УДК 631.672.2

Уришев Б.У., к.т.н., доц., Мухаммадиев М.М., д.т.н, проф.

Снижение заиления аванкамеры мелиоративных насосных станций.

В статьи рассматриваются результаты лабораторных исследований нового устройства по предотвращению заиления аванкамеры насосных станций

Снижение эффективности эксплуатации мелиоративных насосных станций вследствие заиления аванкамеры и водоприемных устройств при перекачки взвесенесущей воды, является одним из часто возникающих вопросов, не всегда нашедшим правильного решения. Как показывают результаты наблюдений в таких условиях из – за неравномерной работы насосных агрегатов по времени, а иногда несовершенной конструкции аванкамеры, заилению подвергаются многие насосные станции. Отложенные толстым слоем наносы на дне сооружений приводят к изменению гидравлических показателей потока, что отрицательно сказывается на эксплуатационных параметрах насосных станций. При этом ежегодная очистка водоприемного устройства и аванкамеры от осажденных наносов занимает немалую долю эксплуатационных затрат, что создаёт дополнительные проблемы и снижает эффективность работы насосной станции.

Для снижения заиления аванкамеры насосной станции нами предложена новая конструкция водоприемного сооружения [1]. Новая конструкция снабжена дополнительным устройством, позволяющим предотвратить оседания наносов на дне аванкамеры (рис. 1). Дополнительное устройство представляет собой напорную подводящую трубу 4, которая соединяется с одной стороны с нагнетательным трубопроводом насосного агрегата 1, а её другая сторона имеет специальное приспособление 3, в виде кольцевых перфорированных труб, проложенных по откосам или дну аванкамеры в тех местах, где оседают наносы. За счет гидродинамического давления вода вытекает из отверстий труб струей, и это обстоятельство создаёт в среде пульсационное движение потока, не позволяющее оседания наносов.

Основными параметрами, характеризующими струи являются следующие.

а) величина максимальной скорости струи u_max на расстоянии x;

б) скорость истечения воды из отверстия,

в) диаметр отверстия,

Все эти величины можно выразить нижеприведенной формулой, полученной Г.Н. Абрамовичем [2].

(1)

где - коэффициент структуры потока, эта величина для круглой струи принимается равной ;

- диаметр отверстия.

Вышеупомянутое устройство было исследовано нами в лабораторном стенде, представляющий собой модель аванкамеры насосной станции М-2-2 в Каршинском магистральном канале республики Узбекистан.

В лабораторных исследованиях основной упор был сделан вопросам изучения турбулизации потока на дне аванкамеры путем рассредоточенной, напорной подачи воды через специальные перфорированные трубы. Очевидно, при этом, пульсация скорости будет иметь не только поперечное направление, а также в зависимости от направления струи воды, ее расхода и напора, может иметь и разные направления.

С учетом всех этих факторов определился следующий круг задач лабораторных исследований:

- определение напорно – расходных характеристик системы подачи воды к перфорированным трубам;

- выявление зависимости между значениями не заиляемой площади аванкамеры под воздействием устройства и его напорно-расходных характеристик.

Для определения влияния напорно – расходных характеристик системы подачи воды были проведены серия экспериментов по выявлению зависимости =ω₀/ω_от от = H/d и = q/Q_НС.

где ω₀ – площадь аванкамеры, не подвергшаяся заилению под действием устройства, ω_от – площадь аванкамеры, занятой отложениями наносов без применения устройства, H – напор воды в перфорированной трубе, d – диаметр отверстия в перфорированной трубе, q – величина подачи воды в перфорированную трубу, Q_НС – подача насосной станции.

На рис. 2. приведены графики = f () при различных значениях , полученных по результатам лабораторных исследований.

Вид графика = f () показывает, что даже небольшие напоры воды, истекающей из отверстий перфорированных труб могут вызвать неспокойное состояние потока, которые не позволяет отложение наносов. Так, например, при значениях =1∙10³ и = 0,001 величина охватываемой площади равна = 0,1, которая свидетельствует о том, что напор в размере H = 2 м при диаметре отверстия d = 2 мм позволяет довести значения до 0,1.

Это связано с тем что, пульсационные скорости в придонным слое даже в небольших значениях могут не позволять падения частиц на дно [3].

С увеличением напора Н увеличивается площадь ω₀ , это объясняется тем, что при этом повышается значения скорости и₀ вытекающего потока из отверстий, а следовательно увеличивается длина l_ст и радиус R струи.

Примерно такая же кривая получается при исследовании зависимости = f (). На рис. 3. приведена одна из таких кривых, полученная при = 5∙10³. Только при этом кривая имеет вид выпуклостью вниз. Увеличение расхода воды по перфорированным трубам приводит к положительным эффектам, т.е. к увеличению . Очевидно, это связано опять таки с увеличением и₀ при повышении величины расхода воды q.

Чрезмерное увеличение q не выгодно из-за снижения производительности насосной станции возвратом части подаваемой воды. Поэтому была поставлена задача, определить максимума положительного эффекта, т.е. →max путем варьирования значений H, d, l_тр при минимальных значениях q.

Величину минимального расхода воды q, при котором достигается максимум эффекта можно определить по кривым, изображенным на рис. 2. Из графиков видно, что минимальные расходы значениями = 0,002 – 0,004 явно недостаточны для достижения максимума эффекта по ω₀. Для этой цели больше подходит = 0,08 – 0,01, так как кривая, полученная при этих значениях соответствует максимальным значениям = 0,4 – 0,95 при = 1∙10³ - 5∙10³ .

Расчеты по определению диаметра отверстий по зависимости (1) показывают, что значения диаметра мало влияет величине радиуса струи, однако при этом увеличение диаметра отверстий по зависимости (1) очень сильно уменьшает значений и₀ и длины струи l_ст. Исходя из вышеприведенных условий имеет смысл принимать диаметр отверстий в пределах = (2 – 4)∙10³.

Таким образом на основании результатов лабораторных исследований можем сделать вывод о том, что из выше рассмотренных параметров на искомый результат наиболее сильно влияет параметры и , а параметры d, l_ст могут быть заданы заранее по результатам расчетов.

Результаты лабораторных исследований выявили основных параметров системы подачи воды к исследуемому устройству, которые будут характеризовать процесс создания турбулентной среды на дне аванкамеры, и естественно существует соответствующая аналитическая зависимость между параметрами и , которая могла бы аппроксимировать исследуемый процесс.

Для поиска такой зависимости экспериментальные данные, полученные при измерениях величин , , и приведенные в табличной и графической формах, были подвергнуты обработке и дисперсионному анализу.

Анализ проводился по методикам, приведенным в работах [4,5], в следующей последовательности .

1. Построение по полученным экспериментальным данным усредненную кривую, характеризующую зависимость между параметрами и , (рис.2).

2. Подбор эмпирического уравнения, соответствующего виду построенной графической кривой = f ().

Анализ уравнений, более подходящих виду графика= f () показал, что наиболее отвечающим условиям данного процесса является уравнение типа y =. При дальнейшей обработки результатов и проверки соответствия такого вида уравнения получена следующая зависимость

(3.17)

3. Проверка достоверности и адекватности предложенного уравнения экспериментальным данным.

Достоверность полученных экспериментальных точек, т.е. результатов измерений определена проверкой дисперсий полученных точек на однородность с заданной доверительной вероятностью по критерию Кохрена. Адекватность полученной зависимости реальному процессу воздействия устройства на заиляемость площади аванкамеры проверялась по критерию Фишера [4]. Результаты расчетов, выполненные по вышеприведенным двум критериям показали достоверность и адекватность предложенного уравнения экспериментальным данным.

Использованная литература.

1. Патент на полезную модель Р.Узб. FAР 00238. Водоприёмное сооружение/ Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж.// Официальный вестник. – 2006. - №2.

2. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй.- М.:Физматиздат, 1960.-715 с.

3. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости, - М.: Колос, 1967. – 315 с.

4. Веников В.А., Веников г.в. Теория подобия и моделирования: Учеб. для ВУЗов. – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 1984. – 439 с.

5.Кондрашов А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений. М.: Атомиздат. 1987.-200 с.

Сведения об авторах

1. Уришев Бобораим Уришевич, кандидат технических наук, доцент Каршинского инженерно-экономического института, имеет 140 научных работ, защитил кандидатскую диссертацию в Санкт – Петербургском государственном политехническом университете.

2. Мухаммадиев Мурадулла Мухаммадиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Гидравлики и гидроэнергетики Ташкентского Государственного технического университета, автор более 150 научных работ, защитил докторскую диссертацию в Санкт – Петербургском государственном политехническом университете.

Электронный адрес: bob_urishev@mail.ru