Введение к работе
Актуальность работы. Борьба с наносами и повышение качества очистки природных вод ог наносов с каждым годом приобретают большое народно-хозяйственное значение и становятся* проблемными вопросами. Особенно это необходимо решать на водозаборных узлах поливной техники и капельного орошения, на скважинах вертикального дренажа, орошения подземными водами и сельскохозяйственного водоснабжения, в устройствах очистки технической воды крупных насосных станций и погружных насосов, на групповых-водопроводах и об"ектах обводнения пастбищ,' на машинах для мойки мелиоративной и строительной техники, в землесосных и пульпо-под"емных установках.
Разработка способов и технических средств очистки природных и сточных вод выполнялись в соответствии с планом НИОКР Мливодхоза СССР на 1971—1976 г.г. (проблема 0.52.125. Задание 0.52.131 "Л"\ планом ГКІЇГ по проблеме 0.85.01 (1981... 1985 г.г.\ а также согласно задания Минводхоза СССР 01.08.05 "И" <"I986...I990 г.г.) и по хоздоговорам с Минводхозами НазССР и УзССР '1976...1990 г.гО.
Предлагаемая технология очистки природных вод от наносов позволяет основные операции - улавливание механических примесей, сгущение пульпы, отвод осадка и забор фильтрата - обслинить в единую поточную гидравлическую линию и защитить рабочие органы водопод"емных средств от абразивного износа.
Апрельский (1985 г.) Пленум ЦК КПСС отметил, что "Главная задача - быстро пере.іти на производство новых поколении машин и оборудования, которые способны обеспечить внедрение прогрессивной технологии, многократно повысить производительность труда, поднять фондоотдачу".
Гидро никло иные и гидроииклонно-фильграционные установки и мультиминигидроциклонные устройства являются высокоэффективными техническими средствами для создания и внедрения интенсивной технологии водоочистки как на всасывающей, так и на нагнетательной линиях насоса, а также в условиях напорно-вакуумного потока. Большое количество запросов (более 200'^, поступивших от различных организации разных ведомств для внедрения их на производстве, является подтверждением того, что работа, несомненно, актуальна и имеет большое научное и практическое значение.
Цель работы: интенсификация и повышение эффективности гидроциклонной технологии борьбы с наносами на водозаборных узлах систем мелиорации и водного хозяйства, разработка более прог-
рессивных моногидроблочных во до сберегающих мано-и гакуумных гидроииклонных и гидроциклонно-фильтрационных установок, обеспечивающих ускорение осаждения и выноса осадка (плотностью fn = J*r + Ре ' Р ~ плотность и пористость грунта^, высокую степень очистки и предохранение рабочих органов базового насоса от абразивного износа, увеличение срока их службы, существенный экономический эффект и технический прогресс в отрасли.
Указанные цели достигнуты на основе решения следующих научных задач.
Научные задачи - сбор, анализ, обсуждение и установление преимуществ и недостатков существующих способов борьбы с наносами и технических решении по конструированию гидроциклонов;
, - обоснование и разработка принципиально новой взкуумгид-роциклонной технологии улавливания осадка на всасывающей линии насоса, установление состава и соотношений основных конструктивных параметров гидроциклонных установок и их режимов работы;
теоретическое и экспериментальное исследования механизма движения однородной и двухфазной жидкости и установление закономерностей изменения гидродинамических параметров потока в напорных, напорно-вакуумных и вакуумных гидроциклонных и гидро-циклонно-фильтрагионных устано вках;
теоретическое и экспериментальное исследования крупности разделения твердых частиц и разработка способов выноса осадка - гидравлическое экранирование пескового отверстия, эжекги-рование, использование силы тяжести твердых частиц и промыв кальмагантов из фильтрующего слива (слоя") обратным током воды;
разработка методики технологического расчета гидроцик-
лонных и гидроциклонно-фильтрагионных установок, установление оптимального значения критерия форвакуумности, обеспечивающего осаждение, сгущение и вынос1 осадка через песковое отверстие вакуумных и напорно-вакуумных гидроциклонных установок.
Научная и техническая новизна - теоретически и экспериментально установлены закономерности изменения гидродинамических параметров однородного потока в низконапорном и вакуумном гидроциклонах; выяснены механизм движения жидкости, характер перемещения мехашческих примесей, технология сгущения осадка и образования песчаного завала перед Песковым отверстием; дана оценка величинам потерь напора, конструктивным параметрам циклонной камеры и гидроэлеватора;
впервые в отечественной и зарубежной практике разработаны способ улавливания осадка на всасывающей трубе насоса и вы- * сокоинтенсивная гакуумгидроциклонная технология очистки воды, установлен состав и обоснован принцип
составлена методика технологического расчета, включающая определение общей производительности гидроциклона, расхода через песковое отверстие и крупности разделения; дана оценка закономерности изменения коэфЬициента расхода при истечении однородной жидкости через песковое отверстие закрученной струей; построены напорно-расходные характеристики гидроциклонной установки;
впервые для гидроциклонов вакуумного и напорно-вакуум-
ного режимов работы введено понятие критерии форвакуумности -безразмерный параметр, определягааик условия выхода осадка через песковое отверстие вакуумгидроциклона;
на основе об"единения в моногидроблок и в замкнутую гидролинию принципов действия консольного центробежного насоса типа "К" и ЭЦВ, гидроциклоннои камеры и гидроэлеватора на уровне пионерных изобретении разработаны ноше конструкции гидроциклонных установок для безнаносного водозабора из взвесенесу-щих открытых и подземных источников, закрытых трубопроводов и гидроциклонных аппаратов для сгущения и отвода наносов на всасывающей линии, которые могут быть использованы также в смежных областях народного хозяйства, в частности, в горнохимической и металлургической промышленности для обезвоживания и классификации минерального сырья ГА.С. 588193, 589167, 597785, 633992, 669018, 669087, 777261, 8І09І7, 812887, 883531, 892026, 918515, 1291381);
впервые в практике проектирования, строительства и эксплуатации ирригационных систем, а конкретно, на крупных насосных станциях решена гидроциклонная технология очистки технической воды и подачи ее в систему охлаждения электродвигателей, с отводом осадка при помощи гидро элеватора, или путем сброса его обратно во всасывающую трубу насосного агрегата под действием вакуума на всасывающей трубе последнего (А.С. 912293, ІІ72987,
120099 2^;
- на уровне пионерных изобретении разработаны плавучие и
поплавковые гидроциклонные водозаборные и пульпо по д"емные уста
новки для очистки каналов и аванкамер, фильтроотстойники и гид-
ропиклонно-фильграционныб установки для очистки технической во
ды и водоснабжения сельских населенных пунктов, прилегающих к
большим ирригационным каналам и крупным насосным станциям
(А.С 611009, 64ПОЗ, 65333R, 804862, 845858, I20I226, I2G95Q3,
IZI97I6);
- для пескующих скважин дренажных систем, орошения на ба
зе использования подземных вод и сельскохозяйственного водо
снабжения разработаны скважинные гидроциклонные установки для
под"ема воды с механическими примесями, мини-и мультиминигидро-
циклонные установки для подачи осветленной воды в опорные узлы
для предохранения их от абразивного износа и фильгрокожух, по
вышающий эффективность и срок службы погружных насосов (А.С.
675172, 797804, 899809, 907306, 912853, 929795, 939675, 953703,
І025ВГ7, II26720, II73068, II8683I, 1209954, 1245758);
, - разработана замкнутая интенсивная технологическая линия с применением гидроциклона - принципиальная конструктивная основа пульпогод"емных установок для очистки шахтных колодцев (А.С 1030530^;
- разработаны методические указания по проектированию,
монтажу и строительству гидроциклонных установок на ороситель
ных системах (закрытых трубопроводов, капельного и подпочвенно
го орошения4).
Основные научно-технические положения, выносимые на защиту. Предметом защиты являются высокоинтенсивные гидроциклонные технологии очистки природных вод от наносов и комплекс многоцелевых гидродиклонных установок напорного, напорно-вакуумного и вакуумного режимов работы, которые, наряду с обеспечением безнаносного водозабора, способны об"единить основные операции -стратификацию двухфазной жидкости, осаждение и вынос осадка, сгущение пульпы и забор фильтрата - в единую поточную гидравлическую линию и предохранить рабочие органы насоса от абразив-
ного износа.
На защиту выносятся следующие научные положения:
теоретически-экспериментальное исследование и обоснование об"ективной реальности и практической полезности гидроциклонного способа улавлиюния осадка на всасывающей линии насоса, впервые разработанного автором (А.С. 285500), его\ преимущества и дальнейшее развитие функциональных возможностей в решении задач по очистке природных вод от наносов в системах мелиорации, орошения и сельскохозяйственного водоснабжения;
способы отвода (вытеснения") осадка из вакуумгидроциклона: гидравлическое экранирование пескового отверстия; применение прямоточного и вихревого гидроэлевагоров, встроенных соответственно в "устье" камеры и к конической части на расстоянии 0,25...0,3 от вершины конуса циклонной камеры; эффект поршневого насоса и использование силы тяжести твердых фракций;
расчетные зависимости для установления закономерностей изменения основных параметров потока (профилей скоростей и давления, баланса расходов, производительности гидроциклонной камеры, крупности разделения и потерь напора, значения опытных соэфф'ициентов, входящих" в аналитические формулы, принципы моделирования и критерий подобия гидроциклонного потока;
критерий форвакуумности для гидроциклонов напорно-взку-гмного и вакуумного режимов работы, равный: -^= 1,2...2, где Ин-' напор гидро элеватора, Ну- вакуум в зоне (камере) эжекти-ювания;
новые, более эффективные, во до сберегающие конструкции идроциклонных установок для очистки вода от наносов и сгуще-іия пульпы.
Практическая ценность. Использование результатов позволит:
- уменьшить габариты и упростить конструкцию водозаборных
наносоулавливающих установок, повысить эффективность и каче-
;тво очистки, уменьшить расход воды на промыв осадка до 3% от общего расхода, а при сгущении довести содержание влаги в пульпе до об"ема пор грунта;
об"единить основные операции водоочистки' - улавливание механических примесей, сгущение, вынос осадка и подачу фильтрата - в единый непрерывный технологический процесс, а очистное устройство выполнить в виде компактной гидроциклонной насосной установки (моногидроблока), уменьшить металлоемкость;
повысить-качество очистки технической воды, подаваемой на охлаждение электродвигателей крупных насосных станций, более рационально решить вопрос отвода осадка;
уменьшить абразивный износ рабочих органов насоса и удлинить сроки их работы;
предотвратить проникновение механических примесей в опорные узлы насосных агрегатов и исключить их абразивный износ;
регулировать степень сгущения осадка и достичь содержания воды только в порах грунта;
проводить строительную откачку и очистку пескугщих скважин (взамен эрлифта);
гидромеханизирвать очистные работ^^я'повысить эффективность, технико-экономические и эксплуатационные показатели пульпопод"емных установок для очистки ирригационных каналов, аванкамер, иахткых и трубчатых колодцев.
Внедрение результатов. Более ускоренно ГЦУ и ПЩ о свайка-
it и внедряют Минводхоз СССР (Казахский НИИ водного хозяйства, ілма-Атинский комплексный отдел), Союзгипроводхоз, Согазводпро-:кт, ВНПЗ "Радуга", Волгогипроводхоз, №інводхоз КазССР (Каз-ипроводхоз, Казглавподземвод, Казвжгипроводхоз и облводхозьО, !инводхоз Узбекской ССР (РЛО "Узводремстрйэксплуатация", МУЭ БМЮ, Госагропром (Среднеазиатский филиал ГосНИТИ, МГМИ и азСХИ - для учебных целей). Для широкого внедрения гидроцик-оны включены в "Систему машин для комплексной механизации ельскохозяйственного производства на І98І...І990 г.г. Часть Л Мелиорация", а ЦЕНТИ йінводхоза СССР по разработкам и под на-чной консультацией автора выпустило 3 научно-производственных ильма: "Гидроциклонные установки" (1974 г.), "Скважинные гид-оциклонные установки" (1982 г.), "Гидроциклонные установки" 1984 гО.
В смежных отраслях народного хозяйства разработки внедре-ы: Минудобрений СССР (Джамбулский фосфорный завод ДПО "Хим-ром", Мінавтопром СССР (АЗЛК), Минхимпром СССР (предприятие /я А-7Ш), Минлегпром Латвийской ССР (Рижский фарфоровый за-од\ Минмясомолпром Казахской ССР (Джамбулский Облмолкомбинат).
Годовой экономический эффект от применения одной.ГЦУ и ЦФУ, в зависимости от производительности и технологии очист-и, а также назначения и производственной мощности об"екта яедрения, составляет І...50 тыс.руб., а общий годовой эконо-ический эффект в целом по стране в 1973, 1982, 1985 г.г. сос-івил более 2 млн.рублей.
Апробация. Отдельные разделы^ целом докладывались, обращались и одобрены: на Всесоюзной научно-технической конфе-знции "Опыт применения гидромеханизации в различных областях
-1Z
народного хозяистй* ^Ц* J^.70 г.; на Республиканском семинаре по механизации и автоматизации полива, Алма-Ата, 1972 г.; на УП Всесоюзной межотраслевой конференции гидромеханизаторов М., 1972 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "За дачи повышения научно-исследовательских и опытно-консгрукгор-ских работ в гидромеханизации земляных и горных работ", М., 1973 г.; на Всесоюзном совещании по водозаборным и русловым процессам, Ташкент, 1974 г.; на Республиканском совещании "Опыт строительства и эксплуатации оросительных систем, а так же обводнения пастбищ с использованием новой техники", Джамбул, 1974 г.; на Международном конгрессе "Ирригация и дренаж-75', М., 1975 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции по совершенствованию технологии и оборудования гидромеханизации горных, земляных, строительных и мелиоративных'работ, М., 1977 г.; на Проблемном совете Иинводхоза СССР по проблеме №6 "Разработать методы повышения технического уровня систем сельскохозяйственного водоснабжения и обводнения пастбищ на основе применения механизации и авгомагизации", Алма-Ата, 197! г.; на об"единенном НІС Госагропрома СССР, Минводхоза СССР и Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР принято решение о серийном выпуске двухкамерного гидроциклона на базе СНП-75/І00 (протокол №25/40/35/26 от 10 апреля 1979 г.^і; на Всесоюзной научно-технической конференции "Организация и механизация ремонтно-эксплуатационных работ на оросительных системах", Ташкент 1979 г.; на Всесоюзном совеще-нии "Проектирование, строительство и эксплуатация систем сельскохозяйственного водоснабжения и обводнения пастбищ", Алма-Ата, 1979 г.; на 1-ом Всесоюзном симпозиуме "Исследование и промышленное применение гидроциклонов", Горький, 1980 г.; на
Республиканском совещании работников системы "Казглавсельхоз-водо снабжение", Алма-Ата, 1984 г.; на Республиканском семинаре "Проектирование, строительство и эксплуатация об"екгов прошения подземными водами", Алма-Ата, ЩНХ КазССР, 1985 г.; на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Новое в проектировании насосных станции и гилпотехнических сооружеяии", М., ВДНХ СССР, 1985 г.
Публикация и пропаганда. Подготовка кадров. Общий об"ем научных трудов, представленных к защите в |орме обобщенного научно-технического доклада составляет 45 печатных листов в виде брошюр, статей, описаний изобретении и тезисов докладов на Международной, Всесоюзных и Республиканских конференциях, симпозиумах и совещаниях; 60-ти изобретении, защищенных авторскими свидетельствами; 7 методических рекомендаций (I -всесоюзная и 6 республиканских), 15 депонированных научных отчетов на 600. машинописных листах, 10 экспонатов на Международной выставке и ВДНХ СССР, удостоенных 1-ой золотой, 3-х серебряных и 7-ми бронзовых медалей, а также 3-х дипломов. В указанном научном направлении под научным руководством автора сформу-лированы и защищены шесть кандидатских диссертаций. В работе использованы собственные исследования и изобретения автора,
