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

Q_ср.сут = 100∙644 + 60∙28 + 60∙168 + 30∙182 + 20∙196 + 20∙98 + 30∙84 = 90020 м³.

Максимальный суточный расход воды в л (м³):

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

Q_{макс.сут} = 90020∙1,3 = 117026 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 Центробежного насоса [4, с. 125]: 2К-6, подача 10-30 м³/ч, давление 0,34-0,24 МПа, мощность 4,0 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∙117,026 =23,4 м³.

Полученную вместимость резервуара округляем до стандартной (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 50 м³), то есть V_рез = 25 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 – 2 поилки, телки до 2-х лет – 2 поилки, телки до 1 года – 2 поилки, бычки до 1 года – 1 поилка, бычки старше 1 года – 1 поилка, всего – 8 поилок АГК-4А

РАСЧЕТ МИКРОКЛИМАТА

Расчет вентиляции

Для поддержания параметров микроклимата в оптимальном режиме или близком к оптимальному необходимо удалять из помещения вредные газы и обновлять воздух, то есть осуществлять воздухообмен в соответствии с нормами.

Определяем воздухообмен по углекислоте и по избытку влаги в холодный период года в м³/ч:

где С – количество углекислого газа, выделяемое одним животным, л/ч [4, с. 128];

m – количество животных в помещении, гол.;

С₁ – допустимое количество углекислого газа в воздухе помещения, л/м³ (С₁ = 1,5 л/м³);

С₂ – содержание углекислого газа в приточном воздухе, л/м³ (С₂=0,3…0,4 л/м³);

W – количество водяного пара, выделяемое одним животным в течение часа, г/ч [4, с. 128];

β – коэффициент, учитывающий испарение влаги с пола, кормушек, автопоилок и т. д. (β=1,25);

W₁ – допустимое количество водяного пара в воздухе помещения, г/м³ (абсолютная влажность)

где ω – нормативная относительная влажность воздуха в животноводческих помещениях, % [4, с. 127];

W_макс – максимальная влажность воздуха при данной температуре, г/м³ [9, с. 51];

W₂ – средняя абсолютная влажность приточного воздуха, г/м³ (W₂=3,2…3,3 г/м³).

Из полученных по формулам результатов для дальнейших расчетов выбираем максимальный воздухообмен

Кратность часового воздухообмена в ч^-1:

где V – объем помещения, м³ (коровник на 200 голов V=21·78·3,55=5814,9 м³).

При К=3…5 выбирают принудительную вентиляцию без подогрева подаваемого воздуха.

Сечение вытяжных и приточных каналов в м² определяется по формуле:

где v – скорость воздуха в канале, м/с

где h – высота канала, м (h=3 м);

t₁–t₂ – разность температур внутреннего и наружного воздуха, ºС.

Количество вытяжных каналов определяем из выражения:

где f – площадь сечения одного канала, м² (площадь сечения вытяжных каналов принимается 0,25; 0,36; 0,5; 1 м² и более, приточных 0,04 и 0,06 м²).

принимаем m_к=8.

При принудительной вентиляционной системе поступление свежего воздуха обеспечивается приточными вентиляционными установками. Применяют вентиляторы низкого давления (до 980 Па) и среднего (2940 Па).

Расчет принудительной вентиляционной системы ведется из тех условий, что она должна работать периодически, поэтому подача системы должна быть в 2-3 раза больше расчетной величины воздухообмена, то есть:

L_ВС = (2…3)·L,

L_ВС = 2,5·19826,1 = 49565,25 м³/ч.

Требуемый вентилятор подбирают по величине воздухообмена L_ВС и требуемому напору, необходимому для преодоления сопротивления движению воздуха в канале вентиляционной системы.

Объемную подачу вентилятора в м³/ч определяют по формуле:

где m_к – число вытяжных каналов.

Диаметр воздуховода в м определяем по формуле:

где v – скорость воздуха воздуховоде, которая принимается равной 12…15 м/с.

Необходимый напор вентилятора в Па определяем как сумму потерь давления от трения воздуха о воздуховод на прямолинейных участках (Н_пр) и местах сопротивлений (h_мс):

где Н – полный напор вентилятора, Па;

ρ – плотность воздуха, кг/м³ (ρ=1,2…1,3 кг/м³);

λ – коэффициент сопротивления движению воздуха в трубе (λ=0,02…0,03);

L – длина трубопровода на прямолинейном участке, м;

∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений [4, с. 129].

По полученным величинам Q_В и Н подбираем необходимый вентилятор [4, с. 129]: центробежный типа Ц4-70 №5, диаметр колеса 500 мм, подача 1,45-8,3 тыс. м³/ч, полное давление 180-830 Па, частота вращения 930-1420 мин^-1.

Расчетная мощность электродвигателя в Вт для привода вентилятора определяется по формуле:

где Q_В – подача вентилятора, м³/ч;

Н – полный напор вентилятора, Па;

η_в – КПД вентилятора (для центробежных вентиляторов η_в=0,4…0,6; для осевых η_в=0,2…0,3);

η_пер – КПД передачи.

Полученную расчетную мощность двигателя увеличивают при N<1,5 кВт на 50%, при N=2 кВт на 25%, при N=4…7 кВт на 20% и при N>7,5 кВт на 10%, то есть:

N_уст = N + K_м·N,

где K_м – коэффициент запаса мощности.

N_уст = 3,4 + 0,2·3,4 = 4,08 кВт.

Из [10, с. 226] выбираем электродвигатель: 4А100L4У3 N=4 кВт, n_с=1500 мин^-1, n=1430 мин^-1.