Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях Лиханов, Дмитрий Михайлович

Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях
<
Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Лиханов, Дмитрий Михайлович. Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.16 / Лиханов Дмитрий Михайлович; [Место защиты: Моск. гос. ун-т природообустройства].- Москва, 2010.- 184 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/524

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Особенности переходных процессов при потере привода и остановке насосных агрегатов

1.1 Состояние вопроса методов исследования переходных процессов в напорных системах водоподачи

1.2 Причины возникновения переходных процессов в напорных системах водоподачи

1.2.1 Основные причины, вызывающие гидравлические удары

1.2.2 Отключение насосного агрегата

1.2.3 Отключение параллельно работающих насосов

1.2.4 Отключение последовательно работающих насосов

1.3 Остановка насосных агрегатов закрытием запорных устройств

1.4 Меры по снижению давления в трубопроводах систем водоподачи

1.5 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. Влияние точности исходных данных на результаты расчета переходных процессов в СПРВ

2.1 Общие положения. Постановка задачи и исходные данные

2.2 Влияние коэффициента трения по длине на результаты расчета переходных процессов

2.3 Влияние скорости распространения волн на результаты расчета переходных процессов

2.4 Влияние метода интегрирования уравнений переходного процесса на точность расчета

2.5 Влияние гидравлического сопротивления на интегрирование дифференциальных уравнений переходных процессов в простом трубопроводе '.

2.6 Анализ чувствительности решения к исходным данным

2.7 Сравнение методов расчета гидравлического удара и вычисление релевантности влияния факторов

2.8 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. Особенности расчета переходных " процессов в системе водоснабжения .

3.1 Общие положения. Расчетная схема

3.2 Воздушные баки, резервуары

3.3 Задвижки, затворы, насосы

3.4 Разрывы сплошности

3.5 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. Моделирование переходных процессов в системах подачи и распределения воды

4.1 Основные положения

4.2 Расчет стационарных режимов работы СПРВ методом установления

4.3 Моделирование переходных процессов, возникающих при авариях на трубопроводах

4.4 Учет вариаций параметров в расчетах переходных процессов СПРВ

4.5 Моделирование переходных процессов, связанных с отключением электроэнергии

4.6 Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования переходных процессов в напорных системах водоподачи с насосными станциями

5.1 Методика проведения исследований

5.2 Описание измерительных приборов и оборудования

5.3 Оценка ошибок измерений

5.4 Экспериментальные исследования на насосной станции II подъема

5.5. Экспериментальные исследования на водопроводной сети

5.6. Экспериментальные исследования на насосной станции III подъема

5.7. Определение скорости распространения волн изменения давления

5.8. Выводы по главе 5

Выводы и рекомендации

Список литературы

Введение к работе

Актуальность темы. Опыт эксплуатации водопроводных систем , что резкие колебания давления (гидравлический удар) могут привести к разрушению сети, поломкам трубопроводной арматуры, насосов и даже к полному выходу из строя насосных станций.

Аварии, возникающие при гидравлических ударах, наносят существенный экономический ущерб, вследствие затрат на их ликвидацию и перерывов в подаче воды на предприятия, связанных с ремонтом. В связи с этим важным становится вопрос защиты насосных станций и водопроводных сетей от гидравлических ударов.

Переходные процессы в водопроводных системах по своей природе относятся к сложным, динамическим процессам. Факторы, определяющие протекание этих процессов, многообразны и учет их влияния весьма затруднен.

Указанные обстоятельства создают необходимость дальнейшего развития натурных и численных методов исследования переходных процессов в сложных условиях работы систем подачи и распределения воды (СПРВ).

Целью работы является разработка комплексных методов исследования, основанных как на данных экспериментов, так и на результатах расчетов переходных процессов в сложных условиях кольцевых водопроводных сетей.

Достижение поставленной цели потребовало решения ряда проблем, основными из которых являются:

  1. Совершенствование методики проведения экспериментов по регистрации основных параметров переходных процессов, возникающих при отключении одного или нескольких насосных агрегатов на действующих насосных станциях систем водоснабжения;

  2. Определение основных факторов, точность задания которых в наибольшей степени влияет на результаты расчета переходных процессов в напорных трубопроводах, и разработка количественных методов их сравнения;

  3. Обоснование расчетной схемы, наиболее адекватно учитывающей особенности переходных процессов в кольцевых сетях систем водоснабжения;

  4. Проведение численных экспериментов по моделированию переходных процессов в водопроводных сетях при различных возмущающих факторах с учетом неопределенности исходных данных и неоднозначности граничных условий.

Научная новизна работы. Впервые получены и существенно усовершенствованы следующие положения:

методика проведения натурных экспериментов по исследованию переходных процессов на действующих сетях систем водоснабжения;

проведение расчетов по гидравлическому удару в простом трубопроводе с использованием пакетов компьютерной математики и трехмерным представлением результатов;

сравнительный анализ основных методов интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающих протекание переходных процессов в напорных трубопроводах;

методика, учитывающая влияние параметров расчетной схемы на максимальное повышение давления при гидравлическом ударе;

учет кольцевой структуры расчетной схемы путем задания граничных условий в узлах-ветвлениях;

возможность задания при расчете переходных процессов не только сосредоточенного, но и распределенного отборов воды из сети;

проведение расчетов, описывающих протекание переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях для множества расчетных случаев в широком диапазоне вариации параметров, что является альтернативой их детерминированному заданию, используемому в настоящее время;

Методология и достоверность исследований. Натурные эксперименты проводились с использованием методов и средств измерений, разработанных на кафедре “Насосы и насосные станции” в ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» (под руководством профессора, д.т.н. Д.С. Беглярова) при непосредственном участии автора и научного руководителя профессора, д.т.н. С.Н. Карамбирова.

В качестве инструментов решения поставленных задач использовались численные методы расчёта инженерных сетей, методы решения уравнений математической физики, использование пакетов компьютерной математики.

Применение апробированных методов определяет достоверность исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно – технических конференциях, в том числе международных, в г. Санкт-Петербурге (2009 г.), Москве (2009 – 2010г).

Практическая ценность работы и реализация результатов.

Разработанные методика расчета переходных процессов на водоводах, в кольцевых и тупиковых сетях водоснабжения, а также реализующий эту методику пакет прикладных программ позволяют оценивать в интервальном виде негативные последствия гидравлического удара, выбирать подходящие устройства для борьбы с ними.

Данная программа локализует места экстремальных значений гидравлических переменных, что позволяет проектировать сети с параметрами, не выходящими за пределы допустимых, снизив, таким образом, до минимума ущербы от гидроудара.

Результаты диссертации использованы при реконструкции водопроводных сетей г. Кингисеппа Ленинградской области.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы (162 наименования) и приложения. Объем работы 182 страницы, она содержит 11 таблиц и 86 рисунков.

Причины возникновения переходных процессов в напорных системах водоподачи

Методология и достоверность исследований. Проведение натурных экспериментов проводилось с использованием методов и средств измерений, разработанных на кафедре "Насосы и насосные станции" в ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» (под руководством профессора, д.т.н. Д.С. Беглярова) при непосредственном участии автора.

В качестве инструментов решения поставленных задач использовались численные методы расчёта инженерных сетей, методы решения уравнений математической физики, использование пакетов компьютерной математики. Применение апробированных методов определяет достоверность , исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совещаниях и научно - технических конференциях, в том числе международных, в г. Санкт-Петербурге (2009 г.), Москве (2009 - 20 Юг).

Практическая ценность работы. Реализация результатов. Дополнение расчетов стационарного потокораспределения моделированием переходных процессов в водопроводных сетях позволяет получить более обоснованные параметры системы с учетом имеющейся информации.

Результаты диссертации использованы при реконструкции водопроводных сетей г. Кингисеппа Ленинградской области. Состояние вопроса методов исследования переходных процессов в напорных системах водоподачи

Теория гидравлического удара с учетом упругих свойств трубопровода и движущейся по нему жидкости была заложена Н.Е. Жуковским(1899). Широко известны работы таких авторов, как В.М. Алышев, М.М.Андрияшев, Б.Л. Буниатян, В.И. Виссарионов, К.П. Вишневский, B.C. Дикаревский, Н.А. Картвелишвили, Л.Н. Картвелишвили, Г.И. Кривченко, Б.Ф. Лямаев, Н.Ф. Манджавидзе, Г.И. Мелконян, А.В. Мишуев, Л.Ф. Мошнин, Г.П. Небольсин, В.А. Нелюбов, А.А. Сурин, И.А. Чарный, В.М. Усаковский, Л. Аллиеви, Л. Бержерон , И. Пирсол, Д. Фокс, В. Стритер, О Шнидер, и многих других.

В соответствии с формулой Н.Е. Жуковского максимальное повышение напора при закрытии задвижки может составить

Однако такое повышение давления будет лишь тогда, когда время закрытия задвижки t не больше удвоенного времени распространения волн по длине трубопровода t 2-lmp/c, где 1тр - длина трубопровода, м. При этом условии гидравлический удар называется прямым [53], [113]. В большинстве случаев можно установить такой режим закрытия арматуры, чтобы значительного повышения давления при этом не происходило.

Исследования-показали, что наиболее частой причиной возникновения переходных процессов в напорных трубопроводных системах является аварийное отключение электроэнергии насосных агрегатов [53], [113],[146],[19],[20],[139].

При этом, переходные процессы начинаются с распространения по трубопроводам волн понижения давления. Однако давление может уменьшиться лишь до давления насыщенных паров воды, зависящего от температуры (при нормальных условиях, примерно, 2000 Па). Дальнейшего снижения давления происходить не может, поэтому скорость движения колонны воды на участке трубопровода до места образования насыщенных паров станет меньше скорости после него. Пространство между колоннами воды будет заполняться парами воды и выделившимися из нее газами. Так происходит образование кавитационного разрыва сплошности воды в трубопроводе. При изменении направления движения колонны начнут сходиться, вплоть до соударения, сопровождающегося резким повышением давления, которое может быть больше, чем при отсутствии разрыва сплошности потока. Л.Ф. Мошниным получена формула, определяющая максимальное повышение напора в трубопроводе при образовании разрыва сплошности потока:

Hmax=c-vo/g+3-Hcm, (1.2) где Нст - статический напор, м. При выводе этой формулы не учитывались потери напора в трубопроводе и инерция насосных агрегатов, поэтому в большинстве случаев напор, определенный по ней, значительно превышает фактический [53], [109]. Впервые метод расчета гидравлического удара в сложных трубопроводных системах был предложен Д. Спарром. В дальнейшем широкое распространение получил метод Шнидера- Бержерона [46]. Результаты для сложных напорных трубопроводов получены: М.А Мостовым, Н.А. Картвелишвили, А.А. Суриным, И.А. Чарным, И.Ф. Ливундовым, Л.Ф. Мошниным, К.Г. Асатуром, К.П. Вишневским, А.В. Мишуевым, Д.Н. Смирновым, B.C. Дикаревским, А.Ф. Мостовым, Г.Н. Кривченко и др. [83-86], [63,64], [141], [124,125], [104-106], [89]. В настоящее время появилась возможность решать подобные задачи в общем виде. Основой для такого решения служат численные методы и, в первую очередь, метод характеристик. Примеры других методов описаны в главе 2. Заметим, что мы приводим полный алгоритм расчета с целью показать конкретную реализацию метода (из множества возможных методов) [73].

При расчетах переходных процессов необходимо учитывать: потери напора в трубопроводах на трение и местные сопротивления; упругость материала стенок труб и сжимаемость жидкости; наличие в воде воздуха; возможность образования кавитационных разрывов сплошности потока; действие различной арматуры, установленной на трубопроводах, а также насосных станций и резервуаров [141],[138],[4],[127],[135],[77].

Задачу рассматривают как одномерную. Это означает, что неизвестные величины - давление Р и скорость движения v - считают функциями только координаты х и времени t.

Влияние скорости распространения волн на результаты расчета переходных процессов

Определив наиболее значимые внешние неопределённые параметры, можно провести ряд расчётов переходных процессов при всевозможных сочетаниях этих параметров, при фиксированных граничных условиях (варианте расчёта).

В большинстве случаев нас будут интересовать критические значения параметров. Прежде всего, это максимально возможное превышение давления над предельным, установленным для труб и арматуры. Так как решение задачи нестационарного потокораспределения меняется во времени и пространстве, то, для удобства анализа, можно свернуть его до максимального превышения давления в одной или нескольких точках за всё время моделирования.

Проделав такую операцию для разных расчётных случаев, выберем самый неблагоприятный из них: водоснабжения другой предельный случай - минимального давления (максимального вакуума) в расчётных точках сети. Кроме прочностных показателей и износа, это связано с возможностью попадания загрязнений в водопроводную сеть через разного рода неплотности соединений и свищи. Как и в предыдущем случае, нас интересует наиболее неблагоприятный вариант:

Перейдем к рассмотрению различных внешних факторов, как состояний окружения системы.

Примеры расчета релевантности приведены в п. 2.7. 2.2 Влияние коэффициента трения по длине на результаты расчёта переходных процессов

В уравнения, описывающие нестационарные процессы движения воды в трубопроводах, входит коэффициент сопротивления на трение по длине трубопровода Л. В стационарных расчётах аналогичный параметр называется таюке коэффициентом Дарси.

Величина Я зависит от распределения скоростей и ускорений по сечению трубопровода, от кинематической вязкости воды, шероховатости трубы, её диаметра и ряда других параметров.

Многообразие влияющих факторов и сложность их оценки приводят к тому, что аналитически определить значение коэффициента Л удаётся лишь в исключительных случаях, в частности для ламинарного стационарного режима течения жидкости.

В общем случае стационарного потока для оценки величины Л используют многочисленные экспериментальные данные, обрабатываемые статистическими методами с целью получения эмпирических формул.

Базовой зависимостью для определения Л служит формула для гидравлического уклона і: где d- расчётный внутренний диаметр трубы, м; v - средняя скорость движения воды, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2. Из соотношения (2.8) можно определить Л. К сожалению, в настоящее время отсутствуют достоверные данные для получения зависимости типа (2.8) в случае переходных процессов [53]. Не лучше обстоит дело и в теоретическом плане.

В сложившейся ситуации наиболее разумным выходом из положения, является определение Л по формулам стационарных режимов, которые являются предельными для всех переходных процессов. При этом скорость v берут среднюю по сечению трубопровода. Такое рассмотрение не лишено противоречий. В частности, нулевая средняя скорость не гарантирует, что отсутствует движение жидкости и не происходит потерь напора на трение.

Принятие при расчётах Л, соответствующего стационарным режимам движения жидкости в трубопроводах, позволяет иметь некоторый запас в расчетных колебаниях давлений при переходных процессах, по сравнению с фактическими [53].

Немаловажную роль на формирование режима движения оказывает состояние стенок труб. Принято в зависимости от поверхности, омываемой движущейся жидкостью, подразделять трубы на гладкие и шероховатые.

Предположим, что при турбулентном движении жидкости в трубе, выступы шероховатости на стенке имеют высоту А. Если ламинарный подслой имеющий толщину S, обволакивает выступы шероховатости и полностью их перекрывает, то потери напора не будут зависеть от степени шероховатости стенок труб. В этом случае жидкость скользит по ламинарному подслою, причём имеет место трение жидкости о жидкость. Если же выступы шероховатости больше толщины ламинарного слоя, то потери напора в значительной мере будут зависеть от шероховатости стенок, так как в этом случае трение жидкости происходит о шероховатую поверхность, не сглаженную ламинарным подслоем.

В соответствии с этим различают две категории поверхностей: гладкие (J A) и шероховатые (S A). Необходимо отметить, что понятие «гладкая труба» является относительным, так как толщина ламинарного подслоя зависит от числа Рейнольдса, то есть от скорости потока, уменьшаясь с его увеличением [26]:

Коэффициент гидравлического трения X для гладких труб определяется по эмпирическим зависимостям вида: X=f(Re), где v- кинематическая вязкость, Re=vd/v -число Рейнольдса.

С увеличением числа Рейнольдса у гидравлически гладких труб начинает проявляться шероховатость, так как пограничный слой становится тоньше и выступы шероховатости, которые первоначально полностью располагались в пограничном слое, начинают выступать в турбулентную зону. Поэтому, одна и та же труба в зависимости от величины числа Рейнольдса может вести себя по-разному: в одном случае, как «гладкая», а в другом - как «шероховатая». Естественно, что стенки с одной и той же абсолютной шероховатостью в трубах небольших поперечных размеров вносят большие возмущения в поток жидкости и оказывают большее сопротивление движению, чем в трубах значительных сечений. Следовательно, абсолютная шероховатость не может полностью характеризовать влияние стенок на движение жидкости.

Воздушные баки, резервуары

В настоящее время разработано достаточное количество методов интегрирования уравнений в частных производных гиперболического типа, а также их систем, к которым сводится задача расчёта переходных процессов в инженерных сетях.

Классификация методов на аналитические и численные весьма условна, так как первые, как правило, сводятся к получению решения в виде бесконечного ряда, который не удаётся свернуть до элементарных функций. Оценить решение удаётся лишь, ограничив число членов ряда и используя вычислительную технику.

Для решения прикладных задач наиболее подходят методы конечных разностей сквозного счёта и метод характеристик. Последний только условно можно считать численным, т.к. он основан на хорошо известном математическом методе, а ЭВМ используется лишь для автоматизации рутинных расчётов. По своей сути, он является точным и даёт лучшие результаты. Методы сквозного счёта сложнее в реализации, относятся, в полной мере, к численным и не лишены свойственным им погрешностям на разрывных решениях, для минимизации которых используются специальные процедуры сглаживания.

Достоинствами этих методов являются простота их распространения на пространственные задачи и возможность интегрирования уравнений, меняющих .свой тип в отдельных пространственно-временных областях , что может найти применение при решении задач регулирования и автоматического управления.

В настоящее время появились специализированные математические пакеты, включающие встроенные процедуры интегрирования дифференциальных уравнений в частных производных или облегчающие процессы программирования таких задач и визуализации решений. Применение таких пакетов для решения задач расчёта переходных процессов в напорных трубопроводных системах представляется весьма перспективным. 6. Метод разделения переменных является наиболее точным средством интегрирования дифференциальных уравнений переходных процессов, однако, он плохо адаптирован к нелинейным задачам и требует проведения сложных расчётов для каждого варианта решения и в этом смысле не является универсальным.

На практике наибольшие погрешности моделирования переходных процессов могут быть связаны с постановкой задачи и неточностью её параметров.

Формулы для потерь напора можно разбить на группы, внутри которых результаты хорошо согласуются, а между группами расходятся.

При расчетах переходных процессов в условиях неопределенности особое внимание следует уделять вариациям расходов и скоростей распространения волн. Начальные напоры и коэффициенты гидравлических потерь на трение в первом приближении можно принимать постоянными. Влияние на результаты может оказывать метод расчета.

При проектировании напорных систем водоподачи, за расчетное .давление принимается величина, не меньшая максимального рабочего / давления при нормальных условиях работы.

Вместе с тем, при эксплуатации системы подачи и распределения воды имеют место нестационарные процессы, возникновение которых связано с закрытием запорной арматуры, заполнением трубопроводов водой, отключением или включением отдельных потребителей, насосов, напорно регулирующих емкостей, авариях на трубопроводах и т.д.

Резкие колебания давления (гидравлический удар), как показывает опыт эксплуатации, могут привести к разрушению сети, поломкам трубопроводной арматуры, насосов и даже к полному выходу из строя насосной станции. ШУ Аварии, возникающие при гидравлических ударах, наносят существенный экономический ущерб, вследствие затрат на их ликвидацию и перерывов в подаче воды. ;"\- С : Переходные процессы в системах водоснабжения имеют специфические ..-черты, связанные с: " , наличием кольцевых структур в топологии сети; ..распределенностью водопотребителей и стохастическим характером разбора воды; " возможностью включения высоконапорных пожарных насосов; недопустимостью длительного перерыва в подаче воды .и попадания загрязнений в сеть через неплотности трубопроводов; - ,.. наличием напорно-регулирующих сооружений, являющихся источниками . J} ;-.отраженных волн; . .У /возможностью подсоса воздуха через водоразборную арматуру при .. .; понижении давления в сети ниже атмосферного.

При работе водонапорных систем возникают сложные случаи переходных процессов, что создает трудности при выборе разработанных мероприятий и средств борьбы с гидравлическими ударами, а также с их рациональным размещением на системе.

Таким образом, при проектировании и эксплуатации систем подачи и распределения воды, кроме расчетов стационарных режимов, необходимо выполнять расчеты переходных процессов с разработкой системы мероприятий, уменьшающих негативные последствия гидравлического удара.

Проведение этих расчетов с достаточной для практических целей точностью связано с очень большим вычислением, поэтому выполнять их без применения современной вычислительной техники невозможно.

Изменения параметров системы в переходных процессах описываются уравнениями движения воды в трубопроводах, уравнением вращательного движения ротора насосного агрегата, уравнениями изменения массы и давления воздуха в системе. Большая часть задач динамики напорных трубопроводов связана с волнами, длина которых во много раз превышает поперечные размеры трубы. Для изучения этих волн достаточна одномерная идеализация, оперирующая со средними по сечению величинами. Принимая .."температуру воды постоянной, а плотность зависящей только от давления/?, получаем, что процесс распространения волн в трубопроводе описывается -двумя функциями: напором h=h (x,t) и скоростью движения воды v=v(x,t), где координата х - направлена по оси трубопровода, м; -время, с; h =p/ry + z - напор, м.

Моделирование переходных процессов, связанных с отключением электроэнергии

Таким образом, гидравлическое сопротивление устройства, через которое происходит отбор воды в /-том узле при напоре НІ НІ треб работает в режиме регулирования, а при напоре ниже этого порога - в режиме дросселирования. В [69] отмечается, что " добиться точных (имеется в виду показатель степени) количественных оценок величины снижения отбираемой в узлах воды в зависимости от колебания Н вряд ли возможно и, учитывая многообразие влияющих факторов (время суток, сезон года, частота и регулярность снижения напора и др.), и их изменчивость, ставить такую задачу нецелесообразно". Алгоритм программы расчета режимов с нефиксированными отборами основан на гидравлическом расчете с фиксированными узловыми отборами, которые корректируются на внутренних итерациях в узлах с Ні Нігпре6 по заданному закону. В [145] отмечается, что ввиду зависимости от располагаемого напора Ht утечек из сети, заводомерных утечек из санитарно-технических приборов и нерационального водоразбора, расходы або 138 нентов при напорах выше требуемого не остаются постоянными, а увеличиваются по тому же закону:

Изменение во времени.Участок 12,Узел 29 Рабе тах=5734б7Па, Утах=0:87т/с, Ннзбтах=48,4бт

Отключение насоса на 2 сек, параметры в центре сети (с выделением разрывов сплошности и с учетом зависимости отборов от напоров) В данном случае переходный процесс не связан с выходом параметров за критические значения.

Таким образом, параметры переходного процесса существенно зависят от принятых граничных условий, задание которых в случае кольцевых сетей вызывает определенные трудности.

Рассмотренные условия могут дополняться множеством других, все более приближающихся к реальному процессу.

При этом единственным критерием истинности будет проведение натурного эксперимента на действующих сетях. Примеры таких экспериментов на насосных станциях приведены в работах [44],[75]. Однако, в настоящее время, проведение исследований на действующих сетях представляется весьма проблематичным. Это побуждает исходить из наихудшего варианта. В данном случае возможна установка на сети клапанов для впуска и защемления воздуха, хотя, как уже отмечалось, их роль может сыграть водоразборная арматура.

Методика проведения исследований Проведению исследований переходных процессов предшествовало обследование насосных станций II и III подъемов и трубопроводов водопроводной сети г. Кингисепп Ленинградской области.

Целью исследования было: выявить причины аварий на водопроводной системе, неудовлетворительной работы трубопроводной арматуры, а также выбрать объекты для проведения натурных исследований.

Учитывая специфику объекта, эксперименты проводились в ночное время. При пространственном разнесении насосной станции и места регистрации давления, временная синхронизация осуществлялась по сигналам точного времени радиоэфира.

Результаты обследования подтвердили данные многолетней практики эксплуатации водопроводных систем в России, т. е. они показали, что значительные аварии в трубопроводах происходят при переходных процессах, связанных с изменением режимов работы системы, аварийными отключеньями электроэнергии и аварийными остановками основных насосных агрегатов.

Переходные процессы в водопроводных системах по своей природе относятся к сложным динамическим процессам. Факторы, определяющие протекание этих процессов многообразны и учет их влияния весьма затруднен.

Проведение экспериментов в натурных условиях в полном объеме практически невозможно. Это связано с экономическими и организационными трудностями, так и с невозможностью учета влияния ряда факторов на протекание переходных процессов в водопроводных системах, а также с невозможностью изменения отдельных параметров в широких пределах при проведении натурных экспериментальных исследований.

При проведении натурных исследований переходных режимов для измерения давления использовались датчики давления потенциометрического типа (МДД, ТМД), допускающие работу с длительными соединительными линиями, выполненными из проводов любых марок, без дополнительного усиления выходных сигналов и при питании от источника постоянного напряжения 4... 12 В мощностью 0,5... 1,0 Вт. Способность работать без усилителей и дополнитель--ных питающих преобразователей является важным преимуществом потенцио-"; метрических датчиков давления перед датчиками другого типа при ограниченных возможностях автономного электропитания. Диапазон измерения датчиков ;-0т О до 10 атм. Погрешность 2%. Схема установки датчика давления на трубо- проводе показана на рис. 5.1.

Пересчет осциллограмм на давления производился по тарировочным графикам. Тарировка датчиков выполнялась на прессе статическим методом «на на- гнетание» и «на сброс» с использованием образцовых манометров типа МД 160 (рис. 5.2). Проверка «нулей» производилась до и после каждого опыта, и после каждого опыта. Тарировка датчиков выполнялась до и после проведенных серии опытов.

Похожие диссертации на Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых водопроводных сетях