CC BY
38
УДК 502/504 : 556.16
С. Н. САЛИЕНКО, Д. Н. НОВИКОВ
Общество с ограниченной ответственностью «ОСАННА», Энгельс, Саратовская область
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЫБОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Представлены результаты численного моделирования условий работы рыбоза-щитных устройств водозаборов с использованием программного продукта SolidWorks + FloWorks. Целью исследований является оптимизация параметров криволинейного жалюзийного экрана рыбозащитного устройства для водозаборов полупогружных буровых установок «Северное сияние» и «Полярная звезда».
Рыбозащитное устройство, жалюзийный экран,кассета, численное моделирование, водоприемное окно, поток, струя, молодь рыб, борт, буровая платформа.
Современные технические средства позволяют оценивать инженерные решения на стадии выбора и обоснования вариантов, оптимизировать параметры конструкций в процессе проектирования для самых сложных условий функционирования объекта [1, 2].
Возможности численного моделирования структуры водного потока при оценке условий работы рыбозащитных устройств на базе программного продукта SoИdWorks + FloWorks рассмотрены на примере плоского жалюзийного экрана с потокообразователем [3]. В настоящей работе представлены результаты моделирования, выполненные с целью оптимизации параметров криволинейного жалюзийного экрана для рыбозащитных устройств (РЗУ) водозаборов полупогружных буровых установок (ППБУ) «Северное сияние» и «Полярная звезда». Забор технологической воды суммарным расходом 0,4112 м3/с осуществляется через восемь кормовых водозаборных окон размером 0,774 х 0,484 мм каждая, расположенных в два яруса по высоте борта.
С учетом условий эксплуатации полупогружных буровых установок в качестве рыбозащитного устройства предложено использовать жалюзийный экран с
потокообразователем. Устройство представляет собой жалюзийную кассету, устанавливаемую на каждое приемное окно. Экран рыбозащитного устройства выполнен в виде ряда пластин толщиной 5 мм, установленных под углом 45° к плоскости экрана. Потокообразователь, предназначенный для отведения молоди рыб за пределы зоны влияния жалюзийного экрана, представляет собой трубу-коллектор с размещенными водоструйными насадками диаметром 6 мм, оси которых установлены под углом 180 к плоскости жалюзийного экрана. Расчетная скорость истечения струи из насадок потокообразо-вателя составляет 5,0 м/с.
Необходимость оптимизации формы и конструкции жалюзийного экрана обусловлена тем, что проектируемое ры-бозащитное устройство размещается на водозаборных окнах, расположенных на криво линейной части борта платформы. Установка в данных условиях плоского жалюзийного экрана повлекла бы за собой увеличение общих габаритов и веса устройства, возрастание волновых и ледовых нагрузок на него и на платформу в целом.
В результате анализа различных компоновочных и конструктивных
Гидротехническое строительство
решений жалюзийных рыбозащитных устройств исследовали два варианта конструкции и размещения экрана, повторяющего изгиб борта.
Первый вариант: с креплением жа-люзийной кассеты внакладку к борту платформы. Параметры жалюзийного экрана: число пластин жалюзи - 13 шт.; ширина пластин - 105 мм. Параметры потокообразователя: количество сопел - 6 шт.; шаг - 100 мм.
Второй вариант: размещение жалю-зийной кассеты рыбозащитного устройства в плоскости кормовых водозаборных окон. Параметры экрана: число пластин жалюзи - 9 шт.; ширина пластин - 110 мм. Параметры потокообразователя: количество сопел - 8 шт.; шаг - 80 мм.
Изменение параметров жалюзийно-го экрана связано с тем, что компоновка РЗУ и условия его закрепления на водоприемном окне сказываются на размерах устройства.
В качестве инструмента для моделирования условий обтекания жалюзий-ного экрана РЗУ выбрана расчетная среда пакета Cosmos FloWorks программы SolidWorks.
На рис. 1 представлена структура течения потока в пределах жалюзийного экрана, полученная при расчете модели движения воды у экрана РЗУ по первому варианту.
Анализ результатов расчета модели по данному варианту показал следущее:
в плоскости по оси потокообразова-теля происходит равномерное обтекание потоком жалюзийной поверхности на всей протяженности экрана (см. рис. 1а);
в пространственных условиях данная модель не обеспечивает полного покрытия жалюзийной поверхности струйной завесой (см. рис. 1б); это вызвано тем, что в результате взаимодействия струй, а также возникающей разницы давления между областью движения струй и окружающей жидкости происходит «свал» струй к осевой части экрана;
имеет место неравномерность распределения скоростей потока между жалюзийными пластинами, связанная с пространственной неравномерностью структуры потока на поверхности экрана;
в конструктивном отношении размещение кассеты по первому варианту на поверхности борта платформы затрудняет
б
Рис. 1. Обтекание криволинейного жалюзийного экрана по первому варианту: а —
в плоскости по оси насадка потокообразователя; б — трехмерное обтекание
закрепление защитной крышки, устанавливаемой на период транспортировки платформы или ремонта насосного оборудования с целью обеспечения герметичности водоприемного окна;
выступ жалюзийной кассеты над бортом платформы на 130 мм усложняет эксплуатацию сооружения в ледовых условиях.
При использовании второго варианта компоновки улучшаются некоторые характеристики данного типа рыбоза-щитного устройства, в частности установка жалюзийного экрана в водозаборном окне дает возможность разместить стационарные крепления защитной крышки, а увеличение числа насадок на трубе-коллекторе потокообразователя позволяет расширить границы сплошной гидравлической завесы. В то же время не удается полностью устранить выступы элементов рыбозащитного устройства за пределы плоскости борта платформы, несмотря на то что потокообразователь максимально приближен к его поверхности.
На рис. 2 представлена структура движения потоков воды в зоне жалюзий-ного экрана, полученная по результатам
компьютерного моделирования по второму варианту.
Анализ результатов моделирования показал, что данная конструкция и компоновка жалюзийного экрана, а также размещение и параметры потокообразо-вателя позволяют достичь следующих результатов:
полного покрытия поверхности жа-люзийного экрана струями;
улучшения условий для равномерного распределения скоростей потока между жалюзийными пластинами;
равномерности формирования вихрей вдоль гребней пластин, способствующих отведению молоди рыб;
эффекта отсутствия влияния элементов крепления защитной крышки на условия формирования завесы из струй;
снижения вероятности повреждения от ледовых нагрузок благодаря минимальному выступу данного рыбоза-щитного устройства от борта платформы, при этом сохранению удобства монтажа, закрепления защитной крышки, текущего обслуживания.
б
Рис. 2. Обтекание криволинейного жалюзийного экрана: а - в плоскости по оси насадка потокообразователя; б - трехмерное обтекание
Выводы
Принятая скорость истечения струй потокообразователя (5,0 м/с) обеспечивает условия отведения молоди рыб за пределы жалюзийного экрана, на границах которого скорость превышает критическую для молоди рыб, равную 0,2 м/с.
Компьютерное моделирование дает возможность проанализировать работу модели рыбозащитного устройства, что позволяет подобрать параметры РЗУ, оптимальные для конкретного водозабора, а также избежать в ряде случаев усложнения конструкции.
1. Абашеев О. Комплексный инженерный анализ с использованием семейства программных продуктов COSMOS // САПР и графика. - 2005. -№ 4. - URL: http://www.solidworks.ru/downloads/ publications (дата обращения 4.04.05).
2. Solid Works 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике /А. А. Алямовский [и др.]. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с.
3. Новиков Д. Н., Салиенко С. Н., Михеев П. А. Оценка условий работы рыбо-защитных устройств по результатам численного моделирования: Рыбоохранные мелиорации и сооружения: материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Современное состояние проблемы рыбозащиты и рыбопропуска, их роль в сохранении водных биологических ресурсов». - Новочеркасск: Лик, 2010. - С. 87-93.
Материал поступил в редакцию 26.01.12. Салиенко Сергей Николаевич, генеральный директор Тел. 8 (845) 375-48-28 E-mail: osannass@mail.ru Новиков Денис Николаевич, инженер-программист Тел. 8 (845) 375-48-28 E-mail: osannass@mail.ru
