автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Система электрохимзащиты сельскохозяйственных водоводов на базе МИКРОГЭС

На правах рукописи

МЛЛЕВА Инна Михайловна

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВОДОВОДОВ НА БАЗЕ МИКРОГЭС

Специальность 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1996 г.

- г -

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЗСХ)

Научный руководитель: доктор технических наук,профессор

Б.Н.Усаковский.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В. И. Виссарионов

кандидат технических наук старший научный сотрудник М.Д.Гришин

Ведущая организация: - Государственное предприятие

"Союзводстрой" (г. Москва)

Защита диссертации состоится " " ^-^с— 1995 г.

в часов на ааседании диссертационного совета К 020.15.01 по

присуждении ученой степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства по адресу: 109456, Москва , 1-й Вешняковский пр.,д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИЭСХ.

_ / ХГ

Автореферат разослан _1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета 1 кандидат технических наук старший научный сотрудник

Н.Ф.Молоснов

ОБЩАЯ XAPAKIEPEDIKXA РАБОПЗ

Актуаяьшкяь тан. Защита от коррозии иеталлоярвотрукций является вагисй шггйзтшнкшЯ задачей. Скорость коррозии веззгршрн-1шх иеталлкчесяпг водопроводов, в средней, достигает 0,02 ики/сут Еследстгнэ чего срок служба сокращается до 5.. .6 лат яри нормативной срсггэ схугйн ссотЕетстаенно 20 п 25 лет. Преждевременная замена труб пргтаздтт к уггг-иенкэ капвазкешй н стокаостя води. Поэтову пооЗгодгаш tiepa ко уЕзлкченни срока службы и кадгкпости трубопровода.

В результата прсвргянпого анализа работ, исслздущях причины коррозии подгс!шз: трубеярегодоз, било выявлено, что S0Z всег повреждений вызвано гягадпЛгтктеы агрессивного грунта, т.е. почвенной каррсжжЯ. Позтоау злеятрошазаиргга трубопроводов от почвенной коррозия является взобзвдкыиы условней для увеличения надежности и срока служба труйспрспюдаз, особенно в у слоями сельского хозяйства.

В Российской С?дарсцгга но состоя:г?с5 на 01.01. Е5 г. па балансе ргаличвих орггшегдай имеется болте 250 тыс.ка селзскохозяйствеа-нш водопроводов, га юн 120 тыс.ки - стальных. а&ятрогкмззцйту имеет 4Z, т.е. ояоло 5 тыс.км. в средней, 30Z водеяракодоз ргепо-ложенн в районах о централизованным злеятроснабтйшы, ка ник -2DX пролегает в степшп: районах (Ставропольский Кряя, Калирккя) и нулдайтся в злэятрохимгазнте.

В связи с этка актуальной является проблема разработки енотами алектрохтгзагзгоа сельскохозяйственных водоводов на базе иикро-ГЗС, размещенной ва за^изцаемоа водоводе, в районах удаленных от ЛЗП.

Работа выполнялась в соответствкв с планоа дальнейшего развития теки ГКНТ "Зоологически чистая энергетика" о 1386 по 1992 до 2000 г.г.

Работа выполнена в соответствии с проектам "Система устройств злектрохкизащоты о нспольаовалиеи избыточного напора трубопроводов" (1S31-1S32, 1955 г.), по заказу Глаиводхоза йтсельхоапрода Россия.

Иальи данной работы является научное обоснование параметров системы алектрохимзащиты сельскохозяйственных водоводов на базе ыикроГЗС, преобразунщей избыточный напер, и ооадашш технических средств.

Объект наследования Систеиа алектрохимзащиты сельскохозяйственных водоводов на базе ишроГЗС, преобразующей избыточный напор.

Методика исследования. Решение поставленных задач осуцествля-

лось на основе теоретических методов электротехники, гидродинамики, математической статистики с использованием измерительной и вычислительной техники.

Научная новизна работы. Впервые применен способ катодной защиты систем сельхозводоснабжения на базе микроГЭС, преобразующей избыточный напор. Исследованы причины возникновения избыточного напора и его диапазон для сельскохозяйственных водоводов. Обоснованы технические, конструктивные и энергетические параметры системы "насос-трубопровод-микроГЗС-катодная защита" с учетом избыточного напора. Определен гидравлический импеданс микроГЭС с учетом волновых свойств жидкости в трубопроводе и его влияние на работу системы в целом. Разработана номограмма для расчета параметров системы "насос-трубопровод-микроГЭС-катодная защита".

Практическая ценность заключается в разработке новой технологической схемы электрохимзащиты на базе микроГЭС, преобразующей избыточный напор, и создании технических средств.

На защиту выносятся:

- способ катодной защиты на баае микроГЭС, преобразующей избыточный напор в водопроводах систем сельхоаводоснабменни:

- обоснование технических, конструктивных и энергетичеких параметров системы "насос-трубопронод-микроГЭС-катодная защита" с учете.■ избыточного напора;

номограмма для расчета параметров системы "насос - трубопровод - микроГЭС-катодная защита";

- технологическая схема системы электрохимзащиты сельскохозяйственных водоводов на базе микроГЭС, преобразующей избыточный напор;

- результаты экспериментальных исследований микроГЭС для катодной защиты и технико-экономическая оценка.

Реализация результатов исследований. По результатам исследований, рааработана конструкторская документация и изготовлен образец системы электрохимзащиты на базе микроГЭС ( мощностью до 120 Вт), которая прошла хозяйственные испытания на Кущевском водоводе Краснодарского края в 1985 г. Результаты испытаний покааали работоспособность опытного обрааца в условиях эксплуатации. Система электрохимаащиты на базе опытного образца микроГЭС обеспечила за-шиту водовода длиной до 4,5 км в условиях грунта с удельным сопротивлением 45 Ом.м.

Ожидаемый годовой экономический эффект применения системы электрохимзащиты на баае микроГЭС по сравнению с сетевым преобра-".«»иатолем Olli! составит 1 550 до 5 ООО тыс.руб. ( н ценах 1995 г.)

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на конференции "Состояние и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии"(г. Симферополь, 24-26 сентября 1390 г.), на международной конференции "Использование возобновляемой энергии в сельскохозяйственном производстве" (г.С.-Петербург, 26-29 нюня 1995 г.) и на научно-прак-ткческой конферетрм "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (г.Москва, 3-5 октября 1995 г.)-, на семинаре "Организация электрохимической защити водоводов, групповых водопроводов сельхозводоснабяения и на системах орошения"(г.Коломно, 18-22 декабря 1995 г).

Публикация результатов исследованияОсновное содержание диссертации опубликовано в 8 работах, получено а.с. N 1469908.

Структура и объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (98 наименований) и приложений. Изложена на 120 страницах машинописного текста, включает 53 рисунка и графиков, 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность "теми, дана краткая характеристика работы изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Катодная защита ;елбснояозяйственних трубопроводов" дан анализ технических средств и технологических схем злектрояимзащнты трубопроводов,в т.ч. сельскохозяйственных водоводов. дан анализ существующих методик для расчета электрохнмзащиты. Изложена цели и задачи исследований.

Электрохимическая защита металлов от коррозии получила широкое распространение как один из эффективных и экономических способов борьбы с коррозией с 1930 г. В настоящее время, катодная защита применяется в странах СНГ и за рубежом. Научный вклад в развитие теоретического обоснования и техники аащиты внесли ученые Г.В.Акимов, И.Н.Францевич, В. В.Красноярский, Б.А.Притула, А.А.Спирин, И. В. Стрижевский и многие другие. С 1948 г. катодная защита применяется в соответствие с техническими правилами и условиями по ГОСТ 9.015-74 И ГОСТ 25812-83.

В результате анализа технических средств определено, что в основном, н странах СНГ для кзтодной защиты магистральных трубопроводе» с централизованным электроснабжением распространенны преобразователи тина КСС, СКЗТ, СКСТ, ИСК. ПАСК, ТДЕ и новые модификации 0ПС. Мо!Д!юстб станций составляет 0,fi. ..5,0 кЕт, номинальное выходное напряжете 24,46 !>.

Установлено,что к основным недостаткам СПС откосится сравнительно ншкий коэффициент надежности вследствие того, что станции устанавливаются, в основном, на опорет, талое расположение обуславливает обрыв соединительные кабелей н проводов. КПД преобразователей составляет 0,65.. .0,7 o.e., EDX электроэнергии теряется ери трансформации и расходуется на нагрев элементов. Катодная защита с помощью СПС требует строительство ЛЗП вдоль защищаемого трубопровода, что увеличивает стоимость катодной защиты. Среднее расстояние между установками катодной защиты трубопроводов составляет 5...10 км, увеличение расстояния до 15... 20 кы возможно при улучшении качества изоляционного покрытия трубопроводов.

Б результате анализа работ установлено, что в странах СНГ и за рубежом для электроснабжения катодной защиты газ о- и нефтепроводов использукт автономные источник;] энергии (АИЗ): растворимые аноды (протекторы)¡дизельные генераторы;' турбогенераторные установки; термоэлектрогенераторы; фотоэлектростанции; ветроэлектрические установки; универсальные электростанции.

К недостаткам АйЗ, работающих на топливе, откосится высокая стоимость установок и соответственно себестоимость электроэнергии, область применения ограничена районами, где имеется природный газ или другое топливо.

Для применение АИЗ по сравнении с ОПС не требуется строительства ЛЗП, себестоимость электроэнергии и затраты на обслуживание значительно ниже. Из-за того, что установки имеют ряд особенностей: зависимость развиваемой мощности от погодных условий, преры-ваемость функционирования, относительно низкая надежность, область применения ограничена.

Б результате анализа работ определено, что для обеспечения катодной защиты водоводов применяются ОПС и известны разработки катодной защиты на базе ветроагрегата. Б странах СНГ и га рубежом известны работающие системы электрохшзащиты групповых водопроводов в районах, удаленных от ЛЭП, с электроснабжением от ветроэлектрических агрегатов.

Одним на способов решения проблемы обеспечения электроэнергией катодную защиту водоводов систем сельхозводоснабжения является применение микрогидроэлектростанций (микроГЭС). Стоимость оборудования микроГЭС, выпускаемых различными фирмами, невысока и позволяет конкурировать с другими автономными установками. Особый интерес представляют микроГЭС, размещенные в трубопроводах систем орошения и водоснабжения. Установки используют гидравлическую энергию водотоков, ограниченных геометрическими размерами трубопровода.

Анализ технических средств выявил, что вопрос использования микроГЭС в водоводах систем сельскохозяйственного орошения и водоснабжения для автономных потребителей, обслуживающих трубопроводы мало изучен. Известны единичные установки.

Особенностью систем водоснабжения является наличие избыточного напора, который приводит к разрушении трубопроводов. Для устранения отрицательного воздействия избыточного напора используют различные устройства: резервуары, рекуперационные узлы присоединения; которые обеспечивают сброс избытков напора. К основным недостаткам устройств относится то, что погашение избыточного напора происходит за счет дополнительных капиталовложений.

Применение микроГЭС в системах водоснабжения позволяет решить две проблемы: обеспечение электроэнергией катодной защиты трубопровода при минимуме капитальных вложений и устранение отрицательного воздействия избыточного напора.

Поэтому необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать взаимосвязь энергетических параметров "на-сос-трубопровод-микроГЭС-катодная защита" с учетом избыточного напора ;

- изучить влияние условий катодной защиты (удельное сопротивление грунта, характеристики водовода) на мощность установки;

- изучить влияние микроГЭС на работу водовода; разработать и ¡кпытать систему электрохимзащиты на базе

микроГЭС, провести технико-экономическую оценку по сравнению с другими средствами.

Во второй главе "Обоснование параметров системы "насос-трубопровод- мнкроГЗС-катодная защита" проведен анализ режимов работы сельскохозяйственных водоводов, диапазон избыточного капора, выбран импеданснкй метод для определения гидравлического импеданса микроГЭС и всей системы с учетом волновых свойств жидкости в трубопроводе.

Водоводы сельскохозяйственного водоснабжения подразделяются на локальные и магистральные трубопроводы. В результате анализа опытных данных, было определено, что величина скорости потока иа-меняегся в пределах 0,3(0,5)...0,7(1,5) м/с. Локальные и магистральные трубопровод« имеют диаметр 50...600(900) мм. Следовательно, минимальные расходы р водоводах достигает 0,0006 мЗ/с, максимальные - 0.2(0,95) мЗ/с.

В условиях польского хозяйства локальные водоводы (распределительная сеть) характеризуются наличием избыточного напора, величина которого достигает до 30" и болте от общего напора, соадавае-

мого насосом и отрицательно действует на надежность и срок службы трубопроводов. Наличие избыточного напора в водоводах существует по следующих причинам: закладывается на стадии проектирования насосного оборудования для дальнейшего развития системы водопотреб-ления, за счет неровности местного рельефа, неравномерного водо-потреблекия, наличие большого количества отводов от магистрали, где требуется сравнительно низкий напор по сравнению с магистралью.

Системы водоводов характеризуются двумя режимами движения воды по трубопроводам, установившимся и неустановившийся, которые описываются с помощь» уравнения Бернулли. Реальные водоводы характеризуются неустановившимся режимом. Б уравнении Бернулли для неустановившегося движения жидкости учитывается инерционный напор. Инерционный напор представляет собой работу сил инерции, отнесенную к единице веса, которые отрицательно влияют на работу и надежность трубопровода, и определяется по формуле:

■ Нин= (а/Е)1а (1)

где 1а - проекция рассматриваемого участка трубопровода на направление ускорения а.

Величина напора, преобразующаяся с"помощью турбины микроГЭС, определяется из основного уравнения турбин:

Нт = Нин 12 (2)

Определено, что избыточный напор в системах сельхозво^оснаб-жения составляет 5. ..30 » от общего напора насосного оборудования.

Рассмотрим колебательную систему, состоящую из генератора колебаний ( насоса), трубопровода с жидкостью,по которому перемещаются колебания и микроГЗС, преобразующая часть амплитуды колебаний в электрическую энергию. Касос генерирует низкочастотные колебания за счет вращения рабочего колеса. Частота колебаний, создаваемая центробежным насосом, зависит, в основном, от количества лопаток и от частоты вращения приводного двигателя насоса (пдв = 1000...1500 мин1) и находится в диапазоне 16,67. ..25 Гц. Б течение I ^емени происходит суммирование амплитуды колебаний и создается избыточный напор (избыточная энергия), отрицательно влияющий на работу трубопровода (рис.1).

Размещение турбины установки в водоводе оказывает влияние на гидродинамические процессы, поэтому необходимо определить гидравлическое сопротивление установки и его влияние на пульсации в водопроводной системе (рис.1).

Из теории электрических цепей известен метод расчета их дина чичоскил характеристик с помощью электрического импеданса. Гидроя

- 9 - .Л . . 1 ^---, -----:-1

/УДЯ и М / \ \ III 1 1 ¡11 Л 1 1 к ' \ \ 1

1 - д

Низб= Нт

1г з

Рно.1 СоЕшютная работа насоса и микроГЗС: 1 - ц/б насос; 2 - микроГЗС; 3 - водопровод.

лический импеданс является аналогом электрического импеданса. Поэтому для определения влияния турбини микроГЗС на работу водовода был выбран ншедаксный метод, в котором в качестве оценки динамических свойзтв служит комплексное гидравлическое сопротивление, с помощью которого описывается система "насос-трубопровод-микро-ГЭС- потребитель". Оно определяется как отношение переменных составляющих давления и расхода в любой расчетной точке:

7л - Р(жД)/(}(хД) (3)

Комплексное сопротивление в конце и начале трубопровода с учетом граничных условий определяются по формуле:

7я = сг + г Ы1(Л1)]/[1 + (гк/2гр)Ы1Сл1):1 (4) 2я = [7л - гтр^сдш/с 1 - (гн/гтр)»±(л1)] (Б) гтр = [(1рсгА)/(1иР)1, (6)

где 1 - длина трубопровода,км;Л- постоянная распространения колебаний; и - циклическая частота процесса, с"; с - скорость звука, м/с; Z тр - волновое сопротивление трубопровода: {р- плотность води кг/м3.

Для определения процессов, происходящих в системе насос-трубопровод - потребитель", с помощью импедансного метода рассмотрим схему, состоящую из центробежного насоса, длинного трубопровода, микроГЭС, трубопровода с открытым концом.

Гидравлический импеданс турбины микроГЗС определяется:

гн = р/ч = Ст/^) (7)

где Ст - козф$ициент, учитывающий конструкцию турбины. Общий гидравлический импеданс равен сумме гидравличес^х нм-педансов отдельных частей схемы, по аналогии с электрическими цепями с учетом граничных условий:

г = -2соо+ст/(чв)+2гтр +кгтр -7л-рЩЛ1))/(1- гтрйгрщлпкн)

Общий импеданс для следующих условий: стальной труборовод длиной 1 - 1000 м, диаметром &гр 0,325 м, толщина стенки труб s 0,007 м, Q = 0,084 м /с, плотность воды JD = 1000 кг/кГ^, кинематическая вязкость V?» 0,01*10 м2/с, число Re ■= 3250, коэффициент трения 0,014, частота вращении приводного двигателя насоса пдв = 16,67 c'ï равен: ¿ ¡p.

где А = 0,16*СН+ 0,5 СТ;В - - i 9,5810e В результате исследований устаиовленно, что импеданс турбины равен действительному числу (имеет активное сопротивление), не дает сдвига фаа между напором и расходом и, следовательно, при установке турбины в трубопроводе не создаются дополнительные пульсации, которые могут вызвать резонансные явления в трубопроводе, и нарушить работоспособность системы.

Энергетическая мощность потока водовода в точке размещения ыикроГЭС (рис.3 а) определяется по формуле:

Но = 9,8H»¡Qm (9)

где Нм- абцисса точки размещения микроГЭС, м; Qm - ордината размещения точки микроГЭС, м3/с.

Количество микроГЭС на групповом водоводе или в распределительной сети определяются из выражения:

пу = Низ/Hcpi (10)

где Низ- избыточный напор в системе, и; Hcpi - срабатываемый напор единичной установкой, м.

Установлено, что^ для систем водоводов с турбулентным режимом (Re = 25,8.. .502,7-10) и диапазоном рабочих скоростей 0,3...1,5 м/с по своим характеристикам соответствуют турбины пропеллерного типа Z = 7, Сп = 0,3 и ортогональные турбины типа Дарье Z = 7, Сп = 0,5.

Гидравлическая мощность, преобразованная турбиной на водоводе 0,5), составляет 0,05...1,2 кВт в зоне рабочих скоростей 0,5...1,5 м/с и напора 0,4...3,5 м для Отр » 300 мм, напора 0,8-6,0 м - для Drp = 200 мм.

В результате анализа работ по катодной защите определено, что катодная защита является активной, потребляющей постоянный ток. Сопротивление катодной защити складывается из активных сопротивлений трубопровода, групп анодных заземлений и переходного сопротивления "трубопровод -грунт". В практике проектирован}]« сопротивление анодного заземления подбирается так, чтобы Raa < 1 0м .

В результате аналитических расчетов получены вольт-амперные характеристики (ВАХ) катодной защиты для грунтов п г =

- и -

-е г

5,10,15,20,25,50 Ом.м и сопротивлении изоляции в = 1000.10 См. м ВАХ катодной защити носит линейный характер, который описывается уравнением:

и = к1 (11)

где к = 0,1...2,38 - коэффициент пропорцианальности, зависящий от сопротивления грунта.

Определено, что режим катодной защиты относится к длительным, это обуславливается требованиями процесса, вызывающего коррозию металлического водовода в грунте. Гидротурбина микроГЗС, размещенная в водоводе, развивает относительно низкую скорость вращения, ограниченную диапазоном скоростей воды в водоводе (диапазон скоростей потока воды в водоводах - 0,8...1,5 м/с).

В результате анализа работ, установлено, что режим работы СГ для катодной защиты совпадает с режимом эксплуатации СГ, применяемых на транспорте и в ветроэнергетике. Эти условия характеризуются тем, что скорость вращения есть функция времени и зависит, в первом случае, от скорости движения, во втором, ^т^скобрети ветра. Потребители, в основном, активная нагрузка и скорость вращения СГ сравнительно низкая 600... 1500 мин""1. Возможен запуск и работа электрогенераторов при скоростях значительно ниже, чем номинальные. Поэтому в эксперименте были исследованы режимы работы СГ, применяемые в транспорте и в ветроэнергетике, на катодную защиту водоводов.

В результате теоретических исследований усовершенствована методика, позволяющая осуществить расчет мощности автономного источника, получены аналитические зависимости, характеризующие электрические параметры АИЭ для условий катодной защиты.

Основным определяющим параметром катодной защиты, влияющим на величину мощности АИЭ, является удельное сопротивление грунта, в котором размещен защищаемый от коррозии водовод. Определено, что маломощные АИЗ эффективно применять в грунтах с высокой удельной проводимостью до 50 Ом-м .

В результате использования приведенной методики расчета исследованы и определены мощностные характеристики катодной защиты на базе АИЭ ( в т.ч. микроГЗС) в зависимости от основных параметров катодной защиты, характеристик грунта и трубопровода.

Для построения мощностных характеристик (рис.2) маломощных автономных источников выбраны оптимальные условия, которые позволят эффективно применять АИЭ: удельное сопротивление грунта г = 5...50 Ом-м, зона защиты (длина трубопровода 1тр) - 5...20 км, диаметры трубопроводов 104...50Я чч. В результате проведенных иссле-

дований был получен ряд мощностных характеристик Ру = Г(1а) (рис.2.) для грунтов с различным сопротивлением. При изменении удельного сопротивления грунта от 5...50 Ом-м требуемая мощность автономного источника для защиты трубопровода увеличивается от 440...3080 Вт (длина трубопровода равна длине зоны защиты остается постоянной 1а = 20 км).

В результате проведенных исследований были установлены условия применения системы злектрохимаащита на базе микроГЗС. Системы мощностью до 600 Вт эффективно кспольаовать для катодной защит» трубопроводов с Отр = 325...600 мм, длиной 8. ..20 км, размещенных в грунтах с г = 5...45 Ом м.

Рис. 2. Мощностные характеристики катодной защиты Р = П1з) в зависимости от удельного сопротивления грунта г: 1 - г = 50 Ом.м; 2 - г = 25 Ом-м; 3 г = 20 Ом-м; 4 - г = 15 Ом-м; 5 - г = 10 Ом-м: 6 - г = 5 Ом-м. Заштрихованная зона - область применения системы электрохимзащиты на базе микроГЗС

В результате исследований, определены технические, конструктивные н энергетические параметры элементов, входящих к технологи ческую схему катодной защиты водоводов систем сельхозводоонаСяения от коррозии. Технологическая схема системы "насос-тру&опровод-мик-роГЭС-катодная защита" описана с помощью разработанной номограммы. Входными параметрами для номограммы являются параметры потока 0 и Н в трубопроводе, создаваемые насосом, выходными - параметры катодной защиты.

Номограмма для определения рабочих параметров пистеми ¡«нова

на на совмещении эксплуатационных характеристик насоса, трубопровода, микроГЗС и катодной защиты. Входные параметры определяются на совмещении рабочих характеристик насоса и трубопровода. На рис.3 а построены рабочие характеристики насоса и трубопровода: Кн = f(Q), Ьтр = f(Q) (12)

Координаты точек пересечения являются параметрами для выбора гидравлической мощности микроГЗС:

Ну = f(Q, Н) (13)

На основе рабочей характеристики микроГЗС в координатах Н, Q определена электрическую мощность , учитывая КПД турбины и генератора (рис.3 а). Выходные параметры системы "трубопровод-микроГЭС-катодная аацита" получены на основании аналитических зависимостей Ру = f(1а) катодной аащнты, построенных для грунтов с различным удельным сопротивлением (рис.3 в): кр.1 - г = 5 Ом«и; кр.2 - г = 10 Ом.м; кр.З г = 20 Ом.м.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований. Результаты экспериментальных исследований" представлены экспериментальные исследования гидравлического и электрического оборудования, экспериментального образца микроГЗС, дан анализ режимов работы электрогенераторов на катодную защиту, разработана технологическая схема электрохимзащиты на базе микроГЗС.

По данным, полученным в результате экспериментальных исследований, построены оборотные характеристики турбины - Нт =f(пт) при различной скорости потока воды в трубопроводе Vo = 0,74...1,59 м/с, определены частота вращения турбины под нагрузкой пт = 120...447 мин , срабатываемый напор на турбине - 0,6...1,4 м, мощность турбины - 13. ..297 Вт, коэффициент Ст = 0,0135.. .0,068.

8 лабораторных условиях проводились испытания автомобильных н тракторных электрогенераторов: Г-287 Е, Г-15.37.01, Г-273 - YXI; а также генератор ВГ-40 и ВГ-0,12- 600 -15 от ветроэлектрических агрегатов.

Б ходе экспериментальных исследований получены внешние характеристики Ur = Г(1н) электрогенераторов при различных значениях нагрузки Rh = 0,6.. .4,5 Он и скорости вращения г»г = 400.. .1660 мин в зависимости от различных способов возбуждения, минимальные скорости вращения, при которых наблюдалось надежное самовозбуждение при холостом ходе и под нагрузкой для работы с катодной защитой, мощностные характеристики Рг = f (пг) испытуемых генераторов и электропривода, регулировочные характеристики Uh = f(ÍB) и токос-коростные характеристики 1н = f(nr).

В ходе испытаний установлено,что эффективными условиями ио-

Рис.3. Номмограмма для расчета системы "насос-тру бопро-вод-микроГЭС-катодная защита": а) совмещенные характеристики насоса и водовода; С) мощностные характеристики микроГЭС; в) мощност-нве характеристики катодной защиты.

пользования испытуемых электрогенераторов для катодной запреты являются трубопроводы длиной 5.. .10 км в грунтах с удельным сопротивлением Г = 5. ..25 Ом.н.

Определены оптнмальвке услов>ш для размещения установки в га-доводах - перегод магистрали в лока^нук сеть к потребителям (где требуется напор до 1 а), поток сужается с помощь» вентильной зад-Ежяо! и происходят значительные потери напора.

В результате аналитических исследований получено, что при сужении ( дня соотношения диаметров трубопроводов Dm/Do = 1,4) потери напора на.задвижке составляют 0,7...3,9 м; для - Пм/Ос « 4,0 потерн напора - 5,4...29,4 ы, следовательно, потеря электрической энергии при гашении капора задвижкой равны 0,5...8,5 кВт.

Определено, что с помощью новой технологической сзгемы системы злэктрохкмзазрггы на базе ншроГЗС взамен схем с венета ними зад-сижками, колко использовать до 8,5 кВт электроэнергии на катодную защиту.

йспыгашет экспериментального образца »жкроГЭС, состоящего из Езтокобильного электрогенератора Г-273 (пг = ESQ ¡япГ \ ¡2,= 0,45) и пропеллерной гидротурбины Dr = 200 мм, °.30» = 13...SCO Вт, проводились на стенде.

В результате зкеперииетальньн исследований определено, что для трубопровода диаметром Dip = 325 мм, размещенного а грунтах с г до 5 Oit.и, иощность ыикроГЭС, равная 120 Зт, создает зону защита трубопровода длиной до 10 км. Срабатываемый напор на турбине до 1,4 м, что позволяет разместить систему катодной защиты на базе микроГЗС в водоводах с избыточным напором. Построена номограмма экспериментального оборудования (насос-трубопровод-микроГЗС).

Б четвертой глазе "Технико-экономическое обоснование" представлены хозяйственные испытания системы злектрохимзащиты на базе ¡жкроГЭС Кущевского водовода (Краснодарский Край) взамен сетевого преобразователя ОЯС.

Установлено, что опыта «iî образец системы электрохимзащитн на базе микроГЗС мощностью 30 Вт обеспечил катодную защиту металлического годоЕода диаметром 325 мм и длиной 4,5 км, размещенного в грунте с удельным сопротивлением г = 45 Ом.м.

Проведена сравнительная оценка эффективности злектрохимзащиты на базе микроГЗС по сравнению сетевым ОПС.

ОБЩИЕ вывода

1. В настоящее время, только 4Х сельскохозяйственных водоводов имеют электрохимзащиты, вследствие удаленности от центрального электроснабжения. В связи с этим актуальной является разработка автономной системы электрохимаащитм сельскохозяйственных водоводов на базе микроГЭС, преобразующей избыточный напор.

2. Обоснованы технические, конструктивные и энергетические параметры системы "насос - трубопровод - микроГЭС - катодная защита" для условий избыточного напора. Установлено, что гидравлическая мощность турбины составляет 0,5...1,2 кВт в зоне рабочих скоростей 0,5. ..1,5 м/с и избыточного напора, что позволяет обеспечить электрохимзащиту мощностью до 600 Вт.

3. Разработана новая технологическая схема электрохимзащиты сельскохозяйственных водоводов на базе- микроГЭС, установленной на переходе магистрали в локальную сеть.

4. Разработана номограмма для расчета параметров системы "на-сос-трубопровод-микроГЭС- катодная защита" с учетом избыточного напора.Определена область применения чнетеын злектрохимзащиты на базе микроГЭС мощностью до 600 Вт - водоводы диаметром Dtp =

325___ 600 мм и длиной 8...20 км, размещенные в грунтах с удельным

сопротивлением г = 5...20 Ом.м.

5. Экспериментально подтверждены з<у$ек квные режимы рагюты гидротурбины : Vo = 0.74...1,59 м/с, сраОатьшаемый напор О,6...1,4 м, мо1Щ(кть^турбц1ш 13...297 Вт; и электрогенераторов на катодную защиту: онорооть вращения пг = 400... 1П60 мин" . сопротивление нагрузки Rh = 0,6...4,5 Ом, мощность до 400 Вт, что эквивалентно -трубопроводу длиной 5...10 км в грукт-л о удельным сопротивлением т = 5...25 Ом.м.

6. В результате хозяйственных иенкианий системы на Кущевском водоводе (Краснодарский Край) установлено, что опытный образец системы мощностью 30 Вт обеспечил катодную защиту металлического водовода диаметром 325 мм и длиной <1.5 км. размещенного в грунте с удельным сопротивлением 45 Ом-м.

7. Ожидаемый годовой экономический эффект применения системы электрохимзащиты на баае микроГЭС мощность» 120 Вт по сравнению с преобразователем ОПС (электроснабжение от Л.ЭП длиной 100 м и бо лее) cocíanит 1 551...5 ООО тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следуn'u^u; работах ; 1. Малева И.М. . Нестеров Е.К « лр Микро! :)(' дли злектрохнмза-

щкты трубопроводов в системе селькозЕодоснабиеютя.//ЭИ - II 78-92.-Алыа-Ата, КазШШШШ, 1992 г.- 4 с.

2. Палева U.M. f-икроГЗС для систем сельхозводоснабже-ння.//Тез.докл./Судостроит.пром-ть, серия пром.,энерг.охр.окруж. среды, энергоснаб-е судов,- Симферополь.- 1990,- вкп.4.-С.67___68.

3. Ыалева И. К. Катодная аащитз.//Сельский механизатор.-1995.-Ü 11.- С.15...1С.

4. Буркитбаев Б.О., Палева И. II., Нестеров Е.Б. Применение ветроэнергетических установок и мнкроГЗС на пастбищах Казахстана. //Аналит. обзор,- Алма-Ата, КазНИИНКИ, 1992.- С.20-24.

5. Малева H.H., Костерол Е.Б. Оборудование микроГЗС.//Сельский механизатор.- 13S2.- Ы 6.- С.10...11.

6. Малева й.М.Использование низкопотенциальной энергии малых водотоков в лопастных гидромашинах.//ЗИ/ЦИНТИхимнефтемаш, Сер.ХМ-4-М7. - вып.5.)- М., 1S89 .- 15 с.

7. Ыалева и.Н. "Карманные" источники электроэнергии.//Сельский механизатор. -13S8. - 11 12.- С. 14-15.

3. A.c. N 1469908 (СССР). Устройство для катодной защити от коррозии трубопроводов.//Малева И.й.,Усаковский В.М., Лятхер В.И./ Опубл. в Б. И. JJ 45,- 1990 г.