Содержание к диссертации
Введение
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Проблема прочистки труб при эксплуатации канализационных сетей, применяемые способы прочистки . . 7
1.2. Конструктивные особенности и технические характеристики отечественных и зарубежных машин для прочистки канализационных сетей гидродинамическим способом
1.3. Гидродинамические рабочие органы машин для прочистки канализационных сетей 14
1.4. Анализ результатов ранее проводимых исследований и испытаний машин для прочистки канализационных
сетей 28
1.5. Цель и задачи исследований . . 35
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПРОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ ІВДРОДИНАМШЕСКИМ СПОСОБОМ
2.1. Системный анализ работы машины и гипотеза физической картины рабочего процесса 37
2.2. Приближенная физико-математическая модель рабочего процесса 49
2.3. Основные исходные требования к конструкции гидродинамических рабочих органов . . . ?8
2.4. Выводы 82
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1. Определение задач и обоснование методов экспериментальных исследований 84
3.2. Описание экспериментальной установки ......... 86
3.3. Методика экспериментальных исследований, планирование экспериментов 95
3.4. Результаты экспериментальной проверки математических моделей П6
3.5. Зависимость подъемной силы рабочих органов нового
типа от основных факторов 141
3.6. Зависимость средней начальной скорости движения
безнапорного многофазного потока по прочищаемой
трубе от основных факторов .... -^7
3.7. Анализ результатов исследований 160
4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА НОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И СПЕЦОБОРУДОВАНИЯ МАШИН ДІЯ ПРОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ ІЩРОДИНАМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
4.1. Описание конструкций и принципа действия гидродинамических рабочих органов нового типа 170
4.2. Методика инженерного расчета специального оборудования и рабочих органов машин для прочистки канализационных сетей гидродинамическим способом . . . 176
4.3. Рекомендации по выбору оптимальных режимов работы : машин в различных эксплуатационных условиях .... 182
4.4. Описание машин для прочистки канализационных сетей гидродинамическим способом, созданных с использованием результатов исследований, результаты технико-экономических исследований *85
ОБЩИЕ вывода 194
ЛИТЕРАТУРА 198
ПРИМЕНИВ 205
- Проблема прочистки труб при эксплуатации канализационных сетей, применяемые способы прочистки
- Системный анализ работы машины и гипотеза физической картины рабочего процесса
- Определение задач и обоснование методов экспериментальных исследований
- Описание конструкций и принципа действия гидродинамических рабочих органов нового типа
Проблема прочистки труб при эксплуатации канализационных сетей, применяемые способы прочистки
Сточные воды, поступающие в канализационную сеть, представляют собой полидисперсную систему с большим количеством нерастворимых примесей. По данным исследований Яковлева СВ., Федорова Н.Ф., Шигорина Г.Г., Колобанова С.К. /24,36,68,73,77/ количество нерастворимых примесей, содержащихся в городских сточных водах, составляет в среднем 0,065 кг на одного жителя в сутки. При непостоянстве гидравлического режима и малых уклонах, при случайном попадании в трубы предметов, не транспортируемых сточной водой, а также при других неблагоприятных условиях, снижающих скорость потока или прекращающих поступление сточных вод, нерастворимые примеси выпадают в трубах в виде осадка.
По данным проф.Н.Ф.Федорова, А.П.Вильвальда /68/ плотность выпадающего в трубах осадка в среднем 1,6-1,8 т/мЗ, . более 95$ объема отложений составляют минеральные вещества. Гранулометрический состав отложений /80/ Восточного района канализаций г.Ленинграда (Фрунзенский, Невский районы) представлен на рис.1.
Наличие осадка в трубах и его постоянное накопление приводит к уменьшению пропускной способности сети, засорению, а иногда и к полной закупорке труб, недопустимой в условиях современного города. Поэтому в настоящее время канализационные сети в зависимости от гидравлических условий на разных участках прочищаются от I до 5-6 раз в год.
Системный анализ работы машины и гипотеза физической картины рабочего процесса
Влияние технологических и конструктивных параметров машин на их технико-экономические показатели наиболее полно позволя-ет выявить метод системного анализа /33,34,35,36/ .
Прочистка канализационных сетей может быть рассмотрена как системный процесс, полная структура которого разделена на подсистемы, взаимосвязанные определенными функциональными связями. На рис.12 приведена схема системы машины гидродинамического действия для прочистки канализационных сетей. В структурной блок-схеме выделены вход, внутренняя структура и выход, характеризуемые своими параметрами.
Важнейшим комплексным объектом входа являются технологические и эксплуатационные условия, складыващиеся под влиянием ряда объективных и субъективных факторов. Диаметр трубопроводов., их уклон, расстояние между колодцами, глубина заложения, материал трубопроводов, и т.п. зависят не только от рельефа местности, в которой расположен населенный пункт, географического местоположения, демографических факторов, но и от исторически сложившихся условий, народно-хозяйственных возможностей, строительных норм и правил. Процесс образования и накопления отложений, их свойства, периодичность прочистки зависят, кроме всех перечисленных факторов, также от требований действувдих правил эксплуатации водопровода и канализацииі/ІЗ/,, от конкретной постановки работы в эксплуатационных районах или участках, от требований местных санитарно-эпидемиологических служб.
Таким образом, полная система в функциях входа имеет сложный, открытый, нестабильный характер, обусловленный совокупностью естественных и созданных человеком объектов, свойств и связей, состоящих, в свою очередь, из множества подсистем.
Во внутренней структуре как центральной совокупности объектов системы, обеспечивающих выполнение процесса прочистки и связанных со всеми остальными элементами, выделяется четыре объекта: базовое шасси, системы управления, привода и вспомогательного оборудования; параметры специального рабочего оборудования машины, обслуживающий персонал.
Определение задач и обоснование методов экспериментальных исследований
Основные направления исследований были сформулированы в 1.5., однако, с учетом результатов теоретического анализа здесь необходимо более подробно определить цели и задачи экспериментальных исследований.
Предложенные во второй главе для математического описания рабочего процесса известные зависимости гидродинамики могли быть использованы только после уточнения принятых допущений и экспериментальной проверки, поэтому необходимо было последовательно решить следующие задачи:
определить коэффициенты расхода и тяговые усилия рабочих органов "парящего" типа и других групп, определить потери напора в рукавах высокого давления;
определить значения сил трения при движении рабочих органов и рукавов высокого давления разных типов;
установить зависимость подъемной силы рабочих органов "парящего" типа от основных факторов;
определить среднюю скорость многофазного безнапорного потока, образующегося после размыва осадка (см.рис.ІЗ, сечение 17), ее зависимость от основных факторов для сравнения и проверки эффективности рабочих органов "парящего" типа , для выбора оптимальных режимов работы машин в различных эксплуатационных условиях.
Проведение экспериментальных исследований в реальных условиях эксплуатации машин для прочистки канализационных сетей вызывает значительные затруднения по следущим причинам:, объекты исследования находятся под землей, на глубине нескольких метров; при работе машины спуск в колодцы для наблюдений невозможен; нежелательны даже кратковременные спуски в колодцы перед прочисткой или после нее по санитарно-гигиеническим соображениям и в связи с повышенной опасностью для жизни; затруднительно, либо совсем невозможно размещение измерительного и другого оборудования и аппаратуры. Поэтому было принято решение проводить экспериментальные исследования на специальной установке, позволявшей моделировать условия работы машины. Причем, экспериментальная установка должна быть изготовлена в натуральную величину с использованием комплектующих машин и реальных объектов исследований, вследствие сложности и своеобразия изучаемого процесса, возможного снижения достоверности результатов и технических трудностей, которые возникают при изменении масштаба в данном случае.
Применение в экспериментах натурального осадка для заиливания трубопроводов недопустимо с точки зрения санитарии, усложнит проведение экспериментов организационно и технически. Следовательно, необходимо было использовать в экспериментах на установке модель отложений,по свойствам близкую к натуральному осадку. В данном случае решающими при создании модели должны быть физические свойства: плотность fQC средневзвешенная гидравлическая крупность частиц 00с , коэффициент пористости
class4 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА НОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И СПЕЦОБОРУДОВАНИЯ МАШИН ДІЯ ПРОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ ІЩРОДИНАМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ link4
Описание конструкций и принципа действия гидродинамических рабочих органов нового типа
На основе исходных требований, сформулированных в главе 2, автором был сконструирован новый гидродинамический рабочий орган, защищенный авторским свидетельством 797806.
На рис.22,23 и 48 этот рабочий орган показан в трубах разного диаметра и при разном рабочем давлении. Конструктивно рабочий орган выполнен из жвух частей - опорной и сопловой. Обе части связаны поворотным соединением, что обеспечивает их относительный поворот вокруг оси, перпендикулярной оси рукава, рукав связан с опорной частью рабочего органа с возможностью подачи воды в сопловую часть.
Для создания начального утла наклона сопловой части, а также для снижения сопротивления при движении рабочего органа по прочищаемой трубе опорная часть выполнена в виде каретки, образованной парой роликов, к полой оси которых посредине подведен рукав высокого давления, а с двух сторон от него присоединены с помощью поворотных соединений сопловые части.
В начальном положении сопловая часть под действием силы веса располагается под утлом к поверхности отложений за счет подъема на роликах оси поворота сопловой части над отложениями. Вода по рукаву под давлением поступает в полую ось, затем через поворотное соединение в сопловую часть,и из сопел струями направляется вниз на отложения.
Сила реакции струй за счет их наклона в одну сторону имеет вертикальную составляющую, под действием которой рабочий орган поднимается над поверхностью отложений, и, в зависимости от ряда условий либо движется по верхней части трубы, либо парит на определенной высоте над поверхностью осадка (рис.48 ).
Максимальный угол поворота сопловой части относительно опорной задается ограничителями поворота с целью обеспечения необходимого соотношения горизонтальной и вертикальной составляющих реактивной силы. Рабочий орган подсоединяется к рукаву высокого давления поворотным соединением и в случае переворачивания рабочего органа при движении его по трубе сопловые части под действием силы веса вновь опускаются вниз, поворачиваясь вокруг оси и процесс размыва не прекращается.
Следующий рабочий орган разработан автором также на основе требований, изложенных в 2.3, и имеет конструкцию, защищенную а.с.1011803. Рабочий орган состоит из корпуса (рис. 49,50), вокруг которого установлено кольцо 2, торцевой поверхностью прилегающее к торцевой поверхности входной части 3. Центры сопловых отверстий 4 расположены на окружности, концентричной входному отверстию 5. Кольцо 2 установлено в корпусе I с возможностью перемещения под действием силы тяжести относительно торцевой поверхности входной части 3, которая перпендикулярна продольной оси входного отверстия 5. В сопловые отверстия 4 входной части 3 на резьбе установлены сопла 6.
