Устройство для исследования гидравлических ударов на насосной станции

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ НА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

С.В. Саркисов, доктор технических наук, доцент; А.Н. Корпусов;

Г.В. Макарчук, кандидат педагогических наук, доцент. Военный институт (инженерно-технический) Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулева Министерства обороны Российской Федерации

Рассматривается отрицательное воздействие гидравлического удара и применение устройства для исследования гидравлических ударов на насосной станции, что позволит расширить функциональные возможности: проведение исследований на засорённых водах, исследование нестационарных процессов на насосных станциях, в зависимости от режима пуска насоса и при наличии обратного клапана.

Ключевые слова: гидравлический удар, авария, система контроля подачи воды

DEVICE FOR RESEARCHING HYDRAULIC SHOCKS AT A PUMPING STATION

S.V. Sarkisov; A.N. Corpusov; G.V. Makarchuk.

Military institute (engineering) of the Military academy logistics support them army general A.V. Hrulev of the Ministry of defence of Russian Federation

The authors consider the negative impact of water hammer and consider the use of a device for the study of water hammer at a pump station, which will expand functionality: research on clogged waters, the study of unsteady processes at pump stations, depending on the start-up mode of the pump and if there is a check valve.

Keywords: water hammer, accident, water supply control system

Статистика говорит о том, что порядка 60 % разрушений (прорывов) трубопроводов происходит по вине гидравлических ударов.

Гидравлические удары в случае их возникновения могут привести к:

- серьезным авариям на трубопроводах и оборудовании насосных станций;

- разрушениям на строительных конструкциях;

- нарушениям и сбоям технологических процессов.

Поэтому на современном этапе развития науки и техники гидравлические удары как явление требуют более детального рассмотрения и изучения. Несмотря на то, что исследованию этого вопроса посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов, на данный момент с введением мощных вычислительных станций появилась возможность более детально изучить природу этого явления [1-4].

Качественный технический мониторинг на данном этапе практически не возможен без использования и обработки данных на портативных компьютерах, а для этого информация должна иметь цифровой вид и передана или записана на электронный носитель. Предложенное устройство разрабатывалось, в том числе, и для решения этой задачи.

Во время выполнения патентного поиска [5], проведенного с целью определения оптимального решения, было выявлено наличие известного решения - стенда, использующегося для исследования нестационарных процессов в трубопроводе при транспортировке нефтепродуктов или нефти, с возможностью моделирования утечек

жидкости из трубопровода и исследования методов их обнаружения, а также расчета гидравлического удара при закрытии задвижки или сброса в конце трубопровода.

Однако анализ этого известного решения обнаружил следующие недостатки предложенного устройства:

- указанный выше стенд не позволяет проводить исследования на реальных трубопроводах объектов;

- технические особенности такого устройства не позволяют проводить испытания на трубопроводах большого диметра, а именно от 30 мм;

- данные замеров, полученных предложенным устройством, невозможно записать на электронный носитель для дальнейшей обработки и работы с ними.

Авторами рассматривалась «Система контроля подачи воды» [6].

Система контроля подачи воды состоит из следующих компонентов:

- счетчика, измеряющего расход воды (ультразвукового портативного), оснащенного ВЧ-датчиками;

- датчиков для измерения давления на всасывающей и напорной линиях насоса;

- анализатора параметров электрических сетей - клещей токовых.

В системе контроля подачи воды также предусмотрены:

- контроллер-накопитель данных;

- измеритель данных электрических сетей;

- ультразвуковой толщиномер.

Система контроля подачи воды снабжена системой автономного электропитания и может быть подключена к внешним источникам электрического тока.

Разработанная система может быть подключена к ПК, обеспеченному программами, которые позволяют:

- считывать необходимую информацию из накопителя данных;

- сохранять информацию на жестком диске ПК;

- преобразовывать информацию в формат, пригодный для сохранения, обработки и передачи данных стандартными программами;

- получать результаты в графической форме на экране ПК.

Следует отметить, что данные результаты могут быть получены в режиме реального времени, а также после проведения измерений.

Для предложенной установки характерны ограничения по функциональному использованию, поскольку:

- возможно проведение исследований только на чистой воде, так как при использовании грязной воды будет происходить засорение патрубков, в которых установлены датчики;

- применение такой установки не позволяет исследовать нестационарные процессы на насосных станциях, зависящие от режима пуска и остановки насоса и наличия обратного клапана. Это связано с тем, что измерение давления после насоса осуществляется только в одной точке, а при наличии обратного клапана важно знать давление до и после него. Очевидно, что отсутствие информации о величине и динамике изменения давления в этих точках не позволяет обосновать оптимальный режим работы насосного агрегата, который мог бы позволить избежать гидравлического удара.

С целью исключения указанных выше недостатков было принято решение о разработке нового технического решения, задачей которого должно стать усовершенствование рассмотренного выше способа с целью расширения функциональных возможностей известного устройства [7].

Эта задача решалась следующим образом. Известное и рассмотренное выше устройство, имеющее в своем составе два датчика давления, напорную линию, архиватор данных, мобильный компьютер дополнительно снабжено:

- измерительными узлами, включающими последовательно соединённые отводной патрубок с закреплённой внутри него предохранительной сеткой и разделителем сред, расположенным внутри участка;

- регулируемым приводом для работы насоса;

- необходимыми линиями связи.

При этом данное устройство выполнено таким образом, что:

- последовательно соединены: трубопровод, обратный клапан, напорная линия насоса и насос, работающий с преобразователем частоты;

- архиватор данных соединен с выходами датчиков давления, вход портативного компьютера соединён с выходом контроллера-архиватора получаемых данных;

- второй измерительный узел соединен с трубопроводом, а первый с напорной линии рассматриваемого насоса;

- датчики давления соединены с разделителями сред и соединительными участками.

По сравнению с существующей системой, предлагаемая имеет некоторые отличия:

- добавлен обратный клапан;

- в устройство установлен насос с регулируемым приводом;

- выполнено последовательное соединение трубопровода, обратного клапана, напорной линии и насоса с регулируемым приводом;

- устройство снабжено двумя измерительными узлами;

- измерительные узлы рассматриваются в виде последовательно соединённых отводного патрубка, трёхходового крана, соединительного участка, разделителя сред, с присоединённым к нему манометром, находящегося внутри соединительного участка;

- соединение первого измерительного узла с напорной линией насоса, а второго измерительного узла с трубопроводом;

- датчики давления соединены с разделителями сред и соединительными участками.

В качестве примера работы устройства на рисунке показана динамика изменения давления в напорной линии насоса в зависимости от временного промежутка tп с плавной остановки насосного агрегата. Линией 1 на рисунке обозначена динамика изменения давления при tп=0 сек., линией 2 - тоже, при tп=11 сек., линией 3 - тоже, при tп=16 сек., линией 4 - тоже, при tп=33 сек.

Из графика видно, что при увеличении промежутка времени tп плавной остановки насоса появляется закономерность одновременного снижения давления, возникающего при гидравлическом ударе, и увеличения времени при измерении, после которого он происходит. Например, при остановке насоса с tп=0 сек. давление, возникающее при гидравлическом ударе, в шесть раз больше статического давления, а при ^=33 сек. в два раза. В результате проведения исследований [8] выявлена закономерность, которая позволяет определить необходимый временной промежуток tп плавной остановки насоса, при котором величина гидравлического удара не будет иметь критическое значение.

Таким образом, применение разработанного устройства позволяет получить несколько положительных эффектов при эксплуатации насосных станций на объектах различного, в том числе оборонного назначения.

Появляется возможность проведения исследований на загрязненной воде, поскольку не будут засоряться патрубки с датчиками давления.

Появляется возможность исследования нестационарных процессов на насосных станциях, в зависимости от режимов работы насосных агрегатов с обратным клапаном. Это достигается благодаря возможности производить изменения давления, возникающего во время гидравлического удара, после обратного клапана и до него.

2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2

а

го 10 1,0

си" 0,8 | 0,6

I °,4 ^ 0,2

0,0

-0,280!

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

1568

Количество измерительных интервалов времени

4

Рис. Изменение давления в напорной линии насоса в зависимости от времени остановки насоса

Литература

1. СП 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., 2013.

2. Булат Р.Е., Игнатчик В.С., Саркисов С.В. Направления научно-исследовательских работ военного института (инженерно-технического) на современном этапе развития // Военный инженер. 2017. № 1 (3). С. 29-32.

3. Булат Р.Е., Саркисов С.В., Вакуненков В.А. Повышение эффективности функционирования жилищно-коммунального хозяйства Министерства обороны Российской Федерации // Военный инженер. 2018. № 4 (10). С. 32-39.

4. Методика оценки энергоэффективности работы насосов системы водоснабжения на нефиксированную сеть с учетом надежности / С.В. Саркисов [и др.] // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. 2017. С.305-314.

5. Пат. RU 179 754 U1; опубл. 23.05.2018, Бюл. № 15.

6. Пат. RU 81817 U1; опубл. 27.03.2009, Бюл. № 9.

7. Саркисов С.В., Гринев А.П., Винокуров П.В. Исследования гидроудара в напорных трубопроводах на объектах МО РФ // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. 2018. № 3 (9). С. 204-212.

8. Саркисов С.В., Гринев А.П., Винокуров П.В. Исследование работы насосов при перекачке сточных вод на объектах военной инфраструктуры // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. 2018. № 1 (7). С. 289-301.

References

1. SP 31.13330.2012. Vodosnabzhenie. Naruzhnye seti i sooruzheniya. M., 2013.

2. Bulat R.E., Ignatchik V.S., Sarkisov S.V. Napravleniya nauchno-issledovatel'skih rabot voennogo instituta (inzhenerno-tekhnicheskogo) na sovremennom etape razvitiya // Voennyj inzhener. 2017. № 1 (3). S. 29-32.

3. Bulat R.E., Sarkisov S.V., Vakunenkov V.A. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya zhilishchno-kommunal'nogo hozyajstva Ministerstva oborony Rossijskoj Federacii // Voennyj inzhener. 2018. № 4 (10). S. 32-39.

4. Metodika ocenki energoeffektivnosti raboty nasosov sistemy vodosnabzheniya na nefiksirovannuyu set' s uchetom nadezhnosti / S.V. Sarkisov [i dr.] // Nauchnye problemy material'no-tekhnicheskogo obespecheniya Vooruzhennyh Sil Rossijskoj Federacii. 2017. S. 305-314.

5. Pat. RU 179 754 U1; opubl. 23.05.2018, Byul. № 15.

6. Pat. RU 81817 U1; opubl. 27.03.2009, Byul. № 9.

7. Sarkisov S.V., Grinev A.P., Vinokurov P.V. Issledovaniya gidroudara v napornyh truboprovodah na ob"ektah MO RF // Nauchnye problemy material'no-tekhnicheskogo obespecheniya Vooruzhennyh Sil Rossijskoj Federacii. 2018. № 3 (9). S. 204-212.

8. Sarkisov S.V., Grinev A.P., Vinokurov P.V. Issledovanie raboty nasosov pri perekachke stochnyh vod na ob"ektah voennoj infrastruktury // Nauchnye problemy material'no-tekhnicheskogo obespecheniya Vooruzhennyh Sil Rossijskoj Federacii. 2018. № 1 (7). S. 289-301.