6 Расчет механизации водоснабжения и автопоения

Система водоснабжения – комплекс мероприятий, включающий забор воды из источников, подъем ее на высоту, очистку, хранение, подачу и потребление.

Состав машин и инженерных сооружений зависит в основном от источника водоснабжения и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды.

Схема водоснабжения – технологическая линия, связывающая в той или иной последовательности водопроводные сооружения, предназначенные для добывания, перекачки, улучшения качества транспортирования воды к пунктам ее потребления.

В зависимости от конкретных условий (рельефа местности, мощности источника водоснабжения, надежности электроснабжения и др.) схемы водоснабжения могут быть с одним или с двумя подъемами воды, с хранением регулируемой емкости воды в водонапорных башнях или подземных резервуарах, с подачей противопожарного запаса воды непосредственно из источника воды и пр.

При выборе источника централизованного водоснабжения предпочтение отдается подземным водам по сравнению с поверхностными. Это объясняется повсеместным распространением подземных вод и возможностью использования их без очистки. Поверхностные воды применяются реже, так как они более подвержены загрязнению и перед подачей потребителю нуждаются в специальной очистке.

Среднесуточный расчет воды в л (м³) на ферме определяется по формуле:

где q_i – среднесуточная норма потребления воды одним животным, л, (таблица 18), [5, с. 69];

n_i – количество животных в половозрастной группе, гол;

m – число групп животных.

Таблица 6 – Нормы потребления воды одним потребителем

Вид животных	Количество животных	Норма потребления воды одним потребителем, л
1. Дойные коровы	46	100
2. Быки-производители	2	60
3. Нетели	12	60
4. Телки до 2-х лет	13	30
5. Телки до 1 года	14	20
6. Бычки до 1 года	7	20
7. Бычки старше 1 года	6	30

Q_ср.сут = 100∙46 + 60∙2 + 60∙12 + 30∙13 + 20∙14 + 20∙7 + 30∙6 = 6.43 м³.

Максимальный суточный расход воды в л (м³):

где α_сут – коэффициент суточной неравномерности, (α_сут=1,3).

Q_{макс.сут} = 6.43∙1,3 = 8.359 м³.

Максимальный часовой расход в л/ч (м³/ч):

где α_ч – коэффициент часовой неравномерности (на фермах с автопоением α_ч=2…2,5; α_ч=4,0 – без автопоения).

Секундный расход в л/с воды равен:

Суточный расход насосной станции должен быть равен максимальному расходу воды на комплексе, а часовой расход станции (насоса) определяется по формуле:

где t – продолжительность работы насоса или станции в сутки, ч.

Продолжительность работы насоса выбирают в соответствии с дебитом водоисточника, учитывая, что расход насоса при этом должен быть или равен Q_{макс.час}, но не должен превышать дебита источника. С уменьшением t повышается потребляемая мощность для привода насоса, увеличиваются диаметр напорного трубопровода и емкость резервуара водонапорной башни, но сокращаются эксплуатационные расходы. При увеличении t сокращаются расходы на строительство, но эксплуатационные расходы увеличиваются. На основе сравнительных технико-экономических расчетов время работы насосной станции принимается равным 7 или 14 ч.

По величине Q_нас выбираем по рабочим характеристикам тип и марку погружного электронасоса [4, с. 125]: ЭЦВ 4-1,6-65, подача 1,6 м³/ч, давление 0,65 МПа, мощность 1,0 кВт.

Потребная мощность в Вт электродвигателя для привода насоса:

где Q_нас – объемный расход воды (подача насоса), м³/с;

ρ – плотность воды, кг/м³;

Н – полный напор насоса, м (берется из технической характеристики в МПа. Коэффициент связи между единицами 0,1 МПа = 10 м);

К_з – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможные перегрузки во время работы насоса (К_з=1,1…2,0);

g – ускорение свободного падения, м/с²;

η_н – КПД насоса согласно технической характеристике (для центробежных насосов η_н = 0,4…0,6, для вихревых η_н = 0,25…0,55);

η_п – КПД передачи от двигателя к насосу (при прямом соединении с насосом η_п = 1,0).

Воду необходимо подавать потребителям под определенным напором, называемым свободным напором Н_св. Для водозаборных точек на животноводческих фермах необходимый напор Н_св = 4…5 м (Н_св = 40…50 кПа) обеспечивается водонапорной башней.

Необходимая вместимость резервуара в м³ водонапорной башни равна:

V_рез = 0,20∙8,359 = 1,67 м³.

Полученную вместимость резервуара округляем до стандартной (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 50 м³), то есть V_рез = 10 м³.

Диаметр труб выбирают так, чтобы скорость воды в них не превышала 0,4-1,25 м/с. Диаметр труб (м) внешнего водопровода на начальном участке, на котором проходит все количество воды, определяем по формуле:

где Q_макс.с – максимальный секундный расход воды, м³/с;

v – скорость воды в трубах, м/с [8, с. 30].

Для поения животных используют поилки разных конструкций, что обусловлено различием вида животных, их половозрастных групп, способов их содержания. Поилки подразделяются на индивидуальные и групповые, стационарные и передвижные. По принципу действия их различают на клапанные, вакуумные, чашечные, сосковые, капельные, ниппельные, корытные и др.

Для поения животных в пастбищных условиях при отсутствии стационарных выгонов применяют передвижные поилки – цистерны с водой, оборудованные индивидуальными или групповыми автопоилками.

Выбираем тип автопоилок и определяем их количество на животноводческой ферме:

где m – количество животных, гол.;

z – коэффициент, показывающий, на какое количество животных предназначена та или иная автопоилка.

Автопоилки ПА-1 и АП-1 применяются для поения КРС на фермах привязного содержания. Автопоилки рассчитаны на поение двух голов КРС. Определяем число автопоилок АП-1 (ПА-1) для коров и быков-производителей:

Для остальных половозрастных групп применяем автопоилки АГК-4А, рассчитанные для применения при беспривязном содержании. Также основным достоинством такой автопоилки является то, что она с электроподогревом. Одна поилка рассчитана на поение 100 животных (то есть z=100). Для каждой половозрастной группы определяем свое количество поилок, так как каждая группа содержится отдельно от другой: нетели – 1 поилки, телки до 2-х лет – 1 поилки, телки до 1 года – 1 поилки, бычки до 1 года – 1 поилка, бычки старше 1 года – 1 поилка, всего – 5 поилок АГК-4А