ОПИСАНИЕ  РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ОБОСНОВАНИЕМ ВНОСИМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ

     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. 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.

     В данном конкретном случае используется подземный грунтовый источник водозабора с глубиной скважины 39м и очистка  воды.

     Водозаборные  сооружения служат для забора воды из источника. Для забора воды из поверхностных (открытых источников устраивают береговые колодцы или простейшие водозаборы, а для забора воды из подземных (закрытых) источников – шахтные, буровые (трубчатые) и мелко трубчатые колодцы.

     Шахтные колодцы обычно сооружают при  залегании подземных вод на глубине  не более 40 м. Такой колодец представляет собой вертикальную выработку в  грунте, врезающуюся в водоносный пласт, и состоит из шахты, водоприемной части  и оголовка. 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. Для вентиляции колодца служит труба. Дебит шахтных колодцев часто определяют способом откачки.

     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. Центробежный насос состоит из всасывающего и напорного патрубков и лопастного рабочего колеса, жестко насаженного на вал, который вращается в спиралеобразном корпусе.  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.

     Для очистки воды применяют фильтры, контактные осветители. Для УФ-облучения воды применяют установки с органо-ртутными лампами типа БУВ. Эти установки выпускаются закрытого типа с погружением в воду источников облучения и открытого типа. Погружаемые в воду лампы размещают в кварцевых чехлах. Установки можно подключать в любом месте сети водоснабжения.

     Сосковые  автопоилки ПБП-1А (для поросят-сосунов  и поросят-отъемышей) предназначены  для поения животных водопроводной  водой при индивидуальном и групповом  содержании.

     Чтобы напиться, животное берет в рот  носок корпуса вместе с соском  и нажимает на последний до упора в носок. При этом срабатывает надетый на резиновый амортизатор клапан и вода поступает в полость рта животного. При отпускании соска подача воды автоматически прекращается. Резиновые уплотнения и предотвращают подтекание воды при нейтральном положении соска.

     Автопоилка  устанавливается под углом 60°. Конец  соска должен находиться на высоте от пола: для поросят-сосунов и  поросят-отъемышей - 220-250 мм; для взрослого  поголовья при содержании в групповых  станках - 420-450 мм. Для предотвращения попадания в поилку грязи и  других включений общая горизонтальная труба для подачи воды к поилкам  должна располагаться ниже поилок. Тогда она выполняет и роль отстойника. Для спуска из этой трубы  воды с осевшими загрязнениями на конце трубы устанавливают вентиль.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И ВЫБОР  ОБОРУДОВАНИЯ

     При выборе источника водоснабжения  необходимо учитывать технико-экономические  показатели: стоимость сооружений и  оборудования для подъема, обработки  и транспортировки воды, затраты  на эксплуатацию и ремонт и др.

     Например, стоимость 1м.куб. воды из источника поверхностного водоснабжения с устройством очистки примерно в 3-5 раз выше, чем стоимость воды из межпластовых источников, которую можно использовать без очистки. Источники водоснабжения выбирают с соответствии с требованиями ГОСТа и согласовывают с органами государственного санитарного надзора.

     Определение потребности фермы  в воде.

Автопоение.

     Потребность фермы  в воде на поение животных определяется наличием половозрастных групп животных. Среднесуточный расход воды определяется для отдельных  потребителей по формуле:

     Q сут.ср = ∑ qі mі                                               (1)

     qі - суточная норма расхода воды одним потребителем,

     mі - число потребителей, имеющих одинаковую норму потребления.

         Q сут.ср   = 2100 * 15 + 1950 * 20 + 1700 * 20 = 104500л 

     Максимальный  расход воды Q сут.max ., с учётом того, животные воду в течение суток потребляют неравномерно, определяется по формуле:

          Q сут.max = Q сут.ср. * λ сут,                                (2)

       где λ  сут – коэффициент суточной неравномерности водопотребления, λ сут   = 1,3.

                  Q сут.max = 104500 * 1,3 = 135850л              

     Максимальный  часовой расход воды Qч max  определяется с учётом коэффициента часовой неравномерности λ ч =2,5 по формуле:

     Qч. max    =  λч * Q сут.max  / 24                                     (3)

                         Qч. max  = 2,5 * 135850 / 24 =14151л 

          Максимальный секундный расход  равен:

     Qc max = Q ч max / 3600                                       (4)

                                Qc max = 14151 / 3600= 3,93 л                    

Использование воды на технологические  цели

     Мойка корнеклубнеплодов

     Q м.к. =  ∑mіkiqі                                               (5) 

                          Q м.к. = 5750 * 5 * 1,2 = 34500 л

     Бытовые нужды

     Q б.н. =  np * kр                                                    (6)

                         Q б.н. = 8 * 50 = 400 л

     где np – количество работников фермы

           kр – норма расхода воды на одного работника в сутки, л

Неприкосновенный  противопожарный  запас

     Неприкосновенный  противопожарный запас Qп.з. определяется исходя из длительности тушения пожара в течение 10 минут из пожарных гидрантов с интенсивностью 10л/с:

                         Qп.з. = 10мин.*60с*10л = 6000л

     Сложив  все показатели получаем:

     Qсут. = Q сут.max + Q м.к. + Q б.н. + Q п.з.                               (7)

                          Qсут. = 135850+ 34500 + 400 + 6000 = 176750л 
 
 

Гидравлический  расчет водопроводной  сети

     Для подачи воды на производственные и  хозяйственно-питьевые нужды животноводческие хозяйства должны быть оборудованы  водопроводной сетью. Различают  внешнюю и внутреннюю водопроводную  сеть.

     Внешняя водопроводная сеть - это та часть  распределительной сети, которая  расположена на территории комплекса  или фермы за пределами помещений. Она может быть разветвленной  или кольцевой.

     Разветвленная, или тупиковая сеть, состоит из отдельных линий. Вода из водонапорной башни проходит по главной магистрали с ответвлениями, которые заканчиваются  тупиками. Таким образом, вода поступает  к потребителю только с одной  стороны. Тупиковая сеть применяется  лишь на небольших фермах.

     Кольцевая сеть обеспечивает движение воды по замкнутому кругу (кольцу) и подводит ее к потребителю  с двух сторон. Кольцевая водопроводная  сеть длиннее, чем соответствующая  тупиковая, однако у нее имеется  немало преимуществ: не застаивается вода, увеличивается пропускная способность  сети и другие. Поэтому кольцевую  сеть применяют чаще.

     Внутренняя  водопроводная сеть предназначена  для непосредственного распределения  воды между потребителями внутри зданий. Для бесперебойной подачи воды на производственные нужды эта  сеть выполняется только кольцевой. В производственных зданиях крупных  комплексов эту сеть присоединяют к  кольцевой сети наружного водопровода  двумя вводами раздельно.

     Рис.1. Схема наружного водопровода

     Расход  воды в животноводческих хозяйствах в течение суток неравномерный, и приспособить работу насосных станций  к изменениям потребления воды без  дополнительных промежуточных резервуаров  воды очень трудно. Поэтому при  устройстве водопроводных сетей  необходимо предусмотреть специальные  сооружения для запаса воды на непрерывное  питание потребителей.

     По  способу получения воды из этих сооружений они бывают напорно-регулирующие и  безнапорные.

     Напорно-регулирующие сооружения создают в водопроводной  сети напор, необходимый для распределения  нужного количества воды потребителям. К ним относят водонапорные башни  и пневматические котлы. Водонапорные башни создают необходимый напор  за счет поднятия водонапорного бака на необходимую высоту, а в пневматических котлах - за счет давления сжатого воздуха  в пространстве, свободном от воды в герметически закрытом сосуде.

     Безнапорные сооружения выполняют в виде подземных  резервуаров, вода из которых подается насосами в водонапорную сеть, а  затем потребителю.

     Основываясь на исходных данных: водоснабжение комплекса по откорму свиней на 6 тыс. голов в год, шахтный колодец и башенная водокачка выбираем схему водоснабжения, включающую в себя также насосную станцию и водопроводную сеть.

Источник  имеет дебит Д = 280 м3/ч

Напорно-регулирующее сооружение - башенная водокачка или  резервуар с Нб = 4,0 м

Геометрическая  разность нивелирных отметок Нг = 0,3.

Время работы насосной станции Т = 13 часов (работает с 6 до 19 часов).

Линии водопровода,

L1 = Hвс = 5,5 м; L2 = 68 м; L3 = 73 м; Ll4 = Нн.

L5 = 150 м; L6 = 135 м; L7 = 100 м; L8 = 110 м; L9 = 125 м.