Совершенствование механизации водоснабжения и поения животных на ферме крупного рогатого скота

Технологический расчет подогрева и водоснабжения фермы крупного рогатого скота на 400 голов. Нормативы по эксплуатации и обслуживанию водопровода. Требования безопасности при эксплуатации резервуаров и водонапорных башен на животноводческой ферме.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 16.04.2019
Размер файла 1,8 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова»

Факультет инженерный

Кафедра сельскохозяйственных машин и оборудования

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Механизация животноводческих ферм»

на тему: Совершенствование механизации водоснабжения и поения животных на ферме крупного рогатого скота

Студент гр. АИп-42 Д.А. Санников

Руководитель, к.т.н, доцент Н.В. Трутнев

Пермь 2018

Реферат

Пояснительная записка 46с., 10 рис., 7 таб., 14 источников, графическая часть 3 листа формата А1.

Ключевые слова: ферма, поголовье, КРС, водоснабжение, поение, поилки, расчет.

Объектом разработки является водопроводная сеть фермы.

Цель проекта: Совершенствование механизации водоснабжения и поения животных на ферме КРС

В результате расчетов получены сведения о количестве воды нужной для водоснабжения фермы КРС в количестве 42880 л/сут.

Рассчитан трубопровод:

-длина которого составила 190м;

-объем подаваемой воды 1,62 л/с.

Выбрана водонапорная установка в виде башни Рожновского:

-Высота до нижнего основания бака,м 26

-Емкость бака, куб.м. 30

-Емкость ствола куб.м.20

-Высота, м 10

-Масса (сухой башни),кг 8600

Рассчитана площадь участка, составляющая 8,05га.

В конструкторской части разработана технология, позволяющая в зимний период уменьшить обледенение внутренних стенок водонапорной башни.

Заработная плата с начислениями составила 29985.8 руб.

Стоимость конструктивной разработки 365000 руб.

Содержание

  • Введение
  • 1. Общая характеристика фермы
    • 1.1 Обоснование генерального плана
      • 1.1.2 Расчет площади фермы
      • 1.1.3 Расчет структуры поголовья и количества скотомест
    • 1.2 Проект фермы
  • 2. Технологический расчет подогрева и водоснабжения фермы крс на 400 голов
    • 2.1 Расчета инженерных сетей водоснабжения
      • 2.1.1 Расчет водопотребления
      • 2.1.2 Расчет водопроводной сети
      • 2.1.3 Определение высоты расположения напорно-регулирующего бака и его емкость
      • 2.1.4 Выбор водоподъемника и определение мощности привода
  • 3. Конструкторская разработка
    • 3.1 Обзор патентов
      • 3.2.1 Расчет стыковых сварных швов
      • 3.2.2 Расчет шпоночного соединения вала насоса и ступицы
  • 4. Техническое обслуживание
    • 4.1 Технология проведения ТО
    • 4.2 Нормативы по эксплуатации и обслуживанию водопровода
  • 5. Безопасность и охрана труда
    • 5.1 Общие требования безопасности
    • 5.2 Требования безопасности при эксплуатации резервуаров и водонапорных башен
  • 6. Экологические требования
    • 6.1 Санитарно-гигиенические требования к питьевой воде
  • 7. Экономические показатели
  • Литература

Введение

ферма подогрев водопровод животноводческий

Вопрос о технологии кормления коров очень важен, так как требует больших затрат энергии и трудовых ресурсов. Не менее важен выбор оптимальной системы подачи питьевой воды коровам. В данном случае важно учитывать соблюдение зоотехнических и ветеринарных требований производителями оборудования. Технология подачи воды для ферм с привязным содержанием будет немного отличаться от поилок для коров, находящихся на беспривязном содержании.

Автоматизация является одним из основных факторов современной научно-технической революции. В основе автоматизации производства лежит системный подход к анализу и синтезу объектов управления, а также к построению и использованию комплекса технических средств автоматического управления, регулирования и контроля. В автоматических системах широко используются новейшие достижения науки и техники.

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

Промышленностью уже освоен массовый выпуск основных компонентов машин и оборудования, позволяющих перейти от использования на фермах разрозненных машин к созданию поточных технологических линий, обеспечивающих механизацию как основных, так и вспомогательных операций, включая транспортные и погрузочно-разгрузочные работы.

Эти комплекты оборудованы новыми более сложными рабочими органами с гидравлическими и пневматическими системами, а также устройствами автоматического управления, контроля и сигнализации.

В водоснабжении широкое распространение получают автоматизированные установки с пневмогидроаккумуляторами и применением современного регулируемого электропривода насосных агрегатов, обеспечивающих высокое качество и надежность подачи воды на фермы при минимальных затратах на технологическое обслуживания. Для пастбищных условий осваиваются насосные и энергетические установки, использующие энергию ветра. Поставлены на производство автоматизированные водопойные пункты с регулируемым уровнем и температурой в поисках.

Животноводство - важнейшая отрасль сельского хозяйства, дающая наиболее ценные продукты питания: мясо, молоко и сырьё для лёгкой промышленности - кожу и шерсть.

Сельскохозяйственные животные обеспечивают растениеводство навозом лучшим органическим удобрением.

1. Общая характеристика фермы

1.1 Обоснование генерального плана

Генеральный план - графическое изображение, показывающее взаимное расположение основных производственных и вспомогательных построек и сооружений предприятия, дорог, инженерных коммуникаций и зеленых насаждений, организованных в единое целое.

Генеральный план животноводческого предприятия - важнейшая часть проекта. Генеральный план животноводческого предприятия определяет организацию его территории и экономическую эффективность общего решения.

При разработке генерального плана решаются вопросы его планировки, застройки и благоустройства.

Молочно-товарная ферма крупного рогатого скота на 400 коров площадью 80000 м2. На комплексе содержится всего - 472 коровы из них дойных коров - 300 голов, сухостойных коров 52 головы, нетелей 48 голов, стельных и глубокостельных-48, телят до двадцатидневного возраста 28 голов.

На ферме применяется беспривязное содержание, для раздачи кормов в хозяйстве используется мобильный транспорт.

Для поение коров осуществляется применяется групповая стационарная автопоилка АГК-4Б, одна поилка обслуживает 100 голов КРС.

Уборка навоза в помещении осуществляется с помощью скреперных установок УСФ170. Из здания навоз удаляется установка для транспортирования навоза УТН-10 попадает в навозохранилище. После заполнения навоз из бункера выкачивается и вывозится трактором в навозохранилище. Навозоудаление производится каждый день.

Водоснабжение в хозяйстве подземного и надземного типа.

1.1.2 Расчет площади фермы

Самым главным при проектировании животноводческих ферм и комплексов - определение территории данного предприятия.

F=m*f, (1.1)

где F - территория уч. для строительства, м2, m- количество животных, голов

f - удельная норма площади на 1 голову, м2

F= 400гол * 200м = 80000 м2

После определения площади фермы находим длины сторон участка, принимая, участок имеет прямоугольную форму и соотношение сторон 1:1,5.

F=a*в, (1.2)

где F- площадь участка, м а- ширина участка, м

в- длина участка, м.

а = v80000/1,5 = 230 м.; в = 230м*1,5 = 350 м.

1.1.3 Расчет структуры поголовья и количества скотомест

Структура стада - это процентное соотношение количества животных разных половых и возрастных групп к общему поголовью стада. Стадо состоит из следующих половозрастных групп: быки - производители, бычки ремонтные, коровы, нетели, телки и бычки разных лет рождения. Структура может быть фактической (это фактическое соотношение отдельных половозрастных групп в стаде на тот или иной определенный срок - месяц, квартал, год) и организационной (соотношение отдельных половозрастных групп в стаде, которое построено с учетом планового направления животноводства и обеспечивает выполнение плана по получению продукции и воспроизводству стада).

Структура стада зависит от его хозяйственного назначения (племенное и товарное), направления продуктивности (молочное, мясное, комбинированное), степени его специализации (специализированное и с законченным оборотом), характера воспроизводства (простое и сложное). На фермах по производству молока основной половозрастной группой являются коровы. Их удельный вес может составлять от 50% до 90% от общего поголовья животных данного стада.

Структура стада может отражать простое и расширенное воспроизводство стада.

Большинство хозяйств имеет законченный оборот с внутрихозяйственной специализацией производства, и для них очень важно поддержание или создания стада с оптимальной структурой.

На установление той или иной структуры стада в животноводческих хозяйствах при разных видах и направлениях животноводства оказывают влияние многие зоотехнические и экономические факторы.

Структура стада рассчитывается, как правило, на начало года или на начало производственного цикла в данной отрасли животноводства. При этом необходимо иметь в виду, что как абсолютный размер, так и соотношение разных половозрастных групп животных в стаде подвержены колебаниям на протяжении года.

На проектируемая ферма КРС имеет беспривязную систему содержания животных. Кормление животных организуют в кормушках, расположенных вдоль стойла, а в летний период возможно на выгульно-кормовых дворах. Поение животных - из поилок, установленных вблизи мест кормления и на выгульно-кормовых дворах. Доение коров - в доильном зале.

Расчет структуры поголовья для молочно-товарной фермы определяем, пользуясь расчетными коэффициентами для нахождения количества скотомест в основных помещениях ферм по табл. 1

Структуру поголовья сводим в табл. 1.

Таблица 1.1

Структура поголовья фермы

Группа животных

Расчетный коэф.

Количество скотомест

1. Коровы всего, в том числе:

-дойные

-сухостойные

-стельные и глубокостельные

1

0,75

0,13

0,12

400

300

52

48

2. Нетели за 2 месяца до отёла

0,12

48

3. Телята до 20-дневного возраста

0,06

24

Итого:

1,18

472

В связи со специализацией фермы по производству молока с планируемым годовым удоем 5000 кг на корову и беспривязным содержанием животных выбираем коровник на 400 коров.

1.2 Проект фермы

Рисунок 1.1 Коровник беспривязного содержания на 400 голов

2. Технологический расчет подогрева и водоснабжения фермы крс на 400 голов

Вода служит важнейшей составной частью внешней среды, без которой невозможны поддержание здорового состояния организма и получение значительной продуктивности от сельскохозяйственных животных и птицы.

Хозяйственно-питьевая вода должна удовлетворять требованиям ГОСТа 2874-82, в соответствии с которым вода считается хорошей, если она прозрачна, бесцветна, без запаха и освежающая на вкус, не содержит болезнетворных бактерий, паразитов, их личинок и яиц, и никаких ядовитых веществ. Недолжно быть чрезмерного количества соединений кальция, магния, железа, но должны присутствовать некоторые соединения (в том числе фтор и йод).

Системой водоснабжения называется комплекс взаимосвязанных машин, оборудования и сооружений, предназначенных для забора воды из источников, подъема ее на высоту, очистки, хранения и транспортирования к местам потребления.

На ферме вода расходуется на поение животных, а также на технологические, гигиенические, хозяйственные и противопожарные нужды.

Водопроводная сеть является одним из основных элементов системы водоснабжения и неразрывно связана в работе с водоводами, насосными станциями, подающими воду в сеть, а также с регулирующими емкостями (резервуарами и башнями).

Выполнение этих требований достигается правильным выбором конфигурации сети и материала труб, а также правильным определением диаметров труб с технической и экономической точки зрения.

На данной ферме используется тупиковая сеть водопровода. Для устройства водопроводной сети используют стальные трубы. Источником водоснабжения для фермы служат подземные грунтовые воды. Снабжение поилок теплой водой происходит посредством специальной системы подогрева воды. Установка оборудована регулятором температуры и автоматическим ограничителем температуры.

2.1 Расчета инженерных сетей водоснабжения

2.1.1 Расчет водопотребления

На животноводческих предприятиях вода расходуется в основном на поение животных, которые должны получать ее в достаточном количестве и в любое время суток, а также на другие производственные нужды - технологические, хозяйственные и противопожарные.

Для расчета используем нормы потребления воды для КРС определенного вида животных. Суточную потребность определяем по нормам для стойлового и пастбищного периодов и сводим в таблицу 2.

Таблица 2.1

Норма водопотребления для животных на 1 голову, л/сутки

Потребитель

Кол-во воды, л/сутки на 1 голову

Кол-во голов

1. Коровы

100

400

2. Нетели

50

48

3. Телята

20

24

Потребность фермы в воде на поение животных определяется наличием половозрастных групп животных и среднесуточными нормами водопотребления по формуле

(2.1)

где mi - количество животных iго вида;

qi - среднесуточная норма расхода воды на одно животного iго вида, л;

n - количество видов животных.

1 л/сут.

Учитывая неравномерность потребления воды животными в течение суток, определяем максимальный суточный, часовой и секундный расходы, что необходимо для расчёта водопроводных сооружений.

Максимальный суточный расход определяется по формуле:

Qmax.сут = Qср.сут·1, (2.2)

где 1 - коэффициент суточной неравномерности, 1 = 1,3.

л/сут

Максимальный часовой расход определяется по формуле:

, (2.3)

где - коэффициент часовой часовой неравномерности 2 = 2,5

л/час

Максимальный секундный расход определяется по формуле:

, (2.4)

л/с

2.1.2 Расчет водопроводной сети

Расчет наружной сети водопровода сводится к определению длины труб и потерь напора в них по схеме.

1, 2, 3, 4, 5, 6 - узловые точки сосредоточенного расхода воды; 1 - коровник; 2 - телятник; 3 - коровник для нетелей

Рисунок 2.1 Схема тупиковой сети

Общая длина сети за вычетом транзитного участка

Расход воды, подаваемой по трубам без отбора, называется транзитным (на Рис1. транзитный участок: Lтр).

lобщ = l12+ l23 + l24 +l4-6, (2.5)

где l12, l24, l4-6, l23 - длина участков сети, м.

lобщ=70+30+60+30=190 м.

Удельный расход воды

Удельный расход воды водопроводной сети определяется отношением:

(2.6)

где Qmax.с - максимальный секундный расход воды на поение и технические цели.

=1,62/190=0,00853 л/с

Определение путевых расходов, начиная расчет с самых удаленных от насосной станции точек.

Расход воды, отбираемый из трубопровода в ряде промежуточных точек, называется путевым расходом.

Он определяется по формуле:

Qпу = qуд.·lц; (2.7)

Qпу12 = qуд.·l12=0,00853*70=0,5971 л/с;

Qпу23 = qуд.·l23=0,00853*30=0,2559 л/с;

Qпу24 = qуд.·l24=0,00853*60=0,5118 л/с;

Qпу46 = qуд.·l46=0,00853*30=0,2559 л/с.

Определение расчетных расходов воды каждого участка

Qру = Qтр + 0,5·Qпу, (2.8)

где Qтр - транзитный расход, л/с;

Qпу - путевой расход, л/с.

Qру1-2 = 0,5·Qпу12=0,5*0,5971=0,29855 л/с;

Qру2-3 = Qтр+0,5·Qпу23=Qпу12+0,5·Qпу23=0,5971+0,5·0,2559=0,72505 л/с;

Qру24=Qтр+0,5·Qпу2-4=Qпу12+Qпу23+0,5·Qпу2-4= =0,5971+0,2559+0,5·0,5118=1,1089 л/с;

Qру4-6 =0,5·Qпу46= 0,5·Qпу46=0,5*0,2559=0,12795 л/с

Диаметр трубопровода каждого участка

Диаметр трубопровода каждого участка водопроводной сети определяется исходя из формулы по определению расхода воды расчетного участка.

(2.9)

где F - площадь сечения трубопровода, м2;

- скорость воды в трубах ( = 0,5…1,5 м/с);

dру - диаметр трубопровода.

Решив уравнение относительно dру, определяем диаметры трубопровод каждого расчетного участка сети по зависимости

(2.10)

;

;

;

.

Потери напора по преодолению трения на местные сопротивления по участкам сети и общие потери

Эти потери определяются по формулам Дарси-Вейсбаха

(2.11)

0,001156;

0,000318;

0,0005087;

0,00075.

где hl потери напора на трение по длине труб, Па;

f1 - гидравлический коэффициент трения (для чугунных и стальных труб f1 =0,02);

g ускорение силы тяжести, м/с2 (g = 9,81 м/с2);

(2.12)

0,303

fм - коэффициент местных сопротивлений.

Общие потери напора на трение и местные сопротивления составляющих участков сети

(2.13)

где n - число участков сети.

=6*(0,0027327+0,303)= 1,8344

При протяженных водопроводных сетях потери hм ввиду их незначительности по сравнению с hl отдельно не рассчитывают, а просто увеличивают потери hl на 3…5% при расчете внешних сетей и на 5…10% при расчете внутренних сетей.

При расчете всасывающих линий насосов необходимо учитывать величину hмПолученные результаты расчета водопроводной сети сводятся в табл.3

Таблица 2.2

Расчетные данные водопроводной сети

Уч.

Длина, м

Расход воды, л/с

Диаметр трубопровода, мм

Скорость воды в трубе, м/с

Общие потери напора в сети

удельный

путевой

транзитный

расчетный

1-2

70

0,00853

0,5971

0

0,29855

61,7

1

1,8344

2-3

30

0,00853

0,2559

0,5971

0,72505

96,2

1

1,8344

2-4

60

0,00853

0,5118

0,853

1,1089

119

1

1,8344

4-6

30

0,00853

0,2559

0

0,1279

40,4

1

1,8344

2.1.3 Определение высоты расположения напорно-регулирующего бака и его емкость

1. Определение высоты расположения бака (рис. 2.2) по формуле

Нб = (Нсв + hобщ) Нг, (2.14)

где Нсв свободный напор, м;

hобщ - потери напора в сети, м;

Нг - геометрическая высота «диктующей точки», м.

Нб=(6+1,8344)+0=7,8344=10 м

1 - водонапорный бак; 2 - животноводческая постройка; 3 - наружный трубопровод.

Рисунок 2.2 Схема к определению высоты расположения водонапорного бака

Так как потребители разбирают воду на некоторой высоте над поверхностью земли, то для обеспечения нормальной работы водоразборных приборов в сети должен быть необходимый для этого напор (внутреннее давление). Этот напор называют свободным. Он должен быть достаточным для обеспечения пропуска расчетных расходов по каждому участку сети и, кроме того, чтобы в каждом пункте водопотребления оставался некоторый запас напора для нормальной работы водоразборных приборов.

При определении свободного напора выбирают самый отдаленный и высоко расположенный пункт потребления, называемый «диктующей точкой». Если сеть будет обеспечивать потребителей «диктующей точки», то и все остальные потребители будут иметь воду.

Минимальный свободный напор должен быть для автопоилок не менее 4…6 м, водоразборных кранов - 2…4 м, при одноэтажном здании - 10 м, двухэтажном здании - 12 м и при большей этажности на каждый этаж добавляется по 4 м.

2. Емкость бака водонапорной башни в общем случае определяется исходя из хранения регулирующего, противопожарного и аварийного запасов воды, т.е.

Wб =Wр + Wп + Wавар., (2.15)

Так как хранение противопожарных запасов требует значительных емкостей, то в сельском хозяйстве основной противопожарный запас хранят, как правило, в подземных или наземных безнапорных резервуарах, из которых воду подают пожарными насосами. Часто для этих целей используют естественные или искусственные водоемы.

При расчетах объем регулирующей емкости приближенно можно принять равным 15…25% максимального суточного расхода воды на поение и технические цели. Аварийный объем определяют, исходя из возможной вынужденной остановки насоса в течение 2 ч. Тогда объем бака

(2.16)

где Qп - пожарный запас, м3.

0,2*55,744+20+=31,61

На крупных объектах водоснабжения устанавливают несколько башен, дающих в сумме расчетную емкость. Исходя из этого, принимаем типовую водонапорную башню ВБР50 высотой 15, диаметром опоры 3020 мм и баком емкостью Wб = 50 м3

2.1.4 Выбор водоподъемника и определение мощности привода

Для определения потребной мощности электродвигателя насоса или водоподъемной установки необходимо знать полный напор насосной станции.

Полный напор (рис. 2.3) или высота подачи насоса, складывается из геометрической высоты всасывания Нгв, геометрической высоты нагнетания Нгн и потерь напора во всасывающем hв и нагнетательном hн трубопроводах:

Н = Нгв + Нгн + hв + hн., (2.17)

После того, как выбран источник водоснабжения и напорная башня, определяется сумма геометрических высот

Нгв + Нгн = Нобщ.б + Нк, (2.18)

где Н общ.б - общая высота башни, м;

Нк - глубина колодца, м.

1 - приемный клапан; 2 - всасывающая труба; 3 - насос; 4 - обратный клапан; 5 - нагнетательная труба; 6 - водонапорный бак.

Рисунок 2.3 Схема к расчету полного напора насоса

Потери напора во всасывающей трубе

(2.19)

где ѓl - коэффициент гидравлического трения (для стальных труб ѓl = 0,02);

l - длина всасывающей трубы, м (принимается в пределах допустимой вакууметрической высоты всасывания l<8 м);

- скорость воды во всасывающей трубе, м/с ( =0,5…1,5 м/с);

g - ускорение силы тяжести, м/с2 (g = 9,81 м/с2 ? 10 м/с2);

dв - диаметр всасывающей трубы, м:

=0,0017

(2.18)

где Qнас - потребная производительность насоса.

Потери напора в нагнетательной трубе

(2.19)

0,072

где l - длина нагнетательной трубы, м

l = Нк - Нгв + Нобщ.б=4,5 м,

Для небольших насосных станций

(2.20)

где Т - время работы насоса (чаще всего его принимают равным одной или двум сменам, т.е. 8 или 16 ч).

=6,968 м3

Н =2+15+0,072+0,0017=17,0737

Потребная мощность электродвигателя привода насоса (N, кВт)

(2.21)

где Qнас - производительность насоса, м3/м;

Н - напор насоса, м;

- плотность воды, кг/м3;

н и п - КПД насоса и передачи (н для центробежных насосов равен 0,4…0,6, для вихревых - 0,25…0,55; п при непосредственном соединении с насосом - 1, при ременной передаче - 0,95, зубчатой - 0,97).

=0,78 кВт

Коэффициент запаса мощности К выбирается из табл.4

Таблица 2.4

Значение коэффициента К

Мощность, N, кВт

К

до 0,7

2

от 0,7 до 1,5

1,5

1,5…3,5

1,2

3,5…35

1,15

35

1,1

По полученным величинам Qнас, Н и N выбираем насос (установку), ВУ530.

3. Конструкторская разработка

3.1 Обзор патентов

Номер патента: 138818

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕЗБАШЕННАЯ ВОДОКАЧКА

Заявлено 28 июля I960 г. за 674831/25 в Комитет но делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № II за 1961 г.

Рисунок 3.1 Автоматическая безбашенная водокачка

Сущность изобретения заключается в том, что эластичная камера водовоздушного котла, изготовленная по форме цилиндрической банки, имеет горловину, зажимаемую между кольцевыми коническими поверхностями крышки и люка водовоздушного котла.

На фиг. 1 и 2 схематически изображена автоматическая безбашенная водокачка в двух проекциях.

Водокачка состоит из центробежного насоса 1, электродвигателя 2. водовоздушного котла 3, всасывающего трубопровода 4, напорного трубопровода 5 и датчика давления 6.

В котел 3 вмонтирована эластичная камера 7, горловина которой зажата между коническими поверхностями люка 8 и крышки 5 котла.

Номер патента: 1174550

Водонапорные башни решетчатые, высотой 10,15,20 м, с баками, емкостью 20,40,60 м®. Типовой проект № 901-5-8.- Л.; Гипролестранс, 1975, ч,2, с.1.

Рисунок 2 Общий вид водонапорной башни

СТВОЛ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ с применением дерева или пластмасс, включающий вертикальные стойки, диафрагмы жесткости в виде радиально расположенных стержней и водоподводящую трубу, отличающийся тем что, с целью повышения надежности и упрощения монтажа, ствол снабжен обжимным разрезным кольцом, установленным вокруг водоподводящей трубы, и наружной тонкостенной оболочкой, выполненной из отдельных криволинейных панелей, каждая из которых подкреплена с внутренней стороны вертикальными стойками,. две из которых размещены по торцам панели, радиальные стержни одним из концов жестко скреплены с обжимным кольцом, а на другом имеют вилочную обойму, жестко прикрепленную к вертикальным стойкам, причем часть вертикальных стоек выполнена высотой 0,6-0,75 высоты ствола.

Рисунок 3.2 Сечение башни

Ствол водонапорной башни включает вертикальные стойки 1 и 2, диафрагмы жесткости и водоподводящую трубу 3, причем часть стоек 1 имеет длину 0,6-0,65 высоты ствола, а каждая диафрагма жесткости выполнена в виде объединенных кольцом 4 вокруг водоподводящей трубы 3 стержней 5, на концах которых смонтированы вилочные обоймы 6, в плане повторяющие конфигурацию опорных стоек 1 и 2 и жестко прикрепленные к последним. Ствол выполнен из отдельных панелей

На высоте, равной 0,6-0,75-высоты ствола, вертикальные криволинейные панели обжимаются бандажем 8. Кроме того, собранный стык обжимается верхним 9 и нижним 10 кольцевыми бандажами, служащими для крепления опорного кольца днища 11 бака 12 на стволе и для крепления ствола к фундаменту 13.

Номер патента: 950885

ВОДОНАПОРНАЯ БАШНЯ А. А. РОЖНОВСКОГО

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции водонапорных башен с резервуарами, опертыми на многостоечные многоярусные стволы.

Башня включает резервуар 1 с опорным кольцом жесткости 2, многоярусный ствол 3 со стойками 4, в каждом ярусе 5 которого установлены диафрагмы жесткости, выполненные из прямолинейных элементов 6.

Рисунок 3.3 Общий вид башни Рожновского

Прямолинейные элементы 6 каждой диафрагмы соединены между собой одними из концов в жесткий узел 7 и присоединены к одной из стоек 4, а другими концами жестко присоединены к противоположным стойкам. В каждом последующем ярусе 5 точки соединения 7 прямолинейных элементов 6 смещены в горизонтальной плоскости на величину расстояния между стойками 4. Верхние концы стоек 4 объединены между собой балочной обвязкой 8, соединенной с опорным кольцом 2 резервуара 1 в точках 9 расположенных между стойками, причем число точек соединения 9 вдвое превышает количество стоек 4. В центре ствола 3 размещена подающе-отводящая воду труба 10, жестко прикрепленная к диафрагмам жесткости. Труба 10 служит осью при сборке ствола.

3.2 Совершенствование конструктивных параметров водонапорных башен Рожновского для повышения устойчивости к обледенению

Организация надежного бесперебойного водоснабжения сельскохозяйственных потребите лей является одной из наиболее важных задач сельскохозяйственного производства. Поэтому к приоритетным направлениям развития относится обеспечение потребностей населения и хозяйственного комплекса в водных ресурсах, безопасности гидротехнических сооружений и водохозяйственных систем.

В настоящее время широко используются водонапорные башни Рожновского. Они предназначены для регулирования расхода и напора воды в водопроводной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Применяются в системах производственного, хозяйственно питьевого и противопожарного водоснабжения промышленных объектов, сельскохозяйственных комплексов и населённых мест.

Такие башни обеспечивают рациональный режим водоснабжения потребителей среднего и малого объёмов водопотребления, которых особенно много в сельском хозяйстве. При сильной рассредоточенности потребителей организация водоснабжения с использованием водонапорных башен является наиболее приемлемой.

Существенным недостатком башен Рожновского является обледенение в зимний период внутренних стенок и всех предметов, находящихся внутри на уровне поверхности воды. Это приводит к нарушению функционирования в первую очередь датчиков уровней, а при значительных нарастаниях льда прекращает нормаль но функционировать и сама водонапорная ёмкость. В конечном итоге это приводит к её механическому разрушению. Уменьшается вплоть до нуля её полезный объем, и если толстым слоем льда покрывается поверхность воды в ёмкости, может произойти её разрыв под давлением, развиваемым нагнетающим воду насосом.

Защита башни от обледенения путём её теплоизоляции, как показал опыт применения та кой защиты в некоторых хозяйствах, в том числе и в Оренбургской области, малоэффективна, поскольку требует значительных дополнительных затрат, сводящих тем самым «на нет» главное преимущество башни Рожновского, - её дешевизну. Ускоряется коррозия стенок башни при попадании между ними и теплоизоляцией влаги, а также затрудняется выявление и устранение возможных протечек.

Другим способом является подогрев воды в башнях Рожновского с помощью трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов). Для этого потребуется мощность нагревателя, кото рая определяется в результате расчета тепловых потерь.

После образования корки льда на стенке водонапорной башни появляется двухслойная цилиндрическая стенка, через которую тепло уходит из башни. Тепловой поток в стационарном режиме через двухслойную цилиндрическую стен ку рассчитывается по выражению 2.

(3.1)

где Q - тепловой поток, Вт;

l - высота цилиндра, м;

tводы - температура воды, °С;

tвозд - температура воздуха, °С;

бвозд - коэффициент теплоотдачи от стенки Вт к воздуху, Вт/м 2К;

бвозд - коэффициент теплоотдачи от воды к ледяной стенке, Вт/м 2К;

лст - коэффициент теплопроводности стальной стенки, Вт/м? К;

лл - коэффициент теплопроводности стенкильда, Вт/м? К;

dнар - наружный диаметр стальной стенки, м;

dвн - внутренний диаметр стальной стенки, м;

dнар.л - наружный диаметр стенки льда, м;

dвн.л - внутренний диаметр стенки льда, м.

Расчёт по этой формуле для башни высотой опоры 12 м и вместительностью бака 25 м3 при температуре воздуха 30 °С даёт следующие значения тепло потерь (табл. 1).

Таблица 3.1

Зависимость теплопотерь от толщины льда

Толщина льда, см

Мощность теплопотерь, кВт

0

10

20

30

40

50

13,1

10

8,3

6,7

5,4

4,2

Эту же мощность должен выдавать ТЭН для предотвращения дальнейшего льдообразования. Как видно из таблицы, мощность сильно зависит от толщины уже образовавшегося льда. Таким образом, подогревать воду в башнях Рожновского с помощью трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов) экономически нецелесообразно, так как количество потребляемой электрической энергии в этом случае будет неоправданно велико. Кроме того, линии электропередачи расположены преимущественно далеко от башен, и, соответственно, в этом случае необходимы дополнительные затраты для подведения электрической энергии к водонапорной башне.

Также известны способы, частично препятствующие образованию корки льда на внутренней поверхности металлических водонапорных башен. Например, М.А.Спивак предлагает использовать для этого энергию солнечного излучения, для чего требуется верхнюю часть ёмкости выполнить из светопроницаемого материала [3].

Главным недостатком такого способа можно считать то, что прогреваться будет только верхняя часть ёмкости, в то время как нижняя всё равно будет покрываться льдом. Кроме того, при диаметре бака 3 м максимальная энергия, поступающая от солнечного излучения, составляет

10,5 кВт, что наблюдается крайне редко. А также, как показывают наблюдения, водонапорные башни в основном обледеневают ночью, когда такой механизм защиты неприемлем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - бак, размещённый на водозаполненной цилиндрической опоре; 2 - водозаполненная цилиндрическая опора, утепленная в нижней части грунтовой обсыпкой; 3 - грунтовая обсыпка; 4 - водоподводящий трубопровод; 5 - водоотводящий трубопровод; 6 - диафрагма, выполненная в виде усечённого конуса; 7 - гидравлическая насадка; 8 - кольцевой зазор; 9 - ветровые опоры; 10 - решётка

Рисунок 3.4 Способ подачи воды в водонапорную башню

В качестве наиболее целесообразного подхода к данной проблеме можно считать поиск более рационального использования тепла воды, по ступающей в башню из скважины. Способ, предлагаемый А.А. Рожновским и В.Д. Смирновым, заключается в следующем (рис.3.4): в водонапорной неотапливаемой башне трубчатая опора снабжена диафрагмой, выполненной в виде усеченного конуса, вершина которого обращена к баку. Данная опора установлена с образованием кольцевого зазора относительно стенок, причём конец водоподводящего трубопровода расположен выше вершины усечённого конуса, а водоотводящий трубопровод расположен под ним.

На рис. 1а изображён общий вид, на рис. 1б - узел I на рис. 2а. По мере подъёма воды вдоль водозаполненной опоры 2 её отдельные струи отклоняются к стенкам опоры, у которых в холодное время года постепенно охлаждаются, от давая при этом тепло на обогрев опоры, что препятствует процессу образования льда на стенках опоры.

Охлаждение воды сопровождается также увеличением её объёмного веса, что приводит к опусканию охлаждённой воды вдоль стенокопоры 2 и далее через кольцевой зазор 8 под усечённый конус 6, откуда охлаждённая вода уходит в водораспределительную сеть по водоотводящему трубопроводу 5.

Однако при этом достаточно быстро происходит перемешивание воды из скважины с водой в башне. В результате их температуры выравниваются, что слабо отражается на уменьшении толщины уже образовавшегося льда.

Нами предложен следующий способ подачи воды в металлическую водонапорную башню (рис. 3.4): в водоподводящей трубе конец расположен по касательной к окружности, а в водоотводящей трубе входное отверстие расположено внизу, по центру.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - водоподводящий трубопровод, 2 - корпус башни, 3 - водоотводящий трубопровод

Рисунок 3.5 Усовершенствованный способ подачи воды (2а - расположение водоподводящего и водоотводящего трубопроводов, 2б - схема движения воды во фронтальной и горизонтальной проекциях) башни 2

Конструкция работает следующим образом. Вода в башню поступает вверх по восходящей спирали, закручиваясь и омывая стенки, так как конец водоподводящего трубопровода 1 расположен по касательной к окружности

По мере уменьшения скорости потоки приближаются к центру башни, отдавая тепловую энергию стенкам башни или льду, находящемуся на стенках. После этого потоки воды двигаются вниз. Образуется как бы воронка, по краям ко торой находится более тёплая вода, поступившая из источника, а в центре - более холодная. Этим достигается уменьшение темпа перемешивания поступившей воды с водой в башне. Водоотводящий трубопровод 3, расположенный внизу баш ни, по центру, забирает из башни воду, имеющую наименьшую кинетическую энергию и темпера туру. При этом в самой башне остаётся более тёплая вода. Этим обеспечивается обновление воды во всём объёме башни, т.к. в башню поступает наиболее тёплая вода, а уходит наиболее холодная, следовательно, полнее используется тепловая энергия воды, поступающей в башню.

Данный способ был исследован экспериментально. Для этого в цилиндрическую ёмкость с расположенными, как описано выше, водоподводящим и водоотводящим трубопроводами помещались частицы с плотностью, примерно равной плотности воды. При включении насоса эти частицы двигались сначала по спирали вдоль стенок вверх, а затем по центру ёмкости вниз.

3.2.1 Расчет стыковых сварных швов

Расчет сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения швов

Изгибающий момент M = 55 кН · м. Материал листа - сталь марки ВСт3 ( Run = 3 70 МПа). Сварка выполняется покрытыми электродами типа Э46 ( Rwf = 2 00 МПа, в f = 0,7). Коэффициенты условий работы г wf = гc = 1. Необходимо определить катет углового шва.

Для указанного сочетания стали, электродов и способа сварки в соответствии с табл. 2 настоящего Пособия расчетным сечением является сечение по металлу шва.

. (3.2)

Рисунок 3.6 К примеру расчета сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения швов

Центр тяжести периметра швов определяется по формуле

x ц = ( l 2 1 - 0,5 l 2 kf ) / (2 l 1 + l 2 ) (3.3)

При kf = 10 мм хц = (900 - 0,5 · 20) / ( 60 + 20) = 11 см.

Координаты точки А, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, х = 19 см, у = 1 0 см.

Моменты и н ерции расч етного сечения соединения по м еталлу шва относительн о его главных осей:

Ifx ? вf { l 3 2 kf / l 2 + 2 l 1 kf [( l 2 + kf ) / 2]2} (3.4)

(3.4)

Для углового шва kf = 10 мм с учетом того, что расчетная длина шва принимается меньше его полной длины на 10 мм ( l 1 = 29 см):

Ifx = 0,7 { 203 · 1/12 + 2 · 29 · 1 [( 20 + 1) / 2]2} = 4 942 см4;

Ify = 0,7 {2[293 · 1/12 + 29 · 1 (29 / 2 - 11 )2 ] + 20 · 1 (11 + 1/2)2} = 5 194 см4;

Расстояние от центра тяжести периметра швов до точки А

см.

Напряжения в соединении:

ф f = 55 · 103 · 21,5 / (4942 + 519 4) = 1 17 М Па.

фf / Rwf = 117 / 200 = 0,5 8.

Таким образом, при kf = 10 мм напряжения в соединении ф f составляют 0,58 от расчетного сопротивления ( Rwf ). Следовательно, катет шва в соединении должен быть принят kf = 5,8 мм ? 6 мм.

Проверка прочности соединения при kf = 6 мм показывает правильность расчета:

Ifx = 2864 см4; Ify = 3078 см 4 ; = 21, 5 см.

ф f = 55 · 103 · 2 1,5 / 5942 = 199 < 200 МПа.

3.2.2 Расчет шпоночного соединения вала насоса и ступицы

По ГОСТ 23360-78 или СТ СЭВ 189-75 в соответствии с заданным диаметром вала d = 30 мм выбираем призматическую шпонку с размерами b = 8 мм; h = 7 мм.

Длину шпонки определяем из условия отсутствия смятия боковых поверхностей в соединении по формуле

(3.5)

где [у]СМ = 120 МПа.

По СТ СЭВ 189-75 принимаем стандартную длину шпонки ? = 40 мм.

Рисунок 3.7 Шпоночное соединение вал-ступица

Определяем напряжения среза в шпонке

(3.6)

что меньше допускаемого напряжения [ф]СР = 60...80 МПа.

Условное обозначение принятой шпонки:

Шпонка 8Ч7Ч40 ГОСТ 23360-78.

4. Техническое обслуживание

4.1 Технология проведения ТО

Промывка, очистка, обслуживание водонапорных башен!

Назначение водонапорной башни -- в её названии. Самая распространённая конструкция -- сооружение инженера Рожновского. Это сооружение в общей системе снабжения водой.

Назначение и устройство

С её помощью производят хранение воды, регулируют поток и выравнивают график функционирования напорных станций. Башня Рожновского имеет в своей конструкции бак, держащую опору, крышки с люком для визуального контроля. На внутренних стенах бака приваривают скобы для удерживания льда и спуска работников. Также имеется лестница для подъёма сотрудников с наружной стороны башни.

Вместительность от 10 до 160 метров кубических. Типичная форма этого сооружения -- округлая или в виде прямоугольника. Пропорции высоты и радиуса зависят от запросов застройщика или определённых технических условий. Параметры башни определяются по расчётам водораспределительной сети. Жидкость закачивается насосом, оборудование конструктивно защищено. Если башня находится в зоне строго санитарного контроля, она имеет строгие границы для доступа посторонних.

Обслуживание

Как и любое подобное техническое сооружение, башня нуждается в периодическом обслуживании. Обслуживание водонапорной башни -- это система мероприятий, направленная на поддержание их в работоспособном состоянии, увеличении срока службы и соответствия качеству воды санитарным нормам (если она используется для пищевых целей). Владелец башни должен систематически следить за состоянием этого сооружения.

Главная процедура при её обслуживании -- очистка. Но не меньшее значение должно уделяться визуальному контролю и осмотру. Если возникла течь из сварных швов на корпусе или башня отклонилась от своей оси эксплуатация немедленно прекращается до выяснения причин и их устранения. Изменение геометрии конструкции может произойти по причине осадки фундамента, обледенения. Иногда подобные изменения -- последствия стихийного бедствия.

Не каждое предприятие, владеющее башней, способно провести качественный ремонт, обслуживание и устранение всех неполадок. Промыть водонапорную башню и выполнить другие работы по обслуживанию принято доверять специалистам, которые устанавливали её или профессионально занимаются данной деятельность.

Особенности ремонта и промывки

Вода, дающая нам жизнь, пагубно влияет на металл конструкции. Коррозия металла -- обычное явление. Повлиять на это можно профессиональной покраской башни. Специалист не просто произведёт малярные работы, а выполнить предварительную обработку. Это увеличит срок службы нового покрытия; удалит старую грязь, ржавчину и краску.

Промывка водонапорных башен способствует полному удалению грязи и бактерий. Промывку выполняют потоком воды с большим давлением. Но в эту воду добавляют химические вещества, способствующие дезинфекции и удалению нежелательных элементов. Используется специальная пищевая химия, примеси лимонной или щавелевой кислоты. Подобные вещества не принесут вреда организму человека, но нанесут сокрушительный удар вредной микрофлоре.

На серьёзных объектах отремонтированные и очищенные башни подвергаются дезинфекции. Она проводится хлорной известью или хлором в жидком виде. Всё зависит от объёма башни. Через пару часов после этой процедуры башню промывают фильтрованной водой. Эксплуатация разрешается после двух бактериологических анализов после процедуры. Их интервал -- полная замена воды в баке между пробами.

Советы по уходу

Основные рекомендации по уходу за водонапорной башней:

· проверять исправность указателя уровня воды в ёмкости;

· следить за отсутствием утечки воды, подтёков и пятен;

· следить за отсутствием засорения или промерзания труб;

· следить за отсутствием подтёков через сальники регулирующей и запорной аппаратуры;

· проверять исправность сигнальной техники и аппаратуры, включающей и выключающей насосы.

Очень часто очистить водонапорную башню от ила и грязи заказывают садоводческие кооперативы, садоводческие товарищества. Башня используется сезонно, поэтому и возникают подобные проблемы.

Очистка водонапорной башни Рожновского -- важное и ответственное мероприятие!

Покраска водонапорной башни -- важная работа по продлению её срока службы!

4.2 Нормативы по эксплуатации и обслуживанию водопровода

1. Обслуживание насосных станций

Состав работ.

Ведение и регулирование заданного режима работы насосного оборудования. Пуск, регулирование режима работы и остановка насосного агрегата и другого оборудования. Контроль за работой насосов, электродвигателей, контрольно-измерительных приборов. Наблюдение за уровнем воды в резервуарах. Смазка подшипников, набивка сальников и выполнение других работ, связанных с поддержанием нормальной работы оборудования. Ведение журнала учета и отчетности о работе оборудования и показаниях контрольно-измерительных приборов. Профилактический осмотр оборудования. Участие в работах по текущему ремонту оборудования насосной станции. Принятие мер по предупреждению аварий. Содержание оборудования и рабочего места в чистоте.

Таблица 4.1

Вид сооружений

Производительность насосной станции,
тыс. куб. м/сут.

до

свыше 500

15

50

150

300

500

Нормативная численность, рабочих в сутки

Насосные станции водопровода

3,6

4,0

4,4

4,8

5,3

6,2

2. Обслуживание водозаборов подземных вод

Состав работ.

Ведение и регулирование заданного режима работы скважинного насоса. Пуск, регулирование режима и остановка насоса, наблюдение за работой и показаниями контрольно-измерительных приборов. Осмотр оборудования, чистка, смазка и мелкий ремонт. Контроль за уровнем воды в резервуаре. Ведение журнала учета и отчетности о работе насосного агрегата и показаний контрольно-измерительных приборов. Участие в работах по демонтажу скважинного насоса. Содержание в чистоте оборудования и рабочего места.

Таблица 4.2

Вид сооружений

Количество работающих скважин
на предприятиях

до

1

4

10

15

30

50

Нормативная численность, рабочих в сутки

Скважины (радиус расположения
от насосной станции свыше 500 м)

2,3

3,2

4,0

4,6

6,1

8,2

3. Обслуживание водопроводной сети

Состав работ.

Обход и осмотр технического состояния водопроводной сети, водопроводов, напорных трубопроводов, колодцев, пожарных гидрантов, сетевой арматуры и других сооружений на сети. Ведение журнала обхода и осмотра сооружений с регистрацией всех обнаруженных неполадок.

Оформление актов, протоколов и других документов о нарушениях, неправильном или незаконном пользовании водопроводными сооружениями.

Устранение утечек и мелких неисправностей на сети, не требующих вызова специальной бригады.

Таблица 4.3

Вид сооружений

Протяженность водопроводной сети, км

до

15

20

25

30

35

40

45

50

60

70

80

90

100

Нормативная численность, рабочих в сутки

Водопроводная сеть, включая водоводы, уличную, внутриквартальную и внутридворовую сеть

3,0

4,1

5,1

6,1

7,0

7,9

8,7

9,5

10,8

11,9

13,0

14,0

15,0

5. Безопасность и охрана труда

Требования безопасности при эксплуатации водопроводных и канализационных очистительных сооружений, водосмягчающих установок, резервуаров и водонапорных башен

5.1 Общие требования безопасности

5.1.1 Для открывания и закрытия задвижек, расположенных в смотровых колодцах водоснабжения и канализации, применяют штанги-вилки, выносные штурвалы с дистанционным приводом, другие устройства, которые исключают необходимость спускаться в колодцы обслуживающему персоналу.

5.1.2 Подземные резервуары и резервуары водонапорных башен оборудуют надежно закрепленными скобами и стремянками.

5.1.3 Очистка сооружения от осадка, песка и тому подобное осуществляют только с помощью специальных устройств, не применяя ручного труда.

5.1.4 Ремонт оборудования, которое находится под водой, разрешается только после освобождения резервуаров от воды при выполнении таких условий: а) работников в глубоких резервуарах обеспечивают предохранительными спасательными поясами с веревками, которые должны быть на 2 м более длинные от глубины резервуара и испытаны: пояса спасательные - в соответствии с ГОСТ 12.4.089-86 "ССБТ. Строительство. Пояса предохранительные. Общие технические условия", предохранительные веревки - в соответствии с ДНАОП 0.00-5.28-03.

5.2 Требования безопасности при эксплуатации резервуаров и водонапорных башен

5.2.1 Все ходы и лазы в подземные резервуары и водонапорные башни должны быть закрыты, заперты и опломбированы.

5.2.2 Очистка, ремонт резервуаров и баков водонапорных башен выполняются по графику, составленному дистанцией гражданских сооружений и водоснабжения и согласованному с СЭС. Работы по очистке оформляются актом с указанием начала выполнения работ, времени снятия и постановки пломб, перечня выполненных работ, включая дезинфекцию. Очистка и окрашивание внутренних поверхностей резервуаров водоснабжения выполняются группой из 3-х работников, один из которых выполняет работы в резервуаре, а два работника - снаружи (один из них должен быть одет в средства индивидуальной защиты на случай оказания помощи работнику внутри резервуара).


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.