CC BY
26УДК 628.12(075.8) Базаров Д.Р.,. Эшев С.С., Вохидов О., Курбанов А., Раимова И.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АГРЕГАТОВ ИРРИГАЦИОННЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Базаров Д.Р. - д.т.н., профессор (ТИИИМСХ); Эшев С.С. - д.т.н., профессор (КарИЭИ); Вохидов О., Курбанов А. (ТДТУ), Раимова И. (ТИИИМСХ)
Ушбу мацолада К,арши насос станциялари каскади насос агрегатларининг янги таркибий элементлари таклиф этилади.
Калит сузлар: насос, агрегат, станция, каскад, ишчи гилдирак, подшипник.
This article presents new components of cascade pumping units of Karshi pumping stations.
Key words: pump, unit, station, cascade, impeller, bearing.
Введение. Узбекистан является наиболее насыщенной насосами республикой СНГ, здесь сосредоточено более половины насосных мощностей всего региона: эксплуатируются 43 крупные насосные станции (НС), около 1400 средних и 30 тысяч мелких насосных станций. Расход перекачиваемой воды ежегодно составляет более 60 млрд. м3 воды. Расходуется около 7,5-8 млрд. кВт/ч эл. энергии [1]. Для обеспечения водой для нужд народного хозяйства, промышленности и водного хозяйства самого большого региона Узбекистана-Кашкадарью, вода из Амударьи поднимается машинным подъемом. Каршинский каскад насосных станций забирает воду из реки Амударья на территории Туркменистана для орошения 402 тыс. га Каршинской степи в Кашкадарьинской области, расположенной на юге Узбекистана. Система Каршинского магистрального канала построена в 1973 г. и является крупнейшей системой машинного орошения. Канал запроектирован для орошения 402 тыс. га земель, в том числе 392 тыс.га в Узбекистане и 10 тыс. га в Туркменистане. Водозабор и потребный расход на головном участке обеспечивается непрерывной работой 13 земснарядов в течение года. В каскаде имеются 6 насосных станций (максимальной производительностью - 120 м3/сек каждая), которые поднимают воду на высоту 132,2 м к головному участку КМК, протяженностью 78,4 км. В концевой части головного участка, где осуществляется сезонное регулирование расходов, расположено Талимарджанское водохранилище с полезным объемом 1,4 млрд. м3 [1].
В условиях жаркого климата юга Узбекистана, потребностьв воде интенсивно растет. В связи с повышением степени зарегулированности верхнего течения Амударьи обеспечение эффективного водозабора, транспортировка и поднятие воды на орошаемых площадях региона становится актуальной задачей. Поэтому ККНС включает в себя головную часть Каршинского Магистрального Канала от реки Амударья до Талимарджанского водохранилища с каскадом из 6 насосных станций, обводной канал от НС-6 в обход чаши водохранилища и наливное Талимарджанское водохранилище с насосной станцией № 7 для его заполнения. Строительство ККНС и ввод в эксплуатацию проводилось поэтапно:
- головная часть и четыре насосные станции введены в эксплуатацию в 1973 году;
- концевой участок до Талимарджанского водохранилища и две насосные станции НС-5, НС-6 - запущены в 1974 году;
- насосная станция № 7 и первая очередь водохранилища - сданы в эксплуатацию в 1980 году;
- водохранилище в полном проектном объеме начало работу в 1985 году.
Бесплотинный водозабор ведётся из реки Амударья на правом берегу у мыса
Пулизиндан, далее вода транспортируется по каналу в земляном русле длиной 20 км и подводится к насосной станции первого подъема (НС - 1).
ККНС протяжённостью 78,4 км, шестью последовательными ступенями насосных станций поднимает воду 175 м3/с, на общую высоту 132 м. Все шесть насосных станций НС-1.. .НС-6 имеют идентичный состав и конструкцию основных сооружений.
На первой насосной станции НС-1 установлены 3 осевых вертикальных насосных агрегата марки ОПВ 11-260, введены в эксплуатацию 1973 году, и 3 новых модернизированных осевых вертикальных насосных агрегата марки 300 ВО-37/26 Ц, введены в эксплуатацию в 2010 году. На насосных станциях НС-2...НС-6 установлены по 6 вертикальных насосных агрегата марки ОПВ 10-260 и введены в эксплуатацию в период 1973 - 1974 гг. Приводом всех 36 насосных агрегатов являются вертикальные синхронные электродвигатели типа ВДС 375/130-24, мощностью Р=12500 кВт, напряжением и = 10000 В, и частотой вращения п = 250 мин-1.
На седьмой насосной станции НС-7 установлены 2 вертикальных насосных агрегата марки 1600 В - 10/40 с электродвигателем типа ВДС 325/59-24 мощностью Р= 5000 кВт, напряжением И = 6000 В, частотой вращения п = 250 мин-1, и 7 вертикальных насосных агрегата марки 2400 В - 25/25 с электродвигателем типа ВДС 375/89-32 мощностью Р = 8000 кВт, напряжением И = 10000 В и частотой вращения п = 187 мин-1.
Всё насосно-силовое оборудование в угникальных насосных станциях Узбекистана производства завода «Уралгидромаш» и «Уралэлектротяжмаш» (Россия) [2-9].
Общая установленная мощность насосных станций ККНС более 580 тыс. кВт, из которых 77,5 % приходится на основное насосно-силовое оборудование.
Объём ежегодно перекачиваемой воды составляет около 4,5 млрд. м3. Потребление электроэнергии каскадом достигает 2,2 млрд. кВт.ч в год. Средняя величина энергозатрат на водоподъём и подачу 1 м3 оросительной воды составляет 0,088 кВт/м3.
Ежегодная наработка одного насосного агрегата по 6 насосным станциям каскада составляет - от 5000 до 6000 мото-часов, и по НС-7 - от 2000 до 3000 мото-часов.
Сопоставляя фактическое состояние насосных агрегатов каскада и анализируя современные требования к насосному агрегату такого класса, установлены следующие ресурсные показатели:
- насос должен иметь наработку на отказ не менее 8000 часов;
- средний ресурс до капитального ремонта должен быть не менее 32000 часов, при этом по исчерпании этого ресурса снижение напора насоса по характеристике не должно превышать 5 %, а снижение КПД насоса не должно превышать 3 %;
- срок службы не менее 30 лет;
- электродвигатель должен иметь среднюю наработку на отказ не менее 18000 ч;
- срок службы до капитального ремонта не менее 5 лет;
- срок службы не менее 30 лет.
Напрашивается вывод, что насосно-силовое оборудование не только выработало свой ресурс, но и технически изготовлено с большим ресурсом работоспособности, учитывая характеристику перекачиваемой Амударьинской воды. Амударья считается одной из самых мутных рек мира. Река Амударья по классификации относится к блуждающим рекам. При водозаборе из реки Амударьи в Каршинский магистральный канал возникают трудности из-за быстрого заиления и занесения наносами головной участок канала. В зависимости от водности года в подводящую часть канала ежегодно поступает поток с мутностью до 5 кг/м3. Годовые объемы наносов составили от 8 до 12 млн.т. Основной поток реки Амударья в районе водозабора КМК блуждает по широкой пойме. В результате натурных исследований 2006-2010 гг. и материалам предыдущих лет изучения русловых переформирований основного русла реки у бесплотинного водозабора выявлен оптимальный режим работы головной части водозабора при низких уровнях реки в период межени и в маловодные годы. Первоначально головная часть водозабора КМК была расположена на размываемом берегу реки Амударья на 1,2 км ниже устойчивого берега мыса Пулизиндан. Скалистый берег мыса Пулизиндан выше головной части водозабора препятствовал протеканию основного потока реки и постоянно направлял поток на левый берег. В результате в отдельные периоды года у головной части водозабора КМК создавались неблагоприятные условия для водоотбора в подводящую часть канала насосной станции, что не обеспечивало потребных расходов воды
[12-17]. На головном участке КМК в земляном русле канала от головного водозабора до первой насосной станции (НС-1) из-за недостаточности объема очистных работ произошло заиление, подъем дна канала за счет остаточных объемов заиления, которые переходят из года в год. Здесь приводим результаты остаточных объемов по годам: 2004 г. (с 28.02 по 17.03) объем 6089700 м3; 2007 г. (с 04.06 по 08.06) объем 5543350 м3; 2010 г. (с 23.11 по 01.12) объем 7710323 м3. Как видно из выше приведенных фактических материалов остаточный объем заиления в земляном канале в 2010 году значительно увеличился. В результате увеличения остаточного объема снизилась пропускная способность подводящего канала. Увеличение объемов очистных работ вдоль земляного участка подводящей части КМК приводит к уменьшению транспортирующей способности потока на нем и, соответственно, переосветлению потока. При любом варианте перераспределения между подводящей частью КМК и Талимаржанским водохранилищем, поступающих в КМК наносов наблюдается отрицательный эффект: либо увеличивается стоимость работ по очистке подводящей части КМК, либо увеличивается интенсивность заиления Талимаржанского водохранилища. Наряду с этим постоянная насыщенность потока наносами в ККНС способствует развитию интенсивного абразивного износа насосных агрегатов ККНС и выходу из строя элементов насоных агрегатов выходу из строя [10].
Здесь необходимо отметить, что эти результаты достигнуты только лишь за счёт бережного отношения, повышенной ответственности и грамотной эксплуатации насосно-силового оборудования службами эксплуатации и ремонта УЭ КМК.
В настоящее время вышеуказанные гиганты в России не действуют.В процессе долгой эксплуатации насосных станций и влияний абразивного износа комплектующие насосных агрегатов работают максимально неэффективно или вообще не работают. Комплектующие практически не поставляются от производителя. Исходя из вышеизложенного, решение задачи локализации коплектующих насосных агрегатов ирригационного назначения определено как основная цель настоящей работы. Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи исследования:
- определить возможности производителя в Узбекистане всех деталей и узлов насосного агрегата ОВ 10(11)-260 ККНС;
-разработать технологию замены выправляющего аппарата на насосах ОВ 10(11)-260; Результаты и обсуждения. Учитывая важность в бесперебойной и надёжной работе Каршинского магистрального канала, ещё в 2011 г. Кабинетом Министров Республики Узбекистан было принято решение о необходимости освоения производства быстро изнашиваемых узлов и деталей насосных агрегатов УЭ КМК. Это был сложный период для Республики Узбекистан и эксплуатации каскада КМК, но он достойно преодолён. За этот период рядом предприятий было освоено и модернизировано производство быстро изнашиваемых узлов и деталей насосных агрегатов ОВ 10 (11) - 260.
OOO «AGROSUVTEXMONTAJ» освоено изготовление направляющего подшипника нижнего и верхнего насосов ОВ 10 (11) - 260, 300В0 - 37/26Ц, сегмента подпятника, втулки подпятника электродвигателя ВДС 375/130-24, ВДСМ 375/105-24, ВДС 375-89-32 и ВДС 325-59-24. Освоен ремонт электродвигателя - шин, маслоохладителя, воздухоохладителя.
OOO «ZARBULOQ INJINIRING» внедрена уникальная инновационная технология восстановления напорных трубопроводов методом внутреннего торкретирования с применением материалов Ка1та№оп (США). Благодаря данной технологии восстанавливаются изношенные напорные трубопроводы с гарантией их срока службы не менее чем на 30 лет.
НПП «ВОДОПОДЪЁМНИК» - разработана и в 2015 году была установлена первая система со струйным насосом для откачки дренажных и сточных вод из-под компенсаторов доковой части территории насосной станции № 3 КМК. В 2016 - 2020 годах аналогичные струйные насосы были установлены на насосных станциях № 4, 5, 6 Каршинского каскада.
Для обеспечения бесперебойного функционирования Каршинского магистрального канала в 2012 году ООО «KASTING REALS ERVIS» начало разработку конструкторской документации, изготовление модельной и технологической оснастки на элементы и узлы насосов ОВ 10(11)-260. К 2015 году предприятие освоило изготовление модернизированной цилиндрической камеры рабочего колеса, а в 2018 году - лопастей рабочего колеса. За период с 2015 по 2020 г. предприятием было освоено производство основных деталей и узлов насосов, часть которых модернизирована и адаптирована к сложным условиям эксплуатации КМК рис. 1.
Рис. 1. Детали и узлы насосов типа ОВ 10 (11) - 260 производство которых освоено в
Республике Узбекистан.
С 2015 года по 2020 год поставлено в адрес УЭ КМК более 100 единиц запасных частей насосов. Общий тоннаж поставленных запасных частей составляет 119 тонн. Из них - 104 тонны из легированной стали марки 12Х18Н9ТЛ.
Поставка указанного количества запасных частей позволило Республике Узбекистан сэкономить валюту на сумму 8 миллионов долларов США.
В настоящее время ООО «KASTING REAL SERVIS» закончил конструкторскую разработку модернизированного литого выправляющего аппарата для насосов ОВ 10(11)-260 и приступил к изготовлению технологической модельной оснастки, покрывая таким образом, весь перечень узлов и деталей входящий в состав насосов ОВ 10(11)-260, кроме вала насоса. По сути, подетально освоено изготовление насосов этой серии.
В планах ООО «KASTING REAL SERVIS» для обеспечения требуемых параметров насоса, разрабатывается проект предусматривающий замену и установку на основном насосе, рис. 2.:
1. Основного узла насоса, в который входит:
- рабочее колесо;
- камера рабочего колеса из двух половин;
- выправляющий аппарат;
- нижний и верхний направляющие подшипники;
- закладное кольцо;
- прижимное (уплотнительное) кольцо.
2. Вал насоса.
3. Защитный кожух на вал и переходной конус.
Насос OB 10(11) - 260М
Рис. 2. Замена узлов и деталей основных насосов на насосных станциях каскада КМК
Специалисты ООО «KASTING REAL SERVIS» за период освоения производства продукции, изучения технического состояния основного оборудования на насосных станциях каскада КМК и поставки запасных частей, принимал участие в демонтаже и монтаже по установке основного узла, кроме выправляющего аппарата.
По результатам исследований, сучётом требований эксплуатационных служб и на основе опыта специалистов УЭ КМК, велась разработка конструкторской документации и модернизация деталей и узлов насосов. Технология замены выправляющего аппарата на насосах была разработана совместно с эксплуатационными службами КМК в двух вариантах:
1. Замена внутренней части выправляющего аппарата.
2. Полная замена выправляющего аппарата.
На рис. 3 представлен главный узел основных насосов насосных станций каскада КМК, состоящий из деталей, производство которых освоено предприятием.
Рис. 3. Основной узел осевого насоса определяющий подачу и напор. 1 - конус промежуточный; 2 - камера рабочего колеса; 3 - выправляющий аппарат; 4 -втулка рабочего колеса; 5 - лопасть рабочего колеса; 6 - обтекатель нижний; 7 - крышка рабочего колеса; 8 - нижний направляющий подшипник; 9 - закладное кольцо; 10 -прижимное (уплотнительное) кольцо; 11 - вал насоса.
Отечественные производственные предприятия с твёрдой уверенностью идут к цели освоения крупных осевых насосов и их производство, и сегодня можно с уверенностью
сказать, что каскад насосных станций КМК будет жить и подавать воды Амударьи в Каршинскую степь.
Основные выводы и рекомендации. Сопоставляя фактическое состояние насосных агрегатов каскада, и анализируя современные требования к насосному агрегату такого класса, установлены следующие ресурсные показатели:
- насос должен иметь наработку на отказ не менее 8000 часов;
- средний ресурс до капитального ремонта должен быть не менее 32000 часов, при этом по исчерпании этого ресурса снижение напора насоса по характеристике не должно превышать 5 %, а снижение КПД насоса не должно превышать 3 %;
- срок службы не менее 30 лет;
- электродвигатель должен иметь среднюю наработку на отказ не менее 18000 ч;
- срок службы до капитального ремонта не менее 5 лет;
- срок службы не менее 30 лет. Кроме этого определены возможности производителя в Узбекистане всех деталей и узлов насосного агрегата ОВ 10(11)-260 ККНС и разработана технология замены выправляющего аппарата на насосах ОВ 10(11)-260;
ЛИТЕРАТУРА
1. Bazarov D., Vatin N., Obidov B, Vokhidov O,: Hydrodynamic effects of the flow on the slab of the stand in the presence of cavitation. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 1030, 012110 (2021). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/012116.
2. Krutov, A., Norkulov, B., Uljaev, F., Jamalov, F.: Results of a numerical study of currents in the vicinity of a damless water intake. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 1030, 012121 (2021). https://doi.org/10.1088/1757-899x/1030/1/012121.
3. Bazarov, D., Markova, I., Raimova, I., Sultanov, S.: Water flow motion in the vehicle of main channels. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 883, 012001 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899x/883/1/012001.
4. Bazarov, D., Uralov, B., Matyakubov, B., Vokhidov, O.: The effects of morphometric elements of the channel on hydraulic resistance of machine channels of pumping stations. Mater. Sci. Eng. 869, (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/869/7/072015.
5. Krutov, A., Norkulov, B., Artikbekova, F., Nurmatov, P.: Optimal location of an intake at a reservoir prone to salt diffusion. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 869, 072020 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899x/869/7/072020.
6. Atykbekova, F., Uljaev, F., Jumaboeva, G., Gayur, A., Ishankulov, Z., Jumanov, O.: Operation damless intake of the Amudarya river (Central Asia). IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 883,
(2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/883/1/012003.
7. Dilshod Bazarov, Irina Markova, B.N. and Vokhidov O,: Hydraulic aspects of the layout of head structures during water intake from lowland rivers. Ser. I O P Conf. Sci. Mater. 1015, 012041
(2021). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1015/1/012041.
8. Khidirov, S., Norkulov, B., Ishankulov, Z., Nurmatov, P., Gayur, A.: Linked pools culverts facilities. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 883, 012004 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899x/883/1/012004.
9. Krutov, A., Bazarov, D., Norkulov, B., Obidov, B., Nazarov, B.: Experience of employment of computational models for water quality modelling. In: E3S Web of Conferences. EDP Sciences (2019). https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199705030.
10. Khidirov, S., Jumaboeva, G., Ishankulov, Z.: Hydraulic mode of operation of the Takhiatash hydroelectric complex. (2021). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/012120..
11. Мухамедов Я.С. Русловые деформации основного русла реки Амударья в районе бесплотинного водозабора и в зоне интенсивного размыва // Труды VI Всероссийского гидрологического съезда. ГГИ. Т.6 «Проблемы русловых процессов, эрозии и наносов» С.-Пб., 2004. Стр. 76-78.
