4.1. Общие сведения о воде
Один из наиболее крупных потребителей воды — сельское хозяйство, и в частности животноводство. Потребность в воде животноводства в десятки раз выше, чем населения. Расход воды в сельскохозяйственном производстве очень значителен. Так на получение 1 т молока он составляет 5 ... 10 т, на промывку 1 т соломы при выщелачивании — 50 т, на производство 1 т мяса говядины — 50 т, на выращивание 1 т картофеля — 300 т, на выращивание 1 т пшеницы — 1000 т.
На животноводческих и птицеводческих фермах, фабриках и комплексах вода расходуется на производственно-технические нужды (поение животных и птицы, приготовление кормов, мойку оборудования, уборку помещений, мойку животных и др.), отопление, хозяйственно-питьевые нужды обслуживающего персонала (в бытовых помещениях, умывальнях, душевых, туалетах и др.) и противопожарные мероприятия.
Правильная организация водоснабжения имеет исключительное значение для эффективной работы фермы, так как обеспечивает нормальное выполнение производственно-зоотехнических процессов и противопожарную безопасность, улучшает условия содержания животных, повышает производительность и культуру труда обслуживающего персонала, увеличивает продуктивность животных, улучшает качество продукции и снижает ее себестоимость.
Качество воды в зависимости от назначения должно удовлетворять определенным требованиям. Его оценивают по органолептическим свойствам, а также по химическому и бактериологическому составу воды.
К органолептическим свойствам воды относятся: мутность, цветность, привкус и запах.
Мутность воды зависит от количества находящихся в ней взвешенных веществ и выражается в мг/л.
Цветность воды зависит от имеющихся в ней органических или минеральных механических примесей и выражается в градусах.
Привкус и запах воды вызываются присутствием в ней органических веществ, минеральных солей, а также растворенных газов и определяется по пятибалльной системе.
Химический состав воды характеризуется общей минерализацией, активной реакцией, жесткостью и окисляемостью. Общая минерализация зависит от суммарного количества растворенных в воде минеральных и органических веществ. Жесткость воды обусловлена содержанием растворенных в ней солей кальция и магния.
Бактериологический состав воды характеризуется количеством содержащихся в ней болезнетворных и сапрофитных бактерий.
Требования к качеству питьевой воды изложены в ГОСТах.
4.2. Определение потребности фермы в воде
Для выбора машин и средств механизации системы водоснабжения ферм и пастбищ, необходимо знать вид и количество потребителей, их нормы суточного водопотребления, а также режимы потребления воды в течение суток.
Нормы водопотребления на ферме складываются из расхода воды на поение, приготовление кормов, мойку технологического оборудования и производственных помещений.
Среднесуточный расход воды Qcp. сyт. (л/сут) на ферме определяют по формуле
Qcyт.cp=,
где qi — суточная норма расхода воды одним потребителем, м3; ni — число потребителей, имеющих одинаковую норму расхода.
Расход воды в течение суток, летом и зимой неравномерен: днем и летом больше, ночью и зимой меньше.
Для расчета водопроводных сооружений и оборудования необходимо знать максимальные расходы воды: суточный, часовой и секундный.
Максимальный суточный расход воды (м3) определяют по формуле
Qсут.max=Qсут.ср αсут,
где άсут — коэффициент суточной неравномерности водопотребления (принимают равным 1,3).
Часовые колебания расхода воды учитываются коэффициентом часовой неравномерности άч=2,5. Максимальный часовой расход (м3)
Qч.max=Qсут.max αч/24,
Правильный выбор Qсут.max и Qч.max имеет важное значение. При повышенных коэффициентах система водоснабжения обходится дорого, а при пониженных — возникают перебои в подаче воды.
Максимальный секундный расход (м3)
Qс.max=Qч.max/3600,
По максимальному суточному расходу выбирают вместимость водонапорных баков и резервуаров, оборудование станции первого подъема, по максимальному часовому расходу - оборудование станции второго подъема, по максимальному секундному расходу – диаметр труб.
Расход воды на животноводческих фермах тесно связан с принятой технологией производственных процессов. Так, на распределение суточного расхода воды на фермах по часам большое влияние оказывает кратность кормления и доения, при которой возникают максимальные значения («пики») водопотребления. При больших колебаниях расхода это создает неблагоприятные условия работы водопроводных сооружений и оборудования. Чем совершеннее организация технологических процессов на ферме, тем лучше сглаживаются неравномерности расхода воды. Для создания оптимальных условий работы системы водоснабжения необходимо составить график потребления воды на ферме с таким расчетом, чтобы изменение расхода воды по отдельным часам суток было достаточно равномерным. Это достигается рациональным распределением по часам суток технологических операций, на которые расходуется вода. Например, такие работы, как гидросмыв навоза и уборку помещений, выполняют по сдвинутому режиму.
Режим водопотребления (колебание расхода воды в часы суток) определяют для расчета сооружений системы водоснабжения. Неравномерность потребления воды в течение суток изображают в виде таблиц или графиков. Расходы воды по часам суток часто выражают в процентах от суточного расхода воды. Такие таблицы или графики составляют на основании многолетних наблюдений, замеряя расход воды в течение суток.
Суточный график водопотребления на одной из животноводческих ферм показан на рисунке 4.1.
Рис. 4.1. Суточный график водопотребления
На противопожарные нужды расход воды устанавливают, руководствуясь степенью огнестойкости построек. Запас воды должен обеспечивать непрерывную трехчасовую работу пожарных брандспойтов.
Максимальный срок восстановления неприкосновенности противопожарного запаса воды должен быть не более 72 ч.
Водопроводы на фермах обычно рассчитывают только на хозяйственные нужды, а для противопожарного водоснабжения устраивают открытые водоемы или резервуары, где держат неприкосновенный запас воды. Число, вместимость и расположение резервуаров согласуют с инспекцией пожарной охраны.
Состав машин и инженерных сооружений зависит в основном от источника водоснабжения и требований, предъявляемых к качеству воды.
При водоснабжении животноводческих ферм наибольшее распространение получили местные и централизованные хозяйственно-производственные системы водоснабжения с подземными источниками воды и пожаротушения из противопожарных резервуаров мотопомпами или автонасосами.
В свою очередь, централизованные системы могут быть частью группового сельскохозяйственного водопровода, обеспечивающего водой несколько населенных пунктов, ферм и других производственных объектов, расположенных, как правило, на значительном расстоянии друг от друга.
Схема водоснабжения — это технологическая линия, связывающая в той или иной последовательности водопроводные сооружения, предназначенные для добывания, перекачки, улучшения качества и транспортировки воды к пунктам ее потребления. Воду можно подавать к потребителям по различным схемам.
В зависимости от конкретных условий (рельефа местности, мощности источника водоснабжения, надежности электроснабжения и др.) схемы водоснабжения могут иметь один или два подъема воды, предусматривать хранение регулируемого ее количества в водонапорных башнях или подземных резервуарах, подачу противопожарного запаса воды непосредственно из источника и др.
На рисунке 4.2 показана возможная схема водоснабжения из открытого или подземного источника для животноводческой фермы.
Рис. 4.2. Схема водоснабжения при заборе воды:
а — из открытого водоема; б — из бурового колодца: в — из безбашенной автоматической водокачки; 1 — береговой колодец; 2 и 10 - насосные станции; 3 — водонапорный бак; 4 — водопроводная сеть; 5 — место для потребления воды; 6 - буровой колодец; 7 - насосная станция с погружным электронасосом; 8 - водонапорная башня; 9 — шахтный колодец; 11 — воздушно-водяной бак
Для забора воды из открытого источника на берегу сооружают приемный береговой колодец 7 (рис. 4.2, а), куда вода поступает по трубе самотеком. Из колодца вода центробежным или вихревым насосом насосной станции 2 подается в водонапорный бак 3 и далее по магистральному водопроводу самотеком поступает к потребителям 5.
Схема, изображенная на рисунке 4.2, б, аналогична предыдущей с той лишь разницей, что забор воды осуществляется из шахтного или трубчатого (бурового) колодца. Шахтные колодцы сооружают не глубже 40 м, а трубчатые - глубиной до 150 м и более. В этом случае вода забирается поршневыми, погружными и винтовыми насосами или водоструйными установками и ленточными водоподъемниками. Здание насосной станции строят над колодцем.
Водонапорный резервуар(рис 4.2, в) служит для создания запаса воды, который необходим для надежной и бесперебойной подачи воды на ферму. Вместо водонапорной башни можно применять воздушно-водяной бак, который входит в комплект безбашенных автоматических водокачек.
Система механизированного водоснабжения животноводческой фермы (комплекса) состоит из водозабора с насосной станцией, разводящей сети и регулирующего сооружения. В некоторых случаях систему водоснабжения дополняют сооружениями по очистке и обеззараживанию воды. В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили локальные системы, когда отдельный объект обслуживается соответствующей системой водоснабжения. Они, как правило, имеют одну ступень подъема.
Представленный на рисунке состав инженерных сооружений непостоянен, его можно изменить в зависимости от качества воды в источнике, рельефа местности и прочих условий. Например, очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосная станция второго подъема могут отсутствовать, если качество воды в источнике соответствует ГОСТу на питьевую воду.
Окончательный выбор той или иной схемы водоснабжения в каждом конкретном случае должен быть обоснован технико-экономическим расчетом. К строительству принимается вариант с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами.
Основными установками механизированного водоснабжения на пастбищах являются:
1. Стационарный водоприемник, работающий от энергии ветра, солнца или двигателя внутреннего сгорания
2. Стационарный водоподъемник, работающий от передвижных источников энергии.
3. Передвижные водоприемник и источник энергии привода, смонтированные на автомашине или тракторе.
4. Вода подвозится извне цистернами от базового водоисточника.
При выборе схемы установки пастбищного водоснабжения предпочтительнее использование энергии ветра и солнца. Так, применение ветронасосной установки или солнечного генератора позволяет снизить стоимость 1 м3 воды в 4,5 раза по сравнению с применением ленточных водоприемников с двигателем внутреннего сгорания.
Водопойные пункты на пастбищах сооружают чаще всего на базе шахтных и трубчатых колодцев. Они должны иметь резервные емкости и водопойные корыта. Схема пастбищного водопойного пункта для овец у шахтного колодца с ветронасосной установкой показана на рис. 4.3. Водопойная площадка 7 размещается рядом с водоисточником 1, из которого вода поршневым насосом 6, приводимым в работу ветродвигателем 2, по трубе 5 подается в емкость 3 и далее самотеком поступает в корыто 4. Размеры корыт обычно берут следующие: ширина в верхней части 350 мм, глубина 350 мм, длина 4 м. Корыта устанавливают на фундамент с понижением на 50 мм одного корыта относительно другого.
Рис. 4.3. Схема водопойного пункта с ветронасосной установкой:
1 - колодец; 2 — ветродвигатель; 3 — емкость; 4 — водопойное корыто; 5 - труба; 6 - насос; 7 — водопойная площадка
4.3. Источники водоснабжения и водозаборные сооружения
Источники водоснабжения могут быть поверхностными (реки, озера, водохранилища и др.) и подземными (родниковые, грунтовые и межпластовые воды). Они должны обеспечивать наибольший суточный расход воды потребителями независимо от времени года и условий потребления.
При выборе источника централизованного водоснабжения предпочтение отдают подземным водам по сравнению с поверхностными. Это объясняется повсеместным распространением подземных вод и возможностью использования их без очистки. Поверхностные воды применяют реже, так как они более подвержены загрязнению и перед подачей потребителю нуждаются в специальной очистке.
Подземные поды в зависимости от условий их залегания делятся на грунтовые и межпластовые (рис. 4.4).
Грунтовые подземные воды залегают на первом от поверхности земли водонепроницаемом слое, практически не защищены от загрязнения и имеют резкие колебания дебита. Малые запасы грунтовых вод и их санитарная ненадежность делают их непригодными для использования в качестве источников централизованного водоснабжения.
Рис. 4.4. Схема залегания подземных вод:
1 — водоупорные слои; 2 — водоносный горизонт межпластовых напорных вод (артезианских); 3 — водоносный горизонт межпластовых безнапорных вод; 4 — грунтовые воды; 6 — колодец, питающийся грунтовой водой; 6 — колодец, питающийся межпластовой безнапорной водой; 7 — колодец, питающийся артезианской водой; 8 — зоны питания водоносных горизонтов
Межпластовые подземные воды (напорные и безнапорные) отличаются высоким качеством. Они расположены в водоносных слоях, имеющих одно или несколько водоупорных перекрытий. Обычно эти воды залегают на значительных глубинах и, фильтруясь через почву, освобождаются от бактериальных загрязнений, а также от взвешенных веществ. Meжпластовые воды, как правило, подают на ферму без очистки, поэтому облегчается эксплуатация такой системы водоснабжения и существенно снижается ее стоимость.
Если межпластовых вод недостаточно или они по качественному составу не могут использоваться для хозяйственно-питьевого водоснабжения, устраивают водопроводы из открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ). В южных районах страны источниками централизованного водоснабжения могут служить оросительно-обводнительные каналы. Место водозабора необходимо располагать выше населенного пункта по течению реки или канала. Водопой скота устраивают на водоемах, не используемых для водоснабжения населения. Если таких водоемов нет, делают лотки, отводящие воду из водоема к местам водопоя. При выборе источника водоснабжения необходимо учитывать технико-экономические показатели: стоимость сооружений и оборудования для подъема, обработки и транспортировки воды, затраты на эксплуатацию и ремонт и др. Например, стоимость 1 м3 воды из поверхностных источников с устройством очистки примерно в 3 ... 5 раз выше, чем стоимость воды из межпластовых источников, которую можно использовать без очистки.
Иногда в качестве источника водоснабжения используют атмосферные осадки (дождь или снег).
Источник водоснабжения выбирают в соответствии с требованиями ГОСТа и согласовывают с органами Государственного санитарного надзора. Выбрав источник водоснабжения, определяют его подачу.
Подачей (дебитом) источника называют объем жидкости, поступающей из него в единицу времени.
Водозаборные сооружения служат для забора воды из источника. Для забора воды из поверхностных (открытых) источников устраивают береговые колодцы или простейшие водозаборы, а для забора воды из подземных (закрытых) источников — шахтные, буровые (трубчатые) и мелкотрубчатые колодцы. Подземные воды, выходящие на поверхность, собирают в каптажные колодцы.
Шахтные колодцы (рис. 4.5, а) служат для забора подземных грунтовых вод, залегающих на глубине до 30 ... 40 м при толще водоносного слоя 5 ... 8 м. Шахтный колодец состоит из оголовка 4, шахты 2 и водоприемной части 1.
Рис. 4.5. Водозаборные сооружения:
а — шахтный колодец: 1 — водоприеминя часть; 2 — шахта (ствол); 3 — вентиляционная труба; 4 — оголовок; 5 — глиняный замок; б — буровая скважина: 1 — устье; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — фильтр; 4 — отстойник
Оголовок (верхняя, надземная часть колодца) защищает колодец от попадания загрязненных поверхностных вод. Вокруг оголовка устраивают глиняный замок 5 шириной 1 м и глубиной не менее 1,5 м, а в радиусе 2 ... 2,5 м делают булыжную отмостку по песчаному основанию с уклоном от оголовка 0,05 ... 0,10.
Водоприемная (нижняя) часть заглубляется в водоносный слой не менее чем на 2 ... 2,5 м. В зависимости от глубины погружения водоприемной части шахтные колодцы разделяют на полные (совершенные) и неполные (несовершенные).
Водоприемная часть полного шахтного колодца опущена на всю глубину водоносного слоя и опирается на водонепроницаемый пласт. Водоприемная часть неполного шахтного колодца только частично погружена в водоносный слой и не достигает водонепроницаемого пласта.
Если один шахтный колодец не обеспечивает потребность в воде, то устраивают групповой шахтный колодец. При этом воду забирают из центрального колодца, соединенного с остальными самотечными или другими трубами. Расстояние между колодцами колеблется в пределах 10 ... 60 м в зависимости от толщины водоносного слоя и его фильтрующей способности.
Буровые (трубчатые) колодцы устраивают для забора воды из обильных водоносных пластов, залегающих на большой глубине (50 ... 150 м). Скважина состоит из устья 1 (рис. 4.5, б), эксплуатационной колонны 2, фильтра 3 и отстойника 4.
Стенки скважины предохраняют от обрушения, укрепляя их обсадными трубами, соединяемыми муфтами. Такие трубы изолируют водоносные горизонты, непригодные для водоснабжения.
Тип фильтра выбирают в зависимости от гранулометрического состава водоносных пород. Фильтры должны обладать хорошей пропускной способностью.
Подача шахтных и буровых (трубчатых) колодцев не должна превышать дебита источника. Для определения подачи колодцев проводят пробную откачку, во время которой контролируют изменение уровня воды в колодце при помощи приборов.
Зона санитарной охраны вокруг места водозабора включает в себя территорию, на которой расположены водозаборные сооружения, и водопроводную станцию. В нее входит также участок водоема на расстоянии 200 м выше и ниже места водозабора. Этот участок задерживает поступление загрязнений с берега непосредственно к водозабору.
На территории зоны санитарной охраны разрешается строительство только тех сооружений, которые непосредственно связаны с нуждами водопровода.
Подземные источники водоснабжения окружают зонами санитарной охраны. В такую зону входит территория, на которой расположен водозабор, и все головные водопроводные сооружения (скважины и каптажи, насосные станции, установки для обработки воды, резервуары). Например, зона санитарной охраны артезианских скважин составляет около 0,25 га, причем радиус территории должен быть не менее 30 м вокруг скважины. При использовании грунтовых вод размеры зоны санитарной охраны увеличиваются до 1 га при радиусе 50 м.
На территории зоны санитарной охраны разрешается строительство только тех сооружений, которые непосредственно связаны с нуждами водопровода. Вся территория зоны планируется так, чтобы поверхностный сток отводился за границы этой территории и поступал в водоем за пределами ее нижней границы.
На участке водоема, входящем в зону санитарной охраны, запрещается спуск сточных вод (даже в очищенном виде), а также бытовое использование водоема.
Санитарный режим на территории зоны санитарной охраны подземных источников должен быть таким же, как и на территории зоны санитарной охраны открытых источников водоснабжения.
4.4. Насосы и водоподъемные машины
Подачу воды от источника водоснабжения к водонапорным сооружениям или непосредственно к месту потребления осуществляют насосами и водоприемниками.
Насосы создают свободный напор, достаточный для подъема воды на некоторую высоту над поверхностью земли.
По принципу действия насосы подразделяют на лопастные, объемные, струйные и инерционные.
Лопастные насосы могут быть центробежными, вихревыми и пропеллерными.
Центробежные насосыприменяют для подачи воды с открытых источников, шахтных и трубчатых колодцев. По конструкции они могут быть горизонтальные, вертикальные, одно-, двух — и многоступенчатые, одностороннего и двухстороннего входа. По величине создаваемого напора центробежные насосы разделяют на насосы низкого давления — напор до 15 м, среднего — до 50 м и высокого - свыше 50 м.
Для механизированного водоснабжения животноводческих ферм применяют центробежные насосы типов К, КМ и НМГ, артезианские (погружные) типов АП, АПВ, ЭПЛ, ЭПВ, ЭПН, ЭЦВ и АВН, плавающие ПН-1 и вихревые В, ВС и ВО. В сельскохозяйственной практике для подачи воды наибольшее применение получили центробежные насосы с консольным расположением рабочего колеса — типов К и КМ. Они могут забирать воду из наземных источников или неглубоких шахтных колодцев. Так как проточная часть насосов К и КМ одинакова, то и все параметры соответствующих марок насосов полностью совпадают, а их особенности заключаются в следующем. Насосы марки К имеют собственный вал, вращающийся в шариковых подшипниках, помещенных в масляной ванне опорной станции. Привод их в работу может осуществляться как от электродвигателя, так и от двигателей внутреннего сгорания через упругую соединительную муфту или при помощи шкива и ременной передачи. Насосы марки КМ (рис. 4.6) собственного вала не имеют и приводятся в работу электродвигателем, на котором они смонтированы. Насос состоит из корпуса 5, представляющего собой фасонную чугунную отливку с внутренней спиралеобразной полостью, постепенно переходящей в напорный патрубок 6, на фланце которого имеется закрытое резьбовой трубкой отверстие для установки манометра. Рабочее колесо 4 насоса представляет собой чугунную отливку, состоящую из двух параллельных дисков, между которыми расположены лопасти. Лопасти отогнуты в сторону, противоположную направлению вращения насоса. Рабочее колесо помещено в спиральную камеру и консольно закреплено на конце вала 10, вращающегося в шариковых подшипниках электродвигателя. Рабочее колесо закреплено на валу с помощью шпонки и специальной гайки /. Уплотнение между корпусом и валом насоса достигается с помощью набивного сальника 11, поджимаемого втулкой 8.
Рис. 4.6. Центробежный насос 2КМ-6:
1 — гайка специальная; 2 - всасывающий патрубок; 3 - уплотнительное кольцо; 4 — рабочее колесо; 5 — спиральный корпус; 6 — напорный патрубок; 7 - крышка корпуса; 8 — подвижная втулка; 9 — электродвигатель; 10 — вал; 11 — сальниковая набивка
Для лучшего управления сальника и его смазки в процессе работы к нему через отверстие в корпусе насоса подводится из камеры вода. Центробежные насосы 2К-6 и 2КМ-6 обеспечивают подачу 10-30 м3/ч воды при напоре 24-34 м; установленная мощность 1,8-3,1 кВт. Для создания больших подач воды (свыше 90 м3/ч) и напора до 130 м применяют центробежные насосы НД и Д с рабочим колесом двухстороннего входа.
Погружные центробежные насосы применяют для подачи воды из шахтных и трубчатых буровых колодцев (скважин). Агрегат состоит из насоса 5 (рис. 4.7), электродвигателя 7, водоподъемной трубы 4, а также оборудования горловины скважины, кабеля для питания электродвигателя 3 и станции управления 1.
Рис. 4.7. Схема установки погружного насоса в скважине:
1 — станция управления; 2 — манометр; 3 — кабель питания электродвигателя; 4 - водоподъемная труба; 5 -насос; 6 — фильтр; 7 — электродвигатель; 8 — наружный трубопровод; 9 — задвижка
Погружной насос (рис. 4.8.) состоит из нескольких вертикально расположенных ступеней рабочих колес 7, разделенных перегородками 4. Выходящая с большой скоростью из рабочего колеса вода поступает на направляющие аппараты 3, лопасти которых выгнуты против направления вращения рабочего колеса. Ударяясь о стенки лопастей, вода с большим напором выбрасывается наружу. Насос соединен непосредственно с электродвигателем через соединительную муфту 9.
Рис 4.8. Погружной насос 6АПВ:
1 — верхняя накидная гайка; 2 — корпус; 3 — направляющий аппарат; 4 - перегородка; 5 — вал; 6 - распорная втулка; 7 — рабочее колесо; 8 — нижняя накидная гайка; 9 - соединительная муфта
Вихревые насосывследствие простоты конструкции, малой массы и повышенной подачи получили в последнее время широкое распространение в сельскохозяйственном производстве. Они представляют собой разновидность центробежных лопастных насосов, рабочее колесо которых имеет не отогнутые, а прямые радиальные лопасти. При вращении рабочего колеса 5 (рис. 4.9) в корпусе 1 лопасти захватывают воду и подают ее в направлении от всасывающего 2 патрубка к нагнетательному 3.
Рис. 4.9.Вихревой насос:
1 - корпус; 2 и 3 - всасывающий и нагнетательный патрубки; 4 — лопатка колеса; 5 — колесо; 6 — рабочая камера; 7 - отсекатель
Большим преимуществом вихревых насосов является то, что при повторных пусках их не надо предварительно заливать водой (как центробежные типа К и КМ), так как всасывающий и нагнетательный патрубки расположены выше рабочей камеры и камера постоянно залита водой.
Насос с электродвигателем соединяется напрямую или через ременную передачу, образуя насосный агрегат, закрепленный на общей фундаментной плите.
Пропеллерные(осевые) насосы имеют лопасти рабочего колеса, расположенные наклонно по отношению к оси вала, которые перемещают жидкость вдоль оси насоса.
Объемные насосы, или насосы вытеснения, разделяют на поршневые, плунжерные, ротационные (винтовые, шестеренчатые и пластинчатые), диафрагменные и насосы замещения. Работа этих насосов основана на попеременном изменении объема рабочей камеры. В первой половине процесса объем рабочей камеры увеличивается, в камере создается разрежение, и жидкость из источника вследствие разностей давлений засасывается в камеру. В течение второй половины процесса объем рабочей камеры уменьшается, и жидкость вытесняется из нее.
Объемные насосы отличаются от центробежных тем, что их подача не зависит от напора, развиваемого насосом. Напор объемных насосов практически ограничивается лишь механической прочностью деталей насоса и мощностью приводного двигателя. Кроме того, они способны работать как самовсасывающие, т.е. без предварительного залива перекачиваемой жидкости.
Поршневые насосыприменяют реже центробежных, и только в тех случаях, когда необходимо создать высокий напор при небольшой производительности. Параметры, характеризующие поршневые насосы, те же, что и у центробежных.
По способу приведения в действие они делятся на приводные и ручные; по расположению оси насоса — на горизонтальные и вертикальные; по конструкции поршня — на дисковые и плунжерные, по роду действия различают насосы одинарного и двойного действия. Приводом поршневых насосов являются электро — или ветродвигатели и двигатели внутреннего сгорания. Поршневой насос двойного действия (рис. 4.10) имеет две рабочие камеры 2 и 5. Всасывание в одной камере происходит одновременно с нагнетанием в другой. Каждая камера имеет всасывающий 7 и нагнетательный 4 клапаны. При перемещении поршня 1 вправо в рабочей камере 2 образуется разрежение, под действием силы давления воды закрывается нагнетательный и открывается всасывающий клапан этой камеры. Вода через всасывающую трубу 6 и отверстие, открытое клапаном 7, поступает в рабочую камеру 2. Одновременно из правой камеры 5 вода вытесняется поршнем через отверстие, открытое нагнетательным клапаном 4, в трубу 3. При этом всасывающий клапан правой камеры закрыт. При движении поршня справа налево вода поступает в правую камеру и вытесняется из левой и т. д. Насосы двойного действия равномернее подают воду, чем насосы одинарного действия.
Рис. 4.10. Схема поршневого насоса двойного действия:
1-поршень; 2 и 5 - камеры: 3 - нагнетательная труба; 4 - нагнетательный клапан; 6 – всасывающая труба; 7 - всасывающий клапан
На животноводческих фермах и пастбищах применяют в основном поршневые насосы. Эти насосы относятся к типу глубинных насосов, предназначенных для подачи воды из буровых скважин диаметром 150-200 мм и с динамическим уровнем воды 40-60 м.
Инерционные (вибрационные) насосы могут быть с поверхностным и погружным вибратором. Работа инерционных насосов основана на использовании силы инерции, возникающей в столбе жидкости при изменении давления в трубопроводе насоса.
Особенность эксплуатации таких насосов — возможность их использования в виде агрегатов, в которых несколько насосов установлены параллельно (для увеличения подачи) или последовательно (для увеличения напора). В первом случае насосы монтируют на общем понтоне, а во втором подвешивают на раме, элементы которой также используют при последовательном соединении. Все это позволяет широко применять инерционные насосы в пастбищных установках с автономным бензоэлектрическим и ветроэлектрическими агрегатами или солнечным генератором. При питании от трехфазной сети целесообразно число насосов с однофазными электродвигателями выбирать кратным трем.
Водоструйные установкипредназначены для подачи воды из шахтных колодцев и буровых скважин.
Любой насос может перекачивать воду лишь при условии, если высота всасывания не превышает определенного значения, теоретически равного 10 м, а практически— 6 ... 7 м. В сочетании со струйным аппаратом насос может поднимать воду с глубины больше 10 м.
Схема водоструйной установки приведена на рисунке 4.11. В комплект установки входят питающий центробежный насос 5 (рис. 4.11, а), водоструйный насос 2, система трубопроводов 1, 3, 4, электродвигатель привода и система автоматического управления работой установки. В установку входит вспомогательный водоструйный насос (рис. 4.11, б), поднимающий воду на высоту, с которой она уже засасывается центробежным насосом. Эта установка позволяет поднимать воду из колодцев глубиной до 25 метров при расположении центробежного насоса на поверхности земли.
Рис. 4.11. Схема водоструйной установки (а) и водоструйного насоса (б):
1 — всасывающая труба; 2 — водоструйный насос; 3 — напорные трубопроводы; 4 — подъемная труба; 5 — центробежный насос; 6 - бак; 7 — диффузор; 8 — камера смешивания; 9 — коническая насадка (сопло); 10 — всасывающий патрубок насоса
Установка действует следующим образом. Во время работы центробежного насоса 5 часть воды из нагнетательной трубы по напорному трубопроводу 3 подается к соплу 9 водоструйного насоса. Вследствие сужения сопла скорость движения воды при выходе из него увеличивается, и вода поступает в камеру смешивания 8, где она захватывает воду из приемной камеры, создавая в последней разрежение, под действием атмосферного давления через обратный клапан по всасывающему патрубку 10 насоса вода поступает в приемную камеру.
В камере смешивания вода рабочего потока смешивается с водой из источника и поступает в диффузор 7, где ее скорость преобразуется в напор, достаточный для подачи воды по подъемной трубе 4 к всасывающему патрубку центробежного насоса 5. Центробежный насос по нагнетательному трубопроводу частично подает воду в бак 6, а большую часть по напорному трубопроводу 3 снова направляет для питания водоструйного насоса. Такие установки просты и надежны в эксплуатации, но имеют низкий КПД (не более 30%).
Водоподъемники не располагают свободным напором и могут поднимать воду из источника только на поверхность земли.
Эмульсионные водоподъемники (эрлифты) представляют собой устройства, предназначенные для подачи жидкости из колодцев при помощи сжатого воздуха. Принцип работы эрлифта основан на использовании разности средней плотности воды и воздушно-водяной эмульсии.
Сжатый воздух компрессором 1 (рис. 4.12) по трубе 3 подается в башмак-форсунку 6, установленную в скважине. Воздух, смешиваясь с водой, образует эмульсию, плотность которой меньше плотности воды, поэтому она поднимается по трубе 4 и собирается в резервуаре 5. Здесь воздух отделяется от воды. Ресивер 2 выравнивает подачу воздуха в трубу 3, а также задерживает масло, поступающее с воздухом из компрессора.
Рис. 4.12. Воздушный водоподъемник:
1 — компрессор; 2 — ресивер; 3 — воздушная труба; 4 — водоподъемная труба; 6 — сборный резервуар; 6 — башмак-форсунка (смеситель)
Безнапорные водоподъемники (ленточные, шнуровые, водочерпальные) используют для механизации подъема воды на пастбищах.
Ленточные водоподъемники применяют для подачи воды из шахтных колодцев. Водоподъемник состоит из гладкой или шероховатой бесконечной прорезиненной ленты 3 (рис. 4.13), верхняя часть которой помещается в желобе ведущего блока, расположенного в кожухе 4 со сливным патрубком 5 для отвода воды в резервуар 6. Нижний конец ленты проходит через желоб холостого блока 2 с подвешенным на нем грузом 1, Который постоянно поддерживает ленту в натянутом состоянии.
Рис. 4.13. Ленточный водоподъемник:
1 — натяжной груз; 2 — холостой блок; 3 — бесконечная лента; 4 — кожух; 5 — сливной патрубок; 6 — резервуар
Работа водоподъемника основана на выносе тонкого слоя воды, удерживающегося на поверхности движущейся ленты благодаря силам сцепления. При вращении ведущего блока лента перемещается и, проходя через толщу воды в колодце, захватывает с собой частицы воды. При выносе воды наверх в момент перехода через ведущий блок эти частицы под действием центробежных сил отбрасываются в кожух, из которого по сливному патрубку стекают в резервуар.
Ленточные водоподъемники используют при подъеме воды с глубины до 100 ... 250 м.
Шнуровые водоподъемники предназначены для подачи воды из буровых скважин. По своему устройству и принципу действия они аналогичны ленточным. В качестве рабочего органа, захватывающего воду, применяется шнур. Дополнительно шнуровой водоподъемник оборудован трубой, в которой шнур перемещается снизу вверх. Подача шнурового водоподъемника зависит не только от силы сцепления шнура с водой, но и от их взаимодействия со стенками трубы, через которую проходит рабочая ветвь шнура. Водочерпальные водоподъемники относят к типу безнапорных водоподъемников. Их подразделяют на черпаковые и капиллярные.
Черпаковые водоподъемники поднимают жидкость, непосредственно зачерпывая ее ковшами, черпаками или другими рабочими органами, установленными на бесконечной ленте.
Работа капиллярных водоподъемников основана на явлении смачивания. При перемещении рабочей ветви бесконечной ленты снизу вверх последняя, проходя через слой жидкости в источнике, смачивается, захватывает прилипшие к ней частицы жидкости и выносит их на поверхность.
Гидравлические тараны работают автоматически и не требуют для приведения их в действие какого-либо двигателя, они применяются для подъема воды из открытых источников при наличии естественного или искусственного перепада высотой 1...10 м. Принцип работы этих водоподъемников основан на использовании гидравлического удара, возникающего в трубопроводе при резком прекращении движения жидкости. Гидравлический таран (рис. 4.14) включает в себя ударный (отбойный) клапан, воздушный колпак с нагнетательным клапаном, напорный и питающий трубопроводы.
Рис. 4.14. Схема гидротаранной установки:
1 — водоем; 2 — питающий трубопровод; 3 — вентиль; 4 — ударный (отбойный) клапан; 5 — воздушный колпак; 6 — нагнетательный клапан; 7 — вентиль напорного трубопровода; 8— напорный трубопровод; 9 — водоприемник
Чтобы запустить гидравлический таран в работу, нужно воздействовать на ударный клапан. Вода под напором будет вытекать через этот клапан до тех пор, пока гидродинамический напор не преодолеет массу клапана и не захлопнет его, произойдет гидравлический удар, сопровождающийся резким повышением давления. Давление на нагнетательный клапан со стороны питающего трубопровода превысит давление, действующее на него со стороны воздушного колпака, клапан откроется, воздух в колпаке сожмется, и вода устремится по напорному трубопроводу в водоприемник. Затем в питающем трубопроводе давление понижается, нагнетательный клапан закрывается, а отбойный открывается, цикл повторяется.
Насосная станция представляет собой комплекс гидротехнических сооружений и насосно-энергетического оборудования, предназначенный для забора воды из источника водоснабжения и подачи ее в напорный резервуар или в водораспределительную сеть. В зависимости от назначения насосные станции подразделяют на станции первого и второго подъемов.
Станции первого подъема используют для забора воды непосредственно из источника водоснабжения и подачи ее на очистные сооружения или в промежуточные сборные резервуары.
Станции второго подъема служат для подачи воды из промежуточных резервуаров в водопроводную сеть и напорно-регулирующие сооружения.
При больших высотах водоподъема или при длинных водоводах в связи со значительными потерями напора применяют насосные станции третьего и даже четвертого подъемов.
Для сокращения строительных затрат здания насосных станций можно совмещать с водозаборными и другими сооружениями системы водоснабжения. При заборе подземных вод здания насосных станций располагают, как правило, над колодцем.
На рисунке 4.15 показана насосная станция первого подъема с моноблочным центробежным насосом марки КМ и водозаборным сооружением берегового типа для забора воды из поверхностного источника. Методику расчета водоподъемника для насосной станции рассмотрим па примере лопастного насоса.
Рис. 4.15. Насосная станция первого подъема с центробежным насосом типа КМ и водозаборным сооружением берегового типа:
1 — приемный колодец; 2 — всасывающий трубопровод; 3 — нагнетательный трубопровод; 4 — центробежный насос с электродвигателем; 5 — станция управления; 6 — обратный клапан; 7 — регулировочная задвижка; 8 — манометр; 9 — задвижка; 10 — самотечная труба; 11 — водоприемник; 12 — фильтр; 13 — приемный клапан с сеткой-фильтром
4.5. Установки для очистки и обеззараживания воды на фермах и комплексах
Часто вода поверхностных источников, а иногда и подземных, например грунтовая вода, требует дополнительной обработки — опреснения, умягчения, очистки и обеззараживания.
Опреснение соленых вод имеет очень большое значение для пустынных и полупустынных пастбищ страны, где мало источников пресной воды. В сельскохозяйственном водоснабжении применяют кристаллизацию (искусственное вымораживание), дистилляцию и электродиализный метод опреснения.
Для опреснения воды применяют электродиализ. При этом ионы солей удаляются из воды под действием поля постоянного электрического тока. Для электродиализа разработаны установки производительностью от 10 до 600 м3/сут, способные обеспечить понижение минерализации воды с 2,8 ... 15 г/л до 0,9 ... 1 г/л.
Для очистки воды применяют фильтры, контактные осветлители.
Обеззараживание (уничтожение болезнетворных микроорганизмов) достигается хлорированием, озонированием и ультрафиолетовым облучением воды.
При хлорировании применяют хлорную известь, жидкий хлор и поваренную соль (из соли получают гипохлорид натрия). Для хлорирования предназначены вакуумные хлораторы ЛК и электролизные хлоритные установки типа ЭН и ЭДР.
Озонирование — современный и универсальный метод обработки, при котором вода одновременно обесцвечивается и обеззараживается, устраняется ее привкус и запах. Озон — нестойкий газ, поэтому наиболее экономично получать его на месте обработки воды. Озонируют воду на крупных очистительных станциях.
Для ультрафиолетового облучения воды применяют установки с аргоно-ртутными лампами типа БУВ. Эти установки выпускаются закрытого типа с погруженными в воду источниками облучения и открытого типа. Погружаемые в воду лампы размещают в кварцевых чехлах. Установки можно подключать в любом месте сети водоснабжения.
Применяют и комплексные установки, обеспечивающие полную обработку воды (осветление, обесцвечивание, удаление запахов и привкусов, опреснение, обеззараживание), например, универсальную установку, состоящую из электрического коагулятора, антрацитового, ионитового и угольного фильтров, бактерицидного аппарата.
4.6. Напорно-регулирующее оборудование
На животноводческих фермах для повышения надежности и бесперебойной подачи воды, выравнивания режима работы насосных станций в линии водоснабжения ставят дополнительные емкости, которые по своему назначению делятся на регулирующие, запасные и запасно-регулирующие, а по расположению — на безнапорные и напорные.
При водоснабжении животноводческих ферм наибольшее распространение получили металлические безшатровые башни и водовоздушные котлы с насосным оборудованием и аппаратурой управления.
Водоподъемные установки с гидроаккумулирующим бакомтипа ВУ (ВУ-5-30А, ВУ-10-30А, ВУ-16-28, ВУ-10-80 и др.) предназначены для автоматического водоснабжения животноводческих ферм, жилых зданий, полевых станов из открытых и закрытых водоисточников, шахтных колодцев и скважин диаметром не менее 150 мм.
Каждая установка типа ВУ (рис. 4.16) состоит из водоприемника, гидроаккумули-рующего бака 3, трубопроводов с вентилями 6, реле давления 5, предохранительного клапана 4, манометра 2 и станции управления /. Установки такого типа комплектуют вихревыми или погружными насосами.
Рис. 4.16. Водоподъемная установка с гидроаккумулятором ВУ-5-30А:
1 — станция управления; 2 — манометр; 3 — гидроаккуму-лируюший бак; 4 - предохранительный клапан; 5 - реле давления; 6 — арматура (трубопроводы, вентили, обратный клапан); 7 — вихревой насос ВК-2/26
Гидроаккумулирующий бак 3, который служит напорно-регулирующей емкостью, конструктивно выполнен в виде стального цилиндра с эллиптическими днищами. Нижнее днище бака разъемное, а между верхним днищем и цилиндром установлена разделяющая диафрагма, препятствующая насыщению воды воздухом, вследствие чего поддерживается стабильная работа напорно-регулирующей системы.
Станция управления совместно с реле давления обеспечивает работу установки в автоматическом режиме, защиту от токов короткого замыкания и перегрузок. Реле давления отрегулировано на давление включения не менее 0,1 МПа и давление выключения не более 0,4 МПа, а предохранительный клапан - на давление срабатывания 0,45 МПа.
Установки типа ВУ работают следующим образом. После включения электродвигателя вода по напорному трубопроводу от насоса 7поступает к потребителю, а ее избыток — в бак 3, заполненный воздухом. Вода сжимает воздух и давление в баке повышается. Установленное в верхней части бака реле 5, когда достигается заданное давление, размыкает цепь питания катушки магнитного пускателя, и электродвигатель насоса отключается от сети. При неработающем насосе вода подается под давлением сжатого в баке воздуха. Когда давление в баке уменьшится до нижнего предела, контакты реле замыкаются, к катушке магнитного пускателя поступает питание и электродвигатель включается. Вода вновь начинает подаваться к потребителю и в бак.
Датчик уровней воды предназначен для работы в вертикальном положении при температуре от 4 до 40°С. Расстояние между датчиками верхнего и нижнего уровней образует высоту регулирующего объема бака и принимается равным 500 мм. Промышленностью выпускаются бесшатровые водонапорные башни объемом 15, 25 и 50 м3.
Водонапорные башнипредназначены для создания напора в водонапорной сети, хранения запасов воды и регулирования работы водоподъемных установок при водоснабжении животноводческих и птицеводческих фирм, сельских населенных пунктов и других объектов.
Наиболее распространены сборно-блочные металлические башни типа БР. Металлический бак на башнях такого типа установлен на цилиндрическом стволе, который служит также для хранения запаса воды. Внутри и снаружи ствола и бака приварены металлические скобы, играющие роль лестницы.
Водонапорные башни БР комплектуют станциями автоматического управления типа ПЭТ и ШЭТ с беспоплавковыми контактными датчиками уровня. Датчик подвешивают так, чтобы расстояние от него до стенок бака было не менее 1 м и приемное отверстие сливной трубы располагалось выше контактов верхнего уровня, но ниже кожуха датчика.
Водонапорная башня представляет собой сооружение, водяной резервуар которого располагается на смонтированной опоре (рис. 4.17). Высота башен составляет 8...30 м и измеряется от основания опоры у земли до дна резервуара. Высота напорной башни выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечивалась подача воды в нужном количестве к наиболее удаленному и высоко расположенному водоприемнику.
Рис. 4.17. Схема водонапорной башни:
1 — резервуар; 2 — приемная сетка; 3 — отводящий отросток; 4— обратный клапан, 5— компенсаторы; 6— служебный мостик; 7 — подводяще-отводящая труба; 8 — опорная конструкция (ствол); 9 — задвижки, 10 — гидравлический затвор; 11 — решетка, 12 — лестница; 13 — переливная труба, 14 — лаз в шатер; 15 — спускной отросток; 16 — переливной стояк; 17— молниеотвод; I8 — вентиляционная труба; 19— шатер; 20 — подводящий стояк
Башня состоит из резервуара, шатра и ствола (опоры). Резервуары изготавливают из металла и железобетона. Вместимость резервуара определяется с учетом расхода воды и времени работы насосной установки в течение суток. За время работы насосной установки в резервуаре должен накапливаться аварийный запас воды на случай временного прекращения работы насосной установки. Обычно резервуар выбирают вместимостью, равной 15...20 % суточного расхода воды.
Ствол башни выполняют кирпичным, железобетонным, стальным и в редких случаях деревянным. Конструктивно он имеет вид сплошного цилиндра или пространственных стержневых конструкций.
Шатром называют конструкцию, размещаемую вокруг резервуара, которая защищает его от охлаждения и замерзания воды. Шатер изготавливают из железобетона или дерева. Вместо шатра резервуар можно утеплять теплоизолирующим материалом. Башни с шатрами дороже, чем бесшатровые.
Бесшатровые башни можно строить в различных климатических зонах, что обосновывается теплотехническим расчетом. Резервуар бесшатровой башни при отрицательной внешней температуре не промерзает полностью, если в него поступает вода с положительной температурой и обеспечен соответствующий водообмен. На стенках резервуара образуется слой льда, служащий хорошим теплоизолятором. При проектировании учитывают уменьшение объема резервуара, которое требует изменения режима работы насосной установки.
Для водоснабжения животноводческих предприятий в настоящее время широко применяются стальные бесшатровые башни — колонны конструкции А.А. Рожновского (рис. 4.18) вместимостью 15, 25 и 50 м3.
Рис. 4.17. Башенная водокачка:
1 — водонапорная башня; 2 — датчик уровней; 3 —— пост управления; 4 — станция управления; 5 — насосная (водоструйная) установка; 6 — напорно-разводящая труба
Башни этой конструкции без утепления можно использовать в местностях с зимней температурой до —40 ºС, если вода водоисточника имеет температуру не ниже 4 ºС. Такие башни собираются из отдельных блоков (резервуара, цилиндрической опоры под резервуар и железобетонных фундаментных башмаков). Цилиндрическая опора одновременно является и емкостью для воды, что увеличивает запас воды в башне почти в 2 раза. Башня комплектуется и собирается полностью в горизонтальном положении, ее установка осуществляется с помощью автокрана, трактора или лебедки и мачты.
Для хранения запасов воды иногда используют безнапорные резервуары, из которых вода может подаваться в водопроводную сеть насосами.
Вместимость баков водонапорных башен и резервуаров выбирают в зависимости от суточного расхода воды, характера расходования ее по часам суток и работы насосной станции. Характер расходования воды по часам суток может быть установлен в результате подсчетов значений коэффициентов часовой неравномерности для каждого потребителя с учетом принятого на ферме распорядка дня.
Регулирующая вместимость бака или резервуара зависит от продолжительности работы насосной станции. Расчетами и практикой определено, что бак или резервуар минимальной вместимости может быть выбран в том случае, если насосная станция работает в сутки не менее 16 ... 19 ч.
4.7. Пастбищное водоподъемное оборудование
Водоподъемник диафрагменный пастбищный ВДП-50 предназначен для подъема воды из шахтных колодцев и скважин диаметром не менее 150 мм и глубиной до динамического уровня воды не более 50 м.
Водоподъемник устанавливают на стационарных пунктах и пастбищах пустынных и полупустынных районов и в зонах сухих степей. Он может поднимать воду с механическими примесями (песком) до 1% и повышенной минерализацией до 15 г/л, при этом не требуется наличия специального утепленного помещения.
Устройство диафрагменного водоприемникапоказано на рис. 4.18. Технологический процесс подъема воды заключается в следующем: шкив двигателя через клиноременную передачу и пару шестерен передает вращение на коленчатый вал, который через шатун сообщает возвратно-поступательное движение поршню. Поршень создает переменное давление в гидропроводе, верхняя часть которого до середины расширителя заполнена маслом, а нижняя часть гидропривода и внешняя полость насоса заполнены водой. Диафрагма под действием воды гидропровода деформируется и, принимая форму оребренной трубы, вытесняет воду, которая проходит в отверстия оребреннной трубы, открывает нагнетательный клапан, проходит в напорный водопровод и через амортизатор выходит на поверхность. При перемещении поршня вверх (цикл всасывания) давление в гидроштанге падает и резиновая диафрагма занимает первоначальное положение. Внутри диафрагмы создается разрежение, открывается нагнетательный клапан, впуская очередную порцию воды, которая заполняет пространство между стержнем и диафрагмой. Затем начинается цикл нагнетания.
9 10 11
Рис. 4.18. Диафрагменный водоподъемник ВДП-50:
1 - насос; 2 - сливное устройство; 3 — воздушный колпак; 4 - напорный трубопровод; 5 - расширитель; 6 — трубы гидропровода; 7 — рама; 8 — двигатель; 9 — механизм натяжения; 10 — пульсатор; 11 — ограждение
Установка УПЭ-6,3-85 (рис. 4.19) состоит из следующих основных сборочных единиц: бензоэлектрического агрегата 12, электронасоса 1, системы автоматического управления станции управления 9, емкости 5 для воды с датчиком уровня 6, датчиков давления и температуры, промежуточного реле с диодом и системы водоподъемных трубопроводов 2 с муфтой 3 и задвижкой воды 4. Система автоматического управления обеспечивает отключение электронасоса и привода двигателя при перегрузках, коротком замыкании, работе электронасоса на двух фазах и полном заполнении емкости.
Система трубопроводов 2 соединяет электронасос с емкостью 5 или другим потребителем воды. Она состоит из труб с внутренним диаметром 50 мм. Верхняя муфта колонны водоподъемных труб имеет отверстие для слива воды из труб, расположенных между скважиной и емкостью, в момент остановки электронасоса. Производительность установки УПЭ-6,3-85 6,3 м'/ч.
Установка УПЭ-4-130 в отличие от УПЭ-6,3-85 имеет электронасос ЭЦВ6-4-130-45. В остальном устройство и принцип работы такие же. Производительность установки УПЭ-4-130 4 м3/ч.
Установки типа УПЭ с автономным источником электроэнергии применяют в основном в отдалении от электросетей, а вырабатываемую бензоэлектрическим агрегатом электроэнергию используют не только на водоподъеме, но и для обеспечения бытовых нужд обслуживающего персонала на отгонных пастбищах.
Рис. 4.19. Пастбищная электрифицированная установка УПЭ-6,3-85:
1 — электронасос ЭЦВ-6,3-8,5; 2 — водоподъемная труба; 3 — муфта со вставкой; 4 — задвижка; 5 — емкость; 6 — датчик уровня; 7 — верхний трубопровод; 8 — манометр; 9 - станция управления; 10 — опорная плита с коленом; 11 - канистра; 12 - бензоэлектрический агрегат АБ-4-Т/400-1М
Передвижная водоподъемная установка ППВ-30(рис. 4.20) предназначена для подъема воды из шахтных колодцев и других водоисточников с внутренним диаметром не менее 0,52 м, глубиной не более 30 м и подаче ее потребителю. Основные сборочные единицы установки: пневмонасос 1, лебедка 2, приводно-тормозной механизм лебедки, компрессор 4 коробка отбора мощности, яшик для запасных частей и инструмента 7. Все оборудование смонтировано в кузове 6 автомобиля.
Рис. 4.20. Передвижная водоподъемная установка ППВ-30:
1 — насос; 2 — лебедка; 3 — барабан лебедки; 4 — компрессор; 5 — лежак для отдыха; 6 — автомобиль УАЗ-452Д; 7 — ящик для инструмента
Насос представляет собой сварной корпус с двумя камерами. При опускании насоса в колодец камеры последовательно заполняются водой. Сжатый воздух от компрессора по воздуховоду, проложенному внутри водоподъемного шланга, поочередно через золотниковый распределитель вытесняет воду то из одной, то из другой камеры насоса и подает ее вверх. Опускают и поднимают насос из колодца с помощью механической лебедки с приводно-тормозным устройством. При необходимости насос можно опускать и поднимать вручную.
Приводные ремни и ленточные тормоза регулируют путем ввинчивания болтов и натяжения тяг, а воздухораспределитель - с помощью резьбовой регулировочной втулки.
Автомобиль имеет высокую проходимость, маневренность и мобильность, что очень важно в условиях бездорожья отгонных пастбищ и обслуживания нескольких колодцев. За смену передвижная установка может обслуживать шесть-восемь колодцев, расположенных на расстоянии 10-30 км друг от друга, или двенадцать водопойных пунктов, расположенных в радиусе 10 км. На подъезд установки к колодцу и подготовку к подъему воды требуется 20-25 мин.
Производительность установки при глубине забора воды 5 м составляет 7,3 м3/ч, а при заборе с 30 м — 3,2 м!/ч.
4.8. Ветроэнергетические агрегаты и солнечные установки
Одним из резервов повышения производительности труда в отгонном овцеводстве является механизация подъема воды на пастбищах с использованием ветроэнергетических агрегатов и энергии солнца. Значительная часть территории пустынных пастбищ имеет водоисточники с малым дебитом глубиной до 30 м. Кормовая база этих районов очень бедна и позволяет содержать у каждого колодца не более 800-900 овец, поэтому суточное потребление воды не превышает 4-6 м3. В этом случае, как показывает практика, механизация подъема воды с применением двигателей внутреннего сгорания часто экономически не оправдана и вызывает большие трудности с обслуживанием оборудования.
Одним из главных условий эффективного применения ветроустановок является достаточная интенсивность ветрового режима. Она определяется среднегодовой или среднесезонной скоростью ветра (согласно использованию агрегатов в течение года или сезона). Районами с благоприятными ветровыми условиями считаются такие, где среднегодовые скорости ветра превышают 3-3,5 м/с. Для запаса воды на период безветрия водопойные пункты должны быть оборудованы резервными емкостями.
Наибольшее применение в отгонном овцеводстве получили ветроэнергетические агрегаты типа ВЭН «Беркут».
Быстроходные электрические ветроагрегатыпредназначены для механизации подъема воды на пастбищах из источников любого типа с глубиной залегания воды не более 30 м, а также могут быть использован для электрификации быта чабанов (зарядки аккумуляторов, освещения помещений, питания радиоприемников).
Ветроагрегат (рис. 4.21) состоит из ветроколеса 1 с двумя стеклопластиковыми лопастями и механизмом регулирования скорости вращения, головки 2 агрегата, в которой конструктивно объединены двухступенчатый ускоряющий редуктор и синхронный генератор, поворотной опоры 5для автоматической ориентации головки на ветер, верхней трубчатой мачты 4, нижней трехгранной мачты 5 с рычагом для ручного пуска и остановки агрегата, основания мачты 6 со стрелой для подъема агрегата, электрического щита управления 7, насоса 8 с комплектом труб и электрического кабеля.
Рис. 4.21. Ветроэлектрический агрегат:
1 — ветроколесо; 2 — головка; 3 — поворотная опора с с виндрозами; 4 и 5 — трубчатая и трехгранная мачты; 6 — основание мачты; 7 — щит управления; 8 — центробежный насос (плавающий или погружной)
Ветроагрегат рекомендуется использовать для механизации подъема воды из водоисточников при скорости ветра не менее 4 м/с. В зависимости от типа колодца его комплектуют погружным или плавающим центробежным насосом 8 и устанавливают на расстоянии до 250 м от водоисточника. Производительность агрегата 2-2,5 м3/ч.
Ветроэнергетическая водоподъемная установка УВЭВ-б «Циклон»предназначена для подъема воды из шахтных колодцев, буровых скважин глубиной до 40 м, открытых водоисточников. Может применяться также как энергетическая установка для электрификации помещений. Производительность установки УВЭВ-6-230 равна 6 м3/ч при скорости ветра 7,5 м/с. Мощность источника электроэнергии 2 кВт (напряжение 230 В).
Водопойный пункт с использованием энергии солнцапоказан на рис. 4.22. Такой пункт может быть применен при отсутствии источников пресной воды. Соленая вода насосом 2 из колодца 1 подается в резервуар для соленой воды 4, откуда самотеком вода поступает в опреснитель 5 парникового типа. После дистилляции вода собирается в сборный резервуар для пресной воды 13, из которого насосом 7подается в расходный резервуар 8. Из расходного резервуара 8 вода самотеком поступает в смеситель 9, где смешивается в соответствующей пропорции с соленой водой. Полученная таким образом опресненная вода самотеком поступает в водопойное корыто 10.
Рис. 4.22. Схема водопойного пункта с использованием энергии солнца:
1 — колодец; 2 — насос для соленой воды; 3 — солнечная энергетическая установка; 4 — резервуар для соленой воды; 5 - парниковый опреснитель; 6 — выпарная площадка рассола; 7 — насос для пресной воды; 8 — расходный резервуар пресной воды; 9 — смеситель; 10 — водопойное корыто; 11 - разборная труба пресной воды; 12 — трубопровод соленой воды; 13 — сборный резервуар для пресной воды; 14 — фильтр-отстойник дистиллята
4.8. Водораздатчики
Для доставки воды и поения животных на пастбищах и открытых площадках при температуре окружающего воздуха выше 0°С применяют автоводовозы, а также прицепные водораздатчики ВУ-3А и водораздатчики-поилки ВУО-3, ВУО-3А, агрегатируемые с трактором.
Автоводовозпредназначен для доставки воды на удаленные пастбища. Оборудование автоводовоза (рис. 4.23) смонтировано на шасси автомобиля и состоит из следующих сборочных единиц: цистерны 7, вакуумного насоса 1, привода насоса, приемного люка 5 с заборным шлангом 4 и трубопровода, сигнально-предохранительного устройства 2, поильных корыт 6. Цистерна установлена на опорах и крепится стремянками к раме автомобиля. Наклон цистерны в сторону слива 2-4°. Насос предназначен для создания вакуума в цистерне и смонтирован на специальной раме. В корпусе насоса эксцентрично установлен ротор с лопатками, смазываемыми маслом под воздействием разрежения и центробежных сил. На нагнетательном патрубке установлен глушитель.
Рис. 4.23. Автоводовоз АВВ-3,6А:
1 - насос; 2 — сигнально-предохранительное устройство; 3 — дополнительная фара; 4 — заборный шланг; 5 — приемный люк; 6 — поильные корыта; 7 — цистерна; 8 - отстойник; 9 — рама автомобиля
Привод насоса осуществляется от коробки перемены передач автомобиля через коробку отбора мощности, карданный вал и клиноременную передачу. Насос включают и выключают рукояткой, расположенной в кабине автомобиля.
Сигнально-предохранительное устройство смонтировано на крышке горловины цистерны. Оно обеспечивает автоматический контроль за наполнением воды и остановку двигателя при наполнении цистерны до заданного уровня и перекрытие всасывающего трубопровода.
Приемный люк установлен на петлях на патрубке заднего днища цистерны. К приемному люку накидной гайкой подсоединяется заборный шланг. Всасывающий патрубок насоса соединен с патрубком, вмонтированным в крышку горловины цистерны.
Боковые площадки, расположенные по обе стороны цистерны, служат для размещения на них поильных корыт.
Забор воды осуществляется следующим образом: навинчивают на заборный шланг колпак-фильтр и опускают его в водоем. Рукоятку приемного люка устана