CC BY
36
// Zvit pro nauk.-doslid. robotu DVNZ PDABA. - D., 2010. - 250 s. (h/d 547).
8. Polishchuk S. Z. Analiz rozpodilu pryzemnykh kontsentratsiy zabrudnyuyuchykh rechovyn na hranytsi SZZ koksokhimichnoho vyrobnytstva «PAT Yevraz DMZ im. Petrovs'koho» za danymy naturnykh sposterezhen' ta rozrakhunkiv na PEOM / S. Z. Polishchuk, Yu. I. Minkov, V. M. Poltorats'ka // Mizhnar. nauk. sympoz. «Nedelya эkoloha 2012», Dneprodzerzhynsk, 2012. -S. 20 - 23.
9. Poltorats'ka V. M. Otsinka ekolohichnoho ryzyku vid zabrudnennya atmosfernoho povitrya na osnov pidfakel'nykh vymiryuvan' / Avtoref. dys. na zdob. nauk. stup. kand. tekhn. nauk. - D., 2013. - 20 s.
10. Pro okhoronu atmosfernoho povitrya. Zakon Ukrayiny iz zminamy / Dokument 2707-12, chynnyy [Elektronnyy resurs: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/2707-12].
11. Sbornyk otraslevykh metodyk po raschetu vybrosov vrednykh veshchestv v atmosferu pry provedenyy ynventaryzatsyy, sostavlenyy otchetnosty po forme 2-TP (vozdukh) y razrabotka normatyvov predel'no dopustymykh vybrosov dlya promyshlennykh predpryyatyy y orhanyzatsyy Dnepropetrovskoy oblasty. - D., 1985.
12. Shmatkov H. H. Otsinka zabrudnennya atmosfernoho povitrya vykydamy pylu vid statsionarnykh dzherel promyslovykh pidpryyemstv, yaki roztashovani v m. Dnipropetrovs'ku / H. H. Shmatkov, Yu. I. Minkov // NANU In-t problem pryrodokorystuvannya ta ekolohiyi: zb. nauk. pr. - Vyp. 14. - D., 2011. - S. 72 - 75.
УДК 622.4:532.595.2
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ИСПОЛНЕНИЯ ГИДРОСИСТЕМ
Ф. А. Корсун, к. т. н.
Ключевые слова: переходной процесс, симметричная модель, несимметричная модель, гидрораспределитель, гидравлический удар (ГУ)
Проблема. Система кондиционирования рудничного воздуха (СКРВ) глубоких шахт Донбасса имеет два контура: высокого давления - вертикальный и низкого давления -горизонтальный. При передаче холода на глубокий горизонт рекуперативным путём при помощи теплообменника высокого давления (ТВД) возникают большие потери холода. При замене ТВД на гидрораспределитель (ГР) эти потери устраняются, но возникают гидравлические удары (ГУ) в ГР.
Для этого нужно провести исследования ГУ на электрической модели при помощи моделирования. Исследования проводились разными способами. В этой статье будут рассмотрены исследования гидравлических ударов в зависимости от способа исполнения гидравлических систем.
Анализ публикаций. Гидравлическими ударами в вертикальных трубопроводах никто не занимался. Д. К. Смирнов и Л. Б. Зубов занимались гидравлическим ударом в Останкинской башне г. Москвы. Но они останавливали насос, а здесь описываются ГУ при перекрытии потока. При остановке насоса первая амплитуда идет вниз (разряжение, понижение давления), а при перекрытии потока клапаном первая амплитуда - повышение давления и первая гармоника идет вверх.
Цель. Изучение гидравлических ударов в системе кондиционирования рудничного воздуха при переключении потоков жидкости в гидрораспределителе в зависимости от способа использования гидросистем.
Основной материал. Рассмотрены следующие варианты исполнения трубопровода:
1. По способу защиты насоса:
а) насос защищен демпфером;
б) насос защищен обратным клапаном.
2. По форме трубопровода:
а) трубопровод несимметричен относительно задвижки;
б) трубопровод симметричен относительно задвижки;
3. По использованию кинетической энергии жидкости при перекрытии трубопровода:
а) энергия жидкости рассеивается в трубопроводе;
Вюник ПДАБА
б) энергия жидкости частично поглощается подключенной параллельно гидрораспределителю полезной нагрузкой, величина которой согласована с параметрами трубопровода.
Для этих вариантов на рисунке 1 представлены осциллограммы напряжения в гнезде возмущения переходного процесса ГН-8, соответствующем сечению трубопровода перед задвижкой. Из них следует, что наличие согласованной нагрузки позволяет уменьшить амплитуду первой волны давления в 1,4 раза. При этом максимальный бросок давления как для симметричного, так и для несимметричного трубопровода при любом способе защиты насоса составляет около 2,0 МПа (п* = 200 м). Это относительно большая величина. Этот вариант соответствует несимметричному (относительно точки возмущения) трубопроводу; насос защищён демпфером — .
Поэтому возникала мысль выполнить управляющий орган так, чтобы он не пропускал постоянную составляющую тока, но пропускал переменную (в натуре - не пропускал жидкость, но пропускал бы волну давления, то есть гасил бы колебания). На модели это можно реализовать с помощью конденсатора достаточно большой емкости, параллельного электронному ключу. В натуре - с помощью демпфера, параллельного задвижке, принципиальная схема которого полностью аналогична схеме демпфера, параллельного насосу.
Этот вариант был проведен на модели. Осциллограммы напряжения в гнездах возмущения переходных процессов ГН-8 и ГН-9 представлены на рисунке 3. Из них видно, что колебания напряжения в этих сечениях полностью устранены, причем такая же картина сохраняется во всех гнёздах модели.
Этот вариант соответствует симметричному (относительно точки возмущения) трубопроводу; насос защищён демпфером — .
Для натуры из этого следует, что при работе гидрораспределителя с параллельным ему демпфером давление вдоль всего трубопровода переходит от одного установившегося значения к другому плавно, без малейшего броска (к* = 0). При этом не требуется какой-то специальной защиты насоса, упрощается конструкция узлов, защищающих его от случайных бросков давления, исключается возможность кавитации; энергия удара переходит в потенциальную энергию деформированных материалов демпфера и, по крайней мере, частично возвращается в систему при открытии задвижки.
Возникает вопрос о габаритах такого демпфера и его реализуемости.
Расчет и разработка его конструкции представляют собой самостоятельное исследование. Но оценить ориентировочно его параметры можно из следующих соображений.
Демпфер представляет собой некоторый трубопровод длиной , сечением 8демп, в котором скорость распространения возмущений адемп определяется материалом, из которого он изготовлен, заполняющей его жидкостью и растворенным в ней газом. Его можно было бы моделировать не конденсатором С2, а параллельной ключу веткой с распределенными рпог !**
параметрами ^дехп . де>т дЛя которой
д 95 демл 95
2 . /"пог л!Г
демл ^демп и '-пог П)
Умножая обе части этого выражения на константу подобия
Г- \9
т демп ^^н
/м ДР
1 делп получим
9 ^демп'демп м
Учитывая что
Получим:
2 /-пог м л*Г Л/ <де:-:п ' '-демп " -демп " <-пог"м (2)
Г~> — '"пог оы
^ демгЛдемл м)
С1 = СП0ГЛ*М (4)
_ 5Д/но=е:<пС2
демп а3С1 (5)
Из конструктивных соображений можно принять, что 8демп. равна учетверенной площади сечения основного трубопровода.
В опыте, осциллограмма которого представлена на рисунке 3, емкость С2 = 10-6 Ф. Однако из энергетических соображений эта емкость должна быть меньше такой, чтобы поглотить энергию, занесенную в катушках индуктивности модели (и даже меньше, если допустимы некоторые колебания напряжения). Поскольку при размыкании ключа она заряжается до потенциала источника питания модели, то:
54 х 80 х 10"6(0.2)3
С2<
Яоб<11 £ 1 \\fo
25=
= 0,276 х 1(Г*Ф
(6)
Принимая адеЖ1 = 200 м/с, подставляя значения всех параметров в формулу (6), получим ■дехп= 150 - 160 м, что, конечно, неприемлемо.
Однако из формулы Н. Е. Жуковского [1]
С,=
1425
i+5-Ь.
(7)
не следует каких-либо ограничений на величину адем„, и при соответствующих материалах можно получить айемп = 15 м/с, при этом *демп - 1 м.
Вариант рисунока 5 соответствует симметричному (относительно точки возмущения) трубопроводу; насос защищен обратным клапаном — ;
Вариант рисунока 6 соответствует наличию или отсутствию демпфера параллельно задвижке.
Приведенные оценки показывают, что последний вариант гашения колебаний давления при работе гидрораспределителя заслуживает внимания.
Сравнение параметров переходного процесса (гидроудара) в ГН8 (перед задвижкой) для разных вариантов исполнения модели (трубопровода) показан на рисунках 1 - 6.
20В(70,8 м)
50 мкс (9,3с)
Рис. 1. Осциллограмма переходного процесса несимметричной модели. Источник питания защищён конденсатором; 1 - без согласованной нагрузки.
20В(70,8м)
(9,3с)
Рис. 2. Осциллограмма переходного процесса симметричной модели. Источник питания защищен конденсатором; 2 - с согласованной нагрузкой
Вюник ПДАБА
Рис. 3. Осциллограмма переходных процессов симметричной модели. Источник литания защищен конденсатором; 3 - без согласованного нагрузки
20В(70,8к
5%кс(9,3с)
Рис. 4. Осциллограмма переходных процессов симметричной модели. Источник питания защищен конденсатором; 4 - с согласованной нагрузкой
Рис. 5. Осциллограмма переходного процесса в ГН8 симметричной модели. Источник питания защищен диодом Ксогл = 2000 Ом
Рис. 6 Осциллограммы переходного процесса в ГН8 и ГН9 модели: а - при отсутствии демпфирующей емкости: б - с демпфирующей емкостью С3 = 10-6Ф, подключенной параллельно ключу
Выводы. 1. Применение Ясогж для несимметричной модели приводит в прямой ветви к уменьшению амплитуды напряжения первой гармоники на 42 % в первый полупериод, на 57 % во второй полупериод, последующие гармоники ослабляются еще больше. В обратной ветви это уменьшение составляет 31 и 49 % соответственно (кривые 1, 2 рис. 1; 2).
2. Применение Ясогл.для симметричной модели приводит к уменьшению амплитуды напряжения первой гармоники на 41 % в первый полупериод, на 81 % во второй полупериод в прямой ветви. В обратной ветви это уменьшение составляет 40 % и 77 % соответственно (кривые 3, 4, 5 на рис. 3; 4; 5)
3. Время переходного процесса в несимметричной модели при наличии Лсогл.уменьшается в 2,6 раза.
4. Время основного переходного процесса в симметричной модели уменьшается в 6,8 раза.
Таким образом, по обоим этим параметрам симметричная модель является более
предпочтительной. Удовлетворительным является объяснение, что в модели получается бегущая волна, переносящая энергию, занесенную в ветвях, в нагрузку Ясогл. Аналогично в трубопроводе образуется бегущая волна, переносящая энергию остановленной жидкости полезную нагрузку. Без Ясоглпри размыкании цепи в модели (как и в натурной гидравлической системе) образуются стоячие волны, энергия которых расходуется на трение.
При применении предлагаемого гидрораспределителя и системы распределения хладоносителя в системах кондиционирования рудничного воздуха шахт экономия теплоты будет составлять примерно 30 - 40 %.
При использовании предлагаемого гидрораспределителя в СКРВ шахт технический эффект заключается в том, что гидравлические удары устраняются, система СКРВ становится проще и надежнее.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Жуковский Н. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. - М. : Гос. изд. техн.-теоретич. лит., 1949. - 103 с.
2. Бержерон Л. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической сети. -М. : Машизд., 1962. - 348с.
3. Зубов Л. Повышение точности приближенных аналитических решений уравнений неустановившегося напорного движения жидкости в трубах // Инженерная гидравлика. Сб. науч. тр. - М. : Стройиздат, 1972. - С. 67 - 73.
SUMMARY
Problem. Investigations of mine air conditioning systems situated in deep mines of Donbas by electric model were performed. Hydraulic impact values depending on the hydrosystems completion
BicHHK HPAEA
method were illustrated in the pictures.
Literature review. No scientific research has been done in the field of hydraulic impacts in vertical pipelines before. D. K. Smirnov and L. B. Zubov were engaged with the problem of hydraulic impact in Ostankino television tower, Moscow. However, they had to stop the pump, whereas therein HI with flow overlapping is described. In case the pump is stopped, the first amplitude goes down (discharging, pressure reduction), whereas in case the flow is lapped with the valve - the first amplitude - pressure increase takes place and the first harmonic goes up.
Aim. Investigation of HI depending on the hydrosystem completion method and in the vertical pipeline.
The following variants of the pipeline have been considered:
1. According to the type of pump protection:
a) The pump is protected with the damper;
b) The pump is protected with a return valve.
2. According to the pipeline design:
a) The pipeline location is asymmetrical comparing to the valve;
b) The pipeline location is asymmetrical comparing to the valve.
3. According to the use of kinetic energy of fluid during pipeline closure:
a) Fluid energy is dissipated in the pipeline;
b) Fluid energy is partially absorbed by the working load acting simultaneously with the hydraulic distributor. Its value corresponds to the pipeline parameters.
For the mentioned variants, Picture 1 shows strain oscillograms in the perturbation pit of the transitional process GN.-8, corresponding to the pipeline section prior to the valve. This implies that the presence of matched load enables to reduce the amplitude of the first pressure wave by 1,4 times. At the same time, maximum pressure surge for both symmetrical and non-symmetrical pipeline with any type of pump protection is around 2,0 MPs (n* = 200 m). This value is relatively large. This variant corresponds to the non-symmetrical pipeline (relative to the perturbation pit); the pump is protected by the damper x3 / TH 1
That is why there was an idea to perform the control object in such a way that it did not miss a direct current level but would let the alternating component (in kind it should not let the fluid in but it would let the pressure wave in, thus quenching oscillations. In the model it can be applied with the help of large capacity condenser which would be parallel to the electronic key. In kind it is performed with the help of the damper, parallel to the valve whose principal scheme is fully similar to the damper scheme that is parallel to the pump.
The present variant was performed with the help of the model. Strain oscillograms in the perturbation pit of the transitional processes GN-8 and GN-9 are given in picture 3. After their close examination it can be clearly observed that stain oscillations in these sections are fully eliminated. The same is true for all pits of the model.
The present variant corresponds to the symmetrical pipeline (relative to the perturbation pit); the pump is protected with damper; t3 / TH = 1.
Consequently, working with hydraulic distributor with the damper parallel to it the pressure down the entire pipeline passes from one steady-state value to the other one smoothly, without jumps (h* = 0). At the same time no special protection of the pump is needed, the design of units that protect it from accidental pressure jumps can be simpler, the possibility of cavitation is eliminated; impact energy is transformed into potential energy of deformed damper materials, and can at least partially return to the system with the opening of the valve.
Conclusion. 1. The application or Racc for a non-symmetrical model in a strict branch leads to the decrease of stress amplitude in the first harmonic component by 42 % during the first one-half period, by 57% during the second one-half period, further harmonic components are even more decreased. In the reverse branch such decrease is 31 % and 49 % respectively (curves 1, 2 , pic. 1, 2)
2. The application or Racc for a symmetrical model leads to the decrease of stress amplitude in the first harmonic component by 41 % during the first one-half period, by 81 % during the second one-half period of a strict branch. In the reverse branch such decrease is 40 % and 77 % respectively (curves 3, 4, 5, pic. 3, 4, 5).
3. The time of transitional process in a non-symmetrical model with the presence of Racc is decreased by 2,6 times.
4. The time of the main transitional period in a symmetrical model is decreased by 6,8 times. Thus, according to both parameters symmetrical model is a more favorable one. A satisfactory
explanation is that there is a progressive wave, transferring energy brought by branches into Racc load. Similarly, in the pipeline, a progressive wave supplying energy of the halted liquid in the pipeline into effective load. Without Racc during interruption of the circuit in the model (like in full-scale hydraulic system) stationary waves are initiated whose energy is used for traction.
With the application of the proposed hydraulic distributor and cold bearer distribution system in the system of mine air conditioning, heat economy will be approximately 30 - 40 %.
With the application of the proposed hydraulic distributor in the system of mine air conditioning, technical effect lies in the elimination of hydraulic impacts, mine air conditioning system becomes more simplified and reliable.
REFERENCES
1. Zhukovskii N. O gidravlicheskom udare v vodoprovodnyh trubah. - M. : Gos. izd. tehn.-teoretich. lit., 1949. - 103 s.
2. Berzheron L. Ot gidravlicheskogo udara v trubah do razryada v e'lektricheskoj seti. - M. : Mashizd, 1962. - 348 s.
3. Zubov L. Povyshenie tochnosti priblizhennyh analiticheskih reshenii uravnenii neustanovivshegosya napornogo dvizheniya zhidkosti v trubah // Inzhenernaya gidravlika. Sb. nauch. tr. - M. : Strojizdat, 1972. - S. 67 -73.
УДК 699.86
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ конструкций
Л. Ю. Дьяченко, к. т. н., доц., Д. Н. Сербиченко*, м. н. с., О. С. Дьяченко, асс., М. Р. Васильченко, студ.
* Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара
Ключевые слова: энергопотребление, энергосбережение, энергетические показатели, утепление наружных стен, наружная и внутренняя теплоизоляция, бетон, коэффициент теплопроводности, теплопотери
Постановка проблемы. На сегодняшний день проблема снижения энергопотребления жилых домов приобрела высшую степень актуальности, что дало толчок для развития энергосберегающих технологий. На обогрев домов государства тратят значительное количество всех энергоресурсов страны, в результате в атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа, высокая концентрация которого приводит к развитию «парникового эффекта».
В таких странах как Франция, Великобритания, США, Канада и Китай экологичное строительство уже стало реальностью. В некоторых странах повышение значения критериев энергоэффективности и экологичного строительства в оценке недвижимости заставляет инвесторов учиться предвидеть, какие требования могут появиться в будущем, чтобы не допустить обесценивания своего имущества.
Энергосберегающие технологии позволяют решить сразу несколько задач: экономия энергоресурсов, решение многих проблем жилищно-коммунального хозяйства, уменьшение загрязнения окружающей среды, увеличение рентабельности предприятий.
Энергетические показатели, например, жилых зданий на сегодняшний день являются очень ценной характеристикой, можно сказать, самой основной. Улучшение энергетических показателей является целью удачного проектирования современного здания. Так каким же должно быть здание с высокими энергетическими показателями и низкой себестоимостью? Это здание, которое приносит минимальный ущерб экологии, которое будет построено с помощью новых или переработанных материалов и технологий, не требующих больших затрат энергии.
Анализ последних исследований и публикаций. Появившееся в конце XX века понятие энергосбережения на сегодняшний день очень актуально не только в Европе, но и во всем мире. Понятие энергосбережения, зависящее напрямую от экономического фактора, одновременно включает в себя социальные вопросы, а также ряд экологических аспектов, связанных с
