УРОВНЕВАЯ СИСТЕМА ПОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ
LEVEL SYSTEM OF ANIMAL DRINKING

Изобретение относится к животноводству и может быть использовано для поения животных подогретой водой при привязном содержании.
Известны системы поения с уровневыми поилками, состоящие из расширительного бака, в котором стоит поплавковый клапан, поддерживающий необходимый уровень воды в баке [1]. Из расширительного бака вода по принципу сообщающихся сосудов растекается по поильным чашам, соединенным между собой трубой. С учетом того, что поение животных водой с температурой 15…17°С повышает продуктивность КРС на 8…12%, снижает расход кормов на 1,5…2% и заболеваемость животных, поилки обеспечиваются или индивидуальными электронагревателями, или электронагревателями, устанавливаемыми в расширительном баке. Однако при интенсивности потребления воды животным 0,1 литра в секунду мощность водонагревателя в поильной чаше, обеспечивающего в проточном режиме нагрев воды до 17°С, должна составлять не менее 8,5 кВт. А при установке водонагревателя в расширительном баке с учетом того, что для коровника, например, на 200 голов при коэффициенте одновременности 0,2 мощность водонагревателя при одновременном употреблении воды (случается после дойки или кормления) сразу сорока животными должна составлять около 340 кВт, что неминуемо создаст аварийную перегрузку питающей электрической сети. Реально же в чашах устанавливаются электронагреватели пониженного напряжения мощностью не более 100 Вт, а в расширительных баках не более 3-х кВт. Естественно, что такие нагреватели способны лишь предотвратить замерзание воды, но никак не подогрев ее до требуемой зоогигиеническими требованиями температуры. Цель настоящего изобретения - обеспечить поение животных водой заданной температуры, в том числе в периоды максимальной интенсивности ее потребления.
Эта цель достигается тем, что в уровневой системе поения животных, состоящей из установленных по уровню расширительного бака и поильных чаш, сообщающихся между собой замкнутым на расширительный бак магистральным трубопроводом, с установленными на его обратной ветви циркуляционным насосом, а расширительный бак снабжен клапаном подпитки с приводом от поплавка, электрическим нагревателем и датчиком температуры, в верхней части расширительного бака установлен смеситель, первый вход которого соединен с расширительным баком патрубком горячей воды, размещенным на отметке самого нижнего возможного уровня поверхности воды в баке, на выходе патрубка внутри смесителя установлен регулятор температуры с регулированием «после себя», второй вход смесителя соединен трубопроводом с нижней частью расширительного бака, а выход с входом магистрального трубопровода, при этом магистральный трубопровод проходит непосредственно через поильные чаши, а на отводах от него, имеющихся внутри поильных чаш, установлены обратные клапаны.
Схематично заявляемая уровневая система поения животных изображена на фигуре 1.
Она состоит из расширительного бака 1 и поильных чаш 2, установленных по уровню и сообщающихся между собой проходящим через них магистральным трубопроводом 3. На его обратной ветви 4 установлен циркуляционный насос 5. Расширительный бак снабжен клапаном подпитки 6 с приводом от поплавка 7, электрическим нагревателем 8 и датчиком температуры 9. В верхней части расширительного бака 1 установлен смеситель 10, первый вход 11 которого соединен с расширительным баком 1 патрубком 12 горячей воды, размещенным на отметке самого нижнего возможного уровня поверхности воды в расширительном баке. На выходе патрубка внутри смесителя при данном конкретном выполнении системы установлена биметаллическая пластина 13, выполняющая роль регулятора температуры, один конец которой связан с корпусом смесителя, а второй расположен напротив первого входа 11 с возможностью его перекрытия. Второй вход 14 смесителя расположен на уровне первого и соединен трубопроводом 15 с нижней частью расширительного бака и с выходом регулирующего клапана 6, а выход 16 смесителя с входом магистрального трубопровода 3. На подающем в расширительный бак трубопроводе 17 установлены запорный вентиль 18 и обратный клапан 19. На отводах от магистрального трубопровода внутри поильных чаш установлены обратные клапаны 20. Расширительный бак с целью увеличения его объема может быть установлен ниже поверхности пола коровника. Управление циркуляционным насосом и электронагревателем осуществляется блоком управления (на чертеже не показан) по сигналу датчика температуры. Для уменьшения теплопотерь расширительный бак, смеситель и трубопроводы теплоизолированы.
Функционирует система поения следующим образом. При открытии запорного вентиля 18 вода из водопроводной сети через обратный клапан 19 и клапан подпитки 6 заполняет через трубопровод 15 расширительный бак 1 до уровня, при котором поплавок 7, всплывая, закрывает клапан подпитки. В дальнейшем этот уровень будет поддерживаться с некоторой степенью точности неизменным. Заполняются также через входы и выход смесителя, поильные чаши. Когда заполнение закончится, подается напряжение на электронагреватели 8 и циркуляционный насос 2. Начнется циркулирование воды по замкнутому контуру и повышение температуры воды в расширительном баке. Как только ее температура достигнет 90°С, блок управления по сигналу датчика температуры отключит электронагреватели. В то же время слои воды, расположенные ниже уровня размещения электронагревателей, будут оставаться холодными, так как конвекция в нижнюю сторону от электронагревателей отсутствует, а передача тепла за счет теплопроводности ничтожно мала по сравнению с передачей тепла конвективными потоками.
Отсасываемая из магистрального трубопровода под действием циркуляционного насоса вода восполняется холодной водой, поступающей через вход смесителя 14, и горячей водой, поступающей через вход 11. По пути к выходу 16 смесителя горячая и холодная вода смешиваются. Температура смеси будет тем выше, чем большую долю в ней будет составлять вода, поступающая через вход 11. Когда температура воды в смесителе достигнет заданной величины (17°С), биметаллическая пластина, выполняющая в данном случае роль термочувствительного элемента и одновременно исполнительного органа регулятора температуры, изогнувшись в сторону входа 11, ограничит поступление горячей воды. Рост температуры прекратится. Если последует отклонение температуры от заданной в сторону уменьшения, биметаллическая пластина наоборот приоткроет вход горячей воды. Таким образом, в магистральный трубопровод будет поступать вода с заданной температурой, близкой к 17°С. А за счет теплопроводности от стенок частей магистрального трубопровода, находящихся внутри поильных чаш, заданная температура воды будет поддерживаться и в поильных чашах. Циркуляцией воды обеспечивается одинаковая температура воды по всей длине магистрального трубопровода, которая при отсутствии циркуляции могла бы понижаться в направлении от его начала к концу вследствие теплопотерь по его длине.
С началом потребления воды животным или группой животных из поильных чаш разбор воды из них будет восполняться теплой водой, поступающей из магистрального трубопровода и системы в целом через обратные клапаны 20. При этом начнет понижаться и уровень воды в расширительном баке. Поплавок 7, опускаясь, приоткроет клапан 6 подпитки, и часть холодной воды из водопровода будет проходить, как и прежде, только в большем объеме через вход 14 смесителя и далее после смешения с горячей водой в магистральный трубопровод, а часть через трубопровод 15 поступать в нижнюю зону расширительного бака. По мере заполнения нижней зоны, когда объем холодной воды достигнет уровня размещения датчика температуры, блок управления включит электронагреватели. Начнется нагрев поступившего объема воды. При этом температура воды расположенной выше объема вновь поступившей холодной воды, будет оставаться равной 90°С. Прекращение разбора воды из поильных чаш приведет к подъему поплавка и переходу системы поения в исходное состояние. Обратные клапаны исключают попадание в магистральный трубопровод вместе с водой из поильных чаш мусора и болезнетворных бактерий. Это предотвращает засорение системы и распространение заразных болезней в случае заболевания одного или нескольких животных.
Объем расширительного бака выбран таким, чтобы при нагреве находящейся в нем воды до 90°С запас тепловой энергии в ней был бы равен тепловой энергии, необходимый для нагрева суточной потребности воды для поения поголовья животных на ферме
б
б
и
с
п
и
ср V(T-T)=ср V(Т-Т),
где с и p - соответственно удельная теплоемкость и плотность воды;
п
б
и
Т, Т и Т - температура воды соответственно в поильной чаше, баке и источнике воды, °С;
б
c
3
V и V=m⋅N - соответственно потребный объем бака и объем воды, потребляемой животными в сутки, м.
3
m - суточное потребление воды животными, м;
N - количество обслуживаемых системой животных.
Тогда
б
п
и
б
и
V=m⋅N(Т-Т)/(Т-Т).
3
Конкретно для коровника на 200 голов привязного содержания при норме потребления воды дойной коровой 80 литров в сутки (0,08 м) и минимальной температуре воды в системе водопровода 3°С
б
3
V=0,08⋅200⋅(17-3)/(90-3)=2,574 м.
В этом и заключается полезный эффект предполагаемого изобретения, так как, если бы запас тепла создавался водой с температурой 17°С, объем бака потребовался бы равным суточной потребности воды для поения животных
б
c
3
V=V=m⋅N=0,08⋅200=16 м
Второй полезный эффект заключается в том, что мощность водонагревателя при равномерном в течение суток накоплении запаса тепла
н
с
п
и
с
Р=срV(Т-Т)/t=4186⋅1000⋅16⋅(17-3)/(24⋅3600)=10852 Вт
Или 10,85 кВт вместо 340 кВт, необходимых для нагрева воды при проточной системе нагрева воды.
Источники информации
1. Уровневая система поения для привязного содержания КРС на 20, 50, 100, 200, 400 голов. [Электронный ресурс]. URL: https://ваша-ферма-крс.рф/р278032186-urovnevaya-sistema-poeniya.html (Дата обращения 26.12.2020)