6

На правах рукописи

УДК 626.83.004.1 Носиров Фахриддин Жайловович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОПРИЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 05.23.07 – Гидротехническое и мелиоративное строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент – 2011

Работа выполнена в Ташкентском государственном техническом университете.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Мухаммадиев Мурадулла Мухаммадиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бакиев Машариф Рузметович кандидат технических наук Очилов Рустам Арамович

Ведущая организация: ОАО «Ўзсувлойиа»

Защита состоится «_» 2011 г. в часов на заседании Объединенного специализированного совета К.120.06.02 при Ташкентском институте ирригации и мелиорации (ТИИМ) по адресу:

100000, г. Ташкент, ул. Кары-Ниязова, 39.

С диссертацией можно ознакомиться в Ресурсном центре (библиотеке) Ташкентского института ирригации и мелиорации.

Адрес: 100000, г. Ташкент, ул. Кары-Ниязова, 39.

Автореферат разослан «» 2011 г.

Ученый секретарь Объединенного специализированного совета к.т.н., доцент Т.Султанов ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность работы. В условиях дефицита энергетических и водных ресурсов остро возникает необходимость в осуществлении мероприятий и решений ряда задач по повышению эксплуатационных показателей насосных станций, которые привели бы к уменьшению себестоимости подаваемой воды.

К подобным мероприятиям относится разработка методов и систем по управлению и поддержанию таких режимов работы насосной станции, при которых обеспечиваются минимальные затраты ресурсов.

В связи с повышенной мутностью перекачиваемой воды во многих насосных станциях вопросы предотвращения заиления водоприемных сооружений входят в категорию вышеприведенных задач. Как показывают результаты наблюдений, из-за неравномерной работы насосных агрегатов по времени, а иногда в результате несовершенной конструкции аванкамеры заилению подвергаются многие насосные станции. Отложенные толстым слоем наносы на дне сооружений нарушают проектные гидравлические показатели потока, что отрицательно сказывается на эксплуатационных параметрах насосных станций. При этом ежегодная очистка водоприемного устройства и аванкамеры от осажденных наносов занимает немалую долю эксплуатационных затрат, что создаёт дополнительные проблемы и снижает эффективность работы насосной станции. В этой связи сложная научно-техническая задача разработки конструктивных и технических решений, позволяющих предотвратить заиление в водоприемных сооружениях насосных станций и научно-техническое обоснование их эффективности является несомненно актуальной и своевременной.

Степень изученности проблемы. До настоящего времени изучение вопросов заиления водоприемных сооружений насосных станций и разработка методов предотвращения этого нежелательного явления в основном представляли собой конструктивные решения, позволяющие за счет изменения течения потока уменьшить отложения наносов. Однако, как показывают результаты наблюдений, из–за неравномерности работы насосных агрегатов по времени существующие конструктивные элементы, вносимые в комплекс водоприемных сооружений, не могут эффективно предотвратить отложение наносов. Исходя из этого выявлена необходимость в разработке и исследовании эффективного метода предотвращения заиления водоприемных сооружений.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом Государственной научно-технической программы ГНТП-18 по теме № 18. «Разработка эффективных технологий и технических средств использования водно-энергетических ресурсов при эксплуатации гидроэнергетических и насосных станций малой, средней и большой мощности» (2003-2005 г.г.), результаты диссертационной работы использованы при выполнении хоздоговорной работы № 4/08 «Повышение эксплуатационных показателей мелиоративных насосных станций с применением новых технических решений» (2008-2009 г.г.) в Ташкентском государственном техническом университете.

Цель исследования. Целью диссертационной работы является изучение процесса отложения наносов в аванкамере и в водоприемном устройстве насосных станций и разработка на этой основе эффективных технических решений, позволяющих предотвратить заиление сооружения.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели предполагает решение следующих основных задач исследования:

– анализ современных конструкций аванкамер, водоприемных сооружений и всасывающих труб мелиоративных насосных станций, а также их режимов эксплуатации при заборе взвесенесущей воды;

– изучение в лабораторных и натурных условиях основных закономерностей процесса отложения наносов на дне и откосах водоприемного сооружения при различных режимах работы насосной станции;

– разработка устройства, позволяющего предотвратить отложение наносов в водоприемном сооружении;

– лабораторные и натурные исследования новых технических решений по предотвращению заиления аванкамеры;

– внедрение разработанного устройства в практику эксплуатации водоприемных сооружений насосных станций.

Объектом исследования Объект и предмет исследования.

диссертационной работы являются водоприемные сооружения (аванкамера и водоприемное устройство) насосных станций, перекачивающих взвесенесущую воду. Предмет исследования составляет комплекс научно-методологических вопросов, относящихся к сложной научно-технической задаче исследования процесса заиления водоприемного сооружения насосных станций и разработки на этой основе эффективного устройства по предотвращению отложения наносов на нём.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использованы методы гидравлического исследования структуры потока, энергогидравлические методы определения параметров трубопроводов и насосных агрегатов. Лабораторные исследования выполнены на основе общеизвестных методов и условий моделирования. Достоверность полученных данных в ходе лабораторных и теоретических исследований доказана математическими методами проверки адекватности результатов экспериментов, а также результатами натурных исследований.

Гипотеза исследования. Основной причиной, приводящей к заилению водоприемных сооружений насосных станций, является незначительная величина пульсационных скоростей в придонном слое, которая не может образовать подъемную силу, действующую на частицы, способную противостоять их падению. Искусственное увеличение пульсационных скоростей позволяет создать такую среду, где частицы наносов не имеют основания для осаждения.

Основные положения, выносимые на защиту:

– методика расчета траектории пути осаждения частиц наносов в аванкамере с прямым уклоном;

– новые конструкции устройств, предотвращающих отложение наносов на дне сооружений;

– эмпирическая зависимость, выявляющая количественную связь между напорно-расходными параметрами системы подачи воды для создания турбулентной среды и зоны действия устройства.

Научная новизна. Научная новизна выполненной диссертационной работы заключается в следующем:

– разработаны новые конструкции водоприемного сооружения и устройства, защищенные патентами (UZ FAP 00238, 15.03.2006, UZ FAP 00239, 15.03.2006);

– предложена аналитическая зависимость, описывающая траекторию пути осаждения частиц наносов в аванкамере с прямым уклоном;

– обоснована возможность предотвращения заиления водоприемного сооружения на основе искусственного создания на его дне турбулентной среды;

– на основе полученных экспериментальных данных предложена эмпирическая зависимость, выявляющая количественную связь между напорнорасходными параметрами системы подачи воды для создания турбулентной среды и зоны действия устройства;

– впервые на основе лабораторных энергогидравлических исследований получены характеристики новой конструкции сифонной всасывающей трубы (Патент РУз № 2626).

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Новые результаты, сформулированные в диссертационной работе, имеют научную и практическую значимость в следующих прикладных аспектах:

– уточнены методы проведения модельных и натурных испытаний водоприемных сооружений насосных станций;

– предложена зависимость для вычисления длины пути осаждения частиц наносов, позволяющая прогнозировать характер отложений на дне аванкамеры;

– при совершенстве эксплуатации и реконструкции насосных станций предложенные автором устройства могут быть использованы для предотвращения заиления водоприемных сооружений.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на насосной станции М–II–2 Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций и в учебных процессах Ташкентского государственного технического университета и Каршинского инженерно-экономического института.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: международной научно-технической конференции «Разработка и производство конкурентоспособных сельскохозяйственных машин и машин для переработки сельхозпродукции» (Ташкент, 1997);

международной научно-технической конференции «Гидротехника и гидроэнергетика: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов» (Самара, 2002);

республиканской научно производственной конференции «Проблемы перехода на рыночные отношения в отраслях водного хозяйства и мелиорации Узбекистана» (Ташкент, 2006);

«Бозор итисодиёти шароитида техника фанларини ривожлантириш» мавзусидаги профессор-ўитувчиларнинг республика илмий-амалий анжумани (Ташкент, 2003);

международной научно-технической конференции «Современные проблемы развития мелиорации и водного хозяйства Республики Узбекистан» (Ташкент, 2008);

республиканской научно практической конференции, посвященной Году молодежи, «Роль молодежи в развитии научных исследований для водного хозяйства и мелиорации земель» (Ташкент, 2008);

республиканской научно-практической конференции «Энергосбережение при использовании альтернативных источников энергии:

проблемы и решения» (Карши, 2008);

республиканской научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности использования водных ресурсов и сооружений на юге Узбекистана» (Карши, 2008);

республиканской научно-практической конференции, посвященной Году развития и благоустройства села, «Проблемы и задачи целевого и эффективного использования водных ресурсов фермерскими хозяйствами» (Ташкент, 2009).

Результаты диссертационной работы рассматривались также на научных семинарах кафедры «Гидравлика и гидроэнергетика» ТашГТУ (протокол № от 29.05.2010 г.) и научном семинаре объединенного специализированного совета К 120.06.02 при Ташкентском институте ирригации и мелиорации (протокол № 1 от 01.12.2010 г.).

Основные положения Опубликованность результатов.

диссертационной работы отражены в опубликованных 18 работах, в том числе статьях, 8 тезисах докладов на республиканских и международных конференциях, получены 2 патента РУз.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 124 страницах компьютерного текста (шрифт Times New Roman №14), содержит 33 рисунков, 4 таблицы. Список использованной литературы включает 132 наименований, в том числе зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ обоснована актуальность темы диссертации, Во введении сформулированы цель и задачи исследования, описаны научная новизна и практическая значимость решаемых в работе задач, приведены основные положения, выносимые на защиту, информация об апробации работы и публикации ее результатов.

В первой главе проанализировано современное состояние эксплуатации и режимов работы оросительных насосных станций, подающих взвесенесущую воду. Рассмотрены различные конструкции аванкамер насосных станций, процесс и объемы заиления, режимы работы водоприемных сооружений, при которых наблюдаются наибольшие отложения наносов.

Изучены наиболее удачные решения, позволяющие улучшить структуру потока в аванкамере для достижения наименьшего заиления сооружения.

Вопросами повышения эффективности эксплуатации водоприемных сооружений насосных станций занимались многие исследователи, среди которых отдельно можно подчеркнуть работы Бальзанникова М.И., Виссарионова В.И., Гловацкого О.Я., Карелина В.Я., Мамажонова М., Мухаммадиева М.М., Подласова А.В., Рахимова Ш.Р., Уришева Б.У. и др.

Результаты работ вышеназванных авторов показали, что заиление водоприемных сооружений насосных станций существенно снижает их эксплуатационную эффективность.

Отложенные толстым слоем наносы на дне сооружений нарушают проектные гидравлические показатели потока при подходе к водоприемным отверстиям, что ухудшает эксплуатационные условия всасывания воды и приводит к снижению коэффициента полезного действия насосных агрегатов.

При этом ежегодная очистка водоприемного устройства и аванкамеры от осажденных наносов требует больших эксплутационных затрат.

Исследованием вопросов осаждения наносов в сооружениях гидротехнического назначения занимались Абальянц С.Х., Арифжанов А.М., Гловацкий О.Я., Ибад-заде Ю.А., Кавешников Н.Т., Каушик Пракаш Чандра, Кума Бернар, Латипов К.Ш., Леви И.И., Мамажонов М., Мирцхулава Ц.Е., Михайлов И.Е., Мухаммадиев М.М., Мухамедов Я.С., Чугаев Р.Р. и др. На основе результатов этих исследований предлагались различные зависимости по определению степени и состава мутности потока, условий транспортирования наносов, траектории движения частиц, а также был предложен ряд конструктивных элементов, позволяющих уменьшить отложения наносов на дне водоприемных сооружений насосных станций.

Однако вопросы осаждения взвешенных частиц в условиях расширения поперечной площади потока за счет одновременного увеличения его ширины и глубины, т.е. в условиях аванкамеры недостаточно изучены.

Анализ выполненных исследований показывает, что основным фактором, приводящим к заилению водоприемных сооружений, является снижение скорости потока в аванкамере, зачастую с водоворотами в боковых частях сооружения. При этом величина пульсационных составляющих скорости в придонном слое ничтожна мала, вследствие этого происходит падение частиц на дно, а искусственное увеличение поперечных и радиальных скоростей придает дополнительную силу воздействия на частицы наносов, что заставляет их двигаться и не даёт возможность оседать на дне.

На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе освещен процесс осаждения частиц наносов в аванкамере, получено уравнение, описывающее траекторию движения частицы, приведены результаты лабораторных исследований по определению параметров осаждения наносов на дне аванкамеры.

Надежная методика расчета распределения взвешенных частиц наносов по длине потока для аванкамеры насосной станции до настоящего времени остается нерешенной задачей. Существующие методы таких расчетов в основном разработаны для отстойников и регулирующих сооружений постоянного сечения, в которых средняя скорость потока принимается не изменяющейся по длине.

Уравнение траектории взвешенной частицы, которая двигается со скоростью х и опускается со скоростью z в условиях отсутствия пульсационных составляющих скоростей в аванкамере насосной станции имеет следующий вид dx z = х dz (1) Величину х в произвольном сечении с площадью можем выразить через расход воды Q :

Q Q (2) x b1 h1 b1 xtg h1 xtg x tg tg mh 2 2 xtg h1 m x 2 tg 2 m bh mh где b, т и h – ширина по дну, коэффициент откоса и глубина воды в аванкамере;

b1, h1 - параметры площади живого сечения в начале аванкамеры.

Ширина по дну и глубина воды в аванкамере определяются следующими формулами b = b1 + xtg, h = h1+ xtg, где – угол расширения аванкамеры, – угол наклона аванкамеры к горизонту.

Подставляя (2) в (1), имеем Q (b1 h1+ b1 xtg + h1 xtg + x2 tgtg + mh2+2 xtgh1m+ x2 tgm)d x = dz.

z Проинтегрировав полученное значение, получаем x3 Q x tg mtg tg x tg h1m b1tg h1tg mh12 x b1h x zC z 3 2 Значение С определяем с учетом начальных условий. При х=0 и z=0 получаем С=0. Таким образом, искомое уравнение движения падающей частицы принимает вид z x 3 x tg m tg tg x 2 tg h1m b1tg h1tg 1 x z (3) Q 2 где 1 - площадь живого сечения в начале аванкамеры.

Такое же уравнение траектории падения частицы для прямоугольного русла было получено Михайловым И.Е. При использовании этого уравнения им предложено принимать вместо z гидравлическую крупность наносов w.

Однако, как показывает сравнение результатов расчетов движения наносов с их измеренными величинами, при этом наблюдаются некоторые отклонения, связанные с разностью значений z и w. Действительно, скорость падения частиц зависит не только от их размеров, а также их удельного веса и степени мутности потока. В связи с этим величину z можем определить по следующей зависимости, предложенной Кавешниковым Н.Т.

z = а0 а к w0 (4) а где а0 – мутность потока в начале аванкамеры, кг/м3;

ак – критическая мутность потока, кг/м а к 0,25а 0, (5) 3 Н w w0 - средневзвешенная гидравлическая крупность, м/с w0 = 0,01wipi, где wi – гидравлическая крупность отдельных фракций частиц;

pi - процентное содержание отдельных фракций.

Таким образом, вышеприведенное уравнение (3) имеет вид x3 а0 ак x w0 tg m tg tg x 2 tg h1 m b1tg (6) h1tg 1 x z Q а0 3 2 Правомочность уравнения (6) можем проверять на конкретном примере, например для аванкамеры насосной станции М–II–2 Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций.

Лабораторный анализ полученных в аванкамере проб показал, что средневзвешенная гидравлическая крупность частиц наносов составляет w0 = 0,049 м/с, при этом а0 = 3,39 кг / м3. Результаты расчета представлены на рис.1.

Частицы наносов с вышеприведенными параметрами падают на дно на расстоянии 22,8 метра от начала аванкамеры. Проведенный анализ показал, что длина пути осаждения наносов зависит от их гидравлической крупности, чем больше эта величина, тем меньше длина траектории частиц.

Таким образом, сопоставление результатов расчета по уравнению (2) с натурными данными доказывает пригодность этого уравнения для определения в проектных стадиях аванкамеры предполагаемого места падения частиц с целью принятия адекватных мер по предотвращению заиления.

поверхность воды 0 10 30 40 х, м w при = 0,061 м/с, h w при = 0,049 м/с, z w при = 0,028 м/с.

18, отложение 22, наносов 34, Рис.1. Траектория и длина пути осаждения частиц С целью изучения процесса осаждения отложений на дне аванкамеры были проведены лабораторные исследования, при соблюдении общепринятых условий моделирования, со следующими масштабами:

h = 0,07, l = 0,09 – линейный масштаб (по вертикали и горизонтали);

w = 0,72 – масштаб гидравлической крупности;

(7) = 0,85 – масштаб скорости, ' = 1 – масштаб плотности частиц.

Результаты экспериментов по определению длины пути осаждения частиц показали, что частицы падают на дно с некоторым разбросом, например, частицы с размером d= 0,4 мм падают на расстоянии от 1,62 м до 1,97 м, а частицы с d = 0,3 мм на расстоянии от 2,06 до 2, 27м. Видимо, это можно объяснить влиянием поперечных пульсационных скоростей, которые имеют разные значения в местах падения частиц. Частота экспериментов составляла не менее 15.

Полученные результаты подтверждают правомочность предложенного нами уравнения (3). На рис.1 показано: длина пути осаждения частиц с величинами гидравлической крупности w0 = 0,061 м/с и w0= 0,049 м/с составляла 18,9 м и 22,8 м, соответственно. Эти значения в пересчете по условиям моделирования (7) для модельной установки имеют величины 1,7 м и 2,05 м. Отсюда можем сделать вывод о том, что уравнение (3) вполне пригодно для приблизительного расчета длины пути осаждения частиц наносов при фиксированных значениях скорости потока в начале аванкамеры.

На рис.2 приведены графики зависимости величин, характеризующих движения частицы наносов, от длины аванкамеры.

Анализ графика V/w0 = f(L) тоже подтверждает полученные выше выводы. Например, в вышеупомянутой зоне падения частиц величинa V/w составляют 5,9 – 4,8 при гидравлической крупности частиц w0= 0,043 м/с, а при w0= 0,036 м/с равна 6,5 – 5,8. При этом соответствующие значения скоростей имеют величины V = 0,254 - 0,206 м/с и V = 0,234 - 0,209 м/с.

V/ wo 16 1 - wo = 0,036 м/с 12 2 - wo = 0,043 м/с 2,0 3,2 L, м 1,2 1, 0,4 0,8 2, 2, Рис.2. Графики зависимости V/w0 от длины аванкамеры Третья глава посвящена вопросам разработки новых технических решений, которые позволяют эффективно предотвращать отложения наносов на дне аванкамеры. Приведены результаты лабораторных исследований нового устройства по предотвращению заиления аванкамеры.

Для предотвращения заиления водоприемного сооружения нами предложена новая конструкция всасывающей трубы с горизонтальным агрегатом, защищенная патентом, которая снабжена дополнительным устройством, позволяющим предотвратить оседание наносов на дне аванкамеры (рис.3).

4 1-насосный агрегат;

2- всасывающий трубопровод;

3- перфорированная трубы;

4 напорная подводящая трубы;

5- наносы.

Рис.3. Новая конструкция водоприемного сооружения с устройством для предотвращения заиления аванкамеры Дополнительное устройство представляет собой напорную подводящую трубу 4, которая соединяется с одной стороны с нагнетательным трубопроводом насосного агрегата 1, а её другая сторона имеет специальное приспособление 3 в виде кольцевых перфорированных труб, проложенных по откосам или дну аванкамеры в тех местах, где оседают наносы. За счет гидродинамического давления вода вытекает из отверстий труб струей, и это обстоятельство создаёт в среде пульсационное движение потока, не позволяющее частицам оседать.

Таким образом, поток перед агрегатами всегда имеет турбулентный, неспокойный характер, а наносы 5 находятся во взвешенном состоянии и вместе с водой через всасывающую трубу 2 перекачиваются в верхний бьеф.

Важность увеличения поперечных пульсационных скоростей в придонном слое при повышении турбулентности потока подчеркивалась в работах Абрамовича Г.Н., Мирцхулава Ц.Е., Чугаева Р.Р., Штеренлихта Д.В.

Для исследования функциональных возможностей вышеприведенного устройства по созданию турбулентной среды на дне аванкамеры были проведены лабораторные эксперименты.

С учетом всех этих факторов определился следующий круг задач лабораторных исследований:

- определение напорно – расходных характеристик системы подачи воды к перфорированным трубам;

- выявление зависимости площади действия системы от напорно расходных характеристик подаваемой воды, а также конструкции перфорированной трубы.

Для определения влияния напорно – расходных характеристик системы подачи воды была проведена серия экспериментов по выявлению зависимости 0/от от H/d и q/QНС (0 – площадь аванкамеры, не подвергшаяся заилению под действием устройства, от – площадь аванкамеры, занятой отложениями наносов без применения устройства, H – напор воды в перфорированной трубе, d – диаметр отверстия в перфорированной трубе, q – величина подачи воды в перфорированную трубу, QНС – подача насосной станции).

Результаты лабораторных исследований выявили основные параметры системы подачи воды к исследуемому устройству, которые будут характеризовать процесс создания турбулентной среды на дне аванкамеры.

Для определения аналитической зависимости между параметрами H/d и q/QНС, которая могла бы аппроксимировать исследуемый процесс, экспериментальные данные, полученные при измерениях величин 0/от=, H/d = H, q/QНС = q, были подвергнуты обработке и дисперсионному анализу, в результате чего получено следующее уравнение 3, 22 q H 0, 4. (8) На рис.4 приведены графики, построенные по результатам расчетов по уравнению (8) и лабораторных экспериментов.

Достоверность экспериментальных точек и адекватность полученного уравнения проверены критериями Фишера и Кохрена и получены удовлетворительные результаты, что свидетельствует о правомочности уравнения (8) для описания действия устройства с параметрами H и q.

о / от 0, кривая, построенная по результатам 0, расчетов по уравнению (8);

0, кривая, полученная по усредненным результатам экспериментов;

0, 0,50 экспериментальные точки.

0,40 1 – при q/QНС = 0,001;

2 – при q/QНС = 0,008;

3 – при q/QНС = 0,01.

0, 0, 0, 1103 H/d Рис.4. График зависимости о/ от = f (H/d) На рис.5. показан график изменения 0/ от при применении устройства с его оптимальными параметрами. Из графика видно, что в работе двух насосов площадь, занимаемая отложениями, составляет всего 20 %, а без применения устройства эта величина достигает 90 %.

о /от с применением устройства;

0, 0,60 без применения устройства 0, 0, nнас 3 2 5 8 6 Рис.5. Изменение площади отложений наносов при применении устройства с величинами q/QНС= 0,008 и H/d = В лабораторных экспериментах также было изучено влияние на величину таких параметров, как густота решеток перфорированной трубы, т.е. её относительной длины lтр/от и относительного числа отверстий nот/от в ней.

Получено: максимум достигается при lтр/от 3 и nот/от=6…8.

Таким образом, на основании результатов лабораторных исследований можем сделать вывод о том, что из выше рассмотренных параметров H/d, d, nот, lтр, q/QНС на искомый результат 0/от наиболее сильно влияют параметры H/d и q/QНС, а параметры d, nот, lтр могут быть заданы заранее по результатам расчетов.

Результаты наблюдений показывают, что почти во всех случаях повышенной заиляемости водоприемных сооружений в тяжелые условия попадают крайние агрегаты по водозаборному фронту. В таких случаях для обеспечения временного забора воды до очистки аванкамеры Мухаммадиевым М.М. предложено устраивать регулируемую всасывающую трубу (рис.6).

Эта труба отличается тем, что её колено выполнено гибким, а восходящая часть имеет телескопическую конструкцию. Такая конструкция позволяет изменить местоположение оголовка по высоте, оставив допустимое расстояние 0,4Dвх над отложениями. На наш взгляд, установка таких регулируемых всасывающих труб для крайних агрегатов позволяет обеспечить работу насосной станции в вегетационный период в соответствии с графиком даже при невозможности очистки аванкамеры.

В ходе лабораторных исследований было рассмотрено влияние разных положений оголовка всасывающей трубы на энергогидравлические показатели насосного агрегата.

Б В h h А h 1 – восходящая часть трубы;

2 – гибкий сифон;

3 – нисходящая часть трубы;

4 – насос;

А – расчетное положение восходящей части трубы;

Б – наклонное положение восходящей части трубы;

В - укороченное положение восходящей части трубы.

Рис.6. Схема регулируемой сифонной всасывающей трубы В проведенных нами экспериментах были выбраны следующие размеры:

h1 =0,6Dвх – А проектное положение оголовка;

h1 =1,0Dвх – Б наклонное положение оголовка;

h1 =1,2Dвх – В укороченное положение оголовка.

На основе результатов проведенных опытов составлены графики, приведенные на рис.7.

Представленные графики показывают, что при всех рассмотренных вариантах ярко выраженные изменения КПД насосного агрегата не наблюдались. Результаты опытов, проведенных при увеличении угла установки оси восходящей части всасывающей трубы к вертикали на 200 (положение Б) показали, что при этом увеличивается КПД насосного агрегата на 0,5 – 0,7 % (кривая 2) по сравнению с проектным положением А (кривая 1). При укороченной восходящей части трубы с размером h1 = 1,2Dвх значения КПД насосного агрегата (кривая 3) почти совпадают с величинами КПД в варианте с измененным углом установки восходящей части трубы (кривая 2).

з, % 0, 0, 1 2 0, 0, 4 3,0 4,0 5,0 6, 2, 1,0 Q,л/с Рис.7. График зависимости з = f(Q) Для изучения влияния поворота восходящей части трубы влево и вправо на 18 при постоянной величине h1=сonst была проведена серия экспериментов, результаты которых показали снижение КПД агрегата на 6 – 11 % (кривая 4 и 5). Это можно объяснить увеличением коэффициента сопротивления трубы, причем с ухудшением структуры потока, связанной с несимметричным расположением конфузора в камере.

При всех экспериментах заглубление входного сечения трубы поддерживалось в размере h2 = 0,6 Dвх.

В четвертой главе приведены результаты натурных исследований, рекомендации по применению устройства для предотвращения заиления, результаты расчетов технико-экономического обоснования предлагаемых решений.

В качестве натурного объекта была выбрана насосная станция М–II– Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций. Выбор этой насосной станции не случаен, так как она была оборудована 11 насосными агрегатами, большая часть из которых продолжительное время не работает, что является основным следствием обильного отложения наносов на дне и откосах аванкамеры. По данным Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций за 2008 год размер площади аванкамеры насосной станции М–II–2, занятой отложенными наносами, составляет 50 % от общей площади, а максимальная толщина слоя отложений равна 2,15 м.

Насосная станция расположена на канале М–II, берущем воду из Каршинского магистрального канала. В насосной станции установлены насосные агрегаты марки Д 6300 – 27. Подводящий канал насосной станции имеет следующие параметры: длина – 2,2 км, ширина по дну – 3,0 метра, глубина наполнения канала при максимальном расходе – 3,5 метра, а заложение откоса принято равным 1:2. Русло канала не бетонировано, принят земляной вариант.

Аванкамера насосной станции выполнена из монолитного железобетона.

Основанием железобетонной одежды служит грунт, уплотненный до образования объемного веса г = 1,6 т/м3. Общая длина аванкамеры 36 метров, из них 7 метров в ее концевой части имеют уклон 0,5 в сторону водоприемного устройства. Ширина аванкамеры – 22 метра.

На рис.8. показана схема аванкамеры с зонами отложений наносов и трубопроводной системой устройства по предотвращению заиления.

Водоприемные камеры Зона заиления i = 0, Перфорированные трубы Водоподача из напорной трубы Зона заиления Подводящая труба Рис.8. Схема аванкамеры насосной станции М-II- Проверка работоспособности устройства для предотвращения заиления аванкамеры насосных станций показала, что при обеспечении расчетных напорно – расходных параметров подаваемой воды зона действия струй охватывает 89 % площади, на которой были проложены перфорированные трубы. Результатами исследования установлено, что в период подачи воды в вышеприведенную систему в зоне нахождения перфорированных труб на площади 92 % отложение наносов не наблюдалось. При этом изменялась привычная структура потока в придонном слое, увеличивалась мутность перекачиваемой воды до 8,2 кг/м3 (при работе трех агрегатов до применения вышеприведенного устройства величина мутности составляла в пределах 2,8 – 3,2 кг/м3).

При повторных пусках устройства после непродолжительных остановок небольшие слои наносов, отложенных на территории действия струеобразующих труб, подвергались размыву и вновь среда оказывалась с высоким содержанием наносов.

Результаты наблюдений и измерений показали, что струи имеют хорошую размывающую способность, в местах движения струи наблюдались зоны размыва шириной 45 – 55 см.

Эффективность использования устройства обоснована результатами данной диссертационной работы, и для его осуществления необходимо учесть следующие рекомендации:

1. Перфорированные трубы целесообразно проложить на участке перед входными отверстиями всасывающих труб на расстоянии (5… 6) Dвх от них, так как по результатам исследований именно в этой зоне присутствуют мелкие частицы (d0,1мм), которые не оседают в каналах и богаты минералами.

2. Напорно-расходные величины устройства по предотвращению заиления следует принимать в пределах: относительный расход воды q/QНС = 0,008 – 0,01 и напор H/d= 5103 … 6103.

3. Конструктивные параметры устройства целесообразно использовать в следующих размерах: относительное число отверстий nот/от = 6…8, диаметр отверстий для истечения струй d/H = (2…4)10-4, густота решеток перфорированной трубы lтр/от 3.

4. При возможности в качестве источника воды для устройства следует использовать дренажно-осушительную систему насосной станции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты исследования по теме диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведенный автором анализ опубликованных работ и статистических данных по вопросам заиления водоприемных сооружений насосных станций показал, что отложенные наносы занимают до 95 % площади аванкамеры, а толщина слоя наносов составляет величину до 3,7 метра.

Вследствие отложения наносов в аванкамере и водоприемных камерах происходит изменение проектных размеров аванкамеры, засорение водоприемных камер, при этом КПД насосных агрегатов может снижаться на 2,5 – 6 %.

2. В настоящее время не существует эффективных методов и средств, предотвращающих заиление водоприемных сооружений во время работы насосной станции. Очистка аванкамеры производится после окончания поливного сезона, поэтому насосные станции вынуждены работать с ухудшенными показателями, связанными с заилением водоприемных сооружений.

3. На основе анализа процесса осаждения частиц наносов получено новое уравнение в виде степенной функции, описывающее траекторию падения частицы наносов для аванкамеры с трапецеидальным поперечным сечением.

4. Сопоставление результатов расчета по полученному уравнению с натурными данными показывает приемлемость данного уравнения для определения приблизительного места падения частиц наносов.

5. Разработана новая конструкция всасывающей трубы, защищенная патентом, которая имеет дополнительное устройство, позволяющее предотвратить оседание наносов на дно аванкамеры.

6. Результаты лабораторных исследований по определению напорно – расходных характеристик предложенного дополнительного устройства показали, что при значениях относительного расхода воды q/QНС = 0,008 – 0, и относительного напора H/d= 5103 - 6103 возможно предотвратить заиление на 85 – 98 % площади аванкамеры, занимаемой отложениями.

7. При применении нового устройства по предотвращению заиления величина площади, освобожденной от отложений, достигает 80 % даже при числе работающих насосов nнас=2, несмотря на сильное снижение транспортирующей способности насосной станции.

8. Получена аналитическая зависимость, аппроксимирующая процесс освобождения площади от наносов с помощью нового устройства в виде 3, 22 q H 0, 4.

9. Результатами лабораторных исследований установлено, что конструкция всасывающей трубы с изменяющимися восходящими частями позволяет обеспечить работу насосных агрегатов без уменьшения их КПД при наличии в водоприемных камерах толстых слоев отложений на дне.

10. Результаты проведенных на насосной станции М–II–2 натурных исследований показали эффективность предложенного устройства по предотвращению заиления аванкамеры. В период подачи напорной воды в трубопроводную систему устройства в зоне нахождения перфорированных труб на площади 92 % отложение наносов не наблюдалось.

11. По результатам технико-экономических расчетов годовой экономический эффект от применения данного устройства составляет 1602, долл. (2 531 950 сум при 1580 сум/долл.) для одной насосной станции (на примере насосной станции М-II-2).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ 1. Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Жанкабилов У.У., Носиров Ф.Ж.

Проблемы эксплуатации насосных станций агропромышленного комплекса Узбекистана // Разработка и производство конкурентоспособных сельскохозяйственных машин и машин для переработки сельхозпродукции: Сбор. трудов Междунар. научно-техн.конф. - Ташкент, 1997. – С.70-71.

2. Мухаммадиев М.М., Носиров Ф.Ж., Хохлов В.А. Исследования НС с регулируемыми сифонными всасывающими трубами // Гидротехника и гидроэнергетика: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов: Сбор. трудов Междунар. научно-техн. конф. мая - 3 июня 2002. - Самара, 2002. – С.118-122.

3. Носиров Ф.Ж., Мухаммадиев М.М., Холматов В.А., Хидиров А.А.

Повышение эксплуатационных показателей оросительных насосных станций // Проблемы перехода на рыночные отношения в отраслях водного хозяйства и мелиорации Узбекистана: Материалы Республиканской научно-производственной конференции. –Ташкент: ТИМИ, 2006. –С.78-80.

4. Носиров Ф.Ж., Мамажанов М.М. Исследование режимов работы всасывающих труб сифонного типа на насосных станциях, оборудованных горизонтальными насосами // Вестник ТашГТУ. –Ташкент, 2006. -№1. С.70-75.

5. Патент РУз. FAР 00238. Водоприёмное сооружение / Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж. // Расмий ахборотнома. –2006. -№2.-С.186-187.

6. Патент РУз. FAР 00239. Водоприёмное устройство / Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж. // Расмий ахборотнома. – 2006. - №2. -С. 187.

7. Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж. Улучшение всасывающей способности насосных агрегатов при сильном заилении аванкамеры // Вестник ТашГТУ. –Ташкент, 2008. -№2-3. -С.85-88.

8. Исаков Х.Х., Носиров Ф.Ж., Гуфранов А.А. Некоторые аспекты энергосберегающих режимов крупных насосных станций // Энергия ва ресурс тежаш муаммолари. -Ташкент, 2008. -№3-4. –С. 62-67.

9. Мухаммадиев М.М., Носиров Ф.Ж, Уришев Б.У., Имомназаров О.И.

Определение основных размеров систем подачи воды для предотвращения заиления аванкамеры насосной станции // Проблемы информатики и энергетики. -Ташкент. 2008. - №6. -С. 44-49.

10. Мухаммадиев М.М., Ташматов Х.К., Уришев Б.У. Носиров Ф.Ж.

Внедрение в производство технических разработок по повышению технико-экономических показателей режимов работы насосных станций:

Сборник научных статей. Каталог научно-технических разработок авторов ТашГТУ. – Тошкент, 2008. –С.458.

11. Носиров Ф.Ж, Шарипов Ш.М. Совершенствование условий эксплуатации НС горизонтальными агрегатами // Ўзбекистон Республикасида мелиорация ва сув хужалигини ривожлантиришнинг замонавий муаммолари: Халаро илмий-техника анжуманининг материаллари. Тошкент, 2008. –С. 280-282.

12. Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Имомназаров О., Носиров Ф.Ж., Шарипов Ш.М. Техническое решение для предотвращения заиления аванкамер для насосных станций с горизонтальными агрегатами // Ўзбекистон Республикасида мелиорация ва сув хужалигини ривожлантиришнинг замонавий муаммолари: Халаро илмий-техника анжуманининг материаллари. - Тошкент, 2008. – С. 286-288.

13. Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж. Вопросы искусственного изменения структуры потока в придонном слое водоприемных сооружений насосных станций // Ўзбекистон жанубида сув ресурслари ва иншоотларидан фойдаланиш самарадорлигини ошириш муаммолари: Респ. илмий-амалий конф. материаллари тўплами. - Карши, 2009. -С.50-56.

14. Носиров Ф.Ж. Уменьшение заиления аванкамеры насосных станций // Роль молодежи в развитии научных исследований для водного хозяйства и мелиорации земель: Материалы Респ. научно-практ. конф., посвященной Году молодежи. -Ташкент, 2008. - С.230-232.

15. Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж., Сайфиев А.У. Технико экономические расчеты по применению устройства для предотвращения заиления аванкамеры насосной станции // Проблемы и задачи целевого и эффективного использования водных ресурсов фермерскими хозяйствами:

Материалы Респ. научно-прак. конф., посвященной Году развития и благоустройства села. – Ташкент, 2009. - С.69-71.

16. Носиров Ф.Ж. Улучшение эксплуатационных показателей водоприемных сооружений насосных станций // Agro ilm. -Ташкент, 2009. -№ 4(12). -С. 35.

17. Носиров Ф.Ж. Суориш насос станцияларининг самарадорлигини ошириш // O’zbekiston qishloq xo’jaligi. - Ташкент, 2009. - №11. -С.25-26.

18. Мухаммадиев М.М., Носиров Ф.Ж., Уришев Б.У. Повышение эффективности работы водоприемных устройств насосных станций // Гидротехническое строительство. - Москва, - 2010. - №1. – С.11-13.

Техника фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Носиров Фахриддин Жайлововичнинг 05.23.07 – «Гидротехника ва мелиорация урилиши» ихтисослиги бўйича «Насос станциялар сув абул илиш иншоотларидан фойдаланиш самарадорлигини ошириш» мавзусидаги диссертациясининг РЕЗЮМЕСИ Таянч (энг муим) сўзлар: насос станцияси, сув абул илиш иншооти, сўриш увури, чўкма, чўкма тўпланиши, лойа, энергогидравлик изланишлар, оим тезлиги, гидравлик йириклик.

Тадиот объектлари: арши кичик насос станцияларидан фойдаланиш бошармасига арашли М-II-2 насос станцияси.

Ишнинг масади: насос станциялари сув абул илиш иншоотида лойа чўкиш жараёнини ўрганиш ва шу асосда лойаланишнинг олдини олиш бўйича самарали техник ечимларини ишлаб чииш.

Тадиот методлари: оимни гидравлик ва гидрологик тади илиш, насос агрегатлари ва увурларнинг энергогидравлик тадиот илиш усуллари.

Назарий ва тажрибавий натижаларнинг ишончлилик даражаси математик усуллар ва табиий олда олинган маълумотларга асосланган.

Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: сув абул илиш иншооти ва урилмасининг янги конструкциялари таклиф илинди (UZ FAP 00238, 15.03.2006, UZ FAP 00239, 09.03.2006), аванкамерада лойа заррачаларининг чўкиш йўлини ифодаловчи янги аналитик тенглама аниланди, сув абул илиш иншооти тубида оимнинг турбулент олатини юзага келтириш орали лойаланишнинг олдини олиш мумкинлиги асосланди, тажрибалар асосида урилманинг аракат доирасига мос келадиган босим – сув сарфи ийматларини ифодаловчи янги эмпирик тенглама олинди, сифонли сўриш увурининг энергогидравлик лаборатория тадиотлари ўтказилди.

Амалий аамияти: лойа заррачаларининг чўкиш йўлини ифодаловчи тенглама аванкамерада лойа чўкиш жараёнини олдиндан белгилаш имконини беради, таклиф этилган тавсиялар насос станциясидан фойдала-нишда ва реконструкция илишда лойаланишнинг олдини олишни таъминлайди.

Татби этиш даражаси ва итисодий самарадорлиги: илмий иш натижалари арши кичик насос станцияларидан фойдаланиш бошармасига арашли М-II-2 насос станциясида татби илинди. Йиллик итисодий самара 2531950 сўмни ташкил илади.

ўлланиш (фойдаланиш) соаси: ишло ва сув хўжалиги Вазирлигига арашли насос станцияларида.

РЕЗЮМЕ диссертации Носирова Фахриддина Жайлововича на тему: «Повышение эффективности эксплуатации водоприемных сооружений насосных станций» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23. – «Гидротехническое и мелиоративное строительство» Ключевые слова: насосная станция, водоприемные сооружения, всасывающая труба, насосы, заиливание, мутность, скорость потока, энергогидравлические исследования, гидравлическая крупность.

Объект исследования: насосная станция М–II–2 Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций.

Цель работы: изучение процесса отложения наносов в водоприемном сооружении насосных станций и разработка на этой основе эффективных технических решений, позволяющих предотвратить заиливание сооружения.

Методы исследования: гидравлическое и гидрологическое исследование структуры потока, энергогидравлические методы определения параметров трубопроводов и насосных агрегатов. Достоверность полученных теоретических и экспериментальных данных доказана математическими методами проверки адекватности результатов экспериментов, результатами натурных исследований.

Полученные результаты и их новизна: предложены новые конструкции водоприемного сооружения и устройства, защищенные патентами (UZ FAP 00238, 15.03.2006, UZ FAP 00239, 09.03.2006), получена новая аналитическая зависимость, описывающая траекторию пути осаждения частиц наносов в аванкамере, обоснована возможность предотвращения заиления водоприемного сооружения на основе искусственного создания на его дне турбулентной среды потока, на основе полученных экспериментальных данных предложена эмпирическая зависимость, выявляющая количественную связь между напорно расходными параметрами системы подачи воды для создания турбулентной среды в зоне действия устройства, получены результаты лабораторных энергогидравлических исследований новой конструкции сифонной всасывающей трубы (Патент РУз № 2626).

Практическая значимость: предложенная зависимость для вычисления длины пути осаждения частиц наносов позволяет прогнозировать характер отложений на дне аванкамеры, при совершенствовании эксплуатации и реконструкции насосных станций предложенные рекомендации могут быть использованы для предотвращения заиления водоприемных сооружений.

Степень внедрения и экономическая эффективность: результаты работы внедрены на насосной станции М-II-2 Каршинского управления эксплуатации малых насосных станций. Годовой экономический эффект от применения данного устройства составляет 1602,5 долл. (2 531 950 сумов при 1580 сум/долл.) для одной насосной станции.

Область применения: на насосных станциях Министерства сельского и водного хозяйства.

RESUME Thesis of Nosirov Fahriddin on the scientific degree completion of the doctor of sciences (philosophy) in technical on speciality 05.23.07. –hydrotechnical and ameliorative constructions” subject: “Increasing the effects of exploitation of the water collecting pumping stations”.

Key words: pumping stations, watercollecting buildings, absorbing tube, drifts, silt, muddy state, flow speed, energetical hydraulic researches, hydraulic size.

Subjects of research: pumping station М-II-2 of Karshi medium pumping stations exploration management.

Purpose of work: is to study the process of drifts in watercollecting installations of pumping stations and development of effective technical decisions allowing to prevent silting in installations.

Methods of research: is hydraulic and hydrological investigation of flow, structure energetical hydraulic definition methods of tubes and pumping aggregates parameters. The reality of the given theoretical and experimental data proved by mathematical methods of adequate testing real of experiments results, by the result of natural research.

The results obtained and their novelty: the new constructions and devices were proposed which Licenses (UZ FAP 00238, 15.03.2006, UZ FAP 00239, 09.03.2006), also new analytical depends were received which describes the path of (trajectory) of pieces in prechamber, proved the possibility to prevent silting of water collecting installation in water collecting installation by creating artificial turbulent flow on the bottom of installation. Receiving results of experiments give the opportunity to propose empiric depends discovering quantity connections between pressure-consumption waste parameters of water delivery system for the aim to create turbulent possibility in device zone of activity, also laboratory energy and hydraulic researches of a new siphon absorbing tube construction was approached (Lisence RUz №2626).

Practical value: the proposed dependence of calculation of path length of dirty pieces allows to forecast the character of sediments on the bottom of prechamber improving the exploitation and renewing, of pumping station. The recommendation which was proposed can be applied for the prevention of silting watercollecting installations.

Degree of embed and economic effectivity: the results of the research were applied in pumpstations М-II-2 in Karshi medium pump stations enterprise. Annual economically income of applying of the proposed device is approximately 1602,5USD (2.531.950 Uzbek soms, currency rate=1580 soms/USD) for one pump station.

Field of application: is the pump stations attached to ministry of Agriculture.