Разработка воздушного водоподъемника (эрлифта) для фермы МТФ (конструкторская часть дипломного проекта + чертеж)

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА. РАЗРАБОТКА ВОЗДУШНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА
(ЭРЛИФТА)
Успешная производственная деятельность современных животноводческих ферм зависит от стабильного энерго - и водоснабжения, особенно в экстремальных условиях (во время стихийных бедствий или производственных аварий).
Но, как известно, в сельской местности никаких дублирующих систем водоснабжения не создается, что негативно влияет на технологические процессы на ферме в аварийных ситуациях, на продуктивность и здоровье животных и птицы, а также на работоспособность обслуживающего персонала.
Опытом установлено, что допустимая норма времени прекращения подачи воды для поения животных, которая не приводит к существенным потерям их производительности, в среднем равна для молочных коров - 6 часов, для нетелей - 3 часа, для бычков на откорме - 5 часов, для свиней-12 часов, для птицы - 1 час [1].
С целью создания устойчивого водоснабжения во время аварийных ситуаций нами предлагается на проектной свиноферме использовать аварийные средства водоснабжения, а именно воздушные водопідйомники, при выходе из строя существующих глубинных насосов.

3.1 Зоотехнические требования к водоподъемников
Водопідйомники - это устройства, которые не имеют свободного напора и могут поднимать воду из источников только на поверхность почвы. К водоподъемников относятся такие требования:
- обеспечить равномерный подъем воды;
- иметь сравнительно небольшие габариты и массу;
- должны быть долговечны, надежны в эксплуатации и просты в обслуживании;
- удовлетворительно работать при концентрации песка в воде до 10 %;
- не загрязнять воду смазочными материалами [6].


3.2 Анализ существующих водоподъемников и выбор объекта разработки
Применяются водоподъемники таких типов:
- воздушные (эрлифты), в которых для подъема воды используется сжатый
воздух;
- гидроударные (гидравлические тараны), в которых вода нагнетается давлением гидроудара;
- ленточные и шнуровые, в основе которых лежит принцип смачивания движущейся ленты (шнура) водой;
- инерционные (вибрационные) [10, 11].
Воздушные водоподъемники (эрлифты) применяются для подъема жидкости из колодцев глубиной 90... 120 м с помощью сжатого воздуха.


Действие эрлифтов основано на принципе использования разности средней плотности воды и воздушно-водяной эмульсии. Эрлифт состоит из двух колонн-труб, которые опускаются в скважину. Одна колонна-труба называется воздушной и предназначается для подачи воздуха от компрессора ко второй-водоподъемной трубе. По водоподъемной трубе, после смешивания в форсунке воды и воздуха, воздушно-водяная эмульсия поднимается и сливается в приемный резервуар. Здесь воздух отделяется от воды (рис. 3.1).


1, 3, 6 - об ссадины водоприемная и воздушные трубы; 2 - форсунка; 4 -приемный бачок; 5 - сепаратор
Рисунок 3.1 - Схема эрлифта


Главное преимущество эрлифтов заключается в простоте их конструкции, отсутствия в
установке вращательных частей, возможности использования скважин малого диаметра. К недостаткам эрлифтов, кроме низкого КПД (20...ЗО %), следует отнести необходимость достаточного заглубления водоподъемной трубы [12].
Гидравлические тараны-это автоматически действующие водоподъемники, простои


конструкции, надежны в эксплуатации и не требуют двигателя для их пуска и работы (рис. 3.2).

1 - питающая труба; 2 - ударный клапан; 3 - нагнетательный клапан; 4 - воздушный колпак;
5 - нагнетательная труба
Рисунок 3.2 - Схема гидравлического тарана
Принцип действия этих водоподъемников базируется на использовании силы гидравлического удара, всегда возникающего в трубопроводе, если внезапно затормозить в нем движение жидкости. Ими поднимают воду из открытых источников при наличии естественного или искусственного перепада воды от 0,5 до 10 м. Если открытый ударный клапан, то вода по питательной трубе через клапан направляется наружу с возрастающей скоростью. В тот момент, когда давление скоростного напора воды на ударный клапан превышает его вес, клапан мгновенно закрывается, возникает гидравлический удар в питательном трубопроводе, давление в камере резко возрастает. В этот момент открывается нагнетательный клапан, и вода под давлением сопутствующей волны гидравлического удара направляется в воздушный колпак и в нагнетательный трубопровод. Когда ударная волна перейдет в отрицательную фазу, давление в камере упадет, нагнетательный клапан закрывается, а ударный клапан под действием собственного веса и атмосферного давления откроется. Через ударный клапан вода снова будет вытекать наружу и цикл

работы гидротарана повторится.
Гидравлический таран не получил широкого распространения, так как он требует специфических условий применения. Основное условие - наличие источника воды с напором Н, который должен быть не менее 0,8 м [11].
Ленточные и шнуровые водоподъемники (рис . 3.3) нашли широкое
применение для подъема воды на высоту до 30 м. Основным рабочим органом является гибкая лента (шнур) из прорезиненных материалов, или другого упругого и эластичного материала.



1 - рама; 2 - ведущий шкив; 3 - кожух; 4 - приводной пас; 5 - двигатель; 6 - рабочая лента
Рисунок 3.3-Схема ленточного водоподъемника
Работа ленточного или шнурового водоподъемника базируется на выносе тонкого слоя воды, который удерживается на поверхности подвижной ленты (шнура) благодаря силам смачивания.

При вращении ведущего блока лента (шнур) перемещается и проходит сквозь толщу воды в колодце, захватывая частицы воды. При вынесении воды на поверхность в момент перехода через ведущий блок эти частицы под действием центробежных сил отбрасываются в кожух, из которого по сливному патрубку стекают в резервуар. Подача ленточных и шнуровых водоподъемников соответственно составляет 4...6 и 9 м3/ч [12].
Анализируя схемы существующих водоподъемников приходим к выводу, что на водозаборных скважинах для замены погружных насосов в аварийных ситуациях можно использовать только воздушные водопідйомники (гидравлические тараны требуют источника воды с напором не менее 0,8 м; ленточные и шнуровые водопідйомники не обеспечивают подъем воды на высоту более 30 м, кроме того их установка возможна только в колодцах и в скважинах большого диаметра: ленточные - не менее 0,5 м, шнуры - не менее 0,15 м) [3].


3.3 разработка технологической схемы эрлифтной установки и описание процесса ее работы
Технологическая схема эрлифтной установки показана на рисунке 3.4. Она состоит из воздушной-4 и водоподъемной-2 труб, которые опущены в скважину.

1, 2, 4 - обсадная водопроводная и воздушная трубки; 3 - форсунка; 5 - компрессор; 6 -
ресивер; 7 - сепаратор; 8 - трубы отвода воды; 9 - вентиляционная труба; 10 - сборный
резервуар
Рисунок 3.4-Схема эрлифтной установки
В месте соединения этих труб размешивается специальное устройство - 3, что называется форсункой (смесителем). Форсунка представляет собой перфорированную трубу с отверстиями диаметром 4...6 мм, суммарная площадь которых в 2-3 раза больше площади сечения воздушной трубы. Сжатый воздух от компрессора 5 подается по трубе 4 к смесителю 3.

В водоприймальній трубе 2 напротив смесителя происходит образование воздушно-водяной смеси (эмульсии) и подъем ее в сепаратор 7, где воздух отделяется от воды, а вода отводится через трубу 8 в резервуар 10. Из сборного резервуара вода насосами второго подъема подается в бак водонапорной башни (при аварийных перерывах в подаче электроэнергии вода может подаваться в бак водонапорной башни с помощью гидравлического тарана).
Движение воздушно-водяной смеси вверх по водоподъемнику 2 происходит вследствие разности плотности эмульсии и воды, окружающей водоподъемную трубу (по закону Соединенных сосудов).
Для компенсации ударного действия поршневого компрессора, который подает сжатый воздух толчками, на напорной воздушной линии между компрессором и эрлифтом установлен ресивер. В нем происходит осаждение масел, которые затягиваются воздухом из компрессора. Масла затем выпускаются через специальный кран. Одновременно ресивер служит аккумулятором воздуха, который регулирует его расход в напорной воздушной линии.