Высота водонапорной башни должна обеспечить необходимый напор в наиболее удалённой точке.
Рисунок 1. Определение высоты водонапорной башни.
1- водонапорная башня; 2 – потребители; 3- трубопровод.
Расчёт производим по формуле:
Нб=Нсв±Нг+h. (2.19)
Нсв – свободный набор у потребителей при применении автопоилок Нсв . = 4-5 м, (принимаем 5 м) [1];
– сумма потерь напора в наиболее удалённой точке водопровода, м;
– геометрическая разность отметок к фиксирующей точке и в месте расположения водонапорной башни. Так как местность ровная то Нг=0.
. (2.20)
Объём водопроводного бака определяем c необходимым запасом воды на хозяйственно-питьевые нужды, на противопожарные мероприятия регулирующим объёмом по формуле:
Wб= Wр+ Wп+ Wх. (2.21)
Wб – объём бака, м3;
Wр – регулирующий объём, м3;
Wп – объём на противопожарных мероприятиях, м3;
Wх – запас воды на хозяйственно-питьевые нужды, м3;
Противопожарный запас воды хранится в специальных противопожарных резервуарах, рассчитанных на гашение пожара двумя пожарными струями в течение 2 час. расходом воды 10 л/с.
м3.
Запас воды на хозяйственно-питьевые нужды определяем из условия бесперебойного водоснабжения фермы в течение 2 ч. на случай аварийного отключения электроэнергии по формуле:
. (2.22)
м3 .
- принимаем по табличным данным равный 30м3 [1].
м3.
Выбираем 4 водонапорные башни объемом 50 м3 [1].
Выбор насосной станции
Для подъёма воды из скважины и подачи её в водонапорную башню можно использовать водоструйные установки, наружные центробежные насосы. Водоструйные насосы предназначены для подачи воды из шахтных и буровых колодцев с диаметром обсадной трубы не менее 200 мм глубиной до 40 м. Центробежные наружные насосы предназначены для подачи воды из буровых колодцев с диаметром трубы от 150 мм и выше. Развивать напор от 50 до 120 метров и выше.
Рисунок 2. Определение напора насосной станции.
1 - водонапорная башня; 2 – насос; 3 – водопровод;
Производительность насосной станции зависит от максимальной суточной потребности в воде и режима работы насосной станции и вычисляется по формуле:
. (2.23)
Тн – время работы насосной станции, ч, которое зависит от количества смен; Тн =8 – 16ч [1];
м3.
Полный напор насосной станции определяем по следующей формуле:
Н= Нгв+ hв+ Нгн+ hн. (2.23)
Н – полный напор насосной станции, м;
Нгв – расстояние от оси насоса до наименьшего уровня воды в источнике, м, принимаем Нгв= 10м; [1]
hв – величина погружения насоса или всасывающего приёмного клапана, hв = 1,5-2м [1], принимаем 2м;
hн – сумма потерь напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, м, этой величиной можно пренебречь в связи с малой ее величиной.
Нгн=Нб +Нz+Hр. (2.24)
Нр – высота бака, м;
Hб – высота установки водонапорной башни, м;
Hz – разность геодезических отметок от оси установки насоса до отметки фундамента водонапорной башни, м; так как местность ровная принимаем Hz =0.
.
Полный напор насосной станции:
.
По найденному значению Q и H выбираем марку насоса. Таким образом, выбираем водоструйную установку ВК-1-6, центробежный насос ЭК-9 [1]. Эта установка имеет подачу 10 м3/ч, свободный напор над осью центробежного насоса 20-25 м.
Уборка навоза
Исходными данными при проектировании технологической линии уборки и утилизации навоза являются вид и поголовье животных.
Основную часть навоза составляет влага. В зависимости от влажности навоз бывает «твёрдый» (влажность до 81%), «полужидкий» (пастообразный навоз, влажность 82-88%) и «жидкий» (влажность 88-93%).
Состояние навоза зависит от способа содержания животных, наличия подстилки, способа удаления и некоторых других факторов. Навоз является наилучшим органическим удобрением для колхозных полей, потому что содержит значительное количество органических и минеральных веществ, легко усвояемых растениями. Своевременное удаление и использование навоза не только повышает санитарно-технические условия содержания животных, но и качество производимых продуктов и позволяет обеспечить полеводство высококачественных органических удобрений, а также снижает опасность загрязнения окружающей среды. Все работы по механизации удаления и использования навоза можно разделить на 3 вида: удаление навоза из животноводческих помещений и транспортировка его в хранилища, обеззараживание и хранение навоза, и использование навоза.
Количество навозной массы, получаемой от одного животного, рассчитываем по формуле:
. (2.25)
К и М – суточное выделение кала и мочи одним животным [1], кг;
П – суточная норма подстилки на 1 животное [1], кг;
k – коэффициент, учитывающий разбавление экскрементов водой: при транспортёрной системе (
=1,2), самотёчной ( =1,5), при лотково-сливочной системе с сухой чисткой полов ( =3-3,5), при лотково-сливочной с мойкой полов ( =5-6); [1].
Дойные: 
Сухостойные: 
.
Нетели: 
.
Суточный выход навоза с фермы определяем из выражения:
. (2.26)
– поголовье животных однотипной производственной группы;
– количество производственных групп на ферме;
.
Годовой выход навоза находим из формулы:
. (2.27)
d – число дней накопления навоза, т.е. продолжительность стойлового периода;
.
Влажность безподстилочного навоза находим из формулы:
. (2.28)
Wэ – влажность экскрементов (87%);
.
Для нормальной работы механических средств удаления навоза из помещений должно выполняться условие:
Qтр ≤ Q.
Qтр – требуемая производительность навозоуборочного средства в конкретных условиях, т/ч;
Q – часовая производительность того же средства по технической характеристике, т/ч. Требуемую производительность определяем по выражению:
. (2.29)
– суточный выход навоза в данном животноводческом помещении, т;
– принятая кратность уборки навоза, 
[1];
Т – время на разовую уборку навоза, Т=1ч [1];
м – коэффициент, учитывающий неравномерность разового количества навоза, подлежащего уборке, м=1,3 [1];
N – количество механических средств, устанавливающихся в данном помещении;
.
Для удаления навоза из коровника применяем транспортер марки ТСН-160 [1]. Его подача 7,5 т/ч.
Для транспортировки навоза из животноводческого помещения на данной ферме применяем тележку I-ПТС-4 грузоподъёмностью 4 т [1]. Необходимое количество тележек для вывозки навоза определяется грузопотоком Gт на данном участке и подачей в тележки Qт.
Расчет количества средств для доставки навоза в хранилище:
. (2.30)
Qтр - требуемая производительность технических средств, т/ч;
Qф - фактическая расчетная производительность, т/ч;
Требуемая производительность технических средств:
. (2.31)
Gсут – суточный выход навоза от всего поголовья фермы, т;
Т –время работы технических средств в течение суток, принимается Т =8ч, [1];
т/ч.
Фактическая расчетная производительность:
. (2.32)
G - грузоподъемность технического средства, т;
tр - длительность одного рейса, ч;
tp= tз+ tдвиж+ tв. (2.33)
tз - время загрузки транспортного средства, ч, tз = 0,5 ч, [1];
tдвиж - время рейса транспортного средства, ч, tдвиж = 0,083 ч, [1];
tв - время выгрузки, ч, tв = 0,02 ч, [1].
tр=0,5+ 0,02+ 0,083 = 0,6ч.
Фактическая расчетная производительность:
т/ч.
Количество средств для доставки навоза в хранилище:
шт.
2.4 
Обеспечение микроклимата
Для вентиляции животноводческих помещений предложено значительное количество различных устройств. Вентиляционные установки по принципу действия и конструктивным особенностям делятся на следующие типы: с естественной тягой воздуха, с механическим побуждением тяги, комбинированного действия. Расчёт необходимого воздухообмена животноводческого помещения производится по предельно допустимым зоогигиеническим нормам содержания углекислоты или влажности воздуха в животноводческих помещениях для разных видов животных. Поскольку сухость воздуха в животноводческих помещениях имеет особое значение в создании у животных устойчивости к заболеваниям и высокой продуктивности, то правильнее вести расчёт объёма вентиляции по норме влажности воздуха. Объём вентиляции, рассчитанный по влажности, выше, чем рассчитанный по углекислоте. Основной расчёт необходимо проводить по влажности воздуха, а контрольный по содержанию углекислоты. Воздухообмен по влажности рассчитываем по формуле:
. (2.34)
С – количество водяных паров, выделяемых одним животным, С = 455 г/ч [1];
m – количество животных в помещении;
C1 – допустимое количество водяного пара в воздухе помещения, г/м3, С1 = 6,1г/м3 [1];
C2 – содержание влаги в наружном воздухе в данный момент, г/м3, (С2= 3,2-3,3 г/м3) [1], для расчетов принимаем С2= 3,2 г/м3;
м3/ч.
Расчёт величины требуемого воздухообмена по содержанию углекислоты производим по формуле:
. (2.35)
Р – количество углекислоты, выделяемой одним животным в течение часа, л/ч;
P1 – предельно допустимое количество углекислоты в воздухе помещения, л/м3 [1], Р1 = 2,5 л/м3;
Р2 – содержание углекислоты в свежем (приточном) воздухе, л/ м3, (Р2 = 0,3 – 0,4 л/м3 ) [1], для расчетов принимается Р2= 0,35 л/м3;
м3/ч.
Для того, чтобы узнать, какая система вентиляции будет применяться на ферме, необходимо подсчитать кратность воздухообмена. При кратности воздухообмена К <3 – естественная вентиляция, К =3-5 – принудительная вентиляция без подогрева воздуха. При К <5 принудительная вентиляция с подогревом подаваемого воздуха. Коровник на 200 голов имеет размер 21х72х4,5 = 6800м3.
Кратность часового воздухообмена определяем по формуле:
. (2.36)
V – количество воздуха, подлежащего удалению, м3/ч;
VП – объём помещения, м3;
.
Расчёт по СО2:
.
Так как основной расчёт необходимо вести по влажности, то выбираем принудительную вентиляцию без подогрева подаваемого воздуха.
Вентиляционные установки с искусственным побуждением характеризуются двумя основными величинами: подачей и создаваемым напором.
При непрерывной работе вентилятора его подача выбирается равной необходимому воздухообмену, чтобы регулировать величину воздухообмена, выбираем вентилятор, с подачей Q = 2-3м3/ч, и включаем его в действие периодически, принимаем: Q = 2м3/ч.
Подача вентилятора определяем по формуле:
. (2.37)
Кв – число вытяжных каналов;
м3/ч.
При Qв < 8000 м3/ч выбирается схема с одной секцией, при Qв >8000м3/ч – с несколькими секциями, причём производительность каждого не должна превышать Qв >8000 м3/ч.
Размеры труб вентиляционной сети должны быть большими, так как скорость движения в них должна быть в пределах 12-15 м/с.
Диаметр трубопровода определяем по формуле:
. (2.38)
Vm – скорость воздуха в трубопроводе, м/с, Vm =12-15м/с [1], для расчета принимаем Vm = 15 м/с;
м.
Расчёт необходимой величины напора производим по величине сопротивлений движению воздуха в канале или воздухопроводе. При движении воздуха по воздухопроводу имеют место потери напора на преодолении трения и от местных сопротивлений. Потери напора от сопротивления трения в прямой круглой трубе рассчитываем по формуле:
. (2.39)
Y - коэффициент сопротивлений течению воздуха в трубе, Y =0,02 [1];
L – длина трубопровода, м, L= 40м;
r – плотность воздуха, r =1,2 - 1,3 кг/ м3 [1], для расчета принимаем r =1,2 кг/ м3;
.
Потерю напора от местных сопротивлений находим по формуле:
. (2.40)
Σ Е – сумма коэффициентов местных сопротивлений [1];
Σ Е = 0,55+ 0,75+0,25+0,81+0,03+1,0+0,3+1+0,1+3+0,5= 7,755
.
Общие потери напора в вентиляционной системе составляют:
Н = Нтр + hмс. (2.41)
Н=200 + 1046 = 1246.
В результате расчётов выбираем 3 осевых вентилятора МЦ № 5 [1], производительностью 4500 м3 /ч каждый.
Отопление фермы
Оптимальная температура окружающей среды улучшает работоспособность людей, а также повышает продуктивность животных. Для животноводческих и птицеводческих помещений применяется воздушное отопление, паровое низкого давления с температурой приборов до 100oС, водяное с температурой 75-80oС.
Первым этапом расчета является определение дефицита теплового потока по формуле:
Qпт = Q1+Q2+Q3 - Qж. (2.42)
Q1 – поток теплоты, проходящий сквозь ограждающие строительные конструкции, Дж/ч;
Q2 – поток теплоты, теряемый с удаляемым воздухом при вентиляции, Дж/ч;
Q3 – случайные потери потока тепла, Дж/ч;
Qж - поток теплоты, выделяющийся животными, Дж/ч;
. (2.43)
К – коэффициент теплопередачи ограждающих строительных конструкций, Дж/ м2×ч× oС, К= 4460 Дж/ м2×ч× oС [1];
S – площадь поверхностей, теряющих поток теплоты, м2;
tвн,tн – температура воздуха соответственно в помещении и снаружи, oС;
Q1= (4460×1300)×(16-(-10))=150800 Дж/ч.
Поток теплоты, теряемый с удаляемым воздухом при вентиляции:
Q2 = CV×(tвн-tн). (2.44)
С – объёмная теплоёмкость воздуха, С =0,0013Дж/ м3 ×oС [1];
Q2=0,0013×31379(16-(-10))=1060,6 Дж/ч.
Поток теплоты, выделяемый животным:
. (2.45)
q – поток теплоты, выделяемый одним животным, Дж/ч;
m – количество животных в помещении;
Qж=2858×200=571600 Дж/ч.
Случайные потери теплоты принимаются в количестве 10-15% от Qж, принимаем 10%;
Q3=0,10 Qж. (2.46)
Q3=57160 Дж/ч.
Q=150800+1060,6+57160-571600=-362579,4 Дж/ч.
Таким образом, температура поддерживается за счёт биологического тепла.
Поэтому нет необходимости устанавливать специальные источники отопления.
2.5 Доение и первичная обработка молока
При привязном содержании рекомендуется доить коров по следующим технологическим схемам:
1. В стойлах с использованием линейных доильных установок со сбором молока в молокопровод.
2. В стойлах с использованием линейных доильных установок со сбором молока в доильное ведро.
3. В доильных залах или на площадках с использованием доильных установок типа «Карусель», «Ёлочка», «Тандем».
При привязном содержании доение целесообразно осуществлять по первой технологической схеме. Для доения коров на ферме используем доильную установку АДМ-8.
Количество операторов машинного доения коров на ферме с участием подменных определяем по формуле:
. (2.47)
AД – количество дойных коров на ферме;
n – нагрузка на одного оператора, n= 50 гол. при доении в молокопровод [1];
чел.
Первичная обработка молока на ферме осуществляется с целью получения молока высокого качества. Операции первичной обработки молока на ферме: очистка, охлаждение. Она осуществляется в потоке производственной линии и вычисляется по формуле:
. (2.48)
Кс – коэффициент сезонности поступления молока, Кс = 1,2 - 1,5 [1], принимаем Кс= 1,3;
А – количество коров на ферме
У – средний годовой удой одной коровы, кг, У = 3000 кг;
Кр – кратность дойки, Кр= 2-3 [1], принимается Кр= 2;
ТД – длительность дойки, ч, ТД= 2ч [1];
кг/ч.
На ферме для охлаждения молока используем пластинчатые охладители. Их выбор осуществляем по теплообмену:
. (2.49)
СМ – теплоёмкость молока, Дж/(кг oС), СМ = 3,8´103 Дж/(кг oС) [1];
t1 – начальная температура молока, поступающего в охладитель, t1 = 35 – 37 oС [1], для расчета принимаем t1 = 35 oС;
t2 – конечная температура молока после охлаждения, t2 = 6 – 8 oС [1], для расчета принимаем t2 = 6 oС;
К – общий коэффициент теплопередачи, Дж/м2 oС; К = 3000 Вт/ м2К [1];
∆tср – среднюю логарифмическую разность температур определяем по формуле:
. (2.50)
∆t max – разность температур между молоком и охлаждающей жидкостью в охлаждающей жидкости на входе молока в охладитель, принимаем ∆t max= 30 oС;
∆t min – разность температур между молоком и охлаждающей жидкостью на выходе молока из охладителя, ∆t min= 2-3 oС [1], принимаем ∆t min =3 oС;
.
м2.
Число пластин в секции охладителя определяем по формуле:
. (2.51)
SП – площадь рабочей поверхности одной пластины, SП= 0,043м2 [1];
шт.
После расчёта выбираем охладитель ООТ-М [1]. Для работы охладителя необходима охлаждающая жидкость, в качестве которой используется вода, охлаждённая с помощью холодильной установки. Расход холода на охлаждение молока определяется по формуле:
. (2.52)
КП – коэффициент, учитывающий теплопотери в трубопроводах, КП = 1,15 [1];
Qхол=1202×3,8×103(35-6)1,15=152329×103.
В результате расчёта выбираем холодильную установку АВЗО [1].
Вывод
Данная ферма специализируется по производству молока. Все работы по кормлению и уходу за животными почти полностью механизированы, за исключением технического обслуживания, очистки мест, стойл и кормушек, чистки автопоилок. За счёт введения механизации значительно повысилась производительность труда, уменьшились и капитальные вложения на обслуживание за животными, высвободилась рабочая сила.
Корм в животноводческих помещениях подаётся в смешанном виде, в виде смесей из кормоцеха, что способствует повышению продуктивности и увеличению производства молока, т.е. увеличению надоев на каждую корову.
Механизация на ферме позволяет в сравнительно короткие сроки делать все операции работы и ухода за животными и облегчает работу человеку, а главное, обеспечивает качественное выполнение всех работ.