DECREASE OF SILTING IN A FOREBAY OF AMELIORATION PUMP STATIONS

Abstract

The structure of a new water intake amelioration pump station that can prevent a forebay’s silting is described. The article reports on the designed structure’s laboratory research results.

Full Text

Снижение эффективности эксплуатации мелиоративных насосных станций вследствие заиления аванкамеры и водоприемных устройств при перекачке взвесенесущей воды является одним из часто возникающих вопросов, не всегда нашедшим правильного решения. Как показывают результаты наблюдений, в таких условиях из-за неравномерной работы насосных агрегатов по времени, а иногда несовершенной конструкции аванкамеры, заилению подвергаются многие насосные станции. Отложенные толстым слоем наносы на дне сооружений приводят к изменению гидравлических показателей потока, что отрицательно сказывается на эксплуатационных параметрах насосных станций. При этом ежегодная очистка водоприемного устройства и аванкамеры от осажденных наносов занимает немалую долю эксплуатационных затрат, что создаёт дополнительные проблемы и снижает эффективность работы насосной станции. Ряд проблемных для водоприемных устройств вопросов можно решить за счет совершенствования конструкции этих устройств и их элементов. Об этом, в частности, свидетельствуют работы [1-4]. Для снижения заиления аванкамеры мелиоративной насосной станции нами предложена новая конструкция водоприемного сооружения [5]. Данная конструкция снабжена дополнительным устройством, позволяющим предотвратить оседание наносов на дне аванкамеры (рис. 1). Дополнительное устройство представляет собой напорную подводящую трубу 4, которая соединяется с одной стороны с нагнетательным трубопроводом насосного агрегата 1, а её другая сторона имеет специальное приспособление 3 в виде кольцевых перфорированных труб, проложенных по откосам или дну аванкамеры в тех местах, где оседают наносы. За счет гидродинамического давления вода вытекает из отверстий труб струей, и это обстоятельство создаёт в среде 4 1 5 2 3 Рис. 1. Новая конструкция водоприемного сооружения с устройством для предотвращения заиления аванкамеры rryAhCaQMoHHoe 4BM)KeHMe rroToKa, KoTopoe M 4oA)KHo rrpe4oTBpa�aTh oCe4aHMe HaHoCoB. QCHoBHIMM rrapaMeTpaMM, XapaKTepM3yIO�MMM CTpyM, 5IBA5IIOTC5I CAe4yIO�Me: BeAMqMHa MaKCMMaAhHoM CKopoCTM CTpyM umax Ha paCCTo5IHMM x; 6) CKopoCTh MCTeqeHM5I Bo4I M3 oTBepCTM5I u0 ; B) 4MaMeTp oTBepCTM5I d0 . BCe 3TM BeAMqMHI Mo)KHo BIpa3MTh HM)KerrpMBe4eHHoM cpopMyAoM, rroAyqeHHoM r.H. A6paMoBMqeM [6]: pMpoBaHHIe Tpy6I. QqeBM4Ho rrpM 3ToM, qTo rryAhCaQM5I CKopoCTM rroToKa 6y4eT MMeTh He ToAhKo rrorrepeqHoe HarrpaBAeHMe, Ho TaK)Ke, B 3aBMCMMoCTM oT HarrpaBAeHM5I CTpyM Bo4I, ee paCXo4a M Harropa, Mo)KeT MMeTh M pa3HIe HarrpaBAeHM5I. c yqeToM 3TMX cpaKTopoB orrpe4eAMAC5I CAe4yIO�MM Kpyr 3a4aq Aa6opaTopHIX MCCAe4oBaHMM: orrpe4eAeHMe HarropHo-paCXo4HIX XapaKTepMCTMK CMCTeMI rro4aqM Bo4I K rrepcpopMpoBaHHIM Tpy6aM; BI5IBAeHMe 3aBMCMMoCTM Me)K4y 3HaqeHM5IMM umax  0,96  u0  d0 2a  x  0,29  d0 , (1) He 3aMA5IeMoM rrAo�a4M aBaHKaMepI rro4 Bo34eMCTBMeM yCTpoMCTBa M ero HarropHo-paCXo4HIX XapaKTer4e a – Ko3cpcpMQMeHT CTpyKTypI rroToKa; 3Ta BeAMqMHa 4A5I KpyrAoM CTpyM rrpMHMMaeTC5I paBHoM a � 0,08 ; d0 – 4MaMeTp oTBepCTM5I. ,LA5I rrpoBepKM yCAoBMM TeqeHM5I M CKopoCTeM Bo4Horo rroToKa B Bo4orrpMeMHIX M Bo4oBIrryCKHIX yCTpoMCTBaX o6IqHo rrpMMeH5IIOT MCCAe4oBaHM5I Ha cpM3MqeCKMX Mo4eA5IX. I1pM o6oCHoBaHHIX M rrpaBMAhHo peaAM3yeMIX KpMTepM5IX Mo4eAMpoBaHM5I pe3yAhTaTI 4aIOT 4oCTaToqHo ToqHIM M 4oCToBepHIM pe3yAhTaT [7, 8, 9]. BIIIIeyrroM5IHyToe HoBoe yCTpoMCTBo 6IAo MCCAe4oBaHo HaMM B Aa6opaTopHoM CTeH4e, rrpe4CTaBA5IIO�eM Co6oM Mo4eAh aBaHKaMepI HaCoCHoM CTaHQMM M-2-2, B KapIIIMHCKoM MarMCTpaAhHoM KaHaAe peCrry6AMKM y36eKMCTaH. pMCTMK. ,LA5I orrpe4eAeHM5I BAM5IHM5I HarropHo-paCXo4HIX XapaKTepMCTMK CMCTeMI rro4aqM Bo4I 6IAa rrpoBe4eHa CepM5I 3KCrrepMMeHToB rro BI5IBAeHMIO 3aBMCMMoCTM  =w0/wom oT H = H/d M q = q/QHC , r4e w0 – rrAo�a4h aBaHKaMepI, He rro4BeprIIIa5IC5I 3aMAeHMIO rro4 4eMCTBMeM yCTpoMCTBa; wom – rrAo�a4h aBaHKaMepI, 3aH5IToM oTAo)KeHM5IMM HaHoCoB 6e3 rrpMMeHeHM5I yCTpoMCTBa; H – Harrop Bo4I B rrepcpopMpoBaHHoM Tpy6e; d – 4MaMeTp oTBepCTM5I B rrepcpopMpoBaHHoM Tpy6e; q – BeAMqMHa rro4aqM Bo4I B rrepcpopMpoBaHHyIO Tpy6y; QHC – rro4aqa HaCoCHoM CTaHQMM. Ha pMC. 2 rrpMBe4eHI rpacpMKM  = f ( H ) rrpM pa3AMqHIX 3HaqeHM5IX q , rroAyqeHHIX rro pe3yAhTaTaM Aa6opaTopHIX MCCAe4oBaHMM. BM4 rpacpMKa B Aa6opaTopHIX MCCAe4oBaHM5IX oCHoBHoM yrrop 6IA C4eAaH Ha M3yqeHMe BorrpoCa Typ6yAM3aQMM rroToKa Ha 4He aBaHKaMepI rryTeM paCCpe4oToqeHHoM, HarropHoM rro4aqM Bo4I qepe3 CrreQMaAhHIe rrepcpo = f ( H )rroKa3IBaeT, qTo 4a)Ke He6oAhIIIMe HarropI Bo4I, MCTeKaIO�eM M3 oTBepCTMM rrepcpopMpoBaHHIX Tpy6, MoryT BI3BaTh HeCrroKoMHoe CoCTo5IHMe rroToKa  0,90 3 0,80 0,70 0,60 2 0,50 0,40 1 0,30 0,20 0,10 1•103 3•103 5•103 7•103 H KpHBa5r, rrOCTpOeHHa5r rrO pe3 bTaTaM paCqeTa paBHeHH5r (2) KpHBa5r, rrO qeHHa5r rrO Cpe HeHH M pe3 bTaTaM 3KCrrepHMeHTOB 3KCrrepHMeHTa bH e TOqKH 1 – rrpH q = 0,001; 2 – rrpH q = 0,008; 3 – rrpH q = 0,01. PMC. 2. rpacpMK 3aBMCMMoCTM  = f ( H ) M He 6y4yT rro3BoA5ITh HaHoCaM oCa)K4aThC5I B aBaHKaMepe. TaK, HarrpMMep, rrpM 3HaqeHM5IX H =1•103 M q = 0,001 BeAMqMHa oXBaTIBaeMoM rrAo�a4M 6y4eT  = 0,1, a 3To CBM4eTeAhCTByeT o ToM, qTo Harrop B Tpy6aX pa3MepoM H = 2 M rrpM 4MaMeTpe oTBepCTM5I B Tpy6aX d = 2 MM rro3BoA5IeT 4oBeCTM 3HaqeHM5I  4o 0,1. 3To CB5I3aHo C TeM, qTo rryAhCaQMoHHIe CKopoCTM B rrpM4oHHoM CAoe 4a)Ke B He6oAhIIIMX 3HaqeHM5IX rroMoryT MCKAIOqMTh rra4eHMe qaCTMQ Ha 4Ho [10]. c yBeAMqeHMeM Harropa H yBeAMqMBaeTC5I rrAo�a4h w0 , 3To o6'b5ICH5IeTC5I TeM, qTo B 4aHHoM CAyqae rroBIIIIaIOTC5I 3HaqeHM5I CKopoCTM u0 BITeKaIO�ero rroToKa M3 oTBepCTMM, a CAe4oBaTeAhHo, yBeAMqMBaIOTC5I 4AMHa lcm M pa4MyC R CTpyM. I1pMMepHo TaKa5I )Ke KpMBa5I rroAyqaeTC5I rrpM MCCAe4oBaHMM 3aBMCMMoCTM  = f ( q ). Ha pMC. 3 rrpMBe4eHa o4Ha M3 TaKMX KpMBIX, rroAyqeHHa5I rrpM H = 5•103. ToAhKo rrpM 3ToM KpMBa5I MMeeT BM4 BIrryKAoCThIO BHM3. yBeAMqeHMe paCXo4a Bo4I rro rrepcpopMpoBaHHIM Tpy6aM rrpMBo4MT K rroAo)KMTeAhHIM pe3yAhTaTaM, T.e. K yBeAMqeHMIO  . QqeBM4Ho, 3To CB5I3aHo orr5ITh-TaKM C yBeAMqeHMeM u0 rrpM rroBIIIIeHMM BeAMqMHI paCXo4a Bo4I q. 11pe3MepHoe yBeAMqeHMe q HeBIro4Ho M3-3a CHM)KeHM5I rrpoM3Bo4MTeAhHoCTM HaCoCHoM CTaHQMM B pe3yAhTaTe Bo3BpaTa qaCTM rro4aBaeMoM Bo4I. I1o3ToMy 6IAa rroCTaBAeHa 3a4aqa orrpe4eAMTh MaKCMMyM rroAo)KMTeAhHoro 3cpcpeKTa, T.e.  �max rryTeM BaphMpoBaHM5I 3HaqeHMM H, d, lmp rrpM MMHMMaAhHIX 3HaqeHM5IX q. BeAMqMHy MMHMMaAhHoro paCXo4a Bo4I q, rrpM KoTopoM 4oCTMraeTC5I MaKCMMyM 3cpcpeKTa, Mo)KHo orrpe4eAMTh rro KpMBIM, M3o6pa)KeHHIM Ha pMC. 2. 113 rpacpMKoB BM4Ho, qTo MMHMMaAhHIe paCXo4I Co 3HaqeHM5IMM q = 0,002-0,004 5IBHo He4oCTaToqHI 4A5I 4oCTM)KeHM5I MaKCMMyMa 3cpcpeKTa rro w0. ,LA5I 3ToM QeAM 6oAhIIIe rro4Xo45IT paCXo4I q = 0,08-0,01, TaK KaK KpMBa5I, rroAyqeHHa5I rrpM 3TMX 3HaqeHM5IX, CooTBeTCTByeT MaKCMMaAhHIM 3HaqeHM5IM  = 0,4-0,95 rrpM H = 1•103 5•103 . PaCqeTI rro orrpe4eAeHMIO 4MaMeTpa oTBepCTMM rro 3aBMCMMoCTM (1) rroKa3IBaIOT, qTo 3HaqeHM5I 4MaMeTpa MaAo BAM5IIOT Ha BeAMqMHy pa4MyCa CTpyM, o4HaKo rrpM 3ToM yBeAMqeHMe 4MaMeTpa oTBepCTMM rro 3aBMCMMoCTM (1) oqeHh CMAhHo yMeHhIIIaeT 3HaqeHM5I CKopoCTM u0 M 4AMHI CTpyM lcm. 11CXo45I M3 BIIIIerrpMBe4eHHIX yCAoBMM, MMeeT CMICA rrpMHMMaTh 4MaMeTp oTBepCTMM B rrpe4eAaX H = (2-4)•103. TaKMM o6pa3oM, Ha oCHoBaHMM pe3yAhTaToB Aa6opaTopHIX MCCAe4oBaHMM Mo)KeM C4eAaTh BIBo4 o ToM, qTo M3 BIIIIepaCCMoTpeHHIX rrapaMeTpoB Ha MCKoMIM pe3yAhTaT  HaM6oAee CMAhHo BAM5IIOT rrapM3oBaTh rrpoQeCC Co34aHM5I Typ6yAeHTHoM Cpe4I Ha 4He aBaHKaMepI, M, eCTeCTBeHHo, Cy�eCTByeT CooTBeTCTByIO�a5I aHaAMTMqeCKa5I 3aBMCMMoCTh Me)K4y rrapaMeTpaMM H M q , KoTopa5I MorAa 6I arrrrpoKCMMMpoBaTh MCCAe4yeMIM rrpoQeCC. ,LA5I rroMCKa TaKoM arrrrpoKCMMMpyIO�eM 3aBMCMMoCTM 3KCrrepMMeHTaAhHIe 4aHHIe, rroAyqeHHIe rrpM M3MepeHM5IX BeAMqMH  , H , q M rrpMBe4eHHIe B Ta6AMqHoM M rpacpMqeCKoM cpopMaX, 6IAM rro4BeprHyTI o6pa6oTKe M 4MCrrepCMoHHoMy aHaAM3y. AHaAM3 oCy�eCTBA5IAC5I rro MeTo4MKaM, rrpMBe4eHHIM B pa6oTaX [11, 12], B CAe4yIO�eM rroCAe4oBaTeAhHoCTM: I1oCTpoeHMe rro rroAyqeHHIM 3KCrrepMMeHTaAhHIM 4aHHIM yCpe4HeHHoM KpMBoM, XapaKTepM3yIO�eM 3aBMCMMoCTh Me)K4y rrapaMeTpaMM  M H , q (pMC. 2). I1o46op 3MrrMpMqeCKoro ypaBHeHM5I, CooTBeTCTByIO�ero BM4y rroCTpoeHHoM rpacpMqeCKoM KpMBoM  = f ( H ). AHaAM3 ypaBHeHMM, 6oAee rro4Xo45I�MX BM4y rpacpMKa  = f ( H ), rroKa3aA, qTo HaM6oAee ToqHo oTBeqaIO�MM yCAoBM5IM 4aHHoro rrpoQeCCa 5IBA5IeTC5I paMeTpI H M q , a rrapaMeTpI d, lcm MoryT 6ITh 3aypaBHeHMe TMrra y = A x . I1pM 4aAhHeMIIIeM o6pa4aHI 3apaHee rro pe3yAhTaTaM paCqeToB. Pe3yAhTaTI Aa6opaTopHIX MCCAe4oBaHMM BI5IBMAM oCHoBHIe rrapaMeTpI CMCTeMI rro4aqM Bo4I K MCCAe4yeMoMy yCTpoMCTBy, KoTopIe 6y4yT XapaKTe6oTKe pe3yAhTaToB M rrpoBepKe CooTBeTCTBM5I TaKoro BM4a ypaBHeHM5I rroAyqeHa 3aBMCMMoCTh   3,22  q  H 0,4 . (2)  0,80 0,60 0,40 0,20 0,002 0,006 0,01 0,014 q PMC. 3. rpacpMK 3aBMCMMoCTM  = f ( q ) 3. Проверка достоверности и адекватности предложенного уравнения экспериментальным данным. Достоверность полученных экспериментальных точек, т.е. результатов измерений, определена проверкой дисперсий полученных точек на однородность с заданной доверительной вероятностью по критерию Кохрена. Адекватность полученной зависимости реальному процессу воздействия устройства на заиляемость площади аванкамеры проверялась по критерию Фишера [12]. Результаты расчетов, выполненных по вышеприведенным двум критериям, показали хорошую достоверность и адекватность предложенного уравнения экспериментальным данным. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Бальзанников М.И. Совершенствование конструкций водоприемно-водовыпускных устройств гидроэнергетических установок // Гидротехническое строительство. – 1994. – № 9. – С. 30-35. 2 Бальзанников М.И. Водоприемные устройства секционного типа гидроэнергетических установок // Вестник Отделения строительных наук РААСН. – 2012. – Вып. 16, т. 2. – С. 209-214. Бальзанников М.И., Селиверстов В.А. Водоприемник // Патент РФ 2389846. – 2009. – Бюл. № 14. Бальзанников М.И., Евдокимов С.В., Галицкова Ю.М. Водоприемник-водовыпуск // Патент РФ 2169229. – 2001. – Бюл. № 17. Мухаммадиев М.М., Уришев Б.У., Носиров Ф.Ж. Водоприёмное сооружение // Патент на полезную модель Респ. Узб. FAР 00238. – 2006. Официальный вестник. – № 2. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. – М.: Физматиздат, 1960. – 715 с. Бальзанников М.И., Елистратов В.В. Результаты энергогидравлических исследований прямоточного водовыпуска крупной насосной станции // Гидротехническое строительство. 1994. – № 12. – С. 19-22. Бальзанников М.И., Селиверстов В.А. Исследования влияния разделителей потока для применения в водоприемных устройствах гидроэнергетических установок // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». – 2009. – № 3 (25). – С. 199-205. Бальзанников М.И., Селивёрстов В.А. Исследования водоприемного устройства гидроаккумулирующей электростанции // Гидротехническое строительство. – 2012. – № 4. – С. 21-26. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. – М.: Колос, 1967. – 315 с. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования: Учеб. для ВУЗов. – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 1984. – 439 с. Кондрашов А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений. М.: Атомиздат, 1987. – 200 с. © Уришев Б.У., Мухаммадиев М.М., Носиров Ф., Жураев С.Р., 2013