Технологический расчет водоснабжения молочно-товарной и свино-товарной ферм

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Вода, являясь главным источником жизни, играет большую роль в сельском хозяйстве и, в частности, в животноводстве. Потребности животноводства в воде в десятки раз превышают потребности населения.

Механизация водоснабжения сокращает затраты труда, способствует повышению продуктивности и созданию необходимых санитарно-гигиенических условий в животноводческих помещениях и соблюдению правил пожарной безопасности. Для животноводческих предприятий требуется значительное количество доброкачественной воды: на поение скота, для приготовления кормов, очистки емкостей, оборудования и помещений и на другие цели. Животноводческие предприятия и населенные пункты, как правило, стремятся снабжать водой из одного источника. В соответствии с этим качество воды должно удовлетворять всем требованиям, которые предъявляются к воде, предназначенной для хозяйственно-питьевых нужд. Качество воды оценивают по ее физическим свойствам, а также по химическому и бактериологическому составу. Оно должно отвечать требованиям ГОСТ "Вода питьевая". Она должна быть чистой, прозрачной, иметь приятный вкус, температуру 280…285К, оптимальный химический состав примесей, не содержать патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Общее число бактерий в 1 мл неразбавленной воды допускается не более 100, а бактерий группы кишечной палочки в 1 л - не более 3. Кроме того, вода не должна содержать извести, магния, железистых соединений и органических веществ. Если вода жесткая, то на стенках труб водогрейных установок образуются отложения, которые уменьшают пропускную способность труб и их теплопередачу. Для смягчения воду пропускают через фильтр, хорошо поглощающий кальций и магний, или нагревают до 70…800С, в результате чего кальций и магний выпадают в осадок. Для обеззараживания воды в нее добавляют чистый хлор или хлорную известь. Воду обрабатывают хлором в специальных аппаратах-хлораторах.

Общие сведения о воде

Физические и химические свойства воды

Физические свойства

Вода в нормальных атмосферных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, тогда как аналогичные водородные соединения являются газами. Это объясняется особыми характеристиками слагающих молекулы атомов и присутствием связей между ними. Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45°, и эта конфигурация строго сохраняется. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислородаэлектронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды является активным диполем, где кислородная сторона отрицательна, а водородная положительна. В результате молекулы воды притягиваются своими противоположными полюсами, и образуют полярные связи, на разрыв которых требуется много энергии. В составе каждой молекулы ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, в результате чего он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода соседней молекулы, образуя водородную связь с другой молекулой. Каждая молекула связана с четырьмя другими посредством водородных связей -- две из них образует атом кислорода и две атомы водорода. Комбинация этих связей между молекулами воды -- полярной и водородной и определяет очень высокую температуру её кипения и удельную теплоты парообразования. В результате этих связей в водной среде возникает давление в 15-20 тыс. атмосфер, которое и объясняет причину трудносжимаемости воды, так при увеличении атмосферного давления на 1 бар, вода сжимается на 0,00005 доли её начального объёма.

Структуры воды и льда между собой очень похожи. В воде, как и во льду, молекулы стараются расположиться в определённом порядке -- образовать структуру, однако тепловое движение этому препятствует. При температуре перехода в твёрдое состояние тепловое движение молекул более не препятствует образованию структуры, и молекулы воды упорядочиваются, в процессе этого объёмы пустот между молекулами увеличиваются и общая плотность воды падает, что и объясняет причину меньшей плотности воды в фазе льда. При испарении, напротив, рвутся все связи. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Однако удельная теплоёмкость воды, в отличие от других веществ непостоянна: при нагреве от 0 до 35?С её удельная теплоёмкость падает, в то время как у других веществ она постоянна при изменении температуры. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг).

Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные -- атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.

Чистая вода -- хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO? составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода -- хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

Фазовая диаграмма воды: по вертикальной оси -- давление в Па, по горизонтальной -- температура в Кельвинах. Отмечены критическая (647,3 K; 22,1 МПа) и тройная (273,16 K; 610 Па) точки. Римскими цифрами отмечены различные структурные модификации льда

По состоянию различают:

Твёрдое -- лёд

Жидкое -- вода

Газообразное -- водяной пар

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (температура 0 °C и 100 °C были специально выбраны как температура таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию» в системе СИ). При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды -- падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

С ростом давления температура кипения воды растёт:

При росте давления плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды -- падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния -- пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Чистая вода способна как переохлаждаться не замерзая до температуры ?33 °C, так и быть перегрета до +200 °C. За это её свойство она получила применение в промышленности (например в паровых турбинах).

Существует тип воды, которая имеет плотность на 40 % выше нормальной и закипает при температуре +300°С. Эта разновидность воды была открыта советским учёным Б. В. Дерягиным на поверхности кристаллов кварца.

Изотопные модификации воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) .

Тяжёлая вода (дейтериевая) .

Сверхтяжёлая вода (тритиевая) .

тритий-дейтериевая вода 

тритий-протиевая вода 

дейтерий-протиевая вода 

Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий -- самый легкий изотоп водорода, дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м.,тритий -- самый тяжелый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м.

По стабильным изотопам кислорода 16O, 17O и 18O существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит -- и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH?). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ? 16.

Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует при комнатной температуре:

с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)

с фтором и межгалоидными соединениями

при низких температурах

с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз

с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.) с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)

со многими солями, образуя гидраты

с боранами, силанами

с кетенами, недоокисью углерода

с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

с железом, магнием

с углем, метаном

с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

с амидами, эфирами карбоновых кислот

с ацетиленом и другими алкинами

с алкенами

с нитрилами

Значение водоснабжения

Вода - непременное условие для организации какого-либо производства. Люди пока не придумали чем можно заменить её участие в процессах. Приспособления для воздушного охлаждения не исключают полностью своих водяных собратьев. Поэтому Современные промышленные предприятия нуждаются в большом количестве влаги.

Очень важным условием становится бесперебойность подачи воды. Темпы роста производства не позволяют прекращать процесс водоснабжения ни на минуту. Иногда, чтоб достичь этой цели, в ход идёт накопительный метод. Заполняются специальные резервуары, снижая тем самым риск перебоя в подаче воды. Водоснабжение промышленных объектов требует некоего технологического уровня. В сам процесс включены такие приспособления как насосы, очистные сооружения, терморегулирующие агрегаты и тому подобное. Кроме того, этому предшествует химический анализ предполагаемого сырья. Все эти действия обусловлены требованиями, предъявляемыми к качеству воды. Выполняя охлаждение систем, она не должна нанести вред агрегату. Коррозийные свойства, различные химические примеси, известь - могут привести к разрушению тех частей механизма, с которыми соприкасается вода. Засорение и порча труб грозят нарушением циркуляции и выходом из строя всего агрегата в целом. Избавить промышленное водоснабжение от подобных проблем может искусственная обработка. Она обеспечивает удаление различных солей и способствует предотвращению образования налёта на стенках механизмов. Очень важным условием для использования воды в промышленных целях считается сила напора. Забирая сырьё из природных источников, этот пункт далеко не всегда можно получить естественным путём. Для решения этой задачи конструируют специальные приспособления, позволяющие повысить уровень подающей установки. Такие меры необходимы для обеспечения бесперебойной поставки нужного объёма. В целом это помогает избежать перегрева и порчи производственных установок, а значит и снижения темпов работы. Значение водоснабжения для производственных объектов настолько высоко, что некоторые предприятия целесообразнее строить в непосредственной близости от природных источников. Так как перевозка больших объёмов приведёт к огромным затратам. Но при этом необходимо учитывать и вред, который могут нанести окружающей среде сточные воды промышленного объекта.



Технологический расчет водоснабжения

Определение потребности в воде

Вода расходуется на поение животных и производственные периоды технологические, гигиенические, хозяйственные и противопожарные. Потребность в воде на ферме зависит от количества животных и норм водопотребления, установленных для животноводческих ферм.

При определении потребности в воде на животноводческих фермах сначала определяют среднесуточный расход воды, а потом - максимальный суточный расход воды с учетом коэффициента суточной неравномерности, и эта величина используется для дальнейшего расчета.

Среднесуточный расход воды по отдельным фермам определяют:

Qср.сут. = a1 m1 + a2 m2 +...+ an mn,

где a1, a2, an - количество потребителей различных видов;

m1, m2, mn - среднесуточная норма водопотребления для одного потребителя, л/сут.

Суточную норму водопотребления различными животными можно определить по таблице 1:

Таблица 1

Среднесуточные нормы потребления воды

№ п/п	Потребители	Норма в сутки, л
1.	Дойные коровы	80…100
2.	Быки и нетели	50…60
3.	Молодняк КРС до 2-х лет	25…30
4.	Молодняк КРС до 6-ти месяцев	20…25
5.	Свиноматки с приплодом	60
6.	Свиньи на откорме	20…25
7.	Козы и овцы взрослые	10
8.	Куры и индейки	0,5…1
9.	На обработку 1 кг молока	5
10.	На обработку 1 кг сухого корма	2
12.	Гуси и утки	1,3
13.	Кролики	5,0

Тогда среднесуточный расход воды по отдельным фермам составляет:

Qср. сут. мтф = 80080+25025+60025+120005+24000•2=193,2 м3/сут;

Qср.сут. стф=22560+400020+120002=117,5 м3/сут.

Расход воды в течение суток, летом и зимой неравномерен, поэтому для расчета водопроводных сооружений и оборудований необходимо знать максимальный суточный расход воды по отдельным фермам. Этот суточный расход воды определяется:

Qсут. max = Qср. сут k1,

где k1- коэффициент суточной неравномерности, равный 1,3...1,5.

Тогда максимальный суточный расход воды с учетом вышесказанного по отдельным фермам составляет:

Qсут. max. мтф=193,21,3=251,16 м3/сут;

Qсут. max. стф=117,51,3=152,75 м3/сут.

Затем определяем суммарный максимальный суточный расход воды по формуле:

+152,75 = 403,91

С учетом рельефа местности, дебита источников считается целесообразным использование централизованной системы водоснабжения для МТФ и СТФ с использованием водоисточника, размещая при этом рядом напорно-регулирующего устройства. Далее определяем минимальную продолжительность работы насосной станции по формуле:

где D - дебит источника.

У реки дебит неограничен, поэтому минимальную продолжительность насосной станции выбираем 16, то есть 8-ми часовой рабочий день по 2 смены.

Выбор схемы внешней водопроводной сети

Для подачи воды от водоисточников к потребителям служит водопровод. Различают наружную (внешнюю) сеть, прокладываемую вне зданий и внутреннюю сеть сооружений. Внутреннюю распределительную водопроводную сеть выполняют из стальных труб разного диаметра. Для отключения отдельных участков в ней устанавливают арматуру (задвижки, вентили и т.д.) Схема разводки труб и номенклатура водозаборного оборудования, устанавливаемого на внутренней водопроводной сети, зависят от технологических процессов, на которые расходуется вода. В дальнейшем расчет ведется только наружной сети.

Наружная водопроводная сеть может быть тупиковым или кольцевым. Тупиковой называется такая сеть, в которой от главной магистрали отходят в разные стороны не связанные между собой ветви. В них вода движется только в одном направлении. В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать с двух сторон, т.к. трубопровод представляет собой замкнутый контур. Каждая из этих схем имеет преимущества и недостатки. К преимуществам тупиковой схемы относится то, что она имеет малую протяженность, поэтому затрачивается при прокладке меньше капитальных вложений, а недостатком является то, что в случае аварии или ремонта приходится отключать всех потребителей, расположенных за местом аварии по направлению движения воды.

К преимуществам кольцевой схемы относится то, что она позволяет отключать поврежденные участки сети, не прекращая подачу воды к другим потребителям, исключается замерзание воды в трубах, а к недостаткам относится большая протяженность сети, и вызванная с этим большие капитальные затраты.

Исходя из вышесказанного, с учетом минимальных капитальных затрат на строительство, эксплуатацию выбирается тупиковая схема внешней водопроводной сети. Эта схема вычерчивается на топографическом плане местности, учитывая при этом следующие соображения: протяженность трассы должна быть наименьшей; число узлов разветвления должно быть минимальным.

При расчете тупиковой водопроводной сети важно уяснить, что по всем участкам, кроме конечных, идут два потока с путевым расходом, идущим для удовлетворения потребителей, расположенных на рассматриваемом участке, и с транзитным расходом, предназначенным для потребителей, расположенных по ходу потока за рассматриваемым участком. Поэтому расход воды в начале любого участка сети равен сумме путевого и транзитного расходов.

Гидравлический расчет водопроводной сети

Гидравлический расчет внешней водопроводной сети производят для того, чтобы определить диаметры труб на расчетных участках. Расчетные участки - это такие участки внешней водопроводной сети, по которым будет течь отличающееся от соседнего участка количество воды в единицу времени. Границу таких расчетных участков нумеруется строчными буквами русского алфавита.

Для определения диаметров труб необходимо вначале определить секундный расход воды на участках, а затем с учетом оптимальных скоростей движения воды по таблице академика Павловского определяем диаметры труб. Секундный расход воды на участках водопроводной сети определяется по следующей формуле:

где k1 - коэффициент суточной неравномерности, равный 1,3…1,5;

k2 - коэффициент часовой неравномерности, равный для объектов с автопоением 2, а для объектов без автопоения 4.

Определение секундного расхода воды на участках начинают с конца тупика против движения воды, учитывая при этом то, что на каждом последующем участке секундный расход воды увеличивается на величину предыдущего участка.

С учетом этого, секундный расход воды на участках вычисляется:

л/с;

л/с;

4,62 л/с;

7 л/с;

8,1 л/с;

9,2 л/с;

10,13 л/с;

11,14 л/с;

4,61+11,14=15,75 л/с;

15,75 л/с.

Все данные секундного расхода воды по участкам заносятся в таблицу 2, куда кроме этого, пользуясь таблицей академика Н. Н. Павловского, записывают величины V - скорости движения воды; d - диаметра условного прохода или диаметра труб; 100•i - удельных потерь напора в трубах; а также вычисленные по топографическому плану местности значения L - длины каждого участка; ?? - стандартной длины одной трубы; n - количество использованных на расчетных участках труб и h - потери напора на расчетных участках при использовании выбранных труб.

При выборе диаметров труб по таблице академика Н. Н. Павловского необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- при скорости движения воды в трубах менее чем 0,40 м/с поток воды имеет ламинарный характер и взвешенные частицы, которые оказываются в воде, могут оседать внутри трубы, уменьшая при этом живое сечение, что влечет за собой периодическую их промывку, что является трудоемкой работой в производственных условиях;

-при скорости движения воды в трубах более чем 1,25 м/с может возникнуть гидравлический удар при резком закрытии вентилей или задвижек, давление воды внутри трубопровода при этом может достичь десятка атмосфер и при определенных условиях может разорвать трубопровод. Поэтому наиболее целесообразными считаются скорости движения воды трубах, которые приведенные в таблице 3.

Таким образом, по значениям вычисленного секундного расхода воды на расчетных участках и с учетом вышеуказанных оптимальных скоростей движения воды в трубопроводах, подбирают диаметры трубопроводов на этих расчетных участках.

Потери напора по длине рассчитываем по формуле:

Вычисленные значения секундного расхода воды записываем в ниже следующую таблицу:



Таблица 2

Гидравлический расчет водопроводной сети

Расчетный участок	q, л/с	V, м/с	d, мм	100•i	h, м	L,м	??, М	n, шт.
а - б	1,71	0,40	75	0,45	0,225	50	5	10
б - в	3,16	0,68	75	1,32	0,66	50	10	5
в - г	4,61	0,60	100	0,71	2,2	310	10	31
к - и	7,0	0,89	100	1,55	0,78	50	10	5
и - з	8,1	1,02	100	2,02	1,01	50	10	5
з - ж	9,2	0,73	125	0,78	0,39	50	10	5
ж - е	10,13	0,86	125	1,06	0,53	50	10	5
е - г	10,97	0,62	150	0,44	2,9	660	10	66
г - д	15,75	0,91	150	0,93	0,74	80	10	8
к - л	15,75	0,91	150	0,93	2,79	300	10	30
л - м	15,75	0,91	150	0,93	1,12	120	10	12

Таблица 3

Экономические скорости движения воды в трубах

d, мм	50	75	100	125	150	175
V, м/с	0,4...0,5	0,5...0,6	0,6...0,7	0,7...0,8	0,8...0,9	0,9...1,0

Расчет высоты водонапорной башни

Как выше было указано, что принимается башенная система водоснабжения, и при этом возникает необходимость определения ее высоты, которая должна быть такой, чтобы обеспечить статическим давлением подачу воды к потребителям, когда водоподъемная машина не работает.

Для расчета высоты водонапорной башни используют формулу:

где Hсв.н - свободный напор воды в трубопроводе, равный для одноэтажных зданий 10 м, для двухэтажных-14 м, а для трехэтажных - 18 м; Hсм - суммарные потери напора от водонапорной башни до предполагаемой диктующей точки водопроводной сети, м; Hгеод. - геодезическая разница уровней месторасположения водонапорной башни и диктующей точки водопроводной сети, м.

Если диктующая точка системы расположена выше по уровню на топографическом плане местности по отношению к водонапорной башне, то знак Hгеод. принимается положительным, а если ниже, то - отрицательным.

Диктующей точкой водопроводной сети называется такая точка, куда доставка воды затруднена из-за того, что она расположена очень далеко от водонапорной башни или она расположена достаточно высоко от нее по рельефу местности. Так как в рассматриваемой схеме внешней водопроводной сети мы не знаем какая из двух точек (а) и (к) является диктующей, то, следовательно, высоту водонапорной башни предварительно вычисляем по этим двум точкам и полученная наибольшая величина указывает, что диктующей точкой является эта точка, и выбор высоты водонапорной башни следует осуществлять по этой точке.

Предполагаем, что точка является диктующей:

10+(0,78+1,01+0,39+0,53+2,9+0,7)+1=17,35 м.

Следовательно, расчеты показывают, что диктующей точкой является точка (к) и выбор высоты водонапорной башни осуществляется по этой точке. И эта высота равняется 18 м. Следует отметить, что водонапорная башня выполняет сложную функцию. При превышении подачи воды над расходом, избыток воды накапливается в водонапорной башне, а если расход воды превышает над ее подачей, то недостаток воды подается из нее. При неработающем насосе весь расход воды осуществляется за счет запаса воды в водонапорной башне, поэтому статическое давление воды должно быть таким, чтобы оно, преодолевая потери напора по длине трубопровода, а также преодолевая местные потери, могло подать воду до диктующей точки.

Расчет емкости напорно-регулирующего бака водонапорной башни

Регулирование расхода и напора в разводящей сети водопровода осуществляется либо при помощи устанавливаемых на водонапорных башнях напорно-регулирующих баков, либо безбашенных систем с регулирующим воздушно-водяным котлом. Общий объем бака водонапорной башни должен вмещать регулирующий, противопожарный и аварийный запас воды.

При определении регулирующего объема бака учитывают данные максимального расхода воды потребителями и подачу ее насосной станцией.

Объем напорно-регулирующего бака водонапорной башни определяем табличным способом, определяя алгебраическую сумму подачи и расхода воды и определяя остаток воды в баке в процентах от максимального суточного расхода.

Необходимо определить часовую подачу воды в процентах от максимального суточного расхода, зная продолжительность работы водоподъемной машины. Выше было принято, что в централизованной системе водоснабжения водоподъемная машина работает в течение суток 16 часов. Тогда принимая, что за 16 часов подается 100 % от максимального суточного расхода воды, а за 1час - 6,25 % от Qсут. мах., то есть (100/16=6,25).

Так как в централизованную систему водоснабжения входят две фермы: молочнотоварная и свинотоварная, поэтому необходимо определить средние значения характера водопотребления в течение суток для этим ферм, занося их в четвертую колонку таблицы 4.



Таблица 4

К определению объема напорно-регулирующего бака водонапорной башни

Часы суток	Часовой расход воды в % от Qсут.max для ферм:	Подача воды насосом в % от Qсут.max	Алгебраическая сумма подачи и расхода, %	Остаток воды в баке в % от Qсут.max
	МТФ	СТФ	Среднее значение
0…1	3,1	0,25	1,68	0	-1,68	+6,55
1…2	2,1	0,50	1,30	0	-1,30	+5,25
2…3	1,9	0,50	1,20	0	-1,20	+4,05
3…4	1,7	0,75	1,22	0	-1,22	+2,83
4…5	1,9	3,75	2,83	0	-2,83	0
5…6	1,9	6,00	3,95	6,25	+2,30	+2,30
6…7	3,2	6,00	4,60	6,25	+1,65	+3,95
7…8	3,5	5,50	4,50	6,25	+1,75	+5,70
8…9	6,1	3,25	4,67	6,25	+1,58	+7,28
9…10	9,1	3,50	6,30	0	-6,30	+0,98
10…11	8,6	6,00	7,30	6,25	-1,05	-0,07
11…12	2,9	8,50	5,70	6,25	+0,55	+0,48
12…13	3,3	6,00	4,65	6,25	+1,60	+2,08
13…14	4,3	6,00	5,15	6,25	+1,10	+3,18
14…15	4,8	5,00	4,90	6,25	+1,35	+4,53
15…16	2,9	5,00	3,95	6,25	+2,30	+6,83
16…17	10,1	3,50	6,80	6,25	-0,55	+6,28
17…18	4,8	4,50	4,65	6,25	+1,60	+7,88
18…19	2,9	6,00	4,45	0	-4,45	+3,43
19…20	3,1	6,00	4,55	6,25	+1,70	+5,13
20…21	2,6	6,00	4,30	6,25	+1,95	+7,08
21…22	6,5	3,50	5,00	6,25	+1,25	+8,33
22…23	5,3	2,50	3,90	6,25	+2,35	+10,68
23…24	3,4	1,50	2,45	0	-2,45	+8,23

Кроме этого в эту таблицу заносится алгебраическая сумма подачи и среднего расхода воды, которая определяется как разность подачи воды в процентах от максимального суточного расхода (колонка 5) и среднего расхода воды (колонка 4), учитывая при этом арифметический знак. Отрицательное значение этой суммы означает нехватку воды в напорно - регулирующем баке, а положительное значение - избыток.

При определении остатка воды в процентах от максимального суточного расхода принимают, что к моменту начала включения водоподъемной машины в работу в напорно - регулирующем баке воды не осталось, и приравнивают это значение к нулю. В таблице 4 это с 5 до 6 часов утра. В следующий час к значению нуль прибавляют значение алгебраической суммы и записывают в таблицу. При этом учитывают то, что если значение последующей алгебраической суммы со знаком плюс, его прибавляют к предыдущему значению, а если со знаком минус - отнимают. Для определения объема регулируемой части водонапорной башни из последней колонки выбирают самую большую цифру со знаком плюс (избыток) и прибавляют к нему, не учитывая знака, самую маленькую цифру со знаком минус (недостаток). В таблице это цифры +10,68 и -0,07. В результате сложения получается, что объем напорно-регулирующего бака должен составить 10,75 % от максимального суточного расхода воды.

Следовательно, объем напорно - регулирующего бака определяется:

Тогда м3.

Если для тушения пожара воду подают из водонапорной башни, то необходимо предусмотреть такой объем воды. Для этого определяют объем воды для тушения пожара:

Wпож = 3,6 T Qпож,

где T - расчетное время тушения пожара, равное 3 ч; Qпож - расход воды на тушение пожара, равный 10 л/с.

Если для тушения пожара воду используют не из водонапорной башни, а из колодца, то ее общий объем определяется:

где t-время включения в работу пожарного насоса, t = 5 мин.

Принимая, что воду для тушения пожара не берут из водонапорной башни, тогда ее объем составляет: W = 43,42 + 0,06510 = 46,42 м3.

Расчетную вместимость напорно-регулирующего бака необходимо увеличивать на 2...3 % от регулируемого объема как аварийный запас.

Тогда общая вместимость будет равна:

47,29 м3.

Для обеспечения объема равного 47,29 м3 выбирается стальная, сборно-блочная водонапорная башня типа БР-50 (Рис. 2).

Водонапорная башня создает напор воды за счет поднятия напорного бака на определенную высоту. Нижнюю часть водонапорной башни утепляют земляной обсыпкой, чтобы находящийся в ней запас воды в зимнее время не замерзал. Водонапорную башню можно не утеплять при температуре воды подземных источников не менее 0 ОС и обмене воды в ней не реже одного раза в сутки. Для поддержания постоянного запаса воды в водонапорной башне водяной насос включается в работу автоматически по специальной схеме с использованием датчиков уровней воды.

Выбор водоподъемной машины

Для выбора водоподъемной машины необходимо располагать следующими сведениями: типом водоисточника (трубчатый колодец, шахтный колодец, или открытый водоисточник); требуемым полным напором; необходимой производительностью подачи воды в час и дебитом источника, причем дебит водоисточника должен быть больше производительности насоса. Устройства для забора подземных вод подразделяются на трубчатые и шахтные колодцы.

Сооружают трубчатые колодцы путем бурения скважин. Стенки буровых колодцев укрепляют обсадными трубами, выполненными из стали, асбестоцемента или полиэтилена.

Шахтные колодцы применяют для приема безнапорных вод при небольшой глубине залегания (до 40 м). Выполняют их из железобетона, кирпича и дерева. Эти колодцы имеют большую площадь сечения и небольшую длину вертикальной части.

Для забора воды из шахтных колодцев, где динамический уровень воды не превышает 3…6 м, в основном используют центробежные или вихревые насосы. Центробежные насосы используют тогда, когда нужна большая производительность при небольшом напоре воды, а вихревые насосы используют тогда, когда необходим большой напор при небольшой производительности воды. Так как у нас река, то мы сами выбирали для использования центробежный насос.

Для определения полного напора водоподъемной машины воспользуются схемой, показанной на рис.3. На этой схеме показаны водоисточник и водонапорная башня с учетом рельефа местности и основных параметров водоисточника и водонапорной башни.

Из этого рисунка видно, что необходимый полный напор водоподъемной машины определяется как сумма величин:

Hп = Hд + Hгед + Z + Hб + h

Все эти величины известны из условия задания на проектирование, по техническим данным выбранного оборудования или определены расчетным путем.

Следовательно Hп = 2 + 4 + 18 + 7 + 0,74 = 31,74 м.

Производительность водоподъемной машины определяется:

,

где Tн - продолжительность работы водоподъемной машины в сутки.

Тогда, с учетом максимального суточного расхода воды равным 403,91 м3 и при продолжительности работы насосной станции в течение суток 16 ч, определяется: м3/ч. Для таких условий выбираем центробежный консольный насос для воды типа К45/55 с производительностью 45 м3/ч и с полным напором 55 м.

График суточного расхода воды

По найденным средним значениям характера водопотребления по двум фермам строим суточный график водопотребления (Рис.2). Для этого проводят координатные оси, на горизонтальной оси откладывают часы суток от 0 до 24 ч в выбранном масштабе, а на вертикальной - часовое потребление воды всеми водопотребителями в масштабе. Эта величина определяется по следующей формуле:

где Qч(i) - расход воды за определенный час суток, м3; j(i) -процент расхода воды за тот же час.

Вычисленные данные по расходам воды за определенный час суток записываем в таблицу 5.



Таблица 5

Значение часового расхода воды

Часы суток	Среднее значение часового расхода воды в %	Часовое потребление воды, м3/ч
0-1	1,68	6,79
1-2	1,30	5,25
2-3	1,20	4,85
3-4	1,22	4,93
4-5	2,83	11,43
5-6	3,95	15,95
6-7	4,60	18,58
7-8	4,50	18,18
8-9	4,67	18,86
9-10	6,30	25,45
10-11	7,30	29,49
11-12	5,70	23,02
12-13	4,65	18,78
13-14	5,15	20,8
14-15	4,90	19,79
15-16	3,95	15,95
16-17	6,80	27,47
17-18	4,65	18,78
18-19	4,45	17,97
19-20	4,55	18,38
20-21	4,30	17,37
21-22	5,00	20,2
22-23	3,90	15,75
23-24	2,45	9,9

По данным таблицы составляем суточный график водопотребления.

Из этого графика определяется коэффициент часовой неравномерности k2 для выбранного сектора водопотребления. Этот коэффициент определяется как отношение к . Среднее значение определяют по формуле: где =29,49 м3; =4,85 м3, тогда м3. Следовательно коэффициент часовой неравномерности для данных условий по двум фермам составляет:

Безопасность жизнедеятельности

Техника безопасности при эксплуатации насоса

К обслуживанию насосов предназначенных для перекачивания углеводородных жидкостей и нефтепродуктов допускаются лица имеющие опыт работы с насосным оборудованием ознакомленные с действующими инструкциями нормативно-технической документацией на насосное оборудование и сдавшие экзамены на допуск к самостоятельной работе и прошедший инструктаж по работе с токсичными жидкостями

Элементы безопасности заложены в самой конструкции насосов. В насосах для перекачивания жидкостей предусматривается система охлаждения, предохраняющая детали насоса и трубопроводов от температурных расширений, а также специальные меры защиты обслуживающего персонала от ожогов.

Для надежной и безопасной эксплуатации насосы оснащаются контрольными регулирующими и предохранительными приборами. Все наружные движущиеся и вращающиеся части насоса - ограждаются.

После монтажа и ремонта насосы подвергаются испытанию на герметичность согласно действующих норм. Все запорные приспособления перед монтажом после их ремонта подвергаются гидроиспытанию на прочность и герметичность.

Перед ремонтом насосы освобождаются от перекачиваемой жидкости. После слива жидкости насос продувается инертным газом и при необходимости промывается водой до полного удаления перекачиваемой жидкости.

При перекачивании горючих ядовитых и агрессивных жидкостей должны соблюдаться следующие требования:

- эксплуатировать насосы в строгом соответствии с инструкцией по эксплуатации насоса;

- не допускать пуск насосов в работу не залитых перекачиваемой жидкостью;

- не допускать работы насосов при закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе;

- равномерно распределять работу насосов в период межремонтного пробега;

- обеспечивать постоянный контроль состояния воздушной среды в помещениях насосной;

- постоянно контролировать состояние фланцевых соединений контрольноизмерительных приборов;

- не допускать работы насосов при завышении (выше условного) давления в нагнетательном трубопроводе;

- регистрировать работу насосного оборудования в вахтовом журнале;

- запрещается эксплуатация насосов при отсутствии или неисправном состоянии средств автоматизации контроля и системы блокировок, предусмотренных конструкцией насоса.

Электробезопасность

Большинство помещений животноводческих ферм (стойла, моечные, молочные, доильные залы) по степени опасности поражения электрическим током относят к особо опасным. В них запрещается работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением, и даже заменять под напряжением лампы. При работе в них кроме правил, указанных выше, необходимо соблюдать следующие.

Выключатели и предохранители следует размещать в соседних с сырыми сухих помещениях, а кнопки управления пусковой аппаратурой - у рабочих мест. Эти кнопки, а также светильники должны быть в пригодном для сырых помещений исполнении. Электродвигатели также должны быть специального сельскохозяйственного исполнения, например типа 4А… СХ. Соответствие исполнения электрооборудования условиям среды важно с точки зрения безопасности; реже повреждается изоляция.

На свино- и овцеводческих фермах безопасность животных обеспечивают путем естественного выравнивания потенциалов зануленными металлоконструкциями здания и оборудования без специального устройства в полу, но при этом глубина заложения стоек металлоконструкций в бетонный пол должна быть не менее 20 см. На действующих фермах она может быть меньше.

Могут успешно выравнивать потенциалы полы из железобетонных плит, если их металлическую арматуру электрически соединить между собой, с металлоконструкциями помещения и занулить. На старых деревянных фермах потенциалы не выравнивают, а металлические трубопроводы автопоения должны быть изолированы от нулевого провода и корпусов электрооборудования изоляционными вставками, прокладками, муфтами. Заземлять или занулять автопоилки и трубопроводы к ним нельзя, иначе изоляционная вставка окажется зашунтированной. Совместное применение выравнивания потенциалов и изолирующих вставок нецелесообразно, так как эти защитные мероприятия взаимно исключают друг друга. Однако для борьбы с действием на вымя коров при доении даже малых напряжений, которые снижают надой, в вакуум-провод доильной установки всегда следует включать изоляционные вставки длиной 25 см, которые необходимо ежегодно проверять на чистоту наружной и внутренней поверхностей.

Троллейные провода для электротранспорта или облучателей в животноводческих помещениях нужно подвешивать на высоте не менее 3 м. Напряжение на них подают только на время работы установки. Корпус стригального агрегата, рубильники, чугунные крышки выключателей необходимо заземлять. В качестве заземлителя передвижного электростригального пункта необходимо применять не менее двух стержней из угловой или круглой стали диаметром не менее 6мм, вертикально заглубленных в землю на 1,5м и на расстоянии 1,5…2 м один от другого. Землю вокруг стержней нужно поливать водой. Заземляющую проводку к ним можно присоединять болтами, облудив и зачистив место соединения.

Рабочие, обслуживающие электростригальный агрегат, должны знать правила электробезопасности и оказания первой помощи. Стригали должны работать, стоя на диэлектрических ковриках или сухом деревянном щите в сухой обуви. Овец также следует укладывать на деревянные щиты или столы.

На животноводческих фермах применяют электрические водонагреватели. Запрещается устанавливать электродные котлы в помещениях для животных. Их следует размещать только в помещениях электрокотельной, где кроме них могут находиться лишь технологическое оборудование и устройства защиты и автоматики.

К обслуживанию котлов допускают электриков с группой не ниже III. При неизолированном корпусе рекомендуется питать котел от отдельного трансформатора, но допускается и от общей сети. Неизолированный корпус котла должен быть занулен, если питается от сети с заземленной нейтралью. Трубопроводы и все открытые проводящие части в электрокотельной должны быть занулены в двух точках: одна - на корпусе котла, а вторая - на трубопроводе вне электрокотельной и не ближе 5 м от котла.

Котел с изолированным корпусом должен иметь кожух или ограждение высотой не менее 2 м (сплошное или из сетки с ячейками не более 25 х 25 мм). В ограждении должны быть остекленные окна для наблюдения за работой котла и дверь, запирающаяся на замок, с блокировкой, не дающей открыть ее, когда котел включен, или включить его при открытой двери.

На двери должен быть плакат «СТОЙ НАПРЯЖЕНИЕ».

В помещениях с электрообогреваемыми полами должно быть устройство для выравнивания потенциалов, состоящее из стальной сетки с ячейками 40 х 40 или 20 х 80 см, которая располагается на глубине 2…3 см над нагревательными элементами, и стальных проводников диаметром не менее 6 мм, проложенных в бетонном полу вдоль технологических проходов. Расстояние между этими проводниками или от них до сетки должно быть не более 0,6 м на свинофермах и 1,2м на фермах крупного рогатого скота. По торцам помещения эти проводники и сетка должны быть соединены между собой и с металлическими частями оборудования и здания и занулены.

Следует ежегодно проверять сопротивление постоянному току петли из двух выравнивающих потенциал проводников или из проводника и сетки. Оно не должно превышать 1 Ом.

При питании электрообогреваемых полов малым напряжением выравнивания потенциалов не требуется. Если конструкция выравнивающего устройства не позволяет проверять сопротивление петли, следует измерять напряжения прикосновения.

Пожарная безопасность

В целях обеспечения пожарной безопасности должны выполняться следующие правила и меры. 

Хранение фуража в зданиях для скота допускается в количестве, не превышающем дневную норму выдачи, причем хранят его в отдельном отсеке или помещении. Все ворота и двери, предназначенные для вывода скота, должны открываться наружу и ничем не загромождаться. Ворота разрешается закрывать только на легко открываемые задвижки, или щеколды. 

Зимой все площадки перед воротами и дверями очищают от снега, чтобы можно было свободно открывать и закрывать выходы для пожарной безопасности. 

Топить печи разрешается только днем специально по мере проинструктированным людям, на которых возлагается персональная ответственность за режим отопления и наблюдение за противопожарным состоянием печей и дымоходов. Очистка дымоходов должна производиться не реже одного раза в месяц. Горящие печи запрещается оставлять без присмотра - возможно возгорание опасно. 

При отсутствии электрического освещения в помещениях допускается применение фонарей закрытого типа ("летучая мышь" и прочие). С целью выполнения мер пожарной безопасности фонари должны быть плотно укреплены на столбах или стенах на расстоянии от потолка 70 см, от деревянной стены -- 20 см и от фуража (в кормушках, проходах и пр.) - 1,5 м. Деревянные столбы и стены в местах подвешивания фонарей должны быть защищены железом. Заправка фонарей должна проводиться в дневное время определенным лицом вне помещения. 

С целью пожарной безопасности в животноводческих постройках воспрещается пользоваться неисправными печами, держать у печей и дымоходов горючие материалы, сушить около печи дрова и одежду, топить печи в ночное время, оставлять топящиеся печи без надзора, применять для разжигания печей бензин, керосин и другие легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, пользоваться для освещения керосиновыми лампами, неисправными и без стекол фонарями, применять для освещения в фонарях бензин и лигроин, ставить и вешать зажженные фонари на барьеры, перегородки, кормушки и пол, загромождать проходы и выходы. 

В нерабочее время животноводческие помещения должны охраняться специально выделенными и закрепленными людьми, способными нести пожарно-сторожевую охрану. В случае возникновения пожара обслуживающий персонал и сторожевая охрана обязаны немедленно принять меры, поднять тревогу и приступить к его ликвидации. 

При выводе из горящего помещения лошадям и крупному рогатому скоту накрывают чем-либо глаза, свиней вытаскивают за уши или за ноги, овец выгоняют, мелких животных и птицу выгоняют или выносят в мешках или корзинах. В животноводческих постройках и помещениях и вблизи их запрещается курить и пользоваться открытым огнем. 

Для противопожарной защиты животноводческих ферм от воспламенения от молнии необходимо устраивать молниеотводы. 



Экономическая оценка работы водоснабжения фермы

Стоимость добычи и подачи воды

В общем виде стоимость добычи и подачи воды определяется:

где З - сумма всех годовых затрат, связанных с добычей и подачей воды; Q - годовое производство продукции, т.

Сумма всех годовых затрат слагается из следующих составляющих: А - годовые отчисления на амортизацию и текущий ремонт зданий, сооружений и оборудования; Б - годовой фонд заработной платы с учетом плановых отчислений; В - годовая стоимость электрической энергии; Д - прочие затраты, то есть затраты на рабочую одежду, запасные части.

где Бзд - балансовая стоимость зданий и сооружений, руб.; n1 - норма амортизационных отчислений на здания и сооружения, %; Боб. - балансовая стоимость оборудования, руб.; n2 - норма отчислений текущих ремонтных затрат; n3 - норма амортизационных отчислений на оборудование, %; n4 - норма отчислений на текущий ремонт оборудования.

Для постройки зданий необходимо знать цену 1 м3: 1м3 кирпича стоит 5350 руб.; 1м3 железобетона - 5320 руб.; 1м3 древесины - 5370 руб.

Нормы амортизационных отчислений принимаются равными: n1=2,9%; n2=4,3%; n3=12,6%; n4=8,8%.

Балансовая стоимость оборудования водонапорной башни БР-50 равна 30000 руб.; центробежных и вихревых насосов - 8000 руб.

Заполняем таблицу 6, где рассчитываем стоимость водопровода:

Стоимость водопровода = (сметная стоимость • длину участка)/1000.

Таблица 6

Расчетный участок	Диаметр водопровода, м	Длина участка, м	Сметная стоимость 1 км длины водопровода, руб.	Стоимость водопровода, руб.
а - б	75	50	19490	975
б - в	75	50	19490	975
в - г	100	310	22560	6994
к - и	100	50	22560	1128
и - з	100	50	22560	1128
з - ж	125	50	32440	1622
ж - е	125	50	32440	1622
е - г	150	660	34580	22823
г - д	150	80	34580	2766
к - л	150	300	34580	10374
л - м	150	120	34580	4150
Итого				54557

Рассчитываем балансовую стоимость оборудования путем складывания стоимости башни, стоимости насоса и стоимости водопровода. Тогда получаем: Боб.=30000+8000+54557=92557 руб.

Далее производим расчет балансовой стоимости зданий и сооружений:

Бзд. = стоимость 1м3 кирпича•Vзд. = 5350•27 = 144450 руб.

При получении необходимых значений, вычислим годовые отчисления на амортизацию и текущий ремонт зданий, сооружений и оборудования.

руб.

Годовой фонд заработной платы определяется по формуле:

Б=а•i•n•t+k,

где а - сменная тарифная ставка, руб.; i - число смен в сутки; n - число работающих в одну смену; t - число дней работы в году; k - отчисления к основному фонду заработной платы.

Сменную тарифную ставку для работников выбирают в пределах 50…55 руб., а отчисления к основному фонду заработной платы - 30% оn него, то есть k=0,30•a•i•n•t.

Тогда k = 0,30•50•2•1•365=10950

Следовательно Б=50•2•1•365+10950=47450 руб.

Стоимость израсходованной электрической энергии за год определяют по формуле: В=t•E•Sэл.,

где Е - суточный расход электрической энергии, кВт•ч; Sэл. - отпускная цена за один кВт•ч электроэнергии.

Отпускную цену за 1 кВт•ч принимают по нормативным расценкам, равной 1,65… 1,80 руб.

Суточный расход электрической энергии находится по следующей формуле: Е=Nэл.•Т,

где Nэл. - мощность электродвигателя насоса; Т - продолжительность работы насоса в сутки. Тогда Е=10,5•16=168 кВт•ч.

Исходя из этого стоимость израсходованной электрической энергии за год будет равна:

В=365•168•1,65=101178 руб.

Прочие затраты принимают в среднем 10…12% от прямых затрат:

Д=0,1•(А+Б+В)

Д=0,1•(30208+47450+101178)=17884

Тогда в окончательном виде получается:

1,7 руб.

Технико-экономические характеристики кормоцеха приведены в таблице 7.

Таблица 7

Технико-экономические показатели кормоприготовительного цеха

№ п/п	Показатели	Значение показателей
1	Производительность, т/ч	45
2	Общая установленная мощность, кВт	10,5
3	Удельный расход электрической энергии, кВт•ч	0,23
4	Занимаемая площадь, м2	9
5	Расход пара на технологические нужды, кг/ч	-
6	Стоимость оборудования, руб.	92557
7	Сумма амортизационных отчислений, руб.	30208
8	Заработная плата рабочих, руб.	47450
9	Стоимость обработки единицы продукции, руб./т	1,7
10	Суточный расход: электроэнергии. кВт•ч воды, м3 условного топлива, кг	168 403,91 -



Выводы

В данном курсовом проекте на тему «Технологический расчет водоснабжения молочно-товарной и свино-товарной ферм» были произведены следующие расчеты: гидравлической водонапорной сети; высоты водонапорной башни; емкости напорно-регулирующего бака водонапорной башни. С помощью которых мы выбрали водонапорную башню БР-50, которая обеспечивает фермы необходимым количеством воды.

В ходе расчета водоснабжения были определены диаметры труб, расход воды в водопроводной сети. Подобран центробежный консольный насос: марка - К45/55, производительность - 45 м3/ч, напор - 55 м, мощность - 10,5 кВт, частота вращения - 2900 об/мин.

Экономические затраты на данные фермы состоят из балансовой стоимости зданий и сооружений - 144450 руб.; балансовой стоимости оборудования - 92557 руб.; годовых отчислений на амортизацию и текущий ремонт зданий, сооружений и оборудований - 30208 руб.; годового фонда заработной платы - 47450 руб.; годовой стоимости электрической энергии - 101178 руб.; прочих затрат - 17884 руб. Стоимость добычи и подачи воды составляет 1,7 руб. за 1 м3.