Повышения эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств АПК

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 52 страниц
В избранное:

Повышения эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств АПК (области, района, конкретного хозяйства) с использованием перспективных насосных установок

СОДЕРЖАНИЕ

Нормативные ссылки
8

Определения
9

Обозначения и сокращения
10

Введения
11
1.
Обоснование проекта разработки насосной установки пастбищного водоснабжения с приводом от солнечной энергии
14

1.1 Характеристика объекта исследования по пастбищ ному водоснабжению
14

1.2 Существующие проекты обводнения пастбищ
20

1.3 Направление исследования и решаемые задачи в соответствии с водным кодексом РК
22

1.4 Обоснование проекта обводнения пастбищ на примере Алматинской области с использованием перспективных насосных установок.
24

1.5 Мероприятия по охране окружающей среды
25
2.
Выбор и обоснование технологий и водоподъемно-технических средств для эффективного обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств исследуемой зоны.
27

2.1 Обзор работ и текущих патентных исследований по ленточному способу водоподъема из скважин
27

2.2 Выбор технологий для подъема воды из скважин по обводнению пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств
33

2.3 Обоснование конструктивно-технологической схемы нового типа ленточного водоподъемника
34
3.
Обоснование методики и расчет водозабора проекта обводнения пастбищ типового хозяйства на примере алматинской области
40

3.1 Обоснование методики расчёта и расчёт водозабора для обводнения пастбищ типового хозяйства с использованием ленточного водоподъемника
40

3.2 Производство монтажных работ. Эксплуатация ленточного вдоподъёмника ВЛМ - С. Техника безопасности и экологическое его воздействие на окружающую среду
42
4.
Технико-экономическое обоснование предложенного дипломного проекта
45

4.1 Выбор методики расчета экономической эффективности проекта
45

4.2Исходные данные для расчета экономической эффективности обводнения пастбищ с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-С

43

4.3 Расчет основных показателей базового водоподъёмника ВШП-50А
47

4.4 Расчет основных показателей нового ленточного водоподъемника ВЛМ-С
50

4. Расчет экономической эффективности проекта с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-С
52

Заключение
57

Список использованной литературы
59

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем дипломном проекте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 2.111-68. Единая система конструкторской документации. Нормоконтроль.
ГОСТ 6.38-90. Унифицированные системы документации. Система организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению документов.
ГОСТ 7.9-95 (ИСО 214-76). Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.
ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.
ГОСТ 8.417-81. государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических величин.
ГОСТ Р 15.01-01-96 Порядок проведения патентных исследований.
ГОСТ 15.011-82 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок проведения патентных исследований.
ГОСТ Р 15-201-2000 Система разработки и постановки продукции на производство.
ГОСТ 2405-88 Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напорометры, тягометры и тягонапорометры. Общие технические условия.
ГОСТ 3262-75 Стальные водогазопроводные трубы. Общие технические условия.
ГОСТ 10362-76 Рукава прорезиненные. Общие технические условия.
ГОСТ 10428-89 Насосы центробежные скважинные для воды с погружным электродвигателем. Общие технические условия.
ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.
ГОСТ 18164-72 Вода питьевая. Методы определения содержания сухого остатка.
ГОСТ 23728-80 - ГОСТ 23730-88 Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки.
ГОСТ 24026-80 Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения.
ОСТ 1021.1-2002 Испытания сельскохозяйственной техники. Установки водоподъемные. Методы оценки функциональных показателей.
РД 07-07-21-86 Методические указания. Порядок проведения патентных исследований в системе Госагропрограмма СССР.
ГОСО РК 5.04.019-2008 Государственный общеобязательный стандарт образования Республики Казахстан. Высшее образование. Бакалавриат. Основные положения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем дипломном проекте применяют следующие термины с соответствующими определениями.
Подача - отношение объема подаваемой воды насосной установки (водоподъемником) ко времени, измеряемая в м[3]с, дм[3]с (лс) и м[3]ч.
Высота водоподъема - геометрическая высота от динамического (рабочего) уровня воды в водоисточнике до излива поднятой воды из водоподъемного трубопровода (водоподъемника для ленточного водоподъемника), измеряемая в м. вод. столба.
Напор насосной установки - избыточное давление, создаваемое насосной установкой, измеряемое в метрах водяного столба, определяется зависимостью , где - избыточное давление насосной установки, Па; - удельный вес воды, Нм[3], - напор, м.вод.ст.
Напор скоростной - давление, создаваемое от скорости движения воды, измеряемое в м.вод.ст., определяется зависимостью , где - скорость движущейся воды, мс; - скоростной напор, м.вод.ст.
Дебит - приток воды в единицу времени через фильтр в водоприемник колодца, измеряемый в м[3]с, дм[3]с и м[3]ч.
Мощность полезная - мощность, сообщаемая насосной установкой (водоприемником) подаваемой воде, измеряемая в Вт, кВт.
Мощность затраченная - мощность, потребляемая насосной установкой (водоприемником), измеряемая в Вт, кВт.
Коэффициент полезного действия - отношение полезной мощности к затраченной мощности.
Шнуровой водоподъемник - устройство для подъема воды гибкой рифленой бесконечной лентой (шнуром), ведущая (водонесущая) ветвь которого пропущена внутри трубопровода.
Ленточный водоподъемник - устройство для подъема воды гибкой плоской бесконечной лентой.
Конструкция - устройство, взаимное расположение частей, состав какого-либо строения, механизма и т.п. (например, рабочая лента, водоприемник ленточного водоподъемника).

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Q - подача насосной установки (водоподъемника), расход воды, м[3]с;
Н - напор насосной установки, скоростной и вакуумный напоры, высота водоподъема, м.вод.ст.;
η - коэффициент полезного действия насосной установки (водоподъемника), двигателя, привода, использования рабочего времени смены;
- скорость движения воды и рабочей ленты, мс;
Р - избыточное давление воды, создаваемое внутри трубопроводов, Па; Нм[2];
D, d - диаметр отверстий труб, круглого профиля деталей, м;
S - толщина ленты, площадь сечения проходных отверстий, м[2];
γ - удельный вес воды, Нм[3];
ρ - плотность (объемный вес) воды, кгм[3];
V - коэффициент кинематической вязкости воды, м[2]с;
ξ - коэффициент местных сопротивлений;
ε - коэффициент проскальзывания воды относительно прорезиненной ленты;
λ - коэффициент трения воды в трубопроводах;
m - масса груза, тел, установки и т.д., кг;
δв - толщина слоя воды, поднимаемая лентой, м;
F - сила центробежная, подъемная, Н;
L,l - длина ленты трубопровода, м;
в - ширина ленты, шкива, водоприемной коробки, м;
h - глубина погружения рабочей ленты под уровень воды, высота водоприемной коробки, м;
qсут - среднесуточное водопотребление на одном водопойном пункте, м[3]сут;
t - время протекающего процесса, с;
ΔР - усилие для перемещения холостой ленты без воды, Н;
N - мощность полезная, затраченная, Вт;
V - объем емкости, предмета, м[3];
ГСХА - Государственная сельскохозяйственная академия;
ГНУ ВИЭСХ - Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства;
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
АПК - агропромышленный комплекс;
КПД - коэффициент полезного действия;
ЦНИИКИВР - Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов;
НИОКР - научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Правительством Республики Казахстан на период до 2030 года поставлена задача в числе первоочередных приоритетных направлений рыночной экономики дальнейшего развития сельского хозяйства на ближайшие 13 лет, в том числе по решению проблем водоснабжения, электроснабжении, благоустройства и развития мясного скотоводства, тонкорунного и полутонкорунного овцеводства с максимальным использованием естественных пастбищ, которая актуальна при переходе на рыночные отношения .
Казахстан имеет 183млн. га естественных пастбищ, пригодных для использования в сельском хозяйстве, из которых 80% находятся в пустынной и сухостепной зонах с малым количеством осадков и поверхностных водоисточников. На 2015 год было обводнено 147 млн. га пастбищ, на которых содержат около 21 млн. овец и коз, 6,8 млн. голов крупного рогатого скота, около 2,1 млн. лошадей и 178 тыс. верблюдов.
Площадь пастбищ крестьянских и фермерских хозяйствах и других сельхозформированиях АПК Республики Казахстан на период 2014 г. составляло 164,4 млн. га, в том числе обводненных - 132,79 млн. га, из них обводнено: трубчатыми колодцами - 39,88% площади; шахтными колодцами - 29,9%; водопроводами - 0,74%; каналами, каптажами и копанями - 10,01%; водоотливными пунктами - 3,77% и озерами - 1,4% площади.
Подземными водами в Казахстане обводняется около 69,8% площади пастбищ, из которых скважины более перспективны в хозяйственном водоснабжении, обладают значительным и устойчивым дебитом, дольше эксплуатируются, надежны в санитарно-гигиеническом отношении и поэтому строительство из года в год увеличивается: в 1960г. было построено всего 149 не самоизливающихся скважин, в 1965г. -707, в 1976-1530 и далее годовой их прирост составляет не менее 1000 штук.
Однако наличие большого числа шахтных колодцев вызывает целесообразность их использования в ближайшие 20-30 лет. Поэтому создание новых перспективных и совершенствование существующих водоподъемников для пастбищных скважин и шахтных колодцев является актуальной и важной народнохозяйственной задачей.
Существенное влияние оказывает На создание конструкций насосных установок существенное влияние оказывают природно - хозяйственные факторы: сезонность использование пастбищ, суточное водопотребление температура окружающего воздуха, параметры водоисточников,: дебит, минерализация воды, содержание в воде абразивных частиц, динамический уровень и внутренний диаметр скважин и шахтных колодцев.
Для механизации пастбищного водоснабжения в Казахстане в основном используют серийно выпускаемые водоподъемники: для шахтных колодцев - ленточные ВЛМ-100 (75,5%) и шнуровые ВШП-50 (13%), а также ветроводоподъемники с поршневым насосом (4%); для скважин - шнуровые ВШП-50 (42,4%), электропогружные насосы (22%) и пневматические лифтные и камерные водоподъемники (7%), которые эффективно могут быть использованы при определенных условиях.
Из водоисточников наиболее перспективными экологически чистыми являются подземные - шахтные колодцы и скважины (около 31 и 28 тыс.шт. по Республике и около 3,0 и 0,6 тыс.шт. по Алматинской области), из которых последние имеют предпочтение. Однако шахтные и трубчатые колодцы требуют механизации водоподъема. На эти водоисточники в основном должна быть направлена механизация водоснабжения фермерских и крестьянских хозяйств и следовательно направление исследований по совершенствованию перспективных существующих проектов обводнения пастбищ с использованием прогрессивных энергосберегающих технологий водоподъема.
Для механизации водоподъема из скважин наиболее перспективными водоподъемниками для высот водоподъема до 50м являются ленточные водоподъемники с металлическими направляющимии типа ВЛС-50 конструкции КазНИИМСХ и шнуровые водоподъемники ВШП-50. Однако ленточный водоподъемник ВЛС-50 имеет сложную конструкцию рамы и водоприемной коробки и требует его совершенствования.
На этом основании повышение эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств в Республики Казахстан на примере Алматинской области с использованием перспективных насосных установок и водоподъёмников является актуальной проблемой.
Цель дипломного проекта. Повышение эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств АПК на примере Алматинской области с использованием перспективных ленточных водоподъемников для скважин с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты, выполненных на базе серийно выпускаемого для шахтных колодцев ленточного водоподъемника ВЛМ-100.
Объект исследования. Усовершенствованная конструктивно-технологическая схема ленточного водоподъемника для скважин на базе ленточного водоподъемника для шахтных колодцев ВЛМ-100.
Предмет исследования. Технологический процесс подъема воды из скважин ленточным водоподъемником с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты.
Задачи выполняемых работ:
- обоснование проекта повышения эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств АПК Алматинской области с использованием перспктивных насосных установок, в соответствии с водным Кодексом;
- выбор и обоснование технологий и водоподъемно-технических средств для эффективного обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств исследуемой зоны;
- обоснование методики расчет водозабора проекта обводнения пастбищ типового хозяйства на примере принятой насосной установки;
- технико-экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.
В дипломной работе использованы следующие исследования: аналитические, патентные, теоретические и экспериментальные, а также инженерные расчеты по определению исходных и основных параметров ленточного водоподъемника с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты, выполненного на базе ВЛМ-100.
Годовой эффект от реализации дипломного проекта по расчетным данным составил 137,3...177,8 тыс. тенге.

1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ КРЕСТЬЯНСКИХ И ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ АПК АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК.

1.1 Характеристика объекта исследования пастбищного водоснабжения

Исследуемый объект пастбищного водоснабжения с использованием перспективных насосных установок (на примере Алматинской области) расположен в регионе Южного Казахстана. Территория Алматинской области составляет 223,9 тыс.кв.км, восточной границей является Китайская народная республика, южная - Кыргызстан, северная часть проходит вдоль Восточно-Казахстанской и Карагандинской областей, границей западной части является Жамбылская область. Пастбища Алматинской области в основном расположены в северной части ее территории, площадь которой составляет 4821,6 тыс.гектаров.
Казахстан имеет 183 млн.га естественных пастбищ, в том числе в системе Министерства сельского хозяйства - 154,4 млн.га., пригодных для использования в сельском хозяйстве, из которых 80 % находятся в пустынной и сухостепной зонах с малым количеством осадков и поверхностных водоисточников [2,3,5]. План землепользования Алматинской области дан на
рисунке 1.

Рисунок 1. План землепользования Алматинской области

Пастбища Алматинской области обводняются преимущественно подземными водами - скважинами и шахтными колодцами, которых построено соответственно около 600 скважин и 3000 шахтных колодцев.
На территории Алматинской области по состоянию на 2001 г. было разведано 52 месторождений подземных вод эксплуатационными ресурсными запасами 197,2 м[3]с, по Южному Казахстану разведано 146 месторождений с эксплуатационными ресурсными запасами 296,1 м[3]с, а в целом по Казахстану разведано 623 месторождений подземных вод с ресурсными запасами 502,1 м[3]с. Распределение разведанных эксплуатационных запасов подземных вод по целевому их назначению по Алматинской области и по региону Южного Казахстана представлено в таблице 1.1.
Из таблицы 1.1 следует, что Алматинская область имеет значительные эксплуатационные запасы подземных вод по сравнению с другими областями Южного региона (Жамбылской, Кызылординской и Южно-Казахстанской), в том числе хозяйственно-питьевого назначения - 47,1 м[3]с, из них на обводнение пастбищ приходится около 38 % или 17,9 м[3]с (1,5 млн.м[3]сут), т.е. перспективы обводнения пастбищ подземными водами обнадеживающие.
Таблица 1.1
Распределение разведанных запасов подземных вод по целевому назначению

Регион, область
Коли-чество место-рождений
Разведанные эксплуатационные запасы по целевому назначению, м[3]с

Хозяйст-венно-питьевое водоснабжение (ХПВ)
Орошение земель (ОРЗ)
Производственно-техничес-кое водоснабжение (ПТВ)
Бальнеологические и минеральные воды (БМВ)
Всего
В т.ч. с минерализацией до 1 гдм[3]
1
2
3
4
5
6
7
8
Южный Казахстан
146
100,2
184,4
11,3
0,20
296,1
259,6
Алматинская
52
47,1
147,8
2,25
0,11
197,2
175,4
Жамбылская
39
18,1
27,5
5,8
0,03
51,46
49,2
Кызылординская
25
13,75
2,16
0,68
0,02
16,61
12,43
Южно-Казахстанская
30
21,3
7,0
2,5
0,04
30,8
22,5
Итого по РК
623
194,4
273,3
34,0
0,37
502,1
405,4

Распределение обводнения пастбищ разными водоисточниками следующий: трубчатыми колодцами - 39,88 % площади; шахтными колодцами - 29,9 %, водопроводами - 0,74 %; каналами, каптажами и копанями - 10,91 %; водоналивными пунктами - 1,2 %; реками и ручьями - 12,2 %; родниками - 3,7 % и озерами - 1,4 % площади [2,3,5].
Из распределения следует, что основными водоисточниками обводнения пастбищ являются подземные - скважины и шахтные колодцы. Поэтому создание новых перспективных и совершенствование существующих водоподъемников для пастбищных скважин и шахтных колодцев является важной народнохозяйственной задачей. Существенное влияние на создание конструкций пастбищных водоподъемников и их применение оказывают природно-хозяйственные факторы: сезонность использования пастбищ, температура окружающего воздуха, суточное водопотребление, параметры водоисточников: минерализация воды, содержание в воде абразивных частиц, дебит, динамический уровень и внутренний диаметр особенно скважин.
Природно-хозяйственные и климатические условия Алматинской области характеризуются большим разнообразием. Температура воздуха за теплый период (на летних и осенне-весенних пастбищах) изменяется в среднем от 18,6[0]С до 3,8[0]С, число дней с температурой выше 10[0] колеблется от 185 до 10. Количество осадков, выпадающих в течении года, составляет от 100 мм до 680 мм. Почва по своему составу имеет 18 разновидностей - это в основном песчаные, темно-каштановые, светло-серые, горно-луговые и другие [6,7,8].
Территория Алматинской области подразделяется на пять природно-хозяйственных зон: высокогорная альпийских и субтропических лугов; горная садоводства, мясомолочного скотоводства и картофелеводства; горно-степная зерновых, кормовых, технических и овощных культур, садоводства и молочного скотоводства; предгорная пустынно-степная поливного земледелия и тонкорунного овцеводства; пустынная овцеводства.
Пастбищное содержание животных в Казахстане, в том числе в Алматинской области, представляет сезонное использование массивов разной кормоемкости (скотоемкости) [9].
По приведённым данным В.Ф.Червинского [10] сезон использования пастбищ по Казахстану, в т.ч. по Алматинской области, составляет: зимой - 82...166 дней, летом - 60...122 дня, осенью - 71...90 дней и весной - 46...77 дней.
Площадь обводнения пастбищ скважинами и шахтными колодцами в зависимости от сезона их использования составляет: на летних пастбищах - 25,8 %, на осенне-весенних - 38,6 % и на зимних - 35,6 %.
На этом основании работа водоподъемника - сезонная с периодом от 77 до 166 дней и нормативной загрузкой при семичасовом рабочем дне от 540 до 1160 часов. На пастбищах водоподъемно-силовое оборудование эксплуатируют, в основном, в неотапливаемых помещениях или под навесом, поэтому температура воздуха непосредственно влияет на условия его эксплуатации, особенно на силовое оборудование, находящееся на поверхности земли. На территории Алматинской области максимальные температуры воздуха колеблются от 46[0]С на юге до 40...42[0]С на севере и северо-востоке, до 44[0]С на западе и 42...44[0]С в центральной части. Минимальные температуры колеблются: -35[0]С на юге, -45[0]С в центральной части и на севере и -30...-40[0]С на западе и северо-востоке [6,7].
По природно-хозяйственным факторам и технико-экономических соображений нормальная работа водоподъемника должна быть обеспечена без утепления в диапазоне температур окружающего воздуха 30[0]С; при более низких температурах необходимо специальное утепление.
Суточное водопотребление на пастбищах [11] зависит от периода использования пастбища, количества животных на одном водопойном пункте, норм водопотребления для животных и для собственных нужд обслуживающего персонала и служит одним из основных факторов в обосновании подачи водоподъемника.
По нормативным документам - Указаниям по проектированию сельскохозяйственного водоснабжения СН-2в 7-63 водопойный пункт на пастбище должен обслуживать не более 2000 голов овец или 250 голов крупного рогатого скота, или 250 лошадей.
При пастбищно-стойловом содержании животных в Казахстане овцы являются самым распространенным и ёмким потребителем воды с поголовья овец от 1000 до 2000 овец на одном водопойном пункте.
Рекомендуемые суточные нормы водопотребления сельскохозяйственных животных по данным Карешова Х. [11] в условиях пастбищного водоснабжения Казахстана, приведены в таблице 1.1.
В соответствии с данными таблицы 1.2 и допустимого содержания животных на одном водопойном пункте, суточные водопотребления даны в таблице 1.3.

Таблица 1.2

Рекомендуемые суточные нормы водопотребления сельскохозяйственных животных, дм[3]гол

Вид животных
Период использования пастбища

Летний
Весенне-осенний
Зимний
Крупный рогатый скот
50
40
30
Лошади
50
40
30
Овцы взрослые
8
5-6
3

Таблица 1.3

Среднесуточное водопотребление животными в условиях пастбищного и сельскохозяйственного водоснабжения, м[3]

Вид животных
Период использования пастбища
Количество животных на одном водопойном пункте, гол. на пастбищах

250
1000
2000
Крупный рогатый скот
Летний
12,5
-
-

Весенне-осенний
10
-
-

Зимний
7,5
-
-
Лошади
Летний
12,5
-
-

Весенне-осенний
10
-
-

Зимний
7,5
-
-
Овцы
Летний
-
8
16

Весенне-осенний
-
6
12

Зимний
-
3
6

Из таблицы 1.3 следует, что овцы имеют минимальное водопотребление - 3 м[3] в зимний период и максимальное водопотребление - 16 м[3] в летний период, которое является обоснованием предела суточного водопотребления животными на одном водопойном пункте.
С учетом потребности воды на собственные нужды обслуживающего персонала (9...15) % [2], расчетное суточное водоснабжение составит: на естественных пастбищах - 3,3 м[3]...18,4 м[3], а с учетом полива приусадебных участков и выращиваемых потребителем сельскохозяйственных культур - до 36 м[3].
В условиях пастбищного водоснабжения наиболее существенными факторами, влияющими на долговечность работы насосов, являются минерализация воды и содержание в ней абразивных частиц. Первый фактор вызывает окисление деталей, особенно трущихся поверхностей, разрушения их и отложения на них осадков, второй - способствует абразивному износу трущихся поверхностей во время работы и заклинивание их при остановках. На основании Указаний по проектированию сельскохозяйственного водоснабжения [12] предельная минерализация и химический состав воды, допустимой для поения взрослых овец, составляют: сухого осадка до 5,0 гдм[3], содержания хлоридов и сульфатов - до 2,0 и 2,4 гдм[3] каждого, общая жидкость воды - до 45 мг.эквдм[3].
По минерализации воды на пастбищах скважины распределялись следующим образом: с содержанием до 3 гдм[3] - 79,8 %, от 3 гдм3 до 7 гдм3 - 17,4 % и свыше 7 гдм3 - 2,8 %. Предельная минерализация составляет 15 гдм3 при жесткости воды до 90 мг.эквдм[3] [3,5].
При минерализации воды до 15 гдм[3] должна быть обеспечена нормальная работа водоподъемников. Однако не все типы водоподъемников могут надежно работать при этой минерализации. Поэтому, с учетом применения водоподъемников и распределения водоисточников по уровню минерализации, приняты три их рациональных уровня: до 2 гдм[3] , 5 гдм[3] и 15 гдм[3] с вероятностью охвата трубчатых колодцев - до 59 %, 88 % и 100 % и шахтных - до 58 %, 92 % и 100 %.
В зависимости от содержания твёрдых частиц в водоисточниках вода в них условно классифицируется на пять групп [13], из которых две относятся к водоисточникам на пастбищах: а) чистая: вполне чистая - до 0,002 % частиц по массе, достаточно чистая - свыше 0,002 % до 0,02 %, условно чистая - свыше 0,02 % до 0,2 % частиц по массе и б) загрязненная - свыше 0,2 % до 2 % частиц по массе.
В условиях пастбищного водоснабжения вполне чистой воды нет, она начинается с достаточно чистой с содержанием абразивных частиц в пределах (0,01...1) % по массе, в основном, в виде мелко и тонкозернистых песков; количество таких водоисточников составляет около 24 % [2].
По представленным данным вода пастбищных водоисточников Казахстана разделена на три группы: до 0,02 %, до 0,1 % и до 1,0 %содержания абразивных частиц по массе с вероятностью охвата водоисточников соответственно до 76 %, 90 % и 100 %.
Для подъема воды с содержанием абразивных примесей от 0,5 % до 1 % пастбищных водоподъемников вообще нет, а от 0,02 % до 1 % - их нет для высоты водоподъема свыше 50 м.
Основные параметры водоисточников: дебит, динамический уровень и внутренний диаметр являются существенными, влияющими на обоснование параметров водоподъемников: подачи, высоты водоподъема и диаметров (поперечных габаритов) насосов и объема их применения.
На пастбищах Казахстана параметры водоисточников имеют следующие распределения [4]:
а) для скважин:
- дебит: до 0,18 дм[3]с - 1,53 %, (0,18...0,36) дм[3]с - 2,74 %, (0,36...0,50) дм[3]с - 2,13 %, (0,50...0,75) дм[3]с - 10,89 %, (0,75...1,0) дм[3]с - 11,62 %, (1,0...1,55) дм[3]с - 18,7 %, (1,5...2,0) дм[3]с - 10,92 %, (2,0...3,0) дм[3]с - 11,06 %, (3,0...4,0) дм[3]с - 13,06 %, (4,0...5,0) дм[3]с - 2,97 %, (5,0...7,5) дм[3]с - 8,03 %, (7,5...10,0) дм[3]с - 2,17 %, (10,0...10,23) дм[3]с - 4,23 %;
- динамический уровень: до 25 м - 34 %, до 50м - 64,35 %, до 80 м - 94,43 %, до 130 м - 98,7 %.
- условные диаметры обсадных труб: (114...140) мм - 11,1 %, 168 мм -47,5 %, 219 мм - 28,7 %, 237 мм - 12,7 %;
б) для шахтных колодцев:
- дебит: до 0,1 дм[3]с - 50,4 %, (0,1...0,2) дм[3]с - 28,4 %, (0,2...0,4) дм[3]с - 15,3 %, (0,4...0,8) дм[3]с - 3,3 %, более 0,8 дм[3]с - 2,6 %;
- рабочие объемы воды (высота столба воды): до 0,5 м[3] (0,6 м) - 9,6 %, (0,5...1,0) м[3] (0,6 м...1,3 м) - 20,6 %, (1,0...2,0) м[3] (1,3 м...2,6 м) - 32,5 %, (2,0...4,0) м[3] (2,6 м...5,2 м) - 29,0 %, более 4 м[3] (5,2 м) - 8,3 %;
- глубина до дна: до 10 м - 75,46 %, (10...20) м - 18,84 %, (30...40) м - 4,65 %, (40...80) м - 1,05 %;
- внутренний диаметр шахты - (0,9...1,1) м.
Из приведенного распределения параметров скважин и шахтных колодцев следует, что они, кроме внутреннего диаметра шахтного колодца, изменяются в широких диапазонах и поэтому выбор их оптимальных значений требует обоснования.
Количество подземных водоисточников (скважин и шахтных колодцев) и их распределение по высоте водоподъема (динамическому уровню воды)[3]:
- скважин всего - 616 шт.;
- распределение скважин по высоте водоподъема (Н): при 0 Н = 50 м - 109 шт. (17.7%); при 50 Н = 80 м - 407 шт. (66,1 %); при 80 Н = 130 м - 100 шт. (16,2 %) (рисунок 1.2):

Н - высота водоподъема, м;
iск - число скважин, ш

1.2 Существующие проекты обводнения пастбищ

Проекты обводнения пастбищ, в том числе для Казахстана, разрабатывались специализированными проектными организациями Союзгипроводхоз Минводхоза СССР и Казгипроводхоз КазССР в период 70-х-80-х годов [3], в последующие годы они лишь уточнялись и совершенствовались.
Проект обводнения пастбищ включал в себя типовой водопойный пункт, разработанный по проекту ТП 820-145, и насосную установку (водоподъемник) необходимого типоразмера, преимущественно серийного производства промышленностью или рекомендованные водоподъемники машиноиспытательными станциями в серийное производство.
Типовые проекты разрабатывались как для подъема воды из скважин, так из шахтных колодцев [3], которые широко использовались для обводнения пастбищ, в том числе в исследуемой зоне - Алматинской области.
Для обводнения пастбищ из скважин существуют два типа проекта, которые отличаются использованием в них разных типов насосных установок, один из которых оборудован погружными электронасосами типа ЭЦВ, другой - шнуровым водоподъемником ВШП - 50.
Проекты обводнения пастбищ из скважин даны на рисунке 1.1, где представлен водопойный пункт зимнего и летнего типа при скважине по типовому проекту ТП 820-145 с погружным электронасосом типа ЭЦВ 6-6,3-85.
Существующий проект состоит из скважины 1 глубиной 50 м, с обсадной трубой условного диаметра 168 (6 дюймов). В скважину опущен на трубах погружной электронасос 2 с оголовком и арматурой. Над скважиной сооружено железобетонное здание 4 ограждения оголовка. В помещении поставлена печь 3 для обогрева в зимнее время. Воду в резервуар насос подает по трубе 50 мм. Питание насоса электроэнергией осуществляется от передвижной электростанции АБ-4-Т400 13. Конструкции резервуаров 6 для воды, водопойное корыто 10 и площадка 11 такие же, как и проекта с шахтным колодцем.

Параметры насосной установки данного существующего проекта:
Техническая характеристика
Тип насосной установки ... ... ... ... ...
центробежный, погружной насос
Подача, м[3]ч ... ... ... ... ... ... ... . ...
6,3
Напор, м.вод.ст ... ... ... ... ... ... ... ...
85
Мощность электродвигателя, кВт...
2,8
Напряжение электросети, В ... ... ... ..
380
Общая масса, кг ... ... ... ... ... ... ... .
770
Аналогичный проект обводнения пастбищ из скважин был разработан с использованием шнурового водоподъемника ВШП - 50 А.

Параметры насосной установки данного существующего проекта:
Техническая характеристика
Тип насосной установки ... ... ... ... ... ... .. ... ...
шнуровой, водоподъемник
Подача, м[3]ч ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
0,7-6,1
Высота водоподъема, м.вод.ст ... ... ... ... ... ... ... ...
до 50
Линейная скорость рабочего органа (шнура), мс..
2,8 - 4,8
Мощность двигателя, кВт ... ... ... ... ... ... ... ...
3,3
Габаритные размеры наземной части, мм ... ... ...
1650 Х 650 Х 900
Масса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
487

Рисунок 1.1 Общий вид проекта обводнения пастбищ из скважин с использованием погружного электронасоса

1 - скважина ; 2 - электронасос; 3 - печь обогрева; 4 - здание ограждения; 5 - смотровой люк; 6 - резервуар; 7 - грунтовая обсыпка; 8 - запорное устройство; 9 - труба для воды; 10 - корыто; 11 - отмостка площадки плитами; 12 - плиты резервуаров; 13 - электростанция.

Были разработаны также три проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев, оборудованные следующими водоподъёмниками: ленточным водоподъемником ВЛМ - 100М; плавающим насосом ППН-25 и винтовым водоподъемником 1В-203.
Таким образом, из обзора работ установлено, что имелось пять существующих проектов для подъема воды из скавжин и три - из шахтных колодцев, которые в основном отличались использованными в них насосными установками и основными параметрами по подаче и высоте водоподъема.

1.3 Направление исследования и решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК

Анализ состояния существующих проектов обводнения пастбищ в целом по Республике Казахстан и по исследуемой зоне показал, что существует преимущественно четыре направления по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников:
oo центробежные погружные насосы (производители Казахстан, Россия, Германия и др.);
oo центробежные плавающие насосы (производители Россия);
oo шнуровые и ленточные водоподъемники (производители Казахстан);
oo винтовые водоподъемники (производители Россия).
Каждое направление имеет свои достоинства и недостатки:
oo первое направление - центробежные (погружные) насосы имеют большой типоразмерный ряд по напору и диаметру, позволяющие покрывать все высоты водоподъема скважин, могут использоваться круглогодично, однако применение их ограничено по минерализации воды (до 2 гдм3) и по содержанию воде твердых частиц (песка) - до 0,02 % по массе, ограничено их применение - не пригодны для шахтных колодцев;
oo второе направление - центробежные плавающие насосы имеют простоту монтажа и демонтажа насоса во внутрь колодца, не требующих подъемного крана, достаточную подачу и напор для пастбищных условий, однако применение их ограничено - не пригодны для скважин, привод лишь от электросети;
oo третье направление - шнуровые и ленточные водоподъемники просты по конструкции, могут использоваться при более повышенной минерализации воды (до 5 гдм3) и содержание песка в воде до 0,5 % по массе, имеют достаточную подачу и высоту водоподъема для пастбищных условий, однако шнуровой водоподъемник имеет большую металлоемкость (до 487 кг), труден в монтаже (нужен автомобильный кран), ленточный ВЛМ-100, не может использоваться для скважин из-за большого габарита опускаемого блок-шкива (320 мм);
oo четвертое направление - винтовые водоподъемники имеют достаточную подачу и напор для пастбищных условий, однако насос сложен в изготовлении имеет большую металлоемкость (450 кг), труден в монтаже и демонтаже (требует автомобильного крана), не может использоваться для скважин из-за большого габарита насосной части (500 мм), опускаемой в колодец.
Для дипломной работы принято третье направление - шнуровые и ленточные водоподъемники, которое при устранении отмеченных недостатков будет отвечать поставленной цели дипломного проекта и как наиболее эффективное для исследуемой зоны.
В связи с чем поставлены следующие решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК:
1. Обоснование совершенствования проекта обводнения пастбищ с использованием Водного Кодекса.
2. Выбор рациональной конструктивно-технологической схемы малогабаритного ленточного водоподъемника для подъема воды из подземных водоисточников - скважин и шахтных колодцев.
3. Расчет основных параметров малогабаритного ленточного водоподъемника для принятого проекта обводнения пастбищ.
4. Технико-экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.

Принятые задачи в дипломном проекте должны соответствовать следующим требованиям Водного Кодекса РК [1]:
1. Использование основных понятий в соответствии со статьей 1.
2. Поддержание экологически безопасного и экономически оптимального уровня водопользования и охраны водного фонда, водоснабжения для сохранения и улучшения жизненных условий населения и окружающей среды (Статья 3).
3. Соблюдение принципов водного законодательства РК по рациональному водопользованию с освоением современных технологий, позволяющих сократить водозабор воды и снизить вредное воздействие вод (Статья 9 и 10).
4. Использование подземных водных объектов совместного и обособленного пользования и соблюдения права пользования водными объектами (Статьи 13,17,18 и 22).
5. Собственники водохозяйственных сооружений несут ответственность за их безопасное техническое состояние в соответствии с законами РК (Статья 32).
6. В случае нарушения водного законодательства РК, собственник по судебному иску возмещает ущерб, нанесенный государству (Статья 40).

1.4 Обоснование проекта обводнения пастбищ на примере Алматинской области с использованием перспективных насосных установок.

На основании изучения состояния системы обводнения пастбищ и анализа существующих проектов обводнения пастбищ как в целом по Казахстану и по исследуемой зоне - Алматинской области, нами из четырех существующих направлений по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников, в целях обводнения пастбищ, в первом приближении принято третье направление - шнуровые и ленточные водоподъемники, которое имеет свои преимущества и недостатки, указанные выше в п.1.3.
Принятое направление имеет два подтипа водоподъемников - шнуровой ВШП-50А и ленточный ВЛМ-100, каждый из которых серийно по заявкам потребителей изготовляется. Однако один из них - шнуровой ВШП-50А предназначен для подъема воды из скважин и не может использоваться для подъема воды из шахтных колодцев, а второй - ленточный ВЛМ-100, наоборот, предназначен для подъема воды из шахтных колодцев и не может использоваться для подъема воды из скважин, т.е. существует общий технологический недостаток у обоих подтипов водоподъемников.
Предложенный дипломный проект пастбищного водоснабжения из подземных водоисточников (скважин) с использованием перспективного ленточного водоподъемника для скважин с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты, выполненных на базе серийно выпускаемого для шахтных колодцев ленточного водоподъемника ВЛМ-100, который повысит эффективность обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств АПК в исследуемой зоне - Алматинской области и в других аналогичных по природно-хозяйственным условиям.

1.5 Мероприятия по охране окружающей среды

Предлагаемый проект обводнения пастбищ с использованием ленточного водоподъемника для скважин с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты, выполненных на базе серийно выпускаемого для шахтных колодцев ленточного водоподъемника ВЛМ-100, предусматривает ряд мероприятий по охране окружающей среды, связанный с водопоем животных и сооружением типового водопойного пункта ТП 820-145. В соответствии с требованиями СНиП II-31-74 для подземных источников водоснабжения предусмотрена организация первого пояса санитарной охраны, обеспечивающей максимальную защиту водоносных горизонтов от поверхностного загрязнения. В случае надежно защищенных горизонтов, расстояние от подземного источника до границы площадки санитарной охраны принимается, равным 15 м, в случае недостаточной защищенности - 25 м.
В зоне санитарной охраны проводятся следующие мероприятия:
- устраивается пешеходная дорожка с асфальтовым покрытием к водоисточнику;
- вокруг колодца предусматривается гравийная отмостка шириной в 1 м;
- устанавливается ограждение зоны санитарной охраны, тип ограждения которого выбирается при привязке проекта в зависимости от местных условий и строительных материалов (металлической, железобетонной или деревянной конструкции);
- территория водозабора планируется с учетом отвода поверхностных вод;
- вся поверхность площадки зоны охраны и откосов засевается смесью трав.
Освоение проекта пастбищного партнера начинают со строительства скважины, водопойного пункта и завершают сооружением зоны санитарной охраны, монтажом и наладкой водоподъемной установки и сдачей ее в эксплуатацию.
Проект обводнения пастбищ с использованием предлагаемого ленточного водоподъемника для скважин ВЛМ - С ( с металлическими направляющими для водонесущей ветви рабочей ленты, выполненных на базе серийно выпускаемого для шахтных колодцев ленточного водоподъемника ВЛМ-100), дан на рисунке 1.2, где представлен водопойный пункт по типовому проекту ТП 820-145 с установленным новым типом водоподъёмника.

Рисунок 1.2 Общий вид проекта обводнения пастбищ из подземных ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.