CC BY
21is a need to organize their production is relatively cheap and mobile irrigation equipment. In connection with a fundamental transformation of the economy, the introduction of new conditions and forms of management, the establishment of farms and rental groups recommended the development of a more uniform irrigation technique to meet the demands and interests of a wide range of customers. The high economic importance of the mentioned problems requires development of advanced science in this field, from the correctness of the chosen concepts which depend largely the future of irrigation equipment, irrigation systems and all irrigated agriculture of Russia. In connection with a fundamental transformation of the economy, introduction of new norms of managing the necessity to develop more uniform irrigation technique.
Key words: irrigation system, install, train, irrigation system, circular front steps, the technology of irrigation.
Literatura
1. Ryazancev, A.I. EHkspluataciya transportnyh sistem mnogoopornyh mashin [Tekst] / A.I. Ryazancev,
A.O. Antipov. - Kolomna: GOU VO MO GSGU, 2016. - 225 s.
2. Ryazancev, A.I. Napravleniya sovershenstvovaniya dozhdeval'nyh mashin i sistem [Tekst] / A.I. Ryazancev. - Ryazan': FGBOU VPO RGATU, 2013. - 306
3. Antipov, A.O. Tormozhenie dozhdeval'noj mashiny «Fregat» na sklonovyh uchastkah [Tekst] /A.O. Antipov, A.I. Ryazancev, I.B. Trishkin, N.YA. Kirilenko, YU.N. Timoshin // Vestnik Ryazanskogo agrarnogo universiteta. - 2015. - № 1.
4. El'cov, E.I., K voprosu sozdaniya i sovershenstvovaniya dozhdeval'noj tekhniki dlya nechernozemnoj zony [Tekst] / El'cov E.I., Ryazancev A.I., Simonenko A.V., Sysoev A.P.// Sbornik nauchnyh trudov Gor'kovskogo SKHI, Gor'kij, 1986., s 28 - 33.
5. Gusejn-Zade S.X., Mnogoopornye dozhdeval'nye mashiny [Tekst] /Gusejn-Zade S.X., Perevezencev L.A., Kovalenko V.I.//— M.: Kolos, 1976, 175 s.
6. Kozlova L.K Analiz razvitiya konsol'nyh dozhdeval'nyh mashin [Tekst] /Kozlova L.K, Galkin A.V.// Tr. VNIIMiTP, t. IV. Kolomna, 1973, s. 231—244.
7. SHumakov B.B. Osnovnye napravleniya sovershenstvovaniya tekhnikipoliva v SSSR [Tekst]/SHumakov
B.B., Nosenko V.F., SHejnin G.YU.//Gidrotekhnika i melioraciya, № 7, 1975, s. 100—109.
8. Lebedev V.M. Sistema mashin dlya orosheniya [Tekst] /Lebedev V.M., Lyampert G.G., Paraev A.G.// Traktory i sel'hozmashiny, №1, 1978, s. 10—20.
9. Lebedev B.M. Sostoyanie i perspektivy razvitiya tekhniki poliva s.-h. kul'tur [Tekst] /Lebedev B.M., Lyampert G.G., Paraev A.G.// Traktory n sel'hozmashiny, № 11, 1980, s. 20—22.
10 Isaev A.P. Novaya dal'nestrujnaya dozhdeval'naya tekhnika [Tekst] /Isaev A.P.// Tekhnika v sel'skom hozyajstve, № 6, 1960, s. 34—35.
11 Nosenko V. F. Tekhnika impul'snogo dozhdevaniya [Tekst]/Nosenko V. F.// M.: Kolos, 1973, s 110.
12 Ugryumov A.V. Tekhnicheskaya harakteristika shirokozahvatnoj dozhdeval'noj tekhniki [Tekst] / UgryumovA.V., Luckij V.G.// Tr. VNIIMnTP, t. V, Kolomna, 1974, s. 17- 28.
УДК 621.65.05
КАВИТАЦИЯ И СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ОСЕВЫХ НАСОСОВ ПРИ ПАДЕНИЯХ УРОВНЕЙ ВОДЫ В ВОДОИСТОЧНИКАХ
ТАРАСЬЯНЦ Сергей Андреевич, д-р техн. наук, профессор кафедры водоснабжения и использования водных ресурсов, starasyancz@mail.ru
ПАШКОВ Павел Викторович, аспирант кафедры водоснабжения и использования водных ресурсов, nafanya96@inbox.ru
ШИРЯЕВ Вадим Николаевич, техник-программист кафедры гидротехнического строительства, vadik334@mail.ru
МАЙДАННИКОВ Николай Анатольевич, аспирант кафедры машины природообустройства, mortis_161@mail.ru
Новочеркасский инженерно мелиоративный институт имени А.К. Кортунова ФГБОУ ВО "Донской государственный аграрный университет"
В работе приведено описание причин возникновения кавитационных явлений вследствие уменьшения потенциальной энергии при увеличенных скоростях движения потока в трубопроводах. На основании уравнений Д. Бернулли предлагаются зависимости для определения величины давления
© Тарасьянц С. А., Пашков П. В., Ширяев В. Н., Майданников Н. А., 2018 г.
в движущемся потоке. На предложенных схемах движения жидкости в сужающемся участке трубопровода, лопастях осевых насосов показаны низконапорные участки, в которых давление падает до величины парообразования, способствующего возникновению кавитации. В статье предложена зависимость для определения критерия, определяющего величину кавитации, и схемы испытанного кольцевого струйного аппарата, установленного перед лопатками осевого насоса циркуляционной насосной станции Новочеркасской ГРЭС на линии рециркуляции, врезанной в напорный трубопровод. В работе также описан технологический процесс пуска линии рециркуляции при работающем осевом насосе ОПВ 2-110. После пуска насосного агрегата и заполнения напорной линии, о чем свидетельствуют показания манометра, открывается задвижка на линии рециркуляции для включения в работу кольцевого двухповерхностного струйного аппарата, изготовленного таким образом, что кольцевая рабочая струя, выходящая между насадками, омывает обтекатель рабочего колеса и попадает непосредственно на лопатки, повышая тем самым кавитационный запас насосного агрегата. Установленные пьезометры в конфузоре насоса, врезанные по специальной схеме, показанной на приведенном рисунке, показывают величину повышения кавитационного запаса насоса. В данной работе на основании приведенного литературного обзора и натурных исследований сделаны выводы, свидетельствующие о том, что при возможных падениях уровня воды в водоисточниках, имеется возможность, с помощью линии рециркуляции, обеспечить надежную эксплуатацию насосной станции и всего энергетического объекта в целом.
Ключевые слова: кавитация, струйный аппарат, линия рециркуляции, каверна, кавитационный режим, кавитационная коррозия, кавитационный запас.
Введение
При заборе воды из источников со значительными колебаниями уровня воды применяются насосные станции раздельного типа с береговым заглубленным колодцем и самотечной заглубленной или сифонно-самотечной подводящей линией и отдельно стоящим зданием насосной станции с горизонтальными центробежными насосами при колебании уровней до 5м и совмещенные с береговым колодцем насосные станции с погружными осевыми или вертикальными насосами.
Заглубление колодцев и зданий насосных станций вызывается необходимостью обеспечения бескавитационной работы насосного оборудования при заборе воды с минимальных уровней воды в источнике водоснабжения и обеспечения незатопления насосной станции при максимальных уровнях воды.
Теоретические основы кавитационных явлений
Строительство и восстановление заглубленных сооружений на берегах рек связано со значительными капитальными затратами; кроме того, на действующих насосных станциях, как правило, в последние годы уровень воды падает из-за заиления подводящих каналов и прудов накопителей. Обеспечить надежную эксплуатацию как существующих наземных, так и заглубленных насосных станций можно путем установки на всасывающих линиях струйных аппаратов, работающих от энергии, поданной по линии рециркуляции от напорных трубопроводов основных насосов. При такой схеме струйный аппарат поднимает воду на высоту, с которой она всасывается насосом при беска-витационной работе, и далее транспортируется за счет напора, создаваемого насосом. Известны работы российских и зарубежных исследователей, занимающихся проблемами повышения кавитационного запаса путем установки струйных аппаратов на всасывающих линиях насосных установок [1,2,3,4], но исследования ученых, особенно при эксплуатации существующих насосных станций, из-за сложности как расчета, так и проведения экспериментальных исследований, ограничены.
Как известно, при движении жидкости в сужа-
ющемся трубопроводе в узком сечении скорость, как правило, увеличивается, увеличивается кинетическая энергия с одновременным уменьшением потенциальной энергии (давления).
Величина давления в узком сечении 2-2 (рис. 1) в соответствии с уравнением Д. Бернулли определится из зависимости:
Р = Р -
2 1 1
(1)
где Р1 ,Р2 - соответственно давление в сечениях 1,2;
V., У2 - соответственно скорость потока в сечениях 1,2.
г "1
Рис. 1 - Схема движения жидкости в сужающемся участке трубопровода
Потенциальная энергия Р2 уменьшается и при некоторых значениях скорости может стать отрицательным. Предел уменьшения давления зависит от рода потока (газ или жидкость). При понижении давления (потенциальной энергии) до определенного значения наступает его предел и жидкость закипает. Кипение жидкости наблюдается при определенной температуре. Давление, при котором жидкость закипает, называется давлением парообразования Рк. Давление парообразования для различных жидкостей приводится в справочной литературе, для воды величина давления парообразования в зависимости от температуры показана в нижеприведенной таблице 1.
Таблица 1 - Величина давления парообразования воды в зависимости от температуры
^ °С 200 100 40 20 4
Рк, мм рт.ст. 11660 760 55,3 17 4
По приведенным данным видно, что при 20°С вода закипает при давлении Рк = 17 мм.рт.ст. Закипание жидкости при низком давлении, возникающем в результате увеличения скорости потока и образование в жидкости полости, заполненной паром или газом, называется кавитацией, которая происходит во всех капельных жидкостях, в том числе и жидких металлах. В случае, когда после узкого сечения, в котором наблюдается кавита-ционный режим, трубопровод расширяется, жидкость на данном участке движется в виде свободной струи, окруженной смесью пузырьков пара и жидкости. По мере движения потока паровая зона замкнется и поток заполнит все сечение трубопровода. Во всех случаях расход жидкости остается постоянным. При внешнем противодавлении происходит обычное движение потока и давление из минимального кавитационного, восстанавливается до нормального.
При противодавлении, равном давлению парообразования, кавитация наблюдается во всей расширяющейся зоне трубопровода (диффузоре).
При отсутствии кавитации в узком сечении трубопровода, изменение противодавления вызывает соответствующее давление по длине трубопровода, в том числе и в сужающейся части.
При наличии кавитации в суженном трубопроводе изменение давления на выходе распространяется до конца области кавитации и не влияет на давление в суженном трубопроводе. Область кавитации фактически является запретной зоной, через которую изменение противодавления не может проникнуть в суженный участок трубы. Кавитация возникает не только при движении жидкости в замкнутом пространстве, она может возникнуть и при обтекании лопастей гребных винтов, рабочих колес турбин и насосов.
Увеличение скоростей вращения колес насосов, турбин и гребных винтов приводит к увеличению скорости, которая становится настолько большой, что в некоторых областях давление падает до давления парообразования, способствующего возникновению кавитации (рис. 2).
Рис. 2 - Кавитационные явления при обтекании лопастей осевых насосов и корабельных
гребных винтов
Кавитация, как правило, вызывает увеличение сопротивления и потерю энергии. Кроме того, при кавитационных явлениях разрушается металл и появляется специфический треск.
Критерием, определяющим кавитационные свойства профилей рабочих колес, является число кавитации а, определяемое из зависимости (2).
а =
рУ2/2
(2)
где: Р и V - соответственно давление и скорость набегающего потока,
Рк - давление в области каверны, р- плотность транспортированной жидкости Одной из важнейших задач при проектировании насосов, турбин и гребных винтов является уменьшение кавитационного числа а. Кавитаци-онная коррозия наблюдается в металлах, где ка-витационная каверна замыкается. Как правило, разрушение металла происходит под действием механических ударов пузырьков пара и жидкости, химического воздействия кислорода в воздухе и электрических полей, возникающих в каверне.
Практически, под воздействием кавитации все металлы разрушаются, поверхность приобретает
губчатый вид и лопасти ломаются. Процесс разрушения лопастей рабочих колес происходит довольно быстро. Шумы при появлении кавитации велики и могут служить причиной вибрации элементов гидромашин и приводить к их разрушению.
На рисунке 2 показан кавитирующий профиль лопатки корабельного винта, область кавитации в подобных случаях не замыкается на поверхности лопасти, в связи с чем такого рода поверхности не подвергаются интенсивной коррозии. Такого рода гребные винты используют на быстроходных судах.
Технологический процесс пуска и эксплуатации линии рециркуляции
с установкой струйного аппарата перед лопатками осевого насоса
Одним из способов повышения кавитацион-ного запаса осевых насосов является установка струйного аппарата перед лопатками осевого насоса, причем струйный аппарат должен быть такой конструкции, когда рабочий поток, выходящий из сопла, имеет форму кольца, омывающего обтекатель лопаток [5].
Схема установки струйного аппарата на линии рециркуляции осевого насоса ОПВ 2-110 на циркуляционной насосной станции Новочеркасской
Реже, для увеличения кавитационного запаса, струйный аппарат оборудуется специальным высоконапорным насосным оборудованием, при высоких колебаниях уровня воды в водоисточнике.
Пуск насосного агрегата осуществляется при открытой задвижке на напорном трубопроводе основного насоса и закрытой задвижке 2 на линии рециркуляции 1 (рис. 4а).
Рис. 3 - Установка кольцевого струйного аппарата на линии рециркуляции Новочеркасской ГРЭС перед лопатками осевого насоса
¡£М
1 - трубопровод линии рециркуляции; 2 - задвижка; 3 - манометр; 4 - пьезометры; 5 - манометр; 6 - конфузор; 7 - диффузор; 8 - рабочее колесо осевого насоса; 9 - струйный аппарат Рис. 4 - Схема линии рециркуляции циркуляционной насосной станции Новочеркасской ГРЭС
а
б
Заполнение всасывающей линии нет необходимости осуществлять, так как рабочие колеса осевых насосов находятся под заливом. После пуска насосного агрегата и заполнения напорной линии,
0 чем свидетельствуют показания манометра 3, открывается задвижка 2 на линии рециркуляции
1 для включения в работу кольцевого струйного аппарата 9 с кольцевой рабочей струей. Для контроля начального давления на входе в рабочее колесо и контроля увеличенного давления в результате пуска в работу струйного аппарата устанавливаются пьезометры 4 с врезкой в конфузор 6 по схеме, показанной на рисунке 5
X .-¡¡¿я* имдар Hw
Рис. 5 - Схема расположения места врезки приборов контроля давления
Давление в линии рециркуляции и в струйном аппарате регулируется задвижкой 2 и контролируется манометром 3, установленным после задвижки. Величина кавитационного запаса (увеличение давления на входе в рабочее колесо) контролируется разностью показаний пьезометров 4. Как
известно, осевые насосы рассчитаны на напоры до 25 м, в связи с чем увеличение кавитационного запаса ограничивается давлением в линии рециркуляции.
В случае необходимости увеличения кавитационного запаса выше возможностей струйного аппарата, работающего под давлением, соответствующим давлению в линии рециркуляции (давлению, создаваемому осевым насосом) для работы струйного аппарата необходимо устанавливать дополнительный высоконапорный насос. По нашим расчетам увеличение кавитационного запаса при напорах до 25 м в линии рециркуляции составляет до 2,5 м.
Выводы
Необходимость увеличения кавитационного запаса в случае понижения уровня в водоисточнике подтверждена как литературными данными, так и нашими ранее приведенными исследованиями.
Величина кавитационного запаса во многом зависит от напора линии рециркуляции и при оптимальных режимах может достигнуть 2-2,5 м.
Место врезки приборов контроля давления совершенно определенное и рекомендуется в зоне, показанной на вышеприведенном рисунке 5.
Список литературы
1. Мускевич, Г. Е. Гидравлические исследования и расчет водоструйных аппаратов: дис. ... канд. техн. наук / Г. Е. Мускевич. - Ростов н/Д, 1970. - 200 с.
2. Каменев, П. Н. Гидроэлеваторы и другие струйные аппараты / П. Н.Каменев - М., 1950. - 58 с.
3. Мустафин, Х. Ш. Кавитация в кольцевом эжекторе / Х. Ш. Мустафин, В. П. Лахтин // Известия вузов. - Сер. Энергетика. - 1977. - №7. - 65 с.
4. Тарасьянц, С. А. Насосы для транспортировки жидкостей с твердыми и волокнистыми включениями / С. А. Тарасьянц. - Новочеркасск, 1993. - 123 с.
5. Устройство для увеличения кавитационного запаса осевых насосов : п. м. 160826 Российская Федерация : МПК F 04 D 9/06 / Ю. В. Бандюков, О. И. Рахнянская, Ю. С. Уржумова, Н.А. Иванова, С.А. Тарасьянц; заявитель и патентообладатель Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А.К. кортунова ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет». -№2015129923/06 ; заяв. 20.07.15 ; опубл. 10.04.16, Бюл. № 10.
CAVITATION AND METHODS OF INCREASING NET PUMP SUCTION HEAD OF AXIAL PUMPS AT THE WATER LEVEL FALL IN WATER SOURCES
Tarasyants Sergey A., Dr. Tech. Sci., Prof. of "Water Supply and Utilization of Water Resources" Department, starasyancz@mail.ru
Pashkov Pavel V., post-graduate student of "Water Supply and Utilization of Water Resources" Department, nafanya96@inbox.ru
Shiryaev Vadim N., program. technician of "Hydrotechnical Construction " Department, vadik334@mail.ru Maydannikov Nikolay A., post-graduate student of "Environmental Engineering Machines" Department, mortis_161@mail.ru
Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute named after A.K. Kortunov FGBOU VO "Don State Agrarian University"
The description of the causes of cavitation phenomena occurrence due to a decrease of gravitation energy at increased flow velocities in pipelines is provided. On the basis of D. Bernoulli equations, dependencies for determining pressure values in a moving flow are proposed. On the proposed schemes of fluid motion in the narrowing pipeline section, the blades of axial pumps, ship propellers, low-pressure areas where the pressure drops to evaporation value contributing to cavitation are shown. The dependence for definition of the criteria determining the cavitation value and the scheme of the tested circular jet device installed in front of the axial pump blades of the circulation pump station of Novocherkassk GRES power plant on the recirculation line embedded in the pressure pipeline is proposed. The work also describes the technological process of starting the recirculation line with an OPV 2-110 axial pump running. After starting the pump unit and filling the pressure line, as indicated by the manometer reading, a valve on the recirculation line opens to engage in a circular two-surface jet device manufactured in such a way that the circular working jet leaving between the nozzles flows around the impeller fairing and falls directly on the blade, thus increasing the suction head of the pump unit. The installed piezometers in the pump suction nozzle embedded in accordance with the special scheme shown in the figure, show the amount of of pump suction head increase. On the basis of the given literature review and field studies the conclusions indicating that with possible water level fall in water sources there is an opportunity to ensure reliable operation of the pumping station and the entire energy facility as a whole with the help of recirculation line are drawn in this paper.
Key words: cavitation, steam ejector, recirculation line, cavern, cavitation performance, cavitation corrosion, net pump suction head.
Literatura
1. Muskevich, G.E. Gidravlicheskie issledovanija iraschet vodostrujnyh apparatov: dis. ...kand. tehn. nauk / G. E. Muskevich. - Rostov n/D, 1970. - 200 s.
2. Kamenev, P.N. Gidrojelevatory i drugie strujnye apparaty /P.N.Kamenev- M., 1950. - S.58.
3. Mustafin, H.Sh. Kavitacija v kol'cevom jezhektore / H. Sh. Mustafin, V. P. Lahtin // Izvestija vuzov. Ser. Jenergetika.-1977.-№7 - 65 s.
4. Tarasjanc, S.A. Nasosy dlja transportirovki zhidkostej s tverdymi i voloknistymi vkljuchenijami / S. A. Tarasjanc. - Novocherkassk, 1993. - S. 123.
5. Ustrojstvo dlja uvelichenija kavitacionnogo zapasa osevyh nasosov: p. m. 160826 Rossijskaja Federacija : MPK F 04 D 9/06 / Ju. V. Bandjukov, O. I. Rahnjanskaja, Ju. S. Urzhumova, N.A. Ivanova, S.A. Tarasjanc; zajavitel' i patentoobladatel' Novocherkasskij inzhenerno-meliorativnyj institut imeni A.K. kortunova FGBOU VO «Donskoj gosudarstvennyj agrarnyj universitet». - №2015129923/06 ; zajav. 20.07.15; opubl. 10.04.16, Bjui. № 10.
УДК 631.373
СНИЖЕНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ (НА ПРИМЕРЕ КАРТОФЕЛЯ) ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПНЕВМОКОНТЕЙНЕРА
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, yuival@rambler.ru
ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент кафедры технической эксплуатации транспорта, yuival@rambler.ru
ШЕМЯКИН Александр Владимирович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, shem.alex62@yandex.ru
ЛАТЫШЕНОКМихаил Борисович, д-р техн. наук, профессор кафедры «Организации транспортных процессов, безопасности жизнедеятельности и физического воспитания», l907073@yandex.ru
ТЕРЕНТЬЕВ Вячеслав Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, vVt62ryazan@yandex.ru
ПИСКАЧЕВ Иван Александрович, аспирант кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, e_pochta15@mail.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Целью исследования является практическое подтверждение снижения повреждаемости легкопо-вреждаемой сельскохозяйственной продукции (например, картофеля) при транспортировке до уровня, установленного агротехническими требованиями (не более 4%), благодаря использованию пнев-моконтейнера, применяемого при механизированном способе загрузки некалиброванной продукции и последующей транспортировке. Задачей исследования является определение повреждаемости сельскохозяйственной продукции на примере картофеля при проведении лабораторных испытаний на вибростенде, имитирующем движение транспортного средства. Вибростенд представляет со© Успенский И. А., Юхин И. А., Шемякин А. В., Латышенок М. Б., Терентьев В. В., Пискачев И. А., 2018г.
