Обоснование рациональных параметров рабочих процессов и областей применения перспективных средств защиты водонапорных установок от гидравлических ударов

Abstract

У дисертаційній роботі визначено, науково обґрунтовано і вирішено задачу захисту від гідравлічних ударів водонапірних установок за допомогою великогабаритних діодів або додаткових (резервних) трубопроводів. Створено і досліджено математичні моделі водонапірного трубопроводу зі змінним гідравлічним опором, робочого процесу великогабаритного вихрового діоду з конічним входом у вихрову камеру і відведенням, виконаним на її торцевій поверхні, перехідного процесу у водонапірній установці, яка враховує в наближеній формі динамічні властивості вихрового діоду. Моделі використані для вдосконалення вихрового діоду і отримання залежності його діодності від визначальних чинників. Доведено ефективність роботи запропонованих захисних засобів. Підтверджено адекватність результатів аналітичного моделювання.

В диссертационной работе определена, научно обоснована и решена задача защиты от гидравлических ударов водонапорных установок с помощью крупногабаритных диодов или дополнительных (резервных) трубопроводов. Исследования выполнялись аналитически, с помощью математического моделирования численными методами, в том числе методом конечных элементов и экспериментально. Круг исследований ограничен водонапорными установками, имеющими высоту подъема воды более 400 м с потерями напора на сопротивления не более 10%, и гидравлическими ударами, возникающими при неплановом отключении насосного агрегата. Создана математическая модель водонапорного трубопровода с переменным гидравлическим сопротивлением и методика ее использования для определения параметров переходных процессов. Определены рациональные области расположения средств повышения обратного сопротивления на трубопроводе. На основе анализа и результатов исследований предложены новые решения средств защиты от повышений давления при гидравлическом ударе - гидравлические, струйные и гибридные диоды. Сформулирован ряд параметрических и технологических требований к диоду. Синтезирована математическая модель рабочего процесса крупногабаритного вихревого диода с коническим входом в вихревую камеру и отводом, выполненным на ее торцевой поверхности, достоверность которой подтверждена по данным экспериментов, проведенных за рубежом и опубликованных в открытой печати. Модель использована для совершенствования формы разработанного в рамках поставленных требований вихревого диода и получения зависимости его диодности от определяющих факторов (скорости, диаметра входа, шероховатости). Кроме того, с помощью модели исследованы динамические свойства вихревого диода, определена регрессионная зависимость, позволяющая рассчитывать постоянную времени вихревого диода. Установлено четыре этапа образования вихря, имеющие качественные различия, после момента начала движения воды в обратном направлении. Построена математическая модель переходного процесса в водонапорной установке, которая учитывает в приближенной форме динамические свойства вихревого диода. Подтверждена возможность применения вихревых диодов для защиты от гидравлических ударов гидросистем. Разработаны диоды, сочетающие в себе некоторые положительные качества гидравлических диодов (высокая диодность) и преимущество вихревого диода, заключающиеся в возможности создания увеличенного проходного сечения, названные гибридными. Проведено моделирование их рабочего процесса, подтвердившее эффективность таких устройств. Выполненные в рамках диссертационной работы экспериментальные исследования подтвердили адекватность результатов аналитического исследования, проведенного с помощью математической модели рабочего процесса вихревого диода. Создана математическая модель переходного процесса в водонапорной установке с дополнительным (резервным) напорным трубопроводом и соединительной линией между двумя трубопроводами, которая позволяет подобрать такое гидравлическое со-противление, что величина приращения давления при гидравлическом ударе снижается минимум в два раза. Данная система защиты применена в проекте водоотлива блока №10 шахтоуправления «Покровское», смонтирована и введена в эксплуатацию. Разработаны рекомендации по инженерному расчету параметров перепускной линии, соединяющей основной и дополнительный (резервный) трубопровод водонапорной установки, позволяющие существенно снизить величину гидравлического удара.

The problem of protection against water hammer of pumping stations with the help of largesized diodes or additional (reserve) of pipelines. Is stated and scientifically solved in the thesis. Mathematical models of water head pipe with a variable hydraulic resistance, work process of largesized vortex diode witch a conical intel I the swirl chamber and outlet formed as its front surface The transition process in hydraulic device witch takes into account the dynamic properties of vortex diode. Models are used to improve the vortex diode and receive the dependence of diodicity from the depending factor. The effectiveness of the proposed protective measures is proved. The adequacy of the results of analytical modeling is confirm.