ПРОЕКТ ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ ИЗ ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОКАМЕРНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА ВПКШ-30 НА ПРИМЕРЕ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
ШАЙМЕРДЕНОВА Г.Д.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
ПРОЕКТ ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ ИЗ ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОКАМЕРНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА ВПКШ-30 НА ПРИМЕРЕ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ
специальность 5В0801000 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Алматы 2018
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Гидротехника, мелиорация и бизнес
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема:______________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ _______________________
Объём, стр.______________
Количество чертежей и иллюстрационных материалов ______________
Приложения _____________
Выполнила ___________________________________ ________________ - - - - - - - - - - - - ____
(Ф. И. О.)
Допущена к защите ______________20___ г.
Заведующий кафедрой _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Консультанты:
_____________________ _______________ ____________________________
(раздел) (подпись) (Ф. И. О.)
_____________________ _______________ ____________________________
(раздел) (подпись) (Ф. И. О.)
Нормоконтроль _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Рецензент _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Алматы 2018
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Гидротехника, мелиорация и бизнес
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
Специальность 5В0801000 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель
ЗАДАНИЕ
на выполнение дипломной работы (проекта)
Студент ___________________________________ _______________________________
(Ф. И. О.)
Тема работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _____________________________________________________________
Утвержден приказом университета №____ от __________________20___г
Срок сдачи готовой работы (проекта)
_________________20___г
Исходные данные для работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _________________________
___________________________________ _______________________________
Список вопросов для разработки дипломной работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ________________________________
Список графических материалов (при необходимости)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ __________________________________
Рекомендуемая базовая литература
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _______________________________________________________
Консультанты по специальным разделам работы (проекта)
Раздел
Консультант
Срок
Подпись
Заведующий кафедрой ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель работы ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Принял задание на
выполнение,студент _________________ _________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
ГРАФИК
выполнения дипломной работы (проекта)
Коли
чество
Главы и список вопросов для рассмотрения
Срок предоставления руководителю
Примечания
Заведующий кафедрой ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель работы ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Принял задание на
выполнение, студент _________________ _________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Содержание
Нормативные ссылки ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .
8
Определения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
9
Обозначения и сокращения ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
10
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
11
1.
Обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соответствии с водным Кодексом ... ... ... ... ... ... ... ... ...
12
0.1. Характеристика объекта исследования по обводнению пастбищ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
12
0.2. Существующие проекты обводнения пастбищ ... ... ... ..
19
0.3. Направление исследования и решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК ... ... ... ... ... ... ... ... .
22
0.4. Обоснование проекта обводнения пастбищ на примере Алматинской области с использованием пневмокамерного шахтного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ... ... ... .
24
0.5. Мероприятия по охране окружающей среды ... ... ... ...
24
2.
Выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВКПШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев ... ...
27
2.1 Обзор работ и результаты аналитических исследований по пневмокамерному способу водоподъема из шахтных колодцев ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
28
3.
Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для принятого проекта обводнения пастбищ типового хозяйства ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
34
3.1 Теоретические предпосылки по основным узлам пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
34
3.2 Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемникаВПКШ-30 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
3.3 Результаты экспериментальных исследований и испытаний пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
59
3.4 Производство монтажных работ. Эксплуатация, техника безопасности и экологическое воздействие на окружающую среду ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
66
4.
Технико - экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ...
70
4.1 Выбор методики расчета экономической эффективности проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
70
4.2 Исходные данные для расчета экономической эффективности обводнения пастбищ с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
71
Заключение ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
75
Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... . ... ... ..
77
Приложения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
80
Приложение А. Расчёт экономической эффективности разработки дипломного проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
81
Приложение Б. Авторское свидетельство на изобретение: №1142662 от 1.11.1982 Двухпоточныйвоздухораспределитель ... ... ... ...
88
Приложение В. Описание изобретения к авторскому свидетельству (Двухпоточный воздухораспределитель насоса замещения) SU 1142662 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
89
Приложение Г.Коммерческое предложение АО ЮКМЗ №166 от 10.07.2017 г. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
92
Приложение Д. Прайс - лист. Компрессоры воздушные, поршневые, винтовые ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
93
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 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 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.
ГОСО РК 5.03.16-2009 Правила выполнения дипломной работы (проекта) в высших учебных заведениях. 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.
Напор вакуумный - давление ниже атмосферного (разряжение), создаваемое насосной установкой, во всасывающем патрубке, измеряемое в м.вод.ст., определяется зависимостью , где - давление атмосферное, Па; - давление во всасывающем патрубке насосной установки, Па; - вакуумный 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.
Напорно-вакуумная насосная установка - техническое средство для подъема воды и подачи воды из водотоков, создающее напор и вакуум, используя для привода кинетическую энергию движущейся воды в водотоке.
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).
Параметр - величина, характеризующая какое-либо основное свойство процесса, явления или системы, машины, устройства (например, подача, высота водоподъема, напор насоса).
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.;
Нд - динамический уровень воды в водоисточнике, м;
η - коэффициент полезного действия насосной установки (водоподъемника), двигателя, привода, использования рабочего времени смены;
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;
λ - коэффициент трения воды в трубопроводах;
К - коэффициент расхода сжатого воздуха при воздушном способе подъема воды;
m - масса груза, тел, установки и т.д., кг;
δв - толщина слоя воды, поднимаемая лентой, м;
F - сила центробежная, подъемная, Н;
в - ширина ленты, шкива, водоприемной коробки, м;
h - глубина погружения насоса под динамический уровень воды, м;
qсут - среднесуточное водопотребление на одном водопойном пункте, м[3]сут;
t - время протекающего процесса, с;
ΔР - потери давления в пневматической системе насосной установки, м;
ΔН - потери давления в гидравлической системе насосной установки, м;
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. Перед Республикой Казахстан на период до 2030 года в числе первоочередных приоритетных направлений рыночной экономики поставлена задача дальнейшего развития сельского хозяйства в ближайшие годы, в том числе по решению проблем водоснабжения, электро - снабжения, благоустройства и развития мясного скотоводства, тонкорунного и полутонкорунного овцеводства с максимальным использованием естес - твенных пастбищ, которая актуальна при переходе на рыночные отношения. [1]
Республика Казахстан имеет хорошие условия для производства животноводческой продукции с использованием естественных пастбищ, площадь которых составляет 183 миллиона гектаров, из них в системе Министерства сельского хозяйства - 154,4 миллиона гектаров, в том числе в Алматинской области - 4821,6 тыс.га [2].
Водоснабжение фермерских и крестьянских хозяйств осуществляется за счет подземных вод - шахтных и трубчатых колодцев в объеме 69,8 % и наземными водами - около 30 %.
В настоящее время в силу экономических условий поголовье скота фермерских и крестьянских хозяйств сосредоточено вокруг населенных пунктов и открытых водоисточников, что значительно увеличивает нагрузку на ограниченную территорию пастбищ (около 30 миллионов гектаров), 50 % которой в различной степени деградировано.
Проблема водообеспечения фермерских (крестьянских) хозяйств должна решаться в сочетании рационального использования водных ресурсов, сохранения кормовых угодий и не оказывать вредного влияния на экологию окружающей среды.
Наиболее перспективными экологически чистыми являются водоисточники подземные - шахтные и трубчатые колодцы, которых в РК насчитывается:скважин (около 30 тыс. шт.) и шахтных колодцев(31 тыс. шт.), которыми обводнено 69,8 % площадей, в том числе скважинами - 39,9%, в перспективе к 2020 году ими будет обводнено до 80 % площади. В исследуемой зоне - Алматинской области имеется 3141 шахтных колодцев и 616 скважин. В связи, с чем основное внимание науки должно быть направлено на механизацию водоподъёма из этих источников с применением прогрессивных материало- и энергосберегающих технологий при создании новых и усовершенствовании существующих подъёмно-технических средств.
Повышение эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств в Республики Казахстан с использованием перспективных насосных установок и водоподъёмников является актуальной проблемой.
Основным водоподъемным оборудованием для водоснабжения из подземных водоисточников в Республике Казахстан являются напорные насосы, преимущественно погружные электронасосы типа ЭЦВ, в том числе на пастбищах (22%), воздушные насосные установки эрлифтные и пневмокамерные (32%), а также безнапорные водоподъёмники: ленточные ВМЛ-100 и шнуровые ВШП-50 (42 %) и ветроводоподъемники с поршневым насосом (4 %) [3,4].
Однако, не все насосные установки и водоподъёмники могут эффективно использоваться в исследуемой зоне, т.е. в условиях с повышенной минерализацией воды - свыше 2 до 15 гдм[3] и содержанием в ней твердых частиц (песка) - свыше 0,02 до 1 % по массе, которых имеется в Казахстане в условиях пастбищ соответственно не менее 40% и 24%. Так, например, погружные электронасосы типа ЭЦВ могут успешно эксплуатироваться в условиях подъема воды с минерализацией до 2 гдм[3] и содержанием твердых частиц (песка) до 0,02% по массе, ленточные и шнуровые водоподъёмники - с минерализацией до 10 гдм3 и содержанием твердых частиц (песка) до 0,5% по массе, и лишь воздушные насосные установки эрлифтные и пневмокамерные могут эффективно эксплуатироваться в условиях подъема воды с предельно допустимой минерализацией воды до 15 гдм[3] и содержанием в ней твердых частиц (песка) до 1 % по массе.
Таким образом, решение проблемы обводнения пастбищ в Казахстане из подземных водоисточников в условиях повышенной минерализации воды и содержанием твёрдых частиц рационально осуществить с использованием воздушных насосных установок пневмокамерных и эрлифтных с приводом от энергии сжатого воздуха.
Цель дипломного проекта.Повышение эффективности пастбищного водоснабжения из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области.
Объект исследования. Система обводнения пастбищ подземными водами с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
Задачи выполняемых работ:
- обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соответствии с водным Кодексом;
- выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев;
- расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30для принятого проекта обводнения пастбищ типового хозяйства;
- технико - экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.
В дипломной работе были использованы следующие исследования: аналитические, теоретические и экспериментальные, а также инженерные расчеты по определению исходных и основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ ИЗ ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОКАМЕРНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА ВПКШ-30 НА ПРИМЕРЕ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ В СООТВЕТСТВИИ С ВОДНЫМ КОДЕКСОМ
1.1 Характеристика объекта исследования по обводнению пастбищ
Исследуемый объект по обводнению пастбищ с использованием шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30(на примере Алматинской области) расположен на юге Алматинской области. 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. План землепользования Алматинской области показан на рисунке 1.2.
Пастбища Алматинской области в основном расположены в северной части ее территории, площадь которой составляет 4821,6 тыс.гектаров.
В целом по Казахстану имеется 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].
Основная часть пастбищ по Алматинской области и в целом по Казахстану обводняется подземными водами - скважинами и шахтными колодцами.
На территории Алматинской области по состоянию на 2001 г. было разведано 52 месторождений подземных вод эксплуатационными ресурсными запасами 197,2 м3с, по Южному Казахстану разведано 146 месторождений с эксплуатационными ресурсными запасами 296,1 м3с, а в целом по Казахстану разведано 623 месторождений подземных вод с ресурсными запасами 502,1 м3с.
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 видно, 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 м3с, из них на обводнение пастбищ приходится около 38 % или 17,9 м3с (1,5 млн.м3сут), 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
Хоз.-питьевое водоснаб. (ХПВ)
Орошение земель (ОРЗ)
Произв.-технич.водоснаб. (ПТВ)
Бальнеологич. и мин. 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
Количество шахтных колодцев и их распределение по высоте водоподъема (динамическому уровню воды) [3]:
- шахтных колодцев всего - 3141 шт.;
- распределение шахтных колодцев по высоте водоподъема (Н): при 0Н=10 м - 1480 шт(47,4%); при 10 Н = 20 м - 1334 шт(42,5 %); при
20Н=40м - 264 шт (8,4 %); при Н 40 м - 55 шт. (1,7 %) (рисунок1.1).
Н - высота водоподъема, м; iшк - число шахтных колодцев, шт.
Рисунок 1.1 График распределения шахтных колодцев по высоте водоподъема
Рисунок 1.2 План землепользования Алматинской области
Процент 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].
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 трубчатых 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 шахты.
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 18,6ºС до 3,8ºС, число дней с температурой выше 10ºС 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 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 представляет сезонное использование массивов разной кормоемкости (скотоемкости) [9].
По 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 трубчатыми 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 %.
Следовательно, работа водоподъемника - круглогодичная от 122 до 265 дней и нормативной загрузкой при семичасовом рабочем дне от 740 до 1650 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 460С на юге до 40...420С на севере и северо-востоке, до 440С на западе и 42...440С в центральной части. Минимальные температуры колеблются: -350С на юге, -450С в центральной части и на севере и -30...-400С на западе и северо-востоке [6,7].
С учетом этой температуры и технико-экономических соображений нормальная работа водоподъемника должна быть обеспечена без утепления в диапазоне температур окружающего воздуха 300С; 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.
Согласно 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 емким потребителем воды с поголовья овец от 1000 до 2000 овец на одном водопойном пункте.
Среднесуточные нормы водопотребления сельскохозяйственных животных, рекомендованные Карешовым Х. [11] в условиях пастбищного водоснабжения Казахстана, приведены в таблице 1.2.
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, дм3гол
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, м3
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
Овцы имеют минимальное водопотребление - 3 м3 в зимний период и максимальное водопотребление - 16 м3 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 м3...18,4 м3, а с учетом полива приусадебных участков и выращиваемых потребителем сельскохозяйственных культур - до 36 м3.
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 гдм3, содержания хлоридов и сульфатов - до 2,0 и 2,4 гдм3 каждого, общая жидкость воды - до 45 мг.эквдм3.
По минерализации воды на пастбищах трубчатые колодцы распределялись следующим образом: с содержанием до 3 гдм3 - 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.эквдм3 [3,5].
При минерализации воды до 15 гдм3 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 гдм3 , 5 гдм3 и 15 гдм3 с вероятностью охвата трубчатых колодцев - до 59 %, 88 % и 100 % и шахтных - до 58 %, 92 % и 100 %.
В настоящее время в производстве нет пастбищных водоподъемников для подъема воды с минерализацией от 10 гдм3 до 15 гдм3 для всех высот водоподъема и от 2 гдм3 до 15 гдм3 - при высотах водоподъема более 50 м.
Вода в зависимости от содержания абразивных частиц 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 пастбищ 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].
На основании представленных данных 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 малое количество, а от 0,02 % до 1 % - их нет для высоты водоподъема свыше 50 м.
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.
В настоящее время на пастбищах Казахстана параметры водоисточников имеют следующие распределения [4]:
Для шахтных колодцев:
- дебит: до 0,1 дм3с - 50,4 %, (0,1...0,2) дм3с - 28,4 %, (0,2...0,4) дм3с - 15,3 %, (0,4...0,8) дм3с - 3,3 %, более 0,8 дм3с - 2,6 %;
- рабочие объемы воды (высота столба воды): до 0,5 м3(0,6 м) - 9,6 %, (0,5...1,0) м3 (0,6 м...1,3 м) - 20,6 %, (1,0...2,0) м3 (1,3 м...2,6 м) - 32,5 %, (2,0...4,0) м3 (2,6 м...5,2 м) - 29,0 %, более 4 м3 (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 шахтных колодцев следует, что они, кроме внутреннего диаметра шахтного колодца, изменяются в широких диапазонах и поэтому выбор их оптимальных значений требует обоснования.
1.2 Существующие проекты обводнения пастбищ
Существующие проекты обводнения пастбищ для Казахстана разрабатывались специализированными проектными организациями Союзгипроводхоз Минводхоза СССР и КазгипроводхозКазССР в период 70-х-80-х годов [3], в последующие годы они лишь уточнялись и совершенствовались.
Каждый проект 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.
Типовые проекты для водоснабжения из шахтных колодцев были разработаны институтом Союзгипроводхоз Минводхоза СССР в 1981 г. под общим названием Простейшие типы водозаборов из подземных источников для водоснабжения сельского населения и их защита.
В состав этой серии вошли следующие типовые проекты шахтных колодцев, оборудованных механизированными водоподъемными установками [14]:
1. Шахтный колодец с ленточным водоподъемником ВЛМ-100М и защитным устройством от заражения в сельских районах.
2. Шахтный колодец с плавающим насосом и защитным устройством от заражения в сельских районах.
3. Шахтный колодец с винтовым водоподъемником 1 ВЭ-203 и защитным устройством от заражения в сельских районах.
В типовых проектах использовано водоподъемное оборудование, серийно выпускаемое промышленностью.
В данной серии типовых проектов разработана конструкция защиты колодцев от заражения.
Существующие проекты обводнения пастбищ из шахтных колодцев
Проект 1. Шахтный колодец с ленточным водоподъемником ВЛМ - 100М и защитным устройством от заражения в сельских районах аналогичен проекту обводнения пастбищ из скважин. Он состоит из водоподъемного пункта зимнего типа, спроектированного по ттиповому проекту ТП 820-145, шахтного колодца диаметром 1 м и глубиной 30 м и ленточного водоподъемника ВЛМ-100 для подъема воды из колодца.
Над колодцем установлена опора на которой закреплен водоподъемник ВЛМ - 100 с двигателем ЗИД-4,5. Над оборудованием спроектировано здание с печным обогревом помещения в холодное время года (на зимних и осенних пастбищах). Безнапорный слив воды осуществляют по подающей трубе диаметром 50 мм, длиной 5 м и уклоном 0,02, проложенной над землей к запасному резервуару. Резервуар представляет собой два монолитных железобетонных резервуара квадратного сечения (в плане) емкостью 3 м3 каждый. Сверху устроены железобетонные смотровые люки, а резервуар обсыпан грунтом с укреплением откосов железобетонными плитами. Из резервуара выходит отводная труба с запорным устройством в виде запускаемого на канате гибкого рукава. Труба над землей проходит к водопойному корыту длиной 20 м, которая состоит из отдельных железобетонных лотков полукруглого сечения диаметром 50 см, длиной 2 м каждый, на опорах, практикуется замена их асбоцементными трубами распиленными вдоль. Корыта не имеют промежуточных перегородок, водопойная площадка выложена железобетонными плитами с водоотводящей канавой. Общий вид проекта обводнения с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-100А показан на рисунке 1.3.
Параметры водоподъемника данного существующего проекта:
Техническая характеристика
Тип водоподъемника ... ... ... ... ... . ... ... ...
ленточный
Подача, м3ч ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
до 5
Высота водоподъема, м ... ... ... ... ... ... ... ...
до 50
Мощность двигателя, кВт ... ... ... ... ... ... .
3,3
Частота вращения ведущего шкива водоподъемника, мин ... ... ... ... ... ... ... ..
255...400
Габаритные размеры наземной части, мм ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1770х640х760
Масса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
230
Рисунок 1.3 Общий вид проекта обводнения пастбищ из подземных водоисточников с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-100А
1 - типовой водопойный пункт; 2 - шахтный колодец; 3 - печь обогрева; 4 - здание ограждения; 5 - смотровой люк; 6 - резервуар для воды; 7 - грунтовая обсыпка; 8 - запорное устройство; 9 - труба для воды; 10 - корыто для водопоя; 11 - отмостка площадки плитами; 12 - плиты резервуаров; 13 - водоподъемник малогабаритный ленточный.
Проект 2. Шахтный колодец с плавающим насосом и защитным устройством от заражения в сельских районах (ППН -25); 2. Шахтный колодец с винтовым водоподъемником 1 ВЭ-2030 и защитным устройством от заражения в сельских районах. Они аналогичны проекту обводнения пастбищ из шахтных колодцев с ленточным водоподъемником ВЛМ-100, отличаются лишь типом принятых в них насосов и соответственно переходной рамой креплением их к оголовку колодца, монтажом и демонтажом, эксплуатацией и техобслуживанием.
Техническая характеристика плавающего насоса ППН-25
Тип насоса ... ... ... ... ... ... ... . ... ...
центробежный
Подача, м3ч ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1,8 - 7,2
Напор, м.вод.ст ... ... ... ... ... ... ... ...
до 25
Мощность двигателя, кВт ... ... ... ... .
1,0
Напряжение электросети, В ... ... ... ...
220380
Габаритные размеры, мм ... ... ... ... ..
1000х700х700
Масса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ..
60
Таким образом, из обзора работ установлено, что имелось три существующих проектов для подъема воды 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
На основании анализа состояния существующих проектов обводнения пастбищ в целом по Республике Казахстан и по исследуемой зоне установлено, что существует преимущественно три направления по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников в целях обводнения пастбищ:
oo центробежные плавающие насосы (производители Россия);
oo ленточные водоподъемники (производители Казахстан);
oo пневмокамерные водоподъемники (производители Россия);
Каждое направление имеет свои достоинства и недостатки:
oo первое 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 второе направление - 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 третье направление - пневмокамерные водоподъемники имеют достаточную подачу и напор для пастбищных условий, предназначен для пользования в условиях подъема воды с повышенной минерализацией до 15гдм3 и содержанием твердых частиц (песка) до 1 % по массе, прост в монтаже и демонтаже, не пригодны для скважин;
В дипломной проекте предлагается использовать третье направление - пневмокамерный водоподъемник, которое при устранении отмеченных недостатков будет отвечать поставленной цели дипломного проекта и как наиболее эффективное для исследуемой зоны, в том числе применения в условиях с повышенной минерализацией и содержанием твердых частиц в воде.
Поставлены следующие решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК:
1. Обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соотвествии с Водным Кодексом.
2. Выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев.
3. Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для принятого проекта обводнения пастбищ.
4. Технико-экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.
Решаемые задачи в 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 из шахтных колодцев на примере Алматинской области с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
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 трех существующих направлений по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников, в целях обводнения пастбищ, принят пневмокамерный водоподъемник ВПКШ-30. Таким образом, в дипломном проекте обоснованно принимается для последующих исследований пневмокамерный водоподъемник ВПКШ-30, отвечающий поставленной цели дипломного проекта и принятым задачам выполняемых работ.
Общий вид проекта обводнения пастбищ из подземных водоисточников с использованием пневмокамерного водоподъемника представлен на рисунке 1.5.
... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
ШАЙМЕРДЕНОВА Г.Д.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
ПРОЕКТ ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ ИЗ ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОКАМЕРНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА ВПКШ-30 НА ПРИМЕРЕ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ
специальность 5В0801000 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Алматы 2018
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Гидротехника, мелиорация и бизнес
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема:______________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ _______________________
Объём, стр.______________
Количество чертежей и иллюстрационных материалов ______________
Приложения _____________
Выполнила ___________________________________ ________________ - - - - - - - - - - - - ____
(Ф. И. О.)
Допущена к защите ______________20___ г.
Заведующий кафедрой _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Консультанты:
_____________________ _______________ ____________________________
(раздел) (подпись) (Ф. И. О.)
_____________________ _______________ ____________________________
(раздел) (подпись) (Ф. И. О.)
Нормоконтроль _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Рецензент _______________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Алматы 2018
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет Гидротехника, мелиорация и бизнес
Кафедра Водные ресурсы и мелиорация
Специальность 5В0801000 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель
ЗАДАНИЕ
на выполнение дипломной работы (проекта)
Студент ___________________________________ _______________________________
(Ф. И. О.)
Тема работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _____________________________________________________________
Утвержден приказом университета №____ от __________________20___г
Срок сдачи готовой работы (проекта)
_________________20___г
Исходные данные для работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _________________________
___________________________________ _______________________________
Список вопросов для разработки дипломной работы (проекта)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ________________________________
Список графических материалов (при необходимости)
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ __________________________________
Рекомендуемая базовая литература
___________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ _______________________________________________________
Консультанты по специальным разделам работы (проекта)
Раздел
Консультант
Срок
Подпись
Заведующий кафедрой ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель работы ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Принял задание на
выполнение,студент _________________ _________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
ГРАФИК
выполнения дипломной работы (проекта)
Коли
чество
Главы и список вопросов для рассмотрения
Срок предоставления руководителю
Примечания
Заведующий кафедрой ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Руководитель работы ________________ ____________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Принял задание на
выполнение, студент _________________ _________________________
(подпись) (Ф. И. О.)
Содержание
Нормативные ссылки ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .
8
Определения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
9
Обозначения и сокращения ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
10
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
11
1.
Обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соответствии с водным Кодексом ... ... ... ... ... ... ... ... ...
12
0.1. Характеристика объекта исследования по обводнению пастбищ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
12
0.2. Существующие проекты обводнения пастбищ ... ... ... ..
19
0.3. Направление исследования и решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК ... ... ... ... ... ... ... ... .
22
0.4. Обоснование проекта обводнения пастбищ на примере Алматинской области с использованием пневмокамерного шахтного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ... ... ... .
24
0.5. Мероприятия по охране окружающей среды ... ... ... ...
24
2.
Выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВКПШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев ... ...
27
2.1 Обзор работ и результаты аналитических исследований по пневмокамерному способу водоподъема из шахтных колодцев ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
28
3.
Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для принятого проекта обводнения пастбищ типового хозяйства ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
34
3.1 Теоретические предпосылки по основным узлам пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
34
3.2 Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемникаВПКШ-30 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
3.3 Результаты экспериментальных исследований и испытаний пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
59
3.4 Производство монтажных работ. Эксплуатация, техника безопасности и экологическое воздействие на окружающую среду ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
66
4.
Технико - экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ...
70
4.1 Выбор методики расчета экономической эффективности проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
70
4.2 Исходные данные для расчета экономической эффективности обводнения пастбищ с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 ... ... ... ... ... ...
71
Заключение ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
75
Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... . ... ... ..
77
Приложения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
80
Приложение А. Расчёт экономической эффективности разработки дипломного проекта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
81
Приложение Б. Авторское свидетельство на изобретение: №1142662 от 1.11.1982 Двухпоточныйвоздухораспределитель ... ... ... ...
88
Приложение В. Описание изобретения к авторскому свидетельству (Двухпоточный воздухораспределитель насоса замещения) SU 1142662 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
89
Приложение Г.Коммерческое предложение АО ЮКМЗ №166 от 10.07.2017 г. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
92
Приложение Д. Прайс - лист. Компрессоры воздушные, поршневые, винтовые ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
93
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 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 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.
ГОСО РК 5.03.16-2009 Правила выполнения дипломной работы (проекта) в высших учебных заведениях. 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.
Напор вакуумный - давление ниже атмосферного (разряжение), создаваемое насосной установкой, во всасывающем патрубке, измеряемое в м.вод.ст., определяется зависимостью , где - давление атмосферное, Па; - давление во всасывающем патрубке насосной установки, Па; - вакуумный 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.
Напорно-вакуумная насосная установка - техническое средство для подъема воды и подачи воды из водотоков, создающее напор и вакуум, используя для привода кинетическую энергию движущейся воды в водотоке.
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).
Параметр - величина, характеризующая какое-либо основное свойство процесса, явления или системы, машины, устройства (например, подача, высота водоподъема, напор насоса).
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.;
Нд - динамический уровень воды в водоисточнике, м;
η - коэффициент полезного действия насосной установки (водоподъемника), двигателя, привода, использования рабочего времени смены;
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;
λ - коэффициент трения воды в трубопроводах;
К - коэффициент расхода сжатого воздуха при воздушном способе подъема воды;
m - масса груза, тел, установки и т.д., кг;
δв - толщина слоя воды, поднимаемая лентой, м;
F - сила центробежная, подъемная, Н;
в - ширина ленты, шкива, водоприемной коробки, м;
h - глубина погружения насоса под динамический уровень воды, м;
qсут - среднесуточное водопотребление на одном водопойном пункте, м[3]сут;
t - время протекающего процесса, с;
ΔР - потери давления в пневматической системе насосной установки, м;
ΔН - потери давления в гидравлической системе насосной установки, м;
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. Перед Республикой Казахстан на период до 2030 года в числе первоочередных приоритетных направлений рыночной экономики поставлена задача дальнейшего развития сельского хозяйства в ближайшие годы, в том числе по решению проблем водоснабжения, электро - снабжения, благоустройства и развития мясного скотоводства, тонкорунного и полутонкорунного овцеводства с максимальным использованием естес - твенных пастбищ, которая актуальна при переходе на рыночные отношения. [1]
Республика Казахстан имеет хорошие условия для производства животноводческой продукции с использованием естественных пастбищ, площадь которых составляет 183 миллиона гектаров, из них в системе Министерства сельского хозяйства - 154,4 миллиона гектаров, в том числе в Алматинской области - 4821,6 тыс.га [2].
Водоснабжение фермерских и крестьянских хозяйств осуществляется за счет подземных вод - шахтных и трубчатых колодцев в объеме 69,8 % и наземными водами - около 30 %.
В настоящее время в силу экономических условий поголовье скота фермерских и крестьянских хозяйств сосредоточено вокруг населенных пунктов и открытых водоисточников, что значительно увеличивает нагрузку на ограниченную территорию пастбищ (около 30 миллионов гектаров), 50 % которой в различной степени деградировано.
Проблема водообеспечения фермерских (крестьянских) хозяйств должна решаться в сочетании рационального использования водных ресурсов, сохранения кормовых угодий и не оказывать вредного влияния на экологию окружающей среды.
Наиболее перспективными экологически чистыми являются водоисточники подземные - шахтные и трубчатые колодцы, которых в РК насчитывается:скважин (около 30 тыс. шт.) и шахтных колодцев(31 тыс. шт.), которыми обводнено 69,8 % площадей, в том числе скважинами - 39,9%, в перспективе к 2020 году ими будет обводнено до 80 % площади. В исследуемой зоне - Алматинской области имеется 3141 шахтных колодцев и 616 скважин. В связи, с чем основное внимание науки должно быть направлено на механизацию водоподъёма из этих источников с применением прогрессивных материало- и энергосберегающих технологий при создании новых и усовершенствовании существующих подъёмно-технических средств.
Повышение эффективности обводнения пастбищ крестьянских и фермерских хозяйств в Республики Казахстан с использованием перспективных насосных установок и водоподъёмников является актуальной проблемой.
Основным водоподъемным оборудованием для водоснабжения из подземных водоисточников в Республике Казахстан являются напорные насосы, преимущественно погружные электронасосы типа ЭЦВ, в том числе на пастбищах (22%), воздушные насосные установки эрлифтные и пневмокамерные (32%), а также безнапорные водоподъёмники: ленточные ВМЛ-100 и шнуровые ВШП-50 (42 %) и ветроводоподъемники с поршневым насосом (4 %) [3,4].
Однако, не все насосные установки и водоподъёмники могут эффективно использоваться в исследуемой зоне, т.е. в условиях с повышенной минерализацией воды - свыше 2 до 15 гдм[3] и содержанием в ней твердых частиц (песка) - свыше 0,02 до 1 % по массе, которых имеется в Казахстане в условиях пастбищ соответственно не менее 40% и 24%. Так, например, погружные электронасосы типа ЭЦВ могут успешно эксплуатироваться в условиях подъема воды с минерализацией до 2 гдм[3] и содержанием твердых частиц (песка) до 0,02% по массе, ленточные и шнуровые водоподъёмники - с минерализацией до 10 гдм3 и содержанием твердых частиц (песка) до 0,5% по массе, и лишь воздушные насосные установки эрлифтные и пневмокамерные могут эффективно эксплуатироваться в условиях подъема воды с предельно допустимой минерализацией воды до 15 гдм[3] и содержанием в ней твердых частиц (песка) до 1 % по массе.
Таким образом, решение проблемы обводнения пастбищ в Казахстане из подземных водоисточников в условиях повышенной минерализации воды и содержанием твёрдых частиц рационально осуществить с использованием воздушных насосных установок пневмокамерных и эрлифтных с приводом от энергии сжатого воздуха.
Цель дипломного проекта.Повышение эффективности пастбищного водоснабжения из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области.
Объект исследования. Система обводнения пастбищ подземными водами с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
Задачи выполняемых работ:
- обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соответствии с водным Кодексом;
- выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев;
- расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30для принятого проекта обводнения пастбищ типового хозяйства;
- технико - экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.
В дипломной работе были использованы следующие исследования: аналитические, теоретические и экспериментальные, а также инженерные расчеты по определению исходных и основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ОБВОДНЕНИЯ ПАСТБИЩ ИЗ ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОКАМЕРНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА ВПКШ-30 НА ПРИМЕРЕ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ В СООТВЕТСТВИИ С ВОДНЫМ КОДЕКСОМ
1.1 Характеристика объекта исследования по обводнению пастбищ
Исследуемый объект по обводнению пастбищ с использованием шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30(на примере Алматинской области) расположен на юге Алматинской области. 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. План землепользования Алматинской области показан на рисунке 1.2.
Пастбища Алматинской области в основном расположены в северной части ее территории, площадь которой составляет 4821,6 тыс.гектаров.
В целом по Казахстану имеется 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].
Основная часть пастбищ по Алматинской области и в целом по Казахстану обводняется подземными водами - скважинами и шахтными колодцами.
На территории Алматинской области по состоянию на 2001 г. было разведано 52 месторождений подземных вод эксплуатационными ресурсными запасами 197,2 м3с, по Южному Казахстану разведано 146 месторождений с эксплуатационными ресурсными запасами 296,1 м3с, а в целом по Казахстану разведано 623 месторождений подземных вод с ресурсными запасами 502,1 м3с.
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 видно, 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 м3с, из них на обводнение пастбищ приходится около 38 % или 17,9 м3с (1,5 млн.м3сут), 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
Хоз.-питьевое водоснаб. (ХПВ)
Орошение земель (ОРЗ)
Произв.-технич.водоснаб. (ПТВ)
Бальнеологич. и мин. 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
Количество шахтных колодцев и их распределение по высоте водоподъема (динамическому уровню воды) [3]:
- шахтных колодцев всего - 3141 шт.;
- распределение шахтных колодцев по высоте водоподъема (Н): при 0Н=10 м - 1480 шт(47,4%); при 10 Н = 20 м - 1334 шт(42,5 %); при
20Н=40м - 264 шт (8,4 %); при Н 40 м - 55 шт. (1,7 %) (рисунок1.1).
Н - высота водоподъема, м; iшк - число шахтных колодцев, шт.
Рисунок 1.1 График распределения шахтных колодцев по высоте водоподъема
Рисунок 1.2 План землепользования Алматинской области
Процент 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].
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 трубчатых 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 шахты.
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 18,6ºС до 3,8ºС, число дней с температурой выше 10ºС 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 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 представляет сезонное использование массивов разной кормоемкости (скотоемкости) [9].
По 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 трубчатыми 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 %.
Следовательно, работа водоподъемника - круглогодичная от 122 до 265 дней и нормативной загрузкой при семичасовом рабочем дне от 740 до 1650 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 460С на юге до 40...420С на севере и северо-востоке, до 440С на западе и 42...440С в центральной части. Минимальные температуры колеблются: -350С на юге, -450С в центральной части и на севере и -30...-400С на западе и северо-востоке [6,7].
С учетом этой температуры и технико-экономических соображений нормальная работа водоподъемника должна быть обеспечена без утепления в диапазоне температур окружающего воздуха 300С; 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.
Согласно 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 емким потребителем воды с поголовья овец от 1000 до 2000 овец на одном водопойном пункте.
Среднесуточные нормы водопотребления сельскохозяйственных животных, рекомендованные Карешовым Х. [11] в условиях пастбищного водоснабжения Казахстана, приведены в таблице 1.2.
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, дм3гол
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, м3
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
Овцы имеют минимальное водопотребление - 3 м3 в зимний период и максимальное водопотребление - 16 м3 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 м3...18,4 м3, а с учетом полива приусадебных участков и выращиваемых потребителем сельскохозяйственных культур - до 36 м3.
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 гдм3, содержания хлоридов и сульфатов - до 2,0 и 2,4 гдм3 каждого, общая жидкость воды - до 45 мг.эквдм3.
По минерализации воды на пастбищах трубчатые колодцы распределялись следующим образом: с содержанием до 3 гдм3 - 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.эквдм3 [3,5].
При минерализации воды до 15 гдм3 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 гдм3 , 5 гдм3 и 15 гдм3 с вероятностью охвата трубчатых колодцев - до 59 %, 88 % и 100 % и шахтных - до 58 %, 92 % и 100 %.
В настоящее время в производстве нет пастбищных водоподъемников для подъема воды с минерализацией от 10 гдм3 до 15 гдм3 для всех высот водоподъема и от 2 гдм3 до 15 гдм3 - при высотах водоподъема более 50 м.
Вода в зависимости от содержания абразивных частиц 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 пастбищ 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].
На основании представленных данных 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 малое количество, а от 0,02 % до 1 % - их нет для высоты водоподъема свыше 50 м.
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.
В настоящее время на пастбищах Казахстана параметры водоисточников имеют следующие распределения [4]:
Для шахтных колодцев:
- дебит: до 0,1 дм3с - 50,4 %, (0,1...0,2) дм3с - 28,4 %, (0,2...0,4) дм3с - 15,3 %, (0,4...0,8) дм3с - 3,3 %, более 0,8 дм3с - 2,6 %;
- рабочие объемы воды (высота столба воды): до 0,5 м3(0,6 м) - 9,6 %, (0,5...1,0) м3 (0,6 м...1,3 м) - 20,6 %, (1,0...2,0) м3 (1,3 м...2,6 м) - 32,5 %, (2,0...4,0) м3 (2,6 м...5,2 м) - 29,0 %, более 4 м3 (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 шахтных колодцев следует, что они, кроме внутреннего диаметра шахтного колодца, изменяются в широких диапазонах и поэтому выбор их оптимальных значений требует обоснования.
1.2 Существующие проекты обводнения пастбищ
Существующие проекты обводнения пастбищ для Казахстана разрабатывались специализированными проектными организациями Союзгипроводхоз Минводхоза СССР и КазгипроводхозКазССР в период 70-х-80-х годов [3], в последующие годы они лишь уточнялись и совершенствовались.
Каждый проект 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.
Типовые проекты для водоснабжения из шахтных колодцев были разработаны институтом Союзгипроводхоз Минводхоза СССР в 1981 г. под общим названием Простейшие типы водозаборов из подземных источников для водоснабжения сельского населения и их защита.
В состав этой серии вошли следующие типовые проекты шахтных колодцев, оборудованных механизированными водоподъемными установками [14]:
1. Шахтный колодец с ленточным водоподъемником ВЛМ-100М и защитным устройством от заражения в сельских районах.
2. Шахтный колодец с плавающим насосом и защитным устройством от заражения в сельских районах.
3. Шахтный колодец с винтовым водоподъемником 1 ВЭ-203 и защитным устройством от заражения в сельских районах.
В типовых проектах использовано водоподъемное оборудование, серийно выпускаемое промышленностью.
В данной серии типовых проектов разработана конструкция защиты колодцев от заражения.
Существующие проекты обводнения пастбищ из шахтных колодцев
Проект 1. Шахтный колодец с ленточным водоподъемником ВЛМ - 100М и защитным устройством от заражения в сельских районах аналогичен проекту обводнения пастбищ из скважин. Он состоит из водоподъемного пункта зимнего типа, спроектированного по ттиповому проекту ТП 820-145, шахтного колодца диаметром 1 м и глубиной 30 м и ленточного водоподъемника ВЛМ-100 для подъема воды из колодца.
Над колодцем установлена опора на которой закреплен водоподъемник ВЛМ - 100 с двигателем ЗИД-4,5. Над оборудованием спроектировано здание с печным обогревом помещения в холодное время года (на зимних и осенних пастбищах). Безнапорный слив воды осуществляют по подающей трубе диаметром 50 мм, длиной 5 м и уклоном 0,02, проложенной над землей к запасному резервуару. Резервуар представляет собой два монолитных железобетонных резервуара квадратного сечения (в плане) емкостью 3 м3 каждый. Сверху устроены железобетонные смотровые люки, а резервуар обсыпан грунтом с укреплением откосов железобетонными плитами. Из резервуара выходит отводная труба с запорным устройством в виде запускаемого на канате гибкого рукава. Труба над землей проходит к водопойному корыту длиной 20 м, которая состоит из отдельных железобетонных лотков полукруглого сечения диаметром 50 см, длиной 2 м каждый, на опорах, практикуется замена их асбоцементными трубами распиленными вдоль. Корыта не имеют промежуточных перегородок, водопойная площадка выложена железобетонными плитами с водоотводящей канавой. Общий вид проекта обводнения с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-100А показан на рисунке 1.3.
Параметры водоподъемника данного существующего проекта:
Техническая характеристика
Тип водоподъемника ... ... ... ... ... . ... ... ...
ленточный
Подача, м3ч ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
до 5
Высота водоподъема, м ... ... ... ... ... ... ... ...
до 50
Мощность двигателя, кВт ... ... ... ... ... ... .
3,3
Частота вращения ведущего шкива водоподъемника, мин ... ... ... ... ... ... ... ..
255...400
Габаритные размеры наземной части, мм ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1770х640х760
Масса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
230
Рисунок 1.3 Общий вид проекта обводнения пастбищ из подземных водоисточников с использованием ленточного водоподъемника ВЛМ-100А
1 - типовой водопойный пункт; 2 - шахтный колодец; 3 - печь обогрева; 4 - здание ограждения; 5 - смотровой люк; 6 - резервуар для воды; 7 - грунтовая обсыпка; 8 - запорное устройство; 9 - труба для воды; 10 - корыто для водопоя; 11 - отмостка площадки плитами; 12 - плиты резервуаров; 13 - водоподъемник малогабаритный ленточный.
Проект 2. Шахтный колодец с плавающим насосом и защитным устройством от заражения в сельских районах (ППН -25); 2. Шахтный колодец с винтовым водоподъемником 1 ВЭ-2030 и защитным устройством от заражения в сельских районах. Они аналогичны проекту обводнения пастбищ из шахтных колодцев с ленточным водоподъемником ВЛМ-100, отличаются лишь типом принятых в них насосов и соответственно переходной рамой креплением их к оголовку колодца, монтажом и демонтажом, эксплуатацией и техобслуживанием.
Техническая характеристика плавающего насоса ППН-25
Тип насоса ... ... ... ... ... ... ... . ... ...
центробежный
Подача, м3ч ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1,8 - 7,2
Напор, м.вод.ст ... ... ... ... ... ... ... ...
до 25
Мощность двигателя, кВт ... ... ... ... .
1,0
Напряжение электросети, В ... ... ... ...
220380
Габаритные размеры, мм ... ... ... ... ..
1000х700х700
Масса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ..
60
Таким образом, из обзора работ установлено, что имелось три существующих проектов для подъема воды 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
На основании анализа состояния существующих проектов обводнения пастбищ в целом по Республике Казахстан и по исследуемой зоне установлено, что существует преимущественно три направления по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников в целях обводнения пастбищ:
oo центробежные плавающие насосы (производители Россия);
oo ленточные водоподъемники (производители Казахстан);
oo пневмокамерные водоподъемники (производители Россия);
Каждое направление имеет свои достоинства и недостатки:
oo первое 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 второе направление - 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 третье направление - пневмокамерные водоподъемники имеют достаточную подачу и напор для пастбищных условий, предназначен для пользования в условиях подъема воды с повышенной минерализацией до 15гдм3 и содержанием твердых частиц (песка) до 1 % по массе, прост в монтаже и демонтаже, не пригодны для скважин;
В дипломной проекте предлагается использовать третье направление - пневмокамерный водоподъемник, которое при устранении отмеченных недостатков будет отвечать поставленной цели дипломного проекта и как наиболее эффективное для исследуемой зоны, в том числе применения в условиях с повышенной минерализацией и содержанием твердых частиц в воде.
Поставлены следующие решаемые задачи в соответствии с Водным Кодексом РК:
1. Обоснование проекта обводнения пастбищ из шахтных колодцев с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 на примере Алматинской области в соотвествии с Водным Кодексом.
2. Выбор рациональной конструктивно-технологической схемы пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для подъема воды из подземных водоисточников - шахтных колодцев.
3. Расчет основных параметров пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30 для принятого проекта обводнения пастбищ.
4. Технико-экономическое обоснование эффективности предложенного дипломного проекта.
Решаемые задачи в 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 из шахтных колодцев на примере Алматинской области с использованием пневмокамерного водоподъемника ВПКШ-30.
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 трех существующих направлений по типу используемых насосных установок для подъема воды из подземных водоисточников, в целях обводнения пастбищ, принят пневмокамерный водоподъемник ВПКШ-30. Таким образом, в дипломном проекте обоснованно принимается для последующих исследований пневмокамерный водоподъемник ВПКШ-30, отвечающий поставленной цели дипломного проекта и принятым задачам выполняемых работ.
Общий вид проекта обводнения пастбищ из подземных водоисточников с использованием пневмокамерного водоподъемника представлен на рисунке 1.5.
... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
