Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Определение технического состояния осевых насосов насосных станций оросительных систем

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Определение технического состояния осевых насосов насосных станций оросительных систем"

ОСКИПСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТШ1ННЙ ИНСТИТУТ

2 3 MAP 1994

На правах рукописи УДК 626.836(075.»)

ПЕТРОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЮ СОСТОЯНИЯ ОСЕВЫХ НАСОСОВ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальность: 06.01.02 - „Мелиорация и орошаемое

земледелие"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1993

Работа виполнена в Московской ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте.

Научный руководитель: доктор технических наук,

професоор В.Ф.Чабаевский Официальные оппонент: доктор технических наук,

професоор НоБОДерБЭЮКИК Р.А кандидат технических наук, доцент ИЛЬИН С.П.

Ведушая организация: ПрИ&0Л)кГИПр0.В0АХ05

Защита соотоитоя " /1" ОИП£/КХ199^ г. в

/ -

часов на з&оедании специализированного оовета К I20.Io.02 в Московском орд^ни Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва И-550, ул. Прянииникова, д.19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГ МП.

Автореферат разослан

Учений совета

секретарь , кандидат

специализированного технических наук

Сурикова Т.И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность теми витяк-яят из решения проблемы оптимизация проводимых мелиоративных мероприятий путем применения прогрессивных способов орошения земель с напорным движением воды. Для этого в России применяют большое количество насосных станцгш (НС) с крупными осевыми насосаш. Основным требованием к эксплуатации НС является надежное выполнение графика водоподачи, заключашегося в своевременной подаче необходимого количества воды на заданную отметку и работе насосов с высокими значениями к.п.д. это требование часто нарушается вследствие возникновения дефектов в насосах пли их работы в аномальных режимах, что пикет привести к нарушению потребного режима орошения и снижению рентабельности проводимых г,а-лиоративных мероприятий. Для своевременного определения аномального характера работы насосного оборудования и недопущения функционирования насосоь в неблагоприятных условиях необходимо применение при эксплуатации оросительных НС параметрической диагностики насосов.

Целью диссертации является разработка системы параметрической диагностики осевых насосов при их функционировании на оросительных Ж.

Опипвннми задачами исследований являются разработка методологии и схем параметрической диагностики крупных осевых насосов оросительных систем, обеспечивающих оперативное и своевременное определение дефектов и аномалий в условиях функционирования насосов, определение их образа и получение.первичной исходной информации для зыработки стратегии дальнейшей эксплуатации насосов.

. Научная новизна работы заключается в :

- разработке методологии и схем параметрической диагностики осевых шсосов при их работе в составе оросительных НС;

- получение обобщающих зависимостей по влиянию наиболее часто ветре-

чающихся аномалий в работе осевых насосов - увеличению радиального зазора между лопастями и камерой рабочего колеса и кавитации в насосе - на их энергетические и кавитационные характеристики;

- разработке методики прогнозирования кавитационного износа деталей насоса с учетом изменения во времени интенсивности кавитационной эрозии;

- разработке методик параметрического диагностирования осевого насоса при его рабо.те в составе оросительной НС с использованием измерения напора, подачи и кавитационного запаса;

- создание программы на ЭВМ для получения исходных данных о величинах технико-экономических потерь от работы насоса в аномальных условиях, необходимых для принятия решения о стратегии его дальнейшей эксплуатации.

Достоверность основных результатов и выводов диссертации вытекает из необходимой точности применяемых измерительных средств, обоснованном выборе метода обработки первичных экспериментальных данных с применением обобщаицих безразмерных параметров и удовлетворительной сходимостью полученных результатов с решениями, имеющимися в литературе, и данными эксплуатации крупных осевых насосов в. натурных условиях работы оросительной НС.

Практическая ценность состоит в разработке методов определения и прогнозирования технического состояния осевых насосов при их функционировании на НС оросительных систем на основе использования созданных более простых и точны-' средств измерения параметров. Это позволяет повысить ресурс, надежность и экономичность эксплуатации насосов.

Реализация результатов работы. Разработанные способы определения параметров осевых насосов при их эксплуатации в натурных условиях апробированы о положительными результатами на НС №2 При-волаской оросительной системы, на что имеется акт о внедрении, вы-

данный Марксовским районным производственным ремонтно-эксплуата-ционным объединением (МРПРЭО). Там ке прошла опытную проверку разработанная схема прогнозирования величины увеличения радиального зазора Драд на гРех насосах 0ПВ2-П0 .

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались в ШЛИ (1991 + 1993г. г.), семинаре в МАИ' им.С.Ордконикидзе (1991г.), конференции в I-ITI.1 АН Украины (г.Днепропетровск,1990г.) в отделе "Насосы и насосные станции" Приволжгидпроводхоза (г.Саратов 1992г.), в ШПРЗО (г.Маркс 1991г. ,1992г.).

Основные результаты работы изложены в 2-х научно-технических статьях, инструкции для проведения расчетов на ЭВМ основных технико-экономических параметров гидроузлов НС, двух изобретениях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 97 наименований и содержит 1Sб страниц машинного текста, 7-9 рисунков и {Ч- таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖМЕ РАБОТЫ

fío ввепетта показано, что в настоящее время на оросительных 1С практически отсутствуют диагностические системы раннего обнаружения неисправностей и аномалий в условиях эксплуатации насосов и определения их образов, что может привести к нарушению требуемого режима орошения и снижению рентабельности проводимых мелиоративных мероприятий. На основании этого сформулирована научная проблема разработки параметрических методов раннего обнаружения дефектов и аномалий в условиях эксплуатации осевых насосов НС-оросительных систем, обоснована актуальность этой проблемы и изложены основные задачи и цели диссертационной работы.

В первой главе дано описание и анализ работы гидроузла оросительной НС с осевым насосом как объекта параметрического диагностирования и изложена методология построения системы диагностики, ко-

торая включает следующие этапы (см.рис.1): составление перечня возможных дефектов (аномалии) при эксплуатации насоса в составе НС, выбор наиболее вероятных из них и изучение их влияния на основные характеристики (параметры) насоса, определение наиболее информативных признаков проявления дефекта (аномалии) и предельно-до-пусгишх величин развития дефекта (аномалии) из условия эффективного выполнения мелиоративных требований, совмещение выявленных информативных признаков и предельно-допустимых величин развития дефекта (аномалии) со средсгваг.31 измерения на НС, привязка выбранных средств измерения к объекту диагностирования - насосу, разработка схем параметрической диагностики для обнаружения аномального функционирования насоса в.составе НС (первый тип схема) и в случае выявления ненормального режима работы насоса - для определения образа дефекта или аномалии (второй тип схемы), создание методик прогнозирования динамики развития дефекта (аномалии) по времени, которые позволяют принять правильное решение о возможности дальнейшей эксплуатации насоса. 3 соответствии с принятой методологией диагностирования построен материал диссертации.

С целью выявления возможных дефектов к аномалий в эксплуатации насосов, приводящих к ненормальной работе гидроузла НС, разработана общая схема параметрического диагностирования уменьшения подачи насоса, на примере которой показаны основные причины падения подачи и признаки их обнаружения (см.рис.2).

Б качестве основного способа обнаружения аномального характера работы насоса выбран известный метод, основанный на выходе измеряемого параметра (напора и к.п.д.) за пределы "трубки" нормального состояния. Приведено описание построения"трубок" напорной и к.п.д. характеристик для случая разовой и систематической диагностики насоса.

У,ан общий анализ состояния исследований по рассматриваемым

вопросам и сформулированы задачи исследован/.!':. Апалкз проводился с использованием работ чл.-кор. ВАСХНЮ.'Айдарова И.1!., чл.-кор. .АН России Клюева В.В., д.т.н., про^ессороЕ'.БороЕ^кого Б.И., Венгерского Э.В., Голованова А.И., Карелина Ь.Я., Кинелева В.Г., Новодережкина P.A., Чебаевского В.Ф.. Шапиро A.C.; к,т.н:Бэгда-новского В.И., Ереминой A.C., Лысова К.И., Муоксзича Г.Е., Чаюка И.А.; Тирувенгадама, Кнеппа и др.

Во второй главе приведены материалы по бл^ян^я измеьения радиального зазора Дрйцмежду лопастями :: какесой рабочего колеса на энергетические, кавитационные и динамичесьиз харакчеристики осевого насоса. Дан общий анализ опубликованных о.»бот по указанному направлению; на основании которого ел слан вывод, что они посвящены испытаниям отдельных насосов, их результаты носят частный характер, не обобцени и иногда противоречат друг другу.

На основании обобщения результатов испытаний '7 типов осевых насосов в диссертации показано, что при малых относительных величинах радиального зазора Драл5 2 "Драд / (^«""С^вт) » ^арагл-дп-ных для насосов оросительных НС, падение напора насоса ? увеличением Драд происходит в основном только за счет снижения к.п.д. насоса, т.е.. без изменения его мощности.

Для режимов работы насоса, близких к номинальному, была получена обобщающая экспериментальная зависимость относительного напора насоса от изменения относительного радиального зазора /см. рис.3/, которая может быть аппроксимирована уравнением:

Н-Я/Нл„д-о '1,51/ CÛp°£a+ / I /

Из рис.3 и формулы /I/ вытекает, что-наибольшее влияние Дра^ на напор насоса проявляется в области малых значений Драд К. 0,15, характерной для насосов оросительных НС, величина' йрад Для которых находится при эксплуатации в диапазоне 0,04 + 0,02.

С увеличением радиального зазора происходит и падение экономичности насоса, которое может быть определено по полученной в диссертации зависимости:

i = - а. < 2 >

где для 0,00316 i Л рад - °'012 значения коэффициентов Q0 , Qi , 0г могут быть вычислены по формулам:

0о= 1.037 - 14,04 • ¿рад + 180,2 Л - 1,29 Ю4Драд ( 3

ai= 105(Драд-0,00316)-4,52 Ш3(Д рад-0,00316)2 +

+ 67,96 103(Драд - 0.003I6)3 ( 4 )

Q2= 2,81 ( 5 рад - 0.003I6)0'1 . (5)

При Драд >0,012 :

а= 0,971 - 1,01 Драд (6)

Обобщение экспериментальных данных показало, что с увеличение Д рад происходит ухудшение кавитационных качеств насоса, что в настоящее время не учитывается при назначении минимальной величины заглубления наооса под уровень воды в нижнем бьефе. Количественно оно может быть оценено с помощью полученной зависимости:

— I |/| — — 2

(Экр= лЬкр/ Wiicp) ¿рад=0 = 1 + 10'83Лрад + 222'2Лрад ( 7 где л h Кр - критический кавитационный запас насоса.

Развитая кавитация в насосе вызывает падение его напора и эко номичности.

Полученная связь мевду этими параметрами при постоянной подаче ( Q = I )

- 0,55

Н _( 8 )

не зависит от величины радиального зазора, где Q , g , Н обозначают отношение текущих значений этих параметров к их значениям при отсутствии кавитации в насосе. Из формулы ( 8 ) следует, что к.п.д. насоса из-за кавитации падает менее значительно, чем ег

напор. Отсюда вытекает, что при развитой стадии .кавитации (л1п < ) по мере возрастания интёнсивности кавитации про-

исходит уменьшение мощности насоса, что может являться информативным признаком, отличающим проявление развитой кавитации в насосе от увеличения радиального зазора, при котором при отсутствии кавитации в насосе напор насоса также уменьшается, но мощность насоса практически не изменяется.

Обобщение опубликованного материала позволило установить, что в области д рад <0,02 с увеличением Д ад происходит возрастание уровня вибронагружения насоса и кавитационного износа его деталей.

На основании вышеизложенного материала были сформулированы наиболее информативные признаки параметрического прогнозирования увеличения. йрад: паДение напора и подачи насоса, практически отсутствие изменения его мощности, увеличение уровня вибронагруне-ния насоса с отсутствием ярко выраженной несущей частоты и возрастание виброперегрузок в высокочастотном спектре.

Третья глава диссертации посвящена прогнозированию кавитанионных характеристик и кавитационной эрозии деталей осевых насосов, а также определению наиболее информативных признаков обнаружения различных стадий кавитации.

Применительно к осевым насосам оросительных НС, имеющим плавное очертание входных участков лопастей (профили ВНГЙГидромаш), отсутствовали методики'прогнозирования наступления режима начальной кавитации. Для восполнения указанного пробела были обобщены результаты испытаний решеток профилей А/АвА 65-010 с ^густотой решетки X = I, близкими по своим характеристикам профилям ВНЖГидромаш. Кроме того были использованы результаты натурных испытаний крупного осевого насоса 48ПрВ-58х2 разработки ВШИГидро-иаш и модельного осевого насоса с диаметром колеса 350мм. Резуль-

таты обобщения в виде зависимости коэффициента начальной кавитации отнесенному к. скоростному напору потока на наружном диаметре входных кромок насоса, от режимного входного коэффициента«^^рши/Ь^щ приведены на рис.4. Указанная зависимость может быть оппроксими-рована уравнением

\ за • лЬивч - С<го 2

Анач = -Г72-— = 0.25 + 6,4 ( <} - I) ( 9 )

Для прлгнозирования наличия щелевой кавитации в осевых насосах оросительных НС при допустимом кавитационном запасе лЬ =й1пдоп были использованы экспериментальные данные, полученные в МИСИ им.Куйбышева при исследовании кавитационных течений потока в неподвижных щелях. Оказалось, что для большинства насосов оросительных НС даже для оптимальных режимов работы по подачз является характерным средняя и сильная стадии щелевой кавитации, которая возн кает при дЬ-^ йЬ < . Указанный вывод подтверждается резуль-

татами визуальных наблюдений за. состоянием внутренних поверхностей камер рабочих колес. Например, наблюдения, выполненные автором дис сертации на насосах 0ПВ2-П0 на НС №2 Приволжской оросительной системы показали, что за 2 поливных сезона на внутренних сторонах камер образуются-эрозионные каверны глубиной (2,5 + 5 )мм.

Для прогнозирования наступления развитой кавитации в насосе ( л Ь = л Ьх ) бшш обобщены результаты Испытаний насосов ОПЮ-185 и ОПП-185 при различных углах установки лопастей Т (см.рис.5). Аппроксимация обобщенной зависимости коэффициента кавитации А х , отнесенного к скоростному напору потока на среднем диаметре входны кромок лопастей, имеет вид :

= 0,16 + 2,5 ( ^ - I)2 ( 10 )

Проведенный анализ с использованием полученных зависимостей показал, что при эксплуатации осевых насосов допускается частичка, ("скрытая") кавитация в насосе.

Наличие кавитации в насосе может приводить к кавитационному повреждении материала деталей насоса в-случае превышения скорости потока порог&вого значения W ПОр , для определения которого Тирувенгадам предложил следущую структурную зависимость

ТсГбГ-1

Wnop -]j X,

(II.)

\ нач

где Q - опытный коэффициент;

Qr- предел текучести материала; ^ - плотность жидкости.

Проведенный в диссертации анализ существующих формул расчета V/ пор> для насосов, предлояенных д.т.н. Шапиро A.C. и д.т.н. Байбакова О.В., показал их непригодность для осевых насосов оросительных НС из-за различия в условиях эксплуатации (формула Шапиро A.C.) и некорректного учета прочностных свойств материала (формула Байбакова О.В.).

В диссертации для прогнозирования величины Vs/ ПОр. 0Ш1а использована зависимость (II). Среднее значение коэффициента (2 О )Ср= было определено на основании обобщения результатов наблюдений за состоянием материальной части осевого насоса 4ШрВ-60х2 на Мироновской ГРЭС, проведенных к.т.н.Ереминой A.C., и осевого насоса 0ПВ2-П0 на HC Х2 Приволжской оросительной системы, проведенных автором диссертации. Расчеты показали, что* для подав-ляпцего. числа осевых насосов оросительных НС максимальные скорости потока на периферии рабочего колеса превышают пороговые значения, что обуславливает возможность кавитационного разрушения деталей насоса при наличии кавитационных зон в насосе.

Глубина кавитационного повревдения материала (i э может быть определена по известной зависимости

Ьэ = П ' t ) /. (12.)

где 'З - интенсивность кавитационной эрозии; X. - время

работы в режиме кавитации; Eq =0,5 ( + (5Т ) - энергия де-

формации материала.

Из опубликованной литературы известно, что значение tf для гидравлических турбин и нооооов находитоя в очень иироком диапаэо-не 0,001 ♦ 0,1 Вт/м2, что делает количественный прогноз кавитш-цлошого изнооа материала очень грубил и явно неприемлемым дял многих практических задач. Указанное овязанов первую очередь о тех, что е ачение 3 существенно зависит от скорости потока ( 3 WS )• Поэтому при указании величины 2f сразу надо оговаривать, какой скорости потока она соответствует. Кромо того, на кавитациощый ианоо материала, а следовательно п па величину 3 оказывает влияние степень развития кавитации. Согласно опытным да ным д.т.н. Шапиро A.C. и к,т.н. Ситяикова В.И. относительный ^ объем уносимого при кавитацнонной вроэии материала V ^ (дЬ ) где V - отношение текущей величины объема уносимого материал к объему при лЬ- л 'тцр, дЬ- дЬ /&Ь кр.

Обобщение данных со кавигационному износу поверхности лопастей осевых насооов 4fflpB-6Px2 к 01102-110 при их роботе га воде показал, что при относительной скорости потока на периферии рабочего колеса W)Ht> 27,3 ц/о ■ лТ* -;1»1 ♦ 1,2 дня профильно кавитадия максимальная интенсивность кавитацлонноЯ врозии поверхности лопастей <9.3 ♦ 10 ) 10"^ Вт/м2, средняя интенсивность Üop-Ь * Л ) Ю"-3 Вт/и2*. .

Обобщение опубликованных материалов во влияшш кавитещш па виброакустические характеристики осевого насоса позволено уотгшо-ви^ь наиболее информативные дннамгчоокив ираагшз;, свойотазпвиЭ различным стадом развития ка^чтации, в в соЕОКушгосга со отатп-■чаеншщ нриакакамп построить даагностичвскуа схему прогяозироваш кавитации в иаоооэ и определения ее вида. Ч-- ЧЧ:'-~. ./.Л'

В четвертой главе диссертации рассмотрен вопрос возможное™ образования во всасываицей магистрали оросительной НС двухфазно»

потока и влияния наличия 1 вод« воздушных пузырьков на энергетические, хаыгационны4 и данаютеокяа харахтериотшас осевого насоса.

На ооновашп проведанного анализа условий эксплуатации НС показано, что ори шшишиино-допуопшом уровне води в нижнем бъефе, особенно пра его колебаниях • процеооа функционирования НС, отати-чаокоа давление на входа в насооможет быть нилв атыооферного, что ооадавтусловыя для вндвлонвя растворенного в воде во а духа в свободное ооотоянае в "подоОсуивоздуха иа атиооферы в случае негериетич-ноотн соединения. Прогноаируеиоамакоишльное относительное объемной оодержаняэ воэдушшхаузирысов в воде составляет (1,5 + 4)55 от объема гадаостн. На; основа анализа опубликованного материала были сформулирована диагностические признаки обнаружения двухфазнооти потока на.входа в насос.

П пятой глава диссертации на основания обобчення опубликованных материалов сформулированы основные диагностические признаки ува-jt^g^ff t!ftapoT4y|i»miif всасывающей и нагнетающей

магистралей, засорения протоздых каналов выправлятевго аппарата, повреждения лопастей колеса и выправлящего аппарата и разработана диагностическая охома обнаружения этих дефектов при функционировании гидроузла 11С.

Шестая глава лассертвшм доовяаена описании разработанных охем параметрической двагыостики, методики прогнозирования динамики ка-ватационного взноса в твхнвко-ахоиоиичоского анализа эффективности раннего обнаружения дожита (аномалии в работе) осевого насоса при его эксплуатации на оросительной НС. Анализ и нлдцстрация практического использования втого материма даны на примере функционирования Крупных осевых насосов 01Ш2-110 на НС #2 Приволжской оросительной системы, на которой автор проводил наблюдение за техническим состоянием насосов в процессе работы над диссертацией. - Ддя обнаружения дефекта (аномалии) а работе насоса строилась

"трубки" напорной и к.п.д. характеристик насоса. Выход измеряемого параметра за пределы "трубки" свидетельствовал о ненормальном функционировании насоса. Проведенный анализ совместимости предельно-допустимой величины развития дефекта в насосе (на примере увеличения радиального зазора Л рад ^ с существующей на НС №2 измерительной .аппаратурой показал ее непригодность для раннего обнаружения дефекта. Оказалось, что для случая разовой диагностики с применением штатной измерительной аппаратуры можно обнаружить увеличение радиального зазора только свыше (4 +.6)мм вместо требуемого

А рад - + 3)мм» выбираемого из условия падения'к.п.д. насоса не свыше 3% и недопустимости работы насоса на режимах максимальной кавитационной эрозии деталей насоса и максимального вибронагружения его конструкции. Поэтому был сделан вывод о необходимости нахождения простых и более точных способов измерения напора, подачи и кавитационного запаса насоса.

В.диссертации дается описание разработанных автором совместно с д.т.н. Чебаевским В.Ф. новых способов, методик и измерительных устройств, в основу которых положено использование прозрачных пьезометрических трубок для измерения уровней воды в нижнем и верхнем бьефах, гидростатического давления за насосом и полного давления в конце конфузорного участка камерного'подвода воды к насосу. Указанны грубки смонтированы на двух подвижных стендах, установленных на геодезических отметках, близких к уровням воды в нижнем и верхнем бъефах, и соединенных с местами отбора давления воды эластичными импульсными трубопроводами с приспособлениями для удаления из них воздуха. Разработанная система измерения параметров была опытно апробирована с положительными результатами в натурных условиях эксплуатации насоссы 0ПВ2-П0 на НС Приволжской оросительной системы, на что имеется акт внедрения.

Для определения образа дефекта (аномалии) при работе насоса

разработана диагностическая схема (см.рис.6), в основу которой заложен-принцип, что каждому дефекту (аномалии) свойственно только ему (ей) присущее качественное изменение группы параметров. При этом основное значение предается не количественной величине изменения параметров, а направлению их изменения (увеличивается значение параметра, уменьшается или остается постоянным).

Разработанная диагностическая схема представляет собой таблицу, в которой по горизонтали обозначены виды дефектов, а по вертикали- перечень возможных изменений.измеренных и расчетных параметров гидравлической системы с насосом. Индексом "I" отмечены изменения параметров, которые свойственны рассматриваемому дефекту (аномалии), индексом "о" указаны изменения параметров, которые несвойственны дефекту, индексом "-" - обозначается, что рассматриваемое изменение параметров не является информативным для определения образа дефекта.

Для наиболее распространннного дефекта при эксплуатации осевых насосов на оросительных НС - увеличения радиального зазора й рад разработана на основании полученных во 2-й главе диссертгцял зависимостей детерминированная схема раннего обнаружения увеличения Драд (см.рис.7,8). Использование этой схемы в.совощпности с повой методикой измерения параметров насоса позволяет определить величину радиального зазора, напора, подачи и к.и.д. насоса. Ука.заняая схема диагностики била апробирована па 3-х насосах 0ПВ2-П0 на НС №2 Приволжской оросительной системы, в процессе эксплуатации которых была проведена оценка на работающих насосах величины Д рад. После этого-при текущем осмотре насосов с помощью щупов были измерены фактические значения Д Результаты сравнения показали хорошее соответствие измеренных и полученных диагностированием значений & рад(см.таблицу I).

Проведенный анализ условий эксплуатации насосов 0П32-П0 на НС й2 с использованием полученных.в 3-ей главе диссертации зависимостей

1h

душ оцешси кавитащюкных режимов работы показал, что рабочий диапазон из!.;епшшя раополагаллого кавитационного запаса соответствует частичной профильной и щелевой кавитации в насосе. При величине А рад - Зил в насосе даже на номинальном режиме работы может иметь место развитее кавитация, характеризуемая падением напора (сы.рио.9) носачи и к.п.д. насоса. Для ее обнаружения разработана методика оксггер::ш"тального определения кавитационного запаса с учетом увели-чекия сопротивления сороудерживаадей решетки и дополнительных потерь энергии в потоке jo всасыванием трубопроводе на выравнивание эшоры скоростей.

Для оценки ресурса работы насоса в части кавитационной вровии I "зтариала горцев лопастей колеса разработана методика прогнозирована динамики кавитационного износа материала, отличающаяся от общеизвестных уточненными данными го величине интенсивности кавитационной прозии и ее зависимости от скорости потока я степени развития кавитации (см.рис.Ю). Расчеты с использованием этой методика показали, что радиальный зазор для насосов 01Ш2-110 достигнет нижней грашида диапазона предельных величин Д рад через 1,67 поливных сезона, верхней границы - через 3,7 поливных сезона.

Расчеты по разработанной, программе ,"01A G/l/OSTI К , написанной на языке FuRTRftA/ -90 для ПЭВМ IBM PC и предназначенной для оцеш технико-экономического ущерба от возникновения и развития дефекта (аномалии), показали, что при принятом для насоса ШБ2-П0 гранично» (ремонтном) значении Д рад=3ш к.п.д. насоса снизится >y iia 2,9^1, подача -V на 1,6Е$, износ отдельных деталей насоса увеличится * на 16,7fi, потребление электроэнергии возрастет л. на 8222-1 кВтч на один эксплуатируемый насос, Это эквивалентно уменьшению площади орошения уго,¿nil на 410,2га при общей площади ороааешх земель 40тыо га. Учитывая, что на одной НС в эксплуатации могут находиться до о насосов, экономический ущерб от увеличения Д ред следует приэна .значительном /см. табл.2/ ч." :

/5"

И !| В О Д И

1. ПроводвшшП пнализ показал, что в настоящоо время при эксплуатации ооевых насосов насосных станций оросительных систем практически пэ применяется параметрическая диагностика, что снижает эконогач-нооть я надежность их работы и приводит к нарушению требуемого аима орошения оболуживаемнх площадей. ^

2. На оонове обобщения опыта эксплуатация насосного оборудования оросительных систем ооотавлен перечень возможных депонтов и аног-а-ш"; в условиях работы осевых насосов и разработана методолога построения системы параметрической диагностики насосов пртт их футшщош-ро-ванил в составе орооительной станции, позволяйте" прои^эодать раннее обнаружение аномальных условий работы насосов, определять образ дефекта (аномалии) и получать первичные данные, необходимые для ¡фшигт" решения о выборе далыге ¡ацэй стратегии эксплуатации насосов.

3. Обобщение результатов .мсперименталымх исслсдовагаШ по наиболее часто встречавшемуся зри эксплуатации осевых насосов дефекту - увеличении радиального зазора мовду лопастями и камерой рабочего колеса позволило установить, что для насосов оросительных систем увеличение радиального зазора приводит к уменьшению напора и к.п.д. при практически постояшюй мощности, ухудшению кавитационных характеристлк насоса а увеличении кавлтацнонного износа деталей насоса. На основания этлх исследований получены количественные зависимости,' определены шг1орггаглш1ые признаки проявления этого дефекта и установлен пре-дольно-допуотшшй уровень увеличения радиального зазора при эксплуатация пасоса.

4. Подучопныэ ейобцдщпе. зависимости, по прогнозировали условий паогупяония црофлльной начальной н развитой стадий кааатшща (Г крп-тпчаский р<згии) 0 осевшс.пасосах оросительных систем поз одлди про-, вэстз ояалаз эксплуатация аасооов на насосной стакаил Г! При: мает"!

' оросительной системы н установить, .что. о'нг работапт всегда а уело-

виях частичной и иногда при развитой кавитации в проточных каналах.

5. Уточненные данные по определению интенсивности кавитационной эрозии и величине пороговой скорости .потока, ниже которой не возникает кавитационная эрозия материала, показали, что для крупйых осевых насосов оросительных насосных станций существуют условия для кавитационного разрушения деталей насосов и позволили провести прогноз этого процесса в зависимости от свойств материала и режимов эксплуатации. Рекомендовано изготовление камеры колеса выполнять из нержавещей стали, а выправляющего аппарата из углеродистой стали.

6. Анализ существупцих средств измерений на насосной станции №2 Приволжской оросительной системы выявил их непригодность для качест венного параметрического диагностирования4насосов. Для исключения этого недостатка разработаны простые и более точные способы измерения напора, подачи и кавитационного запаса.насоса и методики диаг ностирования аномалий в его работе с использованием разработанных средств измерений, новизна которых подтверздена двумя авторскими свидетельствами на изобретения. Они апробированы с положительными результатами в натурных условиях эксплуатации 3-х насосов ОПВ2-ПО на насосной станции №2, на что Марксовским районным производственны ремонтно-эксплуатационннм объединением выдан акт внедрения.

7. Разработанные универсальная диагностическая схема распознавания образа дефекта (аномалии в работе) и детерминированная диагностическая схема раннего обнаружения увеличения радиального зазора между лопастями и камерой колеса позволили установить повышенный, кави-тационный износ торцев лопастей осевых насосов 0ПВ2-П0 при их натурной эксплуатации яя насосной станции №2 Приволжской оросительной системы. Расчета» цо созданной методике прогнозирования динамики развития кавитационного износа деталей насоса показали, что для насосов С1ПВ2-110 на насосной станции №2 радиальный зазор достигнот

низшей границы .предельных, значений через 1,67 поливных сезона, верхней границы - через 3,7 поливных сезона.

8. На многих оросительных насосных станциях клапаны срыва вакуума

в процессе эксплуатации теряют герметичность и не восстанавливаются. Проведенные в натурных условиях эксплуатации насосной станции №2 Приволжской оросительной системы эксперименты показали, что из-за потери герметичности клапана срыва вакуума подача насоса падает на (3+4)$, напор увеличивается на (7,1 + 7,3)$, кавитавдонные качества ухудшаются ъ на <5 +8)%.

9. Расчеты по разработанной программе 'ЫДйд/ОЭТТК на языке

-90 для ПЭВМ 1ВГЛРС, предназначенной для оценки технико-экономического ущерба от возникновения и развития дефекта (аномалии) показали, что при принятом для насоса 0ПВ2-П0 предельном значении радиального зазора д р^Эмм к.п. д. насоса снизитсл ~ на 2,9%, подача на 1,65$, износ отдельных деталей насоса увеличится ~ на 16,7%, потребление электроэнергии возрастет ™ на 82224кВтч на один эксплуатируемый насос.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Петров В.В..Чебаевский В.Ф. Параметрическая диагностика увеличения радиального зазора между торцами лопастей и камерой рабочего колеса осевого насоса // Мелиорация и водное лизяйство. Мелиорация земель, строительство и эксплуатация водохозяйственных объектов в стране и за рубежом: Научн.-техн.сб. / ЦБНТИ " Водстрой,-М,1992-Вып.10-12 - с.8-12.

2. Петров В.В..Чебаевский В.Ф. Прогнозирование кавитационной эрозии

у крупных осевых насосов. // Мелиорация и водное хозяйство.мелиорацщ.. земель, строительство и эксплуатация водохозяйственных объектов в стране и за. рубежом: Научн.-техн.сб./ЦБНТИ "Водстрой"-М,1992 -Вып. 10-12 -с.1-7..

Ii'

3. Петров В.В.- Инструкция .для проведения расчетов на ЭВМ основных технико-зкономических параметров гидроузлов насосных станций--МГМИ ^ М.,1988 - 51с.

4. Положительное решение на заявку на' изобретение №93-005850/0 /005513/ от 03.02.93г. Насосная установка с устройством для параметрического диагностирования насоса. Авторы : Петров В.В., Чебаевский В.Ф., Померанцев О.Н. Письмо НИИГПЗ от 25.06.93г.

5. Положительное решение на заявку на изобретение №93-005351/29 /005512/ от 03.02.93г. Насосная установка с устройством для параметрического диагностирования кавитации. Авторы: Петров В.В.: Чебаевский В.Померанцев О.Н. Письмо ШШГПЭОот 25.0б.93г.

Таблица I

т насоса ' Экспериментальные данные Измерение щупом

йрад йрад

начало . полива конец полива начало полива конец полива Драд,мм

I 0,00905' 0,00985 2,49 2,71 2,38

2 0,01018 0,01044 2,8 2,87 2,42

3 0,01069 0,01182 2,94 3,25 2,52

Таблица 2

Радиальный зазор,ми 1.6 2,0 2,5. 3,0 1 3,6 1 ■ 1 4.3 5,7

Снижение к. п.д.,% 1.4 2,0 2,53 2,91 3,1 3.4 4.0

Увеличение потребления электроэнергии кВтч/насос 38220 56136 71380 82224 88026 111768 167653

Увеличение износа, снижение надежности, % ' 4,1 7,6 II. 7 16,7 22,7 29,9 48,7

Снижение напора,и 0,18 0,29 0,4 0,52 0,63 0,74 0,95

Снижение подачи,? 0,55 0,92 1.3 1,65 2,0 2.4 3,1

Недополив орошаемого участка га/насос 137,7 228,2 319 410,2 501,7 593,6 778,4,

Rio. I

н/н

ДяО

09

0&

& V

Л —л s

ч

о о; ai аз о« ftp. з

Л рвз «,в и;? of « lo и Рис. 4

Oft

Oí

ог

i

V /о

\ i ,, а в/Г „„

• □л У* р 9

1

07

? Ч <Р <í <,г ^

Рис. 5

Уменьшение подан насоса

1. Проведение расчетов лН^дК.=

2. Ейачение > b^j

3. Значение Д^- <■ Ь^т .

4. Измерен» давдшя на стенке камеры Р.К.

5. Измерение д р на реиетг

6. Измерение ] i U ia ооиотхах Э1).

7. Измерение Рм < 0,1 Ша.

8. Изме1>енив гвдравд.сопроти.мгивт. магистрали.

9. Измерение общего уровня виброшрвгр. на насосе.

10. Измерение общего уровня вибрсперегр. на подшипнихе •

XI. Спектральшй анализ виброперегрузок.

12. Спектральный анализ кавитационного пуна.

13. Спектральный анализ пульсаций Рвх

14. Спектральный анализ пульсаций PDlr,

15. Провелшние оценочных расчетов •

16. Саехтршшнй пиаип» пульсаций давленая в нагивтеяцвй магистрали.

17. Визуальный осмотр.

Рис. 2

\ Признак \ обнаружение Вид \ авомалииЧ (дефекта) \ о ® S V а к д от ф э О) Р щ 0> О •1 X и 9 а> % а 3 X <с б £ а> а h 0) В 0 3 а 1 4 * й 8 о 0 □ 9 tr щ ф m 1 г о S s и ф й ® S а ^ g § к н & о о о t* 4 5 • Р-4 3 Е а В В О 0 1 а> 5 ■0 ф ч 1 аз X э. я 0 1 а и а 3 я 1 > а 3 С А <1 У в X * « < i * f. * О 3 ^ У * ■а * <г X Ь 3 X <1 Ск. * X «1 < I в н < Л <1 и 4 ч 4 <1 С п о Л и » а. ё с и о V К ф а. | i 1 S ! g I 1 a в s ь 1 я 1 sf ж 7 1 1 Ii i ф а & В о с £ о к я «а а> ё О и f J я ч- 1 с S х: я я В S 14 «? 0 S 1 -X- с 0 м а ч 1 £ 3 *г 0 м ч- 1 о, 0 S 1 1 0 В а с а Ь » С о + в о 0 § а 1 5 к -Г S Е Ö о и К § S <1 ■в с •V 1 0 хэ а 1 В < ч- X t н" S О- i Ч « -t* : Н- X и. ф Р- 1 я < 9 Я «f к « У 3 < 4 ф CQ * I V ч-т т. X. е » \ I ! р, 0 ■ я 1 т g 3 • о о и а ас Предельные уровни

Увеличу рад. более (х »•» 1-е I 0 1 0 0 I 1 С - I 0 £•«» »0,003+ + 0.«

Частичн.профиль«, кавитад. 0 0 0 0 0 _ 0 0 _ _ - 0 I _ - _ - I _ _ i 0 1 . #

Щелевая кавитация 0 ß 0 0 0 - 0 0 - - - I 0 - 0 I I С - I - - i 0 - I 0 I I I С

Ра»витая каватапия I 0 i 0 I С I 0 - 1 •ч I О - 0 - - - 0 I - - i 0 - I 0 - I I I I I - 0 I I 0 I 0 КимЛ «es%

Наличие воздуха I 0 i 0 - - I 0 - - - - - - - - - - - - 0 I 0 I 0 0 I 0 - 0 I t - - 0 I - - 0 I

зеоорение решетки - 0 - - 0 - - 0 I - I I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - X - - - - - - I 0 LPf * Oo|5 МПл

Засорение нага - тапц.магистр. I 0 0 - 0 I I 0 - i Умвн.КЦД на 3>

Поломка лопает, раб.колеса - 0 - 0 0 - - 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - I 0 - - - - I X - - - - - I с

Поломка лопает, выправ.аппарата 0 0 I 0 I I 0 » « —

Плохая центр. повыя.дисС.роюра - 0 I 0 — d —

Негерм, клапана срыва вакуума I 0 0 I 0 I I с I 0 — М —

Рис. 6