Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время подъем сельского хозяйства в Российской Федерации рассматривается Правительством в качестве национального проекта. Для получения гарантированного урожая необходимо восстановить регулярное орошение сельскохозяйственных культур.
Известно, что забор воды на существующих мелиоративных насосных станциях с колебаниями уровня более 4 м затруднен из-за ограниченности высоты всасывания центробежных насосов. Многие мелиоративные насосные станции построены заглубленными, что экономически нецелесообразно.
Кроме того, на существующих мелиоративных насосных станциях при необходимых малых напорах устанавливается насосное оборудование с избыточной величиной напора, который из-за необходимости ввода агрегатов в оптимальный режим гасят задвижками на напорных трубопроводах.
Изменить существующее положение можно с помощью установки на всасывающих линиях насосных станций струйных насосов (эжекторов) или установкой дополнительных эжекторов на напорных трубопроводах для использования избыточных напоров насосных агрегатов и получения дополнительной подачи воды на поля орошения.
Настоящей проблемой занимались многие ученые: В. М.Папин, В. А. Бородзич, Г. Е. Мускевич, Х. Ш. Мустафин, П. Н. Каменев, В. П. Лахтин, С. А. Тарасьянц и др.
Внедрение данных схем в производство ограничено из-за низких энергетических возможностей струйных насосов (КПД ниже 25 %).
Отсутствие рекомендаций и оптимальных компоновочно-конструктивных и технологических решений водоподъема мелиоративными насосными станциями из водоисточников с колебаниями уровней более 4 м и создание комплекса насосного оборудования комплектуемого центробежными и струйными насосами с высоким КПД является актуальной проблемой, не разрешенной в достаточной степени до настоящего времени.
Цель работы – разработка эффективных конструктивных и технологических схем и методов расчета совместной работы центробежных и струйных насосов при колебаниях уровней в водоисточнике более 4 м и малой геометрической высоте подачи.
Задачи исследований:
- изучить состояние известных систем водоподъема, используемых при орошении;
- экспериментальным путем определить оптимальные геометрические и гидравлические параметры кольцевого 2-хповерхностного эжектора новой конструкции;
- разработать теоретические основы расчета кольцевых струйных насосов с повышенным коэффициентом полезного действия;
- разработать технологический процесс водоподъема оросительных насосных станций с колебаниями уровня воды в водоисточниках более 4 м и повышенной водоподачей с помощью эжекторных установок;
- разработать компоновочно-конструктивные схемы и процесс использования избыточного напора центробежных насосов, установленных на насосной станции с малой геометрической высотой подачи;
- экономически обосновать использование струйных насосов на оросительных насосных станциях.
Основные положения, выносимые на защиту:
- методика расчета насосных агрегатов с всасывающими трубопроводами, оборудованными струйными насосами;
- технические решения и технологический процесс водоподъема насосными станциями, оборудованными центробежными насосами с колебаниями уровней воды в водоисточнике более 4 м;
- технические решения и технологический процесс использования эжекторов, установленных на напорных трубопроводах центробежных насосов;
- экспериментальные зависимости для расчета струйной системы водоподачи.
Объекты исследования. В качестве основных объектов исследовались:
- струйные насосы различных конструкций с целью определения оптимальных гидравлических и геометрических параметров при максимальном коэффициенте полезного действия;
- насосные станции, комплектуемые центробежными и струйными насосами.
Методика исследования. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и натурных условиях с применением теории планирования эксперимента. При проведении исследований использовались стандартные общепринятые методики. Для измерения различных кинематических характеристик применялись специально сконструированные устройства и дифференциальные манометры. В основу теоретических исследований положены уравнения Д. Бернулли.
Научная новизна работы. В работе научно обоснованы:
- методика расчета совместной работы центробежных и струйных насосов при колебаниях уровней в водоисточнике более 4 м и малой геометрической высоте водоподачи;
- математические зависимости для определения оптимальных параметров геометрических и гидравлических параметров струйных насосов с высоким КПД;
- технологический процесс совместной работы центробежных и струйных насосов.
Практическая значимость работы. Изложенные в диссертационной работе результаты исследований по методике расчета геометрических и гидравлических параметров и определению коэффициентов гидравлических сопротивлений элементов струйного насоса с высокими энергетическими характеристиками для мелиоративных насосных станций дают возможность проверить практические расчеты в условиях водохозяйственных проектных организаций.
Результаты исследований внедрены на орошаемых участках «Ростовмелиоводхоза» и Республики Дагестан, приняты в качестве методических пособий институтом Южводпроект г. Ростов-на-Дону для проектирования орошаемых участков.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 06.01.02 «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», п. 9 – «Разработка методов расчета элементов инженерно-мелиоративных систем, разработка их более совершенных конструкций».
Реализация результатов исследований. Диссертационная работа рассмотрена и рекомендована к внедрению на научно-техническом совете института Южводпроект. Отдельные разделы рассматривались на научно-техническом совете Министерства мелиорации Республики Дагестан.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях и семинарах ФГБОУ ВПО «НГМА» «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии» (2-3 февраля 2006 г.), «Гидротехническое строительство» (15 мая 2009 г.), а также на конференциях молодых ученых и сотрудников ФГНУ «РосНИИПМ» «Пути повышения эффективности орошаемого земледелия» (2008 г.), на международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии в сельском хозяйстве» (Шумаковские чтения совместно с заседанием секции РАСХН, 2010 г.)
Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в обосновании направления и разработке методики проведения исследований, обработке и анализе полученных данных, подготовке диссертации, выводов и предложений производству, внедрении полученных результатов на орошаемых участках.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в двух статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста и включает в себя 21 рисунок, 21 таблицу, 2 приложения, список использованной литературы из 143 наименований, включая 22 иностранных источника.
