Рисунок 1 – Графический анализ гидравлического удара при различном сопротивлении обратному току жидкости
В ДонНТУ разработан способ защиты от гидравлических ударов, который не предусматривает сбросных мероприятий, прост в исполнении и не требует больших финансовых затрат.
Анализ процесса гидравлического удара, возникающего при внезапном отключении двигателя насосного агрегата, говорит о том, что значительное увеличение сопротивления трубопровода при обратном направлении течения воды привело бы к существенному снижению величины гидравлического удара. Графический метод легко подтверждает сказанное (рис. 1).
На рисунке показаны характеристика напорного трубопровода при прямом 1 и обратном 2 токе жидкости; 3 и 4 – характеристики трубопровода при повышенном обратном сопротивлении.
Рисунок 1 – Графический анализ гидравлического удара при различном сопротивлении обратному току жидкости
Как видно из графика, с увеличением сопротивления обратному току, например, до значения 3, величина повышения напора уменьшается (НD' < НD). В случае же сопротивления 4 повышения напора нет вовсе, а переходный процесс в идеальном случае, через время, равное фазе гидравлического удара, прекращается.
Если учитывать реальное распределение сопротивления и допустить подвижность всех элементов устройства, то можно ограничиться установкой в защищаемом трубопроводе нескольких обратных клапанов с рассчитанным соответствующим образом сопротивлением обводного канала (байпаса). Рассмотрим подробнее, например, процесс при одном таком клапане – гидравлическом диоде.
Для условий шахты «Черноморка» произведен расчет гидравлического удара с одним установленным на глубине 200 м гидравлическим диодом. Полученная диаграмма колебаний давления представлена на рис. 2.
Рисунок 2 – График изменения во времени (с) давления (Па) в начальном сечении трубопровода с гидравлическим диодом
Как видно из рисунка, применение гидравлического диода позволяет полностью исключить колебательный процесс в нижней части трубопровода. Имеющиеся колебания давления представляются неопасными по амплитуде и не смогут вызвать колебания всего трубопровода. Применение разработанной модели позволяет определить наиболее эффективную величину параметров гидравлического диода и наиболее выгодное его расположение при любых схемах водоотливных установок.
Наиболее уязвимым местам устройства гидравлического диода считается достаточно малое сечение обводного канала или отверстия в запорном органе обратного клапана.
Пример конструкции диода с чистильщиком, лишенной данного недостатка приведен на рис. 3.
Гидравлический диод состоит из корпуса 1, составленного из цилиндрических и конических частей, внутри которого с помощью вертикальных ребер 2 зафиксирована втулка 5, в отверстие которой ввинчен шток-чистильщик 4, расположенный напротив центрального отверстия в тарелке 5, имеющей тонкие направляющие 6. Седло 7 ввинчено в корпус 1 и имеет резиновое герметизирующее кольцо, не показанное на рисунке. При прямом течении воды тарелка 5 силой гидродинамического давления поднимается в верхнее положение, показанное пунктирными линиями. При этом чистильщик находится внутри отверстия, что защищает его от загрязнения. При отключении насоса и остановке потока тарелка 5 опускается на седло 7. При движении потока в обратном направлении (вниз) сопротивление потоку будет соответствовать площади отверстия, то есть расчетной величине. Это гарантирует надежную защиту системы от гидравлического удара.
Рисунок 3 – Гидравлический диод
Таким образом, в водоотливных установках основную опасность представляют переходные режимы, связанные с внезапным отключением двигателя насосного агрегата. При этом разрушительным характером обладают как повышения давления, так и колебательный процесс, сопровождающий эти повышения.
Наиболее целесообразным средством зашиты шахтных водоотливных установок от гидравлических ударов является увеличение гидравлического сопротивления обратному току воды. Гидравлический диод – лучшее средство для обеспечения этого эффекта. В перспективе возможно создание струйных диодов, которые не имеют подвижных частей, что еще больше повысит надежность защиты.
1. Бержерон Л. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической сети. – М.: Машгиз, 1962. – 348 с.
2. Попов В. М. Водоотливные установки: [справочное пособие] / В. М. Попов – М.: Недра, 1990. – 254 с.
3. Гейер В. Г., Тимошенко Г. М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов – М.: Недра, 1987. – 270 с.
4. Оверко В. М. Защита от гидравлических ударов водоотливных установок с погружными насосами / В. М. Оверко, В. П. Овсянников, А. Ф. Папаяни // Разработка рудных месторождений. Научно-технический сборник, вып. 1 (90). – Кривой Рог, 2006. – С. 158–162.
Назад в библиотеку