Спосіб боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах та пристрій для його реалізації

1. Спосіб боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах, що включає подачу повітря та води в трубопровід перед зупинкою насосної установки, який відрізняється тим, що попередньо задають об'єм стисненого повітря, яке подають в нагнітальний трубопровід насоса, припиняють подачу води в нагнітальний трубопровід насоса та подають стиснене повітря в нагнітальний трубопровід насоса, контролюють величину об'єму стисненого повітря під час його подачі у нагнітальний трубопровід насоса, порівнюють контрольовану величину з заданою та при досягненні їх відповідності виконують зупинку насоса. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заданий об'єм стисненого повітря в нагнітальний трубопровід насоса вводять періодично. 3. Насосна установка для боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах, яка містить багато C2 2 (19) 1 3 ршення напірно-витратних характеристик насоса через подачу стисненого повітря безпосередньо в насос та постійна робота насоса на водоповітряній суміші. Відома система для перекачування рідини та газу, яка містить ряд робочих камер, всмоктувальні і нагнітальні трубопроводи з клапанами, сполучені з джерелом і споживачем, встановлені в відповідних робочих камерах сигналізатори верхнього рівня рідини, поворотні двоходові розподільні крани та відцентровий насос при цьому всмоктувальний патрубок насоса містить гідроакумулятор, в якому встановлено трьох-ступінчастий ежектор [А.с. СРСР №1288373 кл. F04 F1/02, 1987р.]. Недоліками відомої системи є складність конструкції і значна металоємність системи. Найбільш близьким технологічним рішенням є спосіб запобігання гідравлічних ударів у пульповодах і водоводах з насосами, який включає впуск повітря в потік рідини всмоктувальної труби насоса та зупинку насоса після поширення повітря по всій довжині його нагнітального трубопроводу [а.с. СРСР №501245 кл. F16L55/04, F04В49/10. Пневмокомпенсатор для гашення пульсації тиску в гідравлічних магістралях / Л.І. Махарадзе, Г.І. Кирмелашвілі, Д.Г. Сулаберидзе (СРСР).-2с.:іл.]. Недоліками найбільш близького технологічного рішення є неможливість ефективного гашення гідравлічного удару у вертикальному нагнітальному трубопроводі насоса навіть при умові впуску у всмоктувальну трубу насоса обмеженого 15% за об'ємом повітря при атмосферному тиску, внаслідок чого не відбувається значних витрат кінетичної енергії гідроудару на додаткове стиснення зосередженого в нагнітальному трубопроводі насоса повітря, що обумовлює незначне гашення коливань тиску у цьому трубопроводі безпосередньо при гідроударі. Найбільш близьким технологічним рішенням є насосний пристрій для підйому води з великих глибин, який містить багатоступінчастий насос з всмоктувальним і нагнітальним трубопроводами, компресор, встановлений у ставі нагнітального трубопроводу насоса акумулятор та зливний резервуар, при цьому акумулятор сполучений обладнаним керованою засувкою повітряпроводом із проміжною ступінню насоса, розташована між насосом та акумулятором ділянка нагнітального трубопроводу насоса сполучена з манометром та містить керовану засувку, компресор сполучений через обладнаний зворотним клапаном відповідний трубопровід з повітряпроводом, а ділянка нагнітального трубопроводу насоса, яка розташована по ходу руху потоку рідини в ньому після акумулятора, містить керовану засувку [патент України №29097, кл. F04F1/20, 2000р.]. Недоліками найбільш близького технологічного рішення є низька його ефективність при боротьбі з гідроударом внаслідок недостатнього гашення коливань тиску у всьому нагнітальному трубопроводі насоса у зв'язку з обмеженою витратою подачі стисненого повітря в проміжну ступінь насоса, яке далі надходить в нагнітальний трубопровід насоса, де безпосередньо відбувається процес 64281 4 гідроудару, істотне погіршення напірно-витратних характеристик насоса через подачу повітря безпосередньо в насос, постійна робота насоса на водоповітряній суміші та значна енергоємність установки у зв'язку з наявністю потужного компресора. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах в якому, шляхом вибору інших технологічних параметрів, забезпечується можливість досягнення значного зниження кінетичної енергії гідроудару внаслідок виконання динамічними навантаженнями, які виникають при гідроударі, роботи з додаткового стиснення введеного в нагнітальний трубопровід насоса повітря, гашення коливань тиску у всьому нагнітальному трубопроводі і зарахунок цього підвищення ефективності боротьби з гідроударом. Поставлена задача розв'язується таким чином, що спосіб боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах, що включає подачу повітря та води в трубопровід перед зупинкою насосної установки, який відповідно до винаходу відрізняється тим, що попередньо задають об'єм стисненого повітря, яке подають в нагнітальний трубопровід насоса, припиняють подачу води в нагнітальний трубопровід насоса та подають стиснене повітря в нагнітальний трубопровід насоса, контролюють величину об'єму стисненого повітря під час його подачі у нагнітальний трубопровід насоса, порівнюють контрольовану величину з заданою та при досягненні їх відповідності виконують зупинку насоса. Крім того заданий об'єм стисненого повітря в нагнітальний трубопровід насоса вводять періодично. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах в якому, шляхом іншого з'єднання елементів відомої конструктивної схеми, забезпечується можливість досягнення значного зниження кінетичної енергії гідроудару внаслідок виконання динамічними навантаженнями, які виникають при гідроударі, роботи з додаткового стиснення введеного в нагнітальний трубопровід насоса повітря, гашення коливань тиску у всьому нагнітальному трубопроводі і за рахунок цього підвищення ефективності боротьби з гідроударом. Поставлена задача розв'язується таким чином, що насосна установка для боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах, яка містить багатоступінчастий насос з всмоктувальним і обладнаним керованою засувкою нагнітальним трубопроводами, акумулятор, компресор з обладнаним зворотним клапаном нагнітальним трубопроводом, зливний резервуар та керовані засувки, яка відповідно до винаходу відрізняється тим, що нагнітальний трубопровід насоса сполучений по ходу руху потоку рідини в ньому спочатку з донною, а потім з верхньою частинами акумулятора через обладнані відповідними керованими засувками окремі патрубки, нагнітальний трубопровід компресора містить керовану засувку та сполучений з акумулятором, керована засувка нагнітального трубопроводу насоса встановлена між зонами його з'єднання з окремими патрубками, 5 донна частина акумулятора, в свою чергу, сполучена через обладнаний керованою засувкою зливний трубопровід зі зливним резервуаром, датчик визначення витрати стисненого повітря сполучений з окремим патрубком, через який нагнітальний трубопровід насоса сполучений з верхньою частиною акумулятора, датчик визначення витрати рідини сполучений з ділянкою нагнітального трубопроводу насоса, яка розташована між зонами його з'єднання з окремими патрубками, при цьому блок керування з'єднаний з насосом, компресором, датчиками визначення витрат рідини та стисненого повітря, а також всіма керованими засувками, а всмоктувальний та нагнітальний трубопроводи насоса обладнані відповідними зворотними клапанами. На Фіг.1 подана схема насосної установки для боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах, яка містить багатоступінчастий насос 1 зі всмоктувальним 2 та нагнітальним 3 трубопроводами, що обладнані зворотними клапанами 4 та 5 відповідно, акумулятор 6, при цьому нагнітальний трубопровід 3 сполучений по ходу руху потоку рідини в ньому спочатку з донною, а потім з верхньою частинами акумулятора 6 через окремий патрубок 7, який містить керовану засувку 8, та окремий патрубок 9, який обладнаний керованою засувкою 10 і датчиком визначення витрати стисненого повітря 11 відповідно, розташована між зонами з'єднання з окремими патрубками 7 та 9 ділянка нагнітального трубопроводу 3 містить керовану засувку 12 та сполучена з датчиком визначення витрати рідини 13, акумулятор 6 сполучений як з компресором 14 через нагнітальний трубопровід 15, який обладнаний зворотним клапаном 16 та керованою засувкою 17, так і своєю донною частиною зі зливним резервуаром 18 через зливний трубопровід 19, який, в свою чергу, містить керовану засувку 20, а блок керування 21 з'єднаний з насосом 1, компресором 14, датчиками визначення витрат рідини 13 та стисненого повітря 11, а також всіма керованими засувками 8, 10, 12, 17 та 20. В разі використання даної установки у шахтному водовідливі з великих глибин, у ролі акумулятора 6 може виступати спеціально обладнана гірнича виробітка. На Фіг.2 наведені схеми поздовжнього перетину вертикального нагнітального трубопроводу насоса, безпосередньо перед зупинкою насоса: а - при одноразовому введені в нагнітальнийтрубопровід 3 насоса 1 заданого об'єму стисненого повітря; б - при періодичному введенні в нагнітальний трубопровід 3 насоса 1 заданого об'єму стисненого повітря; 1-І та ІІ-ІІ - поперечні перерізи нагнітального трубопроводу насоса, від яких починають поширюватися коливання тиску безпосередньо при гідроударі; 22 - рідина; 23, 24, 25 - снаряди стисненого газу. На Фіг.3 подані схеми графіків поширення амплітуд коливань тиску (А) в часі (t) по довжині (L) 64281 6 нагнітального трубопроводу насоса, які відбуваються безпосередньо при гідроударі: 3.1 - що починають поширюватися безпосередньо від поперечного перерізу 1-І нагнітального трубопроводу насоса; 3.2 - що починають поширюватися безпосередньо від поперечного перерізу ІІ-ІІ нагнітального трубопроводу насоса; 3.3 - суперпозиція амплітуд коливань тиску, які поширюється в часі по довжині нагнітального трубопроводу 3 насоса 1 з урахуванням розповсюдження амплітуд коливань 3.1, 3.2 та амплітуд коливань, відбитих від поверхонь розподілу компонентів; 3.4 - що починають поширюватися безпосередньо від поперечного пepepізу 1-І нагнітального трубопроводу насоса, якби впуск в нього стисненого повітря був відсутній. Спосіб боротьби з гідроударом у нагнітальних трубопроводах за допомоги наведеної на Фіг.1 насосної установки реалізується наступним чином. Попередньо задають об'єм стисненого повітря, який подають в нагнітальний трубопровід 3 та з урахуванням параметрів установки визначають періодичність його введення. Перед запуском насосної установки блок керування 21 робить зарядку акумулятора 6 попередньо стисненим повітрям шляхом відкриття керованої засувки 17 і подачі стисненого повітря від компресора 14 по нагнітальному трубопроводу 15, при цьому керовані засувки 8, 10, 12 та 20 повністю закриті, насос 1 заливають водою і виконують його запуск з послідуючою зупинкою компресора 14. При досягненні номінальної швидкості обертання вала насоса 1 блок керування 21 поступово відкриває керовану засувку 8 і по окремому патрубку 7 потік рідини надходить в акумулятор 6, де вода дожимає попередньо стиснене компресором 14 повітря, яке локалізується у верхній його частині, до робочого тиску насоса 1, при цьому зворотний клапан 16 не пропускає стиснене повітря назад до компресора 14. Після повного відкриття керованої засувки 8 блок керування 21 поступово відкриває керовану засувку 12 і по нагнітальному трубопроводу 3, через зворотний клапан 5, здійснюється процес перекачування рідини. Безпосередньо перед зупинкою насоса 1 блок керування 21 цілком закриває керовану засувку 12 і одночасно відкриває керовану засувку 10, у результаті чого стиснене повітря з акумулятора 6 надходить в нагнітальний трубопровід 3, де воно утворює снаряд стисненого повітря 23 (див. Фіг.2, а). При цьому інформацію стосовно витрати подачі в нагнітальний трубопровід 3 стисненого повітря в функції часу, блок керування 21 отримує за допомогою датчика визначення витрати стисненого повітря 11. Після надходження в нагнітальний трубопровід 3 заданого об'єму стисненого повітря, блок керування 21 цілком закриває всі керовані засувки 8, 10, 12, 17 та 20 з наступною зупинкою насоса 1. У цьому випадку кінетична енергія гідроудару частково витрачається на додаткове стиснення снаряду стисненого повітря 23, який перекриває 7 весь поперечний переріз І-І нагнітального трубопроводу 3, в наслідок чого загальний динамічний тиск при гідроударі не перевищує величину максимально допустимого тиску, який витримується існуючою стандартною запірною арматурою. При значних геометричних висотах підйому води однією насосною установкою зростає довжина L нагнітального трубопроводу 3 і однократного введення в нього заданого об'єму стисненого повітря стає недостатньо для ефективного гашення амплітуд коливань тиску, які відбуваються у цьому трубопроводі під час гідроудару. Для вирішення даної проблеми заданий об'єм стисненого повітря у нагнітальний трубопровід 3 вводять періодично. Періодичність подачі заданого об'єму стисненого повітря у нагнітальний трубопровід 3 забезпечує блок керування 21 з врахуванням інформації, яка надходить від датчика визначення витрати рідини 13 в функції часу, шляхом періодичності повного закриття керованої засувки 12 при повністю відкритій керованій засувці 10 та повного відкриття керованої засувки 12 при повністю закритій керованій засувці 10. У цьому випадку крім часткової витрати кінетичної енергії гідравлічного удару на додаткове стиснення снарядів стисненого повітря 24 та 25 (див. Фіг.2, б), які знаходяться в нагнітальному трубопроводі З,завдяки снаряду стисненого пові 64281 8 тря 24, який виступає в ролі демпфера, забезпечується можливість досягнення співпадання в часі додатних амплітуд (А1) коливань тиску при гідроударі, які поширюються від поперечного перерізу І-І нагнітального трубопроводу 3 з від'ємними амплітудами (А2) коливань тиску при гідроударі, які поширюються від поперечного перерізу ІІ-ІІ нагнітального трубопроводу 3 та навпаки і за рахунок цього досягається зниження загальних амплітуд коливань тиску (ефект суперпозиції) при гідроударі, які не перевищують максимального значення цієї величини (Аmах), що витримується існуючою стандартною запірною арматурою (див. схеми графіків (3.1, 3.2, 3.3, 3.4 , Фіг.3). При цьому амплітуди коливань тиску, які поширюються в нагнітальному трубопроводі 3 при відсутності в ньому стисненого повітря на момент зупинки насосної установки, неминуче призведуть до руйнування стандартної запірної арматури, що ставить під загрозу функціонування системи центрального шахтного водовідливу в цілому. Таким чином, застосування винаходу, що заявляється, дозволить значно знизити загальні амплітуди коливань тиску при гідроударі у вертикальному нагнітальному трубопроводі насоса, що забезпечить підвищення рівня безпеки та надійності роботи шахтних водовідливних установок при використанні стандартної напірної арматури. 9 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 64281 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601