автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Теория и методы управления гидравлическими процессами при эксплуатации мелиоративных насосных станций

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ГЛОВАЦКИИ Олег Яковлевич

УДК 626.83

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕЛИОРАТИВНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИИ

05.23.07 — Гидротехнические сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени ,

доктора технических наук

Москва — 1989

Работа выполнена в Ташкентском: ордена- Трудового Красного Знамени институте ирригации и механизации сельского хозяйства. -■•* -

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Т. Г. Войнич-Сяноженцкий,

доктор технических наук, профессор В. И. Виссарионов, доктор технических наук, профессор О. П. Кисаров

Ведущая организация — Всесоюзный государственный ордена Трудового Красного Знамени головной проектно-изыскательский институт по проектированию водохозяйственных и мелиоративных объектов им. Е. Е. Алексеевского.

Защита диссертации состоится « . . . »......19 г.

в « . . . » часов на заседании специализированного совета Д 053.11.04 при МИСИ им. В; В. Куйбышевй по адресу: Москва, Спартаковская ул., дом 2, ауд: № 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. ; "

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, дом 26, МИСИ им. В. В. Куйбышева, Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета

Н. Н. АРШЕНЕВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИА РАБОТЫ

Актуапьяость прсблеш. Продовольственной к Энергетической программами предусштривается строительство и эксплуатация крупных- водохозяйственных объектов. К насосный станциям (НС ), являющимся их ванный звеном, предъявляется повышенные требования обеспечения надежности и долговечности работы.

В течение более трех десятилетий на многих всесоюзных и международных форуыах по гидравлический исследованиям рассматривается широкий круг эксплуатационных вопросов, связанных с вибр-.-цией »пульсацией давлений в насосах. Однако при анализе конкретных объектов неблагоприятные условия их работы'объяснятся неудачными проектами или неграмотной эксплуатацией,хотя сравнительная оценка КС различных конструкций позволяет сделать зывод о закономерностях, обусловленных гидравлическими процессами.

Технический уровень эксплуатации в большинстве случаев оказывается решающим при оценке эффективности функционирования системы . Малая надежность НС приводит к завышению расхода вода на полив, оперезаюзему заполнению наливных водохранилищ, и другим потерям. Ошг эксплуатации крупных малинных каналов доказывает,что до 295? отказов в работе насосных агрегатов ( НА ) вызываются неблагоприятными гидравлическими процессами в водоподводящих сооружениях: водоворотными зонами и воронкади у водоприемника, перепадами уровня вода ( УВ ) на сороудергиваюцих сооружениях ( СУС ), заилением водозаборов и подводящих каналов.

Существующие метода расчета гидротехнического узла НС базируйся на выборе параметров отдельных его элементов без учета функциональных связей в различных эксплуатационных рехимах.

Специфическая форма сооружений,определяемая конструктивными размерами проточной части НА, препятствует повышению их технико-экономических показателей." Это усугубляется тем,что НС работает по графику с широким диапазоном подач, и многочисленные комбинации НА приводят к изменению структуры потока во всех элементах Гидротехнического узла.

Поэтому пути решения проблемы повышения надежности эксплуатации НА следует искать в новом нетрадиционном подходе,основанной на использовании и в конструкциях сооружений активных элементов, способных воздействовать яа рехим потока с учетом объектив-

ных закономерностей развития гидравлических процессов.

Создание методов управления этими процессами и устройств для изменения структуры потока с целью оптимизации параметров НС является актуальной проблемой и имеет большое народнохозяйственное значение.

. Тенденция к укрупнены) единичной мощности НА заставляет принимать все мерн дая уменьшения гидравлических потерь и простоев насосоз. Ущерб даже в долях процентов от сншсения КПД, подачи, модности НА или его простоя в денежной выражении составляет значительную сумму.

Дель и задачи исследований. Целью диссертационной работы яв-. ляется развитие теоретических основ проектирования и эксплуатации мелиоративных НС с элементами многофахторного переформирования структура потока в гидротехнических сооружениях для повыиа-кия эффективности функционирования водохозяйственных систем.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

I. Обобщить опыт эксплуатации НС и уточнить натурными исследованиями влияние основных элементов гидротехнического комплекса на рехиш НА, их параметрические и функциональные отказы.

I. Разработать научные основы проектирования НС, используя целевой подход к учету эксплуатационных региональных особенностей и методы управления гидравлическими процессами.

3. Обосновать новые конструкции гидротехнических сооружений, воздействующих на режим потока в направлении, удовлетворяющем сформированным требованиям к элементам комплекса.

4. Создать и апробировать математические модели расчета взвесенесущего потока для прогнозирования параметров в.одолодводя-цих сооруаений.

' 5. Выполнить цикл натурных (н) и лабораторных исследования для проверки адекватности разработанных моделей и методов гидравлического расчета элементов НС.

6. Провести подконтрольную эксплуатацию-НС с внедренными повит элементами и уточнить их эффективность современными диагностическими средствами.

Исследования выполнялись с 1972 года в соответствии с координационными планаыи важнейших научно-исследовательских работ ГКНТ и ВАСХНИЛ ( в ХП-Я пятилетке проблей 0.52.СЗ и 0.Ц.034 ), были связаны с решением конкретных задач по заданиям ММ а ВХ УзССР, Ш и ВХ ТССР, Совзгипроводхоза, Укрюжгипроводхоэа и других проектных и эксплуатационных организаций.

Методы исследований. Поставленные задачи были реаены на основе численных реаени? системы дифференциальных уравнений в частных производных. Адекватность разработанных математических моделей проверялась путей сопоставления с независимыми данными гидравлического эксперимента в натура и на подели.

В натурных условиях выполнялась одновременная регистрация водоворотных зон, воронок, величин и направлений скоростей потока в гидротехнической комплексе и диагностических характеристик ЕА.Уточнение физической основы наблюдаемых процессов и обработка математических моделей положены в основу расчетных зависимостей дня определения параметров новых элементов НС. -

Научнад новизна. Теоретически обоснована новая методика гидравлического расчета гидротехнического кодекса НС на основе стабилизации скоростей вдоль оси потока. Использован подход к математическому описанию взвесенесуцего потока,осерируюяий энергетическими соотношениями, между внешними и внутренними силами, приложенными к твердой и жидкой фазам. Разработанные метода дали возможность осуществления математического эксперимента, реализованного на ЭВМ ЕС, во всех наблюдаемых диапазонах изменения гидравлических параметров потока. Построены физические схемы установивяегося течения потока в водоподводяцих сооружениях НС. На базе этих схем разработан и апробирован графоаналитический метод расчета основных параметров донных стабилизаторов и прислоненных СУС в зависимости от числа и ¿а . Экспериментально и теоретически обосновано,что основными причинами отказов НА является неблагоприятные гидравлические процессы в аванкамерах, СУС и водоприемниках НС ( рис.1 ). Подтверждена эффективность использования плавучих устройств комбинированного типа с управляющими функциями.

Анализ результатов натурных и лабораторных исследований транзитных, водоворогных и фронтальных струй позволил описать их ки-неь&тичесхую структуру.

Апробирована методика совместных комплексных энергогидравлических и диагностических исследований гидротехнического узла НС и НА.

Обоснозаны соответствующим! расчетно-экспериментальшши методами, разрабоханы и внедрены новые типы водозаборных устройств НС ( а.с. X 10Г7770, 487979), устройств для перекрытий гидросоору-хениЕ ( !г 329278), устройств для изменения структуры потока ( Ш 909000, 1222748),вертикальных осеЕых насосов ( S 86Г777), их лопастей ( К 94S223) и других гидравлических устройств( 363S 679689, 968153).

Практическая ценность работы заключается в том,что она позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации НС,обоснованность выбора параметров гидротехнических сооружений за счет учета большого числа определяющих факторов и оптимизации резимов при эксплуатации. Составленные указания по проектированию основных элементов комплекса НС и рекомендации по улучшению эксплуатации позволяют однозначно определять тип сооружения и режим его работы.

Реализация работы. Результаты научных исследований по разработке новых элементов НС внедрены на НС Амубухарского ( АБЫК ), Амукаракульского, Караинского( КЖ ) и Даизакского малинных каналов Средней Азии, Кзыл-Ординской оросительной системы Казахста-> на, Северо-Рогачикской и Дунай-ДнестровскоП оросительных систем Украины с годовым экономическим эффектом свыше 5 шн.рублей.Разработанные методики проектирования использованы рядом проектных .институтов ( Союзгипроводхоз, Средазгипроводхлопок, Сацаркандги-проводхоз, Союзгилрорис, Запорохгипроводхоз, Укрюжгияроводхоз, CAO Гидропроект). В частности внедрение щитов-стабилизаторов на АБЖ дало годовой экономический эффект 143,2 тыс.рублей,устройство дая изменения структуры потока, выполненное г виде донного криволинейного поперечного порога на водозаборе из р.Ацу-.дарьи в КИС дало годовой эффект 1817,1 тыс.рублей; запань в аванкаиере HC-I КЖ - 155,2 тыс.рублей; воронкогасители на НА _ ОШ 19000-15 на НС-7бис - 225,9 тыс.рублей.

В аванкамере НС "ЛБАЙ" Кзыл-ординскоЯ систеш построены две донные поперечные стенки, в аванкамерах Талимардканской НС и НС "50 лег УзССР" - одна подобная стена , на КС "СОСУК" Дунай-Днестровской систеш - развитый вход во всасывавдие грубы насосов,вы-полненный в виде з^бральша цитов в приемных камерах (рис.2)« Результаты исследований по разработке вертикальных осевых насосов с замхнутыи кохухом на валу внедрены в НПО "Урадгядроиаи" при создании нового насосного оборудования.

Материалы диссертации включены в "Рекомендации по проектировании аванкамер и водоприемников мелиоративных НС", УкрНЮТй!, Киев, 1979 и учебник "Проектирование насосных станций и испытание насосннх установок", М.Колос,1982.

На зациту выносятся:

1. Обобщенные зависимости гидравлических процессов подвода' воды к НА в условиях значительных пространственных деформаций потока, отягощенного взвесьгэ а плавником.

2. Конструкции сооружения и устройств.тамеяяодюс структуру потока, обеспечивающих надеянуг? работу НА, в том числе:

. '■'. - плавучих растекателей и самоуправляемых запаней ;

- донных стабилизаторов 5

- водоприемников я СУС .

3. Результаты теоретических и экспариментачышх исследований управления оксдлуатацаошшми регяами НС, основанных на штема-тических моделях взаимосвязи структуры потока в сопрягавших. соору-яенетх гидротехнического комплекса. ,

4. Методика проектирования новых элементов водододводяцих сооруаешй крупных НС на базе гипотезы стабилизации скоростей и' обоснованной классификациисзанкамер■■--и СУС.

5. Рекомендации по улучиешш эксплуатации НА на келиоратЕЗ-ных системах с позиций новых структурно-функциональных схеы п

.критериев теории надежности.

Апробация работы. Основные результатк диссертации докладывались на Республиканских научно-технических конференциях ученых и специалистов водного хозяйства. (г.Таикент,1974* 1976,1986гг), У1 а УИ Всесоюзных совещаниях по качеству насосов (г.Сасерть, 1976 и 1980гг.), Всесоюзных совещаниях по вопросу повышения на-

дежности работы гидротехнических сооружений и насосов (г.Талимар-джан, 1977 и 1980 гг., г.Киев, 1981 г., г .Каховка,I962rs,г.Ровно, 1933г. ; Всесоизкых координационных совещаниях (гЛенинград, 1935г., г.Ростсв-на-Дону,1986г.), научно-производственных ковференцпх ТИЯИиСХ ( 1973, 1976, 1980-88гг.) »научных семинарах ВУЗов и технических советах ряда организация. Отдельные фргыенты работы отмечены серебрянной педалью ВДНХ СССР и дипломами ВДЗХ УзССР.

Автор-лауреат премии ВОИР СССР (1978 г.) и Всесоюзного НТО энергетики и электротехнической промышленности ( 1982 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 59 опубликованных работах, среди которых ZI изобретения, одна монография.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, изложенных на 271 странице, списка используем^ литературы .из 166 наименования и приложений.

ССНСВНОЕ С0ДЕР2ШБ РАБОТЫ

Первая глава содержит анализ современного состояния эксплуатации крупных НС ,исходя из требования к ее уровни на современной этапе.

В разработку научных основ проектирования гидротехнических комплексов ПС и эксплуатации НА большой вклад внесли советские ученые: В.С.Алтунин, Н.Н.Араеневский, Б.А.Баль, В.й.Виссарионов, -С.С^асильев, Т.Г.Во2нич-СяноженцкиЯ, Л.С.КивотовскиЯ, В.Я.Каре- ' лин, О.П.Кисаров, П.И.Коваленко, Г.И.Кривченхо, В. M Лятхер ,Л .Ф .11 о-инин, Д.В.1!оакоб, Q.2. иирцхулава, А.В.1!иауев, И.£.иихаВлов, Р.А.Новодережкин. Н.А.Палиокин, А.Д.Петрик, А.Б.Подласов, !.Х.Ра-химов, Н.П.Розанов,А.А.Рачинский, Н.А.Ходанков, В.Ф.ЧебаевскиЯ, Д.В.Штеренлихт, В.С.ЭрдраЯх и ряд других отечественных .и зарубежных исследователей»

Аналитические исследования элементов потока Альтоуля А.Д., Гунько Ф.Г., Рахманова А.Н., Лебедева ИЛ., Махалева 11.А.,Шерен-кова И.А. не могут быть с достаточной строгостью применены для водоподводящих сооружений НС. Расчетные зависимости были получены по результатам традиционных гидравлических моделеЯ, не учитывающих работу НА. В Средней Азии требуется также учитывать негатив-

ныв факторы больного количества наносов и плавника в водоисточниках, высокие температуры воздуха и перекачиваемой воды. Поэтому ( на основе выполненной типизации конструкций водоподводацих сооружений) был.проанализирован опыт эксплуатации и проектные решения крупнейяих ~ СССРнасосных станций: Каршинского каскада, Каховской, Шерабадской, Бекябской, Хамзинской, Кус-Мазарской,канала Иртып-Караганда. Составлена классификация отказов по гидравлическим, механическим и электрический причинам с подробной гра-• дацией. .,-■.■.

На основе анализа надежности работы НС составлены требования к лимитирующим элементам гидротехнического узла НС.

На первой этапе исследований было необходимо установить причину отказов НА. Эксплуатационный персонал,обладая большим статистический материалом не в состоянии оценить и проанализировать их физическую основу. Так в течение ряда лет пониженная производительность одной из крупнейших НС "Хамза-1" объяснялась некачественным изготовлением насосно-энергетичвского оборудования,а отказы в функционировании крайних агрегатов - их плохим ремонтом. В результате анализа статистических данных было установлено,что время простоев крайних агрегатов превосходит среднее по станции в 1,7 ... 2,5 раза, а время аварийных ремонтов - в 2,9 ...3,8 раза. Такое положение объясняется исключительно неблагоприятными гидравлическими условиями подвода воды к крайним НА. Аналогичная картина наблюдается как на однотипных НС (Алатская, Каракульская, Аманхарская), так и на станциях других компоновок с параллельными боковыми стенками у водоприемника (Кизыдтепинской,Карпинской). На каскаде КМК до 70$ капитально ремонтировавшихся агрегатов работали в условиях крайних. Были вскрыты причины других распространенных эксплуатационных затруднений,связанные с гидравлическими процессами в гидротехническом комплексе.

Приведены результаты расчета на ЭЗЦ ЕС-1035 движения потока в аванкамере НС "Хамза-1". Система,описывающая течение транзитного потока и пограничных слоев, решена при помощи явной сеточной схемы.

Проанализировано изменение вероятности отказоц НА а период эксплуатации.

разработка экергогидравлических режимов НС с учетом особенностей эксплуатации элементов комплекса является весьма сложной задачей. Это предопределило методику ее частичных решений отдельно на стадиях проектирования и эксплуатации при ыногообразиг ис -ходкой инфорыации( детерыеяироваяной, вероятностной, неопределенной и др. ).

Управление рехшшш в процессе эксплуатации такхе должно рассматриваться как многомерный процесс, включающий организационный, структурный, экологический и прочие аспекты. Основный инструментом теории управления комплексом служат модели технологических процессов, протекающих в системе.

В диссертации применены принципы системного анализа,основанные на преобразовании трудноразрешимой задачи обеспечения надеж-• нести системы в серии задач с локализованными методами реиения.

Слетела управления НС исследуется как единый комплекс с учетом .. внутренних связей между элементами.

При оперативном управлении режимами НА учитывались выявленные особенности эксплуатации крайних насосов путем создания "цедящих" регимов с пониженными параметрами.

На практике эксплуатационный персонал ЕС применяет два метода управления режимами: Л .

1. На основе графика водоподачи, реализующего в аналитическом виде зависимость ■ -р ( £ ;УВНБ I )»где

. среднеинтервальная подача НС , ¿-- время , УВНБ^ - уровень ■■ ■ вода бьефа водоисточника в 1-е интервал времени. (£.€. 1,...П).

2.На основе оптимизационных мероприятий с различными крите--риями, целевая функция которых 3-" * Е. А/£ ^"¿с мин при заданных режимах £5Ц- 4! ( )» А// - среднеинтервальная мощность^ НС, деятельность I -го расчетного кн-

■ хервала. Оптимизационные методы, используемые на практике,требуют детермзнированяого задания характеристик на расчетный период эксплуатации. В настоящее время повсеместно используются традиционные диспетчерские метода управления,решающие оперативные . задачи. Для. водоподводащих трактов* например, это определение степени очистки воды от плавника и наносов,' распределение ,поддержание УВНБ.

Лишь в простейших случаях целевую эксплуатационную функцию удается записать в аналитической виде. Экстремум их возмозшо определить,как правило, на ЭВМ, используя шюгоструктурную модель.

Алализ приведенных зависимостей показывает,что основные параметры насосов в больней степени зависят от элементов водоподво-дящего комплекса НС. Эксплуатация этого комплекса осложняется ино-гокриториальностьв выбора регпиов водоподачц ж необходимостью оптимизации нескольких физических противоречивых величин.

Экспуагируекыо в настоящее времл водоподаодяцие сооружения ревчитаны только на ограниченные диапазоны реяимов. Отсутствует классификация СУС а методы их расчета с учетом региональных я гидрологических особенностей. Сооружения не имеют функции управления потоком.

Возмогно задачу управления гидравлическими процессами с распределенными параметрами свести к задаче с сосредоточенными параметрами. Дня этого целесообразно получить составлявшие потока,отражающие обмен энергиями япдкой и твердой фаз.

Предлагаемая теория учета дискретных критериев для НС но мо-аег полностью исключить априорные факторы,посяцае субъективный характер ( унификация оборудования, ступенчаты" график ыдоподачи, отказы, резервирование НА, способы очистка от наноссз,плавника а

т.п.).

Принципиальный анализ существующее лег о доз гидравлического расчета водоподводяцих сооружений крупнейших в стране НС выявил конкретные объекты натурных исследований с учетом наи^ольаей типичности их применения по разработанной классификации. Резюмируются конструктивные особенности я основные результаты исследований элементов НС паикенылей надежности. Составлены требования к ■ их нормальному функционирования.

В конце главы сформулированы задачи исследования.

Во второй главд изложены теоретические основы управления эксплуатационными режимами гидротехнического комплекса НС. На основании опыта эксплуатации установлено,что структура потока в нем значительно влияет на параметры НА.

С помощью моделирования, при котором система представляется как комплекс математических моделей, последовательно рассматриваются модели расширяющейся аванкамеры,СУС н некоторых устройств

для изменения структуры потока.

В аванкамере с положительным уклоном дна длина обратных водоворотов соизмерима с ее длиной 6о • Резкое переформирование эпюры средних по сечениям скороотеЯ вызывает увеличение пульрационных составляющих скоростей и обмен количеством движения между изменяющимися зонами потока. На поверхности раздела возникают вихри, попадающие за пределы транзитного потока за счет поперечных пульсаций. Их место занимают частицы,обладающие меньшим импульсом, тормозящие граничные слои. Устанавливается обмен импульсов, в результате чего транзитный поток теряет часть энергии и рассеивается.

Рассматриваемая в диссертации система уравнений движения ( Эйлера ) с учетом продольных и поперечных составляющих скорости, представляет систему гиперболических уравнейий с частными производными. Непосредственное ее интегрирование не представляется еозмохным. Поэтому применен приближенный метод линеаризации (решение плановой задачи, нахождение метода распределения скоростей в последующем створе и приближение с требуемой точностью).Для случая плавноизменямцегося установившегося движения, производя ряд преобразований,чтобы проинтегрировать уравнения Эйлера вдоль линии тока, получен интеграл Вернулли и выделены гидравлические потери.

Дня замыкания системы дифференциальных уравнений с учетом сил трения по дну, откосам русла и жидким поверхностям раздела -используется интегральное соотношение, выражающее закон изменения количества движения для отсека воды. Эти уравдения решаются 4 с учетом некоторых допущений,не изменяющих физическую картину протекания потока.

Гидравлические потери на участке расширения с углом конусности о( ,сечениями 2 (0 ), £+</с( ¿а ) оказываются равными:

а),

где: . М - площадь живого сечения ;

И - глубина потока ;

Р - давление в створе ;

¡1 - удельный вес ;

3 - подача НС ;

- гидравлический радиус ; т-сЬ/аС}

А - коэффициент гидравлического трения.

В расширяющемся русле с уклоном дня, уменьшение средней скорости при увеличении живого сечения потока приводит к уыень-' пению потерь энергии. Накапливаемая потенциальная энергия могет быть израсходована на преодоление сопротивлений,вносимых в поток. Эта гипотеза использована в конструкции соорукений со схатым сечением. Небольшие абсолютные величины потерь позволяют допускать их локальное увеличение на I ... 2£. Изменение живого сечения на малой длине приводит к интенсивному преобразованию потенциальной энергии в кинетическую. Образующийся перепад УВ препятствует поступлению водоворотов к водоприемнику станции. Участок равномерного растекания сопровождается вторичным нарастанием потенциальной энергии, которая расходуется на преодоление касательных усилий, ограничивающих растекающийся транзитный поток. С энергетической точки зрения этот участок является основным диссипатором накопленной энергии.

Величина JL.CE.' ~ _1_) в формуле (I) быстро умень-Ш ¿7Г 2 иается до нуля при уменьшении угла конусности.

Для определения коэффициента гидравлического трения и коэффициента, учитывающего влияние русла на касательные наиряаения на дне приведен один из вариантов численного решения дифференциальных уравнений установившегося двихения(в системе координат параллельной динамической .оси потока) методом конечных разностей. ,

Для расчетного 1-го створа определяются :

2

где : С - коэффициент Шези В - модуль расхода; X — смоченный периметр.

* Л. , с*. с.,1рА

Приходи« к выводу,что потер« в основной зависят от изменения площади транзитного потока при его расширении. Надо подчеркнуть существенное отличив рассматриваемой задачи от свободного расширения турбулентной струи. Характерным для потока в аванкамере НС является наличие развитых вихревых зон, объем и конфигурация которых зависит от количества работающих насосов. При внезапном расиирезии призматического русла расиирение потока происходит только под влиянием сил трения по дну и касательных напряжений. В результате внезапного тормохения потока,набегающего на плоскость водоприемника, его кинетическая энергия переходит в потенциальную. Вследствие присущей потоку неравномерности распределения скоростей по глубине, гидродинамическое давление,оказываемое им на переднюю грань, в каздой точке со вертикали тохке неодинаково. Неравномерность дазленйй перед водоприемником создает неустойчивость потока по вертикали и является источником образования течения, ограниченного с одной стороны набегающим потоком, а с другой стороны - "застройкой" входа.

Образующиеся при этом нисходящие струи, достигнув дна, частично направляются к насосу,а частично принимают направление,противоположное прямому потоку. Это обратное течение распространяется на некоторое расстояние от входной граня водоприемника и особенно интенсивно у крайних насосов.

Для характеристика потока, при подборе оптимального изменения его скоростного воля, определялась разница скоростных напоров по сечениям Ц"^, - 7/.1 /2$ •

Стабилизация скоростного поля подбором градиентов представляет значительную трудность, связанную с необходимостью точно прогнозировать направление и величины скоростей в условиях вихре-образовании

. Анализ условий входа потока во всасывающую трубу под действием градиента давления,определяемого работой НА, в направлении оси X, совпадающей с динамической осью потока, выполнен методом перекрестного дифференцирования уравнений движений Рейнольдса с использованием уравнения неразрывности. Получена зависимость, .описывающая'процесс циркуляции в плоскости входного отверстия всасывающей трубы :

_ , 13

¡7 ■+ п _

где »' Ыи, и^ - компоненты осредненной скорости в направлени-

? ЯХ у, 2 |

У, 2 - вертикальная и горизонтальная координата в -_ _ _ плоскости поперечного сечения; . ^с» %> компоненты-вихря в направлениях X» У, г ;

иЩ- дисперсия вертикальной и горизонтальной составлявших скорости пульсации;

Щ^г - корреляционный момент соответствуюцих состав-■ ляадих.

Левой части этого уравнения соответствует конвекция завихренности вторичный потокоы. Аналогичный физический смысл равномерного распределения завихреннбсти по сечепивиыеет и последний член уравнения (3).

В диссертации приведены аналитические зависимости иехду углами закрутки потока в насосе ¿¡X от углов отклонения потока перед водоприемником в диапазоне —р» 45 ... 75° для осевых н центробежных насосов. Это позволяет,используя основное энергетическое уравнезие лопастных насосов Зйлера, обосновать метода регулирования эксплуатационных режимов многоагрегатных НС при различных отклонениях динамическрй оси потока:

«< - 4 ^-"<)= -Г

• • п гзгМ'

" " Ж-Г,)

где: Нн - наяор насоса ; .

^ и Г, - циркулчции на входе и выходе в рабочее колесо ;

М' - момент,развивавши рабочим колесом ; о)' - угловая скорость,

При лс( < 0 , 'Г} > О и подача НА оказывается меньше расчетной (5р . Соответственно при А0(>Ог р<Са 0.н> Управление потоком в водоподводящих сооружениях позволяет изменять параметры НА в широком диапазоне.

Закручивание потока в положительном направлении ( ¿о(<0, Г{ > О ) уменьшает напор, а в отрицательном направлении С До(>0> Г< < О )-увеличивает его.

Проверка полученных зависимостей в лабораторных условиях,а также сравнение с экспериментальными данными В.Ф.Чебаевского, О.Н.Померанцева и Н.А.Палишкина показала хороаув сходимость.

Гораздо определеннее можно рекомендовать процент "застройки" водоприемника. Показано,что эта величина ( отношение площади входной грани водоприемника ( сОф ) к суммарной площади

водоприемных отверстий всасывающих труб должна составлять не более двух.

Критерий подвода воды к НА с минимизацией процесса вихреоб-разования записывается:

■ 2сОег ^

Дпя типовых конструкций всасывающих труб дополнительный участок выполняется 8 ^ шириной £ ¿х ( рис.2).

При определении высоты водоприемного отверстия из условия исключения отрыва потока от верхней направляющей грани длина участка определяется: • .

где: Нд^ и НЕ1 - высота отверстий развитого входа и всасывающей трубы ( рис.2) Квх - коэффициент входа равный 1,8 ... 2,5.

Оптимизация конструкций всего комплекса водоподводящих сооружений заключается в минимизации вихревых и вращательных движений при различных режимах движения потока. При схеме движения потока с двойной циркуляцией на повороте, соответствующей коленчатой форме всасывающих труб, рассматриваются особенности протекания потока в проточной части.

На эксплуатации гидротехнического узла и НА значительное влияние оказывает пропуск путное воды с абразивными фракциями и плавником.

До настоящего времени при математическом описании взвесе-несущих потоков прг знялась методология механики сплошной среды с построением осредненных уравнений,описывавших жидкую и твердую фазу смеси.

Предполагается исследование потока в условиях перехода потенциальной энергии потока в кинетическую при сжатии потока донными или плавучими растехателями. За счет кинетической энергии осуществляется взвешивание частиц через механизм турбулентности. Поведение взвесенесущих потоков для эксплуатационных организаций представляет интерес с точки зрения транспортирующей способности потока. При этом прогнозируется предельное заиление сооружений, • пропуск через насосы фрахций определенной крупности,не оказывающей абразивного воздействия на проточную часть НА и ряд других факторов. Количественное определение всех характеристик потока представляет тему специального исследования,не имеющего практк-. ческого значения при эксплуатации НС.

Разработанная нами концепция рассматривает поведение вэве-сенесущего потока с единых позиций энергетического баланса как для твердой,так и для жидкой фазы с целью получения зависимостей, отражающих взаимосвязь кинематических параметров.

Для стационарного потока выведены зависимости,отражающие баланс энергии твердой фазы в единице объема, удаленного от берегов н дна русла,где не проявляются эффекты,обусловленные параметрами твердых поверхностей.

Соотношение между энергиями твердой и жидкой фаз в этом объеме получены в виде: -

где : 9 - коэффициент пропорциональности ; - масса жидкой фазы ; тп - масса твердой фазы ; Ч/С - средняя скорость жидкой фазы » . ' . ■ Уп - средняя скорость твердой фазы ;

Н - линейный параметр потока (высота элементарного объема) ;

- глубина потока. ••

ь

Касса твердой фазы,находящаяся в выбранном объеме и выпадаг-щая в осадок, может быть определена из соотношенияî

где: Т - текущее время наблюдения }

Т0 - время осаждения фракций с высоты И ; гидравлическая крупность; - относительная скорость осаадения фракций ; _рл-плотность фракций ; W„ - скорость осаадения фракция в потоке. . • Частный случай модели для распределения количества частиц и массы твердой фракции по глубине взвесенесущего потока характеризуется следующими формулами:

л/fH-J]) = ^ni h ffi Ш*УР/е9СН-ЬГ

l+Vf /yÇil-A) (8) ,

где относительная продольная средняя скорость твердой

* фазы ; -^ - плотность вода ; /?„- приведенный радиус частник.

В \ ра «юо

г ^ V /¿усн-к) < 9)

Анализ построенных в результате расчета на ЕС-ЭВ11 графиков распределения массы взвешенных насосов по высоте и дайне взвесе-несущего потока показывает,что в области выбранного элемента объема распределение концентрации взвешенных накосов совпадает с наблюдаемый в натуре.

Распределение кассы взвешенных наносов вне элемента объема может принимать отрицательные значения,что обусловлено исходными предположениями о рассмотрении взвешенных наВосов внутри выбранного элемента объема. Можно предположить, что наличие области с отрицательными массами характеризует поток с точки зрения

транспортирующей способности и информирует о том,какое максимальное количество взвешенных наносов мозсет транспортировать поток без выпадения их в осадок при выбранных параметрах.

Разработанный метод и программа на языке ФОРТРАН дают возможность осуществлен!-- математического эксперимента,во всех наблю-даегах диапазонах изменения гидравлических параметров потока, и целенаправленного физического моделирования.

Бодоворотные зоны являются центром аккамуляции не только у носов,но и плавающих тел. Одним из конструктивных мероприятий по устранению воронкообразования является секционирование приемных камер. Наиболее оптимальной конструкцией,по назему мнению, является прислоненное СУС, допускающее передок очищенной вода между камерами( 12 е раб ад екая НС).

При таком реаении образующиеся позади реаетки поперечные течения уменьпают вероятность отказа НА даае при сильном засорении:! реаетки. .

В работе приведен алгоритм выбора коэффициентов соотноаенкя локальной вероятностной и средней ао времени концентрации плавника у водоприемника с разделительным бычком.

Анализ приведенных зависимостей показал,что потери на входе и по длине в обеих частях водоприемника одинаковы, а потери в самом СУС различны,так как различна степень загрязнения реяёток. Непрогнозируемое изинение "застройки" пролета резко исказает эпюру скоростей на входе во всасывающие грубы.

Вводя коэффициент эквивалентности гидравлических сопротивлений, относящегося ко всему расходу водоприемника (рис.2), потери в нем описываются уравнением:.

Где : С1Т , йц- коэффициенты гидравлических потерь для обеих частей водоприемника;

- отноление подачи какой-либо части водоприемника к расчетной подаче при произвольном засорении. По расчетным формулам составлены номограммы для различных коэффициентов эквивалентности и подач насоса.

Приведены примеры расчета сооружений, создающих оптимальные гидравлические режимы НА ( донных стабилизаторов,плавучих запаней, растекателез, а также конструкций с комбинированными функциями сорозащиты и вотскораспре'. деления).

Результаты выполненных аналитических исследований показали, что проектирование и эксплуатация водоподводящих сооружений должна осуществляться на основе прогноза изменения Кинематических параметров потока. Это явилось основной концепцией разработки новых методик гидравлических расчетови конструкций сооружений.

В третьей главе обобщены результаты лабораторных экспериментов по изучению обоснованных теоретически элементов водоподводящих сооружений НС.

Исследования проводились на пяти лабораторных установках по испытанию аванкамер, водоприемников, всасывающих труб, плавучих устройств, ¿¡одели проектировались в соответствии с типозыми конструкциями НС. Эхо давало возможность сравнения параметров с натурными даяяыми бо всем диапазоне рабочих режимов.

Перед план><рованиеы эксперимента определялись граничные условия', критерия оптимизации, способы воздействия на управляемые факторы, ограничения, связанные с технико-экономическими соображениями, а также конкретные условия исследований ( аппаратура,точность измерений). Методы исследований основывались на построении физической модели процессов подвода воды к НА и тщательном изуче- -нии гидравлики сооружений.

Анализ результатов изменения скоростей вдоль оси водоподводящих сооружений НС показал неравномерностьотносительных значения Идов/ Vk и ядо/ Сгде HjjQj, и Идон - скорости на

глубине 0,2 h от УВНБ и дна, VK - средняя по глубине скоро-.сть течения воды в канале). Критерием оптимизации принято минимизированное значение отношений U)¿ / при £«/^>0,1... 1,0 (где cü| - площадьчодоворотных зон в сечении аванкамеры площадью ц}а, £в - расстояние вдоль оси от начала аванкамеры.

Последовательно создавались установки для водопроводящих сооружений с тремя типами аванхамерС рис.3), СУС и всасывающих труб НС с осевыми и центробежными насосами ( СПВ-П-260 ЭГ, 56-B-I7 и ОП-6-145) в масштабах 1:25 ... 36.

Разработаны я созданы стенд для всасывающих труб и русловая площадка для изучения, в условиях водозабора из поверхностных водоисточников плавучих запаней и растекателей.

- Исследования проЕодились при двухкратном повторении идентич-.'■■ них опытов.Всего было проведено 55 серий опытов на моделях аванкамер и 42 опыта на моделях водолодводяцих сооружений с боковыми верткалышми стенками, в том числе б опытов на модели с криволинейными приемными камераш!, 14 опытов на стенде всасывающих трз«5.

Моделирование водоподводящих сооружений проводилось с соблюдением приближенного равенства относительной шероховатости дна и стен русла. Для выполнения граничных условий на модели воспроизводились участок подводящего канала, в котором создавался рехим движения потока при заданных расходах, и всасывающие трубы НА в том же масштабе.

В диссертации приведено описание установок, стендов и контро-льЕО-азиерительной аппаратуры. Исследования типовых вариантов аванкамер позволили установить:

- работа применяющихся конструкций ©аякамер не отвечает сформулированным требованиям ;

- растекание потока происходит в условиях образования водо-воротных зон, достигающих при 302 работающих агрегатов 0555 объема аванкамеры. С увеличением числа работающих агрегатов площадь во-доворотных зон по сечениям уменьшается и достигает при всех работающих насосах - 50 ... 60£ ц%/и)а )

- водоворотные воронки с большой скоростью возникают преиау-щественяо в крайних приемных камерах ( с вращением по часовой стрелке у первого агрегата, против - у последнего ) и достигают

в диаметре половины ширины камеры ( 2 ... 2,5 м) ;

- сравнительные замеры расходов всасывающих груб при проектной режиме 902 работающих насосов показали минимальную подачу крайних НА ( на 5 ... меньшую средних); • .

- с уменьшением числа работающих агрегатов площадь транзитного потока у водоприемника уменьшается и достигает в среднее 23£ при одном насосе.

Вариант с двумя поперечными стенками,выбранным,из расчета приближения площади створов к площади-сечения подводящего канала исключает формирование водоворотных зон(гранзитный поток по сечениям достигает 100£ ).

Расширяющийся навстречу потоку вход с вертикальной стенкой (рис.2) устраняет вредные воздействия застойной зоны и водоворот-ных воронок. Установка плавучих растекателей по эффективности уступает донным стабилизаторам и может быть применена при многофункциональном использований.

Сравнение расходов в рекомендованном и проектном вариантах показали выравнивание гидравлических условий подвода потока к трубам. Средние значения расходов крайних труб составили по отношению к центральным 99,2£,вместо зафиксированных ранее 94,2£.

Исследования на модели воздействия на поток поперечных стенок и плавного увеличения уклона дна аванкамеры не позволили выявить существенные гидравлические отличия ( риг.4).

Дня оценки достоверности полученных результатов проведено • сразившие отзосительнзх значении средних по глубине скоростей течения ( 1/1 /Ц"к ) с данным исследований Н.Н.Накладова, А.В.Иаслова . для аванкамер с нулевые и отрицательным уклонам! дна,подтвердившее аналогичные тенденции изменения кинематических параметров.

Приведены характзристика изменения ( где ц)7? -

площадь транзитного потока) при и)к/и^а - 0,26 ... 0,38 и центрелькои угле конусности 6-40°. \

Результаты лабораторных исследований плавучих устройств для изменения структуры потока представлены в работе графически и аппроксимирующими уравнениями вида : . :.'■■■;'. . •

р = (й,?4оЛ 4,Р*)р + да ; = 0,0№г)^0Ж :

где ; д1? - перепад уровней воды перед плавучей конструкцией и 1 за ней :

Ьо1 - глубина погружения конструкции;

Об

— - коэффициент водозабора;

о(- угол установки конструкций к оси потока .

Оптимальные, с точки зрения сорозациты,углы установки запани : Ю ... 30°.

Результаты исследований позволяют унифицировать варианты во-доподводящих.сооружений насосных станций различных типов на основе гипотезы стабилизации кинематических параметров потока.

Проведенные исследования уточнили методику проектирования водоподводщцих сооружений и рекомендации по управлению режимами -

эксплуатации НС.

В четвертой главе содержится методика гидравлических расчетов новых элементов гидравлического комплекса Необоснованных теоретически и экспериментально. Расчеты движения.потока, связанные с математическими, описаниями турбулентных движений при внезапно^ расширении русла, представляют больцую трудность. Она усугубляется тем,что любая комбинация НА приводят к изменению сксрост-• ной структуры потока. Переход от ширины подводящего канала по дку Вк к фронту водозабора Вф требует плавного расширения боковых стенок, а заглубление насосов - наклона дна камеры ( рис.а). При отношении Вф/Вк > 4 аванкаиеры насосных станций получаются большими в плане,что приводят к их замечанию и резкому уменьшению транзитной части потока. Растекание потока сопровондается воз-.никяовением сбойных течений с высокой степенью концентрации расхода у одной из боковых стенок. Поверхность раздела между транзитной струей а зодозоротами очень неустойчива.

Усиленное перемешивание масс вода транзитного псс;ка и водоворотов определяет работу сил касательных'напряжений. С целью улучшения гидравлических условий подвода потока зодоприемншсу разработаны устройства для изменения структуры потока о применением донной поперечной стенки. Ее работа заключается в созданий минимального перепада, препятствующего распространению водоворотов.

Необходимая высота поперечной стенки определена аналитическим путем. Используя рассмотренное во второй главе интегральное ■ соотношение, выражающее закон изменения количества движения для участка потека от начала расширения до места установки стенки, получено уравнение связи кинематических и геометрических параметров, решаемое однозначно относительно числа Фруда:

Тг-

Н

, ¿(/-да " ; ' ' ¿1 (И),

где: отношение глубины воды в створе попере-.ной стенки к

Пк глубине вода в подводяцем канале'; >3°- отношение соответствующих ширин русел. Вычисленные числа §руда оказываются меньше единицы при значениях р= 1,3 ... 1,4. Это указывает на малую кинетичность по-

тока. При р » 1,2 ... 2,0 перепад уровней воды над стенкой незначителен ( - 1,04 ... 1,25). '

В диссертации приведены расчетные графики /? « § ( Уё ), при р - миг и у- ( ) ПРИ различных кривых свободной повер яости ( рис. 5,6). При переходе по параболе вида Ь«Ь^-Ъ (кривая 8, рис.6 ) "уравнение имеет вид:

на. р?-<

С 12)

- Пользуясь расчетными графиками, мозгно определять значения ^ и тем самым перепад воды над стенкой, препятствующей проникнове-"-нил водоворотов к водоприемнику, и высоту самой стенки.

Установлено,что наилучшее растекание потока формируется при определенном диапазоне площадей гивого сечения над стенкой. Расчетные зависимости приведены в порядке удобной для проектирования водоподводящих сооружений с двухсторонн!1М расширением потока. '■■ . ■•• „

Расчёт проводится по основному критериальноцу условии: : - при отношении площади водоприемного фронта к площади живого сечения подводящего канала более двух следует предусматривать устройство донных или других стабилизаторов.

Расстояние стабилизатора до водоприемного фронта (рис.3) рекомендуется определять по формуле: •

где: - площадь водоприемного фронта (м^) ;

. . Юк~ площадь живого сечения подводящего канала (и**);

¡1 0 - глубша воды у водоприемника при й так (ы); ' (X - безразмерный коэффициент »принимаемый при различных - соотношениях (Оф и от 1,2 ... 1,8.

Высоту поперечной стенки ( рис.3) следует определясь по фор— ' : и ^О'Пик

Нсг * Во . . (И)

где: ц)а-площадь живого сечения аванкамеры в створе стенки ;

.■ 23 ■

■ К^ - безразмерный коэффициент уменьшения средней скорости потока подводящего канала в аванкамере,равный 1,151,3 } ■

В0- ширина дна аванкамеры в створе стенки. ■

Сопоставление результатов аналитического метода и расчета по приведенным эмпирическим зависимостям показали хорошую сходимость. .■'■'.

Методика кинематической стабилизации применена к обоснованию компоновки и гидравлическому расчету СУС. • ' ■

: В расчет вводится приведенная высота решёток, определяемая в зависимости от типоразмеров аванкамер, водоприемников, всасывающих труб и НА. Численные и экспериментальные исследования позволи-. ли обосновать предельные значения коэффициентов связи параметров сооружений о числом Фруда и ряд критериальных зависимостей.

Коэффициенты в расчетных формулах,учитывающих повышенную ыут-. ность, наличие плавника и другие особенности водоисточников приведены для двух типов аванкамер ( с положительным и отрицательным уклоном дна), трех типов водоприемников и СУС отдельно НС с осевыми и центробежными, насосами. В случае выбора диагональных насосов,применение которых и, соответственно, данные исследований ограничены,следует использовать рекомендации, разработанные для. осевых насосов. ,

Варианты сооружений проанализированы с позиции минимизации гидравлических потерь по формуле:

¡г м^п ^т

'■ ' ■ (15). ■

где: О - угол между направлением скоростей ; - опытный коэффициент формы входа .

Управление структурой потока по длине водоподводящих сооружений осуществляется комбинированными плавучими конструкциями саморегуЛируемых запаней и растекателей.

В диссертации приведена методики их гидравлических расчетов, в результате которых определяются оптимальные угли установки конструкций в зависимости от величия скоросги потока и действующих

' 24 д., - .

' era.

В пятой главе обобщаются результат« натурных энергогидравлических и диагностических исследований НС. Специально обоснованы методика исследований, объем.и способы измерений, разработаны и изго- лленн оригинальные прибору. Были проведены гидрометрические замеры параметров потока на большей глубине ( до 15 м) и диагностика НА по его высоте ( до 12 и ).

. Для проведения натурных исследований были выделены три труп-, пы НС, включающие все известные типы водоподводящих сооружений по нашей классификации:

1. Станции с осевыми'насосами типа ОП-Ю ( Каршинские,Шера-бадская, Кувмазарская). К этой группе мы отнесли также головную НС кияала Ы-2 Кашкадарьинсксй области( насосы типа .ОПВ 2-87 МС) - ■ и насосную станцию "Абай" Кзылординсхой оросительной системы (насосы типа СЗ 6-55К ).

2. Многоагрегатные станции с центробежными насосами (Джизак-ская, Тал.и1!арда£анская, Кг лтепинская, ХамзинскаяН

3. Круглые в плане станции канала Иртыа-Караганда и "Сосык"■ Дунай-Днестровской оросительной системы.

Результаты исследований показали,что наиболее неблагоприятные гидравлические режимы наблюдаются на" водоподводящих сооружениях насосных станций второй группы ( кроме Талимарджанской НС ).

Размеры расширяющейся части сильно уменьшены за счет отложившихся наносов . В" вегетационный период мутность,воды на АБЬК составляла 1,4 ... 2 кг/м3. Наиболее заилены аванкамеры в створах максимального расширения,где размеры сече^ний уменьшились • до 50£. Уменьшение заиления у водоприемника объясняется смывом наносов при вс.ех работающих агрегатах и сильном процессе воронко-образования. При отключении части НА эпюры скоростей потока резко искажаются ( рис. 7 ).

Анализ кинематической структуры потока показывает,что донные поперечные съенки, установленные в аванкамерах НС Талимарджанской и. "Абай" -позволили создать благоприятные гидравлические условия для подвода воды к всасывающим трубам насосов.' Особенно ■ важным; следствием этого явилось устранение периодического подсоса воздуха через водоворотные воронки. Цроведенные выброакустиче-.' ские измерения показал и, что вибрация НА при образовании воронок

увеличивалась в 5 ... 7 раз, достигая критических ( свыше 100 ... 150 Ц'Ки) значений. Ыаксшдальная высота слоя наносов на Талишрдаанской станции не превышает 30£ мощности отложений на аналогичных станциях второй группы. Транзитный поток на станциях без донных растекателей уменьшается от подводящего канала в 3 раза ( от 90^ до 30£ ) отношения площади поперечных сечений'. й^гр/и)а .На ТаляыардасанскоЯ станции в аналогичных режимах зафиксировано сравнительно незначительное ( от 100 до 72^) уменьшение транзитного потока. • • v

: Исследованиями подтверждено резкое увеличение водоворотных зон при уменьшении числа работающих насосов* На Хашинской станции при отключении 3-х агрегатов (302) площадь водоворотов в сечении аванкамеры возросла от 35 до 53#;Кзылтепинской от 32 до 45$, На станции "Абай" рост водоворотов в аванкамере с двумя дон-ныыа растекателями при аналогичных условиях не превышает 1% при абсолютном объемном максимуме

Близки к этим значениям кинематические характеристики аванкамеры Талимарджанской НС с поперечной донной стенкой. Объем водоворотов не превышает.

Наиболее высокий уровень вибрации наблюдается в радиальном направлении на Карпинских НС с разницей в крайнем ( 6-2 ) и среднем (4-й) агрегатах 3... 5 «км. На Телимардаанской станции эта разница не превышает I мкм. Диапазон изменения звукового давления 4... 8 дБА на станциях первой группы .и I ... 2 дВА на Талишрд-ганской НС. Виброперемещения на первых сианциях до 57 шш(входное сечение всасывающей трубы) к до 65 шш( камера рабочего колеса у Входных кромок лопастей ) свидетельствуют о неблагоприятных гидраз* лических условиях подвода воды к насосу по сравнению с аванкамерой, оборудованной донными растекателями.

Количественный анализ эксплуатационной информации,систематизированной по признаку гидравлических условий подвода воды к на- . сосаи и'экспериментальные данные позволили гидродинамически обосновать взаимосвязь между параметрами агрегатов и характеристикой "потока:"',' .■.'•'■

I. К крайним агрегатам станции без специальных донных расте-кателей поток подходит под углом близким к 90°, увеличивая неравномерность скоростей и пульсации потока.

. При поворотах потока у водоприемника и обтекания бычков образуются Бодоворотные воронки, которые усиливаются нисходящими струями во всасывающие трубы. Через водоворотные воронки периодически ( через 2-4 минуты) в насос завлекается в течение 30-40 сек. зоздух, который срывает под лопастями рабочего колеса и. направляющего аппарата вакуум, создавая тем самым сильные динамические воздействия на их поверхности. Подвод воды к насосам характеризуется наличием неустойчивых скоростей во входных отверстиях всасывающих труб.

2. Конструкция расширяющейся в плане аванкамеры с уклоном перед всасывающими трубами под углом 10 ... 12° к горизонту вызывает уменьшение площади транзитного потока, в процентах ог проектной площади по сечениям на участках:

а) с горизонтальным дном

при всех работающих насосах до 59£ (85$), при рабрте половины насосов до 52^(81$), . б) с уклоном дна : при всех работающих насосах до 35$ (78$), при работе половины насосов до 32$ (72$).

Значения в скобках соответствуют аванкамере с донной поперечной стенкой. "* -

Конструкция аванкамеры Сез расширения в плане с постоянным уклоном дна перед всасывающими трубами под углом 14°... 16° к горизонту вызывает уменьшение площади транзитного потока в процентах от проектной площади по сечениям: > при всех работающих насосах до.68$ ( 98$), при работе половины насосов до 61$ ( 97$).

Значения.в^скобках соответствуют аванкамере с двумя донными иди одним комбинированным стабилизатором.

3. Измерения вибрации по трем направлениям и уровня звукового давления,принятых в качестве диагностирующих параметров НА, позволили обобщить степень влияния на них гидравлических процес-

' СОВ. ■ .

• Шестая глава посвящена разработке конструктивных, технологических рекомендаций и методов эксплуатации НС с позиций теории надежности. ^

Показано,что НС подвержены случайным возмущающим.воздействи-ям. Управление надекностьп в процессе эксплуатации НА. достигается путем выявления и предупреждения отказов. С этой целью классифицированы причины отказов, построено дерево отказов. Исходя из численных решений составлены диаграммы Парето распределения вероятности отказов "лимитирующих" элементов гидротехнического узла НС и диаграммы Венна отказов системы ( площадями на единичном . "квадрате). Разработанный вероятно-графический подход к анализу причин отказов дает возможность эксплуатационному персоналу оперативно выявлять и контролировать "лимитирующие " элементы НС. Составленная структурно-функциональная схема является математической и физической моделью надежности. По критерию относительной часто- . ты возникновения отказа,наиболее ненадежными элементами НС являются водоподводящие сооружения (аванкамеры - 11$ отказов, водоприемник - 9£).

В результате выполнения рекомендаций по совершенствованию условий их эксплуатации вероятность безотказной работг на действующих НС повышается на 21£.

В диссертации и.приложениях приводятся новые конструкции гидротехнических сооружений и технологии их эксплуатации,обоснованные теоретическими,экспериментальными исследованиями:

1.Режимы эксплуатации бесплотинного водозабора, промежуточных каналов со стабилизацией кинематических параметров потока и увеличением подпора над рабочими колесами насосов.

; 2. Устройства для изменения структуры потека ( а.с.909000) на водозаборе и вододелителях с функциями управления потоком во ¿сем диапазоне эксплуатационных режимов.

3. Плавучие запани ( а. с.487979),"смонтированные для задержания плавника и комбинированные плавучие устройства для изменения' структуры потока при расширении С а.с. 1222773 ).

'4. Водозаборные устройства НС включающие донные поперечные стенки ( а.с. 1017770 ) и водозаборные сооружения открытого водотока,включающие саморегулирующие подводные крылья(п.4296142)-для формирования равномерного потока.

5. Развитый вход во всасывающие трубы с устройством для перекрытий отверстий гидросооружений ( а.с.329278 ),устраняющие процессы вихреобразований и заиление .порога затворов и предохрани« тельных реиёток. •

6. Вертикальные осевые насосы ( а.с. 861747) с защитным кожухом на валу для вод повышенной мутности.

7. Лопасти гидромашин ( а.с. 249223 ) с уменьшенным абраэив-нокавитационным износом за счет перераспределения скорости и дав-лени.. по длине лопасти. ' \ '' ': ■ • ■' : - У

8. Технология'эксплуатации насосов с использованием зависимостей по управлению водопроводными зонами в проточной части НА (з. 4254610). -•■■';;/ .■■;.

Проведенные исследования крупных насосов средствами акустической и вибрационной диагностики позволили получить сопоставимые данные об улучшении эксплуатационных параметров НА до и после внедрения приведенных конструкций. Подконтрольная'эксплуатация гидротехнических комплексов ДЕЛС проводится с 1972 г., К1К- *' ,.с 1975 года. ' • • •

Эффективность улучшения гидравлических условий работы НС подтверждена технико-экономическими расчетами.

■ Годовой экономически!) эффект по указанным рекомендациям составляет свыше 5 млн.руб.

ОСНСВШЕ ВЫВОДЫ:

1. Аналитический обзор теоретических и экспериментальных исследований, обобщение опыта эксплуатации крупных НС и подконтрольных эксплуатация, их основных сооружений позволили установить, что они не отвечает возросшим требованиям надежности и эффективности, не полностью учитывая многофакторные гидравлические процессы в гидротехнических сооружениях НС,региональные гидрологические и климатические особенности.

2,- На основе комплексного рассмотрения закономерностей формирования потока и Детального анализа отказов сформулированы

и решены задачи исследования элементов НС, в том числе впервые разработанных и примененных самоуправляемых запаней,прислонен- . * ных СУ С, донных стабилизаторов в ¡аванкамерах. Теоретически и экспериментально доказано,что существенное влияние на гидравлические, процессы оказывает нестандартная осевая ассиметрня скоро-стаого паяя.

2.9.

3.'Разработаны принципы стабилизации эпюры средних пи сечениям водоподводящих сооружений скоростей на основе новых устройств для изменения структуры потока. Получены теоретические решения (1,3) по расширении транзитного потока в аванкамере и показана возможность дополнительной генерации кинетической энергии при обтекании потоком донных стабилизаторов. Исходя из осредненнчх энергетических уравнений для жидкой и твердой фаз взвесенесущего пото-

" ка выведены обобщенные зависимости, дающие возможность реализовать математическое и физическое моделирование процессов осаждения наносов (7. .. 9 ).

4. Экспериментально на различных модельных установках.изучены в широком диапазоне способы изменения кинематических параметров потока и на этой основе оптимизированы конструкции водоподводящих сооружений НС в рамках сформулированных принципов. На модели уточнено влияние центрального угла конусности в диапазоне б ...40°, сооружений с уклоном дна 1:3 ... 1:5 на параметры транзитного потока и построены графики этих зависимостей при различи« соотношениях живых сечений. Проведенные исследования подтверждают правомерность применения полученных теоретических зависимостей для осреднения физических параметров потока.

5. Предложены новые графо-аналйтические способы гидравлического расчета донных"стабилизаторов на основе закона сохранения количества движения без Эмпирических констант ( И,12).

Обоснован ряд критериальных зависимостей (4,14),апробированы математические модели, учитывающие взаимосвязь гидравлических-и энергетических процессов.. Составлены методики гидравлических расчетовземенгов водоподводящих сооружений НС, создано их программное обеспечение.

6. Выполнены комплексные натурные энергогидравлические и диагностические испытания,подтверждающие адекватность разработанных моделей по оптимизации режимов эксплуатации ЯС. Результаты внедрения новых конструкций и технологий оценены с технико-экономических позиций.

,7. Проведен детальный анализ отказов элементов НС и количественная характеристика эксплуатационных показателей НА с позиций теории надежности. С учетом описанных эффектов найдены критериальные условия, определяющие режимы эксплуатации отдельных функциональных блоков НС. *

в. Результаты работы внедрены в производство на крупных водо-. хозяйственных системах УССР,КазССР ,УзССР и ТССР. Методики гидравлических'расчетов использованы в проектах мелиоративных НС. Внедрение разработанных рекомендаций дает большой экономический эф-, фект. особенно в условиях дефицита водных ресурсов.

9. Принятые конструкции могут быть в дальнейшем использованы при эксплуатации НС различных назначений ,в том числе атомной энергетики, просмоленного и сельскохозяйственного водоснабжения.

Содержание диссертации опубликовано в сведущих - ■ работах: ■■'".

1. A.C. R 329278 (СССР). Устройство для перекрытия отверстий гид-~ . росооружений// Б.И.1972.К 7.

2. Повышение надежности работы плоских затворов насосных станций и гидросооружений.// Механизация хлопководства. Реферативный науч.-техн.'сб. Ташкент. УзНИИНТ2,1972, » 12.

. 3. К вопросу, проектирования сорозащитных устройств на насосных станциях Средней Азии// Сборник трудов ТИИШСХ. Ташкент. 1973, , вып.37. . ; .

4. К вопросу об оптимальном расположении сороудерживавдих сооружений в аванкамерах насосных станций// Доклада Респ.науч.-техн. конференции.Ташкент: ФАН.1978. /

5. Особенности схем осветления высокомутных вод на насосных станциях машинного орошения Узбекистана// Механизация хлопководства. Реферативный научно-тезн.сб.Ташкент.УзНИИНТИ.1973. »7.

6. Выбор компоновки сороудерживающего сооружения в аванкамере// Сборник научных трудов САНИИРЙ.Ташкент. 1974,вып.142.

7. A.C. К 487979(СССР).8апань// Б.И.1975,К38. :

8. Реконструкция аванкамер насосных станций// Рекомендация по внедрении новой техники. М.:ЦБНТИ Ш и ВХ СССР.1975.Вып.1.

9. Улучшение работы аванкамер.// Сельское хозяйство Узбекистана. 1975.» 7. ,'. •.-..

10. Гидравлические исследования нового типа аванкамеры// Доклады Респ.науч.-техн.конференции.Ташхент.'ФАН .1976.

,11. Улучшение гидравлики потока при входе во всасывающие трубы насосов// Труды САНИИРИ.Тажкент.197б.Вып.151.

12. Работа аванкамер насосных станций и рекомендации по усовершенствованию их конструкций.//Гидротехника и мелиорация.I977.K7 (в соавторстве).

13. Об условиях подвода воды к Каршинским насосным станциям при маловодье//Механизация хлопководства.Реферативный науч.-техн. Сб.Ташкент. УзНЛЯНТИ. 1977.2 б.

14. Результаты натурных и лабораторных исследований аванкамеры, - . насосной станции "Карши-IV/ Труды СШИРИ.Ташкент. 1977.Вып.

.152.

15. Сороудалящее устройство для водоприемников насосных станций. // Гидротехника и милиорацил.1978.К 3.

16. Гидравлическое устройство для срыва закуума в с кронных водо-выпусках насосных станций // М.: ВНЙИГиМ. 1979(в соавторстве).

17. Исследование аванкамер насосных станций с круговым водозабо-ро^/Экспресс-инфорыация.Водохозяйственное строительство.!!.: ЦБНТИ ИИиЗХ СССР.1979.Сер.5.Вып.9,( в соавторстве).

18. А.С.й 679589(СССР) Гидравлическое устройство для £рыва вакуума •сифонного водовыпуска насосной станции// Б.Я.1979 К 30 (в

соавторстве).

■■ 19. Методические указания по проектированию аванкамер крупных насосных станций// Ташкент,САНИИРЙ.1979( в соавторстве). '

20. Гидравлическое устройство для срыва вакуума на сифонных водовыпусках// Гидротехника и мелиорация.1980. №3( в соавторстве).

21. Повышение надежности крупных вертикальных осевых насосов// Гидротехника и мелиорация. X98I. ]i 9( в соавторстве).

22. Из опыта эксплуатации каскада Каршинских насосных станций. // Гидротехническое строительство в Узбекистане»Ташкент: ТШШСХ. 1981 .Вып. 123( в соавторстве).

23. А.с.й'861747 (СССР).Вергикальный осевой насос//Б.И.1981.Ш, • (в соавторстве). .■'■-•■

24. b.c. № 909000 (СССР). Устройство для изменения структуры потока // Б.И.1982.» 8 ( в соавторстве ).

"25. A.c. ß 949223(СССР) Лопасть рабочего колеса гидромашины//Б.И.

$ 29(в соавторстве). 26. Эксплуатация головной насосной станции Каршинского магистрального канала// Экспресс-информация. М.ЩБНТИ Ш и ВХ СССР. 1982.Сер.1.Вып.1(в соавторстве).

27. Опыт эксплуатации крупных погрукных электронасосов// Гидротехника и мелиорация. 1982. К II.

28. Некоторые способы переформирования потока в пиротехническом комплексе насосной станции// Груды ИШШСХ.Ташкент.1982.Вш1.

' Г26. . v _ -

29. исследование вибрации крупных центробежных насосов применительно к возможностям диагностирования// Там же ( в соавтор-

■ стве). .

80. Вопросы совершенствования эксплуатации каскада Карпинских насосных станций// Там же ( в соавторстве).

31. Улучшить эксплуатацию насосных станций// Сельское хозяйство „Узбекистана. 1982. 6 JO. .-•/ .

32. Опыт эксплуатации крупных оросительных насосных станций/Дашк? УзН5ШЕЙ.198г( в соавторство). .

33. A.c. ß 968159 (СССР).Гидравлическое устройство для срыва ■ вакуума сифонного водовыпуска насосной стаации/Б.И .1982.КВЭ.

. (в соавторстве).

34. A.C. S I0I7770CCCCP). Водозаборное устройство насосной стан-ции//Б.И.1Э85.й 18( в соавторстве).

35. Методические указания по проектированию водоподводяцих .сооружений-мелиоративных насосных станций// Ташкент :ТИШШСХ.

' " 1984. : . ■ ". ' ;

36. Опыт зксп-г-луатации Талимарджанской насосной станциц//Эксп-реос-щформаши. U. :ЦБНТИ МН^Х СССР.1984.Сер.1.Вып.5 (в соавторстве). .

37. Некоторые вопросы управления потоком в водоподводяцих сооружениях насосных станций//Труды ТИЮШЙС. Ташкент. 1984.Вып.

.is5* ■ ' • - .'■■'■••'■

38. Увеличение ресурсов валов, крупных насосов// Там же ( в соавторстве).

39. К математическому описанию потока в аванкамерах// Известия АН УзССР. Ташкент. 1984. К 5.

40. Влияние-типа сороудерживающих сооружений на эксплуатационные характеристики водоподводящего тракта насосной станции// Тру. да. ТИИШСХ. Ташкент.1985.Вып.140 ( в соавторстве).

41. Результаты натурных исследований водоподводяцих сооружений крупных мелиоративных насосных станций// Экспресс-информация. М. ЦБНТИ 12ÍIÍX СССР.1985.Сер.I.Вып. 12.

42. Результаты натурных исследований устройств срыва вакуума сифонных Бодовыпусков.// Исследование работы гидротехнических

Л сооружений насосных станций. Ташкент: ТШШСХ. 1985 (в соавтор, ■ стзе).

43." A.c. В 1222748 (СССР). Устройство для изменения структуры потока при расширении»7Б.И. 1986.К 13 ( в соавторстве ).

44. Некоторые полазения энергетического подхода к теории взвесеяе-л суиего потока// Известия АН УзССР. Таакеит.1986.М( в соавтор; •.;; ства). "■;' . V ■ ■•-. . ; V . . - /■ ■'•■;■',

45. Рекомендация по улучшении эксплуатации насосных агрегатов на -мелиоративных системах//Та -кент: Агропровдздат УзССр.1986

( в соавторстве).

46. Опыт эксплуатации Каршинского магистрального канала с -каскадом насосных станций.// Ташкент: Мехнат.1987( в соавторстве). .

47. Тшьгаация и выбор компоновки сороудергиваюцих соорузений в ; аваакаиаре// Проектирование, строительсгво и эксплуатация : гидротехнических сооружений. Ташкент: ТИИШЗС.1987.

48.,О некоторых результатах лабораторных исследований плавучих ' сорозацитных устройств// Таи ге ( в соавторстве ' ' 49. О надежности элементов машинного орозе'ния мелиоративных систем Средней Азии// Механизация хдопководства. Реферативный, науч.-техн.сб. Таскент: УзН®5НТИ.1937.й 10.

50. Мелиорация систещарида насос агрегатларидан фойдалшни-<■'.;■■ яхшилаи ьзасидан тавсиялар // Топкент УзССР агросаноат давлат'

коштетининг.1987.

51.-О некоторых математических предпосылок проектирования подво- . ■ , дящих трактов и аванкамер мелиоративных насосных станций //

- ■ Научное обеспечение повышения.эффективности использования.мелиорируемых земель. M.eHIfflTiäI.I987( в соавторстве).

52. Об управлении надежностью крупных мелиоративных насосов// Ме-. ханизация хлопководства._ Реферативный науч.-техн.сб.Ташкент:

УзНИЛЕга.1988.»3( в соавторстве).

53. Опыт эксплуатации и оценка надежности элементов гидротехнического узла насосных станций// Гидротехническое строительство. 1989. К 8.

• Соавторами отдельных работ являются : Бакиев Ы.Р.(48), Баль Б.А.(20,33), Бараев Х.А.( 40,48,51),Гурьев А.П.(34), Д«ша-лов Б .12.(21,23,25,29), Дуденко И .К. (16, 18 , 20-25,33, 43,46), Золотая Н.А.(36), Кеберле С.И.(12), Ландсман 3.14.(52), Мицкевич . В. 14*5), Некрасов. В.Ц.( 16, 18, 20, 21, 23 - 26, 33, 84,46)^ Р. Очилов (16, 18, 20- 26, 33, 34, 45, 46), Переверэев С.К.(22, 80, 46),. Тютькова Н.В.( 32,42).

Л-46065 '.Подписано к печати 10.07.89 Формат 60с84:/1б Печать офс. объем 2 п.л. т.100 . Бесплатно . И-505 Зак.

Ротапринт ЫйСИ имЛ .В .Куйбышева

¡¡¿расширяющаяся вЦажа.чера сиЕра'тнын твяан

S) аёамнатра с fowoú ñonspmoú emsmOù Л-

QaSuMtitHepct сЕоко&ыми ¿ертишбнша стенками

■СП

'; Всасывающая matrSai 4-см&йомш/юилънл/м aenaSamte/*

nun р / 2-tpopHU M ЗНИИГЩомаиш

: иМи: 3 -вынреенню; Ч-полу&ынЁ&енкл ; S- приданное

Puc+S .KoMnoHobw аВанкамер и СУС.

ц1 ai us 44 as «s от «3 cj> to

?КС.Л, СРЛЕИШЕ АИНШХН ИЗИЕШЩ ПЛОЩАДИ Ш0-BOPiiTHb« ЗОН ITPV( 50% РДВ!ТДИЩ!Х НАСОСОВ. + ГИЛОЫЛ ШНСТРШШЯ ШШРяЧМСМЯ АЁАНКАМГРЫ ' м. 2-А6АНХАМСГА С ДОНЮЙ СТЕНКСЯ И ПДАетЧСЙ VJWt» I ' . S-AíAHMVECÍ, С СТГНШМ H ГАЗЬУТЫМ ЬХОЛСК. Í ■ '

К лелншихл с сюшы» тока« дна а

гъ. cvc