Диссертация (Повышение надежности эксплуатации насосных станций оросительных систем на основе совершенствования конструктивно – технологических параметров насосного оборудования)

НОВОЧЕРКАССКИЙ ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИА.К. КОРТУНОВА – ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГОБЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«Донской государственный аграрный университет»На правах рукописиПашков Павел ВикторовичПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯКОНСТРУКТИВНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСНОГООБОРУДОВАНИЯСпециальность: 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»Диссертацияна соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель –Тарасьянц Сергей Андреевич,доктор технических наук, профессорНовочеркасск2019 г.ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................

41. СОВРЕМЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕЛИОРАТИВНЫХНАСОСНЫХ СТАНЦИЙ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРИЙРАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВСАСЫВАЮЩИХЛИНИЙ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ............................................................. 91.1 Современные проблемы эксплуатации насосных станций мелиоративныхсистем………………………………………………………………………………....91.2 Кавитация и признаки кавитационных явлений .............................................. 141.3 Теория расчёта кавитационного запаса центробежных насосов....................

171.4 Теория расчёта кавитационного запаса осевых насосов ................................. 221.5 Теория расчета кавитационного запаса струйных насосов ............................ 242 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУЙНОГО УЗЛАПОВЫШЕНИЯ КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ИОСЕВЫХ НАСОСОВ ............................................................................................... 382.1 Экспериментальные исследования.................................................................... 382.2 Лабораторная установка ..................................................................................... 412.3 Измеряемые и определяемые величины ........................................................... 482.4 Определение оптимальных относительных гидравлических параметров игеометрических размеров кольцевого струйного аппарата ..................................

522.5 Опытная проверка результатов лабораторных исследований в натурныхусловиях с осевым насосом ...................................................................................... 662.5.1 Обоснование использования полученных оптимальных параметровв линии рециркуляции осевых насосов................................................................... 662.5.2 Испытание струйного аппарата на линии рециркуляции осевого насоса .. 673 РАСЧЁТ УВЕЛИЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСАЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСЕВЫХ НАСОСОВ ......................................................... 753.1 Расчёт увеличения кавитационного запаса центробежных насосов..............

753.2 Расчёт увеличения величины кавитационного запаса осевых насосов ......... 8233.2.1 Методика расчёта ............................................................................................. 834 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИНИИРЕЦИРКУЛЯЦИИ ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСЕВЫХ НАСОСОВ .............. 894.1 Технологический процесс эксплуатации центробежных насосовс линией рециркуляции............................................................................................. 894.1.1 Процесс пуска центробежных насосов в случае необходимостииспользования линии рециркуляции ....................................................................... 904.2 Технологический процесс эксплуатации осевых насосов с линиейрециркуляции .............................................................................................................

944.2.1 Процесс пуска и дальнейшей эксплуатации осевого насоса,оборудованного линией рециркуляции................................................................... 955 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯКАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСВЫХНАСОСОВ, ОБОРУДОВАННЫХ ЛИНИЕЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ........................ 995.1 Расчет эффективности использования насосных станций с линиейрециркуляции, оборудованной осевыми насосами.............................................. 1005.2 Расчет экономической эффективности от использованиянезаглублённых насосных станций с центробежными насосами,оборудованными линией рециркуляции ............................................................... 103ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................

108СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................... 111СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА ............................................. 123ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................................................................................

1264ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Анализ технического состояния всегомелиоративногокомплекса,проведенныйДепартаментоммелиорацииМинсельхоза России в 2014 году установил, что мелиоративные системы,водохранилища, насосные станции, водозаборы, каналы, трубопроводы и другиесооружения частично утратили работоспособность вследствие износа. Среднийпроцент износа крупных гидротехнических сооружений – 56%, средних – 34%.Впрактике эксплуатации оросительных систем с машинным водоподъемом, посостоянию на 01.01.2015 г.

в РФ насчитывалось 14775 насосных станции. ВСеверо-Кавказском регионе в федеральной собственности работало 404 станции собщей мощностью 534517 кВт. В зависимости от назначения насосные станции,как правило, оборудованы центробежными насосами, при необходимом напоре до120 м и подаче до 10 тыс. м /ч, и осевыми насосами при напоре до 25 м и подачедо 30 – 40 тыс. м /ч.

Отметки установки оси насоса относительно горизонта водыв водоисточнике зависят от допустимой вакуумметрической высоты всасывания кавитационного запаса, определяемого в заводских условиях. Для каждого типанасосногооборудованияприпроектныхколебанияхотметокводывводоисточнике насосы работают в оптимальных режимах с максимальным КПД.В случае, когда отметка горизонта водоисточника падает до критическихзначенийпопричинезаиленияводозаборныхсооружений,засорениясороудерживающих решеток, понижении уровня воды в водохранилище илиподводящих каналах наблюдаются перебои в подаче воды вплоть до полнойостановки насосной станции.

Проблема заиления водоподводящих сооружений иснижение отметок в водоисточниках характерно как для средней полосы РФ, таки для Северо-Кавказкого региона, где наблюдается высокое содержаниевзвешенных частиц в горных реках.В создавшихся условиях, когда процент износа гидромеханическогооборудования насосных станций доходит до 50% и выше, а процент заиленияводозаборныхсооруженийоказываетотрицательноевлияниенаработунасосного оборудования, проведение исследований направленных на повышение5надежности эксплуатации насосных станций оросительных систем путемсовершенствованияконструктивно-технологическихпараметровнасосногооборудования, является актуальной задачей не решённой, в достаточной степени,в настоящее время.Степень разработанности темы.

Проблемой повышения кавитационногозапаса центробежных насосов, с использованием струйного аппарата навсасывающей линии занимались многие учёные: П. Г. Каменев (1960), Х. Ш.Мустафин (1965), И.С. Пирсол (1975) Г. Е. Мускевич (1980), С.С. Руднев и А. Н.Царевский (1985), Б. Э. Фридман (1990),С. А. Тарасьянц (2005).Анализ литературных источников показал полное отсутствие исследованийв области конструктивно-технологических параметров элементов мелиоративныхнасосных станций, направленных на разработку устройств повышающихэффективность эксплуатации насосного оборудования для оросительных систем.Цельизадачисовершенствованиеисследований.Цельюисследованийконструктивно-технологическихпараметровявляетсянасосногооборудования при различных гидрологических характеристиках водозаборныхсооружений.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:− изучить современное техническое состояние мелиоративных насосныхстанции и провести анализ существующих теорий расчета гидравлическихпараметров всасывающих линий насосного оборудования;− получить, экспериментально эмпирические зависимости для расчётагеометрическихигидравлическихпараметровструйногоаппарата,установленного перед входом потока в насос;− обосновать методы расчёта струйного аппарата, работающего от энергиилинии рециркуляции для центробежных и осевых насосов;− разработать технологический процесс пуска и дальнейшей эксплуатациинасосных станций оборудованных линией рециркуляции;6− выполнить экономическое обоснование необходимости повышениякавитационного запаса насосного оборудования.Научная новизна.

Анализ расчета кавитационного запаса насосногооборудования, основанный на определении потерь напора во всасывающихлиниях и величины скоростного напора перед входом потока на рабочее колесо, атак же проведенные экспериментальные исследования и технологическиеиспытания позволили:− разработать методику расчета струйных аппаратов для центробежныхнасосов, позволяющую максимально возможно увеличить кавитационный запас;− получить эмпирические зависимости для расчета гидравлических игеометрических параметров элементов оборудования всасывающих линий сцелью повышения надежности эксплуатации насосных станций;− усовершенствовать технологический процесс эксплуатации насосногооборудования при использовании линии рециркуляции с целью повышениянадежности эксплуатации насосных станций.Методология и методы исследований.

Экспериментальные исследованияпроведены в лабораторных условиях на лабораторной установке для определениякавитационного запаса насосного оборудования и оптимальных гидравлических игеометрических параметров струйного аппарата новой конструкции и в натурныхусловиях на действующей насосной станции Новочеркасской ГРЭС. Припроведении экспериментальных исследований использовалось современноеизмерительноеоборудование,тарированныеманометры,ультразвуковыерасходомеры. При обработке экспериментальных лабораторных и натурныхисследований использовались методы математической статистики и теорияпланирования эксперимента. Испытания проводились в соответствие с ГОСТ24026-80 «Исследовательские испытания», ГОСТ 7.32-2017 «Отчет о научноисследовательской работе», ГОСТ 6134–2007 «Насосы динамические».7Объектом исследований являлось насосное оборудование мелиоративныхнасосных станций с линией рециркуляции и струйным аппаратом, установленнымна входе потока в рабочее колесо насоса.Положения, выносимые на защиту:− методика расчета струйных аппаратов, позволяющая максимальноувеличить кавитационный запас насосного оборудования;− эмпирические зависимости для расчета гидравлических и геометрическихпараметров элементов оборудования всасывающих линий насосных станций;− технологический процесс пуска и дальнейшей эксплуатации насосногооборудования с использованием линии рециркуляции и струйного аппарата.достоверности и апробация результатов.