Гідравлічний розрахунок напірних колекторів нової конструкції та варіанти її вдосконалення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК НАПІРНИХ КОЛЕКТОРІВ НОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ ТА ВАРІАНТИ ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ

Рогалевич Ю.П., к.т.н., професор, Захарчук Р.А.,

асистент (Національний університет водного

господарства та природокористування)

В статті висвітлено питання вдосконалення напірних колекторів. Суть вдосконалення полягає в тому, що коліна напірного колектора КРШ доповнюються вставками труб такого ж діаметру. Завдяки такому вдосконаленню можна досягнути зменшення турбулентності потоку в колекторі, посилення вентиляції сліду обтікання коліна і зони відриву в коліні, що приведе до зменшення загальних втрат напору.

The article considers issues of improvement head collectors. There improvements are the following: KRSh head collector joints are complemented with inserted pipes of the same diameter. Due to such an improvement it is possible to reduce stream turbulence in the collector, to strengthen the ventilation of flow line track around the joint and the joint tearing off area that result in the reduction of total head losses.

колектор напірний турбулентність

 Одним із важливих моментів реформування водного господарства є впровадження технічних та технологічних нововведень [1].Підвищення ефективності роботи насосних станцій зрошувальних систем, через реконструкцію напірних систем насосних станцій, на основі новітніх наукових розробок може бути одним із способів зменшення затрат електроенергії при подачі води споживачам. Одним із можливих варіантів вдосконалення напірних колекторів насосних станцій можна вважати конструкцію напірного колектора в якій напірні трубопроводи насосних агрегатів вводяться в середину напірного колектора [2]. Згідно експериментальних досліджень [3] напірний колектор КРШ забезпечує однакову подачу насосних агрегатів та із гідравлічної точки зору може вважатись досконалішим по відношенню до існуючих аналогів.

В роботі [8] нами було розглянуто на прикладі насосної станції 9Р - 1 Каховської зрошувальної системи приклад модернізації напірного колектора. Практика експлуатації модернізованого колектора засвідчила ефективність напірних колекторів КРШ. В даній роботі розглянемо загальні положення гідравлічного розрахунку напірних колекторів нової конструкції, а також можливі варіанти вдосконалення з'єднань трубопроводів в напірному колекторі.

Для розрахунку колектора будь - якої конструкції необхідно мати дані проектної подачі насосних агрегатів. Насосна станція 9Р - 1 збудована і здана в експлуатацію у 1985 році. Вона укомплектована 4 - ма основними насосами продуктивністюта двома допоміжними продуктивністю чеського концерну Sigma. Згідно проекту має спільний для 6 - ти насосів всмоктувальний та напірний колектори. Напірний колектор знаходиться за межами машинного залу і розміщується паралельно будинку насосної станції під землею, схема напірного колектора зображена на рис.1. Повний гідравлічний розрахунок різних варіантів напірних колекторів для насосної станції 9Р - 1 наведено в[8] . Вданій статті наводимо загальні положення розрахунку.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема напірного колектора насосної станції 9 Р - 1

У відповідності до рекомендацій [2] геометричні розміри напірного колектора КРШ для насосної станції 9 Р - 1 визначаються на основі розрахунку. Мета якого полягає в тому, щоб використовуючи стандартний ряд труб [5] сконструювати колектор так, щоб швидкості витікання із напірних трубопроводів насосів і швидкість обтікання напірних труб у колекторі не відрізнялись більше, ніж на 20%.Розрахунок конструкції напірного колектора у відповідності із [2] можна звести до викладеної нижче послідовності.

Визначаємо середню швидкість в перерізі колектора за кінцевим коліном напірного трубопроводу за формулою

, (1)

де - сумарна подача всіх насосів до даного перерізу.

Визначаємо діаметр вихідного перерізу напірного трубопроводу

, (2)

де - подача насоса, .

Приймаємо найближче стандартне значення діаметра напірного трубопроводу і уточнюємо середню швидкість в його вихідному перерізі, яку визначаємо за формулою

, (3)

Визначаємо швидкість обтікання вихідного перерізу напірного трубопроводу

, (4)

де - товщина стінки напірного трубопроводу; порядковий номер основного насосу.

Відхилення між іне повинне перевищувати 20%

. (5)

Якщо відхилення , то необхідно змінювати або діаметр напірного трубопроводу , або діаметри колектора на цій ділянці.

Після закінчення розрахунку частини колектора із напірними трубопроводами основних насосів, формула (3) набуває вигляду

(6)

а формула ( 4 ) перетворюється у

. (7)

Виконавши розрахунок згідно рекомендацій [2] за вище наведеними залежностями при проектній подачі насосів можна отримати конструкцію напірного колектора рис.2 котра має ряд переваг в порівнянні із існуючими аналогами. Нова конструкція напірного колектора унеможливлює зменшення подачі насосної станції при зворотній послідовності включення насосів в роботу, зменшення загального гідравлічного опору колектора.

В процесі виконання гідравлічних досліджень різних варіантів напірних колекторів для насосної станції 9Р - 1 виникла ідея стосовно можливого вдосконалення з'єднання трубопроводів в напірному колекторі КРШ. В напірному колекторі КРШ потік, що виходить із кінцевого коліна напірного трубопроводу насоса у потік колектора, перебуваючи у полі відцентрової сили “звалюватися” через відцентрове прискорення до протилежної центру кривизни коліна стінки колектора, збільшуючи при цьому турбулентність потоку в колекторі і відповідні втрати напору. Крім того, в коліні, безпосередньо за поворотом, утворюється зона відриву на внутрішній стінці коліна, що створює втрати напору для потоку, який виходить із напірного трубопроводу насоса.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема модернізованого напірного колектора насосної станції 9 Р - 1 у відповідності із патентом №23462 А

Основним завданням, що необхідно вирішити для вдосконалення з'єднань є зменшення турбулентності потоку в колекторі, посилення вентиляції сліду обтікання коліна і зони відриву потоку в коліні, що призведе до зменшення загальних втрат напору.

На рис. 3 показана схематизація руху в напірному колекторі КРШ. На схемі а) потік із напірного трубопроводу насоса підводиться знизу і прискорення сили земного тяжіння g та сили інерції (відцентрової) мають протилежний напрямок. Вданому випадку, потік виходячи із напірного трубопроводу, буде мінімально відхилятись від осі колектора або при не відхилятьсь зовсім. У випадку в) вектори прискорення ортогональні і прагнення потоку, який виходить із напірного трубопроводу, відхилитись від осі колектора буде більшим. Найбільшим прагненням цього потоку відхилитись від осі колектора буде у випадку б) коли вектори прискорень сили тяжіння g та відцентрової сили спрямовані в одну сторону, тобто у випадку коли дії даних сил співпадають. Це призводить до зростання турбулентності сумарного потоку та збільшення втрат напору (енергії).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. Схематизація руху в напірному колекторі КРШ

Зменшити гідравлічні втрати напору можна приєднавши до кінцевого перерізу коліна напірного трубопроводу відрізок трубопроводу зорієнтованого вздовж осі колектора. Це дасть змогу вивести потік із напірного трубопроводу із поля дії відцентрової сили і не дозволить йому “ звалитись” в основний потік , а вийти паралельно напрямку руху. Зменшити втрати напору всередині напірного колектора в зоні відриву струмини можна за рахунок вентиляції даної зони через отвори в стінці циліндричного кінцевого відрізка в ближній до місця під'єднання напірного трубопроводу до колектора. Це також покращить вентиляцію сліду обтікання коліна основним потоком колектора.

Колектор, що враховував би недоліки напірного колектора КРШ [ ] також буде складатись із ділянок труб різного діаметру, які з'єднуються між собою переходами. Напірні трубопроводи насосних агрегатів, кінці яких закінчуються колінами вводяться всередину напірного колектора, а перерізи колін на виході зорієнтовані в напрямку основного потоку. На рис. 4 показано ділянку колектора нової конструкції. Для зменшення гідравлічних втрат напору до кожного кінцевого перерізу коліна напірного трубопроводу приєднується відрізок трубопроводу 1. На даному відрізку труби в стінці можна зробити отвори, які можуть бути виконані у вигляді суцільної щілини. Зменшення втрат напору всередині напірного трубопроводу в зоні відриву струмини можна за рахунок вентиляції цієї зони через отвори у стінці трубопроводу, це також покращить вентиляцію сліду обтікання коліна основним потоком. Конструкція напірного колектора, що враховує перераховані вище конструктивні вдосконалення захищена патентом на винахід № 58655.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Схема напірного колектора у відповідності з патентом № 58655:

1 - відрізок труби для стабілізації потоку; 2 - отвори в не обтічному боці введеного всередину трубопроводу насоса; 3 - отвори у вигляді суцільної щілини.

Висновок. Конструкція напірного колектора КРШ, що була розроблена у відповідності до патенту на винахід №2346А та впроваджена на насосній станції 9Р - 1 Каховської зрошувальної системи підтвердила свою ефективність на практиці. Ряд технічних доповнень до даної конструкції дозволить оптимізувати роботу напірних колекторів такого типу.

Література

1. Кожушко Л.Ф., Бахмачук Ю.Й., Окорський В.П., Костюкевич Р. М. Меліорація : проблемна галузь чи перспективний напрямок діяльності // Вісник РДТУ : Зб. наук. праць. Спецвипуск „ Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво”. - Рівне. - 2001. - с. 64 - 75. 2. Швець М. Д. Нова конструкція напірного колектора насосної станції // Вісник УДАВГ : Зб. наук. праць. Спецвипуск „ Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво”. - Рівне. - 1997. - с. 90 - 92. 3. Швець М.Д. Дослідження моделі напірного колектора // Вісник УДАВГ : Зб. наук. праць.Вип.1.,Ч.2, - Рівне. - 2001. - с. 92 - 94. 4. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М .: Машиностроение. 1975. - 559с. 5. Курганов А. М., Федоров Н.Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. Справочник. - Л.: Стройиздат, 1986. - 440 с. 6. Захарчук Р.А., Рогалевич Ю.П. Вплив послідовності вмикання параллельно - працюючих насосів на величину загальної подачі. // Вісник РДТУ : Зб. наук. праць. Спецвипуск „ Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво”. - Рівне. - 2001.7. Скумін А. П., Рогалевич Ю. П., Швець М. Д Теоретичне визначення коефіцієнта раптового розширення за теоремою Борда всередині напірного колектора насосної станції. // Вісник РДТУ : Зб. наук. праць. Вип. 2. Ч. 1. - Рівне. - 1999. - с. 214 - 217.8.Рогалевич Ю.П., Захарчук Р.А. Реконструкція напірного колектора насосної станції 9Р - 1 Каховської зрошувальної системи // Вісник НУВГП: Зб. наук. праць. Вип.4. Ч.1. - Рівне. - 2006. - с.159 - 166.

Размещено на Allbest.ru