автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Обоснование применения предохранительных сбросных устройств для защиты трубопроводов закрытых оросительных систем от гидравлических ударов

РГ6 ОД

,.„=! ТО

и \.-:У.\ ^

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Мегдзди Зафер Абдел Кариц

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ СБРОСНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ЗАКИШИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ОТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ

05.23.16 - Гидравлика и даынерная гидрология

АВТОРЕОЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически! наук

МОСКВА 1994

Работа выполнена на кафедре "Насоса и насосные станции" Московского гидромелиоративного института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

К.П.ВИШНЕВСКИЙ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Н.Н.АРШЕНЕВСКИЙ

кандидат технических наук, доцент А.Н.РОЖКОВ Ведущее предприятие - Щ Союзводпроект

.. /5 и ими о

Защита диссертации состоится —--- 4594 г>

в •/ О часов на заседании специализированного Совета К 120.16.01 в Московском гидромелиоративном институте по адресу : 127550 , Москва, ул.Прянишникова, 19, МГШ ауд. N 201.

С диссертацией можно ознакомиться в .библиотеке ЮТИ. Автореферат разослан МаЯ_1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 120.16.01 кандидат технических наук, доцент

С.Е.Кузьмин

- {-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Одним из мероприятий по рациональному использованию земли и воды является орошение доадеванием, при котором снижаются затраты воды и полив возмохен на участках со сложным рельефом и менее тщательной планировкой полей.

Наиболее эффективно при атом использование широкозахватных довдевальних маиин (ДМ) : "Фрегат", "Днепр", "Волжанка". В этих случаях рациональны закрытые оросительные системы (ЗОС) площадью от 400 до 1200 га с групповой работой ДМ и автоматизацией ьодо-распределения.

На отих площадях протяженность трубопроводов ЗОС относитель но велика и при их проектировании необходимо учитывать происходящие в них гидравлические переходные процессы. Эти процессы возникают в результате изменения режима работы насосной станции или изменения степени открытия трубопроводной арматуры, которая может быть расположена как в пределах насосной станции так и на трубопроводах закрытой оросительной сети.

В последнем случае практически переходные гидравлические процессы вызываются отключением и включением ДМ.-

Поскольку время аварийного отключения отдельны? ДМ лимитировано, закрытие обычных шиберных задвижек на гидрантах ДМ приводит к существенному повышению давления в трубопроводах (к гидравлическим ударам).

Для исключения опасных повышений давления в трубопроводах ВНИК ВОДГЕО были разработаны специальные дисковые затворы с регулируемым закрытием, однако до настоящего времени производство их осуществлялось лишь в опытном порядке.

В связи о втим для уменьшения давления при отключении и

включении да задвижками на их гидрантах используются различные предохранительные сбросные устройства (ПСУ), открывающиеся при

повышения давления сверх заданного значения.

Несмотря на относительную эффективность этих устройств для

них характерны одни и те же недостатки: возможность срабатывания лишь при давлении превышающем максимальное рабочее - Рм и инерционность, причем, если значение Рм ва>г известно, то время запаздывания открытия определено далеко не для всех типов предохранительных устройств.

Однако, наиболее неизученным является вопрос взаимного влияния нескольких ПСУ на сети.

Учитывая, что подавляющее большинство гидрантов ДМ всех существующих ЗОС СНГ оборудовано обычными шиберными задвижками,надежные средства защиты от гидравлических ударов крайне необходимы. Данной работой предусматривается детальное изучение действия ПСУ, в особенности их взаимного влияния.

Для проведения настоящей работы наиболее целесообразным является комплексный метод исследований: натург.ые эксперименты на действующей ЗОС и расчетно-теоретические исследования с использованием существующей методики расчета переходных процессов в напорных системах водоподачи ( автор К.П.Вишневский ) с введением в нее необходимых дополнений и усовершенствований.

Целью работы являлось создание методики,позволяющей обоснованно применять сбросные предохранительные устройства с учетом их взаимного влияния для защиты от гидравлического удара трубопроводов сетей ЗОС.

Выполнение поставленной цели было связано с решением следующих задач:

- натурные исследования переходных процессов в ЗОС, возника

ющих при отключении ДМ с учетом действия сбросных предохранитель них устройств;

- выполнение серий расчетов, в том числе и сопоставительных с результатами экспериментов для р«явления необходимых усовершен ствовакий существующей методики расчета переходных процессов в напорных системах водоподачи;

- усовершенствование методики расчета переходных процессов для случаев, учитывающих сброс воды через предохранительные устройства, с разработкой алгоритма расчета и реализацией его в программе для ЭЕМ;

- расчетно-теоретические исследования случаев переходных процессов при сбросе воды через ПСУ с использованием усовершенствованной методики расчета;

- разработка рекомендаций по применению сбросных предохранительных устройств для защиты трубопроводов 3ОС от гидравлических ударов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- сформулирована математическая модель гидравлических переходных процессов в ЗОС,учитывающая сброс воды через ПСУ при увеличении давления сверх заданного вследствие отключения или включения ДМ;

- впервые при расчете переходных процессов в ЗОС учитываются размеры ДМ и распространение волн изменения давления по их длине;

- для возможности практического решения задачи, указанной в предыдущем пункте разработано дополнение к методу характеристик, позволяющее проводить расчеты переходных процессов для да и части оросительного трубопровода с более мелкими шагами по координате АХ и времени At.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования дали возможность составить рекомендации по применению ПСУ для защиты трубопроводов ЗОС от гидравлических ударов, возникающих при отключении в включении да.

Реализация предложенной математической модели в программном комплексе для ЗВН, позволяет проводить расчеты переходных .процес сов в ЗОС с учетом сброса води через ПСУ.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы'внедрены на Рыбницкой оросительной системе.

На защиту выносятся: методика обоснования применения ПСУ для защиты ЗОС от гидравлических ударов с учетом их взаимного влияния.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях КОШ (1993..1994 гг.).

Публикация. По теме дассертации опубликована статья "Исполь зование предохранительных сбросных устройств для защиты ЗОС от гидравлического удара" в журнале "Мелиорация и. водное хозяйство"

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы ( 120 наименований ) и приложения. Работа содержит 115 страниц машинописного текста, 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цели и задачи исследований, показывается научная новизна и практическое применение результатов работы; приводятся ее основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается обзор состояния исследуемого вопроса. Рассматриваются особенности ЗОС. Приводятся данные о максималь-

тгх расходах вода в оОС, оборудовании и трубопроводной арматуре насоснкх станций оросительной сети и об используемых для полива

да.

Указывается, что наиболее экономичной является цетрализова-нная схс-ма подачи вода в ЗОС, однако при этом для многих станци-онарных режимов работы давление в трубопроводах сета существенно превосходит требуемое, что объясняется подбором насосного оборудования для случая макскмальпого водозабора при наиболее невы. годном расположении ДЧ на сети. . •

Отмечается, что наиболее значительное повышение давления может происходить при гидравлических переходных процессах в ЗОС, причиной возникновения которых в основном является отключение и ' включение ДО, причем это увеличение давления может суммироваться с повышением при стационарных режимах работы ЗОС.

Указывается на возможность значительного снижения давления при отключениях и включениях ДМ при использовании специальных дисковых затворов с регулируемым закрытием, разработанных ВНИИ ВОДГЕО. Однако эти затворы выпускаются в весьма ограниченной объеме и поэтому практически почти не применяются.

Констатируется, что необходимые средства, позволяющие снизить давление в трубопроводах ЗОС прч отключениях и включениях ДМ, наиболее приемлимым из которых в настоящее время является сброс воды через предохранительные устройства.

Указывается, что для их обоснованного выбора необходимо иметь возможность проводить расчеты переходных процессов, возникающих в этих случаях.

Рассматриваются переходные процессы возникающие в напорных системах водоподачи. Приводятся уравнения, описывающие неустановившееся движение воды в трубах, и отмечается, что впервые

ови бшм получены Н.Е.Чуковским.

Указывается, что дальнейшее разьитие теории гидравлических переходных процессов получило в результате работ, выполненных А.Алиевк, А.Бержероном, 0.П'лидером, М.А-Мостаковым, А.А.Суршшм, И.А.Чарным, Л.А.Моешшыы, Г.Н.Кравченко, Н.А.Картвелиивили А.Г.Дваршейшвили, В.Стритором, Д.Фоксом, Р.Пармакяном, Е.Еванге-лисити, К.П.Вишневским, Н.Н.Аршеневсгаш, В.С.Дикаревским", Б.С.Ля паевым, В.М.Алышевым, Д.Н.Смирновым и другими.

Приводятся способы решения уравнений переходных процессов в напорных системах водонодачи.

Отмечается, что в настоящее время наибольшее распространение для численного решения получил метод характеристик. В России чаще всего для решения используются методики расчета, разработанные Б.Ф.Ляыаевым и К.П.Вишневским.

Рассматриваются мероприятия по снижению давления в ЗОС при стационарных и переходных процессах. Указывается, что теоретически наиболее экономичным способом снижения давления при стационарных. режимах работы ЗОС является регулирование работы насосных станций изменением частоты вращения насосных агрегатов, однако в связи со значительной- стоимостью регулируемого привода этот способ почта не применяется.

Регулирование дросселированием напора на выходе из насосной станции, ке приводящее к экономии электроэнергии на подачу воды практически не применяется.

Рассматриваются различные средства заштс от недопустимых повшений давления, возникающих при переходных процессах. Дается классификация ©тих средств.

Констатируется, что для случаев переходных процессов, вызываемых, изменением режима работы насосных агрегатов, разработаны

достаточло простые и аффективные средства зьщиты от гидравличес- _ юн ударов и имеется возможность обоснования их применения соответствующими расчетами.

Указывается, что в настоящее время практически единственным

средством для снижения давления при отключениях и включениях ДМ

»

является сброс вода через ПСУ.

Дается описание сбросных предохранительных устройств: ПСУ-100 и КЗГ-120.

В результате проведенного обзора приняты основные, направления исследований работы.

Во второй главе описывается принятая методика проведения натурных расчетно-таоретических исследовашШ.

Рассматривается последовательность проведения натурных исследований, выбор объекта для проведения експериментов, использо вание бппарарзтуры для измерений параметров ЗОС при Стационарных рекимзх работы и при переходных процессах и порядок проведения экспериментов.

Описывается методика расчета переходных процессов, принятая для выполнения расчетно-теоретических исследований.

Отмечается,что этой методикой учитываются все основные факторы, влияющие на переходные процессы,в том числе и действие раз личной трубопроводной арматуры.

Рассматривается решение уравнений, описывающих неустановившееся движение воды с использованием модификации метода характеристик, при котором неизвестные значения капоров H и скоростей движения воды V при переходных процессах определяются в сечениях примыкающих к расчетным точкам напорной системы ьодоподачи.

Описывается задание граничных условий для узлов расчетной схемы ЗОС, причем наиболее подробно для мест присоединения ДМ,

поскольку из отключение и включение являются причиной срабатывания ПСУ.

Отмечается, что учет ПСУ в используемой ранее методике осуществлялся приближенно, так как при атом ПСУ, ДМ и запорная арматура условно принимались расположенными в одном узле расчетной схемы ЗОС и таким образом распространение волн изменения давления по самимв ДМ, длина которых относительно велика, не учитыва- • лось.

. Рассматривается алгоритм расчета, составленный в соответствии с разработанной методикой, который условно можно подразделить на три части.

В первой части осуществляется ввод исходных данных и переработка их к виду, необходимому для проведения расчетов, во второй - происходит непосредственный расчет переходного процесса, а в третьей - вывод результатов расчета и анализ, определяющий переход к следующему варианту или к окончанию расчетов.

Описываются разработанное дополнения к методике и соответственно к алгоритму, необходимые для расчетов .переходных процессов при установке на ЗОС ПСУ.

Этими дополнениями учитывается, что ПСУ и запорная арматура установлены в отдельных узлах расчетной схемы, которой тамге учитывается длина ДМ, и таким образом распространение волн по трубопроводам, из которых смонтирована ДМ.

Каждая Ш представляется последовательно соединенными трубопроводами, из которых осуществляется отбор воды через догдэва-яыше аппараты. В связи с тем, что расстояния меаду доздовалыш-аппаратами незначительные, шаг по координате ДХ не должен превышать еги расстояния.

В связи с атим было разработано дополнение к методике рас-

чета, позволяющее проводить расчета для да и.части оросительнкх трубопроводов, подающих в них воду с более мелкими шагами по координате X и времени t, чем для остальной части ЗОС.

Отмечается, что соотношение мезду крупными и мелкими шагами по координате X и времени t приняты одними и теми же AXg = К4Х^ и Atfi = KAt_£ ( К - целое число ). Эти условия позволили осуществить дополнение к методике расчета относительно просто.

Рассматриваются завимшости для определения расхода отдельного дождевального аппарата qa из условия соблюдения равномерного слоя осадков по всей площади вдоль ДМ.

Указывается, что открытие ПСУ происходит после увеличения давления Р в месте его установки сверх заданного значения Р^ за время tB0< то есть гидравлическое сопротивление ПСУ изменяется за ото время от S^ = « до S>y= S<vo, соответствующему полному открытию ПСУ.

При снижении давления ниже Р происходит закрытие ПСУ за время t , которое должно быть значительно больше

со во

В соответствии с етим для расчета в качестве исходных данных задают значения: Р , S , t.

qv" «vo ВО BS

Таким образом, до повышения давления сверх Р ПСУ закрыто, сбрасываемый через него расход Q>v равен нулю, и соответственно отражение волн изменения давления в месте установки ПСУ не происходит.

При частично или полностью открытом ПСУ, сбрасываемый через него расход определяется по следующей формуле, полученной из ус-лобия, что все давление в точке i установки ПСУ при сбросе воды затрачивается на гидравлическое сопротивление:

о = _. /а , Н1,0~ *т-п. ^ ^Ш-Р,] (1)

I■ 3 4«аЗ +/ 4gS Б »

IV V ° IV IV

/

а значение отраженных волн в точке 1 при этом:

»М ^и.-п^ <2>

сО

» = о + —1.1. О)

где 0 - сбрасываемый через ПСУ расход воды в точке 1 в момент времени Н1 - начальное значение напора в точке 1; Ъ^-отиетка установки ПСУ в точке 1; « и у . , . волны

изменения давления, подошедшие к точке 1 в момент времени 3 от соседних точек 1 - 1 и 1 + 1;

и , ~ волны изменения давления, возникающие в точ-* » } < ■ л

ке 1 в момент времени 3 ;

а - скорость распространения волн изменения давления ; § - ускорение свободного падения у-в - площадь сечения трубопровода ;

- гидравлическое сопротивление ПСУ. Отмечается, что ни для одной из конструкций ПСУ нет данных о его гидравлическом сопротивлении Б в положании частичного открытия.

В связи с этим необходимо определить по значению соответствующему полному открытию ПСУ.

Определение значения осуществляется следующим образом. Время открытия ПСУ 1 н время его закрытия ^ делятся на рас-

четный интервал времени А^. Таким образом, получаем число расчетных интервалов времени соответствующих, открытию К и закры-

во

тою К ПСУ. До сработки ПСУ значение интервалов К равно К .

Ъв Ь Ьо

После выполнения условия Р. . > Р значение К. уменьшается ка

1,J qr Ь

единицу. Условие Kfe = О соответствует полному открытию ПСУ, по-етому при Î, , г Р К остается равным нулю, а при Р, , < Р

» » 1 Чг Ь • 11 J Ч"-

уменьшается на единицу. Уменьшение Кь на единицу продолжается до тех пор пока это значение не становится равным - К . В этом слу-

Ьв

чае К. .приравнивается К. , то есть ПСУ снова полностью закрыто.

b Ьо

В случае когда при К < О выполняется условие Р. . > Р вы-

Ъ 1,J qr

t.

числяется новое значение = = entier ( ^ + 0,5) и начи-

Ъа

нается расчет открытия ПСУ.

При открытии ПСУ его гидравлическое сопротивлениве вычисля-

К. а

ется по формуле: Б^ = —^К-) » а 111)3 закрытии по фор-

Ьо ь

"У™ : = 51уе( дЛ'й )3 .

Ъо Ь

Описывается алгоритм расчета переходных процессов при установке на трубопроводах ПСУ, блок-схема которого представлена на рис.1.

Приводится методика проведения расчетна-теоретических исследования с использованием дополненных и усовершенствованных алгоритма и програшы расчета переходных процессов в ЗОС с учетом сброса воды через ПСУ при отключении или включении да.

Рассматривается принятый порядок проведения расчетно-теоре- . тических исследований для конкретных ЗОС, выбор этих ЗОС, возможные вопросы исследований, обработка и оформление результатов исследований.

В третьей главе дано описание натурных исследований, проведенных на действующей ЗОС, целью которых явилось экспериментальное определение изменения параметров переходных процессов при сбросе воды через ПСУ, возникащими при отключении и включении

- У^-

ДЦ.

Данные експериментов использованы также для проверки достоверности результатов расчетов переходных процессов по усовершенствованной и дополненной методике для случаев использования ПСУ в качестве средства защиты от гидравлических ударов.

Описывается принятая для проведения натурных исследований ЗОС Рыбницкой оросительной системы в Приднестровье.

Подача води в етой ЗОС осуществляется насосной станцией N 23. на которой установлены две группы насосов, от которых вода подается в низконапорную и высокойапорну» зоны. Для экспериментов, во избежании повреждений сети, использовалась низконапорная зона. При вкспериментах подача воды в сеть осуществляется одним из трех насосов Д 320-70.

Закрытая оросительная, сеть проложена в основном из асбесто-цементкых труб диаметром: 400, 300, 200 мм. Напорный трубопровод стальной диаметром 500 мм.

При проведении экспериментов полив осуществлялся двумя ДМ "фрегат". Изменение режима работы ЗОС достигалось отключением обеих работающих ДО или одной из них, при подключении и отключении ПСУ-too.

Приводится порядок проведения этих исследований, рассматриваются приборы и оборудование для замера параметров ЗОС при стационарных и переходных процессах: ультразвуковой расходомер, дат чики для измерения давления, електролучевой осциллограф.

Дается оценка ошибок измерений с помощью используемой аппаратуры î расхода и скорости движения воды, давления, скорости распространения ударных волн и времени.

Рассматриваются результаты пяти наиболее характерных експериментов. проведенных для случаев: отключение ДМ V 4 при работе

ДМ Ш 4 и 5 при отключением ПСУ-100, отключение ДМ И 5 при работе ДМ Ш 4 и 5 при отключенной ПСУ-100, отключение ДМ У 5 при работе ДМ Ш 4 и 5 при подключенной ПСУ-100, отключение ДМ Я 4 при работе ДМ 1П1 4 и 5 при подключенном ПСУ-100 и отключение обеих ДО при подключенном ПСУ-100.

Режим закрытия задвижки на гидранте ДМ был принят равномерным; закрытие за 22 сек.

. ПСУ-100 были настроены на давление 0,6 и 0,55 МПа.

При работе обеих ДМ "Фрегат" расход насоса составил 76 л/с, а напор на гидранте ДМ ДГ4 - 53,0 м и на гидранте ДМ А"5 - 46,5 и. Результаты одного из атих экспериментов при подключенном ПСУ-100 показаны на рис.2. На втем же рисунке приводятся результаты соответствующего расчета, выполненного с использованием разработанной методики. Их сопоставление с результатами экспериментов показывает хорошую сходимость, чем подтверждается достоверность результатов расчетов по усовершенствованной методике.

В четвертой главе рассматриваются расчетно-теоретические исследования, выполненные с использованвием усовершенствованной методики расчета переходных процессов, возникающих при отключении ДМ с учетом действия ПСУ.

Описываются три ЗОС, принятые для проведения этих исследований . Две из них достаточно крупные. Для этих двух ЗОС в основном и были проведены расчетно-теоретические исследования.

Третья ЗОС относительно небольшая и принята для исследований в связи с тем, что на ней были выполнены натурные эксперименты, описанные в третьей главе.

Приводятся данные: об оборудовании насосных станций, о трубопроводах закрытой оросительной сети, об используемых ДМ, о тру бопроводной арматуре и предохранительных сбросных устройствах

для ЗОС, принятых для расчетно-теоретических исследований.

Рассматривается подготовка исходных данных, в том числе рас четных схем каждой ЗОС для проведения исследований, при этом отмечаемся, что расчеты переходных процессов для отключаемых ДМ и части оросительных трубопроводов необходимо проводить с Солее мелкими шагами ДХ( и &t(, чем для остальной части ЗОС.

Отмечается, что время закрытия шиберной задвижки, установленной на гидранте ДМ, было принято равным 45 с, то есть таким какое необходимо для аварийного отключения ДМ "Фрегат" при де-синхрснпзации перемещения тележек, поддерживающих водопроводящий трубопровод.

Для оценки эффективности действия ПСУ принят параметр, равный :

Р - Р

«* _ ШЛЖ 9V ШШЖ

m

где ?ялж ~ максимальное значение давления перед запорной арматурой;

тшж ~ макоимальное значение давления перед запорной арматурой при подключенном ПСУ к гидранту ДМ;

Р^ - максимальное рабочее давление на входе в ДМ до переходного процесса.

Описывается исследование влияния отдельных, параметров ПСУ на повышение давления при переходных процессах в ЗОС, возникающих при отключении ДО и сбросе воды через ПСУ.

В начале рассматривается влияние времени запаздывания открытия ПСУ (tbe).

Проведенные серии таких расчетов при различных значениях времени открытия ПСУ (t * 0,1; 0,6; 0,8; 1,2; 2,4; 3,0 с) при-

D®

няты для исследований ЗОС показывают, что при увеличении значе-

ния ^ в определенных пределах давление не • увеличивается, а

ВО

уменьшается, и соответственно повышается эффективность действия ПСУ.

Отмечается, что в связи с тем, что после резкого снижения давления, вызванного сбросом воды через ПСУ, происходит его повышение сверх давления при котором срабатывает ПСУ, оно не закрывается и поэтому существенной разницы в результатах расчетов при различных значениях времени запаздывания закрытия ПСУ нет.

Рассматривается проведенное также исследование влияния времени закрытия ПСУ (г.. ) после снижения давления в месте его ус-

Ъа

тановки ниже значения Р^. Значения ^ при этом принимались равными 5, Ю, 14, 18 с (время закрытия по паспортным данным равно 18 с). Результаты этих исследований показали, что уменьшение времени закрытия ПСУ в принятых пределах допустимо.

Рассматривается влияние значения давления, при котором происходит сработка ПСУ (Р ). Отмечается, что значения Р при

яг Ч г г

расчетах для ЗОС примера 1 были приняты равными : 0,63; 0,65; 0,67 МПа, а для ЗОС примера 2 : 0,95; 1,0; 1,05; 1,1 МПа.

Результаты этих расчетов показывают, что для ЗОС примера 2 при увеличении Р в пределах от 0,95 МПа до 1,05 МПа давление не увеличивается, а снижается и эффективность действия ПСУ, таким образом, повышается. Однако определить оптимальное значение давления, при котором должно срабатывать ПСУ, достаточно сложно. Относительно небольшое расхождение максимальных повышений давления при различных значениях Р дает возможность сделать заключение о том, что особая точность в задании Р не нужна.

Рассматривается влияние гидравлического сопротивления ПСУ, определяемого диаметром используемого сопла на повышение давления в ЗОС, при отключении ДО и сбросе воды через ПСУ.

-46В данной случае для ПСУ-100 диаметры сопла были приняты равными 34 им и 40 мм, в соответствии с которыми были определены гидравлические ПСУ.

Результаты втих расчетов показывают, что уменьшение гидравлического сопротивления ПСУ несколько снижает давление при переходных процессах, но ето уменьшение незначительно.

Рассматривается взаимное влияние нескольких ПСУ, установленных на ЗОС. При этом принято, что ПСУ могут быть расположены как в тупиковых, так в в промежуточных точках ЗОС. Предусматривались следующие варианты подключения ПСУ к гидрантам ДМ :

- ПСУ подключены к гидрантам двух или более соседних ПСУ;

- ПСУ подключено только к гидранту отключаемой ДМ;

- ОСУ подключено только к гидранту соседней ДМ.

Результаты расчетов первого варианта подключения ПСУ, выполненных для тупиковой схемы расположения ПСУ на сети ЗОС, показывают, что в большинстве случаев отключение ДМ вызывает сра-ботку не только собственного ПСУ, но и ПСУ соседней ДМ. При втом-

давление у отключаемой ДМ ( см. рис.3, кривая Р^) повышается на

в

АР = 30 % ...70 5Б , а у соседней ДО (си. рис.3, кривая Р3) на АР = 10 % —20 % , то есть эффективность действия ПСУ при атом составляет Э = 10 % ...40 % .

■ V

Результаты расчетов второго варианта показывают, что давле-

в t

ние у соседней незащищенной ДМ (см. рис.3, кривая Рэ) повышается на АР = 13 % ...26 % , что нэ АР = 4 % ...6 $ больше по сравнению со случаем, когда она тоже защищена.

Результаты расчетов третьего варианта показывают, что повышение давления у отключаемой незащищенной ДМ почти такое же, как при отсутствии ПСУ на сети.

Результаты нсследованвнй позволяют сделать вывод о том, что

еффективность установки ПСУ в промежуточных точках оросительных трубопроводов незначительна. v

Эффективность^действия ПСУ, установленных в тупиковых точках значительно выше, однако необходимость их установки следует обосновать расчетами, поскольку при оросительных трубопроводах относительно небольшой длины повышение давления при отключении ДМ может быть несущественным.

Приводятся сопоставительные расчеты для ЗОС примера 2 при принятых в результате расчетов оптимальных параметрах ПСУ.

Результаты этих расчетов показывают, что давление при атом существенно меньше (на 20 % , см. рис.4, кривая Р3) по сравнению с результатами расчетов при паспортных данных ПСУ (кривая Р2). Эффективность работы ПСУ при этом повышается примерно на 18 % .

Приводятся примеры расчета переходных процессов при отключении ДМ дисковым затвбром с регулируемыми закрытием, время закрытия которого составляет 80...130 с в зависимости от давления в месте их установки.

Результаты расчетов показывают, что повышение давления при закрытии этих затворов (см. рис. 5, кривая Р4) составляет всего 20...30$, а давление за Sатвором (на входе в ДМ) достигает значения Р = 0,2 МПа приблизительно за 45 с, то есть за время необходимое для аварийной остановки ДМ.

Приводятся результаты расчетов для всех трех ЗОС по приближенному методу расчета переходных процессов, возникающих при отключении ДМ и сбросе воды через ПСУ, которые сопоставляются с результатами по точному методу расчета. ;

Эти сопоставления показывают, что колебания давления щи расчетах по приближенному методу явно завышены.

В пятой главе рассматриваются составленные на основании ре-

зультатов расчетно-теорегаческих и експерименталышх исследований, а тагаке анализа работ других авторов, рекомендации по снижению давления при переходных процессах в ЗОС с помощью ПСУ.

Отмечается, что рекомендации в основном предназначены для уже ©ксплуатируемых и реконструированных ЗОС, но также могут быть использованы и при проектировании новых ЗОС. В последнем случае при использовании на гидрантах ДМ в качестве запорной арматуры дисковых затворов с регулируемым закрытием, исключается необходимость применения ПСУ. Рекомендации могут быть использованы для оценки повышения давления в трубопроводах ЗОС.

Указывается, что расчеты переходных процессов в ЗОС, возникающих отключением ДМ, необходимые для обоснования количества, мест и параметров ПСУ следует выполнять по методике, разработанной на кафедре "Насосы и насосные станции" >ЯШ.

Дается рекомендация по подготовке исходных данных для проведения таких расчетов.

Излагается порядок проведения расчетов переходных процессов возникавших при отключении ДМ при отсутствии ПСУ, на основании результатов которых определяется максимальное повышение давления в трубопроводах ЗОС и дается рекомендация по выбору вариантов для этих расчетов, а также выбора частей ЗОС, включающих отдельные ДМ и оросительные трубопроводы для которых расчеты проводятся с более мелкими шагами по координате ДХ и времени ди

Указывается, что в случаях, когда относительное повышение давления составляет не более 30% максимального рабочего давления ПСУ можно не устанавливать, поскольку практически оно не обеспечивает существенного снижения давления.

Рассматривается подготовка исходных данных для проведения расчетов при установке на гидрантах ДМ ПСУ.

Отыечастся, что при проведении этих расчетов возможно варьировать значениями гидравлического сопротивления ПСУ зависящем от диаметра используемого сопла да и значениями давления Р при котором ПСУ срабатывает.

Отмечается, что предварительное назначение Р следует осу-

ч*

ществлять в зависимости от повышения давления ДР.

Для этой цели возможно использовать предложенный коэф$ици-Р

ент настройки К р чг , величину которого рекомендуется при-

ипах

нимать в пределах от 1,1 до 1,25.

Отмечается, что рекомендуемое значение Р^ существенно больше максимального рабочего давления Р

- ншах

Рекоме;здуется оцешгвать эффективность действия ПСУ с помоР - Р

щь» Э<(г = ■ р**—_ «V..»« > при эхом указывается, что при

там и

значении до 10$ ПСУ можно не устанавливать, поскольку снижение давлегам при этом мало ощутимо; при значении Э до 20£ необходимость установки ПСУ должна обосновываться расчетом и при Э более 20% - установка ПСУ необходима.

Отмечается, что на основания результатов могут быть приняты оптимальные значения Р и диаметра сопла ПСУ.

Указывается, что ПСУ следует устанавливать только в тупиковых точках присоединения ДМ к сети.

Рассматривается последовательность выполнения расчетов переходных процессов для выбора количества, мест и параметров устанавливаемых на закрытой оросительной сети ПСУ.

основные вывода 1. При централизованной схеме подачи воды, применяемой для большинства зос и большой протяженности оросительных трубопроводов, колебания давления в них при переходных процессах, возника-

- го-

ища при отключениях и включениях ДМ, могут Сыть значительными.

2. Для защиты оросительных трубопроводов от недопустимого повышения давления при переходных процессах, вызываемых отличением и включением ДМ с помощью установленной, в настоящее время, на гидрантах ДМ запорной трубопроводной арматуры, следует исполь зовать предохранительные сбросные устройства несмотря на то, что эффективность их действия относительно невелика.

3. Для обоснованного выбора количества ПСУ, устанавливаемых на ЗОС, мест установки и их параметров следует применять усовершенствованную методику расчета переходных процессов в напорных системах водоподачи, разработанную на кафедре "Насоси и насосные станции" М1Ш.

4. Разработанные дополнения к методике расчета переходных процессов, которыми учитывается взаимное влияние ПСУ, размеры да и распространения волн изменения давления по ним, позволили значительно повысить точность результатов расчетов.

5. Достоверность результатов расчетов переходных процессов в ЗОС, вызываемых отключением да с учетом действия ПСУ, подтверк дена их совпадением с данными соответствующих экспериментов, проведенных на действующей ЗОС.

6. Проведенные расчетно-теоретические исследования с исполь зованием усовершенствованной методики на примерах трехъ ЗОС пока зали возможность определения взаимного действия нескольких ПСУ, влияние различных параметров ПСУ на протекание переходных процессов и выбора оптимального варианта этих параметров.

7. Предложен безразмерный параметр Э для оценки эффективности действия ПСУ. Этот параметр использован в составленных рекомендациях по снижению давления в оросительных трубопроводах при переходных процессах, вызываемых отключением ДМ с учетом д&-

йствия ПСУ.

8. Результаты выполненных исследования показали, что уменьшение давления, при котором срабатывает ПСУ и времени его полного открытия не всегда приводит к снижению давлетя при переходных процессах, вызываемых отключением ДМ при сбросе через ПСУ.

9. Наиболее удачным способом снижения давления при переходных процессах, возникающих при отключении ДМ,является применение специальной запорной арматуры с регулируемым закрытием, исключаю вшм необходимость использования ПСУ. Этот способ следует применять в дальнейшем. .

По содержанию диссертации опубликована работа:

1. Использование предохранительных сборных устройств для зашиты ЗОС от гидравлического удара // Мелиорация и водное хозяйство. - Ы.: 1994. - i 4. (В соавт. с К.П. Вишневским, Д.С.Бе-гляровыы) (в печати)..

/7с/7ыа&7;ь/о открыта

ВАМ/ьеле/лъ расхода ¿одЬ' юрез ЛС& взу.

ао&ема сорасд/саелеаи £о&>/леглги/лгамл&гс' расхода _.

О'хлр&ггн/Я /7£К/ К/

АЮ есЬедще/_

•Зас£и',7ла /гризиа/пт /7С1/ £

**ассг/<5 /грузна/сой

ЁыхаЯ /с расчету ¿/ЗАгемемя

/%ог/ /х2/урос/лр>ане*х/£/ /та ууа&п/гал? /¡X.

í

Рис

. 1. Блок-схема расчета при установке ПСУ в промежуточной точке

V У

Ч/

V, л х:

1 [Т/

«г п / к\ /

V

| | ч

РЛл/ 14

г«—

20

гг

г*

¿о

Рехл - дабмеииг у (эксл^хт.)

Я?» л - дабленае у ММг/Ь (раа/ётн.) Рех.5 -да&сеше у ММа/5 (э/сслерим.) — РгЬ.5 ~Зябле.чие у )

Рис. 2. Изменение давления у да N4 и К5 при отключении ДО N4 (ПСУ подключены).

чц-

о м

лг

3£

38

¿0

и

46

и

$0

Рис. 3. Изменение давления у ДМ NN3 и 4 при отключении ДМ N4

•о

51

-

\ ч

I-г

г© ^

S

N

N 4s N \

N». *>

V N' N

N S N S

<5> N

<3

Ч

К

<55

§

$ i

4

3

s

ma Т,

« *

ñ

Ч §

¡s

о Й

Р,МПа и

го

0.9

О. S 0.7 О. б 0.6 0.4 0.3 0.2 О./ О

\ чА

ч N \ S к

1 \ s ч \

ьУ \ S \

V w ттт У

о /о го ¿о 44 60 то

Píío. 5. Изменение давления у JM Ni при ео отключении

èo $о /во t,c.