Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время водоисточники мелиоративных систем представлены в основном межхозяйственными каналами, водоемами, аванкамерами насосных станций.
В Северо-Кавказском регионе по Департаменту мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения насчитывается около 450 насосных станций с общей установленной мощностью 538627 кВт. Внимание данным сооружениям оказывается в пределах необходимого поддержания возможности их эксплуатации на низком уровне, и в ближайшее время, сооружения такого вида могут выйти из строя на 50% и более из-за увеличения объема наносов и сорной растительности в подводящих каналах.
Только в Дагестане, по шести эксплуатируемым каналам, ежегодный объем наносов исчисляется миллионами кубометров грунта. Основной мерой борьбы с наносами в каналах, без выключения их из работы, является гидромеханическая очистка с помощью землесосных установок, представленных землесосными снарядами, оборудованными центробежными грунтовыми насосами, применение которых ограничивается важным существенным недостатком – отсутствием возможности регулирования потребляемой мощности землесосом в зависимости от эксплуатационных условий. Кроме того, центробежные землесосы имеют еще ряд мелких недостатков, заключающихся в ограниченной высоте всасывания, срыве вакуума и заилениях во всасывающем и напорном трубопроводах. В связи с вышеизложенным, представляет интерес использование землесосных установок, оборудованных как центробежными землесосами, так и струйными аппаратами (эжекторами) с возможностью эксплуатации снаряда по последовательной схеме, которая дает возможность транспортировать пульпу высокой консистенции на большие расстояния (более 300 м). При подобных схемах работы землесосных установок, имеется возможность экономичной эксплуатации земснарядов при любых эксплуатационных вариантах очистки мелиоративных каналов и аванкамер насосных станций. Несмотря на большие преимущества, забор грунта струйными аппаратами ограничивается низким КПД, отсутствием возможности измельчения засасываемых включений для беспрепятственной транспортировки пульпы по трубопроводам.
Степень разработанности темы
Изучением настоящей проблемы занимались многие ученые: В.М. Папин (1953), В.А. Бородзич (1956), С.П. Огородников (1962), В.П. Лахтин (1963),
Л.Г. Подвидз (1963), П.Г. Каменев (1964), П.П. Плетнев (1964), Х.Ш. Мустафин (1965), Н.П. Юфин (1974), Г.Е. Мускевич (1975), Д.В. Рощупкин (1975),
А.Н. Царевский (1985), В.Э. Фридман (1990), С.А. Тарасьянц (2006).
Работы по выявлению оптимальной, по экономическим соображениям, эксплуатации землесосного оборудования (как центробежного, так и струйного), практически отсутствуют.
В связи с вышеизложенным, проведение исследований, направленных на разработку грунтозаборных устройств, способных исключить недостатки существующих схем высокоэффективного забора наносов, беспрепятственной транспортировки пульпы по трубопроводам, возможности эксплуатации всего оборудования в оптимальных экономических условиях, является актуальным.
Цель работы: разработка и научное обоснование схем и методов расчета замлесосных установок, оборудованных струйными аппаратами и центробежными землесосами, позволяющими производить забор и транспортировку наносов в оптимальных эксплуатационных условиях.
Задачи исследований:
- провести анализ состояния известных схем очистки мелиоративных каналов и аванкамер насосных станций землесосными установками;
- по рекомендованным в литературе критическим скоростям транспортировки пульпы и величинам коэффициента транспортабельности, теоретически обосновать расчет диаметров рабочих колес и частоту вращения приводного двигателя центробежного землесоса ГруТ800-40, для назначения интервалов варьирования при проведении экспериментальных исследований;
- определить для полученных оптимальных расходов и напоров центробежного землесоса геометрические и гидравлические параметры струйного аппарата;
- провести испытания центробежного землесоса с целью определения оптимальных величин напора подачи и потребляемой мощности для теоретически рассчитанных диаметров колес и частоты вращения;
- экспериментально определить критическую скорость транспортировки пульпы и коэффициент транспортабельности для условий технического задания при очистке Дельтового канала;
- провести испытания струйного аппарата с гидравлическим рыхлителем грунта с целью определения оптимальных геометрических размеров и гидравлических параметров его элементов;
- провести совместные испытания струйного аппарата и центробежного землесоса по последовательной схеме;
- разработать технологический процесс производства работ по всем исследованным схемам;
- экономически обосновать предложенные расчетные величины элементов землесосных установок и схем производства работ земснаряда.
Научная новизна исследований. В работе научно обоснованы:
- методика расчета геометрических и гидравлических параметров центробежных землесосов для заданных величин напора и производительности по грунту;
- математические зависимости для определения оптимальных геометрических размеров и гидравлических параметров струйного аппарата для забора и транспортировки пульпы во всасывающие и напорные трубопроводы землесосного снаряда;
- технологический процесс эксплуатации землесосных снарядов при раздельной схеме струйным аппаратом и центробежным землесосом, а также при совместной последовательной схеме с установкой струйного аппарата на всасывающей линии центробежного землесоса.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты исследований по подбору диаметров рабочих колес центробежных землесосов для конкретных условий, по расчету струйных аппаратов для индивидуальной эксплуатации на земснарядах, по расчету совместной последовательной эксплуатации струйных аппаратов, установленных на всасывающей линии центробежных землесосов, дают возможность проводить расчеты землесосных установок, используемых при очистке мелиоративных каналов от наносов и сорной растительности. Согласно Госконтракта №090513/020984/44 ФГОУ ВПО «НГМА» с ФГУ «Минмелиоводхоз» Республики Дагестан от 10.06.2009 г. был изготовлен Цимлянским судомеханическим заводом по договору с ФГОУ ВПО «НГМА» № 60/06/09 от 26.06.2009 г. землесосный снаряд проекта Ц 480МС1 общей стоимостью 25074 тыс. руб. для очистки Дельтового канала с расходом 150180 м3/с, берущего свое начало из Каргалинского гидроузла на реке Терек (район г. Кизляр) и питающего Старотеречную, Новотеречную и Таловскую оросительные системы.
Методология и методы исследований построены на использовании анализа гидравлических расчетов гидротранспорта грунта в напорных трубопроводах землесосных установок и имеющихся зависимостей для расчетов струйных аппаратов с включением, коэффициента транспортабельности грунта, Y и оптимальных величин гидравлических параметров элементов струйного аппарата, полученных опытным путем. При проведении и обработке экспериментальных исследований использовались рекомендации
В.А. Вознесенского, Ю.П. Адлера, а также нормативная литература
ГОСТ 24026-80 «Исследовательские испытания», ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе», ГОСТ 6134-2007 «Насосы динамические» (Методы испытаний). Достоверность научных результатов обусловлена проведением натурных и лабораторных исследований с использованием ультразвукового расходомера, тарированных образцовых манометра и вакуумера. При определении частоты вращения использовался тахометр.
Положения, выносимые на защиту.
- методика расчета определения диаметров рабочих колес центробежных землесосов для забора и транспортировки наносов с плотностью rсм до 1,15 т/м3 для условий мелиоративных каналов Республики Дагестан с забором воды из реки Терек.
- математические зависимости для определения оптимальных геометрических размеров и гидравлических параметров струйного аппарата для забора и транспортировки пульпы по всасывающему и напорному трубопроводам землесосного снаряда;
- методика расчета совместной последовательной работы струйного аппарата и центробежного землесоса;
- технологический процесс эксплуатации землесосных снарядов как при раздельной схеме струйным аппаратом и центробежным землесосом, так и при совместной работе с установкой струйного аппарата на всасывающей линии центробежного землесоса.
Степень достоверности и апробация результатов подтверждается литературным анализом современного состояния очистки мелиоративных водоемов от наносов, объемом экспериментальных исследований, обработанных с использованием современных математических и статистических способов.
Основные положения диссертации были доложены и одобрены на конференциях молодых ученых и сотрудников ФГБНУ «РосНИИпМ» «Пути повышения эффективности орошаемого земледелия» (Новочеркасск, 2008 г.), на научно практических конференциях и семинарах ФГБОУ ВПО «НГМА» «Проблемы мелиорации и водного хозяйства» (Новочеркасск, 2009 г.), «Технологии и средства механизации в АПК» (Новочеркасск, 2009 г.), «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды» (2009– 2011 гг.), на международных научно-практических конференциях «Ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии в сельскохозяйственном производстве» (Шумаковские чтения совместно с заседаниями секции РАСХН, 2012 г.).
Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах общим объемом 9,01 п.л. (6,58 п.л. приходится на долю автора), в том числе в 3-х работах - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
