CC BY
30
РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВСАСЫВАЮЩИХ ТРУБ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ Гловацкий О.Я.1, Суюнов А.Ш.2, Яхёев О.Р.3 Email: [email protected]
1Гловацкий Олиг Якубович - профессор, кафедра гидроэнергетики и насосных станций, факультет гидротехники; 2Суюнов Абдугани Шавкат угли - преподаватель, кафедра общетехнических наук, факультет механизация сельского хозяйства,
Каршинский филиал
Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства; 3Яхёев Ойбек Рахмат угли - студент, направление: эксплуатация гидротехнических сооружений и насосных станций, инженерно-технологический факультет, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье приводятся основные данные исследований режимов насосов при изменении условий подхода потока к водоприемнику насосной станции. Изменение структуры потока в конечном сечении всасывающей трубы значительно влияет на работу насоса. Анализ исследования скоростей в конечном сечении всасывающей трубы позволил определить оптимальную структуру потока. Формирование потока, подходящего к отверстиям всасывающих труб, и распределение скорости в нем происходят в канале или его расширенной части -аванкамере, примыкающей к насосной станции. Необходимо исследовать новые конструкции всасывающих труб вертикальных и горизонтальных насосов. Ключевые слова: насосная станция, эксплуатация, аванкамеры, водоприемников, насосный агрегат, трубопровода, гидравлика, всасывающих труб, водоприемник.
DEVELOPMENT OF NEW DESIGNS FOR VANE PUMP SUCTION
PIPES
Glovatsky O.Y^1, Suyunov A.Sh.2, Yakhyoev O.R.3
1Glovatsky Olig Yakubovich - Professor, DEPARTMENT OF HYDROPOWER AND PUMPING STATIONS, FACULTY OF HYDRAULICS; 2Suyunov Abdugani Shavkat ugli - Lecturer, DEPARTMENT OF GENERAL ENGINEERING, FACULTY OF AGRICULTURAL
MECHANIZATION, KARSHI BRANCH
TASHKENT INSTITUTE OF IRRIGATION AND AGRICULTURAL MECHANIZATION
ENGINEERS; 3Yakhyoev Oybek Rakhmat ugli - Student DIRECTION: OPERATION OF HYDRAULIC STRUCTURES AND PUMPING STATIONS, FACULTY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY, KARSHI ENGINEERING AND ECONOMICS INSTITUTE, KARSHI, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the main given studies mode pump happen to in article when change the conditions of the approach of the flow to water acceptance of the pumping station. Change the structure of the flow in final section soaking up pipes vastly influences the pump upon functioning (working). The Analysis of the study of the velocities in final section soaking up pipes have allowed to define the optimum structure of the flow. The formation of a flow suitable for the openings of the suction pipes, and the distribution of speed in it occurs in the
channel or its expanded part — the advance chamber adjacent to the pump station. It is necessary to investigate new designs of suction pipes of vertical and horizontal pumps. Keywords: pump station, operation, tank chambers, water inlets, pump unit, piping, hydraulics, suction pipes, water inlet.
УДК 621.67
Для выбора оптимального режима работы оросительных насосных станций (НС) авторы разработали критерии оценки эффективности энергосберегающих технологий эксплуатации.
В современных природно-хозяйственных и экономических условиях, когда в десятки и сотни раз возрастает стоимость эксплуатационных издержек, их экономию в первую очередь необходимо осуществлять за счет уменьшения потребления электроэнергии по основному и вспомогательному оборудованию; сокращения затрат на очистку водоподводящих и сопрягающих сооружений от плавника и наносов; оптимизации эксплуатационных режимов.
Перечисленные направления должны учитывать все аспекты эксплуатации НС, сокращение непроизводительных потерь воды и других ресурсов [1].
Проведенный в 2018-19 гг. анализ затрат на функционирование НС выполнен за счет существующих эксплуатационных технологий НС, характеристик функционирования основного оборудования. Эксплуатация насосных агрегатов на ирригационных системах требует совершенствования конструкции их отдельных узлов с учетом требований устойчивости и безопасности работы в региональных условиях Республики Узбекистан.
Особенно это относится к водоподводящим сооружениям многоагрегатных НС. Аванкамеры существующих НС не обеспечивают равномерный прямой подвод воды к водоприемнику. Наибольший угол подхода обычно отмечается у крайних водоприемных камер. Несимметричный подвод воды приводит к деформации поля скоростей перед всасывающими трубами насосов, что снижает подачу, моторесурс, ухудшает всасывающую способность, приводит к повышению уровня вибрации насоса [1, 2].
Условия эксплуатации водоприемников сифонного типа ограничивается тем, что предельное разряжение в наиболее высокой точке сифона не должно превышать; 5-5,5 мм вод.ст., а участок трубопровода с таким разрежением должен быть минимальным. В противном случае за время прохождения воды с наибольшим разрежением может выделяться и скапливаться растворенный в воде воздух и нарушить работу сифона.
Водоприемники, совмещенные со зданиями, используют в случаях, когда нет необходимости уменьшать фронт водозабора, а также при возможности расположения на одних отметках здания фундамента НС и водозаборного сооружения. В крупных НС с вертикальными центробежными и осевыми насосами, конические всасывающие трубы и коленчатые подводы, которые являются органическими элементами зданий станции, представляют единый блок: водозабор - всасывающая труба - насосный агрегат. Такие НС называются станциями блочного типа.
ВНИИГидромаш разработал новую форму всасывающей трубы насоса 2000В-16-63, имеющей наклонный входной диффузор. Аналогичные работы по этому вопросу проводили в США. На рис. 1 показаны коленчатые подводы с наклонным входным диффузором, разработанные в ВНИИГидромаше и в США [2].
Рис. 1. Коленчатые подводы с наклонным входным конфузором: а- Бюро мелиорации США; б - ВНИИГидромаш для насоса 2000 В-16/63
У НС блочного типа некоторые функции водоприемников выполняют всасывающие трубы насосов, подводящие воду из аванкамеры к насосам. Оптимальные формы всасывающих труб (подводов) насосов создают исходя из обеспечения максимальных значений КПД, минимальных допустимых кавитационных запасов и низких уровней динамических возмущающих воздействий потока при минимальных размерах подводов в плане и по высоте с учетом специальных эксплуатационных требований.
В зависимости от типа, конструкции, параметров и условий их эксплуатации, для крупных насосов применяют различные формы подводов, формы и основные размеры которых приведены в долях от диаметра колеса, а классификация в табл. 1.
Таблица 1. Классификация подводов к крупным насосным агрегатам
Насос Подвод Благоприятные условия применения Коэффициент гидравлических потерь по данным ВНИИгидромаша
Вертикальный осевой Коленчатый Подача насоса более 5 м3/с 0,1
Диагональный Камерный Подача насоса до 5 м3/с 0,08
Центробежный Мокрая камера -камерный подвод безнапорного типа со свободным уровнем Подача насоса 5 м3/с, малые колебания уровня нижнего бьефа (УВНБ) 0,06
Для нормальной работы лопастного насоса необходимо, чтобы поле скоростей потока на входе в рабочее колесо было равномерным, что исключает возникновение момента скорости М = RS и делает его значение равным или близким нулю. Но это не всегда обеспечивается всасывающей трубой. У горизонтальных центробежных насосов отсутствие момента скорости на входе на лопатки рабочего класса в значительной степени обеспечивается относительно длинными всасывающими трубами, при отсутствии крупных изгибов в плане в непосредственной близости от насосов.
У вертикальных центробежных или осевых насосов, при наличии коротких конических всасывающих труб с коленчатым подводом, существенное влияние на работу насосов оказывает поле скоростей потока у входных отверстий всасывающих труб.
Наличие повышенной турбулентности потока или гидравлических вихревых воронок у входных отверстий всасывающих труб, вызываемых неравномерным полем скоростей потока на подходе, может существенно влиять на работу насосных агрегатов, усиливая их вибрацию и изменяя подачи. Так, при закручивании потока на входе в рабочее колесо в одном направлении с вращением ротора агрегата напор, развиваемый насосом, уменьшается (соответственно уменьшается подача), а при закручивании потока в направлении, обратном направлению вращения ротора, напор увеличивается. В связи с изложенным возможность изменения подач лопастных насосов увеличивается с увеличением коэффициента их удельной быстроходности.
Формирование потока, подходящего к отверстиям всасывающих труб, и распределение скорости в нем происходит в канале или его расширенной части -аванкамере, примыкающей к насосной станции. Формирование потока перед водозаборным фронтом НС зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются параметры канала, угол раскрытия аванкамеры, сопряжение здания станции с откосами канала, наличие выступающих деталей водозабора, возможные варианты работы насосных агрегатов [2, 3].
Такими мероприятиями являются следующие:
- перед водозабором или аванкамерой устраивают относительно-прямой участок канала с небольшими скоростями потока в нем;
- не допускают крутых изгибов канала в плане перед водозабором с большими скоростями потока на повороте, так как это приводит к возникновению поперечной циркуляции;
- принимают оптимальное значение центрального угла расширения аванкамеры с учетом возможности комбинации работы насосов и числа Re;
- устраивают затопленные или по всей глубине потока разделительные или струенаправляющие стенки в аванкамерах;
- создают обратный уклон, вызывающий сжатие потока перед входными отверстиями всасывающих труб;
- устанавливают поперечный порог в аванкамере;
- сопрягают боковые устои здания НС с откосами аванкамеры;
- уменьшают количество выступающих конструкций в аванкамере и устраивают наружную забральную стенку по входным приямкам выступающих бычков, кроме отверстий всасывающих труб.
В практике водохозяйственного и мелиоративного строительства на основании исследований на одной из НС в Узбекистане применена новая конфигурация всасывающей трубы, показанная на рис. 1(б). Такая конфигурация позволяет: использовать щиты на входах во всасывающие трубы значительно меньших размеров; выровнять эпюру скоростей воды в аванкамере за счет создания обратного уклона ее дна при подходе к водозабору и создать более благоприятные условия для статического равновесия здания насосной станции.
При компоновке вертикальных насосных агрегатов следует учитывать длину и принятую форму всасывающих труб, удобства монтажа, демонтажа, а также расстояний от оси вала до заделки в задней стене отвода или напорного трубопровода насоса. При этом важное значение имеет ширина всасывающих труб, которая существенно влияет на расстояния между осями насосных агрегатов, толщину бычков и конструктивные элементы подземных частей зданий. Во избежание нарушения вертикальных осей валов агрегатов корпуса крупных центробежных и осевых насосов жестко крепят к строительным конструкциям подземных частей зданий станций, а особо крупные - омоноличиваются, в результате чего корпуса насосов входят составными элементами в конструкции подземных частей зданий постоянных НС. При определении размеров подземных частей зданий крупных НС необходимо учитывать возможность осушения всасывающих труб основных насосов. Для этого предусматривают специальные насосы и присоединяют их всасывающие патрубки к
коммуникациям, соединенным с полостями всасывающих труб; сбрасывают воду из полостей всасывающих труб в общую емкость (потерну), изолированную от помещения, где установлены насосы; отводят воду из полостей всасывающих труб в потерну, соединенную решетчатыми отверстиями с помещением, где установлены насосы и служащую сборником случайных вод из указанного помещения. Из изолированной и открытой потерн вода откачивается специальными насосами. Ёмкость потерн, в частности открытых, должна быть несколько больше емкости всасывающих труб, из которых может осуществляться одновременный сброс воды [4].
Выполнение указанных мероприятий позволит значительно улучшить работу, как водоприемников крупных НС, так и насосных агрегатов, особенно конических приподнятых всасывающих труб (рис. 2). Объём воды в колене всасывающих труб позволяет улучшить режимы пуска насоса и автоматизацию НС [5].
Рис. 2. Приподнятая всасывающая труба
Устройство конических изогнутых всасывающих труб показывает необходимость углубления аванкамер, что в свою очередь влечет за собой необходимость сооружения подпорных стенок большой высоты для сопряжения торцевых стен подземной части зданий с поверхностью земли, а также в известной степени влияет на устойчивость зданий НС.
Выводы:
1. Формирование потока, подходящего к отверстиям всасывающих труб, и распределение скорости в нем происходит в канале или его расширенной части -аванкамере, примыкающей к насосной станции. Необходимо исследовать новые конструкции всасывающих труб вертикальных и горизонтальных насосов.
2. Потери напора водоприемника незначительны (к < 0012), а изменение величины потерь в диффузоре может быть использовано в качестве "индикатора" по определению степени неравномерности поля скоростей потока в конечном сечении всасывающей трубы.
3. Анализ исследования скоростей в конечном сечении всасывающей трубы позволит определить оптимальную структуру потока и улучшить гидравлические условия подвода воды к насосам.
Список литературы /References
1. Гловацкий О.Я., Насырова Н.Р., Печейкина Е.А. Анализ критериальных значений ресурсо- и энергосберегающих технологий при эксплуатации насосных станций оросительных систем // Научно-практический журнал «Пути повышения эффективности орошаемого земледелия» - Новочеркасск, №4(68), 2017. с. 25-29.
2. Драпун Д.О., Шарипов Ш.М. Исследование структуры потока перед насосом на моделях всасывающих труб // Сборник научных статей XVI научно-практической конференции молодых учёных и магистров «Современные проблемы в сельском и водном хозяйстве», «Кишлок ва сув хужалигининг замонавий муаммолари». Ташкент, 2017. 251-255 с.
3. Гловацкий О.Я., Эргашев Р.Р., Рустамов Ш.Р. Повышение надёжности эксплуатации и водосбережения ирригационных насосных станций // Водные ресурсы и водопользование. № 3, 2015. Астана. С. 37-40.
4. Бердиев Абдумалик Хакимович, Расулов Хуршид Каххорович. Эффективность Производства Органических Продуктов В Сельском Хозяйстве // Economics, 2020. № 2 (45). [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ruarticle/n/effektivnost-proizvodstva-organicheskih-produktov-v-selskom-hozyaystve/ (дата обращения: 27.06.2020).
5. Krupnik T.J. Energetic, hydraulic and economic efficiency of axial flow and centrifugal pumps for surface water irrigation / T.J. Krupnik, O.Ya.Glovatsky, Sh.R.Rustamov, N.R.Nasirova, Sh.M.Sharipov // The USA Journal of Applied Sciences. Cibunet ORT publishing, 2016. № 2. РР.101-108.
6. Jong-Woong Choi Young-Do Choi Chang-Goo Kim Young-Ho Lee. Flow uniformity in a multi-intake pump sump model / Journal of Mechanical Science and Technology July, 2010. Volume 24. Issue 7. Pp 1389-1400.
