УДК 621.646.94

      а) Система водоотлива не допускает возрастания амплитуды давления выше установленной за счет плавного снижения скорости движения жидкости в трубопроводе; подачи воздуха в поток жидкости перед остановкой агрегата; подачи жидкости в систему для предупреждения образования зоны пониженного давления.
      б) Гидроудар возникает, но водоотливная установка защищена от повышений давления с помощью специальных устройств, воспринимающих и гасящих энергию удара. Примеры таких устройств: обратные клапаны, секционирование по длине трубопровода; обратные клапаны - гидравлические диоды; гасители гидроудара; воздушно-гидравлических колпаки; гидравлических предохранительные системы впуска в трубопровод воды под давлением и т.д.
      Рассмотрим классификацию, представленную на рисунке 1 и кратко охарактеризуем каждый способ защиты.
      1. Увеличение прочности. Увеличение прочности трубопровода достигается за счет увеличения толщины стенки трубопровода, усиливаются также опоры трубопровода для предотвращения их возможных колебаний.
      2. Управление скоростью выбега электрическим путем – применение громоздкого и дорогого электрооборудования. Это делает данный способ не экономичным.
      3. Применение дополнительного маховика. Известно, что увеличение инерции ротора насосного агрегата приводит к уменьшению скорости замедления потока при отключении насоса, и это обуславливает уменьшение гидравлического удара. Возможность же применения маховиков для предупреждения возникновения в шахтных водоотливных установках опасных колебаний давления при отключении насосов, практически не изучался. Достаточно было заявить, что существенное увеличение момента инерции ротора насосного агрегата приведет к увеличению длительности пускового режима, перегреву двигателя, снижению срока его службы и т.д. В этих условиях представляется целесообразным для защиты от гидроударов насосных установок применить маховик с переменным моментом инерции - минимальным при пуске, плавно нарастающем в рабочем режиме и максимальным при остановке ротора.
      4. Автоматические гасители гидравлического удара. Гасители гидравлических ударов бывают прямого и непрямого действия. Первые характеризуются тем, что перемещение исполнительного элемента - сливного клапана осуществляется непосредственно измерительным устройством. В гасителях непрямого действия эта операция реализуется вспомогательным приводом, использующим энергию усилителя.
      У гасителя прямого действия запорный орган является одновременно чувствительным элементом. Это способствует высокому быстродействию устройства, возможности легко обеспечить минимально необходимый для гашения удара слив транспортируемой жидкости. В то же время зависимость между чувствительностью и уплотняющим усилием на клапане приводит к тому, что требуемая чувствительность устройства определяет при проектировании возможное уплотняющее усилие в клапанной паре, которое бывает недостаточным.
      Нет указанных недостатков в устройствах непрямого действия, которые содержат звено усиления, включенное между измерительным и исполнительным (запорным) органом.
      Известные конструкции гасителей гидравлических ударов непрямого действия содержат измерительный элемент, выполненный в виде пружинного клапана, рычажно-поршневой системы, электро-магнитного клапана, воздействующий на управляющий элемент, который чаще всего имеет вид клапанной пары. Управляющий элемент сообщает полость гидропривода либо с атмосферой, либо с напорной магистралью и тем самым открывается или закрывается запорный орган гасителя. Поскольку площадь поршня гидропривода может быть значительно больше площади сливного клапана, ограничений для уплотняющей силы практически нет. Надо только надежно закрывать управляющий клапан.
      Таким образом, более целесообразным способом защиты водоотлива от гидроударов следует считать сброс части воды с помощью гасителей гидравлических ударов непрямого действия.
      Защита насосных установок путем сброса части транспортируемой жидкости является самым распространенным и универсальным приемом искусственного снижения величины гидравлического удара.
      5. Управляемые обратные клапаны. Они обеспечивают медленное закрытие запорного органа, что предотвращает скачки скорости. Недостатком данных устройств является негативное влияние на насос и невозможность его применения в установках с обратным клапаном на всасе.
      6. Закрытие задвижки. Плавное закрытие задвижки снижает величину гидравлического удара. Применение задвижки на выходе из насоса обеспечивает предупреждение колебательного процесса в трубопроводе только в случае плановых изменений режимов работы.
      7. Секционирование напорного трубопровода обратными клапанами. На напорном трубопроводе устанавливаются несколько обратных клапанов одинаковой конструкции. В результате можно сократить ударное давление у первого обратного клапана. Недостатки: сложность монтажа и трудность обслуживания системы и невозможность гарантировать последовательное срабатывания клапанов.
      8. Предохранительные системы впуска воды в трубопровод и воздушные колпаки. Гидравлическая система впуска состоит из независимого и постоянного источников высокого давления (противопожарный трубопровод, резервуар, заполненный водой с вышележащего горизонта), связанных с напорным трубопроводом через специальный клапан. При понижении давления на первом этапе гидроудара клапан открывается, вода поступает в напорный трубопровод и предотвращает образование волны повышенного давления.
      Применение воздушно-гидравлических колпаков в качестве средств борьбы с гидравлическими ударами получило широкое распространение в инженерной гидравлике, и особенно, в системах гидротранспорта, где клапанные устройства надежно работать не могут в связи с наличием в потоке твердой фракции. Колпаки отличаются простотой конструкции и надежной (при соответствии объема сжатого воздуха параметрам гидросистемы ) защитой от колебаний давления, в том числе и высокочастотных.
      Расчеты показывают, что для условий шахтного водоотлива емкость колпака составляет 10 м³ и более воздуха, сжатого до статического давления в месте установки, что слишком много в стесненных условиях горных выработок.
      9. Подача воздуха в систему. Один из основных факторов, определяющих ударное давление - скорость распространения волны. Ее можно уменьшить, снизив упругость перекачиваемой жидкости за счет добавления в нее воздуха. Перед остановкой насоса воздух впускают через отверстие для крана в линии всасывания. Но при этом для исключения неблагоприятных факторов, сопровождающих поступление воздуха в насос и его продвижение в каналах (рост уровня вибрации, нарушение работы уравновешивающего устройства, механический контакт элементов рабочих колес с корпусными деталями), надо обеспечить рациональное управление продолжительностью впуска воздуха и его объемом.
      10. Уменьшение скорости движения воды в трубопроводе. Динамическая составляющая давления гидроудара пропорциональна скорости движении воды, следовательно, снижение скорости потока вызывает и пропорциональное уменьшение его амплитуды. Этот способ реализуется включением в напорную линию установки дополнительного резервного трубопровода. При работе насоса на два напорных трубопровода одинакового диаметра вместо одного (с учетом изменения подачи насоса) скорость потока и динамическое давление гидроудара уменьшаются в 1.7-1.9 раза. Возможно также использование резервного става в качестве переливной колонны. Для этого требуется специальное соединение трубопроводов.
      11. Обратный клапан с гидравлическими диодами. На напорном трубопроводе устанавливаются два типа обратных клапана: основной - на выходе насоса и промежуточные - по длине трубопровода. Промежуточный по сравнению с основным конструктивно отличается: запорный орган (тарелка с вертикальным штоком, поворотный диск) имеет в зависимости от диаметра трубопровода, расхода воды в нем и высоты водоподъема сквозное отверстие диаметром 15-50 мм или имеет байпас аналогичного гидравлического сопротивления. Благодаря частичному сбросу жидкости при закрытии клапана значительно уменьшается динамическая составляющая давления гидроудара и сокращается время переходного процесса при отключении насоса. Недостатки те же, что и для напорного трубопровода, секционированного клапанами по длине.

Наверх страницы