авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Гидравлическое обоснование параметров проточных частей стабилизаторов расхода трубчатых водопропускных сооружений

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕНИН ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ СТАБИЛИЗАТОРОВ РАСХОДА ТРУБЧАТЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.16 – Гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Московском государственном университете природообустройства на кафедре «Гидравлика»

Научный руководитель: - кандидат технических наук, доцент

Снежко Вера Леонидовна

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ

Косиченко Юрий Михайлович

- кандидат технических наук, доцент

Бакштанин Александр Михайлович

Ведущая организация: Закрытое акционерное общество производственное объединение «Совинтервод»

Защита состоится 20 июня 2011 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, эл. адрес: mailbox@msuee.ru, аудитория ______.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Автореферат разослан «20» ……мая………. 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доцент,

кандидат технических наук И.М. Евдокимова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Потребность агропромышленного комплекса в водных ресурсах к 2020 г. по прогнозам составит 40 км3 воды в год, из них 73% планируется использовать для орошения. Износ мелиоративных гидротехнических сооружений в Ставропольском крае составляет 50-100%, Краснодарском – 50-70%, в республиках Дагестан и Северная Осетия-Алания – около 60%, Республике Адыгея – 76-100%. Водная стратегия развития АПК России до 2020 года предусматривает модернизацию сооружений, внедрение водосберегающих экологически безопасных конструкций, проведение фундаментальных и прикладных научных исследований в области водохозяйственного комплекса. Автоматизация водопропускных сооружений на каналах оросительной сети, использующая гидравлические свойства течения, снижает эксплуатационные расходы и непроизводительные сбросы воды при колебаниях водопотребления. Применение сложной автоматики водораспределения на мелиоративных объектах IV класса нецелесообразно, поэтому актуальной задачей является разработка и совершенствование автоматических водопропускных сооружений, не требующих постоянного присутствия эксплуатационного персонала и не подверженных сбоям из-за механических повреждений датчиков уровня и передаточных устройств. Именно эти исследования проведены в данной диссертационной работе.

Объектом исследований стали гидродинамические стабилизаторы расхода напорных водопропускных сооружений, впервые предложенные во ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова и Московском университете природообустройства (рис.1). Эти стабилизаторы сочленяются с трубчатыми регуляторами затворного типа, дюкерами или трубчатыми переездам на каналах. Постоянство подаваемого расхода обеспечивается возникновением дополнительных гидравлических потерь при слиянии напорного транзитного потока и управляющего потока, поступающего в сечение перед диффузором при росте отметок уровня верхнего бьефа выше расчетного.



Рис.1. Конструктивная схема стабилизатора расхода по верхнему бьефу: 1 – входной оголовок; 2 – транзитный водовод; 3 – управляющий водовод, расположенный под углом 1350 к транзитному; 4 – водосливная кромка; 5 – диффузор, расширяющийся в трех плоскостях.

Целью исследований является гидравлическое обоснование параметров проточных частей трубчатых водопропускных сооружений с гидродинамической стабилизацией расхода, использующих в качестве сигнала управления уровень воды в верхнем бьефе, для создания простых в технологическом исполнении сооружений, имеющих увеличенный диапазон стабилизации по напорам при точности стабилизации, не превышающей 5% от заданного расхода.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- теоретически определить коэффициент расхода и диапазон стабилизации для различных вариантов исполнения проточной части, выяснить влияние факторов, сдерживающих рост стабилизации по напору;

- экспериментально исследовать гидравлическое трение в проточных частях стабилизатора, выполненных в виде круглых труб из непластифицированного поливинилхлорида, для возможности моделирования различия в материалах (сталь и бетон) круглой транзитной и прямоугольной выходной частей стабилизатора;

- экспериментально изучить единичные местные сопротивления – нишу круглого сечения и плоский прямоугольный диффузор с углом расширения 300 при наличии разделительных стенок;

- экспериментально исследовать работу стабилизаторов с прямым углом подвода потока управления и плоскими диффузорами с углами расширения 80 и 300 при одинаковой степени расширения;

- оценить влияние симметрии подачи потока управления (по всему периметру камеры, по части периметра) на динамику коэффициента расхода стабилизатора;

- выяснить диапазоны стабилизации по напору и точность стабилизации при различных комбинациях форм проточной части;

- усовершенствовать методику подбора геометрических размеров управляющей камеры.

Достоверность полученных результатов. Использованные в работе методы проведения и оценки точности гидравлического эксперимента производились согласно ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Результаты теоретических расчетов не противоречат основам гидродинамической стабилизации, изложенным в работах других авторов. Гидравлические расчёты строго и последовательно проведены по формулам, используемым при расчетном обосновании напорных водоводов. Качество экспериментально полученных зависимостей проверено в достаточном объёме с учётом современных методов математической статистики.

Научная новизна работы заключается в:

– теоретической оценке влияния различных форм конструктивного исполнения проточной части на динамику коэффициента расхода стабилизатора и диапазон стабилизации по напору при подаче управляющего потока со стороны верхнего бьефа;

– экспериментальном определении значения коэффициента местного сопротивления камеры слияния при отсутствии расхода управления;

– изучении пропускной способности и диапазонов стабилизации по напору для новых форм конструктивного исполнения транзитного и низового участка сооружений;

– оценке влияния симметрии подачи управляющего потока на процесс стабилизации;

– экспериментальном определении значения коэффициента местного гидравлического сопротивления диффузора с разделительными стенками и коэффициента Кориолиса в выходном сечении диффузора при выходе потока в нижний бьеф;

– разработке рекомендаций по назначению параметров проточных частей стабилизаторов, наиболее простых в технологическом исполнении и имеющих более высокие диапазоны регулирования по напору.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют выбрать вариант проточной части стабилизатора расхода, наиболее полно удовлетворяющий конкретным условиям применения, выполнить высотную привязку сооружения к бьефам и выполнить гидравлический расчет с оценкой точности стабилизации.

Апробация работы. Результаты научных исследований и основные положения диссертации докладывались на международной научно-технической конференции «Строительная наука 2010» Владимирского государственного университета в 2010 году, Московского государственного университета природообустройства в 2008, 2009, 2010 годах, международной научно-практической конференции «Строительство-2011» Ростовского государственного строительного университета (г.Ростов-на-Дону) в 2011 году, 68-й Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» Самарского государственного архитектурно-строительного университета в 2011 году. Результаты исследований использованы в дипломном проектировании студентов Московского государственного университета природообустройства.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ (в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, иллюстрированного 61 рисунком, и содержит 17 таблиц. Список используемой литературы включает 131 наименование.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, методы исследований, научная новизна, практическая ценность, достоверность полученных результатов и структура работы.

В первой главе рассмотрены существующие в настоящее время способы и технические средства стабилизации расхода и приводится их классификация (рис.2).

Рис.2. Предлагаемая классификация стабилизаторов расхода

Гидроавтоматам затворного типа для мелиоративных систем и каналов посвящены исследования Э.Э.Маковского (стабилизатор расхода для каналов-быстротоков), Я.В. Бочкарева (цилиндрические коробчатые щиты), О.П.Гаврилиной (коробчатые моноблочные стабилизаторы с подвижным дисковым клапаном), Г.А. Батина (затвор-автомат створчатого типа для напорных трубопроводов), А.С.Лугового (сочетание полигонального водослива и щита), Р.С. Бекбоевой (стабилизаторы расхода с донным гидроприводом управления), М.К. Жусупова (водовыпуск-стабилизатор расхода типа ВСРБК-1 с делением потока). Теоретическое изучение стабилизации расхода воды выполняла в своих работах О.В.Атаманова. Среди зарубежных достижений в области гидроавтоматики известны конструкции стабилизаторов Пенджабского института (Индия), работы В. Андерсена, П. Бернарда, В. Брандта, П. Данела, П. Жироде, М.О’Керола, Э. Робинсона, С. Сишедри и др.

Способ гидродинамического регулирования расхода закрытых водопропускных сооружений пропорционально функции предложен П.Е.Лысенко. Разработкой первых технических средств, его реализующих, занимались В.Л.Москалева (гидродинамические стабилизаторы по верхнему бьефу), Э.С.Беглярова и Хусни Сана Ибрагим (гидродинамические регуляторы по нижнему бьефу для каналов оросительной сети). Относительный коэффициент расхода водовыпусков-стабилизаторов приведен на рис.3.

 Относительный коэффициент расхода-2

Рис.3. Относительный коэффициент расхода при регулировании по бьефам (пунктирная линия – регулирование по верхнему бьефу, сплошная линия – регулирование по нижнему бьефу)

Устройство диффузорного выходного участка снижает пьезометрическую линию и обеспечивает возможность подачи управляющего потока в сечение, расположенное перед диффузором, самотеком из бьефа, рост которого является сигналом для начала стабилизации.

Плоские диффузоры просты в исполнении и не требуют заглубления подземной части сооружения для обеспечения устойчивого напорного режима. В исследованных конструкциях они не давали эффекта из-за незначительного диапазона стабилизации и применялись только с углом подвода потока управления 135 и равным отношением площадей транзитного и управляющего водоводов, что приводило к значительному ослаблению верхней стенки транзитного водовода и технологическим сложностям устройства камеры управления. Простые в конструктивном исполнении прямые углы подвода управляющего потока рекомендовались только в сочетании с несимметрично расширяющимися в трех плоскостях диффузорами, что увеличивало значения гидравлических сопротивлений выходных участков и снижало диапазон стабилизации по напору. В теоретических и экспериментальных исследованиях при привязке сооружений к бьефам не учитывался коэффициент сопротивления камер слияния при работе в режиме водовыпуска, что завышало пропускную способность сооружений.





Существующие конструкции гидродинамических стабилизаторов расхода имели квадратное сечение транзитного водовода и диффузора, рекомендованные для исполнения в бетоне. Необходима разработка вариантов форм проточной части стабилизаторов, сочетающих транзитный водовод круглого сечения (стальные трубы промышленного производства) и выходной диффузор прямоугольного сечения, выполненный из бетона, что наиболее просто технологически при реконструкции напорных водопропускных сооружений. Совершенствование проточной части стабилизаторов может не только сделать их конструктивно более простыми, но и увеличить диапазон стабилизации по напорам при сохранении требуемой точности стабилизации.

С этой целью во второй главе диссертации выполнены теоретические исследования факторов, влияющих на диапазон гидродинамической стабилизации. Как известно, пропускная способность стабилизаторов определяется по формуле:

, (1)

где µ - коэффициент расхода водовода, отнесенный к площади поперечного сечения ; Н – действующий напор, то есть разница между полной удельной энергией в верхнем бьефе и потенциальной в выходном сечении.

При работе в режиме водовыпуска коэффициент расхода постоянен , в процессе стабилизации он является убывающей функцией транзитного Q и управляющего q расходов , в которую входит ряд гидравлических сопротивлений, отражающих форму исполнение проточной части сооружения. Относительный коэффициент расхода транзитного потока по сжатому сечению в процессе стабилизации определяется по известной зависимости:

, (2)

где – коэффициент расхода, вычисленный по сжатому сечению, без подачи расхода управления , здесь вх – коэффициент сопротивления на вход в транзитный водовод, н – коэффициент сопротивления ниши камеры управления, – коэффициент сопротивления диффузора при работе в бьеф; – коэффициент расхода транзитного потока при стабилизации. – коэффициент сопротивления транзитного потока на проход в камере слияния, принимается по зависимостям для вытяжных тройников; m – относительный регулирующий расход, ; – разница между коэффициентами Кориолиса транзитного и управляющего потока в сжатом сечении; – коэффициент сопротивления транзитного водовода до камеры слияния, как правило .

Гидравлические сопротивления, формирующие динамику коэффициента расхода стабилизаторов, рассматривались нами для двух случаев работы сооружения – работе в режиме водовыпуска и в процессе стабилизации.

Стабилизаторы существующих конструкций имели входной участок в транзитном водоводе, выполненный в виде пирамидально сходящихся стенок с коэффициентом сопротивления т.с. =0.11. Было предложено изменить входной участок, применив конструкцию с плавным переходом от пирамидального входа к круглой напорной трубе (рис.4). Коэффициенты сопротивления указанных оголовков даны в гидравлических справочниках.

Рис.4. Конструкция входного оголовка транзитного водовода

Рис.5. Диффузор с разделительными стенками

При отсутствии потока управления величина местного гидравлического сопротивления камеры слияния обусловлена образованием вихревой зоны в месте соединения бокового подвода и транзитного водовода. Для неравнопроходного тройника это значение предполагалось получить экспериментально (см. главу 4). Коэффициент сопротивления ниши равнопроходного тройника определится по универсальной формуле:

(3)

где , – угол бокового ответвления.

В пирамидальных диффузорах, установленных на выходе в нижний бьеф, увеличение угла расширения увеличивает гидравлическое сопротивление д, увеличение степени расширения n1 – снижает гидравлическое сопротивление. В плоских диффузорах больший угол имеет меньшее сопротивление. Анализ пропускной способности стабилизаторов при отсутствии расхода управления (рис.6) показал, что при плоских и пирамидальных диффузорах коэффициент расхода отличается незначительно. Предлагаемое изменение проточных частей позволило повысить пропускную способность трубчатых водопропускных сооружений до 1,33 раз при пирамидальных и до 1,54 раз при плоских диффузорах.

Рис.6. Влияние конструкции диффузора на коэффициент расхода водовыпуска без стабилизации

При увеличении степени расширения площади диффузора на выходе n1 для сокращения длины последнего возможно возникновение отрывного течения в его пределах. Уменьшить сопротивление и предотвратить вихреобразование было предложено устройством разделительных стенок (рис.5). При угле расширения 300 должно быть 2 стенки, а при 450…600 – 4.

Эффективность разделительных стенок тем значительнее, чем больше общий угол расширения диффузора. В справочной литературе приведены данные только по работе диффузоров с разделительными стенками в сети. Необходимо экспериментально определение распределения скоростей в выходном сечении для получения коэффициента сопротивления диффузора при выходе потока в нижний бьеф.

Выбор оптимальной формы проточной части рассматриваемого нами стабилизатора осуществлялся расчетным путем в результате сравнения 240 вариантов из условий максимума диапазона стабилизации по напорам и технологичности исполнения. Полученный нами комбинационный квадрат результатов теоретических исследований приведен в Таблице 1.

Таблица 1. Комбинационный квадрат теоретических исследований



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.