CC BY
35
АП~ ± 3 а.
Относительная ошибка вычисляется как отношение к а, т.е.
(12)
АП (а) ± 3а
(13)
а
или в процентах
± 3а
100%.
(14)
а
а
Применяемые методы при обработке конкретных экспериментальных данных приводятся при измерении результатов исследований и их обобщения. Там же приводится порядок проведения экспериментов, а при необходимости детализация методики исследования. Таким образом, можно утверждать, что принятая методика, точность и аппаратура исследований позволяют обеспечить достоверную информацию при проведении экспериментальных исследований.
Для предотвращения обратного гидравлического удара при вторичном включении погружного электронасоса при водоотборе из водоносных скважин применяется клапан обратный с регулируемым временем открытия КОР-1,0, который работает следующим образом: пока погружной электронасос 10 выключен (рис.), запорно-регулирующий орган обратного клапана (7) перекрывает напорный патрубок 9 электронасоса. Рабочая полость 1 заполнена водой, при включении погружного электронасоса вода через импульсную трубку 8 поступает в рабочую полость, включая дроссельное устройство 4, чем обеспечивает временное регулирование открытия рабочего органа обратного клапана, в зависимости от рабочих характеристик погружного электронасоса. По достижении максимальной точки открытия запорно-регулирующего органа обратный клапан начинает работать с расчетной пропускной способностью.
При включении погружного электронасоса рабочий орган обратного клапана под действием гидравлических усилий и собственного веса герметично перекрывает напорный патрубок, исключая обратный ток жидкости. В этот момент рабочая полость заполняется водой через импульсную трубку. При повторном включении погружного электронасоса рабочий цикл обратного клапана повторяется.
Таким образом, при пусковых режимах предлагаемая модель обратного клапана с регулируемым временем открытия исключает гидравлический удар, а также турбулентный взмыв песка в скважине, обеспечивает плавное нарастание расхода до эксплуатационного значения, кроме того, при включении погружного электронасоса обратный клапан предотвращает движение воды из напорного трубопровода в скважину.
Он состоит из рабочей полости 1, включающей в себя верхнюю часть 2, выполненную в форме чаши, неподвижно соединенную с корпусом обратного клапана 3 и имеющую дроссельное устройство 4, регулирующее время открытия обратного клапана. Нижняя часть полости выполнена в форме диафрагмы 5 с жестким центром 6, соединенная с запорно-регулирующим органом 7 импульсной трубкой 8.
УДК 662.22
Н. В. Цугленок, А. А. Туркин
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПАРАМЕТРЫ ОБРАТНОГО КЛАПАНА КОР-1,0
В статье приведены результаты расчетного и гидропневматического обоснования обратного клапана КОР-1,0, доказывающего облегчение непрерывности технологического процесса.
Технологическая схема обратного клапана с регулируемым временем открытия
С учетом вышеизложенного можно ожидать существенного снижения экономических затрат на эксплуатацию и ремонт, а также увеличения срока эксплуатации водозаборных скважин от внедрения новой технологии защиты скважин от пескования.
Для определения геометрических размеров и их влияния на пропускную способность средства защиты скважин от пескования было сделано расчетное и гидропневматическое обоснование предлагаемого устройства для доказательства обеспечения непрерывности технологического процесса. Анализируя расчетную схему, можно записать расход истечения й через водовыпускное отверстие диаметром 60 по формуле
й = Мо , (1)
где Цо - коэффициент расхода водовыпускного отверстия (безразмерный параметр);
$о - площадь поперечного сечения водовыпускного отверстия, м2;
Н - потеря напора, м.
Этот расход по условиям эксплуатации должен быть пропущен фланцем при напоре Н [1, 2].
Тогда мы можем записать
й = М$л12ЯН , (2)
где Ц - коэффициент расхода истечения через приемный фланец;
5 - общая площадь приемного фланца, м2.
Приравнивая уравнения (1) и (2), получим
й = м„ «олДЯН (3)
или /и0 Б 0 = ЦБ.
В силу того, что коэффициент расхода приемного фланца ц меньше коэффициента расхода водоподводящего раструба цо (ввиду значительно больших гидравлических сопротивлений кольцевой щели за счет резкого искривления линий тока при истечении из отверстия фланца, сжатия струи, (трения) площадь приемного раструба должна быть больше суммы площадей водовыпускных отверстий Бо. Для определения
площади 5 в функции Бо необходимо знать ц и /ио.
Для определения размеров надфланцевой камеры необходимо рассмотреть силы, действующие на мембрану и фланец.
В установившемся режиме со стороны раструба на мембрану и приемный фланец действует сумма сил
п пё 2
Ё =-Г Р ЯН + рг, (4)
г =1 4
где ё - диаметр патрубка;
Нр - напор воды, подаваемой насосом;
Рг = РeUQр - сила гидродинамического давления на мембрану и фланец;
V - средняя скорость воды в приемном раструбе;
Qр - расчетный расход воды в подводящем трубопроводе.
Со стороны мембраны на фланец действует сумма сил
п 7ПІ2
£ Ем =-Ф Ре яИф + Ем, + Ег , (5)
І=1 4
где йф - диаметр фланца;
Нф - напор в надмембранной камере;
Рм - сила, передаваемая на мембрану и фланец механическим путем;
- сила давления на запорно-регулирующий орган.
Для определения силы Рм выделим на поверхности фланца кольцо, на котором крепятся мембраны шириной ём, удаленное от центра на расстоянии г.
Если пренебречь незначительным колебанием мембраны, то сила давления на кольцо площадью
2лрём, передаваемая на фланец
К — г
йЕм = 2пРе §Иф РМ р РйР . (6)
КМ Кф
Интегрируя выражение (6) в пределах от радиуса фланца Rф до радиуса мембраны ^, находим
Рм, = 12жр,ЄИф ККМ—КРрйр = 2рНф (1 КЗ + 3 Кф — 2 Км Кф). (7)
■’ КМ — Кф КМ — Кф 632
После замены Км=йМ/2 и Кф = ёф/2 и несложных преобразований (7) приводим к виду
1ф (йМ + йМ йф — 2йф
Рм = 2пре §Нф (йМ + йМйф 2йф ) /12 . (8)
Подставляя (8) в (5), получаем
X = (жРв§Нф /6(ёМ + ёмёф + ёф) + ^ . (9)
1=1
Из опыта разработки и эксплуатации аналогичных устройств известно, что условием работы мем-бранно-уплотняющего и пропускающего механизма является тот момент, когда сумма сил I ¥м в полтора раза больше суммы сил I ¥т{.
При закрытых мембранах ¥г = О, это условие при ¥& = 0 имеет вид
1 3
3(ймг + ёмёф + ё2ф) = -ё2. (1°)
Принимая диаметр фильтрового фланца равным диаметру выходного отверстия насоса из условия ём = ёф = 0,4ё, решая уравнение, находим
ём = 1,4 ё.
Перемещение опорного жесткого центра, а следовательно, и мембраны принимается по известному соотношению
Н = (0,2 ... 0,25) ём. (11)
Если задаваться временем поднятия и опускания мембраны, которое всегда больше фазы гидравлического удара, и пренебрегая массой устройства, а также сопротивлением пружины при перемещении вверх мембраны описывается следующим уравнением
5м(К)йН = »ф°Юф°42*(НР — нф) — ** (Хех) • 5от , (12)
где Бм (Н) йН - часть объема надмембранной камеры, равная объему усеченного конуса высотой йН, за-
полняемого водой за время йг\
/ифа, 5фо - коэффициент расхода и общая площадь входных отверстий фланца;
Иош(хех) - коэффициент расхода приемника, зависящий от давления и количества взвешенных частиц;
5 - выходное сечение отводного отверстия;
Нр - рассеченное давление на входе в калиброванное отверстие.
Значение S(h) зависит от начального положения мембранного механизма при полностью опущенной мембраны: ^ = hmaX)^ ш(Ц = ^ф%, а при
Н — 0,5 Нтах-> №(Н) — пйф^/4.
Поэтому в первом приближении объем усеченного конуса можно заменить равновеликим объемом цилиндра, поперечное сечение которого из условия объемов равно
5э = 12 (йм2 + ймйф + йф2). (13)
Давление в надмембранной камере можно выразить через перемещение штока, используя равенство сил, действующих на мембрану.
Из условия ІГпі — І,¥ті находим
Зй1 Ре дНр + 36ре Q 2(п)ж2 й2 — (2Е* )п
Н ф — о о , (14)
ф Р* (й м + йм йф + йр
где (2(Н) - зависимость расхода от перемещения фланца с отверстиями. С учетом (13) и (14) уравнение (12) является нелинейным обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка и в общем виде решить его не представляется возможным. Поэтому принято время движения мембраны вверх определять из условия наложения объема (5э ■ Нтах) при неустановившемся движении, т.е. принимают Нр - Нф = Нр -Нко, где Нко - напор в надмембранной камере в начале закрытия.
Решение (12) для указанных условий определяет время закрытия (или поднятия лепестков):
■ Нтах
г 3 =--------------------------------------------------------. тах =. (15)
Мко ■Мко^(Нр - Н ко )
Задавшись временем закрытия tз = 5...10 с [7-9], находим диаметр калиброванного отверстия
85э • НМАХ , (16)
пМсо гз ^2^НМАХ
а диаметр отводного отверстия определяют
ёОТ = V2ёко . (17)
Приведенные зависимости дают возможность определить размеры надмембранной камеры обратного клапана. Формула расхода истечения (1), связывающая гидравлические и конструктивные параметры, является основой для гидравлического расчета запорно-регулирующего органа.
Исследование явления истечения и определения гидравлических параметров коэффициентов расхода ^ и сопротивления £ заключается в регистрации пропускаемых через фиксированное запорно-регулирующим органом обратного клапана отверстие расхода Q, и напором Н, с последующим вычислением коэффициентов расхода ^ и гидравлического сопротивления £ обратного клапана на регулирующем времени открытия, как одного из элементов технических средств защиты скважин от пескования по формулам гидравлики [3-6]:
и= я— #=2й (18)
са^г^И V2
где Я - расход истечения;
т - площадь кольцевой щели, образованной запорно-регулирующим органом и корпусом обратного клапана;
Н - напор истечения.
Учитывая, что расчет ведется для условия пропуска максимального расхода истечения ЯМАХ при минимальном напоре НМш, то при этом запорно-регулирующий орган клапана должен иметь максимальное открытие. Учитывая это обстоятельство, нас будет интересовать функциональная связь
М = /1 (Н/ё), £ = /2 (Н/ё), (19)
где Н - высота открытия запорно-регулирующего органа обратного клапана;
ё - диаметр водовыпускного отверстия корпуса обратного клапана (рис.), по которму определены компоновки и оптимальные соотношения конструктивных размеров и определена величина коэффициентов расхода (м) и гидравлического сопротивления £.
Литература
1. Алгоритм оценки качества технологического процесса по многим параметрам в условиях неполной информированности / С.К. Манасян [и др.]; Краснояр. гос. агр. ун-т. // Прил. к «Вестнику КрасГАУ», 2003. -С. 76-77.
2. Манасян, С.К. Зависимость скорости витания твердой частицы от коэффициента формы / С.К. Манасян, С.И. Селиванов, А.А. Туркин; Краснояр. гос. аграр. ун-т // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства»: сб. ст.: прил. к «Вестнику КрасГАУ». - Вып. 2. - Красноярск, 2004. - С. 74-75.
3. Селиванов, Н.И. Физико-механические свойства частиц песка, загрязняющего скважины / Н.И. Селиванов, А.А. Туркин, С.К. Манасян; Краснояр. гос. аграр. ун-т // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: сб. ст.: прил. к «Вестнику КрасГАУ». - Вып. 2. - Красноярск, 2004. - С. 72-74.
4. Селиванов, Н.И. Математические модели способов защиты скважин от пескования / Н.И. Селиванов, С.К. Манасян, А.А. Туркин; Краснояр. гос. аграр. ун-т // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. науч.-практ. конф. (30 ноября 2005 г.)»: прил. к «Вестнику КрасГАУ». - Ч. 2. - 2005. - С. 147-149.
5. Сибирина, Т.Ф. Гидравлика и гидрология: учеб. пособ. для вузов / Т.Ф. Сибирина, А.А. Туркин, Н.В. Дем-ский; под общей ред. А.А. Туркина. - Ачинск, 2005. - 42 с.
6. Туркин, А.А. Способы реконструкции эксплуатируемых водозаборных скважин / А.А. Туркин // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. науч.-практ. конф. (30 нояб. 2006 г.): прил. к «Вестнику КрасГАУ».
- Ч. 1. - 2007. - С. 275-277.
7. Туркин, А.А. Гидропневматическая защита скважин от пескования / А.А. Туркин // Современные тенденции развития АПК в России: мат-лы V Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Ч. 2. - Красноярск, 2007. - С. 13-15.
8. Туркин, А.А. Теоретическое обоснование процессов и средств механизации защиты скважин от пескова-ния / А.А. Туркин; под общ. ред. Е.Г. Синенко; СФУ // Машиностроение: сб. науч. тр. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2007. - 198 с.
