Експериментальна перевірка ефективності комбінованого закриття кінцевої засувки трубопроводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ПЕРЕВІРКА ЕФЕКТИВНОСТІ КОМБІНОВАНОГО ЗАКРИТТЯ КІНЦЕВОЇ ЗАСУВКИ ТРУБОПРОВОДУ

Іванов С.Ю., аспірант (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

На основі експериментальних даних отримано раціональний закон закриття кінцевої засувки трубопроводу з однією точкою зламу, яка відповідає закриттю засувки за 0,46 повного періоду закриття до відносного відкриття a/D=0,29.

On the basis of experimental data the rational law is got of pipeline valve closing with one point of fracture, which equal valve closing at 0,46 complete period of closing to the relative opening a/D=0,29.

При реконструкції і модернізації закритих зрошувальних мереж (ЗЗМ) постає завдання забезпечення їх надійної та ефективної роботи при багатоваріантному режимі експлуатації. Зокрема, актуальним залишається питання захисту ЗЗМ від гідравлічних ударів (ГУ), що виникають при пуску чи зупинці як дощувальних машин (ДМ) так і насосних станцій (НС).

В даному аспекті проведено чимало наукових досліджень та чимало нових розробок впроваджено у виробництво, але соціально-економічна криза, що має місце в Україні протягом останніх 10...15 років істотно погіршила ситуацію в галузі гідромеліорації. “Комплексна програма розвитку меліорації земель та поліпшення екологічного стану зрошуваних і осушуваних сільськогосподарських угідь на період до 2005 року з прогнозом до 2010 року” передбачає підвищення надійності та ефективності роботи комплексу НС-ЗЗМ-ДМ [1].

Трубопровідна арматура, що використовується на діючих ЗЗМ гідромеліоративного господарства направлена не на попередження виникнення ГУ в трубопроводах ЗЗМ, а на усунення вже наявних хвиль підвищеного тиску в трубопровідній мережі [2]. Така трубопровідна арматура не забезпечує високої надійності та ефективної експлуатації трубопроводів ЗЗМ, крім того, мають місце холості скиди води через різного роду розривні мембрани, скидні клапани, гасники ГУ, що в загальному негативно відбивається на енергозбереженні. При таких умовах експлуатації ЗЗМ виникають аварії на трубопровідній мережі, що супроводжується їх частими простоями, що в свою чергу порушує графік зрошення сільськогосподарських культур і як результат негативно впливає на їх врожайність.

Найбільш раціональним способом захисту трубопроводів ЗЗМ від ГУ є попередження появи хвиль підвищеного тиску в трубопровідній мережі. Даний спосіб можна реалізувати при використанні „ідеального” закону закриття кінцевої засувки трубопроводу (КЗТ). Однак „ідеальний” закон закриття - це закон, при якому тиск у трубопроводі залишається постійним до повного закриття засувки. Проте закон зміни швидкості, при такому закритті КЗТ, досить складний і практично не реалізуємий [3]. Тобто, під „ідеальним” законом закриття слід розуміти умовний закон, який при практичному застосуванні буде мати дещо іншу гідродинамічну картину, що призведе до деякого, незначного підвищення тиску над робочим, в кінцевому трубопроводі, при повному закритті КЗТ. Тому, в даному аспекті, основним завданням є визначення та узагальнення закону закриття КЗТ, який би максимально наближався до „ідеального”, та розробка відповідної запірної арматури, запірний орган якої, при закритті, відтворював би даний закон.

Зокрема, на даному етапі, постала задача експериментальної перевірки ефективності комбінованого закриття КЗТ. А саме, розглянуті наступні варіанти закриття КЗТ:

1. Закриття КЗТ з однією точкою зламу [4].

2. Переривчасте закриття КЗТ [5].

Такі досліди були проведені на експериментальній установці для дослідження ГУ, що знаходиться в лабораторії кафедри ГЕ і ГМ. Експериментальна установка, рис. 1, складається з підвідного напірного трубопроводу 1, який перекривається засувкою 2, напірного баку 3, який призначений для створення постійного напору на початку закритої трубопровідної мережі 4, а також скидного трубопроводу 5. Засувкою 2 регулюється витрата установки так, щоб в напірному баку 3 не було значного переливу при максимальній витраті закритої трубопровідної мережі, але щоб був постійний рівень води. Закрита трубопровідна мережа 4 являє собою напірний трубопровід з короткою та довгою гілками, які перекриваються відповідно засувками 6 та 7. Оскільки в даних експериментальних дослідженнях використовуються лише довга ділянка трубопроводу, то засувка 6 закрита, а засувка 7 відкрита. На кінці закритої трубопровідної мережі встановлена кінцева засувка (гідрант) з керованим приводом 8, за допомогою якої досліджуються різні режими її закриття. Відвід води проходить через відвідний трубопровід 9 під рівень відвідного бака 10, що забезпечує постійний статичний напір на експериментальній установці та її усталений режим роботи. Для визначення величини напору в кінці і на ділянці довжини напірного трубопроводу 4 встановлені датчики тиску 11 і 12 на базі манометра з тензоелементами. Ці датчики підключені до реєструючого приладу 13 (магнітоелектричного осцилографа), який фіксує в часі величину напорів в контрольних точках та положення штока кінцевої засувки з керованим приводом 8, що відповідає положенню відносного закриття заслінки. Витрата закритої трубопровідної мережі вимірюється за допомогою трикутного, мірного водозливу 14 [6], що встановлений на боковій стінці відвідного бака 10. Рівень води на трикутному водозливі вимірюється шпіцен-масштабом. Кінцева засувка з керованим приводом 8 закривається згідно закону закриття, який задається пристроєм управління засувкою (ПУЗ) 15.

При проведенні даних експериментальних досліджень в якості реєструючого приладу використовувався магнітоелектричний осцилограф з оптичним записом на фотоплівку досліджуваних процесів, які попередньо перетворювались в електричні величини [7]. В якості пристрою автоматичного управління виконавчим елементом був використаний автономний ПУЗ, який закриває КЗТ за наперед заданим законом.

Структурна схема ПУЗ наведена на рис. 2. Даний пристрій працює наступним чином. Задаючими генераторами ЗГ1...ЗГn, задаємо необхідні частоти обертання колекторного електродвигуна (швидкості закриття КЗТ) та час дії кожного з цих циклів.

Рис. 1. Схема експериментальної установки

1 - підвідний напірний трубопровід; 2, 6, 7 - засувки; 3 - напірний бак;

4 - трубопровідна мережа; 5 - скидний трубопровід; 8 - засувка з керованим приводом; 9 - відвідний трубопровід; 10 - відвідний бак; 11, 12 - датчики тиску; 13 - реєструючий прилад; 14 - трикутний водозлив; 15 - пристрій управління засувкою

закриття засувка трубопровід

Комутатор (К), у свою чергу, послідовно перемикає задаючі генератори згідно заданого часу таймерів та подає сигнал на пристрій порівняння (ПП). На даний ПП подається також підсилений сигнал з підсилювача (П), який в свою чергу знімається з лічильника імпульсів (ЛІ). ЛІ являє собою фотопару (світло- і фотодіоди) та перфорований диск, що механічно з'єднаний з ротором електродвигуна. При обертанні перфорованого диска проходить модуляція світлового потоку, що потрапляє на фотодіод [8]. Частота змінного струму, що протікає через фотодіод, пропорційна частоті обертання електродвигуна. Сигнал, що знімається з лічильника імпульсів, виконує роль зворотного зв'язку, який забезпечує належне відслідковування електродвигуном частоти, що задана задаючими генераторами. При порівнянні сигналів на ПП відбувається формування сигналу відхилення, який подається на пристрій управління (ПУ) регулятора потужності (РП). РП відповідно збільшує чи зменшує потужність колекторного електродвигуна в залежності від знака сигналу відхилення, що забезпечує відслідковування електродвигуном заданої частоти обертання. Блок живлення (БЖ) використовується для живлення всіх каскадів ПУЗ.

Рис. 2. Структурна схема ПУЗ.

ЗГ1...ЗГn - задаючі генератори; Т1...Тn - таймери; К - комутатор;

ЛІ - лічильник імпульсів; П - підсилювач; ПП - пристрій порівняння;

ПУ - пристрій управління; РП - регулятор потужності; БЖ - блок живлення; Д - електродвигун

В результаті проведення експериментальних досліджень по перевірці ефективності комбінованого закриття КЗТ були отримані дані, які представлені в таблиці 1.

Проаналізувавши отримані дані по трьох різних законах закриття КЗТ, отримаємо наступні висновки щодо їх ефективності та доцільності:

1. Для порівняння подальших значень ударного напору були проведені досліди з лінійним законом закриття, при якому маємо максимальний ударний напір в трубопроводі перед засувкою, що закривається. Тобто для порівняння обираємо найгірший випадок в якості якого виступає дослід 1/2. Графіки зміни напорів при лінійному законі закриття КЗТ зображено на рис. 3 а). При цьому максимальний ударний напір становить H max, лін. = 8,796 м.

Таблиця 1. Результати експериментальних досліджень по перевірці ефективності комбінованого закриття КЗТ

Рис. 3. Графіки зміни напорів при різних законах закриття КЗТ:

а) лінійному; б, в) із точкою зламу; г) переривчастому

2. Були проведені досліди із законом закриття КЗТ з однією точкою зламу при різних її координатах відносного закриття (a/D) та відносного часу (tт/tз). За результатами дослідів виявлено, що закриття КЗТ з однією точкою зламу (дослід 9/2) при координатах a/D = 0,29 і tт/tз = 0,46 (рис. 3 б) забезпечує зменшення ГУ у порівнянні з лінійним на 53,2 % (H max, т.з. = 4,113 м). Крім того, слід відмітити, що закриття КЗТ з однією точкою зламу з координатами a/D = 0,17 і tт/tз = 0,61 (дослід 10/2, рис. 3 в) забезпечує майже подібний, дещо більший, ударний напір H max, т.з. = 4,209 м. Оскільки ці напори попадають в зону практично однакових значень, то такі закони закриття КЗТ з однією точкою зламу слід вважати ефективними, що підтверджено експериментально.

3. Також були проведені досліди з переривчастим законом закриття КЗТ. Даний закон закриття характеризується кількістю ділянок-зупинок (Z). Умовно прийнято (з незначним відсотком відхилення), що t закр. = t зуп.. За результатами дослідів виявлено, що закриття КЗТ з переривчастим законом закриття (дослід 16/1) з кількістю зупинок Z = 7 (рис. 3 г) забезпечує зменшення ГУ у порівнянні з лінійним на 50,0 % (H max, пер. = 4,400 м). Отже, такий закон закриття також слід вважати ефективним, що підтверджено експериментально.

При порівнянні законів закриття КЗТ з однією точкою зламу і переривчастого видно, що закон закриття з однією точкою зламу більш ефективний у порівнянні з переривчастим. Отже, остаточно ефективним, раціональним та доцільним слід вважати закон закриття КЗТ з однією точкою зламу, при a/D = 0,29 і tт/tз = 0,46, що забезпечує зменшення ГУ у порівнянні з лінійним законом закриття КЗТ на 53,2 %; та також вважати таким, що може бути рекомендованим при розробці відповідної запірної арматури, запірний орган якої, при закритті, відтворював би даний закон.

Література

1. “Комплексна програма розвитку меліорації земель і поліпшення екологічного стану зрошуваних та осушуваних угідь у 2001 - 2005 роках і прогноз до 2010 року” // Держводгосп України. - 2000.

2. Устройство закрытых оросительных систем. Трубы, арматура, оборудование. // Справочник. Под редакцией д.т.н. В. С. Дикаревского. - М.: “Агропромиздат”, 1986, - с. 192-234.

3. Килимник В.Д. Некоторые вопросы унификации средств защиты гидросистем от гидравлических ударов // Разработка месторождений полезных ископаемых. - Вып. 24. - Киев: “Техника”, 1971. - с. 50-53.

4. Герасимов Г. Г., Іванов С. Ю. Комбіноване закриття кінцевої засувки трубопроводу // Вісник НУВГП. Вип. 4 (32) - Рівне НУВГП, 2005. - с. 111-118.

5. Г. Г. Герасимов, С. Ю. Іванов. Раціональні способи закриття кінцевої засувки зрошувального трубопроводу // Меліорація і водне господарство. - Вип. 93-94. - К.: “Аграрна наука”, 2006. - с. 231-235.

6. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения // Справочник - Ленинград: “Стройиздат”, 1986. - с. 205-206.

7. Двенадцатиканальный магнитоэлектрический осциллограф К12-22. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗПЕ.407.020 ТО. 1978. - 71 с.

8. Б. Пионтак, Е. Скляр. Датчик частоты вращения // Радио. 1985, №11. - с. 32-33.

Размещено на Allbest.ru