Введение к работе
Актуальность темы исследования. Подъем сельского хозяйства в Российской Федерации рассматривается Правительством в качестве национального проекта.
Для получения гарантированного урожая необходимо восстановить регулярное орошение сельскохозяйственных культур. На существующих мелиоративных головных насосных станциях, в основном, установлены осевые насосы типа ОВ (осевой вертикальный) и ОПВ (осевой вертикальный насос с приводом поворота лопастей) с камерным подводом воды. Проектирование отметок заглубления оси насоса относительно горизонта воды в водоисточнике проводится по заводским характеристикам насоса.
В практике эксплуатации горизонты воды в водоисточниках (как в реках, так и подводящих каналах) колеблются в широких пределах, что при падении уровней практически парализует работу насосных станций и всего орошаемого участка из-за уменьшения величины кавитационного запаса, который строго регламентируется заводами-изготовителями. Изменить существующее положение возможно установкой линии рециркуляции с эжекционными устройствами, создающими, в случае необходимости, дополнительный подпор перед рабочим колесом насоса.
Степень разработанности темы. Эжекционные устройства, в которых путем непосредственного контакта (смешения), осуществляется процесс передачи кинетической энергии одного потока другому, называют струйными насосами (струйными аппаратами).
Известны работы как Российских, так и зарубежных исследователей
Г.Е. Мускевича (Мускевич Г.Е., 1970), Х.Ш. Мустафина (Мустафин Х.Ш., 1974), П.Н. Каменева (Каменев П.Н., 1950), Ю.Л. Кирилловского (Кирилловский Ю.Л., 1960), Е.А. Соколова (Соколов Е.А., 1989), Н.М. Зингера (Зингер Н.М., 1949), Н.Т. Назарова (Назаров Н.Т., 1965) и др. занимающихся проблемой повышения высоты всасывания центробежных насосов с установкой эжекционных устройств во всасывающих трубопроводах центробежных насосов.
Работы ученых по проблемам повышения высоты всасывания осевых насосов за счет установки струйных насосов в камерах подвода воды к осевым насосам практически отсутствуют из-за сложности расчета при решении задач по теории смешения двух потоков. На поиск данных решений направлена настоящая работа.
Цель работы - разработка эффективных конструктивных и технологических схем и методов расчета совместной работы эжекционных устройств и осевых насосов при резких колебаниях уровней воды в водоисточнике.
Задачи исследований:
- изучить состояние известных теорий расчета смешения двух однородных потоков;
- экспериментальным путем установить зависимость коэффициента потерь на смешение потоков от подачи насоса, а также геометрические и гидравлические параметры наиболее эффективной конструкции эжекционного устройства, величину возможного увеличения статического напора перед лопатками осевого насоса;
- на основе известных теорий расчета смешения двух однородных потоков разработать теоретические основы расчета линии рециркуляции осевых насосов с эжекционными устройствами;
- экономически обосновать использование линии рециркуляции на головных мелиоративных насосных станциях, при внезапных понижениях уровня воды в водоисточнике.
Научная новизна исследований. В работе научно обоснованы:
- методика расчета совместной работы осевых насосов и эжекционных устройств при внезапных понижениях уровня воды в водоисточнике;
- математические зависимости определения возможной величины увеличения кавитационного запаса осевых насосов с помощью линии рециркуляции.
Теоретическая и практическая значимость работы. Изложенные в диссертационной работе результаты исследований по методике расчета линии рециркуляции, по увеличению кавитационного запаса осевых насосов и по месту установки в приемной камере эжекционных устройств дают возможность проверить практические расчеты в условиях водохозяйственных проектных и эксплуатационных организаций. Рекомендации по проектированию линий рециркуляции переданы в Ставропольмелиоводхоз, Ростовмелиоводхоз, внедрены на головной насосной станции Азовской оросительной системы Ростовской области. Акты внедрения приложены в диссертации.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования проведены методами расчета, предлагаемыми в современной литературе с использованием полученных экспериментальных данных по величинам коэффициента потерь на смешение Y и коэффициента гидравлического сопротивления сопла x0. Экспериментальные исследования и обработка их результатов проведены методами теории планирования эксперимента, предложенными В.А. Вознесенским и Ю.П. Адлером. Контроль величин расходов и напоров проводился стандартными способами с использованием пьезометров, пружинных и дифференциальных манометров, ультразвукового расходомера.
Положения выносимые на защиту:
- экспериментальные зависимости для расчета величины коэффициента потерь на смешение двух однородных потоков, коэффициента гидравлического сопротивления сопла эжекционного устройства, величины кавитационного запаса осевого насоса;
- методика расчета совместной работы кольцевого эжекционного устройства, установленного на входе потока в осевой насос;
- технические решения и технологический процесс использования эжекционных устройств в приемных камерах осевых насосов.
Степень достоверности и апробация результатов подтверждается анализом литературных исследований, проведенных учеными с начала прошлого века до настоящего времени, объемом натурных экспериментальных исследований, математически обработанных современными способами. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях и семинарах ФГБОУ ВПО «НГМА» «Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организации производства работ в АПК» (26-27 мая 2011 г). «Проблемы и перспективы развития мелиорации и водного хозяйства» (Шумаковские чтения совместно с заседанием секции РАСХН 29-30 сентября 2011 г.), на всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития мелиоративного, лесомелиоративного и водохозяйственного комплекса Юга России» (Шумаковские чтения совместно с заседанием секции РАСХН 4 октября 2012 г.), а также на Донской аграрной научно-практической конференции «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса задачи и перспективы» (25-26 октября 2012г. г. Зерноград).
Материалы диссертации опубликованы в 8 научных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ - 4, объемом 3 п.л. (на долю автора приходится 2,6 п.л.)
