РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ ПОТОКОВИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ЛІНІЙ ВОДОПОСТАЧАННЯ І НАПУВАННЯ ТВАРИН

 

4.1 Значення механізації водопостачання та

напування

 

Своєчасне забезпечення тваринницьких об’єктів водою – одна з головних умов ефективного розвитку галузі. При цьому механізація сприяє стабілізації водопостачання, забезпечує подачу доброякісної води у необмеженій кількості безпосередньо до місця утримання тварин, різко скорочує затрати праці на їх утримання, дозволяє значно знизити собівартість тваринницької продукції. Крім того, постійне подавання води на ферму покращує її санітарний стан і підвищує протипожежну безпеку тваринницьких будівель.

Поряд із годівлею, напування є найважливішим біотехнологічним процесом, в якому тварини чи птиця безпосередньо контактують із засобами забезпечення їх водою. Робочі органи цих засобів повинні якнайкраще відповідати фізіологічним особливостям споживачів води.

Із технологічного обладнання, призначеного для ліній напування тварин та птиці, різноманітністю відзначаються напувалки. Серед них найефективнішими в технологічному відношенні є автонапувалки, тобто спеціальні автоматичні пристрої, за допомогою яких тварини та птиця можуть самостійно, без участі людини, споживати воду з водопровідної мережі протягом доби і в потрібній кількості.

Автоматизація напування, наприклад на фермах великої рогатої худоби, сприяє збільшенню на 10-15 % надоїв молока; приріст живої маси рогатої худоби на відгодівлі зростає на 3-5 %, а свиней – на 12-15 %, настриг вовни овець – на 8-12 %; значно скорочує затрати праці на обслуговування тварин, поліпшує умови їх утримання тощо. Таким чином, автоматизація напування впливає на продуктивність та стан здоров’я й інших видів тварин, а також птиці.

Тварини повинні мати вільний доступ до води і споживати її відповідно до потреб організму. При недостатньому споживанні води тваринами порушуються процеси перетравлювання кормів, затримується засвоєння поживних речовин їх організмами, погіршується стан здоров’я і знижується продуктивність тварин. Так, відсутність води, особливо у теплий період року, протягом 3-5 годин може привести до зниження продуктивності тварин на 8-25 %, яка відновлюється тільки через 8-12 днів. Найуразливіша щодо цього птиця.

Обслуговування засобів механізації просте і не потребує великих затрат праці, а використання засобів автоматизації дозволяє майже повністю ліквідувати ручну працю.

Практика сільськогосподарських підприємств показує, що затрати на механізацію водопостачання тваринницьких ферм, а також пасовищ окупаються протягом року.

 

4.2 Системи водопостачання і їх структура

 

Система водопостачання – це комплекс елементів (інженерних споруд та технічних пристроїв) для забирання, обробки до необхідної якості, доставки і розподілу води між споживачами. Структура та взаємне розміщення окремих елементів системи водопостачання залежать від її призначення, місцевих природних умов і санітарних вимог до води. Схема водопостачання значною мірою визначається вибором джерела вода (рис. 4.1).

4.1.png

 

а – з відкритої водойми; б, в – відповідно – із трубчастого та шахтного колодязів; 1 – водойма; 2 – водоприймальний пристрій; 3 – береговий колодязь; 4 – насосна станція; 5 – водоочисна споруда; 6 – резервуар очищеної води;

7 – водонапірний бак; 8 – водопровідна мережа; 9 – об’єкти споживання води; 10 – буровий колодязь; 11 – водонапірна башта; 12 – повітряно-водяний бак; 13 – шахтовий колодязь

Рис. 4.1 – Схеми водопостачання при забиранні води

 

Система механізованого водопостачання включає джерело, а також комплекс машин і обладнання. Залежно від організації водопостачання механізовані системи цього призначення бувають централізовані, децентралізовані і змішані або комбіновані.

За централізованого водопостачання всі споживачі господарства чи підприємства обслуговуються однією мережею.

При децентралізованому водопостачанні обслуговування кожного об’єкту даного господарства здійснюється від окремого водопроводу. В разі обслуговування частини об’єктів водопостачання централізовано, а інших – децентралізовано, система водопостачання буде змішаною.

Механізоване водопостачання підприємств сільськогосподарського виробництва часто буває централізованим. При цьому ферми користуються від загальної мережі водозабезпечення. Така система є найбільш економічною.

Проте в ряді випадків на фермах встановлюють окремі водокачки з автономним джерелом і обладнують децентралізовані системи водопостачання. Таке рішення може бути викликане, наприклад, значною віддаленістю ферми від центральної садиби господарства.

Комбіновані варіанти можливі у випадках, коли питну воду отримують з загального водопроводу, а для технічних потреб використовують окремі місцеві джерела, воду з яких неможливо використовувати для напування худоби та інших технологічних потреб із-за її низької якості.

У загальному вигляді схема системи механізованого водопостачання включає такі елементи: джерело води, водозабірні пристрої, насосну станцію, очисні споруди, напірно-регулюючу споруду, зовнішній та внутрішній водопровід і розбірні пристрої.

Слід зазначити, що на відміну від системи із забором води із поверхневого джерела води, яка показана на рис. 4.1, а, системи водопостачання із підземного джерела (бурових свердловин) не потребують очисних споруд, резервуарів чистої води і насосної станції другого підйому (рис. 4.1, б). В результаті вся система є значно простішою і надійнішою.

 

4.3 Джерела водопостачання і водозабірні пристрої

 

Для водопостачання тваринницьких ферм можуть бути використані відкриті (поверхневі) джерела, до яких належать річки, озера, водоймища, канали тощо, а також підземні води, що діляться на безнапірні та напірні.

Підземні води в свою чергу поділяються на ґрунтові і міжпластові. Ґрунтові води, розміщуються над першим водонепроникним шаром, який характеризується відсутністю напору, постійним коливанням рівня, можливістю забруднення різними речовинами. Міжпластові води залягають між двома водонепроникними шарами (напірні і артезіанські).

Підземні води чистіші за поверхневі і мають відносно постійну температуру. Просочуючись крізь водонепроникні шари, атмосферна вода звільняється від зважених частинок і мікроорганізмів, збагачується мінеральними солями, мікроелементами та вуглекислотою і в результаті цього отримує високі споживчі якості. Водопостачання з використанням підземних вод має суттєві переваги перед споживанням їх із поверхневих джерел. В сільському господарстві до 90 % використаної води отримують із підземних джерел.

Для забору води із поверхневих джерел використовують спеціальні пристрої та споруди – берегові (рис. 4.2, а) або руслові (рис. 4.2, б). Їх розміщують по течії річки обов’язково вище населених пунктів і виробничих об’єктів.

4.2.png

 

1 – водоприймач; 2 – самопливна труба; 3– засувка;

4 – береговий колодязь; 5 – насосна станція

Рис. 4.2 – Схеми водозаборів з берегового типу (а) та руслового (б) поверхневих джерел

 

Воду із підземних джерел використовують через шахтні або трубчасті колодязі (бурові свердловини).

Шахтний колодязь (рис. 4.3) влаштовують для забору ґрунтових вод, що залягають на глибині 30-40 м. Він складається із водоприймальної частини 5 з фільтром 6 із гравію, шахти 4 і оголовка 2. Навколо оголовка влаштовують глиняний замок 3 шириною і глибиною не менше 1 м для захисту від забруднень атмосферними опадами. Шахту роблять квадратного перерізу (із стороною 1-3 м) або круглою (діаметром 1-3 м) із залізобетонних кілець. На дні колодязя влаштовують піщано-гравійний фільтр.

4.3.png

 

1 – вентиляційна труба; 2 – оголовок; 3 – глиняний замок; 4 – шахта;

5 – водоприймальна частина; 6 – фільтр

Рис. 4.3 –  Шахтний колодязь

 

Трубчастий колодязь (рис. 4.4) являє собою свердловину круглого перерізу, що закріплена стальними обсадними трубами. У нижній частині її встановлений фільтр, крізь який вода надходить в колодязь. Фільтр запобігає обвалюванню породи і надходженню в колодязь піску.

4.4.png

 

1 – напрямна втулка; 2 – обсадна труба; 3 – ущільнення;

 4 – надфільтрова труба; 5 – фільтр; 6 – відстійник

Рис. 4.4 – Трубчастий колодязь

 

За конструкцією робочої частини фільтри діляться на сітчасті, дротяні, щілинні і гравійні. Якщо водоносний шар складається з твердих порід з тріщинами, то фільтри не встановлюються і вода надходить безпосередньо із свердловини.

Розміри фільтрів залежать від складу водоносних горизонтів та умов їх залягання. Довжина фільтруючої частини повинна бути не менша від висоти водостічного шару. Сітчасті фільтри виконують з металевої сітки з отворами розміром від 0,15 до 0,60 мм. Для сіток використовують латунь, нержавіючу сталь, а також полуджену мідь.

Джерело води характеризується за такими параметрами: статичний та динамічний рівні, а також дебіт.

Коли вода із джерела (наприклад, колодязь) не відбирається, його рівень находиться на тій же глибині, що і рівень ґрунтових чи підземних вод, який називається статичним. При відкачуванні води рівень її в джерелі знижується. Залежно від інтенсивності забору та надходження свіжої води установлюється рівень, який називається динамічним. Кількість води, яка надходить в колодязь за одиницю часу (л/с, м3/год), називається дебітом джерела.

Вода для тваринницьких підприємств, як і для населених пунктів, повинна відповідати вимогам державного стандарту на питну воду. Якість оцінюється за фізичними, хімічними і бактеріологічними характеристиками.

 

4.4 Вимоги до води та способи поліпшення її якості

 

У тваринництві воду використовують в першу чергу для напування тварин і птиці, а також в інших технологічних процесах (наприклад, приготування кормів, доїння корів і первинна обробка молока), на побутові, санітарно-гігієнічні, протипожежні потреби тощо.

Вода для тваринницьких підприємств, як і для населених пунктів, повинна відповідати вимогам державного стандарту на питну воду. Якість оцінюється за фізичними, хімічними і бактеріологічними характеристиками (табл. 4.1). Для напування тварин залежно від їх виду та віку рекомендується вода, яка має температуру в межах 8-25 °С, без сторонніх запаху, смаку та кольору. Забрудненість (вміст органічних або мінеральних речовин) не повинна перевищувати 2 мг/л. Доброякісна питна вода повинна мати нейтральну або слаболужну реакцію на рівні рН 6,5-9,5, жорсткість (за вмістом солей кальцію і магнію) – не більше 7 мг-екв/л, окисленість (наявність, вільного кисню) – не більше 2,5 мг/л, а вміст свинцю – не більше 0,1 мг/л, Кількість кишкових паличок в одному літрі води не повинна перевищувати трьох.

Таблиця 4.1. – Вимоги до якості води

Якісні показники води

Інтервал

Норма

Запах і присмак при температурі +20 ºС, в балах

0-5

2

Кольоровість за шкалою, в градусах

0-100

<20

Прозорість за шрифтом, мг/л

 

<2

Загальна жорсткість, мг-екв/л

3,5-14

7

Загальна кількість бактерій в 1 мл нерозбавленої води

10-1500

100

Середня кількість кишкових паличок в 1 л води

0-10

3

|Вода не повинна вміщувати водних організмів, які можна відрізнити неозброєним оком

 

 

 

Дослідженнями, які були проведені в Швеції, встановлено, що при подачі води 2 л/хв надої молока за добу становили 20,5 л, а при 12,5 л/хв – 21 л. При температурі води 3°С надої були 25,4 л, при 10°С – 25,9 л, а при 17°С – 26,1 л.

Для нагрівання організмом тварини 1 л води на 1°С потрібно 4,19×103 Дж (1 ккал) тепла. Якщо корова випиває за добу 70 л води з температурою 2°С, для нагрівання її до 12°С витрачається 700 ккал тепла, або 200 г перетравного протеїну чи дві кормові одиниці. В цьому випадку від кожної корови не добирається 3,5-4,0 л молока.

Вода для фермських молочних або потокових ліній первинної обробки молока не повинна містити вапна (бути м’якою), сполук магнію, заліза та органічних речовин. Жорстка вода своїми відкладеннями на стінках труб зменшує їх пропускну здатність і теплопередачу. Вода з домішками заліза і органічних речовин знижує якість молочних продуктів і навіть призводить їх до псування.

Якість води покращують шляхом відстоювання її у резервуарах великої місткості або фільтруванням. Для поліпшення якості води її пропускають крізь фільтри, які добре поглинають кальцій, або нагрівають до температури 70-80 °С, в результаті чого кальцій та магній випадають в осад. З метою знезараження у воду добавляють чистий хлор чи хлорне вапно. Обробку води хлором ведуть у спеціальних апаратах, які називають хлораторами.

Щоб запобігти забрудненню води навколо її джерел відводять санітарну зону, яка включає три пояси з різними режимами охорони.

Межа першого поясу для річки розташована від місця забору води на відстані 200 м вверх (проти течії), 100 м – униз (за течією) та на 100 м – по обидва боки по ширині річки. При заборі води із озер чи водосховищ межа зони першого поясу має вигляд кола з радіусом 200 м; при використанні ґрунтових вод цей радіус дорівнює 50 м, а площа, що відокремлюється, – 1,4 га; для підземних джерел радіус поясу становить 30 м, а відокремлена площа – 0,25 га. Територія першого поясу відокремлена огорожею і зеленими насадженнями. На ній забороняється зводити будівлі для проживання людей, утримання тварин та птиці.

Другий пояс включає джерело водозабезпечення і басейн його живлення (тобто акваторію), що має вплив на формування якості води джерела. До другого поясу належать населені пункти й виробничі підприємства, діяльність яких впливає на джерело води. В зоні другого поясу необхідно передбачати і проводити оздоровчі заходи, в разі потреби обмежувати господарську діяльність.

Третій пояс зони санітарної охорони межує з другим. На території цього поясу провадять спостереження за інфекційними захворюваннями з метою своєчасного запобігання; їх поширенню через водопровід питної води.

Для господарсько-питного водопостачання рекомендується використовувати в першу чергу воду з трубчастих колодязів (бурових свердловин), які надійно захищені від бактеріального забруднення. Вода в них характеризується сталістю якісних показників та температури. Вони широко застосовуються для механізованого водопостачання тваринницьких підприємств, незважаючи на великі витрати на їх спорудження. Ґрунтові води шахтних колодязів потребують постійного контролю якості. Відкриті ж джерела (ставки, річки) легко піддаються бактеріальному забрудненню, а для очищення взятої з них води необхідні значні затрати. Поверхневі та ґрунтові води для механізованого водопостачання тваринницьких ферм застосовуються дуже рідко.

 

4.5 Водопідіймальні станції і машини

 

Класифікація та загальний аналіз

Для забору води з джерел і подачі її до споживачів використовують насосні станції, оснащені насосами і водопідйомниками.

Насосна станція – це комплекс гідротехнічних споруд і насосно-енергетичного обладнання, призначений для забору воду з джерела, її обробки і подачі в напірний резервуар або у водорозподільну мережу.

Залежно від призначення насосні станції бувають першого і другого підйомів.

Станції першого підйому призначені для забору води безпосередньо з джерела і подачі її на очисні споруди або проміжні збірні резервуари. Станції другого підйому забезпечують подачу води із проміжних резервуарів у водопровідну мережу і напірно-регулюючі споруди. У варіантах великої висоти підйому води і значного розмереження водоводів, коли мають місце значні втрати напору можуть бути використані насосні станції третього і навіть четвертого підйомів.

Для скорочення будівельних витрат побудову насосних станцій у тваринництві часто суміщають з водозабірними та іншими елементами системи водопостачання. При заборі підземних вод споруди насосних станцій розташовують, як правило, над колодязем.

У типових проектах систем водопостачання передбачені підземні та наземні варіанти насосних станцій.

На рис. 4.5 показана наземна насосна станція першого підйому з моноблочним відцентровим насосом марки КМ і водозабірними спорудами берегового типу для забору води з поверхневого джерела.

4.5.png

1 – приймальний колодязь; 2 – всмоктувальний трубопровід; 3 – нагнітальний трубопровід; 4 – відцентровий насос з електродвигуном; 5 – станція управління; 6 – зворотній клапан; 7 – регулювальна засувка; 8 – манометр; 9 – засувка;

10 – самопливна труба; 11 – водоприймальник; 12 – камінний накидний фільтр; 13 – приймальний клапан зі стінкою-фільтром

Рис. 4.5 – Насосна станція першого підйому

 

Насоси – це гідравлічні машини, які створюють робочий напір (тиск), достатній для підйому води на потрібну висоту над поверхнею води.

За принципом дії насоси бувають лопатеві, об’ємні, струминні та черпальні.

В лопатевих насосах рідина переміщується під дією обертання робочого колеса з лопаткам. До об’ємних відносяться поршневі, шестеренні та деякі інші. Струминні включають підйомники, у яких для подачі рідини використовується енергія іншого попутного потоку (води, повітря). В дії черпальних водопідіймачів використано принцип змочування стрічки або шнура, які безперервно рухаються.

Лопатеві насоси мають основним робочим органом колесо з лопатями. Залежно від форми робочого колеса і характеру руху рідини лопатеві насоси поділяються на відцентрові, діагональні і осьові.

Відцентрові насоси застосовують для забору і подачі води з поверхневих джерел, шахтних і трубчастих колодязів. Вони діляться: за розташуванням осі – на горизонтальні і вертикальні; за числом робочих коліс – на одноколісні, багатоколісні або багатоступінчасті; за способом підведення рідини до робочого колеса – з однобічним і двобічним входом; за місцем установки – на поверхневі, заглибні і плаваючі. За величиною напору відцентровані насоси бувають низького тиску – до 20 м, середнього тиску – до 40-60 м; високого тиску понад 60 м.

До позитивних ознак відцентрованих відносяться: простота конструкції і надійність в роботі; мала вага і незначна площа для їх установлення; зрівноваженість в роботі, що дає можливість обійтись без масивних фундаментів; великі оберти, що дозволяє з’єднувати його безпосередньо з електродвигуном; відсутність ударів та вібрацій в трубопроводах; можливість рідини із значною кількістю в них механічних домішок.

Як недолік вважається необхідність заливання відцентрованих насосів та всмоктувальної труби водою перед пуском і мала висота всмоктування. Робоче колесо відцентрового насоса (рис. 4.6) закріплюється на валу і обертається в корпусі.

4.6.png

а – загальний вигляд; б – насос; 1 – фільтр; 2 – приймальний клапан;

3 – всмоктувальна труба; 4 – вакуумметр; 5 – кришка насоса; 6 – корпус насоса; 7 – лопатеве робоче колесо; 8 – вал насоса; 9 – заливний пристрій; 10 – напірна труба; 11 – манометр; 12 – засувка; 13 – зворотний клапан; 14 – бак для води;

15 – диск робочого колеса; 16 – лопать; 17 – всмоктувальна горловина

Рис. 4.6 – Конструктивно-функціональна схема насосної

установки

 

Принцип дії. При обертанні робочого колеса вода, що знаходиться в міжлопатевих його каналах, під дією відцентрової сили спрямовується від центра колеса до його периферії, набуваючи при цьому кінетичної енергії, яка іде на створення напору. Вода надходить в корпус насоса, а з нього в нагнітальну трубу. При звільненні каналів колеса від води в його середній частині та у всмоктувальній трубі створюється розрідження, що сприяє засмоктуванню води з колодязя в насос. Таким чином, при обертанні робочого колеса створюється потік води з колодязя до насоса і через нього у водопровідну мережу. Клапан 13 запобігає зворотному зливу води і захищає насос від гідравлічного удару при раптовій зупинці.

Особливістю роботи відцентрових насосів є тісний зв’язок між подачею і тиском (напором): зі збільшенням подачі тиск насосу зменшується, а зі зменшеннями подачі – він зростає.

Відцентрові насоси – це швидкохідне обладнання. Безпосереднє з’єднання їх з швидкохідними електродвигунами дозволяє створювати компактні електронасосні агрегати, які не потребують для монтажу великих площ.

У практиці сільського господарства для подачі води з температурою до +80°С застосовують відцентрові насоси консольного типу К і КМ. За величиною подачі і напором даний тип насосів ділиться на 19 типорозмірів (подача змінюється від 0,45 до 360 м3/год при напорах від 8,8 до 98 м).

Для фермерських господарств Харківський електротехнічний завод випускає електронасоси побутові відцентрові типу БЦНМ.

Марка насоса: букви і цифри, наприклад БЦНМ 3/17, означають: Б – побутовий; Ц – відцентровий; Н – насос; М – моноблочний; 3 – номінальна подача насоса в м3/год; 17 – висота напору при установці насоса на поверхні води в метрах водяного стовпа.

Насос БЦНМ являє собою моноблок, який складається із асинхронного однофазного конденсаторного електродвигуна з короткозамкнутим ротором і відцентрового насоса.

Висота всмоктування для всіх відцентрових насосів не перевищує 7 м. З метою отримання найбільшої подачі слід установлювати насос так, щоб максимально наблизити його до поверхні води.

Багатоступеневі заглибні відцентрові насоси використовують для підіймання із глибоких бурових свердловин води з температурою до +25 С і вмістом механічних домішок не більше 0,01% (за вагою). За подачею вони бувають від 1,6 до 670 м3/год, напором від 15 до 640 м і споживною потужністю від 0,5 до 500 кВт. Заглибні насоси мають сухі, маслозаповнені, напівсухі і мокрі електродвигуни.

Найпростішими за конструкцією є насосні агрегати з мокрими електродвигунами. Вони надійні в експлуатації, економічні і дістали широке застосування в сільському господарстві.

Насоси типу ЭЦВ і ЭПН агрегатуються з водозаповненими електродвигунами. Насос ЭЦВ-4 приводиться в дію за допомогою однофазного двигуна з ізольованим від води статором. Інші насоси типу ЭЦВ приводяться в дію трифазними електродвигунами. Гумово-металеві підшипники змащуються водою, яка знаходиться в корпусі. В насосах типу ЭЦВ вали з’єднані жорсткою муфтою, а в насосах типу ЭПН двигун і насос з’єднані за допомогою фланців. При установці насосів в свердловину вони мають бути занурені нижче динамічного рівня на 1-1,5 м.

Марка насоса, наприклад ЭЦВ 6-10-80 розшифровується так: Э – електрозаглибний; Ц – відцентровий; В – високонапірний; 6 – зменшений в 25 раз мінімальний діаметр свердловини, мм; 10 – подача, м3/год; 80 – напір, м.

Конструкція кожної секції такого насоса включає (рис. 4.7): корпус 4, лопатеве робоче колесо 6, напрямну 5. Кількість секцій приймають залежно від глибини свердловини. Робочі колеса насаджені на вал 3. Всі секції з’єднуються зовнішніми стяжками. Насос з електродвигуном монтується на водонапірній трубі. При цьому електродвигун займає нижнє положення. Насос занурюють у воду на глибину не менше 2-х м. Його подача не повинна бути більшою за дебет свердловини, інакше агрегат буде працювати в сухому режимі і швидко вийде з ладу.

4.7.png

 

1 – зворотний клапан; 2 – підшипники вала; 3 – вал; 4 – корпус; 5 – напрямна;

6 – робоче колесо; 7 – фільтр;  8 – двигун

Рис. 4.7 – Конструктивно-функціональна схема

відцентрового заглибного насоса типу ЭЦВ

 

Принцип дії. Крізь фільтр 7 вода заповнює порожнини секцій. При обертанні колеса його лопаті відкидають воду до стінок напрямної, поверхня якої має таку форму, що спрямовує воду до всмоктувальної горловини робочого колеса наступної секції. Тиск води зростає пропорційно кількості секцій, які вона проходить. На виході з насоса вода підіймає зворотний клапан і поступає у водонапірну трубу.

Лопатеві вихрові насоси типів В, ВК, ВКС і ВКО призначені для перекачки чистої води із відкритих водоймищ і шахтних колодязів при висоті всмоктування 5…7 м. Це самовсмоктувальні насоси і не потребують заливання води перед повторним запуском.

Марка насоса, наприклад, ВК-1/16 означає: В – вихровий, К -консольний, 1 – подача, м3/год, 16 – напір, м.

Конструктивна схема насоса приведена на рис. 4.8. Робоче колесо має вигляд турбіни. Всмоктувальний 2 та напірний 3 патрубки розміщені зверху корпуса насоса, а тому порожнину необхідно заливати перед першим пуском. Всмоктувальну трубу заливати не обов’язково. Для нормальної роботи торцеві і радіальні зазори між лопатевим колесом та стінками корпуса повинні бути в межах 0,005... 0,015 мм. Особливе значення має величина зазору між торцем лопатей 5 і перемичкою 7, яка розмежовує всмоктувальний та напірний патрубки. Для збільшення строку служби насоса необхідно уважно стежити за справністю фільтра, щоб у насос не потрапляв пісок.

Принцип дії вихрового насоса можна засвоїти із схеми (рис. 4.8.). Кільцева порожнина 6 в корпусі насоса з’єднує всмоктувальний 2 і напірний 3 патрубки. В цій порожнині рідина залучається в коловий рух відносно її осьової лінії. Під дією відцентрових сил по периферії колеса виникає інтенсивний вихровий циркуляційний потік.

4.8.png

1 – корпус; 2 – всмоктувальний патрубок; 3 – напірний патрубок; 4 – робоче

колесо; 5 – лопаті; 6 – робоча камера; 7 – перемичка

Рис. 4.8 – Конструктивна схема вихрового насоса

 

На цей потік накладається ще один, що виникає в результаті тиску колеса на рідину. Обмін імпульсами за рахунок вторинних потоків настільки інтенсивний, що за однакових розмірів і частоти обертання вихровий насос створює напір в 3…5 разів більший, ніж відцентровий насос. Оскільки значна частина води в міжлопатевій порожнині залишається після викиду, то порівняно з відцентровим насосом вихровий має меншу подачу.

Принцип дії об’ємних насосів оснований на поперемінній зміні обсягу робочої камери. У першій фазі робочого процесу обсяг камери збільшується, при цьому в ній утворюється розрідження і рідина з джерела із-за різниці тиску засмоктується у камеру. Протягом другої фази робочого процесу обсяг камери зменшується і рідина з неї витискається.

Об’ємні насоси відрізняються від відцентрових тим, що їх подача не залежить від напору, який розвиває насос. Напір об’ємних насосів практично обмежується лише механічною міцністю деталей насосу і потужністю приводного двигуна. Крім того насоси такого типу можуть працювати і без попереднього заливання перекачуваної рідини.

Серед нових конструкцій насосів об’ємного типу слід відмітити вібраційні, принцип роботи яких полягає на використанні інерційних сил, які виникають під дією коливальних процесів в подавальній рідині.

Вібраційний поршневий насос, показаний на рис. 4.9, призначений для подачі води із шахтних колодязів і бурових свердловин з мінімальним діаметром обсадних труб 100 мм і динамічним рівнем води до 40 м. За допомогою електромагніта 8 створюється коливальний рух поршня 19. При русі поршня вверх клапан 20 відкривається, вода всмоктується в надклапанну порожнину і одночасно поршень штовхає рідину між діафрагмою 2 і основою 1. Діафрагма створює інерційні сили, завдяки яким створюється напір і подача води.

4.9.png

1 – основа; 2 – діафрагма; 3 – упор; 4 – стакан; 5 – амортизатор; 6 – болт;

7 – якір; 8 – корпус магніта; 9 – кожух; 10 – пантон; 11 – шланг; 12 – рукоятка;

13 – кабель; 14 – ярмо; 15 – котушка магніта; 16 і 18 – регулювальні шайби;

17 – шток; 19 – поршень; 20 – клапан

Рис. 4.9 –  Вібраційний насос

 

Водопідіймачі бувають водоструминні, пневматичні, стрічкові, шнурові.

Водоструминні установки мають комбіновану структуру, складаються з водоструминного апарата і відцентрового насоса.

4.10.png

 

1 – фільтр; 2 – зворотний клапан; 3 – водоструминний апарата;

4 – водопідйомний трубопровід; 5 – відцентровий насос; 6 – манометр;

7 – вентиль; 8 – напірний трубопровід; 9 – всмоктувальна труба;

10 – приймальна камера; 11 – сопло; 12 – камера змішування; 13 – дифузор

Рис. 4.10 – Конструктивно-функціональна схема

водострумної установки ВУ-10-80 (а) та водострумного

апарата (б)

 

Залежно від конструкції струминного апарата водоструминні установки бувають трьох типів:

·                       дволінійної конструкції з паралельним розташуванням труб. Недоліком цієї конструкції вважається неповне використання перерізу трубчастого колодязя; перевага – простота монтажу. Доцільно застосовувати такі конструкції при підйомі води з шахтних колодязів;

·                       дволінійної конструкції з центральним розташуванням труб (водопіднімальна труба проходить усередині напірної). При повному використанні прохідного перерізу трубчастого колодязя ці установки відрізняються складністю монтажу і підвищеною металомісткістю;

·                       однолінійної конструкції з обсадною колоною, що використовується як напірний трубопровід. Це найбільш перспективна  конструкція.

Марка ВУ-10-30 означає: ВУ – водонапірна установка, 10 – подача, м3/год; 30 – напір, м.

Установка включає (рис. 4.10, а) фільтр 1, зворотній клапан 2, водоструминний апарат 3, водопідіймальний 4 та напірний 8 трубопроводи, відцентровий насос з 1...3 ступенями 5, манометр 6, вентилі 7. Водоструминний апарат встановлюється нижче рівня води в колодязі і має (рис. 4.10, б) всмоктувальну трубу 9 приймальну камеру 10, сопло 11, камеру (зону) змішування 12, дифузор 13.

У водоструминній установці відцентровий насос забезпечує подачу води у водопровідну мережу і водонапірну споруду, а також живлення водоструминного апарату, який піднімає воду з джерела до рівня відцентрового насоса. Таке поєднання компенсує обмежену здатність засмоктування води відцентровим насосом (теоретично до 10 м, а практично –не більше 6-8 м.)

Принцип дії. Перед роботою порожнину відцентрового насоса та водопідіймальну трубу заливають водою. При включенні відцентрового насоса вода напірним трубопроводом 8 подається у сопло 10 струминного апарата. Вода під тиском виходить із сопла 11 в напрямку дифузора. Навкруги струменя у приймальній камері 10 утворюється розрідження. Під дією тиску стовпа води відкривається приймальний клапан 2 і вона надходить у розріджений простір камери 10. Тут вода підхоплюється струменем, змішується у камері 12 і підіймається на висоту, достатню для всмоктування або захоплення її відцентровим насосом 5. Відцентровий насос нагнітає воду у мережу і одночасно відводить частину води до сопла насосу, забезпечуючи тим самим неперервність робочого процесу установки.

Повітряні водопідйомники або ерліфти (рис. 4.11) являють собою пристрої для подавання води з колодязів за допомогою стиснутого повітря. Стиснуте компресором 1 повітря трубою 3 подається у башмак-форсунку 6 (змішувач), розміщену у свердловині. Тут стиснуте повітря змішується з водою і утворює емульсію, щільність якої менше щільності води. Ця емульсія піднімається трубою 4 і накопичується у резервуарі 5, де повітря відділяється від води. Ресивер 2 створює запас і вирівнює тиск повітря у трубі 3, а також затримує масло, яке поступає з повітрям із компресора.

4.11.png

1 – компресор; 2 – ресивер; 3 – повітряна труба; 4 –труба для підйому води;

5 – забірний резервуар; 6 – башмак-форсунка (змішувач)

Рис. 4.11 –  Схема повітряного водопідіймача (ерліфта)

 

Стрічкові та шнурові водопідіймачі застосовуються для підіймання води із шахтних та трубчастих колодязів з внутрішнім діаметром більше 0,5 м та глибиною до 50 м. Частіше їх використовують на стаціонарних пунктах для напування тварин у зонах степів та пустель.

Марка водопідіймача, наприклад ВШП-50, означає: В – водопідіймач, Ш – шнуровий; П – пасовищний; 50 – рівень, на який піднімає воду.

Водопідіймальна установка включає (рис. 4.12) ведучий шків 1, робочий орган (стрічка, шнур) 2, натяжний ролик 4 з підвішеним до нього тягарем, лотік 8 для збирання води.

4.12.png

1 – шків ведучий; 2 – стрічка; 3 – водопідйомна труба; 4 – натяжний ролик;

5 – трубчастий колодязь; 6 – захисна труба; 7 – резервуар; 8 – лоток;

9 – обвідний ролик; 10 – корпус

Рис. 4.12 – Конструктивно-функціональна схема стрічкового

водопідіймача ВЛМ-100

 

Дія водопідйомника заснована на захопленні тонкого шару води, який утримується на поверхні рухомої стрічки завдяки силам зчеплення.

В процесі роботи водопідйомника ведучий блок обертається, стрічка, переміщуючись крізь шар води, виносить частки її з колодязя. У момент переходу через ведучий блок, ці частки під дією відцентрових сил скидаються в кожух, з якого зливним патрубком стікають у резервуар.

За будовою і принципом дії шнурові водопідйомники аналогічні стрічковим. Додатковим елементом шнурового водопідйомника є труба, в якій шнур переміщується знизу верх. Подача шнурового водопідйомника залежить не тільки від сили зчеплення шнура з водою, але і від взаємодії зі стінками труби, якою проходить гілка шнура.

Гідравлічний таран – автоматично діючий водопідіймач. Для приведення його в дію двигун не потрібний. Підіймання води здійснюється силою гідравлічного удару в підвідному (живильному) трубопроводі.

Гідротаран можна використовувати за таких умов:

·                       наявність водосховища або потужного джерела з дебетом, що перевищує в декілька разів добову потребу води ферми, оскільки менша частина води подається до споживача, а більша – зливається як відпрацьована;

·                       перепад води між джерелом і водопідіймачем повинен бути не менше 1 м;

·                       висота нагнітання (Н) для нормальної роботи гідротарана може перевищувати висоту падіння (h) у 8... 10 разів;

·                       наявність природного стоку від місця установки гідротарана для відведення відпрацьованої води.

Продуктивність гідротарана залежить від кількості води, яка до нього підводиться, висоти падіння води, висоти її підйому та довжини ударної (живильної) труби. Вона коливається в межах від 5 до 60 м3/год.

Гідротаран включає (рис. 4.13, а) корпус 7 з ударним 4 та нагнітальним (зворотним) 6 клапанами, повітряний ковпак 8 з вентилем 5. Клапан 6 розміщений під ковпаком. Крім того, до установки входять: живильна 3 та напірна 10 труби, запірні засувки 2 та 9, а також накопичувач 11.

4.13.png

1 – водосховище; 2 – запірні засувки живильної труби; 3 – живильна труба;

4 – ударний клапан; 5 – повітряний вентиль; 6 – клапан зворотний; 7 – корпус;

8 – повітряний ковпак; 9 – запірна засувка напірної труби; 10 – напірна труба; 11 – накопичувач

Рис. 4.13 – Конструктивно-функціональна схема гідравлічного

тарана ТГ-1

 

Принцип дії. Робота гідротарана базується на використанні енергії потоку і включає такі елементи.

Такт розгону (рис. 4.13, а). Відкривають засувки 2 та 9 і вода із сховища живильною трубою 3 надходить під ударний клапан 4. В цей час клапани 4 та 6 знаходяться в нижньому положенні. Клапан 6 воду під ковпак не впускає. Вода витікає крізь зазор між клапаном 4 і корпусом 7, набираючи швидкість. При досягненні певної швидкості потоку розвивається тиск води на тарілку клапана 5 знизу, достатній для підіймання його у верхнє положення. При цьому закривається клапан 4 і вода перестає витікати назовні.

Такт нагнітання (рис. 4.13, б). Раптова зупинка витікання води спричиняє збільшення тиску і за 0,1... 0,2 с у корпусі тарана, створюється гідравлічний удар. Під силою цього удару нагнітальний клапан 8 піднімається у верхнє положення і під ковпак, стискуючи повітря в ньому, надходить певна порція води. З під ковпака вода поступає у водонапірну трубу.

Мить рівноваги (рис. 4.13, в). В результаті зростаючого опору стиснутого повітря під ковпаком швидкість потоку води в процесі нагнітання різко падає. Рух води на мить зупиняється. У цей момент ударний клапан 4 та клапан 6 знаходяться у верхньому положенні.

Такт відбивання (рис. 4.13, г). В період рівноваги відбувається незначний відтік води з під ковпака 8 у живильну трубу 3. Тиск повітря під ковпаком, та вага води, які діють на клапан 3, закривають його. За рахунок стиснутого під ковпаком повітря, вода продовжує виштовхуватись у напірну трубу 10. Під ударним клапаном 4 в корпусі 7 в цей момент стан спокою і навіть деяке розрідження. Під власною вагою ударний клапан 4 спускається і утворює зазор для витікання води назовні. Робочий цикл повторюється. Після декількох таких циклів тиск повітря під ковпаком настільки збільшується, що в період такту відбивання починає імпульсивно подавати воду напірним трубопроводом в накопичувач.

Для прискорення роботи гідротарана слід підняти ударний клапан у верхнє положення. Вода підніме нагнітальний клапан і заповнить певну частину порожнини ковпака, напірного трубопроводу – майже до рівня водосховища. Якщо тепер відпустити ударний клапан, то гідротаран скоріше почне подавати воду в накопичувач.

 

4.6 Водонапірні споруди та установки

з гідроакумулятором

 

У механізованих системах водопостачання тваринницьких підприємств для створення необхідного тиску в мережі в період вимкнення насоса, створення і зберігання запасів та регулювання подачі води застосовують водонапірні споруди (баки, башти, повітряно-водяні котли або гідроакумулятори). При цьому найзручнішими і найпоширенішими є металеві збірно-блочні безшатрові башти конструкції інженера А.А. Рожновського. Також використовують схеми з автоматизованими водопідйомними установками і гідроакумулятором.

Збірно-блочні водонапірні башти (рис. 4.14). зварені з листового металу, має опору і бак, які під час експлуатації постійно заповнені водою.

4.14.png

  1 – напірно-розвідна труба; 2 – зливна труба; 3 – анкерні болти; 4 – фундамент;

5 – земляний вал (обсипка); 6 – колона; 7 – зовнішня драбина; 8 – внутрішні

драбини; 9 – люк; 10 – вентиляційна труба; 11 – кришка бака;

12 – льодоутримувачі; 13 – бак; 14 – оглядовий колодязь; 15 – заслінка

Рис. 4.14 – Водонапірна металева башта

 

Башти не обігріваються і спеціальної теплоізоляції не мають. Внутрішні стінки обладнані скобами, які ніби армують льодовий шар, що повільно намерзає товщиною до 300 мм і цим утворює теплоізоляційну оболонку. Башти розраховані на температуру повітря до -40 °С. Рівень води в баштах регулюється (підтримується) автоматично. Башту монтують на фундаменті. Нижню частину башти, утеплюють земляною підсипкою.

Неутеплену башту використовують там, де температура води підземних джерел не менше 4 °С і обмін води у башті проходить не рідше одного разу за добу. При інтенсивній циркуляції вода у башті не замерзає навіть при значному зниженні температури.

Башти заощаджують електроенергію, підвищують ресурс електродвигуна та насоса, а також накопичують певний запас води на випадок відключення водяної або електричної мережі.

Схеми водопостачання з гідроакумулятором дозволяють зменшити об’єм напірно-регулювальних ємностей та знизити капітальні вкладення на будівництво об’єктів водопостачання.

Водопідйомні установки з гідроакумулятором (рис. 4.15) комплектуються поверхневими відцентровим чи вихровим насосами, або заглибним насосом, а також повітряно-водяною місткістю (гідроакумулятором). Вони застосовуються для подачі води під напором до споживача без водонапірної башти.

4.15.png

1 – станція управління; 2 – реле тиску; 3 – жиклер; 4 – повітряний клапан; 5 – камера змішування струминного регулятора; 6 – повітряно-водяний бак; 7 – вихровий насос

Рис. 4.15 – Схеми водопідйомної установки з гідроакумулятором

 

 Принцип дії. Перед пуском установки з’ясовують висоту розташування споживачів відносно рівня розміщення повітряно-водяної місткості і за допомогою реле тиску регулюють межі включення-виключення насоса з розрахунку 0,1 МПа (1 кгс/см2 ) на кожні 10 м висоти. При включенні установки вода вихровим насосом 7 подається у повітряно-водяну ємність (бак) 6, з якої водопровідною мережею надходить до споживачів. Надлишки води накопичуються у місткості, стискаючи в ній повітря. Коли тиск в місткості досягне розрахованого значення, реле тиску 2 (у нормальному положенні контакти реле тиску постійно замкнені) розімкне електричний ланцюг магнітного пускача, електродвигун насоса зупиниться і вода споживачам буде подаватися з баку під дією стисненого у ньому повітря. При зниженні тиску до визначеного рівня контакти реле зімкнуться і в роботу автоматично включається насос, який знову почне подавати воду у місткість.

В процесі роботи установки обсяг повітряної подушки у баку 6 поступово зменшується із-за нещільностей з’єднань і розчинення повітря у воді. Це приводить до збільшення кількості включень насоса. Для автоматичного заповнення місткості повітрям служить струминний регулятор запасу.

Періодична дія водопідйомної установки дає змогу заощаджувати електроенергію та підвищує ресурс електронасоса.

Використання установок з гідроакумулятором не потребує будівництва дорогих і металоємних водонапірних башт. Собівартість подачі 1 м3 води при цьому знижується в 1,5-2 рази. Проте такий варіант потребує постійного енергопостачання.

 

4.7 Зовнішня і внутрішня водопровідні мережі

 

Водопровідна мережа призначена для підведення та розподілу води до місць споживання. Та ділянка водопровідної мережі, якою вода подається у водонапірну башту чи гідроакумулятор називається напірним трубопроводом.

З башти під дією гідростатичного тиску (напору) вода розподіляється до об’єктів її споживання. При цьому та частина водопроводів, яка прокладена на території ферми між окремими приміщеннями називається зовнішньою або магістральною мережею, а та, що забезпечує розподіл води між безпосередніми споживачами у приміщеннях – внутрішньою.

Зовнішні водопровідні мережі бувають тупикові і кільцеві.

Тупикова мережа, складається із окремих ліній (рис. 4.16). Вода з водонапірної башти розводиться головною магістраллю у відгалуження, які закінчуються тупиками.

4.16.png

ВБ – водонапірна башта; 1, 2, ..., 6 – розподільчі колодязі

Рис. 4.16 – Схема тупикової водопровідної мережі

 

Кільцева мережа забезпечує рух по замкнутому контуру і підводить воду до споживачів як мінімум з двох боків (рис. 4.17).

На невеликих фермах зовнішню водопровідну мережу часто прокладають за тупиковою схемою, а на великих фермах і комплексах – за кільцевою. Якщо на фермі об’єкти споживачів розміщені в кілька рядів, то схема водопроводу може бути кільцевою або змішаною.

4.17.png

ВБ – водонапірна башта; 1, 2, ..., 9 – розподільчі колодязі

Рис. 4.17 – Схема кільцевої водопровідної мережі

 

Кільцева мережа зовнішнього водопроводу довша за протяжністю і дорожча від тупикової, але при цьому покращуються умови виконання профілактичних заходів, а також ремонту окремих ділянок. Вода до споживачів може підводитися з двох сторін, що дозволяє відключити пошкоджені дільниці мережі, не зупиняючи подачу води іншим споживачам. В кільцевих мережах рівномірніший напір по всій довжині, а також зменшується безпека гідравлічних ударів і замерзання води в трубах. В змішаних мережах до основного замкнутого контуру приєднують окремі тупикові вітки.

Зовнішню водопровідну мережу частіше всього споруджують з чавунних і азбестоцементних труб, рідше використовують сталеві труби. В такому випадку стальні труби обробляють або покривають антикорозійною ізоляцією. Стальні труби застосовують головним чином для внутрішніх водопровідних мереж. Вони дорожчі за чавунні і азбестоцементні і менш довговічні через корозію металу.

При прокладці трубопроводу треба дотримуватись двох правил:

·                       траса водопроводу повинна вибиратися відповідно умови найкоротшої доставки води споживачам;

·                       труби треба укладати на глибину нижче рівня промерзання ґрунту.

Внутрішні водопровідні мережі призначені для безпосереднього розподілу води між споживачами всередині приміщення. Схема розводки труб цих мереж і види водорозбірних приладів, які використовуються в них, залежать від переліку технологічних операцій тих чи інших об’єктів водопостачання. Для безперебійної подачі води на виробничі потреби внутрішні водопровідні мережі, як правило, виконуються за кільцевими схемами. Якщо умови виробництва допускають перерви у подачі води, то в таких випадках можливі тупикові водопровідні мережі.

Кільцеві мережі внутрішніх водопроводів виробничих приміщень великих ферм слід приєднувати до кільцевої мережі зовнішнього водопроводу двома незалежними вводами до різних ділянок зовнішньої мережі.

На водопроводах встановлюють запірно-регулюючу і запобіжну арматуру та водорозподільні пристрої (рис. 4.18).

4.18.png

а – засувка: 1 – корпус; 2 – кришка; 3 – маховик; 4 – шпиндель; 5 – клин;

6 – запірний муфтовий вентиль; б – вентиль: 1 – корпус; 2 – кришка;

3 – маховик; 4 – шпиндель; 5 – сальник; 6 – золотник; в – зворотній муфтовий клапан: 1 – корпус; 2 – клапан; г – зворотній фланцевий клапан;

д – приймальний клапан; 1 – корпус; 2 – кришка; 3 – клапан; 4 – сітка;

е – запобіжний клапан важільного типу: 1 – корпус; 2 – кришка; 3 – клапан;

4 – вантаж; 5 – кришка; 6 – клапан; ж – вантуз: 1 – корпус; 2 – кришка;

3 – гайка; 4 – отвір для виходу повітря; 5 – куля; 6 – упор; з – водозабірні крани: 1 – пробковий; 2 – тарілчастий.

Рис. 4.18 – Водопровідна арматура

 

До запірно-регулюючої арматури відносяться засувки, дискові поворотні затвори, а також вентилі. Вони дозволяють регулювати витрату води і відключати окремі ділянки мережі при аварії або ремонті. Вентилі встановлюють на водопровідній мережі для відключення її окремих ділянок при ремонті або для регулювання і відключення подачі води до водорозбірних приладів, на нагнітальних трубопроводах насосів, тощо.

До запобіжної арматури відносяться: зворотні і запобіжні клапани, повітряні вантузи. Зворотні клапани використовують для запобігання зворотного руху води по трубопроводам, наприклад, при зупинці насоса тощо. Для захисту трубопроводів від великого тиску використовують запобіжні клапани. Вантузи служать для автоматичного випуску повітря, яке накопичується у найвищих точках водопровідної мережі.

До водорозбірних пристроїв та приладів відносяться водорозбірні колонки та крани і пожежні гідранти.

Крани та колонки використовують для відбору води з водопровідної мережі.

 

4.8 Засоби напування тварин і птиці

 

До технологічного обладнання водорозподілу у тваринницьких приміщеннях відносяться напувалки.

Напувалка відображає собою спеціальний автоматично діючий пристрій, за допомогою якого тварини і птиці самостійно без участі людини отримують із водопроводу необхідну для напування воду в будь-який час доби і в необхідній кількості.

Класифікація напувалок. Засоби напування підрозділяють за цілим рядом ознак, а саме:

залежно від біологічного виду споживачів – для напування великої рогатої худоби, свиней, птиці;

за організацією напування – індивідуальні та групові;

за конструктивними особливостями напувальних пристроїв – чашкові та безчашкові, жолобкові (або корита);

за способом використання – стаціонарні і пересувні;

за принципом дії – важільні поплавкові, вакуумні, краплинні або ніпельні;

за способом підготовки води – з електропідігріванням та без нього.

На сучасних фермах використовують більше двох десятків індивідуальних і групових напувалок різних конструктивних рішень.

На фермах ВРХ використовують індивідуальні напувалки з важільним приводом клапанного механізму ПА-1А та АП-1А, групову з поплавковим регулюванням рівня води в чашах АГК-4Б, а також пересувний водороздавач ВУК-3 (оснащена напувалками ПА-1А).

При напуванні свиней використовують індивідуальні напувалки ПАС-2Б, АС-Ф-25 (соскова), ПСС-1 та групову АГС-24.

Для напування овець частіше використовують поплавкову напувалку ГАО-4, для доставки води та напування на пасовищах служать пересувні водороздавачі ВУО-3 та ВУО-3А (оснащені коритами).

В птахівництві використовують вакуумні напувалки ПВ, ніпельні ПН-1 та підвісні жолобкові АП-2.

 

4.9 Особливості водопостачання пасовищ

 

Для постачання тварин водою на пасовищах організовують стаціонарні чи пересувні водопійні пункти, на яких використовують воду як підземних так і поверхневих джерел.

Структура стаціонарних водопійних пунктів мало чим відрізняється від структури систем водопостачання ферм і може включати: джерела води, водозабірні пристрої і водопідйомне обладнання, резервні і регулюючі резервуари, спорудження для очищення, знезараження і опріснення води, водопійні засоби.

Водопійний пункт доцільно розташовувати у центрі пасовищної ділянки. Розміри її не повинні допускати довгих перегонів, які втомлюють тварин і ведуть до зниження їх продуктивності. Найбільша відстань, на яку тварина може віддалятись від водопійного пункту не знижуючи своєї продуктивності, називають радіусом водопою.

Радіус водопою встановлюють окремо для кожного виду тварин залежно від рельєфу місцевості, сезону використання пасовищ та деяких інших факторів.

Пасовищне водопостачання має певні особливості.

Оскільки використання пасовищ носить сезонний характер, тому у міжсезоння водопійні пункти не працюють, а їх  обладнання демонтують, або перевозять для використання у інших місцях чи консервують до наступного сезону.

На пасовищах, як правило, відсутні централізовані джерела електроенергії через великі капіталовкладення. Тому водопійні пункти на пасовищах обладнують автономними енергетичними установками невеликої потужності.

У варіантах пересувних водопійних пунктів використовують автоводовози і водороздавачі (наприклад, ВУ-3А). Практикують також  змішані схеми пасовищного водопостачання – від стаціонарних водопідйомних пунктів воду доставляють автоводовозами на пересувні пункти, обладнані автонапувалками. Практика свідчить, що автоводовози вигідно використовувати на відстані не більше 15-25 км.

Для напування на пасовищах рогатої худоби використовують такі пересувні засоби: водо роздавачі уніфіковані ВУ-3А та ВУК-3, пересувна напувалка ПАП-10А.

Водороздавач уніфікований ВУ-3А призначений для доставки води на пасовища і у літні табори. Це напівпричіп, обладнаний гідравлічною гальмівною системою. Він складається з рами з ходовою частиною, цистерни, насосу з приводом, карданного валу, всмоктувального і зливного рукавів. Цистерну заповнюють водою з відкритих джерел за допомогою відцентрового насосу, який приводиться від ВВП трактора через карданну передачу і редуктор. Агрегатується з тракторами класу 1,4.

Напувалка групова пересувна ВУК-3 забезпечує напування тварин на пасовищах і в літніх таборах, віддалених від водних джерел. Вона розроблена на базі водо роздавача ВУ-3, який доповнено трубопроводами і напувалками ПА-1А, пристроєм для установки трубопроводів з напувалками в робоче і транспортне положення. Цистерна оснащена покажчиком рівня води.

Пересувна напувалка ПАП-10А призначена для напування рогатої худоби на пасовищах і в таборах, віддалених від водяних джерел, а також для механізованої заправки стаціонарних доїльних установок.

Основні вузли: рама з ходовою частиною, цистерна, відцентрова помпа, редуктор, десять одночашкових напувалок і водопровідна система.

Цистерну заповнюють водою з відкритих водоймищ за допомогою помпи, яка приводиться від ВВП трактора. У одночашкові напувалки вода поступає самопливом. Агрегатується з тракторами класу 1,4.

 

4.10 Розрахунок механізованого водопостачання

 

Для розрахунків потрібно мати такі дані: структуру об’єктів водопостачання, кількість споживачів на цих об’єктах та середньодобові норми споживання води різними споживачами; перспективний план розвитку тваринницького підприємства; топографічний план місцевості з позначеними джерелом водопостачання, об’єктами споживання, геодезичними позначками та відстанями між ними; тип джерела і його характеристику (дебіт, глибина, відстань до води, діаметр обсадної труби свердловини тощо).

Розрахунок механізованого водопостачання ферми та напування тварин включає такі основні елементи: визначення витрат води; розрахунок зовнішнього і внутрішнього водопроводів; визначення місткості та вибір напірно-регулювальної споруди; вибір насоса і визначення потужності двигуна для його привода; вибір та розрахунок потрібної кількості засобів напування.

 

Витрати води

На основі середньодобових норм споживання і кількості споживачів на фермі визначають добову потребу води:

f_4.1.png,                                  (4.1)

де gi – середньодобова норма витрат води одним споживачем і-ї групи, л; mі – кількість споживачів і-ї групи; n – кількість груп споживачів з однаковими нормами водоспоживання.

Споживання води на фермі розподіляється дуже нерівномірно як протягом року, так і протягом доби. З урахуванням цього максимальна добова потреба води Qдоб.max для ферми становить:

f_4.2.png,                              (4.2)

а величина максимального споживання води за годину:

f_4.3.png,                             (4.3)

де αд, αг – коефіцієнти нерівномірності добового та годинного споживання води, відповідно αд=1,3; αг=2–2,5.

 

Водопровідна мережа

Для зручності виконання розрахунків водопровідну мережу на плані ділять на окремі ділянки відповідно до пунктів розбирання води (рис. 4.19). Початкові і кінцеві точки (вузли) ділянок позначають номерами, встановлюють їх довжину.

4.19.png

(Б – водонапірна споруда; Н – насосна станція)

Рис. 4.19 – Розрахункова схема тупикової системи

водопостачання

 

Розрахунок водопровідної мережі починають з найвіддаленіших від насоса та водонапірної споруди ділянок і вузлів. За необхідною подачею води

f_4.4.png                               (4.4)

визначають діаметр труб dтр на відповідній ділянці:

f_4.5.png,                            (4.5)

де Qсі – розрахункова подача води на даній ділянці, м3/с; υ – швидкість води в мережі (для зовнішньої мережі з діаметром труб до 300 мм приймають υ=0,4-1,25 м/с, для внутрішніх трубопроводів υ=1-1,75 м/с).

Слід зауважити, що з наближенням до водонапірної споруди та насоса зростає транзитна подача води на ділянці до наступних об’єктів водоспоживання. Це спричиняє відповідне збільшення діаметра трубопроводу.

Орієнтовні діаметри водопровідних мереж за розрахунковою подачею води можна приймати, користуючись таблицею 4.2.

Таблиця 4.2. – Рекомендовані діаметри труб та швидкість води

Подача води, л/с

0,75-1

1,5-2

2-4

4-8

8-12

12-20

20-30

dтр, мм

40

50

80

100

125

150

200

υ, м/с

0,3-0,4

0,4-0,5

0,5-0,6

0,6-0,7

0,7-0,8

0,8-1,0

1,0-1,2

Гідравлічний тиск

Для вибору водопідіймального обладнання, а також водонапірної споруди велике значення має гідравлічна характеристика мережі, сумісно з якою функціонують наведені елементи системи водопостачання.

Повний тиск H у системі водопостачання складається з геометричної висоти підйому води та сумарних втрат тиску на подолання опору у всмоктувальному і нагнітальному трубопроводах:

H = Hr + h,                            (4.6)

де Hr – відстань по вертикалі від місця забирання (нижній рівень води в джерелі) до верхнього рівня води у башті, м вод. ст. (геометричний напір, кПа); h – сумарні втрати напору, м вод. ст. (кПа).

Геометрична висота подачі при незмінних рівнях засмоктування та нагнітання води залишається постійною і не залежить від продуктивності насоса. Відповідно до рис. 4.28 вона становить:

Hr = Hвс + Hнаг,                    (4.7)

де Нвс – висота всмоктування, м вод. ст. (кПа); Ннаг – висота нагнітання, м вод. ст. (кПа).

 

Вибір водопідіймального обладнання

При виборі водопідіймального обладнання (насоса) враховують фактори, що характеризують особливості експлуатації систем водопостачання сільськогосподарського призначення: вид, глибину залягання і дебіт, джерела води, тип та розміри водозабірних пристроїв, можливості енергозабезпечення та автоматизації, якість води і характер водоспоживання. Основне завдання вибору насоса – це забезпечення у системі водопостачання необхідних подачі води та тиску. При значних об’ємах подачі води досить важливим є коефіцієнт корисної дії (ККД) насоса, оскільки від цього залежать експлуатаційні витрати. Для установок низької продуктивності з невеликими витратами енергії ККД менш суттєвий.

Для подачі води з поверхневих джерел проміжних резервуарів, а також шахтних колодязів чи бурових свердловин при динамічному рівні води в них не глибше 6 м від поверхні землі застосовують відцентрові насоси звичайного виконання (з горизонтальним положенням вала). У тих випадках, коли вода в джерелі не містить абразивних домішок, витрати її відносно невеликі, а за умови експлуатації воду потрібно подавати на значну висоту, використовуючи вихрові насоси.

Для подачі води з глибини 10 м і більше застосовують водопідіймальні установки, які опускають у колодязь або свердловину: заглибні відцентрові, водоструминні, гвинтові, повітряні ерліфти. Три останні варіанти використовують для подачі води, в складі якої є значна кількість (понад 0,01 % за масою) абразивних домішок.

Необхідну продуктивність водопідіймального обладнання визначають за максимальними витратами води на фермі:

f_4.6.png,                                  (4.8)

де Тн – тривалість роботи насоса протягом доби. Рекомендується приймати не більше 14…16 год.

Відповідно до визначеної продуктивності, розрахункового напору (див. рівняння 4.6) та характеристики джерела за технічними даними вибирають необхідний насос.

У разі необхідності збільшення подачі води або при значних змінах її залежно від графіка водоспоживання можна встановлювати кілька насосів, які працюють паралельна на одну мережу. При цьому враховують, що кількість насосів не призводить до пропорційного підвищення продуктивності. Це пояснюється тим, що із збільшенням подачі води втрати тиску на подолання опору в трубопроводі також зростають і тому продуктивність сумісно працюючого насоса дещо знижується порівняно з його автономною роботою із тією ж водопровідною мережею.

Якщо можливості насоса щодо створюваного ним напору недостатні для конкретних умов експлуатації, у водопровідну мережу послідовно включають кілька насосів. Для цього нагнітальний патрубок одного насоса з’єднують із всмоктувальним патрубком наступного. У цьому разі загальний напір складається із суми напорів кожного з послідовно працюючих насосів.

 

Вибір та визначення кількості напувалок

Вибір засобів напування зумовлюється видом та віком тварин чи птиці, а також способом їх утримання. Індивідуальні напувалки використовують при фіксованому утриманні (наприклад, прив’язне, станкове, кліткове) водоспоживачів, а групові засоби – при вигульному. На вигульних майданчиках рекомендується застосовувати засоби, оснащені електропідігрівачем, який забезпечує функціонування напувалки в холодну пору року. Необхідну кількість напувалок nап розраховують за відношенням:

f_4.7.png,                                         (4.9)

де m – кількість тварин даної групи, голів; m1 – кількість голів, що обслуговується однією напувалкою,

Пункти напування тварин на пасовищах

Для забезпечення водою тварин на пасовищах можна використовувати пересувні засоби або обладнувати стаціонарні пункти. Радіус водопою останніх становить, км: для ВРХ – до 3-4, коней – 4-5; овець – 2,5-4; свиней – 1-2.

Кількість води, яку споживають тварини протягом одного циклу напування, розраховується за формулою:

f_4.8.png,                                  (4.10)

де Qр – разові витрати води, м3/л; К – кратність напування тварин протягом доби, рекомендується К=2-4.

Максимальні витрати води за годину зумовлюються тривалістю одного циклу напування тварин:

for_9.png,                   (4.11)

де Т – час напування тварин, год. Для напування одного табуна (отари) приймають Т=0,5-1 год.

Необхідний об’єм бака Vц, м3, на пункті або цистерни пересувного засобу становить:

f_4.10.png,                                     (4.12)

де q – добова норма споживання води на одну голову, л; m' – кількість тварин в одному табуні (отарі), голів.

Загальна довжина корита L на пункті напування тварин розраховується за формулою:

f_4.11.png,                                      (4.13)

де l – довжина корита (фронт напування), що припадає на одну тварину, м; t – час напування однієї групи тварин, год.

Вказані параметри рекомендується приймати в межах: для великої рогатої худоби l=0,5-0,75 м і t=7 хв; для овець та кіз l=0,25-0,35 м та t=3 хв; для коней l=0,4-0,6 м і t=6 хв.