Электрификация фермы КРС 400 голов

Фекальные насосы НФЦ-100 широко используются и для гомогенизации (измельчения) навозной массы путем перемешивания ее (барбортаж) непосредственно в навозосборнике. Гомогенизацию жидкого навоза производят перед его перекачкой.

Наиболее  приемлемый будет стационарный фекальный  насос НФЦ-100, обладающий повышенной производительностью.

Перечень  используемого технологического оборудования на ферме, который подлежит электрификации, приведен в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 - Перечень технологического оборудования и его установленная электрическая  мощность

№ п	Перечень электрифицированных  технологических машин	Коровник №1		Коровник №2		Блок вспомогательных служб		Родильне отделение с телятником
		кол-во	∑Р кВт	кол-во	∑Р кВт	кол-во	∑Р кВт	кол-во	∑Р кВт
1	Установка вакуумная водокольцевая УВВ-ф-90М; 7,5 кВт	-	-	-	-	4	30	1	7,5
2	Насос молочный универсальный НМУ-6; 0,75 кВт	-	-	-	-	1	0,75	-	-
3	Цифровой счетчик молока СМ-16; 0,0005 кВт	-	-	-	-	1	≈0,1	-	-
4	Танк охладитель	-	-	-	-	1	15,3	-	-
5	Водонагреватель ЭВА-450; 15 кВт	-	-	-	-	1	15	-	-
6	Навозоуборочный транспортер ТСН-160; 4 кВт	2	8	2	8	-	-	1	4
7	Фекальный насос НФЦ-100; 11 кВт	1	11	1	11	-	-	1	11
	Итого	х	19	х	19	х	61,15	х	22,5

 

 

3. Выбор электрического оборудования и электроники

3.1 Расчет и выбор электропривода на примере водоснабжающей установки

 

Вода  имеет немаловажный фактор на ферме. Своевременное и в достаточных  количествах потребление животными  воды в сочетании с рациональным и полноценным кормлением способствует достижению их высокой продуктивности. Хорошо налаженный водопой способствует повышению удоя у коров на 25-30%.

Существуют  групповые и локальные системы  водоснабжения. Первые предназначены  для централизованного водоснабжения  нескольких крупных объектов, связанных  общностью территории (город, район  и т.д.), а вторые – для обслуживания одного индивидуального объекта  водоснабжения (хозяйство, животноводческая ферма и т.д.). Локальная система имеет свой автономный источник воды, насосную станцию и водопроводную сеть.

В зависимости  от расположения водоисточника относительно потребителей воды применяют напорные или самотечные системы водоснабжения. В зависимости от типа водонапорного  оборудования системы бывают башенными  – с водонапорной башней и безбашенными – с пневматической водоподъемной (пневмогидравлической) установкой.

Водоисточники делятся на поверхностные и подземные. В свою очередь поверхностные  водоисточники могут быть естественными  – реки, ручьи и озера и искусственными – водохранилища, пруды и каналы. Подземные воды подразделяются на грунтовые  со свободной поверхностью (безнапорные) и межпластовые, залегающие между  двумя водонепроницаемыми слоями (напорные, артезианские).

Для фермы  необходимо применить локальное  водоснабжение, так как она находится  на удалении 3 км от центральной усадьбы. Система водонапорного оборудования башенная. Водоисточником будут являться подземные воды. Для забора воды из глубоко залегающих водоносных пластов (до 150 и более) необходимо сделать трубчатый колодец, схема которого приведена на рисунок 3.1.

 

 

 

Он представляет собой глубокую буровую скважину диаметром 350 мм и более. Стенки закрепляют обсадными стальными трубами, предохраняющими ее от обвала и проникновения воды из вышележащих пластов с непригодной для питья водой. Колодец этого типа состоит из водоприемной части, ствола и оголовка. Заглубляемая в водоносный пласт водоприемная часть включает надфильтровую трубу 4, фильтрующую часть 5 и отстойник 6. Труба 4 соединяет фильтр с нижней обсадной трубой 2. Место соединения уплотняется сальником 3.

Для подъема  воды из колодца и создания напора применяют напорные гидравлические машины, которые называются насосами. По принципу действия насосы делятся  на лопастные, объемные и струйные. В лопастных (центробежные, осевые или  пропеллерные) жидкость перемещается под действием вращающегося рабочего колеса, снабженного лопастями. К  объемным (или насосам вытеснения) относятся поршневые и роторные (винтовые, шестеренчатые, шиберные и  т.д.). Струйные (эжекторы) включают подъемники, в которых для подачи жидкости используется энергия другого ее потока.

Из различных  видов погружных центробежных насосов  в животноводстве наиболее распространены насосы типов ЭЦВ. Эти насосы используются в комплекте с насосной установкой для подъема воды из глубоких скважин  неагрессивной воды с температурой не выше 289 К, содержание механических примесей в которой до 0,01% по массе.

Погружной насос представляет собой сочетание  центробежного насоса и погружного электродвигателя. В насосах ЭЦВ  валы связаны жесткой муфтой.

В таблице 3.1 приведены технические характеристики погружных электронасосов типа ЭЦВ.

 

Таблица 3.1 - Технические характеристики погружных  насосов типа ЭЦВ

Марка насоса	Мощность двигателя	Подача, М3/ч	Напор	Длина, мм	Масса, кг
ЭЦВ 5-4-125	3.0 кВт	4	125	1540	52
ЭЦВ 5-6,5-80	3,0 кВт	6,5	80	1380	49
ЭЦВ 6-4-130	4,0 кВт	4	130	1300	64
ЭЦВ 6-6,5-140	5,5 кВт	6,5	140	1410	72
ЭЦВ 6-6,5-185	7,5 кВТ	6,5	185	1650	83
ЭЦВ 6-10-140	6,3 кВт	10	185	1750	89
ЭЦВ 8-16-140	11,0 кВт	16	140	1440	93
ЭЦВ 8-16-160	13,0 кВт	16	160	1590	107

 

В соответствии с нормами ОНТП-I-77 на одну молочную корову суточный расход воды равен 0,1 м3, куда входит расход воды на поение, приготовление кормов, охлаждение молока, мойку оборудования, подмывание вымени и уборку помещения.

Для определения  необходимой марки насоса произведем следующие расчеты. Определим максимальный суточный расход воды для 400 молочных коров.

 

, (3.1)

 

где - среднесуточный расход воды, ;

коэффициент суточной неравномерности водоснабжения,

 

 (3.2)

 

где - суточный расход воды i-го потребителя; - число потребителей, имеющих одинаковую норму расхода; – количество групп потребителей.

 

 

 

 

Определим максимальный часовой расход воды по формуле:

 

, (3.3)

 

где – коэффициент часовой неравномерности,

 

 

 

Определим полезную мощность по подъему воды на высоту 120 м:

 

кВт, (3.4)

 

 

где – свободного падения, м/с2;

- масса воды в секунду,  кг/с;

- высота подъема,  м;

 

 кВт.

 

По производительности и высоте подъема воды из таблицы 3.1. выбираем насос погружной марки  ЭЦВ 6-6,5-185 обеспечивающий подачу воды 6,5 м3/ч на высоту 185 м. Мощность двигателя равна 7,5 кВт.

3.2 Выбор электронагревательных  установок, на примере нагрева воды в водоснабжающей установки

 

В зимний стойловый период поить коров необходимо подогретой водой с температурой 10-13˚С. Из скважины вода поступает в резервуар с температурой +6˚С, значит необходимо нагревать воду в резервуаре до +10˚С т.е. на 4˚С.

Для нагрева  воды используют водонагреватели. Они различаются по принципу нагрева. При поверхностном нагреве тепло передается воде при соприкосновении ее с поверхностью теплопередающих элементов, а при контактном оно передается воде горячим паром или газом.

Водонагреватели классифицируются по различным типам, самые распространенные: по виду топлива (электрические, газовые, косвенные  или комбинированные) и по способу  нагрева воды (проточные и накопительные).

Водонагреватели косвенного нагрева, получают тепло  от теплоносителя какой-либо системы  отопления. Например, их можно подключить к отопительному котлу. В проточных  водонагревателях нагрев воды происходит по мере ее продвижения через теплопередающие  элементы (ТЭНы, медные трубы, пластинчатые теплообменники).

Газовые водонагреватели, не зависимо от способа  нагрева, состоят из горелки для подогрева воды, емкости и автоматики, которая обеспечивает безопасную работу. Они имеют свои преимущества – это автономность от электросети, низкая стоимость газа по сравнению с электроэнергией. А также есть свои недостатки – необходимость наличия централизованной подачи газа к месту эксплуатации водонагревателя, большие размеры.

Электрические водонагреватели подразделяются по типу основного рабочего органа на элементные – с трубчатыми электронагревателями (ТЭНы) и электродные – с непосредственным нагревом воды при протекании через  нее электрического тока.

Газовые водонагреватели не подходят, потому что нет централизованной подачи газа. А водонагреватели косвенного нагрева не подходят, потому что  вблизи нет отопительных котлов. Поэтому  наиболее приемлемые по виду топлива  будут электрические водонагреватели.

Наиболее  приемлемый вариант нагрева –  с помощью унифицированных трубчатых  электронагревателей (ТЭНов). Поскольку  нагрев воды происходит постепенно, электрический  накопительный водонагреватель  не требует большой электрической  мощности. Особенность такого водонагревателя  заключается в том, что он может  обеспечивать теплой водой несколько  водоразборных точек, низкая потребляемая мощность, высокая степень безопасности в эксплуатации. Но и есть свои недостатки более длительный процесс нагрева  по сравнению с электродными, более  частое техническое обслуживание.

Унифицированные трубчатые электронагреватели герметического исполнения применяются в водонагревателях, калориферах, термосах и т.д. Нагреватель  показанный на рисунке 3.2.

 

 

 

Он состоит  из металлической трубки 6 (изготовленной  из нержавеющей стали), в которую  вмонтирована нихромовая спираль 7 с  приваренными к ней концами, и  шпильки 4 для подключения к сети. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем 5 из периклаза (кристаллическая  окись магния MgO), обладающим высокими электроизоляционными свойствами и хорошо проводящего тепло. Торцы трубки герметизированы втулками 3 с огнеупорным изолирующим свойством. К достоинствам ТЭНов относятся их универсальность, надежность и безопасность при обслуживании.

В таблице 3.2 приведены технические характеристики нескольких ТЭНов.

 

Таблица 3.2 – Техническая характеристика ТЭНов

Мощность активная, кВт	Диаметр оболочки, мм	Максимальная температура нагреваемой  среды
4	8,5	100
4,7	10	100
6,1	13	100
7,5	16	100

 

При стойловом  содержании коров происходит непрерывное  поение, т.е. у коров не появляется большой жажды пить воду и в  больших количествах. Тогда только после кормления у них появляется наибольшая потребность в воде. В  среднем корова может выпить 10-15 литров воды за один раз. Тогда наибольший разовый расход на поение 400 голов коров будет равен от 4 до 6 м3 объема воды. А накопительный резервуар равен 18 м3. Поэтому всегда будет запас подогретой воды.

Произведем  расчет водонагревательной установки. Определим мощность и количество ТЕНов для нагрева воды от 6˚С до 10˚С

Определим секундный расход воды:

 

 (3.5)