Методы уменьшения потребляемой энергии мелиоративными насосными станциями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы уменьшения потребляемой энергии мелиоративными насосными станциями

Ю.С. Уржумова,

Д.В. Николаенко,

В.Б. Панов,

С.А. Тарасьянц

Аннотация

Актуальность. Величина потребляемой энергии насосным оборудованием зависит от множества величин, которые могут изменяться в случае установки во всасывающих трубопроводах дополнительных устройств, повышающих величину полной энергии - струйных аппаратов. Объект. Объектом исследований является процесс взаимодействия увеличенной, с помощью струйного аппарата, энергии во всасывающем трубопроводе насосного оборудования, с величиной уменьшения потребляемой энергии насосной станцией при изменении местоположения потребителя. Материалы и методы. Исследования проводились с использованием теории планирования эксперимента, в качестве факторов принимались скорость потока во всасывающем трубопроводе V_BC, скорость потока в сопле струйного аппарата У ₀, давление в напорном трубопроводе Р_н/др ₀ на расстоянии 1250 м от здания насосной станции. В качестве критерия принимался напор струйного аппарата. Проведены две группы опытов: первая группа - для определения влияния каждого фактора на напор струйного аппарата, вторая - для определения максимально возможной величины увеличения высоты всасывания насоса (напора струйного аппарата). Результаты и выводы. Полученные величины напора струйного аппарата колеблются в пределах интервалов варьирования, что является возможным следствием повышения высоты всасывания, уменьшения суммарного напора насосной станции. На основании проведенных натурных исследований экспериментально установлено, что потребляемая мощность от 669,18 до 540,54 кВт при напорах от 106,88 до 126,52 м, подачах - от 0,46 до 0,28 м ³/с, КПД - от 0,72 до 0,68 и полной энергии во всасывающем трубопроводе от 1,75 до 5,71 м, величину в точке отбора источника водопотребления на расстоянии 1450 м от здания насосной станции, напора от 80,28 до 106,67 м, расхода - от 0,49 до 0,43 м ³/с при величине вакуума во всасывающем трубопроводе Н_В от 2,0 до 5,8 м; величина остаточной энергии между исследуемыми точками отбора в месте водоисточника и на расстоянии 1450 м от здания насосной станции - напора 19,03 м и подачи 0,15 м ³/с; расчетное, по экспериментальным данным, значение повышения высоты всасывания насоса и как следствие уменьшения напора в сети от 12,24 до 17,92 м; величина уменьшения потребляемой энергии при увеличении высоты всасывания с помощью струйного аппарата от 28,09 до 70,24 кВт при подачах от 0,40 до 0,28 м ³/с. Экспериментальными данными по величине уменьшения потребляемой энергии 70,24 кВт при увеличении высоты всасывания установлена возможность использования остаточной энергии и соответственно уменьшения напора и потребляемой мощности насосного оборудования. энергия трубопровод насосный

Ключевые слова: струйные аппараты, всасывающие трубопроводы, потребляемая энергия, допустимая вакуумметрическая высота всасывания, напор струйного аппарата.

METHODS FOR REDUCING ENERGY CONSUMPTION BY RECLAIMING PUMP STATIONS

Y.S. Urzhumova, D.V. Nikolaenko, V.B. Panov, S.A. Tarasyants

Abstract

Introduction. The amount of energy consumed by pumping equipment depends on many values that can change if additional devices are installed in the suction pipelines that increase the amount of total energy - jet devices. Object. The object of research is the process of interaction of increased, with the help of a jet apparatus, energy in the suction pipeline of pumping equipment, with the magnitude of the decrease in energy consumption by the pumping station when the location of the consumer changes. Materials and methods. The studies were carried out using the theory of experiment planning, as factors the flow rate in the suction pipeline V_BC, the flow velocity in the nozzle of the jet apparatus V₀, the pressure in the pressure pipeline Р_н/gp₀ at a distance of 1250 m from the building of the pumping station were taken. The pressure of the jet apparatus was taken as a criterion. During the research, two groups of experiments were carried out, the first group was to determine the effect of each factor on the pressure of the jet apparatus, the second - to determine the maximum possible increase in the suction head of the pump (pressure of the jet apparatus). Results and Conclusions. The obtained values of the head of the jet apparatus fluctuate within the range of variation, which is a possible consequence of an increase in suction height, a decrease in the total head of the pumping station. Based on the field studies, it was experimentally established that the power consumption is from 669.18 to 540.54 kW at heads from 106.88 to 126.52 m, flows from 0.46 to 0.28 m³/s, efficiency from 0.72 up to 0.68 and total energy in the suction pipeline from 1.75 to 5.71 m, the value at the point of selection of the source of water consumption at a distance of 1450 m from the building of the pumping station, head from 80.28 to 106.67 m, flow from 0, 49 to 0.43 m³/s with a vacuum value in the HB suction pipe from 2.0 to 5.8 m; the value of residual energy between the studied points of selection at the place of the water source and at a distance of 1450 m from the building of the pumping station - head 19.03 m and flow 0.15 m3/s; calculated, according to experimental data, the value of increasing the suction height of the pump and, as a result, reducing the pressure in the network from 12.24 to 17.92 m; the value of the reduction in energy consumption with an increase in suction height using a jet apparatus from 28.09 to 70.24 kW at feed rates from 0.40 to 0.28 m³/s. Experimental data on the magnitude of the reduction in energy consumption of 70.24 kW with an increase in suction height established the possibility of using residual energy and, accordingly, reducing the pressure and power consumption of pumping equipment.

Key words: pressure pipelines, suction pipelines, cavitation reserve, admissible vacuum suction head, jet apparatus, kinetic energy, potential energy.

Введение

Известно, что величина потребляемой энергии насосным оборудованием зависит от подачи, напора и значения КПД [7, 10]. Напор, в свою очередь, определяется разностью энергии в напорном и всасывающем трубопроводах Э ₂ и Э ₁ [12]. Величина полной энергии во всасывающем трубопроводе Э ₁ зависит от многих факторов - заводской допустимой вакуумметрической высоты всасывания, потерь напора во всасывающем трубопроводе, разницы отметок водоисточника и оси насоса. Данные величины могут изменяться в случае установки во всасывающих трубопроводах дополнительных устройств, повышающих величину полной энергии - струйных аппаратов [8, 11].

Цель исследований - разработать метод уменьшения потребляемой энергии мелиоративными насосными станциями при изменении местоположения потребителя с использованием струйного аппарата.

Материалы и методы. Полная энергия во всасывающем трубопроводе, до установки струйного аппарата:

Где - соответственно давление (вакуум) во всасывающем трубопроводе насоса и кинетическая энергия.

После установки струйного аппарата полная энергия увеличится до значения Э_? :

где Н_г._пр - добавочное давление, определяемое по зависимости [6]:

где а_о - коэффициент эжекции, Q_ex - подсасывающий расход, Q₀ - подаваемый расход, m = 5,0 (принимается [6, 9]) - геометрическая характеристика струйного аппарата, ж=0,06 - коэффициент гидравлического сопротивления на вход в струйный аппарат [1].

Опытное определение величины уменьшения потребляемой энергии в случае установки струйного аппарата проводилось по схеме, показанной на рисунке 1.

Исследования проводились с использованием теории планирования эксперимента [2, 3, 5], в качестве факторов принимались Хі - скорость потока во всасывающем трубопроводе, регулируемая задвижкой 3 и определяемая по зависимости:

где Q_ec - расход во всасывающем трубопроводе, ш_вс = 0,208 м ² - площадь поперечного сечения всасывающего трубопровода, Х ₂ - скорость потока в сопле струйного аппарата, определяемая по зависимости:

где ? - коэффициент скорости (принимается 0,88), Н_н._пр. - напор перед струйным аппаратом, Х ₃ - давление в напорном трубопроводе, измеряемое манометром 10, после задвижки 4.

В качестве критерия принимался напор струйного аппарата Н_г._пр. Проведены две группы опытов: первая группа - для определения влияния каждого фактора на напор струйного аппарата, вторая - для определения максимально возможной величины увеличения высоты всасывания насоса (напора струйного аппарата).

Результаты. Фактические и кодированные параметры факторов по первой группе опытов приведены в таблице 1 и приняты по возможным параметрам исследованной насосной станции.

Таблица 1 - Фактические и кодированные параметры факторов для первой группы опытов

Рисунок 1 - Схема установки оборудования и измерительной аппаратуры, при определении остаточной величины энергии вследствие изменения места отбора потребителем:

1 - центробежный насос Д 1250-125; 2 - кольцевой двухповерхностный струйный аппарат; 3,4, 5 - задвижки; 6,7,10,11 - манометры; 8, 9,13 -расходомеры; 12- мановакууметр

Матрица планирования и результаты первой группы опытов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Матрица планирования и результаты первой группы опытов

По обработанным данным таблицы 2 получена математическая модель, по которой построена ранжировочная кривая степени влияния факторов X₁(VB_C), X₂(V₀) и Х ₃(Р_н/др ₀) на критерий Н_гпр (рисунок 2):

Рисунок 2 - Ранжировочная кривая степени влияния исследованных факторов на напор струйного аппарата

Анализ данных рисунка 2 позволил продолжить дальнейшие исследования с факторами Х ₁(1В_с) и X₂(V₀) с изменением интервалов варьирования и учетом анализа первой группы опытов. Фактические и кодированные параметры факторов второй группы опытов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Фактические и кодированные параметры факторов для второй группы опытов

Матрица планирования и результаты второй группы опытов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Матрица планирования и результаты второй группы опытов

Обработка полученных результатов позволила получить математическую зависимость в виде:

Анализ данных уравнения 5 и полученные значения напора струйного аппарата в критических точках сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Значения напора струйного аппарата в критических точках эксперимента, рассчитанных по уравнению 5

Обсуждение. Из данных таблицы 5 видно, что полученные величины напора струйного аппарата Н_г._пр. колеблются в пределах интервалов варьирования, показанных в таблице 5, от 12,24 до 17,92 м, что является возможным следствием повышения высоты всасывания, уменьшения суммарного напора насосной станции на максимальное значение 16,88 м и потребляемой энергии, в зависимости от подачи на величину от 46,31 до 70,24 кВт.

Учитывая тот факт что для величины 16,88 м значение скорости во всасывающем трубопроводе принято 3,0 м/с, величину Н_гпр = 16,88 м следует принимать при длине всасывающего трубопровода не более 10-20 м, в противном случае, увеличенный напор компенсируется потерями во всасывающем трубопроводе.

Выводы

На основании проведенных натурных исследований экспериментально определены по зависимостям 2, 3 гидравлические параметры насосного оборудования:

- потребляемая мощность от 669,18 до 540,54 кВт при напорах от 106,88 до 126,52 м, подачах от 0,46 до 0,28 м ³/с, КПД от 0,72 до 0,68 и полной энергии во всасывающем трубопроводе от 1,75 до 5,71 м, величину в точке отбора источника водопотребления на расстоянии 1450 м от здания насосной станции, напора от 80,28 до 106,67 м, расхода от 0,49 до 0,43 м ³/с при величине вакуума во всасывающем трубопроводе Н_В от 2,0 до 5,8 м;

- величина остаточной энергии между исследуемыми точками отбора в месте водоисточника и на расстоянии 1450 м от здания насосной станции - напора 19,03 м и подачи 0,15 м ³/с;

- расчетное, по экспериментальным данным, значение повышения высоты всасывания насоса и, как следствие, уменьшения напора в сети от 10,24 до 17,92 м;

- величина уменьшения потребляемой энергии при увеличении высоты всасывания с помощью струйного аппарата от 28,09 до 70,24 кВт при подачах от 0,40 до 0,28 м ³/с.

Экспериментальными данными по величине уменьшения потребляемой энергии 70,24 кВт при увеличении высоты всасывания установлена возможность использования остаточной энергии и соответственно уменьшения напора и потребляемой мощности насосного оборудования.

Библиографический список

1. Барабаш В.М., Абиев Р.Ш., Кулов Н.Н. Обзор работ по теории и практике перемешивания // Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 4. С. 367-383.

2. Бенин Д.М. Методика обработки результатов гидравлического эксперимента // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 3-4 (57). С. 16-19.

3. Иванищев Ю.Г., Давыдов В.М. Автоматизированная обработка результатов эксперимента // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2020. № 3 (58). С. 25-32.

4. Использование теории подобия для построения характеристик центробежных насосов / И.С. Березин, И.А. Циглер, И.И. Малахов, М.В. Суковин // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 9 (65). С. 116-120.

5. Кошкин С.В., Соколов А.Л. Обработка и анализ результатов эксперимента и проверка гипотез // Специальная техника и технологии транспорта. 2020. № 5 (43). С. 280-285.

6. Методы расчета геометрической высоты всасывания и отметки оси центробежных насосов на насосных станциях мелиорации и водоснабжения / А.С. Тарасьянц, В.Н. Ширяев, О.И. Рахнянская, С.А. Тарасьянц // Международный журнал передовых исследований в области компьютерных наук и инженерии: сборник научных трудов по материалам Междунар. конф. St. Louis, Missouri, USA, 2020. С. 32-41.

7. Михайлова С.В., Погребная И.А. Повышение производительности центробежных насосов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019. Т. 46. № 2. С. 20-27.

8. Нафиков И.Р., Ситдиков Ф.Ф. Струйные аппараты для создания вакуума // Научная жизнь. 2019. № 1. С. 40-45.

9. Пути снижения энергетических затрат на насосных станциях мелиоративного назначения / С.А. Тарасьянц, О.И. Рахнянская, А.С. Тарасьянц, Ю.В. Бандюков, Ю. С Уржумова, Д.С. Ефимов, Р.Р. Мазанов // Проблемы развития АПК региона. 2016. № 2 (26). С. 67-75.

10. Рябцев Е.А. Методика критериальной оценки энергоэффективности магистральных насосов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2021. Т.

11. № 3. С. 304-309.

12. Черняков С.Е. Общие вопросы расчета и проектирования струйных аппаратов // Молодой ученый. 2016. № 10 (114). С. 20-23.

13. Ширяев В.Н., Уржумова Ю.С., Тарасьянц С.А. Методика расчёта полной энергии во всасывающих и напорных трубопроводах основных агрегатов на мелиоративных насосных станциях // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2021. № 1 (11). С. 162-173.

Размещено на Allbest.ru