Стенд для исследования режимов работы магистральных гидротранспортных систем с центробежными грунтовыми насосами Советский патент 1980 года по МПК B65G53/30 B65G69/20 

Изобретение относится кобласти гидротранспорта. Известна многоступенчатая напор ная гидротранспортная система, работающая с НЕСКОЛЬКИМИ последовате но включенными центробежными насосами 1 . однако на этих системах нельзя изучить влияние интервала времени между запусками насосов, для чего необходимо варьирование в широком .диапазоне месторасположения перекачивающих насосов, а также упрути свойств трубопроводов между насоса ми, с целью из.менения скорости рас пространения импульса. Кроме того, современная записывающая аппаратура не позволяет с большой точностью произвести одновременную запись (фиксации) необхо димых гидродинамических параметров по всей длине магистрали из-за боль ших расстояний (как правило в существующих многоступенчатых гидротр спортны системах расстояние между перекачивающими насосами в среднём составляет 3-5 км, а ко.личество последовательно включенных насосов от 2 до 10). Также известен стенд для исследования режимов работы N-агистральных гидротранспортных систем с центробежными грунтовыми насосами, включаюаий подпорный зумпф,, участки со сниженным модулем упругости, запорный оргсн и ограничитель пробега волны импульса, и также регистрирующие приборы 2J, Однако на этом стенде невозможно исследовать работы магистра.пьньш гидгютранспорт,ных систем с несколькими насосамн; так как практически невозможно закрепление по дну трубопровода шланга, заполненного сжатым воздухом; невозможно менять приведенный модуль упругости в широком масштабе из-за ограниченности объема воздухг; в шланге, а также из-за несущественного сжатия последнего; наличие в гидросмеси твердых абразивных фракций вызывает быстрый износ шланга, который теряет свои упругие свойства и выходит из строя даже из-за разрыва незначите.пьного учас;тка; кроме того, при колебании давления во время переходных режимов стенд перемещается по поперечному сечению трубопровода произвольно, что не дает вс;зможности с заданной точностью менять приведенньй г -одуль упругости систем :. Целью изобретения является дост:и.жение воэможйости измевения в LUHPOI O диапазоне приведенного модуля упругости системы Hj соответственно., скооости распространения импульсов, ЭТЭ. цель достигается тем, что на участках трубопроводов между насосами равномерно по всей длнг-е распо.иажены трубы квадратного сечения, имеющие рс1знье объемы. На фиг.:1 дается схемй предло- жакного стенДо: на фиг, 2 - кривые, построен вые по формуле, -Стенд рк.гсючаст подпорный зумпф 1 для подачт-: гидросмеси 3 трубопрс вод,, всасывак -iuy: Ci трубу 2, центробежные г-рунтоггме насосы 3,4, 5, 6 с тpyбoп,p:;)EOдe2v и, ,; разрюмерко с асгределенг-гыки труоа -ля 7 р 3 ,, 9 кнадратиотю сечения и. разные объемы, сливную часть j.ia гг- с-ральпого. трубопровода 10, труб;: квадратного сечения, имеюш.ие разные . 11,12 и 13, пробковый кран-запорный ортан для регулирования рас системы 14, зод1луи ыо--гиД;Счличаские колпаки-огрк1ничителн длины пробега вслии импульса I;j , безынерционные текэометрическге даТч.чки давления 16, тензог-етричеслий дат--л-п 7 расхода. Яа стенде циркуляция гидросме1;я--; пОк vcтaнoз- B: e lCЯ режиме н;роисхсщи сйе.ц: оьраэом; п-дросме .- -eipes sCciCr-n ающуг; г :;у6 2 подаете ГОЛОЕкому (Б с я Ьч-; ;;„огцему -.сосу -; ,- i..U ,-:Ий транс-.OV - y7v- : :ю нагне:тач:-е ТЬ с ппрекачИЕа;. нОг;У трусопрсйсл,;;- ; со своей „тср i-ieio насос- i- KO-VO КК iiepaJV-eT ПОТТк С;л,рО.МС;;:.1 КОЗУЙ пр- ;о..У - i,:; пег.йка-.л,.а отего ка-::,са KOV--. зн,й т.;:-с:;е гггфеда т потс;:-у- г-касг ,й;;-:С:; ;-ЮЭЫ К. Л)-,-- ;- fia тру :, ав о ,пу ,..иоо--п р:.;аг ei г;;5-п;л;сгО , f ., ICu.;. ег-адавак jicfa-i v.yдр-тсмесг: а; тгуиопрс шаьт его ь гюдпорнай зумпф R прог.ессе эксплуатации у.енчатнк ;лагистральнык дслателъмо включекик: цантрзбе;:;:ным :р/нтовыли нaooca щ,, наиболее Г;:гве;т веяным моментом является запуск снс , т.с, момент передач / поочередны лмпульсоЕ потоку гидросмеси по мек/и рали, УстаноБленс, что запуск пссдге .Озатегль-о в к-пюч П иых: насосов следу ocymeciBJfcTb прямым порядком, т .е , сначала запустить головной нассс 3, гатем перек- чиваюа ие 4, Ь и 6„ Бо практика ис казала чес даже при так пор-.дкс , ccBe;paieiiHO rrruioroM прс-ф тоубо ютс;;а J как празиго, на всас - и на:-не атсс sa; i:. чаг:тя ; ванждах нас-асов :;:3;1Икают рез:;-ие 5ания даэлеяия, характер и rMrnvn уд оторого зависит от интервала времени ежду заиускаА4и перекачивающих насоов, т.е. от интервала времени между о-ментами передачи поочередных импульов . Рассматриваемы процесс является олновым и его протекание зависит от зменения гидродинамических парамет:;оз системы во Бремени, в частности, т скорости распространения волны удара (d) ,. скорости движения потока гидросмеси (Vo } плотности () и моуля упругос.ти ( с ) гидросмеси, а также ст параметров трубопровода .диаметра (D) , гол1ди1;и тенхи { d ) , юдуля уп;эугости (Е) трубопровода {материала, из кото1:ю1о изготовлен г;7)у5опрозод; , В зависимости оч метпу зсаснваюы1 м и jvcpcKav;:-;; aJOis M г.:асосом и от длины пocjleднeгo и кои:о1.; магистрали (до места нзлива абочей смсс; , а также интервалом времеки . ;::.).,:/ : г:лусками лолоЕного я перекач;ч;;таю(дего насоса рас;,мотрет о слсдугадие c-iYq ;: 1 . Лпре:;ачк - ающин нассс BKJj:O4aeTП:.;С/;:е :зк;:|Ючения головке с насоса . Ь,1 Л 2 2и„аремзнк при UVV.-J a;-v- 1 :,.Пл-.. чиг.,а п ер укатив ;№. .TViu HTtCCCOH Er ;-иакт. в может быть и :-;..яЫиИ. ссад-гныг; вариан: , .:: ... к . ОСКОЬНЫМ БОСЬГЖ :;ариа так сбш,ий ла;зз:гтер п-тотекания негтадионар а: : ITDOUCCCOE будут чдентич -I. Тл.лактер г:ротекс1НИЯ ттерекодного .-иоцесса (характер колебаний .пазленпя) по)1-ocTiTjO зависи от : тера мэамг--л г.Т:;;.Су запуска-ли последоза.c-.TiHo включенных-п сосоБ : .е. от ра ; :1Остранения имсу-льса. выэ:аннОГО п;о еиием или вкхлючершем ,а.::сча- : рсдолжит па::;:т :- пробега .пн.::: .;с livcc маг1-и:тралк в ггрямол ;:-v., -K-i.aX rvv: направлении : с-г::рач Рв..няе.с.:. .-.fL,.. - - ivir-5 -Гла); :f.:i ,5тпрО ода ; fл- СКОР . СГЬ р :0(Д тр . К{.- ;-ЯЪ.S Б ip/:-ОГТ ОЕОДе-. устаЕйор.т :; илгикь7:1ьое зиаачние -К, следу.г t -п сле лОБатч-. пере-:::;дные режим -; мат-ьи::.:р-льннх гилроТГ:а:|.ЛОрТ:1:-йх СИСТел tj т:----грсбе: :иЬ.;-; . rflet -t -t интервалы между запусками последовательно включенных насосов. , Так как скорость распространения импульса для стальных трубопроводов круглого сечения довольно большая величина, то естественно, нельзя варьировать длинами трубопроводов 7, 8 и 9, расположенных между насосами 3,4,5,6, т.е. достигнуть заданной цели, так как строить экспериментальные стенды, имеющиепротяженность несколько километров, в лабораторных условиях практически невозможно . Смонтированный экспериментальный стенд включает трубопроводы трех диа метров 104 мм, Djg 68 f&f- к Dojm, 1,5 мм, толсдина стенок этик чрубопроводов соответственно составляет о% 5 мм, da - 4 Г4М, бз s. а ММ,а скорость распространания импульса: Й 1314 ьл/с, с(т 1335 ы/ йэ 1381 iM/c. При таких параметрах, когда длина каждого трубопровода составляет.всег 300 м, решить поставленную задачу естественно в натурных условиях прак тически невозможно. Поэтому для ее достижения искусственно меняют т.н. приведенный модуль упругости отдельных участков трубопроводов 7-8 между насосами 3,4,5 и б и тем сар-5ь полу-га:чт возможность в широком диапазоне ме ;---ть значение скорости распространгл-шя импульсов на этих участках. Это дает возможность соответст„:сгнко ;--анять и фазы распространения кмпуль - Продолжительность фазы распростра нения поочередных импульсов, передаваемых потоку гидросмеси от насосов; заг-исит от скорости распространения вслны импульса в трубопроводе, которая согласно теории Н.Е.Жуковского определяется по формуле: (1 где Яр- скорость распространения зву в воде при температуре около 15° .С.; . - объемный модуль упругости воды: D - внутренний ди.аметр трубопровода;S - толии на стенки трубопровода; Е - модуль упругости материала, из которого изготовлен трубопровод (стали). Анализ зависимости (1) показывает что скорость распространения волны импульса зависит от скорости распространения ЗЕука в потоке, которая со своей cTopoHij зависит от параметров (риаметра, толшины, модуля упругости) трубопровода, а также параметров транспортируемой среды (объем ного модуля упругости,температуры. вязкости, удельного веса, консистен-На предложенном стенде достигается уменьшг-ние упругости трубопроводов расположенных между насосами, т.е. уменьшение общего ггоиведенного модуля упругости на этих /частках, тем самым Д(5стигается уменьшение скорости распространения импульсов, так как . трубы квадратного сечения имеют большую упругость, чем трубы круглого сечения. Если в магистраль включить трубы квадратного сечения, т,е„ отрезки труб , обладаюгдае иными упругостями, .чем основной трубопровод, то в этих местах, где произойдет изменение упругих свойств трубопровода, произойдут отражение и преломление ударной волны, что обуславливает уменьшение общего приведенного моду-. упругости и, соо тветс:-венло/скорости распространения импульса в трубопроводе. Это происходит потому, что увеличикается площадь поперечного сечення квадратной ; трубы, так как происходит изгиб ее контура по периметру. Если вьапеуказанные квадратные трубы (упругие элементы) равномерно распределить по всей магистрали, то при .аолани 1 скорости распр.- странения Ht- nyjibca (звука) в потоке гидросмеси можно вводит.ь среднее О длиье 2на--енне приведенного мо.,-уля уг;ругосхи. Лрн переходком ре--кме, 3 трубопроводе, при наличии квадратных тпуб, полагая, что, ккеют место упругие деформации, роисходятие вследствие увеличения периметра квадратных труб, дополнительное уэеличение ед1.- кицгл в- утреннего OF .ема трубопрсвсда , : с представить п виде , дР (где ё,; -о. некоторый )ициент,характера:-зующий упругость квадратных труб). . В таком случае меняя в фо:.-,ле через получим; со I (.- Относительное величение объема квадратных труб при мзменении давленийка АР будет: где РС - приведенный модуль упругости, квадратной трубы и жидкости в ней при гидравлр-;ч8ском ударе: где UD упругая характеристика квадратной трубы в отношении гидравлического у.дг;--. Для трубопроводов с квадратным поперечным сечением Ьч()1. О,, 0| 2 где Ь - длина сторон квадрата; сГ - толщина стенки квадратной трубы; Е - модуль упругости материал (стали), из которого изготовлена квадратная труба; /О - модуль Юнга; . эраэмерные коэффицие заййсящие от форг/ы поперечного се чеМия. Для трубы с квадратным сече нием (квадратной трубы) К„ 1 и К -0,267. Увеличение единицы внутреннего объема трубопровода при наличии кв ратных труб за счет деформации пос них, можно определить выражением; х/- H- -Ujl&P see тдё Е - расстояние между упругими элементами; S -площадь поперечного сечен квадратной трубы; , Следо в ат ель но: С учетом (7) зависимость (2) прим ВИД: О . Из (8) можно определить нужный объем квадратной трубы, необходим

15 16 6

. ч 4i; ля уменыления скорости распростраения волн импульса (звука) в трубороводе до желаемой величины: K- 4 -g-ffr а (uiju) Йа фиг.2 приведены теоретические кривые, построенные по формуле (8), наглядно подтверждающие вышеизложенное. Эти кривые выражают закон изменения скорости распространения импульса в магистральном трубопроводе в зависимости от объема труб квадратного сечения. Формула изобретения Стенд для исследования режимов работы магистральных гидротранспортных систем с центробежными грунтов -тми насосами, включающее подпорный зумпф, последовательно включенные на разных расстояниях друг от друга насосы, участки трубопровода, запорный орган и ограничитель пробега волны импульса, а также регистрирующие приборы, отличающийся тем, что, с целью достижения возможности изменения в широком диапазоне приведенного модуля упругости системы, на участках трубопровода между насосами равномерно размещены трубы квадратHoi o сечения, имеющие разные объёмы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Шкундина Б.М Землесосные снаряды, Энергия, М., 1973, сЛОО2.Авторское свидетельство СССР №136672, кл, В 65 G 69/20, 1960 (прототип).

a,li:

0.015 0.03 O.W5 0.06 OM7J 0.09 0.0/05 OJHi V,H

Фи-г.2