Технологическое и экспериментальное обоснование повышения эффективности эксплуатации напорных трубопроводов оросительных систем при переходных процессах гидромеханического оборудования

Во введении обоснована актуальность исследований, степень разрабо- танности темы, цель и задачи исследований, научная новизна, объекты ис- следований, теоретическая и практическая значимость, методология и мето- ды исследований, положения, выносимые на защиту, степень достоверности, апробация, личный вклад автора, публикации, структура и объѐм работы.
В первой главе рассмотрены вопросы существующих эксплуатацион- ных вариантов переходных процессов в напорных трубопроводах ороситель- ных сетей, описаны причины возникновения аварийных ситуаций при пере- ходных процессах, проведен обзор теорий существующих методов расчѐта повышения давления в напорных трубопроводах.

Одним из последних примеров повышения давления в напорном тру- бопроводе явилась авария на головной насосной станции Арзгирской ороси- тельной системы Ставропольского края, здание которой и все оборудование было затоплено в июне 2015 года.
В выводах по главе отмечено:
– явление увеличения давления в напорных трубопроводах происходит, в основном, при переходных процессах в трубопроводной сети и в работе насосных агрегатов насосных станций;
– наиболее важным фактором, влияющим на повышение давления в се- ти, является резкая, несвоевременная остановка обратного движения потока в сети;
– среди множества возможных и необходимых переходных процессов, наиболее значимые, влияющие на появление гидравлического удара, являют- ся пуск и остановка дополнительного насосного оборудования в процессе эксплуатации, внезапная полная остановка насосной станции;
– из всех перечисленных конструкций гасителей скорости обратного потока и гидравлического удара в трубопроводной сети наибольшее распро- странение, без гарантированной эксплуатационной эффективности получили обратные клапаны, установленные на напорном трубопроводе насосной станции (в основном, в здании) последовательно с задвижкой.
Вторая глава посвящена теоретическим основам расчѐта ввода до- полнительной энергии в напорные трубопроводы для предотвращения гид- равлического удара в напорном трубопроводе методом прикрытия обратного клапана перед остановкой насосного агрегата.
Целью основ расчѐта является обоснование возможности увеличения полной энергии в напорных трубопроводах основных насосных агрегатов бу- стерным насосом, способствующим закрытию обратных клапанов и предот- вращающим обратное движение потока и гидравлического удара в сети.
Для примера расчѐта принята насосная станция «Междуречье» Изобильненского филиала ФГБУ «Управление «Ставропольмелиоводхоз» с тремя основными насосными агрегатами Д 6300-80 и двумя напорными тру- бопроводами Ø 1200 мм. Схема оборудования показана на рисунке 1.
Теоретические исследования проведены для наиболее сложного экс- плуатационного варианта при работе пары основных насосов на один напор- ный трубопровод.
Расчѐт полной энергии всасывающих и напорных трубопроводов про- водится для основных насосов в следующей последовательности:
1. На характеристике насоса строятся кривые потерь (рисунок 2);
2. По кривым потерь напора определяются фактические гидравличе- ские параметры сети и полная энергия во всасывающих и напорных
трубопроводах (таблица 1).

Рисунок 1 – Технологическая схема установки оборудования на исследуемой насосной станции «Междуречье»
1 – основные насосные агрегаты; 2 – напорный распределительный тру- бопровод основных агре- гатов; 3, 6, 9, 14, 15, 16,18 – задвижки; 4, 7 – обратные клапаны; 5 – бустерный насос; 8, 10, 12, 13 – манометры; 11, 20 – расходометры; 17 – байпас; 19 – сбросной трубопровод; 21 – напорный трубопровод; 22 – напорный трубо- провод бустерного насо- са; 23 – напорный маги- стральный трубопровод.
По рисунку 2 определяются фактические гидравлические параметры и полная энергия в трубопроводе при различных эксплуатационных вариантах (таблица 1).
Таблица 1 – Фактические гидравлические параметры основного насосного оборудования и полная энергия при различных эксплуатационных вариантах трубопроводной сети
Один насос на один напорный трубопровод
75,2 1,93 0,4 1,95 0,19 75,79
Два насоса на один напорный трубопровод
73,6 4,0 0,5 4,06 0,84 86,34
Расчет величины полной энергии вспомогательного бустерного насоса проводится в последовательности, приведѐнной для основных агрегатов.
По кривой потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводе бустерного насоса, построенной на характеристике, определяются фактиче- ские гидравлические параметры сети (рисунок 3, таблица 2).
В данном случае, наибольшее значение полной энергии получено при работе основных насосов 86,34 м, при работе бустерного насоса 108,60 м, что превышает энергию, создаваемую основными насосами на 22,26 м.
По таблице 2 видно, что увеличение полной энергии, создаваемой бу- стерным насосом, соответствует возможностям его характеристики.
Напор, ,м
Подача, ,
,м
Скорость в напорном трубопроводе,
, м/с
Скоростной напор в напорном трубопроводе
Полная энергия в напор- ном трубопроводе основ- ных насосов,
, м

Рисунок 2 – Фактические рабочие параметры одного и двух основных насосов с одним напорным магистральным трубопроводом
Рисунок 3 – Фактические рабочие параметры бустерного насоса К90 / 85
Таблица 2 – Величина полной энергии в напорном распределительном тру- бопроводе бустерного насоса
Напор, , м
По- дача,
,
, м
Скорость в напорном трубопро- воде, , м/с,
Скорост- ной напор в напорном трубопро-
воде
Полная энергия в напорном трубопро- воде бустерного насо- са
,м
75 (при диаметре
напорного трубо- провода бустерного насоса 0,1 м)
0,037
4,2
9,89
4,99
75,79
100 (при диаметре напорного трубо- провода бустерного насоса 0,06 м)
0,016
4,5
16,03
13,10
108,60
Кроме того, проведен расчѐт возможности увеличения энергии и кави- тационного запаса насосного оборудования на всасывающем трубопроводе, в ходе которого установлены величины увеличения потенциальной энергии во всасывающем трубопроводе с помощью линии рециркуляции и кольцевого струйного аппарата.
Рассчитанное значение напора струйного аппарата, увеличивающее по- тенциальную энергию во всасывающем трубопроводе на полную энергию в напорных трубопроводах, также не оказывает влияния и в дальнейших расчѐ- тах не используется.
В выводах по главе отмечено:
1. На основе проведенных теоретических исследований предложен порядок расчѐта величины полной энергии в напорных трубопроводах ос- новных и дополнительных насосных агрегатов.
2. Из всех вариантов эксплуатации основных насосов, наиболее значимое значение полной энергии в напорном трубопроводе наблюдается в варианте с двумя насосными агрегатами на один трубопровод и максималь- ным значением полной энергии 86,34 м, при этом расчѐтное значение полной энергии в напорном распределительном трубопроводе бустерного насоса со- ставляет 108,60 м.
3. При наличии полученной разницы полных энергий основного и бустерного насосов рассчитана возможность определения силы противодав- ления на обратный клапан – 22,26 м.
4. При наличии линии рециркуляции, повышающей кавитационный запас, установлено, что значение кинетической энергии во всасывающем трубопроводе практически не изменяется при явном увеличении потенциаль- ной энергии до значения напора струйного аппарата 9,29 м.
5. Установка струйных аппаратов на всасывающей линии и линии рециркуляции, повышающих высоту всасывания насосного оборудования, не оказывает влияния на полную энергию в напорном трубопроводе и при рас- чѐтах нет необходимости в еѐ учѐте.
В третьей главе приводятся натурные экспериментальные исследова- ния, проведѐнные на насосной станции «Междуречье», для которой прово- дился теоретический расчѐт, с целью возможности остановки основных насосных агрегатов без использования дополнительных традиционных устройств – гасителей гидравлических ударов.
В задачи исследования входило:
1) опытное определение полной энергии в напорном магистральном и всасывающем трубопроводах при работе бустерного насоса;
2) расчѐт фактических напоров в сети при работе бустерного насоса;
3) опытное определение полной энергии в напорном магистральном и всасывающем трубопроводах при работе с двумя основными насосными аг- регатами на один трубопровод;
4) расчѐт фактических напоров в сети при работе основного насосного агрегата;
5) фактический коэффициент гидравлического сопротивления напор- ных трубопроводов.
Рисунок 4 – Внутренний вид насосной станции «Междуречье» с основным и бустерным насосом
При проведении ис- следований по п.1 для всасывающего трубо- провода определялись и рассчитывались (см. рисунки 1,4,5,6):
– расход по фактиче- скому расходу ,в напорном трубопрово- де расходомером 20 при различной степени открытия задвижки;
– фактическая потен- циальная энергия
по показаниям мано- метра 8, вакуумметра 12;
– кинетическая и полная энергия по зависимостям , .
При проведении исследований, по п.2 для напорного трубопровода, измерялись и рассчитывались:
– фактический расход и скорость потока в напорном трубопрово- де насоса по времени наполнения;
– фактическая потенциальная и кинетическая энергия в напорном тру- бопроводе по показаниям манометра 8 и по скорости движения потока в напорном трубопроводе 22 для четырѐх степеней открытия задвижки 6, поте- ри напора и полная энергия (таблица 3).

Рисунок 5 – Вакууметр для определения величины вакуума на всасывающем трубопроводе бустерного насоса
Рисунок 6 – Манометр для определения потенциальной энергии бустерного насоса в напорном распределительном трубопроводе
Таблица 3 – Экспериментальная величина полной энергии и напора бустер- ного насоса
Степень открытия задвижки
Подача, м3/с
Полная энергия во всасывающем тру- бопроводе ,м
Полная энергия в напорном трубо- проводе ,м
Напор бустерного насоса,
,м
94,98
0,25 0,020 -1,92 0,50 0,028 -2,58 0,75 0,030 -2,89 1,00 0,033 -3,38
95,36 102,18
96,90
97,94 105,07
106,40
109,78
Анализ таблицы 3 показал величину полной энергии бустерного насоса в зависимости от степени открытия задвижки на напорном трубопроводе
от 94,98 до 106,40 м.
Рисунок 7 – Электромагнитный расходомер для определения расхода внапорноммагистральномтрубопро- воде (EUROMAG MUT2500EL)
При проведении исследований по п.3 с основными насосными агре- гатами измерялись и рассчитывались (рисунки 1,7):
– фактический расход и скорость потока в напорном трубопроводе
по показаниям расходомера 11;
– фактическая потенциальная и кине- тическая энергия в напорном трубо- проводе по показаниям манометра 10 и по скорости движения потока в напорном трубопроводе 2 для четы- рѐх степеней открытия задвижки 3, рассчитывались потери напора и пол- ная энергия (таблица 4).

13
Таблица 4 – Фактические значения величин потенциальной , кинетиче-
ской и полной энергии в напорном трубопроводе при работе одного и двух основных насосов на один трубопровод
0,25 62,05 0,50 66,10 0,75 68,1 1,00 69,2
0,25 63,55 0,50 67,05 0,75 80,25 1,00 97,05
при работе одного агрегата на один трубопровод 0,30 0,30 0,0047 2,85 0,3 62,35
62,35
63,35 64,15 68,38
63,57 67,20 80,25 87,69
0,36 0,109 0,025 0,028
0,41
0,12 0,034 0,020
0,69 0,70 0,99 1,01 1,36 1,38
0,02 4,05 1,28 63,33 0,05 4,00 3,22 64,1 0,09 7,15 5,79 68,29
при работе двух
0,60 0,61 1,70 1,73 2,60 2,65 3,47 3,54
агрегатов на один трубопровод 0,22 1,50 1,22 63,55 0,15 5,00 5,68 67,05 0,36 18,20 23,05 79,89 0,64 35,02 41,14 87,05
По таблице 4 видно, что величина полной энергии основных насосных агрегатов колеблется, в зависимости от количества включенных насосов на один напорный трубопровод, от 62,35 м до 87,69 м.
Кроме вышеуказанных исследований, дополнительно проводилось опытное определение величины потенциальной энергии перед обратным клапаном основного насосного агрегата с использованием теории планирова- ния эксперимента, в качестве факторов принимались:
– потенциальная энергия во всасывающих трубопроводах ос- новного и дополнительного насосов, определяемая по вакуумметру 12 и ре- гулируемая задвижкой 15 (см. рисунок 1);
– потенциальная энергия в напорном трубопроводе 21, допол- нительного насоса, определяемая манометром 8 и регулируемая задвижкой 6; – потенциальная энергия в напорном трубопроводе 2 основного
насоса, определяемая манометром 10 и регулируемая задвижкой 3.
В качестве критерия принималась потенциальная энергия в трубо- проводе 2, перед обратным клапаном 4 и задвижкой 3, определяемая мано-
метром 13 (см. рисунок 1). Исследования проведены в два этапа:
– первый для определения степени влияния каждого из исследуемых
факторов на величину критерия оптимизации Н;
Степень открытия задвижки 3
Фактические показания манометра , м
Подача, м3/с
Скорость в трубопроводе , ( ), м/с
Скоростной напор (кинетическая энергия), , м
Потери напора фактические
, м
Потери напора ,м
(расчѐтные) Потенциальная энергия
Полная энергия в напорном трубопроводе,
,м
, ,м
Коэффициент сопротивле- ния ⁄
(фактический)
– второй для определения степени влияния оптимальных значений наиболее значимых факторов на величину Н и максимальной полной потен- циальной энергии перед обратным клапаном.
Величины фактических и кодированных параметров, для трех фактор- ного плана показаны в таблице 5.
Таблица 5 – Значения фактических и кодированных факторов для первой группы опытов
Факторы
, м , м , м
Интервалы, Код м
-1,0 10,0 10,0
Средний «0», м
-2,0
70,0 60,0
Уровень
Нижний Верхний
-, м +, м -1,0 -3,0 60,0 80,0 50,0 70,0
По результатам первой группы опытов получена зависимость:
по которой определена степень влияния факторов на величину потен- циальной энергии в напорном трубопроводе бустерного насоса (рисунок 8) , в напорном трубопроводе основного насоса 58% и во всасываю-
щих трубопроводах основного и бустерного насосов 8%.
Исходя из вышеизложенного, проведена вторая группа опытов с двумя
факторами . Фактор стабилизирован на уровне 2 м. Значения кодированных и фактических факторов, матрица планирования и результаты второй группы опытов показаны в таблицах 6, 7.
Рисунок 8 – Кривая зависимости степени влияния исследованных факторов на потенциальную энергию в напорном трубопроводе основ-
ного агрегата перед обратным клапаном

Таблица 6 – Кодированные и фактические параметры для второй группы опытов
Факторы
Интервалы, Код м
10,0 10
Средний «0», м
80,0 70,0
Уровень
Нижний Верхний
-, м +, м 70,0 90,0 60,0 80,0
Таблица 7 – Матрица и результаты второй группы опытов
Энергия бустерного насоса,
, м
Энергия основного насоса,
, м
Значения факторов
No опыта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
+ – + – 0 0 0 – +
+ – – + + – 0 0 0
, м
90,0 70,0 90,0 70,0 80,0 80,0 80,0 70,0 90,0
, м
80,0 60,0 60,0 80,0 80,0 60,0 70,0 70,0 70,0
Энергия перед обрат- ным клапаном основ- ного насоса Н, м 105,4
40,1
51,9
66,9
40,5
88,2
64,2
92,3
32,8
Обработка результатов второй группы опытов позволила получить за- висимость величины потенциальной энергии в напорном распределительном трубопроводе 4 перед обратным клапаном основного насоса, от значений по- тенциальной энергии в напорных распределительных трубопроводах бустер- ного и основного насосов , ,
, по которой рассчитаны значения и показаны на рисунке 9.
Рисунок 9 – Графическая зависимость потенциальной энергии перед обрат- ным клапаном основного насоса H от величины потенциальной энергии в
напорных трубопроводах бустерного и основного насоса
По рисунку 9 видно, что наибольшее расчѐтное значение величины по- тенциальной энергии Н, получено при кодированных значениях и , что соответствует натуральным величинам энергии м и
м.
В выводах по главе отмечено:
1. Проведѐнными экспериментальными исследованиями установлен предел возможной величины полной энергии в напорных трубопроводах 100- 110 м для бустерных насосов.
2. Опытное определение величины полной энергии бустерного насоса = 105,4 м подтверждает возможность теоретического расчета
=108,60 м в пределах ошибки 2-3 %.
3. При подборе марки насоса, принимаемого в качестве бустерного,
следует напор, независимо от подач, завышать на 10-15 м по сравнению с напором основных насосов, для гарантированной возможности закрытия об- ратных клапанов на напорных трубопроводах перед остановкой основных насосов.
В четвёртой главе приводится описание технологического процесса возможности увеличения полной энергии в напорных трубопроводах основ- ных агрегатов перед пуском и остановкой приводного двигателя.
Технологический процесс пуска, эксплуатации и остановки основных насосных агрегатов предусматривает четыре режима:
Первый – пуск основного оборудования в начале сезона на свободный трубопровод, осуществляется в следующей последовательности (см. рисунок
1):
– пускается бустерный насос 5 при закрытых задвижках 3, 6, 14, в слу-
чае стандартного пуска манометр 8 покажет полную величину потенциаль- ной энергии в трубопроводе 22 и корпусе насоса 5;
– открываются задвижки 6,9,14 при закрытой задвижке 3, энергия в тру- бопроводе 23 увеличивается по мере заполнения всасывающего, напорных распределительных магистральных трубопроводов, что засвидетельствует манометр 8 и вакуумметр 12. При полном заполнении напорных магистраль- ных трубопроводов манометр 8 покажет, как минимум, разницу отметок во- доисточника 151,9 и уровня воды в отводящем канале 209,9.
– задвижка 6 закрывается и пускается основной агрегат 1 в случае ре- жимного пуска, что засвидетельствует манометр 10, открывается задвижка 3, и манометр 10 покажет полную потенциальную энергию – разницу отметок и суммарной величины потерь напора в напорном распределительном 2 и ма- гистральном трубопроводах 23, расходомер 11 покажет величину подачи ос- новного агрегата.
– бустерный насос 5 останавливается, и в случае необходимости за- движка 15 закрывается.
Второй – остановка основных агрегатов в вегетационный период. Ос- новная задача службы эксплуатации в таком случае – не допустить освобож- дения трубопровода при различных видах утечек. Контроль наличия остав- шейся воды в магистральном трубопроводе производится манометрами 13, показания которых при остановленных агрегатах должны соответствовать геометрической высоте подъѐма. При наличии утечек и понижении показа-

ний манометра 13 поддержания заполненного состояния трубопроводов про- изводится бустерным насосом по вышеуказанному порядку.
При остановке основных агрегатов для предотвращения обратного по- тока воды в магистральном трубопроводе открывается задвижка 15,пускается бустерный насос 5, открывается задвижка 6 и при условии необходимости увеличения потенциальной энергии, вследствие пуска дополнительного насоса, в трубопроводе 2 закрывается обратный клапан работающего основ- ного насоса, при гарантированным отсутствии обратного потока воды в напорном магистральном трубопроводе 2.
Третий – эксплуатация насосной станции в вегетационный период. Осуществляется с соблюдением всех норм, стандартных эксплуатационных режимов. В случае необходимости подключения дополнительных потребите- лей неработающий агрегат пускается с остановленным бустерным насосом, вследствие увеличенного напора в сети, изменятся потери напора и потенци- альная энергия, после чего подключается дополнительный потребитель. Ос- новным необходимым принципом является соблюдение возможности увели- чения энергии в сети бустерным насосом перед остановкой основного насоса для предварительного закрытия обратных клапанов..
Четвѐртый – остановка и консервация насосной станции в конце сезона производится в таком же порядке, как и остановка по второму варианту, с использованием бустерного насоса. После остановки вода сбрасывается через мокрый колодец, после чего открываются все задвижки насосной станции, в случае необходимости проводится ревизия и консервация всей трубопровод- ной арматуры и агрегатов.
Технологический процесс пуска, эксплуатации и остановки бустерного насосного агрегата 5 предусматривает, аналогично с основными агрегатами, четыре режима:
Первый – пуск бустерного насоса в начале сезона на незаполненный трубопровод.
Второй – пуск бустерного насоса в случае необходимости остановки основных насосов в вегетационный период осуществляется для предвари- тельного закрытия обратных клапанов основных насосов.
Третий – эксплуатация бустерного насоса в случае необходимости под- держания напорного трубопровода в наполненном состоянии при остановках основных агрегатов. В этом случае, при наличии утечек в сети, давление на обратные клапаны основных агрегатов и бустерного насоса падает, бустер- ный насос настраивается на автоматическое поддержание энергии в размере геометрической высоты подачи, что в случае необходимости пуска основных агрегатов соответствует оптимальной величине напора при максимальном КПД основного агрегата.
Четвѐртый – эксплуатация бустерного насоса, при остановке насосной станции на зимний период. Пуск осуществляется по последовательности, описанной в разделе четвѐртом – остановка и консервация насосной станции.
В выводах по главе отмечено, что настоящая технология предотвра- щения обратного движения воды с помощью бустерного насоса позволяет:
– усовершенствовать процесс и обосновать безаварийную эксплуатацию напорных трубопроводов оросительных сетей;

– предотвратить создание условий для гидравлического удара при пере- ходных процессах в трубопроводной сети;
– без использования дополнительного оборудования в насосной станции исключить обратный поток воды и гидравлический удар в сети методом предварительного закрытия обратного клапана на напорном трубопроводе;
– в случае необходимости повышения кавитационного запаса насосного оборудования технологическим процессом рассмотрена возможность исполь- зования линии рециркуляции и струйного аппарата на всасывающем трубо- проводе.
В пятой главе дано экономическое обоснование использования бу- стерных насосов.
Расчѐт экономической эффективности проведен согласно положениям Инструкции по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложе- ний (СН509 – 78) путем сопоставления экономического эффекта от внедре- ния технологии остановки основного агрегата путем предварительного за- крытия обратного клапана бустерным насосом, приобретения гидравлическо- го гасителя удара диаметром 600 мм и увеличенных затрат при использова- нии принятого оборудования.
При расчѐте увеличения затрат от использования в качестве бустерного насоса К 90/85, в сравнении с используемым насосом К 90/55 установлено, что положительный экономический эффект, в данном случае, не может быть получен в связи с установкой насосного оборудования большей мощности на 8,33 кВт, что увеличит потребляемую энергию в сезон на 1050 кВт час, вследствие чего произойдет рост общей стоимости СМР и эксплуатации обо- рудования на 105860,0 рублей.
При проведении экономического сравнения предлагаемого насосного оборудования с существующими способами гашения гидравлического удара, согласно Инструкции СН 509-78 экономический эффект от применения более эффективного оборудования проводится на основании таблицы 8 стоимости обратных клапанов Российского и иностранного производства и составил 4,113 млн. руб.
Таблица 8 – Стоимость обратных клапанов для защиты от гидроудара ино- странного и Российского производства
Наименование
Клапан для защиты от гидроудара
серии SR (Германия)
Клапан для защиты от гидроудара Bermad (Израиль)
Гаситель гидравлических ударов ГУП-350 (Россия)
Возможный диаметр трубопровода
100-400 мм 40-1200 мм 200-300 мм
Возможное давление, МПа
16-160 10-16 10
Стоимость, млн. руб.
20,0-45,0 0,25-85,0 0,45-0,70
В выводах по главе отмечено, что использование дополнительного насосного оборудования в виде бустерного насоса с повышенными гидрав- лическими параметрами, по сравнению с существующими, увеличивает се- зонное потребление электроэнергии с одновременным увеличением стоимо-
сти эксплуатации гасителя гидравлического удара до 12863,53 руб., что несопоставимо с ценой российских и зарубежных обратных клапанов, колеб- лющихся в зависимости от давления в сети, диаметра трубопровода и фирмы изготовителя.
При сравнении увеличения стоимости сезонного потребления электро- энергии 12863,53 руб. и стоимости зарубежных гасителей гидроударов (об- ратных клапанов), приведенных к годовой эксплуатации 4,113 млн. руб., эко- номический эффект по одной исследованной насосной станции превышает используемую технологию в 319,7 раз.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Изучение современных схем монтажа гидромеханического обо- рудования на проектируемых и построенных мелиоративных насосных стан- циях позволило установить факт увеличения давления в трубопроводной се- ти, происходящего в основном при переходных процессах: пуске и отключе- нии приводных двигателей, дополнительном пуске агрегатов при параллель- ном включении. Установлено, что из всех существующих гасителей скорости обратного потока воды наибольшее распространение, без гарантированной эксплуатационной эффективности, получили обратные клапана, установлен- ные на напорных трубопроводах последовательно с задвижкой и закрываю- щиеся при обратном движении потока после остановки приводного двигате- ля.
Кроме того, указано, что наиболее вероятными, из всех описанных ме- тодов расчета величины гидравлического удара, является метод Н.А. Картве- лишвили, позволяющий рассчитывать его величину в сечениях от макси- мального до нулевого момента времени.
2. На основе приведѐнных теоретических разработок, предложен порядок расчѐта и рассчитаны величины полных энергий в напорных трубо- проводах для конкретной насосной станции «Междуречье» Изобильненского филиала ФГБУ «Управление»Ставропольмелиоводхоз», составляющие для основных агрегатов Д6300-80, 86,34 м, для бустерного насоса К90/85, 108,60 м. Установлена расчѐтная разница 22,26 м, позволяющая закрыть обратный клапан для предотвращения обратного потока и, как следствие, явления гид- равлического удара.
При наличии линии рециркуляции, повышающей кавитационный запас, установлено, что значение кинетической энергии во всасывающем трубо- проводе практически не изменяется, при явном увеличении потенциальной энергии до значения напора струйного аппарата 9,29 м. Установка струйных аппаратов на всасывающей линии и линии рециркуляции, повышающих вы- соту всасывания насосного оборудования, не оказывает влияния на полную энергию в напорном трубопроводе, и при расчетах нет необходимости в еѐ учѐте.
3. Проведѐнными экспериментальными исследованиями установлен предел возможной величины полной энергии в напорных трубопроводах 100- 110 м для бустерных насосов.
Опытное определение величины полной энергии бустерного насоса
= 105,4 м подтверждает возможность теоретического расчета =108,60 м в пределах ошибки 2-3 %.
При подборе марки насоса, принимаемого в качестве бустерного, сле- дует напор, независимо от подач, завышать на 10-15 м по сравнению с напо- ром основных насосов, для гарантированной возможности закрытия обрат- ных клапанов на напорных трубопроводах перед остановкой основных насо- сов.
4. Настоящая технология предотвращения обратного движения во- ды с помощью бустерного насоса позволяет: усовершенствовать процесс и обосновать безаварийную эксплуатацию современных оросительных сетей; предотвратить создание условий для гидравлического удара при переходных процессах в трубопроводной сети; без использования дополнительного обо- рудования в насосной станции исключить обратный поток воды и гидравли- ческий удар в сети методом предварительного закрытия обратного клапана на напорном трубопроводе; в случае необходимости повышения кавитацион- ного запаса насосного оборудования технологическим процессом рассмотре- на возможность использования линии рециркуляции и струйного аппарата на всасывающем трубопроводе.
5. Использование дополнительного насосного оборудования в виде бустерного насоса с повышенными гидравлическими параметрами, по срав- нению с существующими, увеличивает сезонное потребление электроэнергии с одновременным увеличением стоимости эксплуатации гасителя гидравли- ческого удара до 12863,53 руб., что несопоставимо с ценой российских и за- рубежных обратных клапанов, колеблющихся в зависимости от давления в сети, диаметра трубопровода и фирмы изготовителя.
При сравнении увеличения стоимости сезонного потребления электро- энергии 12863,53 руб. и стоимости зарубежных гасителей гидроударов (об- ратных клапанов), приведенных к годовой эксплуатации 4,113 млн. руб., эко- номический эффект по одной исследованной насосной станции превышает используемую технологию в 319,7 раз.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. При реконструкции насосных станций или в случае выхода из строя обратных клапанов, устанавливаемых на напорных трубопроводах, необходимо провести замену бустерного насоса с обвязкой оборудования по предлагаемой технологии и напором, превышающим напор основных агрега- тов на 10-15 м.
2. Проектным организациям при проектировании насосных станций для исключения возможности гидравлического удара в трубопроводной сети и увеличения срока службы устанавливаемых обратных клапанов необходи-
мо исключить варианты наполнения трубопроводов основными агрегатами с использованием байпасов, что практически увеличит расход электроэнергии на 15-20%, и предусмотреть варианты сброса воды в мокрый колодец перед остановкой станции на зимний период через бустерный насос.
3. При ремонтных работах, а также реконструкции насосных стан- ций при врезке трубопроводов необходимо предусмотреть установку мон- тажных вставок с целью упрощения монтажа бустерного насоса.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ
Дальнейшая разработка темы должна быть основана на исследованиях, направленных на экономическое обоснование замены существующих гасите- лей гидравлического удара на вариант с бустерными насосами и возможно- сти предварительного закрытия обратных клапанов перед остановкой основ- ного оборудования.