Введение к работе
Актуальность проблемы. Одно из инновационных направлений технического прогресса на современном уровне – разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий. Применительно к оросительным системам – создание технологических процессов, которые при поливах должны в основном, обеспечивать рекомендуемый режим орошения при экономном расходовании потребляемой воды и энергетических ресурсов, защиту почвы от водной эрозии, оптимальный коэффициент земельного использования. Перечисленные требования можно выполнить при применении прогрессивных видов оборудования и техники полива сельскохозяйственных культур. В связи с чем, намечено как новое строительство, так и реконструкция закрытых оросительных систем, обеспечивающих эффективное использование водных, земельных и энергетических ресурсов.
Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации предусматривает более широкое освоение поливных земель. Для орошения земель находящихся на все более высоких отметках поверхности проектируются и сооружаются мощные насосные станции, трассы трубопроводов которых имеют значительную протяженность и участки с различным диаметром труб. Это усложняет гидравлические расчеты и эксплуатацию гидросистем.
При изменении режимов работы регулирующих органов в напорных трубопроводах гидросистем возникает неустановившееся движение жидкости. Частным случаем такого движения является гидравлический удар – одна из основных причин повреждений и аварий, возникающих в напорных системах водоподачи с насосными станциями.
Причинами возникновения гидравлических ударов в трубопроводах насосных станций, где в соответствии с графиком работы могут осуществляться несколько регулирований режимов в сутки, в основном, являются: аварийное отключение электропитания двигателей насосов, кратковременный перерыв в электропитании, пуск насосов при открытой напорной задвижке, а также неэффективная работа защитных устройств, предотвращающих гидравлический удар.
Из всех задач гидравлического удара наибольший практический интерес представляет определение максимальных давлений в трубопроводах, которые позволяют предварительно на стадии проекта предусматривать средства защиты от разрушения напорных водоводов.
Целью работы является создание методики расчета переходных процессов, позволяющей обоснованно применить клапаны впуска и защемления воздуха для протяженных напорных водоводов с различными размерами сечения и большим геодезическим напором.
Выполнение поставленной цели было связано с решением следующих задач:
- рассмотрение основных существующих зависимостей для расчетов нестационарного движения жидкости в напорных трубопроводах и выделение главного направления развития исследований;
- создание методики расчета переходных процессов в напорных системах водоподачи в случаях, учитывающих впуск и защемление воздуха для протяженных и сложных по сечению трубопроводов с большими геодезическими напорами;
- разработка алгоритма расчета и реализацией его в программе для ПВМ;
- расчетно-теоретические исследования случаев переходных процессов при впуске и защемлении воздуха с использованием усовершенствованной методики расчета;
- разработка рекомендаций по комплексной защите сложных напорных водоводов от гидравлических ударов при отключении насосных агрегатов на насосных станциях.
Опыт проектирования и эксплуатации напорных систем водоподачи показал, что в отдельные периоды давление в водоводах может превышать рабочее, причем иногда значительно. Поэтому непременным и важнейшим условием повышения надежности работы сложных напорных трубопроводов следует считать создание эффективных средств борьбы с гидравлическим ударом, рациональную их расстановку на водоводах и правильный подбор последних с учетом технических характеристик используемого оборудования.
В настоящее время нет достаточно общих простых методов расчета переходных процессов для сложных и протяженных трубопроводов, обеспечивающих повышение надежности сооружений и снижения затрат на их эксплуатацию, несмотря на большой накопленный опыт. Сегодня уделяется большое внимание расчетно-теоретическим исследованиям для научного обоснования проектных решений.
Из вышеизложенного вытекает актуальность темы настоящей диссертации.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработана математическая модель для прогноза значений характеристик гидравлических переходных процессов в сложных напорных системах водоподачи со значительными геодезическими напорами, учитывающая впуск и защемление воздуха;
- создана методика расчета переходных процессов, возникающих при аварийных отключениях насосных агрегатов, учитывающая влияние клапанов для впуска и защемления воздуха, а так же обратных клапанов.
Практическая ценность работы. Реализация предложенной математической модели в программном комплексе для ПВМ позволяет проводить расчеты переходных процессов протяженных водоводов с различными сечениями, возникающих при аварийных отключениях насосных агрегатов, с учетом действия клапанов для впуска и защемления воздуха и обратных клапанов.
Достоверность результатов исследований обусловлена:
- применением точных теоретических методов анализа и исходных зависимостей, общепринятых в теории исследования переходных процессов;
- использованием современной вычислительной техники;
- большим объемом и достаточной полнотой выполненных расчетно-теоретических исследований, результаты которых подтверждены при практическом применении и сопоставлении с исследованиями других авторов.
Реализация работы. Результаты исследований позволили разработать предложения по защите напорных водоводов от гидравлического удара на оросительной системе Совхоза «Дмитровский» Уфимского района Республики Башкортостана.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертации докладывались на заседаниях кафедры «Гидравлика», «Насосы и насосные станции» и на научно-технических конференциях МГУП в 2009г., 2010г.
Публикации. По теме диссертации имеется 4 публикации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 187 наименований. Основное содержание работы изложено на 137 страницах, включая 24 рисунка.
