автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и средств механизации водоснабжения пастбищ Туркменистана для интенсивного овцеводства

ЛЕНИНГРАДСКИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УЖЗЕРС«*ГгГ

На правах рукописи УДК 621.65.3.03 (213.2)

ПУСЕ2Н03 Руслан Григорьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ ¡.¡ЕХАШЗА1|!И ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПАСТБИЩ ТУРКМЕНИСТАНА ДЛЯ ИНТЕНСИВНОГО ОВЦЕВОДСТВА

Специальность - 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1991

Работа выполнена в Туркменском ордена "Знак Почёта" сельскохозяйственном институте им. И.И.Калинина

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - НПО "Солнце" Академии наук Туркменистана

Специализированного совета Д 120.37.04 по еащите диссертаций на соискание учёной степени доктора технических наук в Ленинградско! государственном аграрном университете по адресу} 189620, Ленингрг Пушкин, Ленинградское шоссе, 2, ауд. 2719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградско] государственного аграрного университета.

Автореферат разослан " ^ н _ _1$9£ г.

Б.И,ВАГОН

доктор технических наук, профессор В.А.УСАКОЕСККЙ

доктор технических наук, профессор Л.Е.ТШБАЕВ

Защита состоится

1992 г. на заседа1

Учёный секретарь специализированного совета

--*

"&ССМИШЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. В сельском хозяйстве особое внимание уделяется дальнейшему развитию животноводства. Большие задачи по увеличению производства продукции высокого качества с наименьшими затратами труда и материальных средств поставлены перед животноводством Туркменской ССР.

Овцеводство - одна из важнейших отраслей животноводства, производящих мясо, персть, мех, молоко, каракуль л другие продукты питания и промышленного сырья. Для увеличения производства баранины, шерсти, каракуля следует более эффективно использовать имеощие-'ся отгонное пастбища путем их обводнения и правильной эксплуатации.

Подземные воды пустынь ЗУркмэккстана останутся в перспективе основными источниками обводнения пастбищ. К 2000 г. предусматривается значительно укрепить кормовую базу и обводнить 35299,5 тыс. га. При этом энергосберегающие машины и технология, научно обоснованные принципы деликатного подхода к эксплуатации природных ресурсов пустыни клеят болыпэе народнохозяйственное значение.

ЦЕДЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ - еыяэить наиболее характерные взаимозависимые факторы обводнения пустынник пастбищ Туркменской ССР: рациональное количество водопойных пунктов, ёмкость гаудана, радиус отгона, водопоя и пастьбы овец, потребнул производительность водоподъемника, которая зависит от поголовья овец, кормовой баэы к дебита колодца. На основании этого необходимо обобщить технологию механизированного подъема аоды из колодцев, разработать их защиту и новые средства механизации, учитывающие сбережение топливно-энергетических, водных и пастбищных ресурсов, а также охрану окружающей среды ¡три интенсивном овцеводстве.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - пустынно-пастбищная территория Туркменистана, водоисточники - шахтные и трубчатые колодцы, кормоёмкость пастбищ, система "водоподьгмник - шахтный колодец", механизм воз- ■ действия подъемников■воды на шахтные колодцы, новые средства водоподъема, капитальные вложения па обводнение пустынных пастбищ. Совокупность рассмотрения этих объектов исследования определяет комплексный подаод к рекению проблемы механизации водоснабжения.пастбищ Туркменистана для интенсивного овцеводства.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в принципиально новом научном подходе, основанном на результатах многолетних исследований в области пустынного овцеводства Туркменистана. Проанализирована разработ-

ки ряда авторов, предлагаются новые, впервые выведены закономерности развития рассмотренных вопросов и их перехода в установленное новое объективное качество решения поставленной проблемы. В отой связи на защиту быносятся следующие положения:

1. Рациональное использование пастбищ и водоисточников пустынь Туркменистана при интенсивном овцеводотве.

1.1. Методика определения радиуса пастьбы овец.

1.2. Обоснование рациональной производительности водоподъёмников.

1.3. Определение оптимального числа малодебитных колодцев и резервной ёмкости-бассейна (гаудана) на водопойьом пункте овец.

1.4. Рационализация выбора технологии подъема воды из водоисточников и устройство для поверхностного забора воды.

2. Новые средства механизации подъёма воды из (колодцев) водоисточников.

2.1. ДиафрагыекныЯ водоподъёмник.

2.2. Вихревой насос.

2.3. Гидропривод глубинной насосной установки.

2.4. Глубинная насосная установка.

3. Основы теории новых глубинных водоподъёмников.

3.1. Обоснование их основных параметров, если рассматривать их как:

колебательную систему';

неустановившееся знакопеременное движение жидкости в V -образном трубопровода;

движение жидкости вверх по инерции в вертикальном трубопроводе.

4. Технико-экономические показатели.

4.1. Сравнительные технико-окономические расчёты вихревого насоса и глубинной насосной установки.

4.2. Оценка структуры капитальных вложений на освоение пастбиа Всё это в совокупности является крупной научной и практической

проблемой механизации водоснабжения пустынного овцеводства Туркменистана.

ОБОСНОВАНИЕ И ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений и результатов подтверждается спрогсстыо постановки задачи для получения основны? решений, тщательностью исследования точности полученных численных 2

решений путём их сравнения с результатами экспериментальных исследований, а также путём сравнения с известными решениями, получением данных из предложенных зависимостей при соответствующих допу-дениях, применениям апробированных средств измерений и обработки опытных данных, систематическим сопоставлением расчетных данных с экспериментальными в широком диапсзоне изменения исходных параметров, анализом физического смысла изучаемых процессов и полученных зависимостей, положительным опытом использовании результатов работы при проектировании, изготовлении опытных образцов и производственных испытаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. По материалам диссертации читаются, лекции студентам TCXW и ведутся лабораторные занятия по дисциплинам "Электропривод и применение электроэнергии в сельском хозяйстве", "Механизация животноводческих ферм". Производственное объединение "Туркменсельхозводопровод" использует следующие разработ7 ки: I. Устройство для поверхностного отбора воды, глубинная водоподъёмная установка, глубинный поршневой насос, оценка капитальных вложений на обводнение пустынных пастбищ. 2. Методика определения радиуса пастьбы овец, методика оптимальной производительности водоподъёмников и BpewoiM поения овец на водопойном пункте. На заводе им. XX партегезда и г. Кирове сконструирована и выпущена Опытная партия глубинной насосной установки, при атом использовались её теоретические основа разработанные автором.

ЛИЧНОЕ УЧАСТИЙ ДИССЕРТАНТА О ПОЛУЧЕНИИ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Более 10 лет автор яг.ляетсл непосредственным исполнителем всех этапов данной работы, начиная от постановки задачи исследовании, проведения комплексных теоретических и экспериментальных работ, разработки опытно-промышленных установок, кончая обобщением результатов. Вез методические, расчетные, проектные работы и изготовление диаф-рагменного насоса и водоподъёмника, вихревого насоса и его лабораторной установки, глубинной насосной установки и её предваритель- ,' i1kx испытаний проведены лично аятором.

ПУБЛИКАЦИИ ПО РАЕО'ГК. Оспорноо содержание работы изложс-но з одной монографии, 5 авторских свидетельствах на изобретение. 'Л' статьях, опублнгсопанных в научно-технических журналах, сборниках' трудов профессорско-преподавательского состава TCXti, в тезисах и материалах конференций и других изданиях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались и обсутдались на обьединвниом заседании кафедр "МиЭСХ", "5МТП и охраны труда", "Тракторы » с/х мамин!.:", "Ремонт маигин", "Сопротивления материалов и деталей машин", ''Технологий металлов и графики" TCXU г. Лпгаабдла

в 1989 'и-е—[991-тг. на расширенном заседании НТС ГСКБовцемаш (г.Чимкент), НТС Министерства сельского хозяйства ТССР в 1991 г.

Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на заседании НТС АШ ТССР (Ашхабад , 1989 г.), на научных конференциях (г.Ашхабад , 1972,1973,1975,1977,1981,1988,1939,1990 гг.), на межреспубликанской научно-производственной конференции "САИМЭ - 197Г на Научно-технической конференции смотра работ молодых ученых ТСС1 в области сельскохозяйственной науки (Ашхабад,1974 г.), на Всесоюг ном координационное совещании вузовской науки по вопросам использования, надежности и ремонта машин, электронизации процессов и технических средств в сельскохозяйственном производстве (Ашхабад, 1989 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции механизации и автоматизации технологических процессов в АПК (Новосибирск, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции земледельческой механики и программирования урожая (Волгоград, 1990 г.).

ОВЫУ 'А СТРУКТУРА. РАБОТЫ. Диссертация изложена на 325 страницах, включая 279 страниц машинописного текста, 84 рисунка, 35 таблиц, список литературы, содержащий 122 наименования. Она содержит 5 глав, выводы и рекомендации.

I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Одной из самих рентабельных отраслей сельского хозяйства является пустынное животноводство. Себестоимость её продукции на 40-50/' кю.;е сродней по стране, .поэтому капитальные вложения на обводнение и освоение пастбищ окупаются в 2 раза быстрее, чем в других отраслях сельского хозяйства.

Отгонное животноводство в республике останется в перспективе одной из основных отраслей сельского хозяйства. Около 60% дохода животноводства Туркменистана дает отгонное овцеводство.

Планом развития к 2000 г. предусмотрено довести поголовьз ове1 до 7000 тыс., при этом производство каракуля - до 2310 тыс. шкурок, баранины в живом весе - до 105 тыс.т,шерсти - до 23 тыс.т.

Вопросам обводнения пастбиц посвящены работы Г.В.Бегалиева, Н.Н.Теплякова, В.Н.Машкова, Б.И.Соколова, Н.Н.Пельт, С.Л.Миркина, З.И.Нмельского, Л.ЕЛажибаева, М.Ф.Володько, М.М.Кундзича, Г.В. Копаьева, В.С.Ма.чааова, Н.Т.НечаевзЗ, А.Г.Бабаева, З.Г.Фрейкина, В.Н.Кунина, Б.С.Ошдона, С.Г.Тлеубергеноаа, А.Ф.Голубева.Э.З.Ораз-бекова, А.А.К-змелеева, Б. А.Винидиктова, И.Н.Бабенко.Г.Г.Лещичкого и др.

Проблема механизации водоснабжения пастбищ рассматривалась В.М.Усаковским, М.В.Луговским, Л.Е.Тажибаевым, Р.М.Клпланом, В.Н. Машковым, В.Е.Андриановым, О.Б.Хелленознм, В.С.Останиным, Л.Я.Ка-шековым, П.Л.Полозовым, П.В.Виноградовым, Г.5.Орловским, Х.Халлае-вьм, К.Т.Григорьевым, Я.И.Иефтером, Р.Байрцмовкм, Ы.В.Колодиным и др. Экономическим вопросам водоснабжения пастбищ ТСС? посвящены работы А.Атаева, С.Керимбердыева, А.Г.Бабаева, В.С.Уанакова.

Решение поставленной в настоящей работе проблемы предусматривает постановку следующих задач:

1. Опредеиение оптимального количества колодцев на водопойном пункте, времени поения овец и размеров аккумулирующей ёмкости воды на основе анализа современного состояния пастбищ и источников ' воды с помощью теории массового обслуживания.

2. Разработка методики определения рациональных радиусов отгона, водопоя к пастьбы овец, а также оптимальной производительности водоподъёмников, связанной с кормовыми возможностями пастбищ, дебитом колодцез и поголовьем овец для различи!« зон Туркменистана.

3. Разработка методики определения рациональной технологии водоподъёма, учитывающей защиту водоисточников от преждевременного гос износа и решение вопроса механизации подъёма воды из наливных колодцев.

4. Создание принципиально новых насосов и водоподъёмников, теоретических основ и методики расчета их основных параметров, просчёт эозможных вариантов и выработка технических характеристик на основе анализа полученных данных, проектирование и изготовления опытных збразцов, проведение натурных исследований.

5. Расчет технико-экономических показателей различных водо-юдъёмников, на основе анализа капительных затрат на обводнение ]устынных пастбищ Туркменистана, разработка невк; нормативов капитальных вложений, учитывающих охранные мероприятия по восстановле-пга пастбищ, их защиту и рекультивацию с целью вовлечения я новый истбищный оборот.

ТЮРЕГШВЗКИЕ ОСНОВЫ ОБВОДНЕНИЯ ПУСТЫННЫХ ПАСТБИЩ

На пастбищах Туркменистана (рисЛ) в качество водоисточников ^пользуются около 6600 шахтных колодцев, 330 скважин, 115 родни-сов и более 890 поверхностных сооружений для обора атмосферных юадкоп (кааки, копани, сардобы), в том числе около £5 - с искус-:твеннши водосборными площадками. Кроме того, на прилегающих к

поливным землям пастбищных участках в качестве водоисточников используются концевые части оросительной сети и водопроводов обп;ей протяжённостью около IdOO км. Основной источник -□ачтный колодец. Шахтные колодцы различаются по глубине залегания водоносных горизонтов,качеству воды, типу крепления шахты, суточной пропускной способности животных.

СЛ. Определение оптимального числа колодцев на водопойном пункте

Шахтные колодцы - дорогостоящее сооружение. Из-за мало-дебетности водоносных горизонтов на одном водопойном пункте строится несколько шахтных колодцев, то есть устраивают несколько вспомогательных водопунктов на одном главном. Количество колодезных отверстий определяется приблизительно и с ' большим запасом води. При этом капитальные вложения на обводнение пастбищ неоправдано велики, для определения оптимального числа вспомогательных водопунктов пастбищное водоснабжение рассмотрено с точки зрения системы массового обслуживания. В результате расчётов выявилось, что для поения овец необходимо и достаточно строить два колодца на водопойном пункте, снабжённых водопойными площадками. При этом оказалось, что для двух отар при предполагаемом времени поения овец в 3 часа, действительное время водопоя из двух колодцев составит 1,92 часа.

2.2. Определение ёмкости гаудана

Водопойные пункты колодцев всегда содержат регулирующие ёмкости - гаудани. Колодец, гаудан и водопойное корыто нами рассмотрены согласно теории массового обслуживания, как система с ожиданием. С помощью водоподъёмника гаудан заполняется водой "ждущей" своей очереди, когда её выпустят порциями в корыто для поения овец. Приведена методика расчёта в результате которой определена оптимальная ёмкость гаудана и его размеры.

2.3. Определение радиуса пастьбы овец

Правильное размещение овец и их численность на пастбищах зависят от многих взаимосвязанных факторов, нарушение которых ведёт к неоправданным материальным затратам или к недоиспользованию имеющихся пастбищных ресурсов. Так, ьапример, непродуманная организация стрижки овец, их бонитировки, купки.мар-

t.

(прутов движения или перегона и чрезмерная нагрузка на водопойные пункты ведут к выбиванию пастбищ и их обарханивакик. Существуют различные методы расчёта и анализа {акторов,влияющих на количественную и качественную оценку пастбищных угодий для определения оптимального поголояья выпасаемого скота. В пустыне геометрически правильно трудно разместить сеть водопойных пунктов, различающихся пестротой своих характеристик. Поэтому вахно установить размер нестэлечённого радиуса отгона, предельно допустимое удаление овец от водопойного пункта. Следует различать 2 взаимосвязанных показателя - радиус отгона, зависящий от ксрмссодержания пастбищ, и радиус еодопоя, зависящий от показателей водоисточника. Совместное их рассмотрение даёт понятие радиуса пастьбы овец.

Если обозначить: /\1 - число овец, выпасаемых у водопойного пункта (гол.); К - количество пастбищных кормов, поедаемых овцами в сутки (воздушно-сухое состояние)(кг/гол. сут); Т - пастбищный пер::од (сут); У -' пседасмый запас воздушного сухого корма (ц/га), Р - потребная площчдь пастбищ для одной орцы (га), то Л/аГ - действительное количество кормов, поедаемых поголовьем овец за пастбищный период; РУ - наличие кормов на пастбище. Тогда действительное количество поедаемого корма доляно быть равно или меньше их наличие на пастбище, т.е.

Если принять пастбище вокруг водопойного пункта за правильный круг, тс //КТ5(7 Отсюда радиус отгона будет определяться по формуле:

Радиус отгона является одчим из основных показателей служащих для определения ёмкости пастбищ по их кормосодер-жанию.

Д/ 1С «Ь РУ

(I)

(км).

(2)

ТУРКМЕНСКАЯ ССР.

РАЗМЕЩЕНИЕ ПАСТБИЩ

■= автомобильные дороги железные дороги

. ГАЗОПРОВОДЫ £ ДОБЫЧА ПРИРОДНОГО ГАЗА

о выпасы мелкого рогатого скота и верблюдов вокруг колодцев

г г г отгояы овец и верблюдов на дальние пастбища

-атггоы животных на круглый год

<г нерегулярные отгоны

Абсолютное значение радиуса отгона свидетельствует, что пое-;аешЯ запас кордов на пастбище позволяет кормить овец гоном на начисленное расстояние без интенсивного выбивания пастбищ.

Для вывода формулы определения радиуса водопоя овец рассмотри.! ;овместную работу насосного оборудования и колодца. ЕЬли затрачен-тя работа водоподъёмника установленного на колодце определится ю формуле

А3 =\Х/Нг|1; (тм), (3 )

го потребная работа для подъёма воды, накопленной в водоприёмнике колодца без учета дебита колодца, определится формулой

Ап = (ЗаЛ (тм), (4),

еде № - производительность водоподъёмника (т/ч)} Н - напор, сознаваемый водоподъёмником (м); ^ - кпд установки; 0 - дебит колодца (т/ч);^ - глубина колодца (м); ~Ь - время, затраченное на, подъём воды (ч).

Бзли А3/Ап= коэффициент водоотдачи, колодца, то

С^ч может выражать производительность водоподъёмника,, работающего в установившемся режиме системы "штатный колодец -водоподъёмник" и при напоре насосной установки, равной глубине колодца. Тогда

суи ^ Рс^С , (5 )

где с^ - норма воды на одну овцу в , сутки (м^/сут); С - овцеём-кость пастбищ (гол/га); Р - площадь, пастбищной территории (м^):

т.е. производительность водоподъёмника должна обеспечить водой Поголовье овец, выпасаемых у колодца.

Из последнего уравнения определяем радиус водопоя

Ие = 0,1^(3^/^0 (ил) , (6)

Последний является мерой дальности гона овец в зависимости от водо-потребления, наличия воды и кормов на пастбище. Среднее значение усредненных радиусов отгона и водопоя должно быть оптимальным и равняться таковому радиуса пастьбы овец

Н„= >0,01 ^КТДу (км) . (7.)

Пользуясь справочной литературой, нормативными и фактическими данными, мы провели расчеты по представленной методике и на основании полученных результатов составили усредненные данные для отдельных районов пастбищ Туркменистана (табл.1).

Число овец, выпасаемых у водопойного пункта,принято по их выходному поголовью за год в соответствии с продуктивностью пастбищ, но не более БООО гол, так как, по данным Института пустынь АН ТССР содержание более 3000 овец у водопойного пункта ведет к интенсивному выбиванию пустынных пастбищ. Суточный запас и урожайность пое^ даемого корма в воздушно-сухом состоянии, количество выпасных дней и потребная площадь пастбищ на одну овцу приняты по данным В.Н.Николаева, средний дебет колодцев - по данным инвентаризации МОХ ТСС] Коэффициент водоотдачи колодцев принят из условия стационарной работы водоподъемной установки.

2.4. Обоснование производительности водоподъёмников и выбора рациональной технологии подъёма воды из водоисточников Туркменской ССР

При определении производительности водоподъёмника конкретного его гагд, а тают технологии водоснабжения на пустынных пастбищах приходится решать многие взаимосвязанные задачи, диктуемые специфическими пастбищными условиями Туркменистана.,

Подставляя значение коэффициента водоотдачи в формулу (5 ) и произведя нехоторш преобразования, получи:»! потребную производительность водоподъёмника с учетом количества овец , выпасаемых у водоисточника, числа выпасных дней и кормосодержание пастбищ

\Х/= Ю"5 Л/о. (8 )

• ^

Правильный выбор насосного оборудования для колодцев - важная задача. Практически она решается на основании данных паспортизации водоисточников без необходимого обоснования и анализа существующих конкретных условий. При этом вопрос о технологии водоподъёма и средств энергоснабжения устанавливается на основании рекомендаций, разработанных для сходных условий района расположения- водоисточника с приблизительным учетом его параметров.

С целью обоснованного выбора существующих типов водоподъёмников для шахтных и трубчатых колодцев разработана номограмма (рис.2,а), обеспечивающая рациональный подбор оборудования по осно1 ним параметрическим показателям совместной работы колодца и водо-• подъёмника. Рабочие характеристики насосов (или водонодьёмников) Н= ^ (& ) ■ помещаются в первом квадранте, во втором - зависимость напора насоса от глубины колодца. Под осью абсцисс рабочих характеристик насосов (четвертый квадрант) построена функциональная зави-10 .' • ' '

Таблица I

Расчетные значения оптимальных радиуса настьбы овец й производительности водоподъемников на пастбищах Туркменистана

ПастбищнкЗ тайон ТСС?

Ы ! К, ! Т, ! С, ! ГП у! У, ) F, т Ro,! Bit, ! Sb, ! О-., t ,

гол ! кг/ !сут !гол/ !сут !ц/га ! га ! юл ! кк ! кш ?м/3* ! J^ ! Л/ !л/с ...:!,..гол.с! !га ! !__!_[_I ......!. . ?с.ут ? 'гол. ?

Cstepoj В*Л Западный 1600 Туркменистан

Ют'о-Запэдннй Туркменистан loQO

Северные (3a-B-JÍ у_нгузские) I6G0 ларакумы 0-0

В-Л I5Q0 0-8

Центральные Rapaкумы

Юго-Восточ- В-Л ные Каракумы. 2400 ' G-3

Юго-Восточ- В-Л ныЯ )предгор-2000 ный) 0-3

£ж;шй( гор;шй)В-Л • .2000 0-8

2,25 183

I,75 182

2,25 231

1,7а 134

2,25 178

1,73 187

2,25 215

1,75 150

2,25 230

1,75 135

2,S 199

1,75 166

2,25 210

1,75 155

1,25

I 20 * 1 w 1,3 10,0 3,7 6,3 а,9 13 1.2 6 0,431

0,091 б 1.0 1,05 11,0 4,&4 б,а 3,8 17,3 0,8 6 0,512

0,95 17 0,95 1.0 10,5 4,3 6,5 8,6 17,3 0,8 6 0,54

0,118 13 1.2 1,0 8,5 4,0 6,1 13 1,2 6 0,566

0,152 15 3,55 1,85 6,6 3,34 5,5 17,3 1,0 70 0,473

0,8 20 2,1 1.4 3,8 3,55 4,1 4,7 26 0,5 6 .1,13

0,33 40 2,25 1,6 3,0 3,35 3,9 4,48 26 0,5 6 1,11

симость дебитав колодцев для рассматриваемого района пастбищ от их эксплуатационных понижений ф ). Причем, масштаб оси дебитов

колодцев должен совпадать с масштабом оси производительностей насосов. В третьем квадранте номограммы строится сетка для определения величины коэффициента использования водоотдачи колодца. Зная глубину последнего, по номограмме можно определить потребный напор насоса. В соответствии с ним определяется марка насоса требуемой производительности. Зная характеристику конкретного колодца и производительность насоса, можем определить величину эксплуатационного понижения колодца. /!длее, по величине водоотдачи колодца судят о характере использования насосного оборудования: стационарный или передвижной водоподъёмник, стационарный или передвижной энергоисточник и т.д.(с учетом характера дорог, удаленности групп колодцев друг от друга и т.д.). Клач решения номограммы указан на рисунке.

Значительное сокращение сроков службы шахтных и трубчатых колодцев при использовании существующих насосных установок вызвано тем, что водоносные горизонты подземных вод пустынных пастбищ залегают, как правило, в мелкозернистых плавунных песках. Кроме того, подземные воды представлены часто в виде пресноводных линз, располс кенных в основном на высокоминерализованных водах. Шахтные колодцы здесь бывают двух типов: обычные, вскрывающие водные горизонты; наливные, которые строят на такырах, имеющих специальную сеть радиальных каналов для направления в сторону колодца атмосферных осадков. Диаметр водоприемной части шахтных колодцев в 1,Ь-2 раза больше диаметра шахты, равного 1-2 м. Механизация подъёма воды из наливных колодцев затруднена из-за перемешивания соленых и пресных слоёв воды, разделенных между собой вследствие разницы их удельных весов. Что касаетсй типового колодца, то, если он заглублен своей водоприемной частью в верхний горизонт Пресной линзы, при установке высокопроизводительного водоподъёмника возможно подсасывание высокоминерализованных вод из нижних горизонтов через дно колодца. В результате вода становится непригодной для питья. Эта проблема решается с помощью специального устройства (см.рис.2,б). Оно рабо-, тает следующим образом. В пресной воде дно вырезов 2- поплавка I находится ниже уровня воды. Пресная вода поступает в пространство 8 между юбкой 3 и резервуаром 6, отсюда через отверстия 7 - непосредственно в резервуар 6, из которого её можно выкачивать на поверхность земли водоподъёмником любого типа. По мере выкачивания преснс

поды мощность линзы может уменьшаться. ЕЬли поплавок I окажется на Подстилающей высокоминерализованной воде, то дно вырезов 2 поплавка I будет вше уровня воды вследствие разницы их удельных весов. В этом случае в загрубное пространство 8 и резервуар вода не поступает.

3. Разработка новых средств водоподъёма

На основании анализа существующих средств механизации водоподъёма выявлены основные их достоинства и недостатки с точки зрения использования насосных и водоподъёмных установок для целей водоснабжения пустынных пастбищ Туркменистана, Исходя из этого разработаны основные требования к водоподъёмному оборудовании. Спроектированный, изготовленный и исследованный в лабораторных и производственных условиях диафрагменный водоподъёмник (рис.3,а) в основном удовлетворяет зтим требованиям.

Теоретические расчеты диафрагменного насоса подтверждены лабораторными исследолапидаи, на основании которых получены основные рабочие характеристики. По данным исследований диафрагменного насоса в лабораторных условиях спроектирован и изготовлен диафрагменный водоподъёмник, смонтированный на автомобиле УАЗ-452 Д(см.рис.3,6). Для производственных испытаний выбраны 3 иахтных колодца в колхозе им.В.И.Ленина Геок-Тепинского района.

Таблица 3

Технические Данные шахтных колодцев для производственных испытаний диафрагменного водоподъёмника

Название колодца Год I ввода в! эксплуа| тацию I Глуби-[ на, ! км 1 ! Дебит* л/с ■ ! Минера-! Столб 1 Диаметр лизацйя! воды ¡колодца воды, 1 I г/л 1 !

Утганлы I 1960 6,2 . 0,1 4 1.3 1,3

Гузганлы 1965 10,7 0,12 3 0,55 • 1,6

Ортатакыр 1952- 28,8 0,16 • 4 1,8 1,2

Производственные испытания выявили, что характеристики, полученные в результате теоретических и лабораторных исследований диафрагменного насоса, соответствуют характеристикам диафрагменного водоподъёмника,полученным в ходе производственных экспериментов (см.рис.3,в), а сам водоподъёмник соответствует основным требованиям, предъявляемым к водоподъёмным установкам. |д

б

Рис. 2. Номзгрй'Л'а для выбора насосного оборудования, рациональной технологии водоподъёма и средств энергоснабжения(а),• устройство для поверхностного забора вода:1-поплавок,2-Еырезы поплавка, 3-зластичная водопроницаемая юб-са,4-уплотнительное кольцо,5-паз в резервуаре для кольца,б-резервуар,7-от-Еерстие,8-гатрубное пространство

ст^ о

14)

о

со

о

_

ГО -Й-О

—> Я3

о

—1_

го сэ

и» о

-с-о

о

м

а»

го -с-

и.» О

с>

го ■ чл ¿3/

,р

//

о /

гг 2

Со

V*

ГЦ*

Рис.З.ДиафрагменныЗ насос с механическим приводом:1-при-вод,2-атуцер,3-больгое кольцо,4-дка£рагма,5-лрижимное кольцо,6-крепёашке детали,'7-иалое уплотняющее кольцо, о v. 9-дка±рагмы,1С-подаимнал чайка,11-переходная трубка ,12-диафрагма,13-опора,14-:кесткая крышка,1о-шгуцер

э-эксцентриковаЛ привод,б-чеовячный редуктоо,7-колодец и-гаудан,9-автомобиль УАЗ-452Д (б); его рабочая харак-: теристика при частоте вращения приводного зала а = оО об/мин и суммарном ходе диафрага Ь =80 та (з)

ч

N

/

/

б

Вихревой насос:! - ротор, 2 - статор, 3 - всасывающий канал,4 - нагнетательный канал, 5 - паз в перемычке корпуса насоса, 6- ролик, 7- ось ролика(а); и: рабочие характеристики: 1,2,3- ВК 2/26; I, 2, 3 -реконструированного насоса для зависимостей Н = (в),'ы = * (Ш, Ч = { (9) (б)

По техническим показателя?! вихревые насосы имеют относительно небольшие производительности и высокие напоры, но могут работать только на незагрязненных жидкостях. ЕЬли в вихревых насосах с перемычкой между всасывающим и нагнетательным каналами установить элас-тичшй вращающийся ролик, то зазор между перемычкой и ротором полностью ликвидируется (рис.4,а). Такое исполнение вихревого насоса способствует повышению напора и возможности перекачивать жидкости с твердыми включениями.

Базой для проведения экспериментов послужил вихревой насос марки ЕК 2/26, изготовленный заводом "Ливгидромаа" в 1975 г. На лабораторном стенде, снабженном набором измерительной электрической и гидравлической аппаратуры проведены испытания вихревого насоса. В перемычке выполнено отверстие для эластичного ролика, снабженного двумя шарикоподшипниками высокоскоростной серии. Исследования показали работоспособность реконструированного вихревого насоса, причем производительность и напор возросли. Программа и методика экспериментальных исследований вихревых насосов (базового и реконструированного) строились в соответствии с ГОСТом 1735-71 (рис.4,б).

Низкий коэффициент полезного действия обусловлен использованием измерительных приборов 4-6-го классов точности. Технико-экономические показатели свидетельствуют о преимуществе диафрагменного водоподъёмника и вихревого насоса.

4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ГЛУБИННЬХ НАСОСНЖ УСТАНОВОК

Разработаны 3 водоподъёмника сходного принципа действия, но различного конструктивного исполнения (рис.5,I ).

Принцип действия водоподъёмников состоит в следующем. Если 2 параллельно расположенных трубопровода, соединенных между собой в нижней части, заполнить водой и вывести её из положения равновесия, то она начнёт совершать колебательные движения. Из-за местных гидравлических сопротивлений колебания воды в таком V - образном трубопроводе будут затухающими. Для их поддержания на поверхности земли на открытой части трубопровода необходимо установить пульсатор. Наибольшей скорость движения воды будет при её прохождении положения равновесия, т.е. когда амплитуда колебаний равна половине её величины. Бели в зоне соединения трубопроводов, в их нижней части, установить клапан, срабатывающий при наибольшей скорости движения воды, то она в V- образном трубопроводе разделится на 2 части. При этом перед клапаном вода остановится, а за ним вторая половина

Л Рис.5. Гидропривод глубинной насосной уста новки и),глубинная насосная уста-

4-нагнетательный трубопровод;§-всасывающи[> клапан; 6-бассейн;7-колодец;8-нагнетатель-ный Трубопровод диафрагменного насоса: У-диафрагменный насос; 10,11 -его нагнетательный и всасывающий кла паян,12-приомчая сетка

объёма воды продолжит своё движение вверх по инерции, создавая разряжение в этой зоне. Если здесь установить клапан, сообщающий внутреннюю полость трубопроводов с внешней средой, заполненной водой, в которую помещен нижний конец V- образного трубопровода, то зона разряжения в трубе заполнится внешней водой. Клапан, разделяющий трубопроводы на 2 половины назовем ударным, а соединяющий внешнюю среду с внутренней полостью трубопровода - всасывающим.

3 гидропроводе глубинной насосной установки гидроудар, возникающий при срабатывании ударного клапана, используется для привода диафрагменного насоса. При этом получается сложная, а значит ненадежная металлоёмкая 3-трубная водоподъёмная установка.

Глубинная насосная установка имеет 2 трубы и ударный клапан перенесён в трубопровод, на котором установлен пульсатор. Это даёт возможность избавиться от пружины ударного клапана (см.рис.5,I). Патрубок, установленный в зоне поршня пульсатора, исключает возможные срывы работы установки из-за возникающего разряжения под поршнем пульсатора при его ходе вверх.

Глубинный портаевой насос отличается тем, что пульсатор имеет 2 поршня, свободно помещенных в оба трубопровода с произвольным зазором и имеющих отверстия в своём днище, так как речь поршня состоит только в том, чтобы поддерживать определенную частоту и амплитуду колебаний воды и герметичность здесь не обязательна. Ударный клапан имеет 2 седла в каждом из трубопроводов, а 2 всасывающих клапана расположены над каждым из седел ударного клапана. Это позволяет почти в 2 раза увеличить кпд и производительность водоподъёмника по сравнению с глубинной насосной установкой.

Для создания теоретических основ и определения основных параметров глубинных водоподъёмных установок рассмотрим в качестве базовой, глубинную насосную установку (рис.5,1]). В этой связи необходимо исследовать следующие вопросы.

I).Доказать, Что жидкость, помещенная в вертикально расположенные сообщающиеся трубопроводы будет колебаться» если вывести её из положения равновесия. 2). Доказать, что отсеченная ударным клапаном, жидкость поднимется над нил на определенную высоту. 3). При выполнении первого условия определить основные параметры колебательной системы. 4). Учесть влияние гидравлического удара в зоне ударного клапана и рассчитать основные размер» последнего и трубопровода. 5). Вывести основное уравнение параметров водоподъёмной установки

и рассчитать их. б). Разработать методику упрощенного расчёта.

. I). Вода, выведенная из положения равновесия, в У- образном трубопроводе совершает колебания в том случае, если радиус трубы больше критического, соответствующего критическому радиусу демпфирования, которыД определяется по известной формуле

&СР = ( <9>

где 2 _ длина столба жидкости (м); - ускорение свободного падения (м/с^); £ - плотность жидкости (кг/гР); ^ - динамическая вязкость жидкости (кг/м2).

Вычисленный критический радиус демпфирования для воды при температуре Ю°С значительно меньше принятых радиусов труб для дальнейшие расчётов.

2). На основания закона сохранения энергии можем решить вопрос о величине перемещения по инерции отсеченного столба воды после срабатывания ударного клапана. Если пренебречь потерями энергии в энергетических превращениях, то можем записать, что А| = П^, где

- совершаемая работа при выводе воды из положения равновесия в V - образном трубопроводе, в результате чего последняя приобретает потенциальную энергию; И^ - переход кинетической энергии в потенциальную при срабатывании ударного клапана.

Обозначим величину перемещения любой точки воды в трубопроводе, где половина её столба останавливается в результате срабатывания ударного клапана , л£ . Аналогичную точку столба воды, продолжающей своё движение и располагающейся в трубопроводе за седлом ударного клапана, обозначил . Потенциальная энергия точки определится по формуле = , где т - масса воды; - ускорение свободного падения её точки. Кинетическая энерги^ точки воды, совершаемой перемещение , будет равна ^ = м Ъ /2, где 1У - скорость перемещения этой точки. Так как А| = П^, можем записать гп^дЕ= /2. Произведя некоторые преобразования, получим !Г2/2 = ^дЕ', где г/ , тогда ' = 2 а £ .

Таким образом, мы установили, что вода, выведенная из положения равновесия, в V - образном трубопроводе совершает колебания.

3). Предположим, что нкияльная амплитудр при этом составляет 10-20 сы. Необходимо определить период колебаний, амплитуду в конце первого периода, если диаметр трубы - 10,15,20,25 см, длина столба воды - ЬОО, 1000, 2000, 3000, 10000 см и кинематическая вязкость её = 0,01 Ст, температура - 20°С (рис.6,б).

Режим движения воды считаем ламинарным, трубопроводы имеют постоянное сечение по всей длине. Тогда дифференциальное уравнение колебаний воды будет иметь вид

Гг I о12Е , I . (¡г ^

Т^Пъ" I а "РГ+ТГ Г 4Ж > т ' (Ю)

В нашем случае ?г=Г2 = £ , где $ - площадь трубы. Тогда формула (2а) будет иметь вид ^¿¿г +

4- ^Н = , . где Ьп ~ потери напора.

Для ламинарного потока воды в трубе эти потери определяются по формуле

Кп= 12 ^ с гУ , (П)

где 1У - -1 _ скорость воды.

сЛ с ах

Здесь - координата, отсчитываемая по вертикали от положения равновесия; 2 = 2 2 1 - вертикальное расстояние между уровнями. Поэтому дифференциальное уравнение получает вид

.¿12 4- 52 ~ -4- • пи

ЩТ ^ о|г сИ: -¡--р-г-и

Если введен обозначения и решим квадратное уравнение, то в итоге получим, что период колебаний равен

Т = (13)

амплитуда колебаний в конце первого периода при t = Т

г'=20е , (и)

где 20 - начальная амплитуда,

А - (С1); Б =

Зная период колебаний, можем определить частоту вращения вала пульсатора п. =60/Т (обУ*"*") и скорость движения воды я трубопроводе 7/= И 0 /Т (см/с).

Зная сечение трубопровода и скорость перемещения вода, можем определить количество воды, выдаваемое подъёмником за один оборот коленвала пульсатора су — 3 И 0 » где 3 - поперечное сечение трубы. Тогда теоретическая производительность водоподъёмника будет

равна (л/ч). (15)

На основании расчетов получи:/, зависимости (см.рис.0 а,б) -амплитуды колебания воды от длитг трубопровода - /? -- ^ ( £ ),периода

колебаний - Т = j. ( t ), частоты вращения вала пульсатора - п = j ( € ) и подачи её - Q = | ( £ ).

4). Для раочета гидравлического удара, возникаемого при сраба- ' тывании ударного клапана, воспользуемся методикой Н.Е.Жуковского. При этом примем d = 100,150 , 200 и 250 ми; толщину стенок стальных труб соответственно: & = 4; 4,5; б и 7 мм; длину Е = 5,10,20,30 и 100 м, скорость движения воды перед срабатыванием ударного клапана # и 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 м/с. Расчеты позволяют определить длительность самого гидроудара и его величину. Длительность гидроудара служит параметром для сравнения его величины с частотой пульсаций воды в трубопроводе.

На основании проведенных расчётов выяснилось, что гидравличес- . кий удар будет сильнее в трубах малого диаметра и выполненных из материалов с высоким модулем упругости. Чем выше скорость движения воды, тем больше гидроудар, и его величина практически не зависит от длины трубопровода. Длительность фазы гидроудара прямопропорцио-нальна длине трубопровода и практически не зависит от её диаметра и толщины стенок. Для колодцев глубиной 250-300 м длительность фазы гидроудара составляет около 0,5 с. Это предельное значение должно влиять на частоту пульсаций колеблющейся воды. Стандартные стальные трубы, выпускаемые нашей промышленностью, могут быть использованы в предлагаемых глубинных насосных установках.

Для выбора ударного клапана необходимо рассмотреть несколько возможных конструкций. Например, шаровой клапан требует особого конструктивного исполнения клапанной коробки, где будут иметь место дополнительные сопротивления за счет расширения и сужения трубопровода. В конструкции.клапанного блока необходимо предусмотреть расстояние от седла клапана до сетки (или до второго седла), ограничивающей движение последнего в размере половины амплитуды колебаний жидкости в трубопроводах, или половины пути хода поршня пульсатора, что соответствует наибольшей скорости движения жидкости. Оптимальный удельный вес клапана должен быть равен таковому Поднимаемой жидкости. Тогда расстояние, которое должен пройти ударный клапан вслед за движением жидкости, должно уавнлтьсл половина года поршня пульсатора. Б момент гидравлического удара клапан-..ар будет оставаться в своем седле до завершения хода поршня до верхней мертвой точки, так как перепады давлений, вызванных гидравлическим ударом, и прежде всего его отрицательные составляющие, будут меньше разряжения, созданного отходом жидкости вверх по инерции за движением поршня нар.

к. С

а

и

п'мки

15-1 129 63-

к Л У 1

!

1 1 1

vi

n1 .11

'•1 ^ 1 !

1

Д.см

20 АО СО ЬО 100

ТТГ'Л"

20 АО 60 60 100

Рис. 6. Зависимости: а) I - Т = £ ( ). 2 -п = /( С ),

з - о,,,«, 4

б) отклонения от начальной амплитуды колебания от

длины трубы!»> ( £): I = 100 ил; 2,- 150 мм

Рис. 7. Расчетные схемы: а) глубоководной насосной установки: I - пульсатор, 2 - поршень, 3 - напоотый трубопровод, 4 - всасывающий клапан, 5 - ударный клапан, б -нагнетательный трубопровод; б) инерционного движения жидкости вмрх: ^ - трубопровод, 4,5 - всасывапций ударный клапан, дк, - холостой ход поршня,4^1- рабочииход помня, дь -величина хода жидкости в трубе вверх по инерции

седлом клапана. Если ударный клапан изготовить в виде круглой пластины постоянного сечения, то она рассчитывается по известной методике, когда по формуле допустимого прогиба определяется её толщина.

Для предельных значений глубин колодцев принимается с достаточным запасом прочности толщина пластины ударного клапана - 8 мм, При этом принимаем толщину стенок клапанного блока в зоне гидравлического удара, то есть под седлом ударного клапана, также 8 мм. Далее определили объём клапана, вес и время срабатывания через ускорение движения клапана от седла к седлу.

5). С целью обоснования основных параметров водоподъёмной установки и вывода методики расчета воспользуемся основным уравнением гидродинамики жидкости. Для этого необходимо представить расчетную схему глубоководной насосной установки (рис.7). Для создания вакуума у всасывающего клапана 4 скорость движения воды от ударного клапана б после его срабатывания к всасывающему клапану 4, т.е. от сечения 2 з к сечению , должна быть

чУ0- ( а-й + Н^ )(%/аЬ (16)

где - потребная скорость для создания понижения давления; л К -расстояние от седла ударного клапана б до середины всасывающего клапана 4, т.е. (Ж0~Я»)=&к; лН = + 0,01 (м); гидравлические потери энергии, движущейся жидкости под действием поршня пульсатора; (Ц. - ускорение свободного падения, а - безразмерный коэффициент Нариолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей .{^Мв

где Э - площадь сеченИя потока жидкости; V- скорость потока; а = 1,1 - для труб о турбулентным движением жидкости.

Длина разгона жидкости д I имеет небольшую величину по сравнению с длиной трубопровода 6. Поэтому для приближенного расчета запишем уравнение движения жидкости

(18)

где £т- - разница уровней жидкости в т^.убощл/ьсдах 5 :: 3.

В качестре постоянной величины принимаем: о| - диаметр трубопроводов; 5Р - сила, необходимая для поднятия поршня гидропульсатора; 14) - сечение напорного и приводного трубопроводов 6 и 3; Л- коэффициент сопротивления трению жидкости о стенки трубы.

а - * —♦ ИТ)

Проведя необходимые преобразования, полечим Л Р. -А. Р» .. ...--

Л р _ с* Р ___Д п — у к;_

ЛС1~ зг 1п - си^и^^г (19)

После срабатывания ударного клапана 5 движение жидкости в трубопроводе 3 продолжается вверх по инерции поршнем пульсатора.Урап-. нение движения жидкости при этом приблизительно опишется следующим образом: „

2 -2 - 9 4- А & * 4- £ ,

О 1 д (20)

где = разница отметки поршня 2 и всасывающего кла-

пана 4.

После необходимых преобразований получим уравнение движения жидкости на расстояние Д £ ^

(Н^гг-^ЩГ ■ Тю

Величину хода поршня пульсатора водоподъёмной установки определим по суше вычисленных й,8^ и д £ т*е«

Работа по перемещении жидкости по длине трубопровода 2 6. С будет затраченной (полной).

Если Ап - полезная работа, то АП= 29й?£ (кгм); если Аэ - затраченная работа, то А3 = 2(кгм). Тогда коэффициент использования рабочего хода Поршня пульсатора будет равен

„ _ Ап _ & 2а

I - - ' (22)

Производительность водоподъёмника определится по формуле

0 = 125 Я с( 2 пдк .. (л/о) 1 (23)

где - диаметр трубопровода (м); К - частота вращения вала пульсатора (об/мин); 2 " рабочий ход поршня пульсатора (м).

Общий напор водоподъемника складывается из суммы потерь его по длине трубопровода к ДЛ и местных потерь Нц , а также дополнительного столба воды над уровнем равновесного расстояния А Н,т.е.

Н= , где

Учитывая это, подставляем значение 9 и Н в известную формулу потребной мощности На привод насоса Р =

-9X11 (Вт) и получим 0,102а

Ре 125ficlVof лЬН/ 0,102 . (24)

Гидравлические потери энергии движения жидкости (потери напора) определим по известной методике, причем эти потери различны и зависят от изменяющихся геометрических параметров водоподъёмника. Для принятых типоразмеров труб установили средние скорости движения воды:

0,2; 0,5; 1,0 и 2,0 м/с. Принимаем дН = I и - первоначальная разница уровней вода в трубопроводах. Подставляем значения

в составляющие формул , получим

соответствующие сокращения, в результате которых будем 'иметь только Cj-=9,8I м/с*\

Определение величины хода поршня пульсатора, производительности водоподъёмника, затрат мощности на привод пульсатора, величина коэффициента полезного действия связано с просчетом всех вариантов принятых размеров трубопровода и скоростей движения жидкости. Все расчеты потребуют огромных затрат времени. Поэтому была составлена программа на языке программирования " BASIC " для ЭБМ "Искра-226" и Фортрак для EC-I045,проведены ьа них соответствующие расчеты.

Анализ полученных результатов показал, чтобы получить заданную среднюю скорость движения жидкости в трубопроводе установки на участке всасывающего клапана, необходимо отклонить уровень жидкости в трубопроводах от положения равновесия на строго определенную величину л 2 . Причем, чем большую скорость движения жидкости мы хоти.! получить, тем на большую величину д£ необходимо отклонить уровень жидкости от первоначального положения её равновесия. Для осуществления стабильной работы установки с оптимальными затратами энергии на привод пульсатора необходимо согласовать геометрические параметры приводного устройства - его кривоюшно-шатунного механизма. Чем длиныде трубопровод, тем больше должен быть ход поршня пульсатора. Для получения одинаковой скорости движения жидкости трубы одной и той де длины, но большего диаметра требуют меньшего хода поршня пульсатора.

Чтобы получить рабочие характеристики установки, необходимо •унифицировать геометрические размеры труб, ч мтоту вращения вша пульсатора и величину хода поршня. С этой целью просчитаны следующее варианты: величина хода поршня ЛЕ =500 и 1000 мм, диаметр трубопроводов ol =100 и 150 мм, для средней скорости движения воды 26

181512963 Щ10

1,1 1,2 1,5 1/» 1,5

а*

р>Вт 50^

1,4 1,6 1,8 2,0 3,2

3,1 3,15 3,2 3,27 3,3

Р,Ьт 50 100

1,0 V 5,0 5,5 6,0 6,5

Рис.8. Рабочие характеристики глубинной насосной установки:

а), С), й) ^ = 100 ш и соответственно п --20,45 и 60 об/мин; г), д), е) с( =150 мм и п. =30,45 и 60 об/у;пь , ,

в трубопроводе í^p =0,5; 0,75 и 1,0 м/с, соответствующей частотам вращения вала пульсатора п. =30; 45 и 60 об/мин, когда ход поршня & ¡P =500 мм. Если же йР =1000 мм, то частота вращения вала пульсатора составит соответственно п. *15; 22,5 и 20 об/мин (рис.й).

Увеличение средней скорости движения жидкости в трубопроводе установки болео 1,0 м/с нерационально, т.к. это ведет к снижения подачи.воды установкой. С ростом длины трубопровода более 50 м для получения требуемой производительности необходимо увеличить диаметр трубы или ход поршня пульсатора, но без увеличения скорости движения.жидкости. Например, для длины трубы до 200 м её диаметр должен быть 150 мм, ход поршня 1000 мм и частота вращения вала пульсатора - 22,5 об/мин.

6). Упрощенный расчет установки представляется в виде постановки задачи, реаение которой может быть осуществлено в практике инженерных расчетов в производственных и учебных условиях.

Если в вертикальном трубопроводе жидкость движется вверх по инерции (её разогнали до наибольшей скорости на пути 6 Í и отсекли от всего потока, м^сса которого примерно равна двум массам отсечённого столба жидкости), то в идеальным случае отсечённый столб жидкости должен пройти по инерции.путь вверх, равный длине разгона . й f i = Л ? 2* Этого не произойдёт., так как в действительности имеются различные потери, связан^»'©,с,тлением жидкости о стенки труб из-за их шероховатости, сужением трубопровода, расширением; потерь на всасывание, инерционные, и другие потери напора.

Всё сказанное можно выразить следующей зависимостью (см.рис.?)

дк" K„H-h АЛ-hBo <25>

где й h - действительная высота подъёма жидкости, движущейся вверх по инерции; ¿ - теоретическая высота его; h ЙН инерцион-

ный напор; £ a dtf/di - ускорение жидкости; j =-(dtf/cít)- замедление жидкости. Так как diftdi = а I) , то

И - ■- 7пУг? /2c¡oí - потери напора по длине трубопровода и h&c = v Sbx/2 о- - "во всасывающем клапан. шдстаьлпя зт;: спечем в исходную формулу, получим

Г8

Задаваясь значениями средней скорости движения воды в трубопроводе чУ =0,5; 0,75; 1,0; 1,25 и 1,5 м/с, диаметра труб с1 =50; 100; 150 и 200 мм; хода пораня пульсатора, установки: д£ =400; 600; 600 и 1000 мм. При этом имеем в вида', что ударный клопан срабатывает при максимальной скорости движения воды в трубопроводе, тогда 0,5 д ?а , то есть д?1=200; 300; 400 и 500 мм. Длину трубопровода принимаем равной £ =20; 40; 60; Ё0; 100; 200 и 300 м. При этом предварительно определили максимальную скорость движения воды вверх по инерции с помощью формулы

ту - \1

выведенной из исходного уравнения, и построили зависимость

Учитывая принятые значения составляющих формулы определения действительной величины хода отсеченного столба воды по инерции вверх, составили программу для ЗВМ ЕС-1045 и рассчитали подачу воды насосной установки, потребную мощность для её осуществления, коэффициент полезного действия установки, частоту вращения вала пульсатора и другие вспомогательные величины. По результатам расчетов строятся характерные зависимости исследуемой насосной установки. Приведенные расчёты по упрощённой методике показывают снижение возможностей глубинной насосной установки. Повышение средней скорости движения воды в трубопроводе приводит к большим потерял энергии из-за большой интенсивности взаимопревращений кинетических и потенциальных энергий пропорционально квадрату скорости. Поэтому увеличение скорости движения жидкости а трубопроводе за счет повышения частоты вращения вала пульсатора установки неоправданно и ведет к ухудшению характеристик, если не менять амплитуду колебаний жидкости за счет изменения хода поршня пульсатора.

Унификация геометрических и технических параметров глубинной насосной установки зависит от потребностей группы хозяйств со сходными условиями водоснабжения, водоисточниками, поголовьем овец и возможностями энергоснабжения. Модификация установки ограничивается тремя типоразмерами, различающимися диаметрами труб (100; 150 и 200 мм).

Предварительные испытания глубоководной насосной установки

На кафедре электрификации сельского хозяйства Туркменского сельскохозяйственного института им.М.И.Калинина изготовлена и испытана предлагаемая водоподъёмная установка,в которой киесто

колодца использован бак, заполненный водой до уровня, закрывающего клапанный блок. В последнем расположены ударный клапан с пенопластом ;о,ля создания некоторой его плавучести. Всасывающий клапан расположен под ударным. Трубопроводы диаметром около 100 мм соединены с клапанным блоком. У торцевой части в приводном трубопроводе расположен поршень пульсатора. Привод пульсатора осуществлялся электродвигателем постоянного тока марки П II мощностью 0,3 кВт. Цель испытания - определить работоспособность установки, производительность которой в значительной степени зависит от правильного выбора веса ударного клапана.

Водоподъёмник изготавливался в мастерских института без должной тщательности. Результаты испытаний несколько отличались от расчётных показателей. Так, при расстоянии всасывающего клапана до верхней мёртвой точки поршня пульсатора установки равном 6,1 м, числе пульсаций поршня 105 ударов в минуту и ходе поршня 400 мм производительность водоподъёмника составила 0,36 л/с. При тех же показателях высоте подъёма воды 11,0 м - 0,3 л/с.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 5.1. Технико-экономические расчёты глубоководной водоподъёмной установки

На пастбищах Туркменистана работает около 3,5 тыс.ленточных водоподъёмников ВЛМ-100. Сооружение глубоких скважин обходится дороже, чем строительство шахтных колодцев. Грунтовые водоводы в условиях низкой продуктивности пастбищ малоэффективны. Сложность механизации Еодоподъёма из глубоких скважин остановила их развитие и строительство. Широкое внед'рение предлагаемой глубинной насосной установки позволит более эффективно использовать не только шахтные колодцы, но и скважины.

Для сравнения нами рассмотрены несколько водоподъёмников и произведены расчёты по известной методике, на учитывающей капитальные злокения на строительство шахтного колодца, накопителя воды (гау-дан), пастбищ и других факторов, влияющих в равной степени на технико-экономические показатели водоподъёма. Расчёты велись для шахтного колодца глубиной 50 у которого выпасается две отары овец по 750 голов каждая среднегодовая потребность в иоде одной овцы составляет б л/сут, годовой показатель её - 2500 м3. По сравнению с другими предлогаеинй глубинный водоподъёмник по основным технико-экономичес-ккм показателям имеет преимущества.

Для привода принят ДВС с расходом бензина 2 кг/г. Стоимость одного тоннокилометра перевозимого топлива для условий пустынных пастбищ-10 к. Средняя дальность перевозок - 100 км.

Ь.2. Усовершенствование структуры капитальных в л ожени:: на освоение пустынных пастбищ Одной из основных задач комплексного и полного использования наличия экономических и природных ресурсов является изменение структуры капитальных вложений и направление их на более эффективное использование производственных процессов отраслей народного хозяйства страны. Основной критерий эффективности использования наличных ресурсов - максимальный выход продукции с единицы их при наименьших производственных затратах. Главным показателем, определяющим статус пастбища, является наличие воды и кормов на определенной территории земли. При этом на пустынных пастбищах проблема водоснабжения - определяющий фактор, регламентирующий количество животных и. территорию их выпаса.

В настоящее время в республике из фактически направляемых на освоение пастбищ капитальных вложений 70-75% приходится на водоснабжение. Например, по данным Госагропрома ТССР, в 1981-1986 гг. на освоение пастбищ затрачено 25,3 млн.р, из них около 72% - на строительство обводнительных сооружений, 5% - на механизацию водоснабжения и 23% - на строительство животноводческих помещений. Такая структура капитальных вложений не позволяет интенсивно использовать водные, кормовые и климатические ресурсы пастбищ Туркменистана. Использование пастбищ для интенсивного овцеводства непосредственно связано с заготовкой страховых запасов кормов, рекультивацией пастбищ, организацией технического обслуживания оборудования и т.д.

Научно-обоснованные укрупненные нормативные материалы для разработки перспективного развития сельского хозяйства республики требуют определения укрупненных нормативов капитальных вложений на освоение пастбищ. При этом следует исходить из следующей структуры капитальных вложений:

КВ = Кст + Кв + Ка + Кк + Кко + кр + Кп , (28)

где КВ - суммарные капитальные вложения; Кст - капитальные вложения на строительство водоисточника с наземными сооружениями; Кв- стоимость водоподъёмника и его оборудования; К - стоимость ааг.омастеоо-кой для технического обслуживания; Кк- стоимость копары; Кко- расходы на производство кормов; К - расходы на проведение природоохранительных работ; Кп- прочие расходы.

Анализ составляющих суммарных капитальных вложений позволил рассчитать их в отношении шахтных и трубчатых расходов (табл.5).

Таблица 5

.Укрупненные нормативы капитальных вложений на освоение пустынных пастбищ Туркменистана на базе шахтных и трубчатых колодцев

Шахтныо j Трубчатые

глубина,м I р/га ! глубина, м i р/га

10 32 30 36

50 33 50 37

100 35 100 38

15 С 37 150 39

200 39 200 40

250 41 300 44

ВЫВОДЫ

1. В представленной работе рассматривается принципиально новый научный подход, базирующийся на многолетних исследованиях в области пустынного овцеводства Туркменистана. Анализируются разработки ряда авторов, предлагаются новые, выведены закономерности развития рассмотренных вопросов и ю: перехода в установленное новое объективное качество решения поставленной проблемы.

2. Для маломощных грунтовых водных горизонтов пустынных пастбищ, вскрываемых шахтными и трубчатыми колодцами, возле которых содержится 1500-1600 голов овец, необходимо строить группу из 2-3 колодцев

с водопойными пунктами, что впервые подтверждено расчетами, базирующимися на теории массового обслуживания. Дальность гона овец от этих водоисточников зависит от сезона года, наличия кормов и воды на пастбищном участке. Правильное определение территории пастбщ влияет на планируемую численность поголовья скота в регионе (овцеёмкость пастбищ) . Предлагаемая методики определения радиуса с достаточной точностью позволила вычислить его.

Вперло пред^п^яйтся- новая методика определения оптимальной производительности водоподъёмника,обеспечивающая наиболее благоприятный релим совместной работы системы "водоподъёмник-иахтный колодец" и удовлетворяющая потребности в воде 1500-1600 голов овец.

3. Выбор оптимальной технологии подъёма воды из колодцев на пустынных па«тб1Щах обусловлен не только качеством дорог

зг .

колодцами и расстоянием между ними, но и параметрами самого колодца. Впервые предлагается номограмма, совместной работы водоподъёмников и колодцев, позволяющая определить тип, марку и рациональную производительность подъёмника воды на конкретном водоисточнике с определенной глубиной и дебитом. Здесь же по- величине коэффициента использования дебита колодца выбирается технология водоподъёма.

Дня осуществления выбранной технологии подъёма воды из колодцев пустынных пастбищ с использованием водоподъёмного оборудования повышенной производительности, а также оборудования, тлеющего подвижные части в воде колодцев, разработано новое устройство для поверхностного отбора пресной воды, залегающей в водоносных горизонтах на подстилающих высокоминерализованных водах. Оно позволяет вссти откачку маломощных тонких линз без перемешивания их с высокоминера-лизоваьный водой,' фильтровую часть колодца от разрушения и заиливания, что значительно продлевает срок службы водозабора и решает проблему водоподъёма из наливных колодцев.

4. Выявленные и обоснованные закономерности определения основных требований, предъявляемых к насосному и водоподъёмному оборудованию для условий пустынных пастбищ ТССР, позволили разработать, изготовить и провести испытания разного уровня. Впервые предложены вихревой насос, диафрагменный водоподъёмник, гидропривод глубинной насосной установки и глубинного поршневого насоса. Проведена реконструкция вихревого насоса и его лабораторные испытания. В результате натурных исследований получены сравнительные технические характеристики, подтверждающие преимущества нового вихревого насоса.

Разработанный диафрагменный насос исследован в лабораторных условиях на специально изготовленном стенде. Полученные технические данные позволили выбрать основные конструктивные параметры для изготовления диафрагменной водоподъёмной установки, производственные испытания которой были проведены на территории пустынных пастбищ Геок-Тепинского района Туркяунской ССР.

На основании разработанных теоретических основ и методики расчета глубинной насосной установки определены основные её параметры и получены технические данные для колодцев глубиной до 30, 30-75 и свыше 75 м. Установка показала сною работоспособность и подтвердил^ основные 'iеоретичэские предпосылки.

Технико-эконс.'шческие расчёты предлагаемых подъёмников, воды из колодцев по основным показателям выявили свои преимущества ß срав- ■ меняй с суг.ествунзввга водоподъемниками. При это« последние рассмат-

33

ривались в чистом виде без связи с водоисточником, т.е. без учета изменяющихся сроков службы шахтных колодцев.

5. Анализ капитальных вложений на обводнение пастбищ показал, что планирование их не учитывает затрат на рекультивацию пастбищ. На основании расчётов получена укрупненная норма капитальных вложений на I га пастбищ, базирующихся на шахтных и трубчатых колодцах различной глубины (10-250 м).

Укрупненная структура капитальных вложений позволит наряду с обводнением пастбищ учесть их восстановление, провести мероприятия по закреплению песков и вовлечь новые территории в пастбищный оборот.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Госплачу Туркменской ССР - планировать применение перспективных глубинных водоподъёмных установок и глубинных поршневых насосов, способных работать от ватроагрегатов на колодцах глубиной до 100 м

и более.

2. Госагропрому Туркменской ССР - осуществить заказы на разработку типовых проектов с использованием для нужд водоснабжения пустынных пастбищ глубинных водоподъёмных установок, глубинных порпне-вых насосов и устройств для поверхностного отбора во всех зонах паст бищ.

3. ГСКБ овцемаш, Ш10"3етроэн" и НПО лСолнце" - при разработке новых ветроагрегатов и преобразователей солнечной энергии учитывать существование новых средств подъёма воды из глубоких колодцев, требующих на свой привод мощности в ,5раз меньше, чем на привод существующих водоподъёмников.

4. Госплану Туркменской ССР - при планировании затрат на обводнение пастбищ предусмотреть укрупненную структуру капитальных вложений, предусматривающую их увеличение на рекультивации пастбищ, их восстановление,'проведение мероприятий по закреплению песков и вовлечению новых территорий в пастбищный оборот. .

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Гусейнов Р.Г. Проблемы механизации водоснабжения пустынного овцеводства Туркменистана.-Ашхабад:Ылым,1991 - 248 с.

2. A.C.j;-370655 (СССР) МКИ U'i 5/'üü Билраво". ;:ассс /Г у « й н о в Р.Г. ,П о л о з о в 11.Л., IS73.

. 3. А- С.№-114333 (СССР) №Ш 03 3/13, I3ÜI 25/04. Устройство для поверхностного отбора воды /Гусейнов Р.Г., Полозов ПЛ., Медяный B.C. 2974. 34

4. a.g.j? 94I67I (СССР) МНИ 04 43/06. Гидропривод глубинной насосной установки /Гусейнов Р. Г. .Полозов П.Л., К и-с е л ё в В.И. ,Зириченкол В.Е., IS62.

5. A.C.Jr 1463970 (СССР) ГШ 04 1/20 Глубинная насосная установка /Г у с е й н о в Р.Г., Гусейнов Г.Р., 1989.

6. Полозов П.Л. .Гусейнов Р.Г. .Керимов

У.К., Киселёв З.Н. Электромеханизация трудоемких процессов в условиях пустынных пастбищ ТССР //Тез.докл.Межреспублик.науч.-произв. конф. в САЖЭ. - М. ,1971. - С.223-224.

7. Г у с е й н о в Р.Г. К вопросу механизации водоподъёма на пастбищах ТССР //Тез.докл.науч.конф. проф.-иреп.состава и аспирантов, посвяц.50-летиа образования СССР.-Ашхабад,1972. - С.44-45.

8. Гусейнов Р.Г. Диафрагменный водоподъёмник для производственных испытаний //Тез.докл.науч.конф.проф.-препод.состава и аспирантов.- Ашхабад,1973. - С.56-57.

9. Полозов П.Л., Гусейнов Р.Г. Некоторые результаты исследований диафрагменного насоса. - Ашхабад:Туркмен НИНТИ

245,1973. - 4 с.

10. Полозов П.Л. .Гусейнов Р.Г. .Веросне-в а М.С. Определение оптимального количества водопойных пунктов

для овец на отгонных пастбищах.-Апхабад:Туркмен НИНТИ ¡,'! 17,1974.-5 с.

11. Гусейнов Р.Г. К обоснованию типа водоподъёмника для пастбищ ТССР //Тез.докл.науч.-техн.конф.смотра работ мол.уч.Туркменской ССР в области сельскохозяйственной науки. - Ашхабад,1974.~С.235.

12. 11 о л о з о в ПЛ. .Гусейнов Р.Г. .Береснп-в а М.С. Определение оптимальной ёмкости и размеров гаудана для ео-допойного пункта пастбищного овцеводства Туркменской ССР.- Ашхабад: Туркмен ИНТИ № 118, 1974. - 4 с.

13. Г у с е й н о-в Р.Г. Экономическая эффективность внедрения нового водоподъёмника на шахтных колодцах в условиях пустынных пастбищ Туркменской ССР.- А-лхаоад:Туркмен ИНТИ № 130, 1974. - 4 с.

14. Полозов П.Л., Гусейнов Р.Г. К вопросу выбора основных параметров водоподъёмных установок для пустынного овцевод- , ства Туркменской ССР //Науч.тр.ТСХИ.-Ашхабад:Ылым.1975.- С.62-86.

15. Г у с е й н о в Р.Г. Обоснование оптимальных методов водоподъёма для условий отгонного овцеводства ТССР /Дам же.-С.77-Ы.

16. Гусейнов Р.Г. Экспериментальное исследование дкафраг-сенного водоподъемника // Тез.докл.И республ.конф.иол.уч.Туркмении, i.i.сеяв.50- leTM'-o ЛКСМ1. Ч. 1.-А-.кабал:Ылым, 1975. - С. 142-.143.

17. Гусейнов Р.Г. Выбор производительности водоподъёмников для шахтных колодцев пустынных пастбищ Туркменской ССР //Науч. тр.СХИ. Т.20. Вып.2. - Ашхабад,1977. - С.ft5-89.

18. Г у.с е й н о в Р.Г., Г' е. н ю х и к Н.Ф. и др. Исследование рабочих параметров вихревого насоса при конструктивных изменениях сопряженных деталей //Тал: же. - С.60-84.

19. Гусейнов Р.Г. .Какабаев С.М. и др. Конструктивная разработка гидроударного насоса //Науч.тр.ТСХИ.Т.24.Вып.2.~ Ашхабад,1981. - С.89-92,

20. Г у с е й но в Р.Г., Какабаев С.М., С у к и а -

с я н С.М. Новая насосная установка //Сельское хозяйство Туркменистана. 1982. № II. - С.25-26.

21. Гусейнов Р.Г., А г а е в А. Оценка капитальных вложений на обводнение пастбищ //Проблемы освоения пустынь. 1988. К 5,-С.24-28. * .

22. Гусейнов Р.Г. Создание инерционных гидромашин сельскохозяйственного назначения малой энергоёмкости.-Ашхабад:Ылым,1989.■ С.102-104.

£3. Гусейнов Р.Г. Компьютеризация расчётов инерционных гидромапшн для сельского хозяйства. - Ашхабад:Ылым,1989.- С.114—117

24. Гусейнов Р.Г. Энергосберегающие средства механизации водоснабжения пустынного овцеводства.•- М. :ВИМ,1989,- С.80.

25. Гусейнов Р.Г. Особенности водоснабжения пастбищного овцеводства Туркменистана. - Волгоград, 1990. - С.127-128.

26. Гусейнов Р.Г. Глубинный поршневой насос для пустынных пастбищ. - Ашхабад: Ыльы,1990. - С.253-260.

27. Гусейнов Р.Г. Глубинная насосная установка /Решение ГНТЭИ № 4658609/23 от 18.01.91 г. на выдачу авторского свидетельства. . .

28. Гусейнов Р.Г. Осьовы расчёта нового глубинного насоса для пустынного овцеводства. - Тбилиси, 1991.(в печати).

29. Гусейнов Р.Г. Экономическое обоснование глубоководной установки. /Науч.тр.ТСХИ.Т.33.Вып.5.-Ашхабад,1950.- С.68-77.

30. Гусейнов Г.Г. Обоснование и чнбор клапанов глубин -ной насосной установки. /Науч.тр.ТСХИ.Т.34.Выи. .-Ашхабад,1991.

(в печати). 36