Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Автоматизация насосных станций закрытых оросительных систем с применением труб Вентури

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Автоматизация насосных станций закрытых оросительных систем с применением труб Вентури"

ГОСАГРОПРОМ СССР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 626.83

БАЙРАМУКОВ Аубекир Махмутович

АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ЗАКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРУБ ВЕНТУРИ

Специальность 06.01.02 — мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степеми кандидата технических наук

МОСКВА 1988

Работа выполнена на кафедре «Насосы и насосные станции» Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В. Ф. Чебаевский

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Я. В. Бочкарев, кандидат технических наук, доцент С. П. Ильин

Ведущая организация: ВНПО «Радуга»

Защита диссертации состоится 1989 г. в

часов на заседании специализированного совета К 120.16.02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19, МГМИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского гидромелиоративного института.

/X

Автореферат разослан « ' ^ ^1989 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Т. И. Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1985...1990 годы и на период до 2000 года", принятых ХХУП съездом КПСС, немечено: "Разработать и осуществить меры по ускорению перехода на водосберегающие технологии орошения. Внедрять автоматизированные системы производства, в первую очередь, в управление оборудованием и технологическими процессами".

За последние годы в нашей стране широкое распространение получил полив с использованием закрытых оросительных систем (ЗОС). Строительство их имеет большую перспективу, поскольку они реализуют водосберегающую технологию полива, обладают высокой производительностью и поддаются полной автоматизации.

Необходимым условием успешной автоматизации ЗОС является автоматизация работы насосных станций (НС). Однако, абсолютное большинство существующих в стране НС ЗОС, число которых достигает несколько тысяч штук, эксплуатируется в "ручном" режиме управления. При этом в них постоянно присутствует обслуживанций персонал, а оборудование, предназначенное для автоматизации технологического процесса не используется.

Анализ литературных источников и практика эксплуатации НС ЗОС показывает, что одними из основных причин низкой эффективности автоматизации последних являются сложность и недостаточное совершенство применяемой технологической схемы, недостаточный уровень квалификации обслуживающего персонала и неавтоматизиро-ванность процесса заполнения закрытой оросительной сети водой.

Указанные обстоятельства и определяют актуальность исследования и разработки сравнительно простых новых технологических схем автоматизации НС ЗОС, обеспечивающих автоматизацию всех ре-

жимов работы последних. Именно эти* вопросам и посвящена настоящая работа. Поэтому она своевременна и актуальна.

Целью работы являлось получение необходимого научного и экспериментального задела, позволяющего применять трубы Вентури (ТВ) для усиления сигналов управления и регулирования подачи на автоматизированных НС ЗОС и усовершенствование технологических схем последних.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Дано обоснование и экспериментально подтверждено, что ТВ »ожно применять на автоматизированных НС ЗОС для усиления сигналов управления и регулирования подач, насосных установок (НУ);

2. На крупномасштабных моделях ТВ с дискретно переменными углами раскрытия диффузоров получен профиль, который при сравнительно малых длинах обеспечивает их коэффициенты сопротивления

4' - 0,11 ...0,13 и расхода /•/ = 0,9?...0,99.

3. Предложено-ТВ устанавливать во внутреннюю полость напорного патрубка насоса - в диффузор. Такое решение, как показали исследования, позволяет снизить гидравлические потери по сравнению с вариантом установки ТВ в напорном трубопроводе НУ.

4. Разработана методика расчета диаметров горловых сочзний ТВ, используемых для у.?нл-?;::;л сигналов управления работой насосных агрегатов (НА). Методике, лозволпет определять таккэ параметры настройки управлл.адих датчиков давления, подсоединенных к горловым сечения»* ТВ.

5. Экспериментальным путем выявлено, что при отключении насосов НС ь горловом сечении ТВ, установленной непосредственно после насоса, амплитуды возникающих колебаний давления значительно меньше, че<» в коллекторной части напорных трубопроводов.

Это позволит во многих случаях упростить электрическую схему системы г.ъ?0"а:из1лци1; НС за счет исключения из нее реле вцдерк--

ick времени.

6. Предложен ряд новых технологических схе»' автоматизации HC ЗОС на основе применения ТВ и управляющих датчиков давления.

Практическая ценность работы. Реализация результатов работы позволит без существенных материальных затрат увеличить число действующих автоматизированных НС ЗОС, сократить численность обслуживающего персонала, снизить потери поливной воды и потребление электроэнергии. Разработанная методика и рекомендации могут быть использованы при реализации предложенных технологических схем автоматизации на действующих и проектируемых НС ЗОС.

Реализация результатов работы. Одна из рекомендуемых технологических схем автоматизации внедрена на НС ЗОС колхоза "Большевик" Петровского района Ставропольского крал. Она прошла успешную проверку в течение 8 суток в 1986 году. На внедрение других предложенных технологических схем автоматизации на НС ЗОС колхозов: 'гмени Сараева, "Заветы Ильича" и "Колос" Ставропольской ороситель-но-обводнительной системе передана техническая документация.

Апробация работы. Разработка экспонировалась в 1988 г. на ВДЖ СССР и отмечена серебрян-ой медалью. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на четырех научно-технических конференциях МГЖ (1984...1987 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, составлен и зарегистрирован во ВНТИЦентре I научно-технический отчет, получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (114 наименований) и б приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка, 6 таблиц и 8 фотографий. Общий объем диссертации составляет 208 страниц.

На защиту выносятся: результаты лабораторных исследований гидравлических характеристик 9 образцов ТВ с дискретно переменными углами раскрытия диффузоров, установленных как в диффузоре насоса, так и в напорном трубопроводе НУ; разработанная методи-• ка расчёта диаметров горловых сечений некавитирующих ТВ, используемых для усиления сигналов управления работой НА станций ЗОС, и параметров настройки управляющих датчиков давления, подсоединённых к горловому сечению ТВ; результаты натурных исследований технологической схемы автоматизации НС ЗОС, основанной на использовании датчиков давления и ТВ; технологические схемы автоматизации НС ЗОС на основе датчиков давления и ТВ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе, на основе анализа имеющейся литературы, рассмотрены способы регулирования подач НС ЗОС. дан обзор существующих принципов автоматизации НС ЗОС и рассмотрены их достоинства и недостатки. Сделан анализ причин низкой эффективности автоматизации НС ЗОС и предложений по её повышению. Сформулированы предложения по одному из наиболее перспективных, с точки зрения автора, направлений работ, которое основано на использовании датчиков давления и ТВ. Рассмотрено состояние вопроса использования кави-тирующих и некавитирующих ТВ в комплекте с датчиками давления для автоматизации НС ЗОС /кавитиругощие ТВ являются регуляторами подач НУ, некавитирующие - усилителями сигналов управления работой НА/. Намечены задачи и этапы исследований.

Повышению эффективности автоматизации НС ЗОС в настоящее время уделяется большое внимание. Работы по данному вопросу ведутся во ВНПО "Радуга", ВНИИКамелиорация, ВСМО "Союзводсистем-автоматика", ВО "Союзводпроект", УкрНИИГиМе, Укргипроводхозе,

Росгипроводхозе, Союзгипроводхозе, институте автоматики Минпри-бора СССР, Ленгипроводхозе, концерне "СИГМА" (ЧССР) и других научно-исследовательских, проектных и учебных институтах, а также в зарубежных организациях.

Анализ имеющейся литературы покалывает, что одной из наиболее простых и надежных технологических схем автоматизации НС 30С является схема, включающая кавитирущие и некавитирущие ТВ и датчики давления, подсоединенные к их горловым сечениям (см. рис. I). Она обеспечивает автоматизацию всех основных режимов работы НС ЗОС, в том числе и процесса заполнения закрытой оросительной сети водой.

I - основной НА; 2 - бустерный НА; 3 - ТВ; 4 - датчик давления; 5 - обратный клапан; б - ручная задвижка; 7 - напорный трубопровод НС.

На рис. 2 представлены графики, по которым можно судить о принципе действия ТВ, установленных в напорных коммуникациях за насосами. Давление в горловом сечении ТВ (см. рис. 2а) на участке между кривыми I и 2 зависит от расхода, который изменяется в соответствии с изменением "противодавления" за ТВ. На участке между кривыми 2 и 4 давление в горловом сечении ТВ постоянно и равно давлению насыщенных паров жидкости Рпар При этом расход жидкости через ТВ не зависит уже от изменения "противодавления" за ТВ. На рис. 26 и 2в показаны характеристики НУ, работающих совместно с ТВ, а также изменение манометрических напоров в их горловых сечениях в зависимости от изменения подачи насоса.

Рис. 2. Работа НУ с кавитирунцей и некавитирущей ТВ на напорной магистрали

На) - гр&етц; изменения статического давления вдоль некаьитйруюцей ТВ; 2,3,4(а) - то же, вдоль кавитирунцей ТЗ при различных уровнях "противодавления" за участком ее установки (при различной интенсивности кавитации в ТВ); 1(6,в) - напорная характеристика НУ без ТВ; 2 (б,в) - то же, соответственно, с кавитирущей и некавитирущей ТВ; 3 (б,в) - графики изменения манометрического напора в горловых сечениях, соответственно, кавити-руюцей и некавитирутацей ТВ; 4(в) - то же, в напорном трубопроводе насосной установки без ТВ.

Кавитирукхцие ТВ устанавливаются на напорных магистралях бустерных НУ перед обратными клапанами. Их работа в режиме кавитации достигается за счет преобразования в них статического давления, превышающего давление насыщенных паров жидкости, в скоростной напор. Кавитация в ТВ исключает повышение подачи бустерных

*

насосов сверх максимально допустимого значения й (см.рис.26). При этом в соответствии с требуемым расходом подбирается диаметр горлового сечения ТВ, Это обеспечивает автоматизацию процесса заполнения закрытой оросительной сети водой без применения каких-либо дополнительных регулирующих устройств и средств автоматики, а работу бустерных НА, без перегрузок и кавитационных срывов, соответственно, их электродвигателей и насосов.

Некавитирующая ТВ устанавливается на напорной магистрали одной из основных НУ перед обратным клапаном. Сужение потока в ней способствует увеличению крутизны и диапазона изменения манометрического напора ЛИ при заданном диапазоне изменения подачи основного насоса Ай (как видно из рис. 2в, Это позволяет обеспечить, относительно высокую точность косвенного контроля подачи НС "по давлению" даже при слабой крутизне напорных характеристик насосов< Кроме того, расширение диапазона изменения контролируемого давления благоприятно сказывается на работе системы автоматики, так как нетехнологические изменения напора НУ связанные с колебаниями уровня воды в источнике и другими причинами становятся менее ощутимыми.

. В имеющейся литературе по вопросу использования ТВ в комп- ' лекте с датчиками давления для автоматизации насосньтх станций ЗОС раскрываются, в основном, сама технологическая схема и принципы работы НУ с кавитирующей и некавитирующей ТВ на напорных магистралях. Приведенные в ней гидравлические характеристики ТВ

были получены на мелкомасштабных моделях при степенях сужения, характерных только для кавитируххцих образцов /Щ /. Поэтому в задачи данной работы входило, практически, решение всего круга вопросов, касающихся реализации исследуемой технологической схемы, а именно:

обосновать и проверить б лабораторных и натурных условиях возможность использования ТВ для усиления сигналов управления и регулирования подачи на автоматизированных НС ЗОС;

получить гидравлические характеристики ТВ с дискретно переменными углами раскрытия диффузоров на крупномасштабных моделях;

разработать для НС ЗОС методику расчета диаметров горловых сечений некативирущих ТВ и параметров настройки управляющих датчиков давления, подсоединяемых к их горловым участкам;

дать сравнительную оценку условий работы датчиков давления, подсоединенных к горловому сечению ТВ, установленной непосредственно после насоса, и к различны»» участкам коллекторной части напорных трубопроводов НС;

изучить и опробовать в производственных'условиях работу технологической схемы автоматизации НС.ЗОС, основанной на использовании датчиков давления и ТВ, в целях проверки эксплуатационных показателей и и.зыскания путей ее дальнейшего усовершенствования;

проанализировать вопросы эксплуатации НС ЗОС, автоматизированных о использованием датчиков давления и ТВ.

Во второй главе приведена схема и описание лабораторной установки для исследования гидравлических характеристик ТВ. Изложена методика проведения исследований. Дано описание средств измерения и оценка погрешностей измерений. Представлены резуль-

таты лабораторных исследований ТВ.

Исследования гидравлических характеристик ТВ проводились в лаборатории кафедры "Насосы и насосные станции" МШИ на установке с центробежным насосом Д200-95 при П « 1450 об/мин.

На основе лабораторных исследований были определены коэффициенты сопротивления. | и расхода кавитирущих и некавитирую-щих ТВ, установленных как за напорным патрубком насоса, так и в его диффузоре. Эти коэффициенты и .являются гидравлическими характеристиками ТВ. Чем ниже коэффициент и чем выше коэффициент^уз/, тем совершенней профиль ТВ в гидравлическом отношении.

Для ТВ, установленных в напорном трубопроводе НУ использовались формулы:

$ » (Ннан£х.-Нтн.&х.) /иг1/и£ (I)

к

- &/шг^1-д-(Н*он.и. -Нт.г.)/\1-Шг/шн)г .(2)

а для ТВ, установленных з диффузоре насоса -

(3)

и '-_;_'

/ «й/сог]1гр (Нпан.гл. /иЛ.ь. | , (4)

где Нкй::к(.,Нп<ш.1>%и.,Нао.н.г. н //мшгл. - напоры, соответствующие манометрическим давлениям, соответственно, во входном, выходном и горловом сечениях ТВ и во входной.части диффгузора насоса, м;

1ГГ~ скорость воды в горловом сечении ТВ, м/сек;

¡X - подача насоса, м3/'сек;

#гд и//^-соответственно, напоры воды в горловой части диффузора насоса и б напорном трубопроводе НУ за выходным сечением ТВ, м;

сиг,соняо^Т площади поперечных .сечений, соответственно,горлового (цилиндрического) участка ТВ, напорного трубопровода и входной части диффузора насоса, 1/.2;

йНтр - потери напора между выходным сечением насоса и контрольным сечением в напорном трубопроводе НУ, где установлен манометр,м.

Для анализа сравнительной эффективности двух вариантов установки ТВ были сняты напорные характеристики насоса Д200-95 без ТВ и с ТВ, установленной в одном случае в напорном трубопроводе насоса, в другом - б диффузоре последнего. При этом заыер давления при всех опытах осуществлялся в одной точке напорного трубопровода НУ, достаточно удаленной от напорного патрубка насоса, чтобы на этом участке можно было устанавливать либо ТВ, либо отрезок трубопровода. Вторые и третьи ступени раскрытия диффузоров как кавитируицих, так и некавитирунцих ТВ были общими для обоих вариантов их установки.

Исследования крупномасштабных образцов ТВ, установленных в напорном трубопроводе НУ, показали, что при геометрических параметрах профиля их внутренних поверхностей (см.рис. 3) : <1&х. 25°; (г г. (0,2...0,8)ч&<4 = 4°; ¿¡, - 8°; ¿3 » 16°; ¿1 « 3-</Р ; /г н (3.. .10) (¿г они имеют коэффициенты сопротивления О,II...О,13 и расхода у/ » 0,97...0,99.

При установке ТВ в диффузор насоса их коэффициенты сопротивления несколько возросли ( ^ = 0,14...О,15), а коэффициенты расхода уменьшились ( » 0,96,..0,98). Это объясняется влиянием процессов в насосе на ¿слоь.'М входа потока в ТВ. Шесте с тем, выявилось, что при установке ТВ б диффузоре насоса снижение напора последнего на расчетных режимах (¿2= 24...£6 л/с) приблизительно в 2...3 раза меньше, чем при установке их в напорном трубопроводе после насоса. Снижение напора насоса при установке в его диффузор некавитирущих образцов составляло примерно 1% от исходного напора (см.рис. 4). Это объясняется исключением потерь напора в диффузоре насоса при установке внутри него ТВ.

Рис. 3. Профиль внутренних поверхностей исследованных ТВ

Рис

Результаты экспериментальных исследопп-ний сопоставлялись с расчетными данными, полученными по специально составленной методике определения различных напорных параметров НУ. Одновременно с этим апробировалась и сама методика. Результаты сопостап-ления показали, что различные напорные параметры НУ, в том .числе и манометрические напоры в горлозых сечениях ТВ, полученные расчетами, хорошо согласовываются с данными эксперимен-12 Ü/t/c тов для обоих вариантов установки' ТВ.

4. Напорные характеристики НУ

с насосом Д200-95 ( я =1450 об/мин) и зависимости £

И - без ТВ;^ и % - для случая

установки ТЗ в диффузоре насоса;

^ и Н - для случая установки

ТВ в напорно" трубопроводе НУ.

В третьей главе изложены общие предпосылки, исходные данные и алгоритмы методики расчета диаметра горлового сечения некави-тируицей ТВ, установленной на напорной магистрали одного из параллельно работающих на общий напорный трубопровод основных насосов. 'Методика позволяет также определять параметры настройки управляющих датчиков давления, подсоединенных к горловому сечению ТВ. При этом предусматриваются два расчетных случая.

Первый из них охватывает ЗОС, характеризующиеся сравнительно небольшими разбросами планово-высотного расположения гидрантов и расходов дождевальных машин (ДМ), для которых количество последних, одновременно обслуживаемых заданным числом насосов, может быть установлено однозначно. При этом рабочие точки при различных сочетаниях функционирующих ДМ и насосов будут распологаться на определенных отрезках напорных характеристик НС, названных авторов рабочими. " .

;1с1сматизация"по давлению" процессов включения и выключения НА, обслуживающих такие ЗОС, согласно предлагаемой методике, осуществляется по сигналам, которые подаются в режимах работы насосов, соответствующих отрезкам напорных характеристик НС, соединяющим два последовательно расположенные рабочие отрезку.

Второй расчетный случай охватывает ЗОС, характеризующиеся значительными разброса.'.®- гш-лово-высотного расположения и расходов ДМ, для которых количество последних, обслуживавших одновременно заданным числом насосов не определяется однозначно. При этом рабочие точки насосов и ДМ могут распологаться во всем диапазоне изменения напоров и подач НС.

Для автоматизации управления "по давлению " работой НА, обслуживающих такие ЭОС, согласно предлагаемой методике, устанавливается рабочий диапазон изменения напоров НС Ш^тл иакси-

13

Вкл. -¿.'А'Л.

мально допустимые отклонения йНтах 11 ЛНПах напоров НС от этого диапазона, при которых должны осуществляться включение и выключение НА.

Диаметр горлового сечения ТВ вычисляется по формуле:

йт = 0,555 ■ ^¡(0* -й\ ) /ВНра«. (5)

где йг И Оц - граничные значения диапазона изменения подачи НУ с ТВ на магистрали, соответствущего режиму включения (выключения) НА, м3/с;

ЗНрасч. - составляющая требуемого диапазона изменения манометрического напора ¿7/ на участке контроля давления в диапазоне изменения подачи НУ с ТВ на магистрали Ш =* , которую

необходимо получить за счет сужения потока в ТВ, д//расч=8Н-&Н ,м;

АН - диапазон'изменения напора НУ с ТВ на магистрали, соответствующий Ш , м.

Значения Оц , (11 и Шраеч. расчитываются с учетом режимов совместной работы насосов и ДМ, места установки ТВ и ее гидравлических характеристик, потерь напора во всасывамцих и напорных магистралях НУ. Кроме того, методика учитывает колебания уровней воды в источнике, наличие утечек воды из ЗОС, точность подачи сигналов датчиками давления, число работающих насосов и их энер- ' гетичеекие характеристики, а также количество и гидравлические характеристики обслуяивае:,их ими ДМ.

Режимы совместной работы того или иного числа насосов и ДМ при отсутствии на гидрантах последних регуляторов давления определяются в результате совместного решения уравнений свободных напоров на гидрантах с суммарной гидравлической характеристикой работающих ДМ с учетом утечек воды из сети.

Для наиболее благоприятного сочетания работающих ДМ, урап-

нение свободных напоров на гидрантах можно представить в следующем виде:

На»*. .(б)

а для наиболее неблагоприятного сочетания работающих ДМ -на.тш. 'Ь-Сг^-^-вс-^*^*^ • (¡с (V)

Суммарная гидравлическая характеристика работающих ДМ с учетом утечек воды из сети через неплотности соединений может быть представлена в следующем виде:

Не */№Г)1]-ае (8)

Б уравнениях (6), (?), и (8) имеют место следующие обозначения:

Съ - соответственно, коэффициенты аппроксимации напорно!'. характеристики насоса, верхней и нижней границ поля потребных напоров на преодоление гидраьлических сопротивлений в трубопроводах закрытой оросительной сети и подъем воды к гидрантам;

71 - число работающих насосов;

2*.- количество ДМ, обслуживаемых заданным числом насосоБ п. ; соответственно, коэффициент;;, учитывающие потери напора во всасывающих к напорных коммуникациях НУ до начального участка напорного трубопровода КС, и ТВ и б диффузоре насоса; при ус-тановке ТВ в напорном трубопроводе НУ Я$ * 0:

гидравлическая характеристика ¿' -ой ДМ ( И1 -Нлп-УИлт );

Или- рабочий напор на гидрантах I -ой ДМ, м;

йм- расход ¿-ой ДМ при напоре на ее гидранте Н^щ , л/с; коэффициент утечек воды из закрытой оросительной сети ( Кут- =Нср !*./йцт. ) ;

Нс/>.аз,- средневзвешенный напор НС, м;

Оут- расход утечек воды из сети, соответствующий НСр, л/с;

Если на гидрантах ДМ имеются регуляторы давления, точки совместной работы того или иного сочетания насосов и ДМ, при свободных капорах на гидрантах последних, соответствующих рабочему и превышающих его, определяются как сумма расходов утечек воды из ЗОС и рабочего расхода заданного сочетания функционирующих ДМ, а при свободных напорах на гидрантах ДМ, меньших чем рабочий -также, как при отсутствии на них регуляторов давления.

Режимы включения и выключения НА определяются из условия исключения перегрузки электродвигателей НА и -кавитациснного , срыва работы насосов, а также обеспечения работы НА с высоким КОД и требуе»их свободных напоров на гидрантах ДМ.

Манометрические напоры в горловом сечении ТВ ^ман.г. расчиты-заются по формуле:

Ином.т.'А -М-^Мч-МЛ-О'-к (9)

где, 3 - подача НУ, на магистрали которой установлена ТВ,л/с;

Д* - коэффициент, учитывающий потери напора во всасывающих и напорных коммуникациях НУ, расположенных до участка установки ТВ;

Лр - коэффициент, учитывающий потери напора в конфузоре ТВ и "поднатие" струи в последней.

С помощью предложенной методики можно решать и такие задали, как сравнительная оценка вариантов установки ТВ, определение оптимального режима работы НС и подачи последней при заданных сочетаниях работающих насосов и ДМ.

В четвертой глазе даны характеристики объектов и методика проведения натурных исследований, описание измерительной и регистрирующей аппаратуры, а также оценка погрешностей и'^-ероний. Изложены результаты натурных исследований и проведен их анализ.

В качестве первого объекта натурных исследований была принята блочно-комплектная насосная станция (БКНС), обслуживающая одновременно 6 ДМ типа "Фрегат" из 13-ти наличных в ЗОС колхоза имени Сараева Петровского района Ставропольского края. Станция укомплектована четырьмя основными насосами типа 250 fl KD -570-45 и двумя бустерными - типа 150 CYE 350-23/3 производства ЧССР.

Для проведения исследований на напорных магистралях бустер-ных и одного из основных насосов были смонтированы ТВ согласно схеме, приведенной на рис. I. К напорному коллектору НС, к напорному трубопроводу основной НУ, в которой установлена ТВ и к горловому сечению некаьитируюсцей ТВ были подсоединены безынерционные датчики давления типа МД-15 КС, МД-15 ТС, Щ-25 КС. Выходы датчиков были подключены к осциллографу типа Н-700, с помощью которого осуществлялась запись переходных процессов на участках контроля давления.

В задачу исследований переходных процессов ь НС входила сравнительная оценка условий работы датчиков давления, управляющих автоматикой, при подсоединении их к упомянутым участкам напорных коммуникаций.

Запись переходных процессов в НС осуществлялась для случаев одновременного отключения параллельно работающих НА, ксторыг- могут иметь место при аварийных отключениях электроэнергии или при порыве трубопроводной сети, к для случаев отключения (или включения) одного из нескольких параллельно работающих НА.

Величины давлений при максимальных с^'плитудах значительно превышающие рабочее, были зафиксированы ь напорном коллекторе НС и в напорном трубопроводе НУ за обратным клапаном в случае одновременного отключения трех параллельно работающих НА, т.е. в случае имитации аварийного отключения станции при ее работе в номи-

нальном режиме (четвертый НА используется в качестве резервного). Их значения составляли, соответственно, 1,45 и 1,58 МПа при средних стационарных давлениях 1,0 и 1,02 МПа, а максимально возможное число нетехнологических замыканий и размыканий контактов датчиков управления - соответственно, б и 7 при продолжительности переходных процессов 19,6 и 24,2 сек.

Исследования переходных процессов в НС, возникающих при технологических отключениях одного из работающих НА, показали также, что в горловом сечении ТВ амплитуды колебаний давления значительно меньше, чем в коллекторной части напорных трубопроводов.

При этом в горловом сечении ТВ возможность нетехнологических замыканий и размыканий контактов датчиков управления не имела место.

Изложенные результаты натурных исследований свидетельствуют о том, что подсоединение датчиков давления, управляющих автоматикой, к горловому сечению ТВ, установленной непосредственно после насоса, обусловливает надежную работу системы автоматизации НС, снижает вероятность подачи в нее ложных сигналов и дает возможность во многих случаях исключить реле выдержки времени из ее электрической схемы или сократить их число.

Одной из задач натурных исследований являлось проведение испытаний работы системы автоматизации НС по технологической схеме, основанной на использовании кавитирукхдих и некавитиругацих ТВ и датчиков давления (электроконтактных манометров и датчика давления с реостатным преобразователем выходного сигнала), подсоединенных к горловому сечению некавитирующей ТВ.

Проверка принципа автоматизации процесса заполнения закрытой оросительной сети водой, основанного ка использовании эффек-

та кавитации, осуществлялось как на бустерных НУ с кавитирупцими ТВ, так и на основной НУ с некавитируюцей ТВ, при работе последней в режиме кавитации на повышенных подачах.

Результаты испытаний показали, что кавитация в ТВ, установленных на напорных магистралях НУ, обеспечивает возможность пуска последних на "обратный клапан" при отсутствии противодавления и надежную автоматизацию процесса заполнения сети водой. При этом заполнение закрытой оросительной сети двумя бустерными НУ осуществлялось в среднем в течение I часа 10 минут, а основной НУ - е течение 30 минут. Испытания проводились неоднократно. После 5-ти часовой работы бустерных НУ в режиме заполнения сети, при котором имела место кавитация в ТВ, не было обнаружено каких-либо повреждений на внутренних поверхностях последних, а также не зарегистрированы перегрузки и кавитационные срывы, соответственно, их электродвигателей и насосов.

Испытания работы технологической схемы автоматизации процесса управления основными НА от датчиков давления, подсоединенных к горловому сечению некавитируюцей ТВ проводились на НС в колхозе "Большевик" того же района, имеющей аналогичное гидромеханическое оборудование. При этом НУ находились "под заливом", что не требовало их предварительного вакуум-ирования. Б отличие от БКНС в колхозе имени Сараева, станция в колхозе "Большевик" имеет 5 основных рабочих НА и одновременно обеспечивает нормальную работу 13 ДМ типа "Фрегат".

Испытания проводились при двух вариантах настройки датчиков:

1) по принципу контроля двух уровней давления, определяющих максимальную и минимальную границы рабочего диапазона изменения напоров НС &Нра5. .

2) по принципу ступенчатого контроля давления, при котором настроечные давления датчиков включения НА задавались в убываю-

щем порядке с возрастанием порядка их включения, а давления настройки датчиков выключения НА - в порядке возрастания с возрастанием порядка включения НА.

При настройке датчиков по первому принципу для предотвращения одновременного включения всех НА, предусматривалась регулировка порядка включения НА с помощью реле вццержки времени. При втором варианте настройки датчиков ввдержка времени перед подачей сигналов не предусматривалась.

Испытания проводились в течение 8 суток. Они показали работоспособность предложенной технологической схемы автоматизации и высокую ее надежность, а также эффективность принципа ступенчатой настройки датчиков - во время всего испытательного периода не было зарегистрировано пи одного отказа.

В пятой главе приведены рекомендуемые технологические схемы автоматизации, рассмотрены особенности их расчета, достоинства и недостатки. Даны технологии работы предложенных схем, а также рекомендации по их использованию. Описана конструкция предложенного датчика полного напора.

Рекомендуемые схемы обеспечивают автоматизацию всех основных технологических режимов работы НС ЗОС, в том числе и процесса заполнения ЗОС. Они расчитаны как на НС, укомплектованные бустерными НУ, так и на станции, в которых не предусматривается установка бус-терных НУ в связи с отсутствием необходимости.работы НС относительно длительное время а "дежурном" режиме и допустимостью заполнения сети водой одной из основных НУ.

По сравнению с базовой (см.рис.1) предложенные схемы обеспечивают более надежную работу системы автоматизации, сокращение необходимого для них количества ТВ, снижение затрат электроэнергии, а также возможность регулирования времени заполнения закрытой оросительной сети водой.

При этом в основу рекомендуемых схем заложены предложенные автором принципы: искусственного вызова кавитации к некавитирую-щих ТВ за счёт регулирования давления в их входных сечениях; изменения числа подключённых к ТВ насосов в зависимости от количества работающих да и другие.

Предложенный датчик полного напора может быть использован для ввода в действие основных НА первых порядков включения в технологических схемах автоматизации НС ЗОС на основе датчиков давления и ТВ. Он содержит чувствительный элемент статического давления и чувствительный элемент скоростного напора. Последний выполнен в виде двух симметрично расположенных лопастей, образующих конус и шарнирно соединённых в основании конуса со стенками корпуса датчика. При надлежащем исполнении датчик одновременно может быть использован и в качестве обратного или приёмного клыпаноЕ.

Шестая глава посвящена вопросам эксплуатации НС ЗОС, автоматизированных с использованием датчиков давления и ТВ. В ней, на примере сравнения технологии групповой однопозиционной работы да типа "Фрегат" модификации ДМУ-463-60 /вариант I/ и двухпози-ционной работы модификации ДГ.1-454-100 /вариант 2/, одинаково эффективно обеспечивающих режим орошения сельскохозяйственных культур в типовом восьмипольном зернокормовом севообороте, характерном для зоны устойчивого увлажнения, дан анализ работы автоматизированной НС по графику полива. Проанализирована работа НС, автоматизированной с использованием датчиков давления и ТВ, при аварийных отказах да, трубопроводов к НУ во время её функционирования в различных режимах.

Как показал анализ графиков,полива для сравниваемых вариантов групповой работы "Фрегатов", суммарная длительность перерывов в поливе в течение поливного сезона составляет, в среднем, 0,5

месяца. Меэаду тем при работе автоматизированной НС в "дежурном" режиме продолжительностью только в 24 часа бесполезно тратится электроэнергия, стоимостью в 16,5 рублей и 1728 м3 воды. Поэтому приемлемый режим работы автоматизированных НС ЗОС в зоне неустойчивого увлажнения - прерывистый, с полным отключением во время перерывов в поливе. При этом эффект от автоматизации процесса заполнения закрытой оросительной сети и основного режима работы НС при двухпозиционной схеме эксплуатации "Фрегатов" выше, чем при однопозиционной схеме, поскольку двухпозиционная схема характеризуется большим числом включений и выключений НА. Это объясняется большей неравномерностью ординат графика полива по периодам и большим числом перерывов в поливе при двухпозиционной работе ДМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников показывает, что технологическая схема автоматизации, основанная на использовании датчиков давления и ТВ, устанавливаемых на напорных магистралях отдельных НУ, проста, надежна и обеспечивает автоматизацию всех основных режимов работы НС ЗОС, в том числе и процесса заполнения закрытой оросительной сети водой, при любой крутизне напорных характеристик насосов.

2. В результате лабораторных исследований крупномасштабных моделей ТВ с дискретно переменными углами раскрытия диффузоров получен профиль.их внутренних поверхностей, который при сравнительно малых длинах обеспечивает коэффициенты сопротивления |

=■ О,II...О,13 и расхода ^ * 0,97...О,99, На основе опыта изготовления исследованных образцов ТВ даны рекомендации по технологии их производства.

3. Предложено ТВ устанавливать во внутреннюю полость напорного патрубка насоса - в диффузор. Как показали экспериментальные

исследования, это не только сокращает длины напорных коммуникаций и облегчает реализацию технологической схемы автоматизации на основе ТВ на существующих НС, но и снижает гидравлические потери по сравнению с вариантом установки ТВ в напорном трубопроводе НУ.

4. Экспериментально подтверждено, что кавитирупцие ТВ, установленные на напорных магистралях НУ, ограничивают их подачи на расчетных режимах, что обеспечивает возможность пуска насосов на "обратный клапан" при опорожненной закрытой оросительной сети и автоматизацию процесса заполнения последней водой.

5. Разработана методика расчета диаметров горловых сечений некавитирущ^их ТВ, используемых для усиления сигналов управлени-т работой НА. Она позволяет расчитывать и различные напорные параметры НУ со смонтированными как в напорных трубопроводах, так

и в диффузорах насосов ТВ. в том числе и давления настройки управляющих датчиков, подсоединенных к горловым сечениям ТВ, а также определять подачу НС при заданных сочетаниях работающих насосов и ДМ. Показано, что значения напорных параметров НУ с насосом Д200-95 (л = 1450 об/мин), расчитанные по предложенной методике хорошо согласуются с экспериментальны/и данными.

Для проведения расчетов по предложенной методике составлена и отлажена программа для микрэ-ЭВМ "Искра-1256".

6. Натурные исследования, проведенные с использование?.: безынерционных датчиков давления, показали; что при отключении насосов НС в горловом сечении ТВ, установленной между насосом и обратным клапаном, амплитуды возникающих колебаний давления значительно меньше, чем в коллекторной части напорных трубопроводов. Это позволило при производственных испытаниях технологической схемы автоматизации, основанной на использовании ТВ и датчиков давления, последние настроить по ступенчатому принципу. При этом отпала необходимость наличия в цепи автоматики реле выдержки

времени, что существенно упростило и повысило надежность электрической схсы автоматизации.

7. Предложены несколько технологических схе»< автоматизации НС 20С, основанных на использовании датчиков давления и ТЗ. Рассмотрены особенности расчета диаметров горловых сечений ТВ в предложенных схемах, а также достоинства и недостатки паследних. По базовой схеме составлена блок-схема алгоритма программы автоматического управления работой НС с использование" микропроцессорной техники.

8. Основные результаты проведенных автором исследований были проверены на двух насосных станциях ЗОС колхозов имени Сараева и "Большевик" Петровского района Ставропольского края. При этом подтвердилась работоспособность предложенной технологической схе>и автоматизации на основе датчиков давления и ТВ.

Ожидае»ий экономический эффект от ее внедрения на НС з колхозе "Рольгаевик" составляет 15,0 тыс.рублей.

9. Приемлемый режим работы автоматизированных НС ЗОС в зоне устойчивого увлажнения - прерывистый, с полными отключениями во время перерывов а поливе.

10. Эффект от автоматизации процесса заполнения закрытой оросительной сети и основного режима работы НС при двухпозицион-ной схеме эксплуатации ДМ "Фрегат" выше, чем при однопазиционной, поскольку днухпозиционная схе»а характеризуется больши«» количеством перерывов в поливе и большим числом включений и выключений НА.

11. Основные предложения автора, изложенные в диссертации, защищены б авторскими свидетельствами на изобретения.

Основные положения диссертации опубдико??лк в следующих работах:

I. БаЯрамукоз A.M. Различные способы автоматизации насосных станций подкачки. Депонирована во ГЖ'.ГГоИСХ под № 418-84.Дет:. ,8 с.

2. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Гидравлическая характеристика труб Вентури, предназначенных для автоматизации насосных станций подкачки. Экспресс информация. Сер.8, вып.Ю, М., 1985, /ЦБНТИ Минводхоза СССР/, б с.

3. Вайрамуков A.M. Точность управления работой агрегатов автоматизированных насосных станций подкачки при использований различной датчиковой аппаратуры. Депонирована во ВНИИТЭИСХ под if1 283ВС-85 Деп., 7 с.

4. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Установка труб Вентури на напорной линии насоса. - Гидротехника и мелиорация. -М.:Агро-промиздат, 1986, № II, с.53-55 и 1987, № 2, с.79.

5. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Исследование работы центробежного насоса с встроенными в диффузорную часть трубами Вентури. - В кн.: Гидравлика пойм, мелиоративных каналов и сооружений. - М.: ШЖ, 1986, с.76-84.

6. Вайрамуков A.M. Реле давления. A.c. 1255757 (СССР). - Опубл. в Е.И., IS86, № 33.

7. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Напорный патрубок насоса. A.c. 1288362 (СССР). - Опубл. в Б.И., 1987. № 5.

8. Вайрамуков A.M. Реле давления. A.c. К- 1286820 (СССР). ,-Опубл. в Б.И., 1987, К 4.

9. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Насосная станция. A.C. If I32375I (СССР). - Опубл. в Б.И., 1987, № 26.

1С. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M., Бижан Б.В. Насосная станция. A.c. № I3576I2 (СССР). - Опубл. в Б.И., 1987, № 45.

11. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Система контроля давления. A.c. № I37388I (СССР). - Опубл. в Б.И., 1988. № 6.

12. Чебаевский В.Ф., Вайрамуков A.M. Расчет диаметров горловых сечений труб Вентури, используемых для автоматизации насосных станций подкачки. Экспресс информация. Сер.е, вып.Ю, М., 1987, /ЦБНТИ Минводхоза СССР/, 13 с.