ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ВА «ИЛМИЙ –
ТЕХНИКА МАРКАЗИ» МАСЪУЛИЯТИ ЧЕКЛАНГАН ЖАМИЯТ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.02.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ
ТИТОВА ЖАННА ОЛЕГОВНА
НАСОС СТАНЦИЯЛАРИНИНГ ҲОЛАТЛАРИНИ РОСТЛАШ
АЛГОРИТМЛАРИ ВА УСУЛЛАРИ
05.05.01 – «Энергетика тизимлари ва мажмуалари»
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2016
1
УДК 621.311:621 : 621.6.052.3
Докторлик диссертацияси автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Content of the abstract of doctoral dissertation
Титова Жанна Олеговна
Насос станцияларининг ҳолатларини ростлаш алгоритмлари ва
усуллари.............................................................................................................. 3
Титова Жанна Олеговна
Алгоритмы и методы регулирования режимов работы насосных
станций................................................................................................................
29
Titova Janna Olegovna
Algorithms and methods of regulation of the pumping stations operating
modes................................................................................................................... 55
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of publication works………………………............................................... 79
2
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ВА «ИЛМИЙ –
ТЕХНИКА МАРКАЗИ» МАСЪУЛИЯТИ ЧЕКЛАНГАН ЖАМИЯТ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.02.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ
Титова Жанна Олеговна
НАСОС СТАНЦИЯЛАРИНИНГ ҲОЛАТЛАРИНИ РОСТЛАШ
АЛГОРИТМЛАРИ ВА УСУЛЛАРИ
05.05.01 – «Энергетика тизимлари ва мажмуалари»
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2016
3
Докторлик диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси
ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида 30.09.2014/В2014.3-4.Т174 рақам билан рўйхатга
олинган.
Докторлик диссертацияси Тошкент давлат техника университетида бажарилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз) Илмий кенгаш веб-саҳифаси
(www.tdtu.uz) ва «ZIYONET» таълим ахборот тармоғида (www.ziyonet.uz) жойлаштирилган.
Илмий маслаҳатчи: Аллаев Кахрамон Рахимович
техника фанлари доктори, профессор
Расмий оппонентлар: Тягунов Михаил Георгиевич
техника фан доктори, профессор
Хашимов Арифжан Адилович
техника фан доктори, профессор
Камалов Толяган Сирожиддинович
техника фан доктори, профессор
Етакчи ташкилот: «Гидролойиҳа» АЖ
Диссертация ҳимояси Тошкент давлат техника университети ва “Илмий – техника маркази”
масъулияти чекланган жамият ҳузуридаги 14.07.2016.Т.02.01 рақамли илмий кенгашнинг 2016 йил
“25” ноябрь соат 11-00 даги мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил: 100125, Тошкент, Дўрмон йўли
кўч., 29. Тел.: (99871) 262-05-22; факс: (99871) 262-09-19; e-mail: info@energetika.uz).
Докторлик диссертацияси билан “Илмий – техника маркази” масъулияти чекланган
жамиятининг Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин (03 рақами билан рўйхатга олинган).
(Манзил: 100125, Тошкент, Дўрмон йўли кўч., 29. Тел.: (99871) 262-05-22).
Диссертация автореферати 2016 йил “09” ноябрь куни тарқатилди.
(2016 йил “08”ноябрь даги 14д рақамли реестр баённомаси)
Х.М. Муратов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш раиси
т.ф.д., профессор
О.О.Зарипов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш илмий котиби, т.ф.д., доцент
Т.Ш.Гайибов,
Фан доктори илмий даражасини берувчи илмий
кенгаш қошидаги илмий семинар раиси,
т.ф.д., профессор
4
КИРИШ (Докторлик диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати
. Ҳозирги кунда
дунё амалиётида энергетика, ерларнинг мелиорацияси, углеводород
маҳсулотларини етказиш ҳамда уй-жой коммунал хўжалигида насос
станцияларининг аҳамияти ошиб бормоқда. Иқтисодиётнинг ушбу соҳасида
насос станциялар ишини ишончлилиги, узлуксизлиги, юқори энергия
самарадорлиги ва мослашувчанлиги ҳамда беқарор ҳолатларида ишчанлик
қоюилиятлилигини таъминлаш долзарб масала ҳисобланади. Ривожланган
хорижий мамалакатларда барча параметрларга эришиш учун замонавий
насос жиҳозларини доимий равишда янгилаш ва такомиллаштиришнинг
маълум ютуқларига эришилган. «Бу борада қувур тизимларининг эксплуата
ция муддатини 1,5-2 баробарга узайтирадиган насос станцияларининг юқори
технологик ихтисослашган асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозларини
қўллаш талаб қилинмоқда»
1
.
Ўзбекистон Республикасида насос станциялари иш ҳолатларини ростловчи энергия тежамкор усул ва
қурилмаларини яратишга оид тадбирларни самарали ташкил қилиш юзасидан кенг қамровли чора тадбирлар
амалга оширилди. Бу борада насос станцияларининг энергетик жиҳозлари ва қувурларига электромеханик ва
гидромеханик ўтиш жараён-ларига таъсирини пасайтиришнинг самарали усул, услуб ва қурилмаларини
ишлаб чиқишда маълум натижаларга эришилган. Ростланадиган электр юритмаси асосида насос
қурилмаларини бошқариш структура схемаси ва алгоритмлари, «асинхрон двигатель-насос» частотали
ростланадиган тизимлари, турбомеханизмлардаги асинхрон двигателнинг мураккаб бошқарув структуралари
ишлаб чиқилган.
Жаҳонда беқарор ҳолатларда насос станциялари узлуксизлиги ва ишончлилигини таъминлаш,
беҳосдан ўтиш жараёнларига тушувчи насос станцияларининг энергетик жиҳозлари ва қувурларини ҳимоя
қилишнинг янги техника ва технологияларини яратиш алоҳида аҳамият касб этмоқда. Бу соҳада насос
станциялари ишининг барқарор ва беқарор иш ҳолатларини ростлашнинг усулларини ишлаб чиқиш,
гидравлик зарблардан асосий энергетик жиҳозлар ва қувурларни ҳимоялаш қурилмаларини яратиш, дренаж
ва оқова сувларни чиқариб ташлаш учун ёрдамчи энергетик жиҳозлар учун техник ечимларни топиш ва
ишончлилигини такомиллаштириш каби йўналишларда мақсадли илмий тадқиқотларни амалга ошириш
устувор вазифа ҳисобланади. Юқорида келтирилган илмий-тадқиқотлар йўналишида бажарилаётган илмий
изланишлар мазкур диссертация мавзуси долзарб-лигини изоҳлайди.
Ўзбекистон Республикасининг «Энергия билан оқилона фойдаланиш туғрисида»ги Қонун (1997
йил), Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2015 йил 5 майдаги ПҚ-2343-сон «2015-2019 йилларда
иқтисодиёт тармоқлари ва ижтимоий соҳада энергия сарфи ҳажмини қисқартириш, энергияни тежайдиган
технологияларни жорий этиш чора-тадбирлари дастури тўғрисида» Қарори, Вазирлар Маҳкамасининг 1999
йил 16 ноябрдаги 499-сон ««Гидротехника иншоотларининг хавфсизлиги тўғрисида»ги Ўзбекистон
Республикаси Қонунини амалга ошириш чора
тадбирлари тўғрисида»ги қарори ҳамда мазкур фаолиятга тегишли барча меъёрий-ҳуқуқий хужжатларда
белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти муайян даражада хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши нинг
устувор йўналишларига боғлиқлиги
. Мазкур тадқиқот республика фан ва
технологиялар ривожланишининг II. «Энергетика, энергия ва ресурс
тежамкорлик» устувор йўналиши доирасида бажарилган.
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий-тадқиқотлар шарҳи
2
.
Насос станцияларини электромеханик ва гидромеханик ўтиш жараёнлари
нинг салбий оқибатларидан ҳимояловчи ростлаш ҳолатлари ав алгоритм-
1
http://www.volnotex.ru/
2
Диссертация
мавзуси
бўйича
хорижий
илмий-тадқиқотлар
шарҳи
http://www.sipos.de/,
http://www.gavalves.co.uk/, http://www//valmatic.com/, Water Hammer in Pumped Sewer Mains. Aalborg:,
Denmark, 2012, 52p., Энергетик жиҳозлари. –М.: ВИЭ, 2004, 448с., http://www.mpei.ru/ ва бошқа манбалар
асосида ишлаб чиқилган.
5
ларини яратишга йўналтирилган илмий изланишлар жаҳоннинг етакчи илмий
марказлари ва олий таълим муассасалари, жумладан, Val-Matic Valve &
Manufacturing (США), SIPOS Aktorik (Германия), GA Valves, University of
Cambridge (Буюк Британия), Aаlborg University (Дания), Zhejiang University of
Science and Technology (Хитой), Москва энергетика университети (Россия),
Тошкент давлат техника университети ва «Илмий-техника маркази» МЧЖ да
(Ўзбекистон) кенг қамровли илмий тадқиқот ишлари олиб борилмоқда
Насос станцияларини электромеханик ва гидромеханик ўтиш
жараёнларнинг салбий оқибатларидан ҳимоялаш бўйича ростлаш ҳолат
усуллари ва алгоритмларини такомиллаштиришга оид жаҳонда олиб борилган
тадқиқотлар натижасида қатор, жумладан, қуйидаги илмий натижалар
олинган: насос станцияларидаги гидравлик зарблардан ҳосил бўлган
пульсацияларни текислаш принциплари ва босимларни нормалаш учун янги
ҳаво клапанларини ишлаб чиқилган (Val-Matic Valve & Manufacturing.,
АҚШ); насос станцияларида ўтиш ҳолатлари ҳолатидаги арматураларни
кўчишининг турли майдонлари учун турли ёпилиш тезлигини таъминловчи
юритмалар ишлаб чиқилган (SIPOS Aktorik, Германия); насос станцияси иш
ҳолатидаги нормал ва фавқулотда хавфли ҳолатлари учун чиқиш тезлигини
алоҳида
алоҳида созлаб амалга оширувчи автоматик бошқарувчи клапанлар ишлаб
чиқилган (GA Valves, Буюк Британия); бошқариш алгоритмларини
такомиллаштириш
асосида
насоснинг
электрюритма
ускуналарини
частотали-ростлаш ҳолатлари асосланган (University of Cambridge,
Великобритания); насос станциялардаги асинхрон двигателлар тезлигини
скаляр ва векторли ростлашда гидравлик зарбни келтирилган имитацияли
моделлаштириш асосида частотали бошқариш қонуниятлари яратилган
(Aalborg University, Дания); вақт функциясида кучланишни ростлаш қонуни
ва бошқариш частотасини чизиқли ўзгариш қонунларига проционаллигидаги
насос станцияларини бошқариш алгоритми ишлаб чиқилган (Zhejiang
University of Science and Technology, Хитой); суғориш насос станцияларининг
параметрларини асослаб беришнинг назарияси ва усуллари ишлаб чиқилган
(Москва энергетика университети, Россия); қисқа вақт ичида манбани
узилишидан кейин электрдвигателни ўз-ўзидан ишга тушириш ҳолатидаги
насос станцияларининг ўтиш жараёнини математик моделлари ишлаб
чиқилган (Тошкент давлат техника университети, Ўзбекистон); частотали
ростланувчи электрюритгичлар воситалари орқали суғориш насос станция
ларининг бошқаришдаги рационал структураси қурилган («Илмий-техника
маркази» МЧЖ, Ўзбекистон).
Дунёда йирик энергетик мажмуалар ва гидротехник объектлар ҳолатларини
бошқаришнинг интеллектуал оптимал усуллари ва алгоритм ларини ишлаб
чиқиш бўйича қатор, жумладан, қуйидаги устувор йўналишларда
тадқиқотлар олиб борилмоқда: насос ва гидроэлектрик станцияларни
энергиятежамкор, оптимал ва ҳавфсиз ҳолатлари ишлаб чиқиш; насос
станциясининг беқарор ҳолатларини ростлаш алгоритм ва усулларини
яратиш; насос станцияларини электромеханик ва гидротехник ўтиш
жараёнларини ўзаро
6
боғлиқлигини формаллаштириш; насосли ва гидротехник станцияларнинг
асосий ва ёрдамчи насосли-катта қувватли жиҳозлар ишончлилигини
таъминлаш.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Электромеханик ва
гидромеханик ўтиш жараёнлари салбий таъсирларидан насос станциялари
ҳолатини ҳимоялашнинг алгоритмлари ва тартибга солишнинг услубларини
яратишга қаратилган илмий тадқиқотлар жаҳоннинг етакчи илмий
марказлари ва олий таълим муассасаларида амалга оширилмоқда, жумладан
Val-Matic Valve & Manufacturing (АҚШ), SIPOS Aktorik (Германия)
,
GA
Valves (Буюк Британия), University of Cambridge (Буюк Британия), Aаlborg
University (Дания), Zhejiang University of Science and Technology (Хитой),
Москва энергетика институти (Россия), Ташкент давлат техника
университети ва «Илмий-техника маркази» МЧЖ (Узбекистан)
Жаҳонда
электромеханик ва гидромеханик ўтиш жараёнларининг салбий таъсирларидан насос станцияларнинг
ҳолатларини ҳимоя қилиш алгоритмлари ва тартибга солиш услубларини такомиллаштириш бўйича амалга
оширилган тадқиқотлар натижасида бир қатор илмий натижалар олинган, жумладан: насос станцияларида
гидравлик зарбларнинг пульсацияларини текислаш тамойиллари ва босимни меъёрий жиҳозга келтириш учун
янги ҳаволи клапанлар ишлаб чиқилган (Val-Matic Valve & Manufacturing АҚШ); насос станцияларида ўтиш
ҳолатлари пайдо бўлган ҳолатда арматура йўналишлари бўйича турли қисмлар учун ёпишнинг турли
тезлигини таъминлаб берувчи юритмалар ишлаб чиқилган (SIPOS Aktorik, Германия); насос станциясининг
меъёрий ва авариявий фаолият ҳолати учун чиқиш тезлигининг созланиши алоҳида ҳолатда амалга
ошириладиган автоматик бошқариш клапанлари ишлаб чиқилган (GA Valves, Буюк Британия); бошқарув
алгоритмларини такомиллаштириш асосида насос қурилмаларининг частотали тартибга солувчи ҳолатлари
асослаб берилган (University of Cambridge, Буюк Британия); гидравлик зарбни имитацион моделлаштириш
асосида насос станцияларда асинхрон двигателлар тезлигини скаляр ва вектор тартибга солиш ҳолатида
частотали бошқариш қонунлари яратилган (Aalborg University, Дания); вақт функциясида бошқарув частотаси
ўзгаришининг чизиқли қонуни ва кескинликни тартибга солишнинг пропорционал қонунида насос
станцияларини бошқариш алгоритми ишлаб чиқилган (Zhejiang University of Science and Technology, Хитой);
суғориш насос станцияларининг ўлчовларини асослаб бериш назарияси ва услублари ишлаб чиқилган
(Москва энергетика университети, Россия); насос станцияларида электр уланишнинг қисқа муддатли
ўзилишидан сўнг электродвигатель мустақил ишлаб кетган ҳолатидаги ўтиш жараёнларининг математик
моделлари ишлаб чиқилган (Тошкент давлат техника университети, Ўзбекистон); частотали тартибга
солинувчи электр юритмалар орқали суғориш тизимларининг насос станциялари бошқарувининг рационал
тизими яратилган (МЧЖ «Илмий-техника маркази», Ўзбекистон).
Жаҳонда бир қатор устувор йўналишлар бўйича тадқиқотлар амалга
оширилмоқда, жумладан: насос станцияларида ҳолатларни тартибга солиш
алгоритмлари ва услубларини яратиш, станцияларнинг насос кучлантириш
жиҳозлари фаолиятининг ишончлилигига ҳал этувчи таъсир ўтказадиган
асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозлар эксплуатацияси муддатининг
давомийлигини ҳисобга олган ҳолда йирик насос станцияларининг
электромеханик ва гидромеханик ўтиш жараёнларининг ўзаро боғлиқлиги
тадқиқ этилмоқда.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Насос станциялари ҳолатларини ростлаш алгоритмлари ва
услубларини, электромеханик ва гидромеханик ўтиш жараёнлари пайтида кўзда тутилмаган ҳолат ва
вазиятларни олдини олиш услублари ва жиҳозларини, насос станциялари бино ва ҳудудларидан сувларни
чиқаришнинг альтернатив усулларини яратишнинг назарий ва амалий масалаларига қуйидаги олимларнинг
бир қатор илмий ишлари бағишланган: Don J. Wood (University of Kentucky), Larsen Torben (Aalborg
University), Geraint Jewell (University of Sheffield), Hans-Georg Herzog (Technische Universität München), K.T.
Chau (University of Hong Kong), В.И.Виссарионов, М.Г.Тягунов (Москва энергетика университети),
Б.С.Лезнов (ВНИИВОДГЕО), А.А.Хашимов (Тошкент давлат техника институти), Т.С.Камалов («Илмий
техника маркази» МЧЖ), В.А.Хохлов («Водоподъемник» илмий ишлаб-чиқариш қорхонаси).
Электромеханик ва гидромеханик ҳолатлар таъсирини баҳолаш усулларини ишлаб чиқиш ва жорий
этиш, энергетик тизим ва комплекслар таркибида насос станциялари фаолиятининг ишончлилигини
ҳисоблаш, энергия самарадорлиги ва ҳолатини тартибга солиш услубларини ишлаб чиқиш ва жорий этиш
7
билан боғлиқ илмий-тадқиқотларни қуйидаги олимлар амалга оширган: Х.Ф.Фазилов, М.З.Хамудханов,
Р.А.Захидов, Х.М.Муратов, М.М.Мухаммадиев, К.Р.Аллаев, Т.Ш.Гайибов, Ш.Х.Рахимов, О.Я.Гловацкий.
Суғориш тизимларининг насос станцияларини оқимли насослари ишлаш
ҳолатларини оптималлаштириш ва тартибга солиш масалаларини тадқиқ
этишга Е.А.Соколов, Н.М.Зингер, Л.Г.Подвидз, Б.Ф.Лямаевнинг ишлари
бағишланган. Қайд этиш жоизки, амалга оширилган тадқиқотлар
муаммоларнинг фақатгина бир қисмини қамраб олган, насос
станцияларининг асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозларининг эксплуатация
муддатини ҳисобга олган ҳолда турли табиатдаги ўтиш жараёнларининг
ўзаро таъсир масалалари етарли даражада тадқиқ этилмаган. Насос
станциялари бинолари, атрофидаги ҳудудлардан фильтрацион, дренаж ва
оқова сувларни бир пайтни ўзида чиқариб ташлаш муаммосига етарли
даражада эътибор қаратилмаган. Энергия самарали ёндашув ва гидро
энергетик жиҳозларнинг янгиланишини ҳисобга олган ҳолда насос,
электродвигатель, босимли қувур ва электр тармоқларида кечаётган ўтиш
жараёнларини тадқиқ этишнинг тежамкор, ишончли ва универсал
алгоритмлари ва услубларини ишлаб чиқиш билан боғлиқ бўлган вазифалар
тобора долзарб бўлмоқда.
Диссертация мавзусининг диссертация бажарилган олий таълим
муассасасининг илмий-тадқиқот ишлари билан боғлиқлиги.
Диссертация
тадқиқоти Тошкент давлат техника университетининг илмий-тадқиқот
ишлари
режасининг ОТ-Ф5-036 «Энергетикада электромеханик ва
гидромеханик
ўткинчи
жараёнларининг
ўзаро
боғлиқликларини
формаллаштириш» (2007-2011), Ф-2-33 «Насос станцияларининг энергетик
самарадорлиги ва
ишлаш жиҳозларининг математик моделлаштириш
қонуниятларини аниқлаш» (2012-2016) мавзуларидаги лойиҳалари доирасида
бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
насос ва гидроэлектрик станцияларнинг асосий
ва ёрдамчи энергетик жиҳоз ва қувурларидаги беҳосдан ўтиш жараёнлари
ҳамда беқарор ҳолатларига салбий таъсири ва оқибатларини пасайтирувчи
алгоритм, усул, услуб ва қурилмаларини яратишдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
насос станция энергетик жиҳозлари эксплуатация муддатини ҳисобга
олган ҳолда насос станцияларининг электромеханик ва гидромеханик ўтиш
жараёнларидаги ўзаро боғлиқлигини ўрнатиш;
ўтиш жараёнларидаги гидравлик зарбдан асосий энергетик жиҳозлар ва
қувурларни ҳимоялаш учун насос станция иш ҳолатини ростлаш усулларини
ишлаб чиқиш ва уни амалга оширувчи қурилмани яратиш;
сув тошишидан ҳимоялаш учун бинодан фильтрацияли, дренаж ва
оқова сувлар ҳамда насос станцияси ҳудудига туташган қисмдаги сувларни
бир вақтда олиб ташлашнинг математик модели ишлаб чиқиш ва илмий
асослаш;
ишлаб чиқилган дастурли комплексдан олинган натижалар билан
табиий синовлар натижаларини таққослаш мақсадида ишлаб чиқилган
ҳисоблаш усуллар мувофиқлигини текшириш учун насос станцияси
жиҳозлари иш ҳолатини табиий синовдан ўтказиш;
8
амалда қўлланиладиган насос станциялари ва бинодан фильтрацияли,
дренаж ва оқова сувлар олиб ташлаш учун техник ечимлар ишлаб чиқиш ва
қурилмасини жорий қилиш.
Тадқиқотнинг объекти
сифатида насос ва гидроэлектр станциялари
олинган.
Тадқиқотнинг предмети
насослар билан пропоционал бошқариш
қурилмаси, бинодан фильтрацияли, дренаж ва ёмғир сувлари ҳамда насос
станцияси ёки гидроэлектрик станция ҳудудига туташган қисмдаги сувларни
бир вақтда олиб ташлаш тизими ва гидравлик зарблардан ҳимояловчи қайта
ишга тушириш қурилмаси
насос станциялари жиҳоз ва қувурларини гидравлик зарбдан ҳимоялаш
учун қайта ёқиш тузилмасини ва насос ёки гидроэлектр-станциялари биноси
ва ҳудудидан бир пайтнинг ўзида фильтрация, дренаж ва жала сувларини
олиб ташлаш учун тизим ташкил этади.
Тадқиқотнинг усуллари.
Диссертацияда Жуковский ва Парк-Горев
нинг классик тенгламалари асосида ҳисоблаш усуллари, ҳаракатларни
тақсимлаш усули, гидромашиналар назарияси, ишончлилик назарияси, оқим
баланси қисмидаги фильтрация қаршилик усуллари, тажрибани
режалаштириш усуллари қўлланилган.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
насос станцияларининг энергетик жиҳозларидан фойдаланиш муддати
ни ҳисобга олган ҳолда электромеханик ва гидромеханик ўтиш жараёнлари
ни босқичма-босқич ечиш алгоритми ишлаб чиқилган;
насос станцияларининг беқарор ҳолатларидаги энергия тизимлари-нинг ўтиш
жараёнларини тадқиқ қилиш имкониятини берувчи «қувур-насос
электрдвигатель-электр тармоқ» тизими элементларини ҳисоблашнинг умум
лаштирилган математик модели ва дастурий мажмуалари ишлаб чиқилган;
насос станцияларининг энергетик жиҳозлари ва қувурларини
гидравлик зарбдан ҳимоялаш учун қайта ишга тушириш қурилмасини
қўллашнинг янги усулари ишлаб чиқилган;
насос станцияларининг энергетик жиҳозлари ишончлилигини ошириш
учун насоснинг дискли занжирини пропорционал бошқариш қурилмаси
ишлаб чиқилган;
ростлаш тизимли оқимли насос ёрдамида турли хил баландликдаги
дренаж ва оқова сувларни бир вақтда чиқариш услуби ишлаб чиқилган;
бинодан фильтрацияли, дренаж ва ёмғир сувлари ҳамда насос станцияси
ҳудудига туташган қисмдаги сувларни оқимли насос ёрдамида бир вақтда
олиб ташлашнинг ростлаш тизими яратилган;
Тадқиқотнинг амалий натижаси
қуйидагилардан иборат: йирик насос
станцияларининг эксплуатация ва энергия сарфлаш ҳолатлари ишлаб
чиқилган ва насос станциялари самарадорлиги ва ишончлилигини ошириш
учун қўлланилган;
диск занжирли пропорционал бошқарувининг янги қурилмаси ишлаб
чиқилган ҳамда насос станцияларининг жиҳоз ва қувурларини гидравлик
9
зарбдан ҳимоялаш учун қайта ишга туширишнинг янги услуби қўлланилиб
насос станцияларида синовдан ўтказилган;
бинодан фильтрацияли, дренаж ва оқова сувлари ҳамда насос ёки
гидротехник станцияси ҳудудига туташган қисмдаги сувларни оқимли насос
ёрдамида бир вақтда олиб ташлашнинг ростлаш тизими ишлаб чиқилган ва
насос станция ва гидротехник станцияларга жорий қилинган.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги
назарий маълумотлар ва
ўтказилган экспериментал ҳисоблаш натижаларининг мосли билан
асосланади, табиий тажрибалар билан бошқа тадқиқотларнинг натижаларини
ҳисоблаш вариантларининг солиштириб таққослаганлиги билан тасдиқ
ланган ҳамда тадқиқотлар натижалари насос станцияларидан амалиётда
фойдаланишда жорий қилинган.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Олинган
натижаларнинг илмий аҳамияти насос станцияларидан фойдаланишда
энергетик жиҳозларининг ишончлилигини таъминловчи, электр энергияни
беҳосдан ўчиб қолиш ҳолатлари ҳамда сув ва энергетик русурсларни
рационал қўллаш имкониятини берувчи тадқиқотлар натижаларини қўллаш
билан характерланади.
Олинган натижаларнинг амалий аҳамияти авария ва сув тошқини
ҳолатларидаги асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозларни ҳимоя қилиш қурил
масини ишлаб чиқиш билан изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.
Насос станциялари иш ҳолатларининг алгоритм ва усулларини яратиш
бўйича олинган натижалар асосида:
Насос станциялари ва насосларни беқарор иш ҳолатларини
ростлашнинг энергиятежамкор восита ва усуллари, насос станциялари
қувурларига гидравлик зарбни камайтиришнинг самарали тизимлари қишлоқ
ва сув хўжалиги тизимидаги қатор, жумладан, Қарши магистрал канали
фойдаланиш бошқармасининг 1-4 КМК, «Мирзачўл» насос станцияларини
вилоятлараро фойдаланиш бошқармасининг ДНС-1, ДНС-2, ДНС-3 ва
«Ховост-Ғаллакор» насос станцияларида жорий қилинган (Қишлоқ ва сув
хўжалиги вазирлигининг 2016 йил 28 июндаги 04/31-700-сон маълумот
номаси). Илмий натижаларни қўлланилишида насос станциялари шахсий
эхтиёжларига электр энергия сарфини ўртача 4%га камайиши имкониятини
берди;
бинодан фильтрацияли, дренаж ва оқова сувлари ҳамда насос
станцияси ҳудудига туташган қисмдаги сувларни оқимли насос ёрдамида бир
вақтда чиқариб ташлаш учун ростлаш тизимлари қишлоқ ва сув хўжалиги
тизимидаги қатор, жумладан, Наманган насос станцияси, энергетика ва алоқа
бошқармасининг «Туркистон 1-1» ва «Туркистон 1-2», Қашқадарё насос
станциялари, энергетика ва алоқа бошқармасининг «Пахтакор», «Гувалак»,
Жиззах насос станциялари энергетика ва алоқа бошқармасининг “Қораянтоқ”
ва “ДМ-1”, Қарши кичик насос станцияларини фойдаланиш бошқармасининг
“М-2-2” насос станцияларида жорий қилинган (Қишлоқ ва сув хўжалиги
вазирлигининг 2016 йил 28 июндаги 04/31-700-сон маълумотномаси). Илмий
10
натижаларни қўлланилишида 1 йил муддат ичида сарфларни қоплайдиган,
шунингдек сарфларни қоплаш нормативидан 6,5 баробар самарадорликка эга,
энергия самарадор оқимли насосларни ишлаб чиқиш имкониятини берган;
насос станцияларининг энергетик жиҳозларидан фойдаланиш муддат
давомийлигини ҳисобга олган ҳолда, электромеханик ва гидромеханик ўтиш
жараёнларининг босқичма-босқич ечиш алгоритми, босим ҳосил бўладиган
насос станция қувурларидаги гидравлик зарбларни аниқлаш ва ҳисоблаш
дастурлари, «қувур - насос - электр двигатель - электр тармоқ» тизим
элементларининг ўзаро боғлиқлик умумлаштирилган математик модели
ОТ-Ф5-036 «Энергетикада электромеханик ва гидромеханик ўтиш
жараёнларнинг ўзаро боғлиқликларини формаллаштириш» грант лойиҳасида
(2007-2011) ўтиш жараёнларидаги энергетик параметрларни аниқлаш учун
фойдаланилган (Фан ва технологияларни ривожлантиришни мувофиқлаш
тириш қўмитасининг 2016 йил 20 октябрдаги ФТК-03-
-
13/700-сон маълумот
номаси). Тадқиқот илмий-тадқиқот натижаларининг қўлланилиши насос
станцияларининг асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозлари ва қувурларидаги
беҳосдан ўтиш жараёнига тушиш ва беқарор ҳолатлардаги салбий
таъсирларни камайтириш имкониятини берган. Гидравлик зарб 40%га
камайган, босим тушишининг давомийлиги 1,5 мартага камайган.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси
Тадқиқот натижалари 11 та
илмий-техник анжуманларда, шу жумладан 6 та халқаро анжуманларда
муҳокама қилинган: «Қишлоқ ва сув хўжалиги ишлаб чиқариши учун юқори
малакали
кадрлар
тайёрлаш
муаммолари»
халқаро
илмий-амалий
конференцияси (Тошкент, 2009й.); «Глобаллашув шароитларида инновацион
технологияларни шакллантириш ва жорий этиш муаммолари» Халқаро
илмий конференциясида (Тошкент, 2010); «Энергетиканинг замонавий ҳолати
ва ривожланиш истиқболлари» Халқаро илмий техник ва амалий анжуманда
(Тошкент, 2011); «From Innovative Ideas to Innovative Economy» Халқаро
инновацион форумда (Тошкент, 2015); «Минг йилликлар тўқнашувидаги
илмий прогресс» Халқаро илмий-амалий конференция (Прага, 2016);
«Замонавий фандаги долзарб муаммолар ва уларни ечиш йўллари» Халқаро
илмий амалий конференция (Москва, 2016) ва 5 та республика миқёсидаги
анжуманларда апробациядан ўтказилган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши.
Диссертация мавзуси
бўйича жами 30 та илмий иш чоп этилган, шулардан, 5 та монография,
Ўзбекистон Республикаси Олий аттестация комиссиясининг докторлик
диссертациялари асосий илмий натижаларини чоп этиш тавсия этилган
илмий нашрларда 12 та мақола, жумладан, 9 таси республика ва 3 таси
хорижий журналларда нашр этилган. 2 та фойдали моделга патент олинган, 2
та компьютер дастури рўйхатдан ўтказилган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация таркиби кириш,
бешта боб, хулоса, фойдаланилган адабиётлар рўйхати ва иловалардан
иборат. Диссертациянинг ҳажми 196 бетни ташкил этган.
11
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
қисмида ўтказилган тадқиқотларнинг долзарблиги ва зарурати
асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объекти ва предметлари
тавсифланган, республика фан ва технологиялар ривожланишининг устувор
йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва
амалий натижалари баён қилинган, олинган натижаларнинг илмий ва амалий
аҳамияти очиб берилган, тадқиқот натижаларини амалиётга жорий қилиш,
нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар
келтирилган.
Диссертациянинг
«Насос станцияларини эксплуатациялаш ва
энергия сарфлаш ҳолатлари муаммоларининг замонавий ҳолатини
тизимли таҳлили»
деб номланган биринчи бобида Ўзбекистон
Республикасидаги насос станцияларининг замонавий ҳолати асосий ва
ёрдамчи энергетик жиҳозларининг эскиришини ҳисобга олган ҳолда
ёритилган.
Насос станцияси энергетика ва вилоятлар алоқа ва минтақалараро
бошқармалари
кесимида
насос
станцияларини
фактик
жиҳатдан
эксплуатация қилиш ва энергия сарфланишининг маълумотлари асосий ва
ёрдамчи жиҳозларни ҳисобга олган ҳолда таҳлил қилинган. Бу таҳлил барча
насос станциялари электромеханик ва гидромеханик ускуналарининг
ярмидан ортиғи ўз кафолатланган ресурсини ишлаб бўлганлигини кўрсатди.
Адабиётлар таҳлилининг кўрсатишича, суғориш насос станциялари
электр энергияни рационал сарфлашини таъминлаш, суғориш тизими ва
қувурлари насос станциялар иш ҳолатини тартибга солиш ҳамда ишнинг энг
хавфсиз ва оптимал ҳолатларини танлаш билан боғлиқ бўлган кўплаб
тадқиқотлар амалга оширилган.
Синхрон ва асинхрон электр двигателларининг электромеханик ўтиш
жараёнлари Парк-Горевнинг классик тенгламалари асосида тахлил қилинган.
Гидромеханик ўтиш жараёнлари эса Н.Е.Жуковскийнинг классик асарларида
яратган қаттиқ гидравлик зарбларнинг дифференциал тенгламалари билан
тахлил қилинган.
Тахлил шуни кўрасадики, насос, электр двигатель, қувур ва электр
тармоқларида
бўлаётган
электромеханик
ва
гидромеханик
ўтиш
жараёнларининг ўзаро таъсирини, ва ўрганилаётган комплекснинг
эскиришини ҳисобга олган ҳолда ўтказилган тадқиқотлар талаб даражасида
амалга оширилмаган. Шу билан биргаликда бундай жараён, қувур узун
бўлганида насос станцияларининг энергетик жиҳозлари хавфсизлиги ва
ишончлилигига ҳал қилувчи таъсирини ўтказади.
Бундай салбий оқибатлар насос агрегатларини авария ҳолатларида
ўчирилиши билан боғлиқ бўлган ўтиш жараёнларини вужудга келтиради,
бунда қувурда энг катта гидравлик зарб вужудга келади, натижада ўчирилган
агрегатларнинг энг катта тезлиги кузатилади.
Масалан, Ўзбекистонда энг йирик бўлган насос станцияларининг
Қарши каскадида охирги 5 йилда энергия тизими томонидан
12
огоҳлантирилмаган ҳолда 20 га яқин режалаштирилмаган ўчиришлар бўлди,
бу ўчирилишларнинг ҳар бири вужудга келган ўтиш жараёни, гидравик
зарблар ва катта зиёнга олиб келди. 2013 йилнинг 23 январида авариявий
ҳолатда ишлаб турган барча 29 та насос агрегати ўчиб қолганида зарар 597
млн сўмни ташкил қилди, бунда ҳар бир агрегатнинг қуввати 12,5 МВтни
ташкил қилар эди. Бу ердаги энг салбий оқибат вегетация вақтида сувни
вақтида етказиб бермасликдир, бу эса қишлоқ хўжалиги корхоналарининг
ҳосилдорлиги пасайганлиги сабабли катта билвосита зарарларга олиб келади.
Тавсияларимиз киритилгандан сўнг, Қарши каскадида 2015 йилда электр
энергия туфайли бўлган ўчиришлар 20 дан 4 тагача пасайди.
Шундай қилиб, барқарор бўлмаган ҳолат ва кутилмаган ўтиш
жараёнларининг салбий таъсирини пасайтиришнинг илмий тасдиқланган
замонавий алгоритмлари, услуб ва қурилмаларини яратиш зарур бўлиб
қолмоқда, буларнинг барчаси насос ва гидроэлектр станцияларининг асосий
ва ёрдамчи энергетик жиҳоз ва қувурларини қамраб олиши лозим.
Диссертациянинг
«Насос станцияларнинг электромеханик ва
гидромеханик ўтиш жараёнларининг тенгламаларини босқичма-босқич
ҳал қилиш алгоритми»
деб номланган иккинчи бобида электромеханик ва
гидромеханик ўтиш жараёнларининг босқичма-босқич ҳал қилиш
алгоритмларини ва компьютер дастурлари ишлаб чиқишга бағишланган.
Электр энергия тизимлари унсурларида бўлаётган жараёнлар ўзаро
аҳамиятли даражада фарқ қилади, чунки бу тизимлар насос ёки гидроэлектр
станциялар каби гидроэнергетик объектларни ўз ичига киритади ва бу
уларнинг турли инерцион хусусиятларини белгилаб беради.
Агарда электр энергия тизимларининг электр магнит жараёни билан
боғлиқ бўлган ўтиш ҳолатлари, яъни қисқа тўхташув каби жараёнлар бир
лаҳза ичида бўлса, электр ва гидромеханик жараёнлар билан боғлиқ ҳолатлар
ўнлаб секунд ёки бир неча минут бўлиши мумкин, бу ҳолат унсурларни
уларни бир бирига мувофиқлаштириш учун мутаносиб параметрлар бўйича
тенгламаларни танлашни талаб қилади, чунки “қувур−насос−электр
двигатель–электр тармоқ” ягона тизим сифатида бу ичидаги барча
унсурларни ўзаро ҳисобга олган ҳолда ўрганилиши лозим.
Тизим ҳолатларини ростлаш учун тизим унсурлари ҳолатини
тасвирловчи математик моделларни соддалаштириш зарурати пайдо бўлади.
Агарда биз ўрганаётган тизимнинг дифференциал тенгламалари тизимида
вақтнинг доимийлиги турли қийматга эга бўлса, унда ҳаракатларни тезкор ва
секинга бўлиш имконияти бўлади.
Электр механик жараёнлар босим арматурасини тартибга солишни
ҳисобга олган ҳолда ўрганилганда баъзида юқори бьеф ва қувурдаги сув
сатҳининг тебранишлари ҳам ҳисобга олинган, чунки бу тебранишлар насос
станцияси синхрон двигателининг тебранишига ва ўнлаб, юзлаб секунд
билан ҳисобланадиган узоқ муддатли ўтиш жараёнларининг пайдо бўлишига
олиб келади.
Авария барқарорсиз ҳолатларни ҳисоблаш учун энергетик
тизимларнинг умумий математик моделида секин электр механик жараёнлар
13
ҳисобга олинди, жумладан, объектлар электр симларининг узунлиги, насос
станция қувурларининг узунлиги каби параметрлари ҳам ҳисобга олинди.
Электр механик жараёнлар айланаётган машиналарнинг ротор тебранишлари
ҳамда агрегатларнинг гидромеханик қисмларида бўлаётган жараёнларнинг
ўзаро боғлиқлигида ўрганилган.
Дастлабки математик моделни соддалаштириш кичик кўпайтирувчилар
бўлган дифференциал тенгламалар назариясини қўллаш ва бунга асосланган
ўзгарувчиларнинг ўзгаришини нисбий тезлиги бўйича динамик тизим
ҳаракатини хисоблашда қўлланилди.
Тизим ўтиш жараёнларининг тадқиқоти гарчи у тезкор электр магнит
жараёнлари модели ёрдами асосида амалга оширилса ҳам, улар машина
роторлари айланишининг бурчак тезликлари ўзгармас бўлган ҳолдаги вақт
бўлаклари учун тўғри келади.
Электр тизимларининг секин ўтиш ҳаракатларининг математик
моделлари электр ва гидромеханик ўтиш жараёнларини тадқиқ этишга
мўлжаллангандир, бунда биз тартибга солувчи қурилмаларни ягона жараён
сифатида ҳисобга оламиз. Унсурларнинг ўзаро таъсирини ҳисобга оладиган
тенгламалар тизими тузилди, бу тенгламалар тадқиқ этилаётган тизимда
пайдо бўладиган турли ҳолатларни таҳлил қилиш ҳамда уларга ҳолат ва
унсурлар параметрлари ўзгаришининг таъсирини аниқлаш имкониятини
беради. Бу тизимнинг асосини тадқиқ этилаётган электр ва гидромеханик
тизим унсурларининг ўрганилган тенгламалари ташкил қилади.
Умумий тизимга қуйидаги тенгламалар киради:
− қувурдаги сиқилмайдиган суюқликнинг ҳаракат тенгламаси:
∂
, (1)
H
+
1
∂
Q
λ
1
∂
x
gS
∂
+
=
t 0
d
S
2
2g
H
2
=
∂
, (2)
+
∂
t
c
gS
∂ ∂
Q x
0
бунда S – қувурнинг кўндаланг кесими юзаси, d – қувурнинг диаметри ва
λ
–
қувурнинг қаршилик коэффициенти.
Насос ва электр юритмани ўз ичига олган агрегатнинг ҳаракат
тенгламаси:
d
δ2
− синхрон:
МЕХ
ДВ JC
M M
2
T
=
−
, (3)
dt
ds
T
=
−
, (4) − асинхрон:
МЕХ
ДВ JA
M M
dt
Насос двигатели электр моментларининг тенгламалари:
E U
q c
2
U
(X X )
−
d q
− синхрон:
sin 2δ
=
+
, (5)
M
ДВ
X
sinδ
dΣ
2
X X
dΣ qΣ
− асинхрон:
2(1 s )
+
M M
kp
М
=
, (6)
ДВ ДВ
2s
s
s
kp
s
kp
+
+
s
kp
14
ρη
Ммех = Мг – Мтр,
ω
QH
M
Г
=
, Мтр= (0,03 – 0,07)Мгsign(n). (7)
Синхрон двигателини ғалаёнлантирувчи ростлагичларининг тенгламалари:
dE
qe
dv
T
p
=
−
, (8)
T
q0 qe
e
=
−
+
,
e v
dt
m
E E v
dП
dti
dt
dП
dti
=
+
+
. (9)
e Σ
0П 1П 2П
1
(K П
K
i
K
)
Бу тенгламаларни ечиш учун мувофиқ математик ифодалар қўлланилди,
улар ҳолат параметрларини ўзаро боғлайдилар. Тенгламалар
насос
агрегатларининг ўтиш ҳолатларини турли авариявий ва эксплуатацион
ҳолатларда, яъни шиналарда босим ўзгариши, синхрон двигателнинг
авариявий тўхтатилиши, насос ёки қувур билан боғлиқ бўлган авариялар
ҳолатида ўтиш ҳолатини тадқиқ этиш имкониятини беради.
Алгоритмнинг блок схемаси 1-расмда келтирилган.
Ишлаб чиқилган алгоритмлар гидравик зарбни аниқлаш ва ҳисоб
қилиш дастурий комплексини яратиш учун асос қилиб олинган. Бу
комплексга электрон ҳисоблаш машиналари учун дастурни расмий рўйхатдан
ўтказилганлиги ҳақидаги №DGU 03124 ва № DGU 03644 гувоҳномалари
олинди.
С# дастурлаш тилидаги дастурий комплекс юқори даражада асосий ва
ёрдамчи жиҳозлар конструкция ва сув ўтказиш қувурлари ва иншоотлари
параметрларини танлашга юқори даражада имкон беради. Дастурнинг
қўлланилиши гидравлик зарб бўлганида қувурдаги суюқликнинг босими ва
тезлиги, сарфланиши ва оқиб кетишини аниқлаш имкониятини беради ва уни
мумкин бўлган рақамлар билан таққослайди, зарур бўлган вақтда гидравлик
зарб кучини пасайтириш бўйича зарурий техник чораларни қабул қилишни
таъминлаб беради.
1-расм. Насос станцияларини ўтиш жараёнларининг босқичма-босқич ҳал қилиш
алгоритмларини блок схемаси
15
Дастурий
комплекс
қайта
уланувчи
қурилмани
математик
моделлаштиришда синовдан ўтказилди, бу қурилма қувурларни узоқ муддат
хизмат қилиши ва электр энергия сарфини тежаш мақсадида гидравлик
зарбнинг олдини олиш имкониятини беради. Дастурни илмий тадқиқот
ишларини амалга оширишда ва ўқув жараёнида ишлатиш мумкин.
Диссертациянинг
«Гидроэнергетик
қурилмаларда
ўтиш
жараёнларини ҳисоб-экспериментал тадқиқотлари»
деб номланган
учинчи бобида гидроэнергетик қурилмаларда ўтиш жараёнларини тадқиқ
этиш, яъни қувур ва гидромашинада гидромеханик жараёнларни ўрганиш
ҳамда гидрогенератор ва энергия тизимида электрмеханик жараёнлар
ўзгариши натижалари келтирилган.
Ўтиш жараёнлари жиҳоз унсурларига динамик юкламаларни катта
даражада кўпайиши билан тавсифланади. Жиҳозларнинг вибрацияси
гидроагрегатнинг оқим қувуридаги деворларига гидродинамик босим
пульсациясининг интенсивлиги ошганидан ошади, бу эса талофатга олиб
келиши мумкин.
Қувур тармоғидаги динамик жараёнлар гидравликадан маълум бўлган
қувурда босимнинг тарқалиш (1) ва (2) тенгламалри билан тасвирланади,
параметрлари бир хиллаштирилган эквивалент 4 қутбли тизимни
тақсимланган параметрларини тармоқнинг алмаштириш йўли билан қувур
тармоғи доимий узунлик диаметр ва қувур материали хусусиятлари қисмлари
билан тақдим этилиши мумкин. Унда қувурнинг
i
қисми учун босим ва
сарфининг тенгламалари қуйидаги кўринишга эга:
Қувур қисми қаршилик кўрсатишининг ҳисоби:
dQ
i
H H l L
0 у ч
i
−
i 1
+
0 у ч
+
=
−
(10)
dH
dt
1
r L QQ 0
,
i
+
−
=
−
, (11)
c
0
dt
L
бунда
,
g1
у ч
(Q Q ) 0
i i 1
λ
r
2
0
=
Sg1
c
2
c
=
,
l
0
=
– i
-қисми қувурнинг
қаршилик; H
i
, Q
i
, H
i-1
,
0
2
S d Sg
Q
i-1
– i
-қисми қувурнинг кириш ва чиқишидаги босим ва сарфи; L
уч
–
қувур
участкасининг узунлиги.
Бу тенгламалар “насос−қувур−двигатель−электр тармоғи” бутун
тизимининг ўтиш жараёнларининг таҳлилида қўлланилади. 2-расмда
“қувур−юқори бьеф” тизимида ўтиш жараёнини моделлаштиришнинг
натижалари келтирилган. Улардан қувур узунлигини қисқариши тебранишлар
частотаси ҳамда сув ҳажмининг тебраниш амплитудаси катталашишига олиб
келиши кўриниб турибди. Ўтиш жараёни 300 секундга яқин бўлиб, бунда
қувур узунлиги қисқариши сари босим ва тезликнинг ошиш даражаси
кўпаяди.
16
А Б
А) L=1500 м, Б) L=500 м, H
1
=55 м, λ=0.02, F= 13 м
2
2-расм. “Қувур−юқори бьеф” тизимининг
гидромеханик ўтиш жараёнлари
Насос агрегати электр двигателининг кутилмаганда тўхтатиши
машинанинг ротор статор контурларида ёки энергия тизимида қисқа тўхташ
натижасида пайдо бўлади, булар насос станцияси шиналарида ҳам бўлиши
мумкин ва бу авариявий ҳолат деб белгиланади.
3-расмда энергия тизими томонидан электр токининг етказиб
берилиши кутилмаганда тўхтаганида вужудга келган ўтиш жараёнининг
тавсифи берилади, бу ерда қувурдаги сув оқимининг тезлиги тебраниши Аму
Бухоро машина каналининг “Хамза-2” насос станцияси агрегати роторининг
босими ва айланиш тезлиги ҳисобланган, бунда қувурнинг узунлиги 1500
метр, диаметри 4,2 метр, ишчи босими 55 метр ва оқимнинг бошланғич
тезлиги секундига 2 метрдир.
3-расм. Насос станцияси синхрон двигатели кутилмаганда ўчганда
“қувур−юқори бьеф” тизимидаги ўтиш жараёнлари
Бунда
жараёнларнинг
асосий
хусусияти,
уларнинг
агрегат
айланишининг ўзгараётган частотасида вужудга келишидадир, бу эса электр
магнит ва гидромеханик параметрлар тебранишига олиб келади.
Синхрон двигателининг электр магнит моментлари қуйидаги формула
бўйича аниқланган:
17
M x [i (i i ) i i ](1 s );
C ad qC f 1d dC 1q k
=
+
−
+
(12)
Соддалаштириш мақсадида электр магнит ва гидромеханик моментлари
мувофиқ қувватлар билан алмаштирилган, яъни М
ДВ
= Р
ДВ
ва М
НАС
= Р
НАС
.
Электр ва гидромеханик тизим тенгламаларининг умумлаштирилган тизими
қуйидаги тарзда берилган:
сарф тенгламаси:
i 1 i 0 у ч у ч
(H H r L QQ)/Ll
dt
dQ
=
− −
−
, (13)
босим тенгламаси:
dH
1
=
− −
, (14)
0c
dt
L
(Q Q )
у ч
−
i i 1
синхрон двигатель тенгламаси:
dδ
=
, (15)
dt
ds
s
314
(
=
−
C
, (16)
)(P Р )
dt
T
JC
ДВ НАС
синхрон двигателни ғалаёнлаштириш ростлагичининг тушириш
регуляторининг тенгламалари мувофиқ тарзда:
ўтиш ЭЮКи:
'
q
dE
=
−
, (17)
(
dt
1
T
)(E
)
qe
E
q
d0
ротор айланмаларидаги босим:
qe
dE
=
−
+
, (18)
dt
1
(
T
e
eq0
E
q e )(E v)
ғалаёнлаштиргичнинг киришидаги кучланиш:
dv
=
−
. (19)
(
dt
1
T
P
)(e v)
(12)-(19) тенгламаларининг бир пайтнинг ўзида ечилиши “қувур – насос
− электр двигатель − электр тармоғи” тизимларида ўтиш жараёнининг
комплекс таҳлилини амалга ошириш имкониятини беради.
Бунда энг оғир ҳолатларидан бири станция шинасида айниқса, тизим
шинасида кучланиш пасайиши эканлиги аниқланди. 4-расмда тизим
шиналарида кучланиш 2% га пасайганида ўтиш жараёнининг тавсифлари
келтирилган. Таҳлил тизим шиналарида кучланишни пасайиши 8%дан ортиқ
бўлганида синхрон двигатель синхронликдан чиқиб кетишига олиб келади.
Келтирилган жадвалдан кўриниб турибдики, гидромеханик ўтиш
жараёнларининг кечиш характери ўзгаради, яъни босим ошгани сари сарфи
пасаяди, бу машинанинг айланиш моменти, яъни ҳаракатга келтирувчи куч
пасайиши билан асосланади, босимнинг кўпайиши эса оқимнинг инерцион
ҳаракати билан боғлиқ.
18
А Б
А) К
0U
=0; Б) К
0U
= 5 ед
4-расм.Тизим шиналарида босимни 2%га пасайганида
кечадиган ўтиш электр- ва гидромеханик жараёнлари:
Синхрон двигатель қувватининг кутилмаган ҳолда пасайиш ҳолатлари
ўрганиб чиқилган (5-расм). 15% га бўлса агрегатнинг барқарорлиги сақланиб
қолади, бунда электр механик жараёнлар тез пасаяди, гидромеханик
жараёнлар эса 140 секундга яқин давом этади. 30% га агрегат узоқ муддатли
тебранишлар ҳолатига тушади. 50%га бўлганида двигателнинг барқарорлиги
бузилади ва у синхронизмдан чиқиб кетади.
А Б
А – двигатель қуввати 15%га камаяди, Б – двигатель қуввати 30%га камаяди
5-расм. Насос агрегат валига юкламани кутилмаган ҳолда,
сакраган ҳолдаги ўтиш жараёнлари
Олинган натижалар энергетик жиҳоз ва қувурлар конструкциясини асослаб
бериш ҳамда техник иқтисодий ҳисобларда қўлланилиши мумкин.
Диссертациянинг
«Насос станцияларнинг асосий энергетик жиҳоз ва
қувурларини гидравлик зарбдан ҳимоя қилишда техник воситаларни
ишлаб чиқиш»
деб номланган тўртинчи бобида гидравлик зарбдан насос
станцияларининг жиҳоз ва қувурларини ҳимоялашнинг қуйидаги самарали
19
ечимлари: қайта ишга тушириш қурилмаси ва насоснинг дискли затворининг
пропорционал бошқаруви қурилмаси таклиф қилинган.
Босимли қувурларнинг икки ёки ундан зиёд тармоғини бирлаштирувчи
қайта ишга тушириш қурилмани қўллаш таклиф этилди. Уни гидравлик зарб
бўлганида босимни ошишини пасайтириш учун қўллаш таклиф қилинди.
Қайта ёқиш қурилмаси билан жиҳозланган насос станцияларида гидравлик
зарб кечишининг таҳлили шуни кўрсатдики, тармоқнинг бирида босим
ошганида қайта ёқишда ёнидаги тармоқ тизимига сув ташланади, аксарият
ҳолда босим пасайганида ёнидаги қувурлардан сув бошқа қувурларга
юборилади.
6-расмда ҳал қилинаган вазифа учун схема тақдим этилган. Насос
станциясининг ҳар бир босим тизими бир нечта насос агрегат, қувур ва сув
ташлаш ускуналаридан иборатдир.
0,2,4,7,8,10 –насослар, 3,1, 9 – қувур диаметри ўзгариш жойлари,
5,6 – қайта ёқиш қурилмасини ўрнатиш жойи, 11 − сув ташлаш жойи
6
– расм. Насос станцияси босимли тизимининг ҳисоб схемаси
Ўтиш жараёни боғлиқлигининг таҳлили қайта ёқиш тизими
ишлаганида босим тебранишларининг катталиги 20 метрга пасайгани
кузатилди, бунда гидравлик зарб 40% га камайди. Босим пасайишининг
давомийлиги 1,5 баробарга пасайди.
Насос станциясида ўрганилаётган ўтиш жараёнларининг табиий
синовлари ўтказилди, уларнинг таҳлили қайта ёқиш қурилмаси босим қувур
ва насос агрегатларини гидравлик зарбдан ҳимоялашнинг самарали восита
эканлигини кўрсатди.
Диссертацияда насос станцияларини гидравлик зарбдан ҳимоялаш учун
дискли затвори бошқарувининг пропорционал қурилмаси ишланмаси
асосланган. Диск затворининг ёпилиши даврининг қисқариши ишда қолган
насосни кавитация ҳудудидан тезроқ олиб чиқишига кўмаклашади. Бундан
ташқари бу жараёнда ўчирилган насоснинг вибрацион тавсифлари уни қайта
айланиш катталиги ва давомийлиги қисқаргани ҳисобига яхшиланади. Босим
қувурида эса босим пульсацияси қисқаргани ҳисобига ҳам тавсифлари
яхшиланади. Бу қисқариш насос фаолияти кавитация ҳолати ва реверсив
ҳолатида бўлганлиги сабабли вужудга келади.
20
Насос дискли затворини гидравлик зарбдан ҳимоялаш мақсадида
пропорционал ёпилишини айланишини амалга ошириш учун фойдали модель
даражасида № FAP 01119 Патент асосида бошқарув қурилмаси ишлаб
чиқилган (7-расм). Бу бошқарув қурилмасида рақамли гидравликанинг
замонавий ютуқлари қўлланилган.
1-насос,
2-дискли затвори, 3-босимли қувур, 4-ёқиш қурилмаси, 5-мой босим қурилмаси,
6-пропорционал золотникли тақсимловчи, 7-мой етказиш қувури, 8-электр юритмани
авариявий ўчириш датчиги, 9-электр юритмани статор чулғами, 10-электр юритма,
11-дастурланадиган логик контроллер, 12-тезликнинг рақамли датчиги.
7-расм. Насосни пропорционал бошқариш қурилмасининг схемаси
Сервопривод, мой босим қурилмаси, золотникли тақсимловчи,
дроселли ёғ қувури ва насосни авариявий ўчириш датчигига эга бўлган
дискли затворли қурилма босимли қувурда суюқлик оқимининг тезлиги
датчиги ва дастурланадиган логик контроллер билан жиҳозланади. Золотник
тақсимловчиси эса пропорционал тарзда тартибга солинади.
Дискли затворининг ёпилиш тезлигининг ўзгариши аста секинлик
билан қувурдаги суюқлик оқими тезлигига пропорционал равишда амалга
оширлади. Дастурланаётган логик контроллернинг техник тавсифи шундай
тарзда дастурланадики, босимли қувурда суюқлик беришнинг тўғри тезлиги
аксарият тезликка алмаштирилади, яъни рақамли датчик томонидан қайд
этиладиган суюқликнинг нолга тенг тезлиги пайтида дискли затвори тўлиқ
ёпилади.
Насоснинг пропорционал бошқарув қурилмасининг қўлланилиши
гидравлик зарб вужудга келиш имкониятини ҳамда элеткр энергиянинг
авариявий ҳолда тўхтатилишида насоснинг ортга қайтувчи тезлиги
имкониятини истисно этади, сарфланган электр энергия тежалишини
таъминлаб беради, насос станциясининг ишончлилиги ва тежамлилигини
оширади.
21
Диссертациянинг
«Гидроэлектр
станциялари
бинолари
ва
ҳудудларидан фильтрация, дренаж ва оқова сувларни чиқаришнинг
ёрдамчи тизимлари ҳолатлари»
деб номланган бешинчи бобида
гидроэлектр станциялари бинолари ва ҳудудларидан фильтрация, дренаж ва
оқова сувларни чиқаришнинг ёрдамчи тизимлари ҳолатини тартибга солиш
ўрганилган.
Энг масъул, муҳим ёрдамчи жиҳоз бу дренаж қуритувчи жиҳозлардир.
Авариявий сув тошқини ва электр энергия тўхтатилганда дренаж насослари
аслида биринчи бўлиб ишдан чиқади. Диссертацияда электр энергияни
кутилмаганда ўчириш туфайли станция биноларида жиддий сув тошқини
тасвирланган, чунки бу пайтда барча ёрдамчи жиҳозлар ўчирилган.
Иншоот ҳамда насос станциялари босимли қувурларнинг эскириши
билан боғлиқ бўлган ҳудуддан оқова сувларни оқими доимий кўпайиши
туфайли фильтрланган сув станцияси биноси деворлари орқали бинонинг
ўзига тушади, улар кабель каналлари бўйича оқиб тушади, бу кабеллар электр
ток каналлари бўйича оқиб тушади, бу эса авариявий вазият ва сув
тошқинларининг вужудга келишига олиб келади.
«Водоподъемник» илмий ишлаб-чиқариш қорхонасида диссертация
муаллифининг иштирок билан насос ёки гидроэлектр станцияси ва биноси
ҳудудидан фильтрация, дренаж ва оқова сувларни бир пайтнинг ўзида
чиқариб ташлаш учун янги қурилма ишлаб чиқилган. Бу қурилма FAP 00592
рақамли фойдали моделга берилган Патент билан ҳимояланган, у атрофдаги
ҳудудда жойлашган дренаж қудуқ станция биносида дренаж қудуғидан
иборат бўлиб, бу қудуқда тортиб олувчи қувурли насос ўрнатилган бўлиб,
унда дискли затвори мавжуд, бу затвор ричаг ёрдамида юк қалқитма билан
бирлашган, бу юк дренаж қудуғида жойлашади.
Таклиф қилинган тизим схематик тарзда 8-расмда кўрсатилган. Сув
оқими ўртача бўлганида дренаж қудуғидаги юк қалқитма шундай
жойлашганки, у билан боғлиқ бўлган затворнинг диски ярим ёпилган ҳолатда
бўлади, бунда насос дренаж қудуғига келган бутун сувни чиқариб ташлайди
ва дренаж қувуридаги, скважинадаги сувни ҳам чиқариб ташлайди ва
натижада буларда сув сатхи маълум даражага пасаяди. Юк қалқитма таъсир
қилувчи диск затвори дренаж қудуғидаги сув сатҳига боғлиқ равишда сув
оқимини қайта тақсимлайди, бу сув дренаж қудуғидан шу тарзда
тортиладики, кейинчалик дренаж қудуққа тушган барча сувни чиқариб
ташлаш мақсадида ишлатилади.
Насос ёки гидроэлектр станцияси биноси ҳамда атрофдаги ҳудуддан
фильтрланган дренаж ва оқова сувларни бир пайтнинг ўзида олиб ташлаш
учун яратилган тизимнинг қўлланилиши сувни чиқариб ташлаш
жараёнининг гидравлик автоматлашини таъминлайди, уни ишончлилиги ва
тежамкорлилигини оширади.
22
1-насосли тизим, 2-станция бносидаги дренаж қудуғи, 3-станция
ҳудудидаги қудуғи скважинаси, 4-қўшимча қувур, 5-қўшимча затвор
8-расм. Насос ёки гидроэлектр станция биноси ва атрофидаги
ҳудуддан фильтрация, дренаж ва оқова сувларни бир
пайтнинг ўзида чиқариб ташлаш учун яратилган тизим
Чиқариб ташлаш тизимида учта оқимнинг аралашуви кузатилади, яъни
босим қувурдан ишчи оқим ва иккита тортилувчи оқим, биттаси дренаж
қудуғидан, иккинчиси станция ҳудудидаги скважинадан намоён бўлади.
Бундай тизимда бўлаётган оқимларнинг аралашув қонунлари математик
тарзда тасвирланган, бундан ташқари қалқитмалик қурилма ёрдамида сувни
чиқариб ташлаш тизимини тартибга солишдаги жараёнлар ҳам аниқланган.
Насос станцияси биноси ва атрофидаги ҳудуддан фильтрация, дренаж
ва оқова сувларини чиқаришнинг тартибга солинган тизим ишининг ҳисоб
схемаси 9 расмда кўрсатилган.
9-расм. Насос станцияси биноси ва атрофидаги ҳудуддан фильтрация, дренаж ва
оқова сувларни чиқаришнинг тартибга солинган тизим ишининг ҳисоб схемаси
23
Станция биносида дренаж, қувурдан тортиб олишнинг юқорилиги
қуйидагича бўлади:
В здан здан кол
h
здан
Н =
∇
УВК -
∇
ОСН -
Δ
h =
∇
ДК +h -
∇
ОСН -
Δ
(20) бунда
∇
УВК
−
дренаж ҳудудидаги сув сатҳининг белгиси
∇
ОСН
насосни ўрнатиш ўқи,
∇
ДК
қудуқ тубининг белгиси,
h
кол
– қудуқдаги сувнинг чуқурлиги, бу
кўрсаткич ўзгарувчан кўрсаткич бўлиб,
Q
В здан
дренаж қудуққа сувни келишига
боғлиқ ва қувурда бинодан сувни чиқариб
ташловчи,
Δ
h
здан
– олувчи тизимдаги қувурнинг
босимнинг йўқотилиши.
В тер тер диск 0 c тер
h
диск
Н =
∇
УВС -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
h =
∇
ДК+H - S -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
(21)
Босимнинг йўқотилиши гидравлика формулалари асосида белгиланади.
Δ
λ
,
(
)
Δ
λ
,
(
)
8
2
(
)
2
2
8
Q
h =
l Q
здан Вздан
8
l Q
т ер Вт ер
Вт ер
Δ
ξ
(22)
здан
gd
2 5
h =
т ер
gd
h =
диск диск
gd
π
здан
π
2 5
т ер
π
2 4
т ер
Дискни маҳаллий қаршилик
коэффицентининг катталигига у α
дискини ёпилиш бурчагига боғлиқ.
ξ
диск
боғлиқ,
Агарда α 0 дан 50 градусгача бўлса, коэффициентлар олтинчи
даражадаги полином билан аппроксимация қилинади
ξ
диск
=9,4
⋅
10
-11
α
6
+3,56
⋅
10
-7
α
5
-2,47
⋅
10
-5
α
4
+6,81
⋅
10
-4
α
3
-5,0
⋅
10
-3
α
2
+4,24
⋅
10
-2
α+0,097,
агарда бурчак 50 дан 90 градусгача бўлса, тўртинчи даражадаги полином
билан
ξ
диск
=0,0155α
4
-3,502α
3
+296,965α
2
-11181,76α+157675,6 (23) Бунда
аппроксимация ишончлилигининг катталиги R² = 0,99 ни ташкил қилди.
Ўз навбатида, тартибга солувчи қалқитма қурилма диск затворининг
ёпилиш бурчаги қудуқдаги сув чуқурлиги ва ричагнинг геометрик
параметрларига боғлиқ.
Оқимларни тортиб олишда насосни гидравлик тартбига солинишининг
математик модели қуйидагича кўринишга эга.
2
Q
2
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞ ⎜
⎜
⎝⎛ ⎟
⎟
⎠⎞
тер
dl
8
Q
λ
8
2 4
z
Втер
тер тер
Вздан
здан здан
+
− −
π
1
1
ξ
=
+
−
z
(24)
2 4
g d
тер
d
диск здан
тер
g d
π
здан
здан
Бу хисобда насос станцияси ҳудуди
Q
В тер
ва бино
Q
В здан
дан насосни
тортиб олиш сарфларининг катталиги аниқланади.
8
Q
Вздан
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
z z
2
здан здан
−
+
−
здан тер
2 4
g d
1
Q
Втер
=
π
здан
d
здан
(25)
8
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
2 4
g d
тер тер
⎜
⎜
⎝
⎛− −
1
ξ
диск
π
тер
d
тер
Қашқадарё вилояти “М-2-2” насос станцияси мисолида ўтказилган
ишлаб чиқилган математик модел бўйича тизимни параметрларининг ҳисоб
натижалари 10-расмда график тарзда тақдим этилган.
24
10-расм. Насос станцияси биноси ва ҳудудидан оқимларни
тортиб олиш сарфига насос босимининг боғлиқлиги
10-расмдан кўриниб тургандек, насос ишчи тавсифи номига эга бўлган
тортиб олинаётган сарфнинг босимига боғлиқлиги ичи бўш дўмбира томони
ташқарига қаратилган шаклдадир. Бундай кўриниш насосларнинг ишчи
тавсифига хос бўлиб, дастлабки тадқиқотлардан олинган. Бироқ, насос
станцияси биносидан оқимни тортиб олишнинг сарфига насосни
боғлиқлигини алоҳида ўрганиб чиқсак, яъни бунда босими алоҳида бўлса
тавсифлар бошқача белгига эгалигини тавсифлаш жоиз. Тавсифлар дўмбоқ
томони пастга қаратилгани ва минимум нуқталарига эга бўлганлигидан
иборат. Насос ишининг ҳолатлари бу минимумларга мувофиқ бўлганда энг
кичик босимларга эга ва шу жиҳатдан энергия самарадорли ҳисобланади.
Янги қурилмалар Қашқадарё вилоятининг “М-2-2”, “Пахтакор”,
“Гувалак”, Қарши магистрал каналининг 2, 3, 4 рақамли насос станциялари,
Жиззах вилоятининг “Қораянтоқ” ва “ДМ-1”, Наманган вилоятининг “Олтин
водий”, “Туркистон 1-1”, “Туркистон 1-2” насос станциялари ва Чорвоқ
гидроэлектр станцияларида жорий этилди.
“М-2-2” насос станциясида амалга оширилган янги қурилмаларнинг
табиий синовларининг натижалари келтирилган. Насос синовларининг ишлаб
чиқилган услубияти ҳамда ўлчашнинг келтирилган восита ва услублари
босимни 3% дан зиёд бўлмаган хато билан ўлчовининг амалга ошириш
имкониятини берди, насоснинг ва ишчи суюқликнинг сарфининг хатоси 3,5%
дан ошмади.
Мазкур ҳисоблар ҳамда амалга оширилган табиий синовларнинг
статистик ишлови шуни кўрсатдики, инқирозли нуқталарда назарий ва
экспериментал ҳисобларнинг максимал келишмовчилиги 6% дан зиёд
бўлмади. Ҳисоб ва амалга оширилган табиий синовлар натижаларининг
қиёсланиши амалга оширилган тадқиқотларнинг ишончлилигини кўрсатади.
25
ХУЛОСА
«Насос станцияларининг ҳолатларини ростлаш алгоритмлари ва
усуллари» мавзусидаги докторлик диссертацияси бўйича олиб борилган
тадқиқотлар натижалари қуйидагилардан иборат:
1. Насос станцияларидаги аварияларнинг асосий сабабларидан бири
гидравлик зарб билан мураккаблашган электромеханик ёки гидромеханик
ўтиш жараёнларидир. Босимнинг кескин тебранишлари тармоқнинг
бузилишига, қувур арматурасининг бузилишига, насоснинг тўхташига ва
хаттоки насос станцияларининг ишдан чиқишига олиб келиши мумкин. Бу
борада асосий энергетик жиҳоз ва қувурларни гидравлик зарбдан
ҳимоялашнинг услуб ва қурилмаларини ишлаб чиқиш масаласи муҳим бўлиб
қолади.
2. Илк бор “қувур – насос − электр двигатель − электр тармоқ” тизими
модели таклиф қилинди. Келтирилган тенгламалар тизими турли авариявий
ва эксплуатацион ҳолатларда энергия тизимнинг ўтиш ҳолатини тадқиқ этиш
имкониятини беради, яъни шиналарда босимни ўзгариши синхрон
двигателнинг авариявий ҳолатда ўчиши, насос ёки қувур билан боғлиқ
аварияларни тахлил қилишда қўлланилади. Синхрон двигатель қувватининг
кутилмаган ҳолда 15% га пасайиши агрегатнинг турғунлигини сақланиб
қолади, бунда электр механик жараёнлар тез пасаяди, гидромеханик
жараёнлар эса 140 секундга яқин давом этади. 30% га пасайиши агрегат узоқ
муддатли тебранишлар ҳолатига тушади. 50% га пасайиш бўлганида
двигателнинг барқарорлиги бузилади ва у синхронизмдан чиқиб кетади.
3. Диаметри 4,2 метргача бўлган қувурли насос станцияларда
гидравлик зарбларни ҳисоб қила оладиган дастурий комплекс ишлаб
чиқилди. Бу комплекс асосий ва ёрдамчи энергетик жиҳозларни конструкция
ва сув ўтказувчи иншоот ва қувурларни параметрларини танловига таъсир эта
олади. Электрон ҳисоб машиналари учун дастурларни расмий рўйхатдан
ўтказиш ҳақидаги гувоҳномалар олинди, № DGU 03124 ва № DGU 03644.
4. Босим қувурларда қайта ёқиш қурилмасидан фойдаланиш гидравлик
зарбда босимнинг ошиш катталигини пасайтириш имкониятини беради.
Қайта ёқиш қурилмаси ишлатилганида босим қувурлардаги гидравлик зарб
юмшоқроқ ўтади. Қувурларнинг бирида босим ошганида қўшни қувурларга
сув ташланади, пасайганда эса қўшни қувурлардан сув оқиб ўтади. Бунда
гидравлик зарб ўрта ҳисобда 40%га пасаяди, босимнинг пасайиш муддати эса
1,5 баробарга камаяди.
5. FAP 01119 фойдали модель Патент даражасида насос
станцияларининг дискли затвори ёпилишининг пропорционал бошқаруви
қурилмасини тавсия килади. Дискли затворини ёпилиш тезлигининг
ўзгариши аста-секин ўтади ва қувурда суюқликнинг оқиш тезлигига
пропорционал тарзда бўлади. Дастурланаётган логик контроллернинг техник
тавсифи шундай тарзда дастурланадики, босим сув қувурида суюқликни
тўғридан-тўғри етказиб бериш тезлиги қайта тезлигига алмашганида, яъни
суюқлик тезлиги нулга тенг бўлганда, диск затвори тўлиқ ёпилади, бу эса
26
асосий энергетик жиҳоз ва қувурларда гидравлик зарбнинг пайдо бўлишини
тамоман тўлиқлигича истисно этади.
6. Бир пайтнинг ўзида фильтрация, дренаж ва оқова сувларини нафақат
бино, балки насос станцияларини атрофидаги ҳудуддан чиқариб ташлаш
заруриятининг илмий асосланган услубияти барча гидроэнергетик
объектларни эксплуатация қилиш хавфсизлиги ва ишончлилигининг
замонавий талабларига жавоб бериши мақсадида тавсия килинади.
7. Насос станцияси биноси ва атрофдаги ҳудудлардан тортиб
олинадиган оқимлар параметрлари ҳисобининг алгоритми ишлаб чиқилган.
Ечимнинг натижаси тортиб олинадиган фильтрация, дренаж ва оқова
сувларнинг оқимини насос станцияси биноси ва атрофидаги ҳудудидан
тартиб солувчи гидравлик қалқитмалик тизимнинг тартиб солиш қонуни
асосида бўлади. Олинган боғлиқлик ва тобеликнинг таҳлили шуни
кўрсатдики, насос станцияси атрофидаги ҳудуддан тортиб чиқиладиган
сувнинг максимал катталиги 40-45 градуслик бурчакда тартибга солувчи
қалқитма қурилманинг диск затворини ёпиш соҳасида эришилади.
8. FAP 00592 рақамли Патент бўйича фойдали модель даражасида
насос ёки гидроэлектр станцияси биноси ва атрофидаги ҳудудидан
фильтрация, дренаж ва жала сувларини бир пайтнинг ўзида олиб ташлаш
учун тизим тавсия килади, бу тизим ҳам стационар ҳолатда, ҳам авариявий
сув тошқинларида ишлашга мўлжалланган.
9. Ишнинг натижалари бир қатор насос ва гидроэлектр станция
эксплуатацияси
амалиётига
жорий
этилган. Бажарилган комплекс
экспериментал тадқиқотлар ишлаб чиқилган услуб ва математик
моделларнинг мувофиқлигини тасдиқлади. Теоретик ва экспериментал
ҳисобларнинг ўртасидаги фарқ 6%дан юқори бўлмади, бу амалга оширилган
тадқиқотларнинг
ишончлилигини
тасдиқлайди.
Диссертация
иши
натижаларини жорий этишдан тушадиган тасдиқланган иқтисодий
самардорлик йилига 200 млн сўмдан ошади.
27
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ
ДОКТОРА НАУК 14.07.2016.Т.02.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ
ГОСУДАРСТВЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ И
ООО «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР»
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТИТОВА ЖАННА ОЛЕГОВНА
АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
05.05.01 – «Энергетические системы и комплексы»
(технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
Ташкент – 2016
28
Тема докторской диссертации зарегистрирована за № 30.09.2014/В2014.3-4.Т174 в Высшей
аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан.
Докторская диссертация выполнена в Ташкентском государственном техническом
университете.
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский) размещен на
веб-странице Научного совета (www.tdtu.uz) и Информационно-образовательном портале «Ziyo
Net» (www.ziyonet.uz).
Научный консультант: Аллаев Кахрамон Рахимович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Тягунов Михаил Георгиевич
доктор технических наук, профессор
Хашимов Арифжан Адилович
доктор технических наук, профессор
Камалов Толяган Сирожиддинович
доктор технических наук, профессор
Ведущая организация: АО «Гидропроект»
Защита диссертации состоится «25» ноября 2016 г. в 11-00 часов на заседании научного
совета 14.07.2016.Т.02.01 при Ташкентском государственном техническом университете и
Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-технический центр»: 100125, г.Ташкент, ул.
Дурмон йули, 29. Тел: (99871) 262-05-22; факс: (99871) 262-09-19; e-mail: info@energetika.uz.
С докторской диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре
Общества с ограниченной ответственностью «Научно-технический центр» (регистрационный
номер 03). Адрес: 100125, г. Ташкент, ул. Дурмон йули, 29. Тел.: 262-05-22.
Автореферат диссертации разослан «09»ноября 2016 года.
(протокол рассылки № 14д от «08»ноября 2016 г.)
Х.М.Муратов
Председатель научного совета по присуждению
ученой степени доктора наук
д.т.н., профессор,
О.О.Зарипов
Ученый секретарь научного совета по присуждению ученой
степени доктора наук, д.т.н., доцент
Т.Ш.Гайибов
Председатель научного семинара при Научном совете
по присуждению ученой степени доктора наук
д.т.н., профессор
29
ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации)
Актуальность и востребованность темы диссертации.
На сегодняш
ний день в мировой практике непрерывно растет значение насосных станций
в энергетике, мелиорации земель, перекачке углеводородных продуктов, а
также в жилищно-коммунальном хозяйстве. В этих отраслях экономики ак
туальным является обеспечение надежности, бесперебойности, высокой
энергоэффективности и гибкости работы насосных станций, а также работо
способности при неустановившихся режимах. В достижении всех вышепере
численных параметров определенные успехи достигнуты в зарубежных стра
нах мира, где современное насосное оборудование постоянно обновляется и
совершенствуется. В связи с этим является востребованным применение
«высокотехнологического специализированного основного и вспомогатель
ного энергетического оборудования насосных станций, продлевающего срок
эксплуатации трубопроводных систем в 1,5-2 раза»
1
.
В Республике Узбекистан проводятся широкомасштабные мероприятия по эффективной организации
мер по созданию энергосберегающих методов и устройств регулирования режимов работы насосных
станций. В этом отношении заметные результаты достигнуты при разработке эффективных методов,
способов и устройств снижения влияния электромеханических и гидромеханических переходных процессов
на энергетическое оборудование и трубопроводы насосных станций. На базе регулируемого электропривода
разработаны структурные схемы и алгоритмы управления насосными установками,
разработаны
частотно-регулируемые системы «асинхронный двигатель-насос», разработаны структуры комбинированного
управления асинхронным двигателем в турбомеханизмах.
В мире особое значение приобретают вопросы надежности и бесперебойности работы насосных
станций при неустановившихся режимах, создания новой техники и технологии защиты энергетического
оборудования и трубопроводов насосных станций от внезапных переходных процессов. В этой области
осуществление целенаправленных научных исследований по разработке методов регулирования
установившихся и неустановившихся режимов работы насосных станций, созданию устройств защиты
основного энергетического оборудования и трубопроводов от гидравлических ударов, созданию технических
решений и совершенствовании надежности вспомогательного энергетического оборудования для удаления
дренажных и сточных вод, все это является приоритетной проблемой.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных в Законе Республики Узбекистан «О
рациональном использовании энергии» (1997), Постановлении Президента
Республики Узбекистан №ПП-2343 от 5 мая 2015 года «О программе мер по
сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в
отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы», постановлении
Кабинета Министров Республики Узбекистан № 499 от 16 ноября 1999 года
«О мерах по реализации Закона Республики Узбекистан «О безопасности
гидротехнических сооружений», а также в других нормативно-правовых
документах, принятых в данной сфере.
Соответствие исследований с приоритетными направлениями
развития науки и технологий республики.
Данное исследование
выполнено в соответствии с приоритетным направлением развития науки и
технологий республики II. «Энергетика, энерго- ресурсосбережение».
1
http://www.volnotex.ru/.
30
Обзор международных научных исследований по теме диссертации
2
.
Научные исследования, направленные на создание алгоритмов и методов ре
гулирования режимов насосных станций, защищающих от негативных про
явлений электромеханических и гидромеханических переходных процессов,
осуществляются в ведущих научных центрах и высших образовательных
учреждениях мира, в том числе в Val-Matic Valve & Manufacturing (США),
SIPOS Aktorik (Германия)
,
GA Valves (Великобритания), University of
Cambridge (Великобритания), Aаlborg University (Дания), Zhejiang University
of Science and Technology (Китай), Московском энергетическом университете
(Россия), Ташкентском государственном техническом университете и ООО
«Научно-технический центр» (Узбекистан).
В результате исследований, проведенных в мире по усовершенствованию алгоритмов и методов
регулирования режимов на насосных станциях для защиты от негативных проявлений электромеханических
и гидромеханических переходных процессов, получен ряд научных результатов, в том числе: разработаны
принципы сглаживания пульсаций гидравлических ударов на насосных станциях и новые воздушные
клапаны для нормализации давления (Val-Matic Valve & Manufacturing США); разработаны приводы,
обеспечивающие различные скорости закрытия для различных участков хода арматуры в случае переходных
режимов на насосных станциях (SIPOS Aktorik, Германия); разработаны автоматические управляющие
клапаны, в которых настройка выходной скорости осуществляется раздельно для нормального и аварийного
режима работы насосной станции (GA Valves, Великобритания); обоснованы режимы частотно
регулируемых электроприводов насосных установок на основе совершенствования алгоритмов управления
(University of Cambridge, Великобритания); на основе проведенного имитационного моделирования
гидравлического удара созданы законы частотного управления при скалярном и векторном регулировании
скорости асинхронных двигателей на насосных станциях (Aalborg University, Дания); разработан алгоритм
управления насосными станциями при пропорциональном законе регулирования напряжения и линейном
законе изменения частоты управления в функции времени (Zhejiang University of Science and Technology,
Китай); разработана теория и методы обоснования параметров оросительных насосных станций (Московский
энергетический университет, Россия); разработаны математические модели переходных процессов на
насосных станциях при самозапуске электродвигателя после кратковременного перерыва питания
(Ташкентский государственный технический университет, Узбекистан); построены рациональные структуры
управления
насосными
станциями
оросительных
систем
посредством
частотно-регулируемых
электроприводов (ООО «Научно-технический центр», Узбекистан).
В мире разработке интеллектуальных алгоритмов и оптимальных ме
тодов управления режимами крупных энергетических комплексов и гидро
энергетических объектов по ряду приоритетных направлений посвящены
многие исследования, в том числе: разработка энергосберегающих, опти
мальных и безопасных режимов насосных и гидроэлектрических станций;
создание алгоритмов и методов регулирования неустановившихся режимов
насосных станций; формализация взаимосвязи электромеханических и гид
ромеханических переходных процессов насосных станций; обеспечение
надежности работы основного и вспомогательного насосно-силового обору
дования насосных и гидроэлектрических станций.
Степень изученности проблемы.
Вопросам исследования теоретических и практических задач по созданию
алгоритмов и методов регулирования режимов насосных станций, разработке способов и устройств
предотвращения нештатных ситуаций во время электромеханических и гидромеханических переходных
процессов, разработке альтернативных способов
2
Обзор зарубежных научных исследований по теме диссертации осуществлялся на основе:
http://www.sipos.de/, http://www.gavalves.co.uk/, http://www//valmatic.com/, Water Hammer in Pumped
Sewer Mains. Aalborg:, Denmark, 2012, 52p., http://www.zust.edu.cn/english/, Энергетическое обору
дование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. –М.: Изда
тельство ВИЭ, 2004, 448с., http://www.mpei.ru/и других источников.
31
удаления воды из зданий и территорий насосных станций посвящены работы ряда ученых: Don J. Wood
(University of Kentucky), Larsen Torben (Aalborg University), Geraint Jewell (University of Sheffield), Hans Georg
Herzog (Technische Universität München), K.T. Chau (University of Hong Kong), В.И.Виссарионова,
М.Г.Тягунова (Московский энергетический университет), Б.С.Лезнова (ВНИИВОДГЕО), А.А.Хашимова
(Ташкентский государственный технический университет), Т.С.Камалова (ООО «Научно-технический
центр»), В.А.Хохлова (Научно-производственное предприятие «Водоподъемник»). Научно-исследовательские
работы, связанные с разработкой и внедрением методов оценки влияния электромеханических и
гидромеханических режимов, создание методов расчетов надежности работы, энергоэффективности и
регулирования режимов насосных станций в составе энергетических систем и комплексов нашли отражение
в работах ученых Х.Ф.Фазылова, М.З.Хамудханова, Р.А. Захидова, Х.М.Муратова, М.М. Мухаммадиева,
К.Р.Аллаева, Т.Ш.Гайибова, Ш.Х.Рахимова, О.Я.Гловацкого. Исследованию вопросов оптимизации и
регулирования режимов работы струйных насосов насосных станций оросительных систем посвящены
работы Е.А.Соколова, Н.М.Зингера, Л.Г.Подвидза, Б.Ф.Лямаева. Надо отметить, что проведенные
исследования охватывают только часть проблем, недостаточно исследованы вопросы взаимного влияния
переходных процессов различной природы с учетом срока эксплуатации основного и вспомогательного
энергетического оборудования насосных станций. Проблеме одновременного удаления фильтрационных,
дренажных и сточных вод из зданий и прилегающих территорий насосных станций не было уделено
достаточного внимания. При энергоэффективном подходе и с учетом обновления гидроэнергетического
оборудования задачи, связанные с разработкой экономичных, надежных и универсальных алгоритмов и
методов исследований переходных процессов, происходящих в насосах, электродвигателях, напорных
трубопроводах и электрических сетях, становятся все более актуальными.
Связь темы диссертации с научно-исследовательскими работами
высшего образовательного учреждения, где выполнена диссертация.
Диссертационное исследование выполнено в рамках плана научно
исследовательских работ фундаментальных и прикладных проектов Таш
кентского государственного технического университета: Ф-2-33 «Выявление
закономерностей механизмов энергоэффективности и математическое моде
лирование режимов насосных станций» (2012-2016), А-3-24 «Разработка спо
собов и устройств защиты от гидравлического удара основного энергетиче
ского оборудования и трубопроводов насосных станций» (2015-2017).
Целью исследования
является создание алгоритмов, методов, способов и устройств снижения
негативного влияния неустановившихся режимов и внезапных переходных процессов на основное и
вспомогательное энергетическое оборудование и трубопроводы насосных и гидроэлектрических станций.
Задачи исследования:
установить взаимосвязь электромеханических и гидромеханических переходных процессов насосных
станций с учетом срока эксплуатации энергетического оборудования насосных станций;
разработать
методы регулирования режимов работы насосных станций для защиты
основного энергетического оборудования и трубопроводов от
гидравлического удара при переходных процессах и создать устройства для
его осуществления;
научно
обосновать
и
разработать
математическую модель одновременного удаления
фильтрационных, дренажных и сточных вод из зданий и прилегающих территорий насосных станций для
защиты от затоплений;
провести натурные испытания режимов работы оборудования насос
ных станций для проверки адекватности разработанных методов расчета, со
поставить результаты натурных испытаний с результатами, полученными на
разработанном программном комплексе;
разработать технические решения и внедрить устройства для удаления
фильтрационных, дренажных и сточных вод из зданий и прилегающих тер
риторий на действующих насосных станциях.
Объектом исследования
являются насосные и гидроэлектрические
станции.
32
Предметом исследования
являются устройство пропорционального управления насосом,
перепускное устройство для защиты от гидравлического удара и система одновременного удаления
фильтрационных, дренажных и ливневых вод из зданий и прилегающих территорий насосных или
гидроэлектрических станций.
Методы исследования.
В диссертации использовались методы расчета
на основе классических уравнений Жуковского и Парка-Горева, метод разде
ления движений, теория гидромашин, теория надежности, метод фильтраци
онных сопротивлений в части баланса потока, методы планирования экспе
римента.
Научная новизна исследования
заключаются в следующем:
разработан
алгоритм поэтапного решения электромеханических и гидромеханических переходных процессов насосных
станций с учетом продолжительности эксплуатации энергетического оборудования; разработана обобщенная
математическая модель и программный комплекс расчета элементов системы «трубопровод - насос -
электродвигатель - электрическая сеть», позволяющие исследовать переходные процессы энергосистемы при
неустановившихся режимах насосных станций;
разработан новый способ использования
перепускного устройства для защиты энергетического оборудования и
трубопроводов насосных станций от гидравлического удара;
разработано устройство пропорционального управления дисковым затвором насоса для повышения
надежности работы энергоустановок насосных станций;
разработан способ одновременной откачки дренажных и сточных вод с
различной высотой всасывания с помощью струйного насоса с системой
регулирования;
создана
регулируемая
система
одновременного
удаления
фильтрационных, дренажных и ливневых вод из зданий и прилегающих
территорий насосных или гидроэлектрических станций с помощью
струйного насоса для защиты от затоплений.
Практические результаты исследования
заключаются в следующем:
разработаны режимы эксплуатации и энергопотребления крупных насосных
станций и внедрены для повышения надежности и эффективности на
насосных станциях;
разработаны новое устройство пропорционального управления дисковым затвором и новый способ
использования перепускного устройства для защиты энергетического оборудования и трубопроводов
насосных станций от гидравлического удара, которые апробированы на насосных станциях;
регулируемые системы со струйными насосами для одновременного
удаления фильтрационных, дренажных и сточных вод из зданий и
прилегающих территорий насосных или гидроэлектрических станций для
защиты от затоплений внедрены на насосных станциях и на
гидроэлектрической станции.
Достоверность результатов исследований
обоснована проведенными
сопоставлениями результатов экспериментов с расчетными и теоретическими
данными, подтверждена сопоставительными расчетами вариантов c резуль
татами натурных испытаний, сравнением с результатами других исследова
телей, а также внедрением результатов исследований в практику эксплуата
ции насосных станций.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Научная
значимость полученных результатов исследований характеризуется тем, что
использование результатов исследований обеспечит надежную рабо ту
энергетического оборудования насосных станций при эксплуатации, в
33
случае внезапных отключений электроэнергии и при аварийных затоплениях,
а также позволит рационально использовать водные и энергетические ресур
сы.
Практическая значимость полученных результатов работы заключается
в разработке устройств по защите основного и вспомогательного
энергетического оборудования от аварий и затоплений.
Внедрение результатов исследования.
На основе полученных научных
результатов по созданию алгоритмов и методов регулирования режимов
работы насосных станций разработаны:
энергосберегающие способы и средства регулирования неустановив
шихся режимов работы насосов и насосных станций, эффективные системы
снижения гидравлического удара в трубопроводах насосных станций внед
рены на ряде насосных станций системы сельского и водного хозяйства, в
том числе на насосных станциях № 1÷4 КМК Управления эксплуатации
Каршинского магистрального канала и на насосных станциях ДНС-1,
ДНС-2, ДНС-3, «Хаваст Галлакор» Межобластного управления эксплуата
ции насосных станций «Мирзачуль» (Справка от 28 июня 2016 года
№04/31-700 Министерства сельского и водного хозяйства). Использование
научных результатов позволило снизить затраты электроэнергии на соб
ственные нужды насосных станций в среднем на 4%;
регулируемые системы для одновременной откачки фильтрационных,
дренажных и сточных вод из зданий и территорий насосных станций, с по
мощью струйных насосов, внедрены на ряде насосных станций системы
сельского и водного хозяйства, в том числе на насосных станциях «Турки
стон-1-2» и «Туркистон-1-1» Наманганского управления насосных станций
энергетики и связи, на насосных станциях «Пахтакор», «Гувалак», Кашкада
рьинского управления насосных станций энергетики и связи, на насосных
станциях «Караянтаг» и «ДМ-1» Джизакского управления насосных станций
энергетики и связи, на насосной станции «М-2-2» Каршинского управления
эксплуатации малых насосных станций (Справка от 28 июня 2016 года
№04/31-700 Министерства сельского и водного хозяйства). Использование
научных результатов позволило разработать энергоэффективные струйные
насосы, срок окупаемости которых составляет 1 год, что в 6,5 раз эффектив
нее нормативного срока окупаемости;
алгоритм поэтапного решения электромеханических и гидромеханиче
ских переходных процессов насосных станций с учетом продолжительности
эксплуатации энергетического оборудования, программа выявления и расче
та гидравлического удара в напорных трубопроводах насосных станций,
обобщенная математическая модель взаимосвязи элементов системы «тру
бопровод - насос - электродвигатель - электрическая сеть» использовались
для определения энергетических параметров при переходных процессах в
проекте ОТ-Ф5-036 «Формализация взаимосвязи электромеханических и
гидромеханических переходных процессов в области энергетики»
(2007-2011). (Справка Комитета по координации развития науки и
34
технологий Республики Узбекистан № ФТК-03-13/700 от 20.10.2016 года).
Использование результатов научного исследования позволило снизить нега
тивное влияние неустановившихся режимов и внезапных переходных про
цессов на основное и вспомогательное энергетическое оборудование и тру
бопроводы насосных станций. Гидравлический удар снизился на 40%, дли
тельность понижения давления сократилась в 1,5 раза.
Апробация результатов исследования.
Результаты исследования до
ложены на 11 научно-технических конференциях, в том числе 6 между
народных: на международной научно-технической конференции «Проблемы
подготовки высококвалифицированных кадров для сельского и водного хо
зяйства (Ташкент, 2009), международной научно-технической конференции
«Проблемы формирования и внедрения инновационных технологий в усло
виях глобализации» (Ташкент, 2010), международной научно-технической и
практической конференции «Современное состояние и перспективы развития
энергетики» (Ташкент, 2011), на международном инновационном форуме
«From Innovative Ideas to Innovative Economy» (Ташкент, 2015), международ
ной научно-практической конференции «Vědecký pokrok na přelomu
tysyachalety» (Прага, 2016), международной научно-практической конферен
ции «Актуальные проблемы в современной науке и пути их решения»
(Москва, 2016) и на 5 республиканских конференциях.
Опубликованность результатов исследования.
По теме диссертации опубликованы всего 30 научных работ, из них 5
монографий, 12 научных статей, рекомендованных Высшей аттестационной
комиссией Республики Узбекистан для публикации основных научных
результатов докторских диссертаций, в том числе 9 в республиканских и 3 в
зарубежных журналах, 2 патента на полезные модели, 2 свидетельства о
регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации.
Структура диссертации состоит из
введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и
приложений. Объем диссертации составляет 196 страниц.
35
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность и востребованность темы диссертации, сформулированы цель
и задачи исследования, выявлены объект и предмет исследования, определено соответствие исследования
приоритетным направлениям развития науки и технологий республики, изложены научная новизна и
практические результаты исследования, обоснована достоверность результатов исследований, раскрыты
теоретическая и практическая значимость полученных результатов, приведен перечень внедрений
результатов исследования, представлены результаты апробации работы, сведения по опубликованным трудам
и структуре диссертации.
В первой главе диссертации
«Системный анализ современного состояния режимов эксплуатации
и энергопотребления насосных станций»
освещено современное состояние режимов эксплуатации и
энергопотребления насосных станций с учетом срока эксплуатации основного и вспомогательного
энергетического оборудования.
Проанализированы данные фактической эксплуатации и энергопотреб
ления насосных станций в разрезе областных и межрегиональных управле
ний насосных станций, энергетики и связи с учетом срока эксплуатации ос
новного и вспомогательного энергетического оборудования. Обзор показал,
что более половины всего электромеханического и гидромеханического обо
рудования насосных станций отработали свой гарантированный ресурс. Как
показал литературный обзор, проводятся значительные исследова ния,
связанные с выбором безопасных и оптимальных режимов работы и
обеспечением рационального использования электрической энергии ороси
тельных насосных станций, регулирования режимов работы насосных стан
ций оросительных систем и трубопроводов.
Электромеханические переходные процессы синхронных и асинхрон
ных электродвигателей описаны классическими уравнениями Парка-Горева, а
гидромеханические переходные процессы – дифференциальными уравне
ниями жесткого и упругого гидравлических ударов, основу которых положи
ли классические работы Н.Е. Жуковского.
Нами выявлено, что достаточных исследований взаимосвязей электромеханических и
гидромеханических переходных процессов, происходящих в насосах, электродвигателях, напорных
трубопроводах и электрических сетях, с учетом срока эксплуатации всего комплекса оборудования не
проводилось. А они, при повышенной длине напорного трубопровода, могут оказывать решающее влияние
на безопасность и надежность работы энергетического оборудования станций.
Наиболее неблагоприятные последствия возникают при переходных
процессах, связанных с внезапным аварийным отключением основных
насосных агрегатов. При этом возникает наибольший гидравлический удар в
напорном трубопроводе и наибольшая угонная скорость отключенных агре
гатов.
Например, на крупнейшем каскаде насосных станций за предыдущие 5 лет ежегодно происходило
около двадцати незапланированных погашений электроэнергии. Каждое из этих погашений приводило к
значительным потерям от произошедших переходных процессов и гидравлических ударов. При внезапном
погашении электроэнергии 23 января 2013 года, когда отключились все 29 работающих насосных агрегата
мощностью по 12,5 Мегаватт каждый, потери составили 597 млн. сум. Самым неприятным является
недоподача воды во время вегетации, что приводит к существенным потерям от снижения урожайности
сельскохозяйственных культур. После обновления оборудования электроэнергетической системы и
внедрения рекомендаций по надежной работе энергооборудования количество отключений на каскаде в 2015
году снизилось с двадцати до четырех в год.
Таким образом, становится необходимым создание научно-обоснованных алгоритмов, методов,
способов и устройств снижения негативного влияния неустановившихся режимов и внезапных переходных
процессов на основное, вспомогательное энергетическое оборудование и трубопроводы насосных и
гидроэлектрических станций.
36
Во второй главе диссертации «
Алгоритмы поэтапного решения
уравнений электромеханических и гидромеханических переходных про
цессов насосных станций»
разработаны алгоритмы решения уравнений ре
жимов, происходящих в элементах электроэнергетических систем, содержа
щих насосные или гидроэлектрические станции. Эти процессы существенно
отличаются между собой, что связано с их различными инерционными свой
ствами.
Переходные режимы электроэнергетических систем, связанные с элек
тромагнитными процессами, такие как короткие замыкания, протекают за
доли секунды. Режимы, связанные с электромеханическими и гидромехани
ческими процессами, могут длиться десятки секунд или несколько минут.
Поэтому необходимо подбирать уравнения элементов по соответствующим
параметрам для их стыковки, так как система «трубопровод – насос – двига
тель – электрическая сеть» должна рассматриваться как единая, с учетом вза
имовлияния всех этих элементов.
Для регулирования режимов системы необходимо упрощать мате
матические модели, описывающие поведение элементов системы. В рассмат
риваемой системе дифференциальных уравнений постоянные времени могут
иметь различный порядок. Тогда появляется возможность разделить движе
ния на быстрые и медленные.
Электромеханические процессы рассматривались нами с учетом регу
лирования запорной арматуры, а иногда и колебаний уровня воды в верхнем
бьефе. Они в свою очередь могут привести к колебаниям синхронного двига
теля насосной станции и возникновению длительных переходных процессов,
длящихся десятки и сотни секунд.
Общая математическая модель энергетических систем для расчета ава
рийных неустановившихся режимов охватывала медленные электромехани
ческие процессы, в том числе с учетом параметров таких протяженных объ
ектов, как линии электропередач, трубопроводы насосных станций. Электро
механические процессы рассматривались во взаимосвязи с колебаниями ро
торов вращающихся машин и с процессами, происходящими в гидромехани
ческих частях вращающихся агрегатов.
Составлена система уравнений, которая позволит проанализировать раз
личные режимы, возникающие в исследуемой системе, и определить влияние
на них изменения параметров режима и элементов. В общую систему входят
следующие уравнения:
- уравнения движения несжимаемой жидкости в трубопроводе:
∂
, (1)
H
+
1
∂
Q
λ
1
∂
x
gS
∂
+
=
t 0
d
S
2
2g
H
2
=
∂
, (2)
+
∂
t
c
gS
∂ ∂
Q x
0
где S
–
площадь поперечного сечения трубопровода, d – диаметр трубо
провода,
λ
–
коэффициент сопротивления трубопровода;
37
- уравнения движения агрегата, включающего насос и электропривод:
δ
2
d
синхронного двигателя:
МЕХ
ДВ JC
M M
2
T
=
−
, (3)
dt
ds
T
=
−
, (4)
асинхронного двигателя:
МЕХ
ДВ JA
M M
dt
- уравнения электрических моментов двигателя насоса:
E U
q c
2
U
(X X )
−
d q
синхронного:
sin 2δ
=
+
, (5)
M
ДВ
X
sinδ
dΣ
2
X X
dΣ qΣ
асинхронного:
2(1 s )
+
M M
kp
М
=
, (6)
Д В Д В
s
s
k p
s
k p
гидравличес
кий момент
насоса:
ρη
М
МЕХ
=М
Г
-М
ТР,
ω
QH
M
Г
+
+
s
2s
k p
=
, M
ТР
= (0,03 - 0,07)M
Г
sign(n); (7)
- уравнение регуляторов возбуждения синхронного двигателя:
dE
qe
dv
T
p
=
−
, (8)
T
q0 qe
e
=
−
+
,
e v
dt
m
E E v dП
dti
dt
dП
dti
=
+
+
, (9)
e Σ
0П 1П 2П
1
(K П
K
i
K
)
Для
решения
приведенных
уравнений
использовались
соответствующие математические выражения, связывающие между собой
параметры режима.
Приведенные уравнения позволили исследовать переходные режимы
насосных агрегатов при различных аварийных и эксплуатационных режимах:
при изменении напряжения на шинах, аварийном отключении синхронного
двигателя, авариях, связанных с насосом или в трубопроводе и т.д.
Разработаны алгоритмы поэтапного решения электромеханических и
гидромеханических переходных процессов, выявления и расчета гидравличе
ского удара в трубопроводах насосных станций. Блок схема алгоритма пред
ставлена на рис. 1.
Разработанные алгоритмы легли в основу создания программного ком
плекса выявления и расчета гидравлического удара, на который получены
Свидетельства об официальной регистрации программы для электронно
вычислительных машин № DGU 03124 и № DGU 03644. Программный ком
плекс на языке программирования С# может в значительной степени влиять
на выбор основного и вспомогательного оборудования, конструкцию и пара
метры водопроводящих сооружений. Применение программы обеспечивает
определение величины напора и скорости, расхода и стока жидкости в тру
бопроводе при гидравлическом ударе, сравнение их с допустимыми величи
нами, принятие в случае необходимости технических мер по снижению ве
личины гидравлического удара.
38
Программный комплекс был апробирован при математическом моде
лировании перепускного устройства, позволяющего предотвращать гидрав
лический удар с целью увеличения долговечности трубопроводов и экономии
потребления электроэнергии. Программы можно применять при проведении
научно-исследовательских работ и в учебном процессе.
Рис. 1. Блок-схема алгоритма поэтапного решения электромеханических и гидроме
ханических переходных процессов насосных станций
В третьей главе диссертации
«Расчетно-экспериментальные исследо
вания переходных процессов в гидроэнергетических установках»
приве
дены результаты исследований переходных процессов в гидроэнергетических
установках, а именно: изучение гидромеханических процессов в трубопрово
дах и гидромашине и изучение электромеханических процессов в гидрогене
раторе и в энергосистеме.
Переходные процессы характеризуются значительным увеличением
динамических нагрузок на элементы оборудования. Вибрация оборудования
значительно возрастает при увеличении интенсивности пульсации гидроди
намического давления на стенках проточного тракта гидроагрегата, что мо
жет привести к катастрофическим последствиям.
Динамические процессы в трубопроводной сети описываются извест
ными из гидравлики уравнениями распространения (1) и (2) путем замены
линии с распределенными параметрами на систему эквивалентных четырех
полюсников с сосредоточенными параметрами. Трубопроводы могут быть
представлены участками с постоянными длиной, диаметром и свойствами
материала. Тогда, для
i
-гo участка трубопровода уравнения напора и расхода
имеют вид:
dQ
i
H H l L
0 у ч
i
−
i 1
+
0 у ч
+
=
−
(10)
dt
r L QQ 0
,
39
dH
1
i
+
−
=
−
, (11)
где
,
g1
λ
r
2
c
0
dt
0
=
Sg1
c
2
c
L
у ч
(Q Q ) 0
i i
1
=
,
l
0
=
–
удельные сопротивления
участка трубо
0
2
S d Sg
провода; H
i
, Q
i
, H
i-1
, Q
i-1
–
напоры и расходы на выходе и входе i-гo трубопро
вода соответственно; L
уч
–
длина участка трубопровода.
Эти уравнения используются при анализе переходных процессов всей
системы «насос – трубопровод – двигатель – электрическая сеть». На рис. 2
приведены результаты моделирования переходных процессов в системе
«трубопровод - верхний бьеф», из которых видно, что уменьшение длины
трубопровода приводит к увеличению частоты колебаний и амплиту ды
колебаний водной массы. Переходный процесс продолжается около 300 с,
причем с уменьшением длины трубопровода кратность увеличения напора и
скорости возрастает.
А Б
А) L=1500 м, Б) L=500 м, H
1
=55 м, λ=0.02, F= 13 м
2
Рис. 2. Переходные гидромеханические процессы
системы «трубопровод - верхний бьеф».
Внезапные отключения электродвигателя насосного агрегата возникают в результате коротких
замыканий в роторных, статорных контурах машины или в энергосистеме, вблизи шин насосной станции и
являются аварийными процессами.
На рис. 3 приводятся характеристики переходного процесса при внезап
ном отключении питания со стороны энергосистемы. Рассчитаны колебания
скорости потока воды в трубопроводе, напора и скорости вращения ротора
агрегата насосной станции «Хамза-2» Аму-Бухарского машинного канала,
при длине трубопровода 1500 м, диаметре 4,2 м, рабочем напоре 55 м и
начальной скорости потока 2 м/с.
40
Рис. 3. Переходные процессы в системе «трубопровод – верхний бьеф»
при внезапном отключении синхронного двигателя насосной станции
Особенность процессов состоит в том, что они протекают при изменяющейся частоте вращения
насосного агрегата, приводящей к колебаниям электромагнитных и гидромеханических параметров.
Электромагнитные моменты синхронного двигателя определены по формуле:
M x [i (i i ) i i ](1 s );
C ad qC f 1d dC 1q k
=
+
−
+
(12)
При расчетах в целях упрощения электромагнитный и гидромеханиче
ский моменты заменены соответствующими мощностями, т.е., М
ДВ
= Р
ДВ
и
М
НАС
= Р
НАС
.
Обобщенная система уравнений электро- и гидромеханической системы
представлена в виде:
- уравнение расхода:
i 1 i 0 у ч у ч
(H H r L QQ)/Ll
dt
dQ
=
− −
−
, (13)
- уравнение напора:
dH
1
=
− −
, (14)
0c
dt
L
(Q Q )
у ч
−
i i 1
- уравнений синхронного двигателя:
dδ
=
, (15)
dt
ds
s
314
(
=
−
C
, (16)
)(P Р )
dt
T
JC
ДВ НАС
- уравнения регулятора возбуждения синхронного двигателя, соответ
ственно:
- переходной ЭДС:
'
q
dE
=
−
, (17)
(
dt
1
T
)(E
)
qe
E
q
d0
- напряжения на кольцах ротора:
qe
dE
=
−
+
, (18)
dt
1
(
T
e
eq0
E
q e )(E v)
- напряжения на входе возбудителя:
41
dv
=
−
. (19)
(
dt
1
T
P
)(e v)
Совместное решение уравнений (12) - (19) позволило провести ком
плексный анализ переходных режимов системы «трубопровод - насос - элек
тродвигатель - электрическая сеть».
Определено, что одним из тяжелых режимов является снижение
напряжения на шинах станции, в особенности на шинах системы. На рис. 4
приведены характеристики переходных процессов при снижении напряжения
на шинах системы на 2%. Анализ показывает, что снижение напряжения на
шинах системы более чем на 8% приводит к выходу синхронного двигателя
из синхронизма.
А Б
А) АРВ СД отключен К
0U
=0; Б) АРВ включен, К
0U
= 5 ед
Рис. 4. Переходные электро- и гидромеханические процессы
при понижении напряжения на шинах системы на 2%
Из приведенных кривых видно, что характер протекания гидромехани
ческих переходных процессов несколько меняется, а именно – расход снижа
ется, в то время как напор повышается. Это объясняется тем, что движущая
сила – вращающий момент машины снижается, а увеличение напора связано
с инерционностью движения потока.
Рассмотрены случаи скачкообразного уменьшения мощности синхрон
ного двигателя (рис. 5): на 15% – устойчивость агрегата сохраняется, при
этом электромеханические процессы затухают быстро, а гидромеханические
процессы продолжаются около 140 с; на 30%
–
агрегат попадает в режим дли
тельных колебаний; на 50% – приводит к нарушению устойчивости двигателя
и выходу его из синхронизма.
42
А Б
А) мощность двигателя уменьшается на 15%,
Б) мощность двигателя уменьшается на 30%
Рис. 5. Переходные процессы при скачкообразном
изменении нагрузки на валу насосного агрегата
Полученные результаты могут быть использованы для обоснования
конструкций энергетического оборудования и трубопроводов, а также в тех
нико-экономических расчетах.
В четвертой главе диссертации
«Технические средства защиты
основного энергетического оборудования и трубопроводов насосных
станций от гидравлического удара»
предложены следующие эффективные
устройства защиты от гидравлического удара в основном оборудовании и
трубопроводах насосных станций: перепускное устройство и устройство
пропорционального управления дисковым затвором насоса.
Предложено использование известного перепускного устройства, со
единяющего две или более нитки напорных трубопроводов по новому назна
чению для уменьшения величины повышения давления при гидравлическом
ударе. Проведенный анализ протекания гидравлического удара на насосных
станциях, оборудованных перепускным устройством, показал, что при по
вышении давления в одной из ниток при открытом перепуске будет осу
ществляться сброс воды в соседние, а при понижении давления - происхо
дить обратный процесс – переток жидкости из соседних трубопроводов.
На рис. 6 представлена схема для решаемой задачи. Каждая напорная система насосной станции
включает несколько насосных агрегатов, трубопроводы и водовыпуски.
43
0,2,4,7,8,10 – насосы; 1,3,9 – места изменения диаметра трубопровода;
5,6 места установки перепускного устройства; 11 – водовыпуск.
Рис. 6. Расчетная схема напорной системы насосной станции
Нами принята форма четырехквадрантных характеристик насоса
H/
β
2
=
f
1
(Q/
β
)
и
M/
β
2
= f
2
(Q/
β
)
, полученные на основе теории подобия насосов (где
β
–
относительная частота вращения ротора).
Анализ полученных зависимостей переходного процесса позволил сделать вывод о том, что при
работе перепуска величина колебаний напора уменьшилась на 20 м, при этом гидравлический удар снизился
на 40 %. Длительность понижения давления уменьшилась более чем в 1,5 раза.
На насосной станции были проведены натурные испытания изучаемых переходных процессов. Их
анализ позволяет сделать вывод о том, что перепускное устройство является достаточно эффективным
средством защиты напорных трубопроводов и насосных агрегатов от гидравлического удара.
В диссертации обоснована разработка пропорционального устройства управления дисковым
затвором для защиты насосных станций от гидравлического удара. Сокращение времени закрытия дискового
затвора способствует более быстрому выводу оставшегося в работе насоса из кавитационной зоны. Кроме
того, при этом улучшаются вибрационные характеристики отключенного насоса за счет сокращения
величины и продолжительности его обратного вращения, а также напорного трубопровода, за счет
уменьшения пульсации давления, вызываемой работой насосов в режиме кавитации и в реверсивном режиме.
Для осуществления пропорционального закрытия дискового затвора
насоса для защиты от гидравлического удара на уровне полезной модели по
Патенту № FAP 01119 разработано устройство управления насосом (рис. 7) с
использованием современных достижений пропорциональной и цифровой
гидравлики.
44
1 –
насос, 2 – дисковый затвор, 3 – напорный трубопровод, 4 – сервопривод, 5 – маслона
порная установка, 6 – пропорциональный золотниковый распределитель, 7 – маслопровод,
8 – датчик аварийного отключения электропривода, 9 – статорная обмотка электроприво
да, 10 – электропривод, 11 – программируемый логический контроллер, 12 – цифровой
датчик скорости.
Рис. 7. Схема устройства пропорционального управления насосом
Устройство, содержащее дисковый затвор с сервоприводом, маслона
порную установку, золотниковый распределитель, маслопровод с дросселем
и датчик аварийного отключения насоса, снабжается цифровым датчиком
скорости потока жидкости в напорном трубопроводе и программируемым
логическим контроллером, а золотниковый распределитель выполняется ре
гулируемым в пропорциональном исполнении.
Изменение скорости закрытия дискового затвора происходит плавно и
пропорционально скорости течения жидкости в трубопроводе. Техническая
характеристика
программируемого
логического
контроллера
программируется таким образом, что в момент смены в напорном
трубопроводе прямой скорости подачи жидкости на обратную, т.е. в момент
нулевой скорости жидкости, фиксируемой цифровым датчиком, дисковый
затвор закрывается.
Применение устройства пропорционального управления насосом ис
ключает возможность возникновения гидравлического удара и обратной
угонной скорости насоса при аварийных погашениях электроэнергии, обес
печивает экономию затраченной электроэнергии, повышает надежность и
экономичность насосной станции.
45
В
пятой
главе
диссертации
«Регулирование
режимов
вспомогательных систем откачки фильтрационных, дренажных и
сточных вод территорий и зданий насосных и гидроэлектрических
станций»
разработаны регулируемые системы одновременной откачки
фильтрационных, дренажных и сточных вод из зданий и территорий
насосных или гидроэлектрических станций с помощью струйных насосов и
определены их режимы для потоков с различной высотой всасывания.
Наиболее ответственным вспомогательным энергетическим оборудо
ванием является дренажно-осушительное оборудование. В результате ава
рийных затоплений и при отключениях электроэнергии дренажные насосы,
по сути, первые подвержены выходу из строя. В диссертации описан ряд се
рьезных затоплений зданий станций, вызванных погашением электроэнер
гии, т.к. все вспомогательное оборудование в это время отключено.
Из-за увеличения притока сточных вод с территории, связанного со
сроком эксплуатации сооружений и напорных трубопроводов насосных
станций, фильтрационная вода через стены здания станции, попадает внутрь
самого здания, стекая по кабельным каналам, находящимся под напряжени
ем, что предопределяет возникновение аварийных ситуаций и затоплений. В
научно-производственном предприятии «Водоподъемник» с участием автора
диссертации разработано новое устройство для одновре менной откачки
фильтрационных, дренажных и сточных вод территорий и зданий насосных
или гидроэлектрических станций, которое защищено Патентом на полезную
модель № FAP 00592. Оно содержит дренажную скважину на территории,
дренажный колодец в помещении станции, в котором установлен струйный
насос с всасывающим трубопроводом, дисковый затвор, соединенный
посредством рычага с грузом-поплавком, расположенным в дренажном
колодце.
Предлагаемая система схематично показана на рис. 8. При среднем
значении притока воды в дренажный колодец груз-поплавок расположен так,
что кинематически связанный с ним диск дискового затвора находится в по
луприкрытом состоянии. При этом струйный насос откачивает всю воду, ко
торая поступает в дренажный колодец и откачивает воду из дренажной сква
жины, понижая в ней уровень воды на определенную величину.
Дисковый затвор, на который воздействует груз-поплавок, в зависимо
сти от горизонта воды в дренажном колодце производит перераспределение
притока воды, всасываемой из дренажного колодца и дренажной скважины
таким образом, чтобы в обязательном порядке обеспечить откачку всей воды,
поступающей в дренажный колодец из условия надежности работы откачи
вающей системы и незатопления здания станции.
46
1 – система со струйным насосом; 2 – дренажный колодец в
здании станции; 3 – дренажная скважина на территории станции;
4 – дополнительный трубопровод; 5 – дополнительная задвижка.
Рис. 8. Система для одновременного удаления фильтрационных,
дренажных и сточных вод из прилегающей территории и
из помещения насосной или гидроэлектрической станции
Применение системы для одновременного удаления фильтрационных,
дренажных и сточных вод из прилегающей территории и из помещения
насосной или гидроэлектрической станции обеспечивает гидравлическую ав
томатизацию процесса откачки воды, повышает ее надежность и экономич
ность.
В системе откачки происходит смешение трёх потоков: рабочего пото ка
– из напорного трубопровода и двух всасываемых потоков: из дренажного
колодца – с первоначальной отрицательной высотой всасывания и из сква
жины на территории станции – с первоначальной положительной высотой
всасывания. Закономерности смешивания потоков, происходящих в такой
системе, математически не были описаны.
Были формализованы процессы, происходящие в струйных насосах при
смешении трёх потоков, а также при регулировании системы откачки с по
мощью поплавкового устройства. Расчетная схема работы регулируемой си
стемы откачки фильтрационных, дренажных и сточных вод из здания и при
легающей территории насосной станции представлена на рис 9.
47
Рис. 9. Расчетная схема работы регулируемой системы откачки
фильтрационных, дренажных и сточных вод из
прилегающей территории и здания насосной станции
Высота всасывания из дренажного колодца в здании стации составляет:
В здан здан кол
h
здан
Н =
∇
УВК -
∇
ОСН -
Δ
h =
∇
ДК +h -
∇
ОСН -
Δ
, (20) где
∇
УВК
– отметка уровня воды в дренажном колодце;
∇
ОСН
–
отметка оси установки струйного насоса;
∇
ДК
– отметка дна колодца;
h
кол
–
глубина воды в колодце – величина переменная, зависящая от притока воды в
дренажный колодец
Q
В здан
;
Δ
h
здан
– потери напора в трубопроводе
всасывающей линии откачки из здания.
Высота всасывания из скважины на территории стации составляет:
В тер тер диск 0 c
тер
h
диск
Н =
∇
УВС -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
h =
∇
ДК+H - S -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
,(21)
где
∇
УВС
– отметка уровня воды в
скважине;
Δ
h
тер
– потери напора в
трубопроводе всасывающей линии
откачки с территории; напора в
регулирующем дисковом затворе.
Потери напора определяются по
формулам гидравлики:
Δ
h
диск
– потери
Δ
λ
,
(
)
Δ
λ
,
(
)
8
2
(
)
2
8
l Q
2
8
Q
h =
l Q
здан Вздан
т ер Вт ер
Вт ер
Δ
ξ
(22)
здан
gd
2 5
h =
т ер
gd
h =
диск диск
gd
π
здан
π
2 5
т ер
π
2 4
т ер
Величина коэффициента местного
сопротивления диска ная, она
зависит от угла закрытия диска α.
ξ
диск
перемен
При углах α от 0 до 50
0
величины коэффициента аппроксимированы
полиномом шестой степени:
ξ
диск
=9,4
⋅
10
-11
α
6
+3,56
⋅
10
-7
α
5
-2,47
⋅
10
-5
α
4
+6,81
⋅
10
-4
α
3
-5,0
⋅
10
-3
α
2
+4,24
⋅
10
-2
α+0,097,
48
при углах α от 50
0
до 90
0
– полиномом четвертой степени:
ξ
диск
=0,0155α
4
-3,502α
3
+296,965α
2
-11181,76α+157675,6 (23) При этом величина
достоверности аппроксимации составила R² = 0,99. В свою очередь угол
закрытия дискового затвора поплавкового регулирующего устройства зависит
от глубины воды в колодце и геометрических параметров рычага.
Математическая модель гидравлического регулирования струйного
насоса при откачке потоков с различной высотой всасывания имеет вид:
Q
2
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
2
⎜
⎜
⎝⎛ ⎟
⎟
⎠⎞
тер
dl
8
Q
λ
8
2 4
z
Втер
тер тер
Вздан
здан здан
+
− −
π
1
1
ξ
=
+
−
z
(24)
2 4
g d
тер
d
диск здан
тер
g d
π
здан
здан
Отсюда определяются соотношения всасываемых расходов струйного
насоса с территории
Q
В тер
и здания
Q
В здан
насосной станции:
8
Q
Вздан
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
z z
2
здан здан
−
+
−
здан тер
2 4
g d
1
Q
Втер
=
π
здан
d
здан
(25)
8
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
2 4
g d
тер тер
⎜
⎜
⎝
⎛− −
1
ξ
диск
π
тер
d
тер
Результаты
расчетов
параметров
системы
по разработанной
математической модели, проведенные на примере насосной станции «М-2-2»
Кашкадарьинской области, представлены на графической зависимости на
рис. 10. Как видно из рис. 10, зависимость напора от суммарного
всасываемого расхода, имеющая название рабочей характеристики струйного
насоса, имеет полого нисходящее очертание, обращенное выпуклостью
вверх. Такое очертание характерно для рабочих характеристик струйных
насосов и было получено в предыдущих исследованиях.
Рис. 10. Зависимость напора струйного насоса от расходов
всасываемых потоков из здания и с территории насосной станции
49
Однако при рассмотрении по отдельности зависимости напора
струйного насоса от всасываемого расхода потока из здания насосной
станции и зависимости напора струйного насоса от всасываемого расхода
потока с территории насосной станции, можно отметить, что характеристики
имеют другие очертания. Характеристики обращены выпуклостью вниз и
имеют
точки
минимумов.
Режимы
работы
струйного
насоса,
соответствующие этим минимумам, имеют наименьшие напоры и поэтому
являются наиболее энергоэффективными.
Было осуществлено внедрение новых устройств на насосных станциях
«М-2-2», «Пахтакор», «Гувалак» Кашкадарьинской области, НС №2, №3, №4
Каршинского магистрального канала, «Караянтаг» и «ДМ-1» Джизакской об
ласти, «Туркистон-1-2» и «Туркистон-1-1» Наманганской области и на Чар
вакской гидроэлектрической станции.
Приведены результаты натурных испытаний новых устройств,
проведенные на насосной станции «М-2-2». Разработанная методика
испытаний струйного насоса и применяемые средства и методы измерения
позволили осуществить замеры напора с погрешностью, не превышающей 3
%, подачу струйного насоса и расход рабочей жидкости с погрешностью, не
превышающей 3,5 %. Статистическая обработка данных расчетов и
проведенных натурных испытаний показала, что максимальное расхождение
значений теоретических и экспериментальных исследований не превысило 6
% в критических точках. Сопоставление результатов расчета и проведенных
натурных
испытаний
указывает
на
достоверность
проведенных
исследований.
50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведенных исследований по докторской диссертации на тему: «Алгоритмы и методы
регулирования режимов работы насосных станций» представлены следующие выводы: 1. Проведенный
анализ режимов эксплуатации насосных станций показал, что одной из основных причин аварий на насосных
станциях являются одновременные электромеханические или гидромеханические переходные процессы,
осложненные гидравлическим ударом. В связи с этим важным становится проблема разработки способов и
устройств защиты от гидравлического удара основного энергетического оборудования и трубопроводов
насосных станций.
2. Разработана модель системы «трубопровод – насос – электродвига
тель
–
электрическая сеть», позволяющая исследовать переходный режим
энергосистемы при различных аварийных и эксплуатационных режимах: при
изменении напряжения на шинах, аварийном отключении синхронного дви
гателя, авариях, связанных с насосом или в трубопроводе и т.д. При скачко
образном уменьшении мощности синхронного двигателя на 15% (0.85Р
ДВ
)
устойчивость агрегата сохраняется, при этом электромагнитные процессы за
тухают относительно быстро, а гидромеханические процессы продолжаются
около 140 с. При уменьшении мощности на 30% (0.7Р
ДВ
) агрегат попадает в
режим длительных колебаний. Уменьшение мощности на 50% приводит к
нарушению устойчивости двигателя и выходу из синхронизма.
3. Рекомендован программный комплекс, способный рассчитывать
гидравлический удар на насосных станциях с трубопроводами диаметрами до
4,2 метра, который может в значительной степени влиять на выбор основного
и вспомогательного энергетического оборудования, конструкцию и парамет
ры водопроводящих сооружений. Получены свидетельства об официальной
регистрации программ для электронно-вычислительных машин № DGU
03124 и № DGU 03644.
4. Рекомендовано использование перепускного устройства на напорных трубопроводах для
уменьшения величины повышения давления при гидравлическом ударе. При работе перепускного устройства
гидравлический удар в напорных трубопроводах протекает значительно мягче. При повышении давления в
одной из ниток осуществляется сброс воды в соседние, а при понижении – переток воды из соседних. При
этом гидравлический удар снижается в среднем на 40%, длительность понижения давления уменьшается
более чем в 1,5 раза.
5. Рекомендовано разработанное на уровне полезной модели по Патенту
№ FAP 01119 устройство пропорционального управления насосом. Изменение
скорости закрытия дискового затвора происходит плавно и пропорционально
скорости течения жидкости в трубопроводе. Техническая характеристика
логического контроллера программируется таким образом, что в момент
смены в напорном трубопроводе прямой скорости подачи жидкости на
обратную, т.е. в момент нулевой скорости жидкости, дисковый затвор
полностью закрывается, что исключает возникновение гидравлического
удара в основном энергетическом оборудовании и трубопроводах насосной
или гидроэлектрической станции.
6. Рекомендован метод одновременной откачки фильтрационных, дре
нажных и сточных вод из зданий и из прилегающих территорий насосных и
гидроэлектрических станций, отвечающий требованиям надежности и без
опасности эксплуатации при увеличении притока сточных вод, связанного со
сроком эксплуатации сооружений и напорных трубопроводов, а также воз
можными авариями и затоплениями гидроэнергетических объектов.
51
7. Результатом расчета параметров всасываемых потоков из здания и
прилегающей территории насосной станции стал алгоритм регулирования
гидравлической поплавковой системы. Анализ полученных зависимостей
показал, что максимальная величина всасываемого расхода из прилегающей
территории насосной станции достигается в области перекрытия дискового
затвора регулирующего поплавкового устройства на угол около 40
0
–45
0
.
8. Рекомендована разработанная на уровне полезной модели по
Патенту № FAP 00592 система для одновременного удаления
фильтрационных, дренажных и ливневых вод из прилегающей территории и
из помещения насосной или гидроэлектрической станции, предназначенная
для работы, как в стационарных режимах, так и при аварийных затоплениях.
9. Результаты работы внедрены в практику эксплуатации ряда насос ных
и гидроэлектрических станций. Выполненные комплексные
экспериментальные исследования подтвердили адекватность разработанных
методов и математических моделей. Максимальное расхождение теоре
тических и экспериментальных значений не превысило 6%, что указывает на
достоверность проведенных исследований. Подтвержденная экономическая
эффективность от внедрения результатов диссертационной работы
составляет около 200 млн. сум в год.
52
SCIENTIFIC COUNCIL ON AWARD SCIENTIFIC DEGREE OF
DOCTOR OF SCIENCES 14.07.2016.T.02.01 AT THE TASHKENT
STATE TECHNICAL UNIVERSITY AND LIMITED LIABILITY COM
PANY “SCIENTIFIC AND TECHNICAL CENTRE”
TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY
TITOVA JANNA OLEGOVNA
ALGORITHMS AND METHODS OF REGULATION OF
THE PUMPING STATIONS OPERATING MODES
05.05.01- « Energy systems and complexes»
(technical sciences)
ABSTRACT OF DOCTORAL DISSERTATION
Tashkent – 2016
53
The theme of the doctoral dissertation is registered at the Supreme Attestation
Commission of the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan under number
30.09.2014/В2014.3-4.Т174
Doctoral dissertation is carried out at the
Tashkent State Technical University.
Abstract of
dissertation in three languages (Uzbek, Russian and English) is placed on the web page of
Scientific council (www.tdtu.uz) and Information-educational portal «ZIYONET» to the address
www.ziyonet.uz.
Scientific consultant: Allaev Kahramon Rakhimovich
doctor of technical sciences, professor
Official opponents: Tyagunov Mikhail Georgievich
doctor of technical sciences, professor
Khashimov Arifjan Adilovish
doctor of technical sciences, professor
Kamalov Tolyagan Sirojiddinovich
doctor of technical sciences, professor
Leading organization: “Gidroproject” JSC
Defense of dissertation will take place on "25" November 2016 at 11-00 o’clock at a
meeting of the scientific council 14.07.2016.Т.02.01 at the Tashkent State Technical University
and the Limited Liability Company "Scientific and Technical Centre". (Address: 100125, Tash
kent, Durmon yuli str., 29, tel.: (99871) 262-05-22; fax: (99871) 262-09-19; e-mail: in
fo@energetika.uz).
Doctoral dissertation could be reviewed at the Information-resource center of Limited Li
ability Company "Scientific and Technical Centre" (registration number 03). Address: 100125,
Tashkent, Durmon yuli str., 29, tel.: (99871) 262-05-22.
Abstract of the dissertation sent out on "09" November 2016 year.
(Protocol at the register No 14д dated "08" November 2016 year).
H.M.Muratov
Chairman of scientific council on award of
Scientific degree of doctor of sciences,
doctor of technical sciences, professor
O.O.Zaripov
Scientific secretary of scientific council,
doctor of technical sciences, associate professor
T.Sh.Gayibov
The chairman of scientific seminar under
scientific council, doctor of technical sciences, professor
54
INTRODUCTION (summary of the doctoral dissertation)
The relevance and demanding of the dissertation the theme.
Today in the
world the significance of pumping stations in the energy sector, land reclamation,
pumping of petroleum products, as well as housing and communal services is con
tinuously increasing. In these industries to ensure reliability, continuity, high ener
gy efficiency and flexibility of pumping stations work, as well as performance un
der transient conditions is actual. In order to achieve all of the above mentioned
parameters the certain progress has been made in other countries of the world
where modern pumping equipment is constantly updated and improved. "In this
regard, the use of a popular high-tech specialized basic and auxiliary power
equipment of pumping stations, prolonging the life of the pipeline system by 1.5-2
times is
necessary"
1
.
In the Republic of Uzbekistan, the large-scale activities on the effective or
ganization of measures for the creation of energy-saving techniques and the control
system of pumping stations operating modes are carried out. In this regard, the no
table progress has been made in developing effective methods, techniques and de
vices to reduce the influence of electromechanical and hydro-mechanical transients
on power equipment and pipelines of pumping stations. On the basis of controlled
electric drive, the block diagrams and pumping units’ control algorithms are devel
oped, frequency variable systems "asynchronous motor - pump" are designed, a
combined management structure of asynchronous motor in turbo-machines are de
veloped.
In the world, the questions of reliability and uninterrupted operation of
pumping stations during transient conditions, the creation of new techniques and
technologies of protection of the power equipment and pipelines of pumping sta
tions against sudden transients are becoming particularly important. In this area,
the implementation of targeted research in developing the control methods of the
steady and transient modes of pumping stations operation, creation of the main
power equipment and pipelines protection devices against water hammer, creating
technical solutions and improving the reliability of the auxiliary power equipment
for the removal of drainage and wastewater are the priority problems.
This dissertation research to a certain degree performs the tasks provided in
the Law of the Republic of Uzbekistan "On the Rational Use of Energy" (1997),
the Decree of the President of the Republic of Uzbekistan № PD-2343 on May 5,
2015 "
On the program to reduce energy consumption measures, the introduction
of energy saving technologies in the fields of economy and social sphere for 2015-
2019
", decree of the Cabinet of Ministers № 499 dated November 16, 1999 "On
Measures for the Implementation of the Law of the Republic of Uzbekistan "On
the safety of hydraulic structures" as well as in other regulatory documents adopted
in this area.
1
http://www.volnotex.ru/.
55
Compliance research priority areas of science and technology of the
Republic.
Dissertation was performed in accordance with the priority direction for
development of the science and technology of Republic II. "Energy engineering
, en
ergy
and resource saving"
Overview of the international research on the dissertation theme
2
.
Re searches
aimed at the creation of algorithms and methods of regulation of pumping stations
modes protecting from negative effects of electromechanical and hydro mechanical
transients are conducted in the leading research centers and higher ed ucational
institutions of the world, including Val-Matic Valve & Manufacturing (US), SIPOS
Aktorik (Germany), GA Valves (UK), University of Cambridge (UK), Aalborg
University (Denmark), Zhejiang University of Science and Tech nology (China),
Moscow Power Engineering Institute (Russia), Tashkent State Technical
University and
LLC "Scientific and Technical Centre"
(Uzbekistan).
As a result of researches carried out in the world to improve the algorithms
and methods of control of pumping stations modes for protection against negative
effects of electromechanical and hydro-mechanical transients a number of research
results is received. They include following: principles of smoothing of water
hammer pulsation at pumping stations and new air valves for pressure normaliza
tion are developed (Val-Matic Valve & Manufacturing USA); drives to ensure dif
ferent closing speed for different parts of the valve stroke in the case of transients
at pumping stations are designed (SIPOS Aktorik, Germany); automatic control
valves, in which the output speed adjustment is performed separately for normal
and emergency operation modes of the pumping stations are developed (GA
Valves, United Kingdom); the modes of variable-frequency electric drives of pump
sets through improved control algorithms are justified (University of Cambridge,
UK); on the basis of the simulation of water hammer frequency control laws with
scalar and vector control of speed of asynchronous motors at the pumping stations
are created (Aalborg University, Denmark); pumping stations control algorithm
with a proportional law of voltage regulation and a linear law of control frequency
change in function of time is designed (Zhejiang University of Science and Tech
nology, China); the theory and methods of study of irrigation pumping stations pa
rameters are developed (Moscow Power Engineering University, Russia); mathe
matical models of the pumping stations transients at the electric motor after a short
break, self-catering are developed (Tashkent State Technical University, Uzbeki
stan); rational structures of irrigation systems pumping stations control through
variable frequency drives were built (
LLC "Scientific and Technical Centre"
, Uz
bekistan).
In the world on the development of intelligent algorithms and optimal con
trol modes of large energy complexes and hydroelectric objects in a number of pri
ority areas of research are carried out, including: the development of energy-
2
Review of foreign scientific research on the topic of the dissertation is based on: http://www.sipos.de/,
http://www.gavalves.co.uk/, http://www//valmatic.com/, Water Hammer in Pumped Sewer Mains. Aalborg:, Den
mark, 2012, 52p., Energy equipment for using untraditional and renewable energy sources. –М.: RES publishing
house, 2004, 448р., http://www.mpei.ru/ and other sources.
56
efficient, optimal and safe modes of pumping and hydroelectric plants operating;
creation of algorithms and methods of regulation of pumping stations transients;
formalization of the relationship of electromechanical and hydro-mechanical tran
sients at pumping stations; ensuring of the reliability of the main and auxiliary
pumping equipment of pumping and hydroelectric stations.
The degree of knowledge of the problem
.
Research questions of theoreti cal and
practical tasks on creation of algorithms and methods of regulation of pumping
stations modes, development of methods and devices to prevent abnormal
situations during electromechanical and hydro-mechanical transients, the develop
ment of alternative methods for the removal of water from buildings and territories
of pumping stations are studied in the works of many scientists: Don J. Wood
(University of Kentucky), Larsen Torben (Aalborg University), Geraint Jewell
(University of Sheffield), Hans-Georg Herzog (Technische Universität München),
KT Chau (University of Hong Kong), V.I.Vissarionov, M.G.Tyagunov (Moscow
Power Engineering University), B.S.Leznov (VNIIVODGEO), A.A.Khashimov
(Tashkent State Technical University), T.S.Kamalov (LLC "Scientific-Technical
Center"), V.A.Khokhlov (
Research-and-production enterprise
"Water Lifting").
Research works related to the development and implementation of impact
assessment methods of electromechanical and hydro-mechanical modes, creation
of calculation methods of work reliability, energy efficiency and regulation of
modes of pumping stations as part of the energy systems and complexes are re
flected in the works of scientists H.F.Fazilov, M.Z.Khamudkhanov, R.A.Zahidov,
H.M.Muratov, M.M.Mukhammadiev, K.R.Allaev, T.Sh.Gayibov,
Sh.Kh.Rakhimov, O.J.Glovatsky.
Research questions of optimization and control of operating modes of jet
pumps of irrigation systems pumping stations are studied by E.A.Sokolov,
N.M.Zinger, L.G.Podvidz, B.F.Lyamaev. It should be noted that the studies cover
only part of the problems and insufficiently investigate issues of mutual influence
of transient processes of different nature, taking into account the life of the main
and auxiliary power equipment of pumping stations. To the problem of simultane
ous removal of filtration, drainage and waste water from buildings and surrounding
territories of pumping stations, was not given sufficient attention. Taking into ac
count energy-efficient approach and the renovation of hydropower equipment,
problems associated with the development of efficient, reliable and flexible algo
rithms and methods of research of transients occurring in pumps, motors, pressure
pipelines and power grids are becoming more actual.
Connection of dissertation theme with research works, performed in the
organization where the dissertation is done.
The dissertation research is carried
out within the framework of the plan of research works of fundamental and applied
projects of the Tashkent State Technical University: F-2-33 "Identifying of patterns
of energy efficiency mechanisms and mathematical modeling of pumping stations
modes" (2012-2016), A-3-24 "Development of ways and protection devices from
water hammer of main power equipment and pipelines of the pumping stations"
(2015-2017).
57
The aim of the research
is the creation of algorithms, methods, techniques
and devices to reduce the negative influence of unsteady modes and sudden transi
ents on the main and auxiliary power equipment and pipelines of pumping and hy
droelectric stations.
The tasks of research work:
to establish a relationship of electromechanical and hydro-mechanical transi
ents of pumping stations, taking into account the life of the pumping stations pow
er equipment;
to develop methods of pumping stations operating modes regulation to protect
the main power equipment and pipelines from water hammer at transients and to
design devices for its implementation;
to substantiate scientifically and to develop mathematical model of simulta
neous removal of filtration, drainage and sewage water from buildings and adja
cent territories of pumping stations for flood protection;
to conduct field tests of operating modes of the pumping station equipment to
verify the adequacy of the developed methods of calculation, to compare the field
tests results with the results obtained in the developed software package;
to develop technical solutions and to implement devices for removing filtra
tion, drainage and sewage water from buildings and adjacent territories at the exist
ing pumping stations.
Objectives of the research
are pumping and hydroelectric stations.
Subject
of the research
is a
device of pump proportional control, a bypass device for
protection against water hammer and a system of simultaneous removal of
filtration, drainage and sewage water from buildings and adjacent territories of
pumping or hydroelectric stations.
Methods of the research.
In
dissertation the methods of calculation based on
the classical equations of Zhukovsky and Park-Gorev, the method of movements
separation, the hydraulic machines theory, the reliability theory, the method of fil
tration resistance of flow balance, the methods of experiment planning are used.
Scientific novelty of the research
consists in the following:
the algorithm of phased solving of electromechanical and hydro-mechanical
transients at pumping stations, taking into account the duration of power equip
ment operation is developed;
the generalized mathematical model and software complex for calculation of
"pipeline - pump - electric motor
- electric grid" system elements, which allows to
explore the power system transient processes during pumping stations transient
modes are developed;
the new method of protecting of pumping stations pipelines against water
hammer using the bypass device is substantiated;
the device of proportional control of the pump butterfly valve to improve the
reliability of the pumping stations power equipment work is designed; the method
of simultaneous pumping of drainage and sewage water with dif ferent suction
height by means of jet pump with the system of regulation is devel oped;
58
the regulated system of simultaneous removal of filtration, drainage and sew
age water from buildings and adjacent territories of pumping and hydroelectric sta
tions by means of jet pump to protect against flooding is developed.
Practical
results of the research
consist in the following:
the modes of operation and power consumption of large pumping stations are
developed and implemented to improve the reliability and efficiency of pumping
stations;
the new device of proportional control the butterfly valve is designed, new
method of the bypass device using to protect the power equipment and pipelines of
pumping stations against water hammer is developed and tested;
adjustable systems with jet pumps for simultaneous removal filtration, drain
age and sewage water from buildings and adjacent territories of pumping and hy
droelectric stations to protect against flooding are implemented at the pumping sta
tions and at hydroelectric power station.
Reliability of the research results
is substantiated
by the comparison of the
experimental results with calculations and theoretical data, is confirmed by com
parative calculations of variants and the results of field tests, comparison with the
results of other researchers, as well as the implementation of the results of research
into the practice of pumping stations operation.
Scientific
and practical value of results of the research.
The scientific sig
nificance of the research is characterized by the fact that the usage of the research
results will ensure reliable operation of the power equipment of pumping stations
in operation in the event of sudden power outages and emergency flooding, and al
low efficient use of water and energy resources.
The practical significance of the results of the work is to develop devices for
the protection of the main and auxiliary power equipment from accidents and
flood.
Implementation
of the research results.
On the basis of scientific results in
the creation of algorithms and methods of regulation of pumping stations operating
modes
the following
is done:
energy efficient methods and means of regulation of transient modes of opera
tion of pumps and pumping stations, effective systems of reduction of water ham
mer in the pumping stations pipelines are implemented in a number of pumping
stations of agricultural and water systems, including pumping stations number 1÷4
KMC of Direction of Exploitation of Karshi Main Canal and pumping stations
DPS-1, DPS-2, DPS-3, "Khavast Gallakor" of Inter-provincial Direction of Exploi
tation of Pumping Stations "Mirzachul" (
Certificate given by the
Ministry of Agri
culture and Water Resources of the Republic of Uzbekistan № 04/31-700 on June
28, 2016). Using research results allowed to reduce the electricity consumption for
auxiliary needs of the pumping stations by an average of 4%;
adjustable system for simultaneous pumping of filtration, drainage and sew age
water from buildings and territories of pumping stations with the help of jet
pumps, are implemented in a number of pumping stations of agricultural and water
systems, including the pumping stations "Turkistan 1-1", "Turkistan 1-2" of Na
mangan Direction of Pumping Stations Energy and Communications, at the pump-
59
ing stations " Pakhtakor", "Guvalak" of Kashkadarya Direction of Pumping Sta
tions Energy and Communications, at the pumping stations "Karayantag", "DM-1"
of Jizzakh Direction of Pumping Stations Energy and Communications, at the
pumping station "M-2-2" of Karshi Direction of Exploitation of Small Pumping
Stations (
Certificate given by the
Ministry of Agriculture and Water Resources of
the Republic of Uzbekistan № 04/31-700 on June 28, 2016). Using of scientific re
sults allowed implementing energy-efficient jet pumps, payback of which is 1 year,
that is 6.5 times more effective than normative payback period;
algorithm of phased solutions of electromechanical and hydro-mechanical
transients of pumping stations, taking into account the duration of the power
equipment operation, the program of identification and calculation of water ham
mer in pumping stations pressure pipelines, a generalized mathematical model of
the relationship of "pipeline - pump - electric motor - electric grid" system ele
ments were used to determine the energy parameters at transients performing pro
ject OT-F5-036 "Formalization of the relationship of electromechanical and hydro
mechanical transients in the energy brunch" (2007-2011). (
Certificate given by the
Committee for Coordination of Science and Technology
of the Republic of Uzbek
istan № FTK-03-13/700 on October 20, 2016). Using the results of scientific re
searches allowed reduction of the negative influence of unstable modes and sudden
transients on the main and auxiliary power equipment and pipelines of pumping
stations. Water hammer intensity decreased by 40%, the duration of the pressure
reduction decreased 1.5 times.
Approbation of the research results.
The main results of the dissertation were
presented at 11 scientific conferences, including 6 international: the interna tional
scientific-technical conference "Problems of highly skilled employees edu cation
for
agricultural and water system"
(Tashkent, 2009); the international scien
tific-technical conference "Problems of formation and implementation of innova
tive technologies in the context of globalization" (Tashkent, 2010), international
scientific and practical conference "Current state and prospects of development of
energy" (Tashkent, 2011), the international Innovation forum «From Innovative
Ideas to Innovative Economy» (Tashkent, 2015), the international scientific
practical conference "Science progress at the Millennium" (Prague, 2016), the in
ternational scientific and practical conference "Actual problems of modern science
and the ways of their solution" (Moscow, 2016) and 5 national conferences.
Publication of the results.
Main results and position of the dissertation are
presented in 30 published works, including 5 monographs, 1 manual, 2 utility
models, 2 certificate of registration of the software product, as well as 12 articles
published in scientific and technical journals recommended by the Supreme Attes
tation Commission of the Republic of Uzbekistan for the publication of basic sci
entific results of doctoral dissertations, including 2 articles published in Germany
and 1 article in the Russian Federation.
Structure and volume of dissertation.
The dissertation consists of an intro
duction, five chapters, conclusion, list of references, and applications. The volume
of dissertation is 196 pages.
60
THE MAIN CONTENTS OF DISSERTATION
In the introduction
the actuality and demand of the theme of the disserta
tion are based, the purpose and problems are formulated, the object and subject of
study are identified, the appropriate research priority areas of science and technol
ogy of the Republic are determined, scientific novelty and practical results of the
study are presented, the validity of the results is justified, theoretical and practical
importance of the obtained results are disclosed, the list of implementation of the
research results in practice is shown, the results of testing work, information on
published papers and the dissertation structure are presented.
In the first chapter of the
dissertation
"System analysis of the current state of
the problem of
operation modes and energy consumption of pumping sta
tions"
the current state of operation modes and energy consumption of pumping
stations based on the life of the main and auxiliary power equipment is
disclosed
.
The data of actual operation and power consumption and pumping stations
in the context of regional and inter-regional directorates of pumping stations, ener
gy and communication, taking into account the duration of exploitation of the main
and auxiliary power equipment are analyzed. The survey showed that more than
half of all electromechanical and hydro-mechanical equipment of pumping stations
had exhausted their guaranteed resource.
As the literature review showed, considerable research related to the selec
tion of safe and optimal operating conditions and to ensuring the rational use of
electrical energy of irrigation pumping stations, control of operating modes of the
pumping stations of irrigation systems and pipelines are carried out.
Electromechanical transients of synchronous and asynchronous motors are
described by classical equations of the Park-Gorev and hydro-mechanical transi
ents – by differential equations of elastic and rigid water hammer, which is based
on classical works of N.E.Zhukovsky.
We have found that sufficient studies of mutual influence of electromechan
ical and hydro-mechanical transients occurring in pumps, motors, pressure pipe
lines and electrical grids in view of duration of exploitation of all equipment com
plex had not been carried out. But they at an increased pressure pipe length can
have a decisive influence on the safety and reliability of power station equipment.
The most adverse effects occur during transients associated with a sudden
emergency stop of the main pumping units. This gives the largest water hammer in
the pressure pipe and the highest speed of the pump units reverse rotation.
For
example, on the biggest Karshi
stage
of pumping stations for the previ ous 5 years
annually about twenty unscheduled electricity outages happened. Each of these
outages led to significant losses from occurring transient and water ham mer.
When electricity outage on January 23, 2013 happened and all 29 working pump
units with capacity of 12.5 MW each had were turned off
the damage amounted to
597 million sums.
The worst effect of such events is the lack of irriga tion water
during the growing season, leading to significant losses from reduced agricultural
yields. After upgrading the power system equipment and the imple-
61
mentation of the recommendations for its safe operation the number of
outages
at
Karshi stage in 2015 reduced from twenty to four per year.
Thus, it becomes necessary to establish evidence-based algorithms, methods,
techniques and devices for reduction of the negative influence of unsteady regimes
and sudden transients on the main and auxiliary power equipment and pipelines of
pumping and hydroelectric plants.
In the second chapter of the
dissertation
"Algorithms of the phased solution
of the equations of electromechanical and hydro-mechanical transients at the
pumping stations" algorithms of solutions of equations of processes occurring in
the elements of electric power systems containing pumping or hydroelectric sta
tions are developed. These processes differ greatly among themselves, due to their
different inertial properties.
Electric power systems transients associated with electromagnetic processes,
such as short circuits, occur during a split second. The modes associated with elec
tromechanical and hydro-mechanical processes can take tens of seconds or several
minutes. This circumstance requires choosing equation components for the corre
sponding parameters being interfaced as the system "pipe - pump - engine - electric
network" should be considered as a whole, taking into account the mutual influ
ence of all these elements.
To control the system modes, it is necessary to simplify the mathematical
models that describe the behavior of the system elements. System of differential
equations may have time constants of a different order. Then a possibility of sepa
ration movements in the fast and slow will appear.
We consider electromechanical processes, taking into account regulation
valves, and sometimes taking into account fluctuations in the water level upstream
and in pipeline. Accordingly, they may lead to fluctuations in the synchronous mo
tor of the pumping station and the emergency of long-term transients, that last tens
and hundreds seconds.
The general mathematical model of the energy systems of emergency transi
ent modes accounted slow and took for calculating electromechanical processes
into account the distribution of the parameters of extended objects such as power
lines, pipelines of pumping stations. Electromechanical processes considered in
conjunction with vibrations of rotors of revolving machines and the processes oc
curring in the hydro-mechanical parts of the rotating units.
A system of equations, which will analyze the different modes that occur in
the system, and determine the impact of these changes on the regime parameters
and elements. The overall system consists of the following equation:
The overall
system consists of the following equation:
- Motion equation of an incompressible fluid in the pipeline,
∂
, (1)
H
+
1
∂
Q
λ
1
∂
x
gS
∂
+
=
t 0
d
S
2
2g
H
2
=
∂
, (2)
+
∂
t
c
gS
∂ ∂
Q x
0
62
where: S – the cross sectional area of the pipeline; d – diameter of the pipe
line;
λ
– pipeline resistance coefficient.
- Equations of motion of the machine, including the pump and electric
drive: δ
2
d
synchronous motor:
МЕХ
ДВ JC
M M
2
T
=
−
, (3)
dt
ds
T
=
−
, (4)
asynchronous motor:
МЕХ
ДВ JA
M M
dt
- The equations of electric moments of the pump motor:
E U
q c
2
U
(X X )
−
d q
synchronous motor:
sin 2δ
=
+
, (5)
M
ДВ
X
sinδ
dΣ
2
X X
dΣ qΣ
asynchronous motor:
2(1 s )
+
M M
kp
М
=
, (6)
Д В Д В
s
s
k p
s
k p
pump
hydraulic
moment:
ρη
М
МЕХ
=М
Г
-
М
ТР,
ω
QH
M
Г
+
+
s
2s
k p
=
, M
ТР
= (0,03 - 0,07)M
Г
sign(n); (7)
- The equation of synchronous motor excitation regulators.
dE
qe
dv
T
p
=
−
, (8)
T
q0 qe
e
=
−
+
,
e v
dt
m
E E v
dП
dti
dt
dП
dti
=
+
+
, (9)
e Σ
0П 1П 2П
1
(K П
K
i
K
)
To solve these equations, the appropriate mathematical expressions relating
the mode parameters were used.
These equations have allowed to investigate transients of the pumps for var
ious emergency and operating conditions: when changing the voltage on the buses,
emergency shutdown of the synchronous motor, accidents associated with the
pump or in the pipeline, etc.
Algorithms of phased solution of electromechanical and hydro-mechanical
transients, identifying and calculating the water hammer in the pipelines of pump
ing stations. The block diagram of algorithm is shown in Fig. 1.
63
Fig. 1. Block diagram of the algorithm of phased solution of electromechanical and
hydro-mechanical transients at pumping stations
The software package was tested in the mathematical modeling of the over
flow device, that helps to prevent water hammer in order to increase the durability
of pipelines and save electricity consumption. Program can be used in carrying out
research works and in the educational process.
In the third chapter of the
dissertation
"Numerical and experimental inves
tigation of transients in hydropower plants"
the results of studies of transients
in hydropower plants are presented. Namely it is the study of hydro-mechanical
processes in pipes and hydraulic machines and the study of electromechanical pro
cesses in the hydro-generators and in the power system.
Transients are characterized by a significant increase in dynamic loads on
equipment items. Equipment vibration greatly increases with the intensity of the
hydrodynamic pressure fluctuations on the walls of the flow path of hydraulic unit,
which can lead to catastrophic consequences.
Dynamic processes in the pipeline network are described by known from
hydraulics propagation equations (1) and (2) where the line with distributed pa
rameters is replaced by system of equivalent four poles with concentrated parame
ters. Pipeline network can be represented by areas with constant length, diameter
and material properties of the pipe. Then for the
i
-th section of the pipeline pres
sure and flow equations are of the form:
dQ
i
H H l L
0 у ч
i
−
i 1
+
0 у ч
+
=
−
(10)
dH
dt
1
r L QQ 0
,
i
+
−
=
−
, (11)
c
dt
0
L
у ч
(Q Q ) 0
i i 1
64
where:
,
g1
λ
r
2
0
=
Sg1
c
2
c
=
,
l
0
=
– the specific resistance of the
pipeline sec
tion;
0
2
S d Sg
Hi, Qi, Hi-1, Qi-1 – head and flow at the outlet and inlet
i
-th pipeline respec
tively; L
уч
– the length of the pipeline section.
These equations are used for transient analysis of the entire system "pump -
pipeline - electric motor - the electric grid."
Fig. 2 shows the results of modeling the transients in the system "pipeline -
upstream" from which it is seen that reduction in the length of pipeline results in an
increase of the oscillation frequency and the oscillations amplitude of the water
mass. The transition process lasts about 300 s, and decreasing of the pipeline
length leads to multiple increases of the pressure and velocity.
The calculations were performed under the following parameters:
А) L=1500 m, Б) L=500 m, H
1
=55 m, λ=0.02, F= 13 m
2
Fig. 2. Transitional hydro-mechanical processes
of the system "Pipeline - upstream"
Sudden shut-downs of the pump unit motor are the result of short circuit in
the rotor, stator circuits of the machine or in the power system, pumping station
near the bus-bar and are emergency processes.
Fig. 3 shows characteristics of the transition process in case of sudden power
shut-down from the grid. The fluctuations of water flow rate in the pipeline, pres
sure and rotation speed of the unit rotor at the pumping station "Hamza-2" of Amu
Bukhara mechanized irrigation canal are calculated. Length of pipeline is 1,500 m,
diameter 4.2 m, working head – 55 m and an initial flow velocity – 2 m/s.
65
Fig. 3. Transients in the system "pipeline - upstream" at the sudden
shut-down of synchronous motor of pumping station
The main feature of these processes consists in the fact that they occur at
varying unit rotation speed, resulting in fluctuations of electromagnetic and hydro
mechanical parameters.
Electromagnetic moments of synchronous motor are determined by the for
mula:
M x [i (i i ) i i ](1 s );
C ad qC f 1d dC 1q k
=
+
−
+
(12)
In order to simplify the calculations, the electromagnetic and hydro
mechanical moments are replaced by the corresponding power data, i.e. М
ДВ
= Р
ДВ
and М
НАС
= Р
НАС
.
Generalized system of equations of electricity and hydro-mechanical system
is presented in the form of:
- Flow equation:
i 1 i 0 у ч у ч
(H H r L QQ)/Ll
dt
dQ
=
− −
−
, (13)
- Pressure equation:
dH
1
=
− −
, (14)
0c
dt
L
- Synchronous motor
equations:
(Q Q )
у ч
−
i i 1
dδ
=
, (15)
dt
s
ds
314
(
=
−
C
, (16)
)(P Р )
dt
T
JC
ДВ НАС
- Equations of excitation regulator of synchronous motor,
respectively: -
Electromotive force
transition:
'
q
dE
=
−
, (17)
(
dt
1
T
)(E
)
qe
E
q
d0
66
- Voltage on the rotor rings:
qe
dE
=
−
+
, (18)
dt
1
(
T
e
eq0
E
q e )(E v)
- Voltage at the input of the exciter:
dv
=
−
. (19)
(
dt
1
T
P
)(e v)
The joint solution of equations (12) - (19) made it possible to conduct a com
prehensive analysis of the transients of the system "pipeline - pump - electric mo
tor - the electric network."
It was determined that one of the difficult modes is the reduction of voltage
on the station busses, especially on the system busses. Fig. 4 shows the characteris
tics of transients at voltage drop on the system busses by 2%. Analysis shows that
the voltage drops on the system buses for more than 8% may breaks synchronism
of the synchronous motor.
It is seen from the curves that the character of hydro-mechanical transients a
few changes – namely, flow rate is reduced, while the pressure increases. This is
explained by the fact that the driving force - the torque of the machine is reduced,
and the pressure increase is connected with the flow inertia.
A) ART disabled K0U = 0; B) ART on, K0U = 5 units.
Fig. 4. Transition electric and hydro-mechanical
processes at low voltage on the system busses by 2%
The cases of intermittent reduction of the power of synchronous motor (Fig
ure 5) are examined: reduction by 15% – aggregate stability is preserved, while the
electro-mechanical processes decay quickly and hydro-mechanical processes con
tinue about 140 s; 30% – the unit enters the mode of long-term fluctuations; 50% –
resulting in a violation of the stability of the electric motor and the break of its
synchronism.
67
A B
A – engine power is reduced by 15%,
B – engine power is reduced by 30%
Fig. 5. Transients at the intermittent change of load on the pump unit shaft
The results can be used to justify the construction of the power equipment
and pipelines, as well as in technical and economic calculations. In the fourth
chapter of the dissertation,
"Technical means of protection of the main power
equipment and pipelines pumping stations from the water hammer"
the
effective devices for the protection of pumping stations main equipment and
pipelines are offered. They are: bypass device and the device of the pump butterfly
valve proportional control.
The use of the known bypass device that connects two or more pressure
pipelines for a new purpose is proposed. It is used to reduce the amount of pressure
increase at water hammer. The analysis of water hammer proceeding at the pump
ing stations equipped bypass device, showed that pressure increase in one of the
pipelines, with open bypass, will lead to the water escape to the adjacent pipelines,
and the reverse process occurs at low pressure – the flow of fluid from adjacent
pipelines.
Figure 6 shows a diagram for the problem. Each pressure system of the
pumping station includes several pumps, pipelines and outfalls. We have adopted a
form of four-quadrant variables of pump performance
H/
β
2
= f
1
(Q/
β
)
and
M/
β
2
=
f
2
(Q/
β
)
, obtained on the basis of the theory of pumps similarity (where
β
- relative
rotor speed).
68
0,2,4,7,8,10 - pumps; 1,3,9 - places of change of the pipe diameter;
5,6 - the places of bypass device; 11 - outfall.
Figure 6. Diagram of the pressure system of the pumping station
Analysis of the transition process dependent variables led to the conclusion
that the value of pressure fluctuations at the bypass decreased by 20 m, and the
value of water hammer decreased by 40%. The duration of the pressure reduction
decreased by more than 1.5 times.
Field tests under study transients were carried out at the pumping station.
Their analysis suggests that the bypass device is quite effective means of protect
ing pressure pipelines and pumps against water hammer.
In the dissertation the development of a proportional device of butterfly
valve control for the protection of the pumping stations against water hammer is
substantiated. The reduction of the butterfly valve closing time contributes to a
more rapid taking of the working pump out of cavitation zone. Also vibration char
acteristics of a disabled pump will be improved by reducing the magnitude and du
ration of its reverse rotation, as the vibration characteristics of the pressure pipeline
will be improved, by reducing the pressure pulsations caused by the pump opera
tion in the cavitation mode and in the reverse mode.
To proportional closing of pump butterfly valve for the purpose of protection
against water hammer the device of pump control using the modern advances of
digital proportional hydraulics is developed (Fig. 7). The utility model Patent
number FAP 01119 is taken out.
69
1 - pump 2 - butterfly valve, 3 - pressure pipe, 4 - servo-cylinder, 5 - oil pressure
unit
, 6 - the proportional directional spool valve, 7 - oil line, 8 - the sensor of
emergency stops of the electric drive, 9 - stator winding of the electric drive,
10 - electric drive, 11 - programmable logic controller, 12 - digital velocity
sensor
Fig. 7. Scheme of the proportional pump control device
A device comprises a butterfly valve actuator, oil pressure unit, directional
spool valve, the oil
line
with a throttle sensor and an emergency shutdown of the
pump is provided with a
digital velocity sensor
in the pressure pipe as well as pro
grammable logic controller, and the directional spool valve is designed in con
trolled proportional form.
Change of butterfly valve closing speed is occurring smooth and proportion
al to flow velocity in the pipeline. Technical characteristics of the programmable
logic controller is programmed in such a way that when the liquid direct velocity
changes in the pressure pipe to the reverse, i.e. at the moment of zero liquid veloci
ty, fixed by a digital
velocity
sensor, butterfly valve is fully closed.
Application of the device of the pump proportional control eliminates the
possibility of water hammer and reverse pump speed during emergency electricity
shut down, saves the consumed electricity, increases the reliability and efficiency
of the pumping station.
In the fifth chapter of the dissertation
"Regulation of modes of auxiliary
pumping systems of filtration, drainage and sewage water pumping from the
buildings and territories of pumping and hydroelectric stations"
designed ad
justable simultaneously pumping system of filtration, drainage and sewage water
from buildings and territories of pumping and hydroelectric plants with the help of
jet pumps are designed and its modes for flows with different suction heights are
determined.
70
Very important auxiliary power equipment is the drainage equipment. As a
result of flooding and emergency electricity shut down the drainage pumps, in fact,
are the first to be subjected to failure. The dissertation describes a number of seri
ous flooding of the pumping stations
buildings and territories
due to the electricity
shut downs since all the
auxiliary equipment at this moment is
off.
Due to the constant increase of sewage water from the territory associated
with duration of stations and pressure pipelines exploitation the leakage water
through the walls of the station building drains inside the building via channels
with electrical cables, which may cause accidents and floods.
At the research-and-production enterprise
"Water Lifting" with the assis
tance of the authoress of dissertation the new device for the simultaneous pumping
of filtration, drainage and sewage waters from buildings and territories of pumping
and hydroelectric stations is developed. The utility model Patent number FAP
00592 is taken out. The device
comprises a drainage hole in the territory, drainage
well in the station building where the jet pump with a suction pipe, butterfly valve,
connected via a lever with a load-float are located.
The proposed system is shown schematically in Fig. 8. At the average value of the
water flowing into the drainage well the load-float is positioned so that cin
ematically associated with it butterfly valve is in the half-closed state. In this case
the jet pump removes all of the water flowing into the drainage well and pumps
water out of the drainage hole, lowering the water level to a certain value.
1 - system with a jet pump; 2 - drainage well in the building station;
3 - drainage hole at the station; 4 - additional pipeline; 5 - additional
valve.
Fig. 8. A system for the simultaneous removal of filtration,
drainage and sewage water from adjacent territory and
the building of pumping or hydroelectric station
The butterfly valve, which is exerted by the load-float, depending on the wa ter
level in the drainage well produces a redistribution of the water flow sucked from
out of drainage well and drainage hole. The mandatory condition is pumping
71
all of the water flowing into the drainage well that provides safety work of drain
age system and impossibility of station building flooding.
Application of the system for the simultaneous removal of the filtration,
drainage and sewage water from the building and adjacent territory of the pumping
or hydroelectric station provides hydraulic automation of the water pumping pro
cess, increases its reliability and efficiency.
In the system of pumping there is a mixture of three flows: the workflow –
out of the pressure pipeline, and two suction flows: out of drainage well – with the
initial negative suction height and out of the drainage hole - with initial positive
suction height. Laws of flows mixing occurring in such a system have not been de
scribed mathematically.
The processes occurring in the jet pump at mixing of three flows as well as the
processes of regulating of the pumping system by means of a load-float are
formalized.
Calculation scheme of regulated pumping system is shown in Fig. 9.
Fig. 9. Calculation scheme of regulated pumping system of filtration, drainage and
sewerage water from the building and adjacent territory of pumping station
Suction from drainage well in the station building is:
В здан здан кол
h
здан
Н =
∇
УВК -
∇
ОСН -
Δ
h =
∇
ДК +h -
∇
ОСН -
Δ
(20) where:
∇
УВК
–
watermark in the drainage well;
∇
ОСН
– mark of the axis of the jet pump;
∇
ДК
–
mark of the bottom of the drainage well;
h
кол
– depth of water in the well, a
variable that depends on the flow of water into the drainage
well
Q
В здан
;
Δ
h
здан
– head loss in the suction
pipeline located in the building.
Suction height from the
drainage
hole in the territory is:
В тер тер диск 0 c тер
h
диск
Н =
∇
УВС -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
h =
∇
ДК+H - S -
∇
ОСН -
Δ
h -
Δ
(21)
where:
∇
УВС
– watermark in the
drainage
hole;
Δ
h
тер
– head loss in the
suction pipeline located in the
territory;
Δ
h
диск
– head loss in the butterfly
valve.
Head losses are determined by the formulas of hydraulics:
72
Δ
λ
,
(
)
Δ
λ
,
(
)
8
2
(
)
2
2
8
Q
h =
l Q
здан Вздан
8
l Q
т ер Вт ер
Вт ер
Δ
ξ
(22)
здан
gd
2 5
h =
т ер
gd
h =
диск диск
gd
π
здан
π
2 5
т ер
π
2 4
т ер
The value of the minor loss
coefficient angle α of the closing disk of
butterfly valve.
ξ
диск
is variable and depends on the
At angles α from 0 to 50
0
value of the minor loss coefficient is approximated
by a polynomial of the sixth degree:
ξ
диск
=9,4
⋅
10
-11
α
6
+3,56
⋅
10
-7
α
5
-2,47
⋅
10
-5
α
4
+6,81
⋅
10
-4
α
3
-5,0
⋅
10
-3
α
2
+4,24
⋅
10
-2
α+0,097,
at angles α from 50
0
to 90
0
– by a polynomial of fourth degree:
ξ
диск
=0,0155α
4
-3,502α
3
+296,965α
2
-11181,76α+157675,6 (23) The value of the
reliability of the approximation was R² = 0,99. In turn, the angle of the closing disk
of butterfly valve float control device depends on the water depth in the well and
the geometric parameters of the lever. A mathematical model of the hydraulic
regulation of jet pump during pump ing of flows with different suction heights has
the form:
Q
2
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
2
⎜
⎜
⎝⎛ ⎟
⎟
⎠⎞
тер
dl
8
Q
λ
8
2 4
z
Втер
тер тер
Вздан
здан здан
+
− −
π
1
1
ξ
=
+
−
z
(24)
2 4
g d
тер
d
диск здан
тер
g d
π
здан
здан
It determines the amount of jet pump suction flow rates from the building
and territory of pumping station.
8
Q
Вздан
⎜
⎜
⎝⎛
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
z z
2
здан здан
−
+
−
здан тер
2 4
g d
1
Q
Втер
=
π
здан
d
здан
(25)
8
λ
l
⎟
⎟
⎠⎞
2 4
g d
тер тер
⎜
⎜
⎝
⎛− −
1
ξ
диск
π
тер
d
тер
The results of calculation of the system parameters made according to the
developed mathematical model, conducted by the example of the pumping station
"M-2-2" of the Kashkadarya region are shown in a graphic based on Fig. 10.
Fig. 10. The pressure dependence of the jet pump on suction flow rate
from the building and from the territory of the pumping station
73
As can be seen from Fig. 10 pressure dependence of the total suction rate,
which has the name of the operating characteristics of the jet pump, has a slightly
downward shape facing convexity upwards. This shape is typical of the perfor
mance of jet pumps and was obtained in previous studies.
However, when considering separately dependences of the jet pump head on
suction flow rate from the pumping station building and dependences of the jet
pump head on suction flow rate from the pumping station territory, it can be noted
that the characteristics have different contours. Characteristics face convexity
downwards and have minimum points. Modes of operation of the jet pump, corre
sponding to these minima, have the lowest heads and therefore are the most energy
efficient.
The new devices were implemented at the pumping stations "M-2-2", "Pakh takor",
"Guvalak" of the Kashkadarya region, PS-2, PS-3, PS-4 of the Karshi Main Canal,
"Karayantag" and "DM-1" of the Jizzakh region, "Turkistan 1-1" and "Tur kistan
1-2" of the Namangan region as well as at the Charvak hydroelectric station.
The results of field tests of the new devices carried out at the pumping sta
tion "M-2-2" are presented in the dissertation. The developed jet pump test proce
dure and the employed means and methods of measurement allowed caring out the
measurements of the head with an error not exceeding 3%, the jet pump delivery
and the working liquid flow rate with an error not exceeding 3.5%. Statistical anal
ysis of the calculation data and carried out field tests showed that the maximum
difference of values of theoretical and experimental studies did not exceed 6% at
the critical points. Comparison of the calculation results and field test results indi
cates the accuracy of the research.
74
CONCLUSION
On the basis of research on the doctoral dissertation on the theme: "Algorithms and methods of regulation of
the pumping stations operating modes" the following conclusions are presented:
1. Conducted systematic analysis of operation modes of pump stations
showed that one of the main causes of accidents at the pumping stations is simulta
neous electromechanical and hydro-mechanical transients, complicated by water
hammer. In connection with this phenomenon the problem of development of
methods and devices of the protection of the pumping stations main power equip
ment and pipelines against water hammer is becoming important.
2. A model of the system "pipeline - pump - electric
motor
- electric net
work", which allows investigating the power system transient modes at various
emergency and operating conditions is developed: at changing the voltage on the
buses, emergency shutdown of the synchronous motors, accidents associated with
the pumps or pipelines, and so on. When an
intermittent
decrease in power of syn
chronous motor by 15% (0.85P
mot
) unit stability is preserved, and the electromag
netic processes decay quickly and hydro-mechanical processes continue about
140s. By reducing power by 30% (0.7P
mot
) unit enters the long-tern fluctuations.
Power reduction by 50% leads to the violation of the motor stability and to the
break of its synchronism.
3. Software system capable to calculate water hammer on pumping stations
with piping diameters up to 4.2 meters is recommended. It may greatly influence
the selection of the main and auxiliary power equipment, the design and parame
ters of water conveyance structures. Certificates of official registration of programs
for electronic computers number DGU 03124 and number DGU 03644 are taken
out.
4. The use of bypass device at the pressure pipelines for reduction the
amount of pressure increase at water hammer is recommended. When using the
bypass device water hammer in pressure pipelines is considerably softer. When the
pressure in one of the pipelines increases water escapes into the adjacent pipelines
or when pressure decrease it causes water flow from adjacent pipelines. This re
duces water hammer by an average of 40%, the pressure reduction duration reduc
es by more than 1.5 times.
5. The
proportional device of butterfly valve control for the protection of the
pumping stations against water hammer is
recommended. The utility model Patent
number FAP 01119 is taken out.
Change of butterfly valve closing speed is occur
ring smoothly and proportionally to flow velocity in the pipeline. Technical char
acteristics of the programmable logic controller is programmed in such a way that
when the liquid direct velocity changes in the pressure pipe to the reverse, i.e. at
the moment of zero liquid velocity, fixed by a digital
velocity
sensor, butterfly
valve is fully closed
which
eliminates the possibility of water hammer in the main
equipment and pipelines during emergency electricity shut down
at the pumping or
hydroelectric station.
6. The method of simultaneous pumping of filtration, drainage and sewage
water from buildings and adjacent territories of pumping and hydroelectric stations
75
is recommended. It meets the requirements of reliability and safety of operation at
the increase of water flow associated with duration of stations and pressure pipe
lines exploitation
.
7. The result of calculating of parameters of the suction flows from the
building and the adjacent territory of the pumping station became the algorithm of
regulation of hydraulic float system. Analysis of the dependences showed that the
maximum suction flow rate out of the pumping station territory is attained in the
area of overlap of butterfly valve regulating float device at an angle of about 40
0
-
45
0
.
8. The system of the simultaneous removal of the filtration, drainage and
sewage water from buildings and adjacent territories of pumping and hydroelectric
stations is designed and recommended. The utility model Patent number FAP
00592 is taken out. The device is designed to work in steady-state conditions and
during emergency flooding.
9. The results of the dissertation are implemented into practice at a number of
pumping and hydroelectric stations. Performed complex experimental studies
confirmed the adequacy of the developed methods and mathematical models. Max
imum discrepancy between the theoretical and experimental values does not ex
ceed 6%, which indicates the accuracy of the studies. Proven cost-effectiveness of
the implementation of the results of the research is about 200 mln. sums per year.
76
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙҲАТИ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1. Хохлов В.А., Хохлов А.В., Титова Ж.О. Регулирование режимов
работы струйных насосов. - Т.: Fan va texnologiya, 2011. – 120 с. 2. Хохлов
В.А., Хохлов А.В., Титова Ж.О. Неустановившиеся режимы работы насосных
станций с длинными трубопроводами. - Т.: Fan va texnologiya, 2012. – 160 с.
3. Аллаев К.Р., Хохлов В.А., Сытдыков Р.А., Титова Ж.О.
Электромеханические и гидромеханические процессы в гидроэнергетических
установках. - Т.: Fan va texnologiya, 2013. – 264 с.
4. Хохлов В.А., Хохлов А.В., Титова Ж.О. Режимы работы насосных
станций Джизакского каскада. - Т.: Fan va texnologiya, 2014. – 164 с. 5. Аллаев
К.Р., Хохлов В.А., Сытдыков Р.А., Титова Ж.О. Электроэнергетические
системы с крупными насосными станциями. – Т.: Iqtisod Moliya, 2015. – 174
с.
6. Хохлов В.А., Хохлов А.В., Титова Ж.О. Режимы работы насосных
станций Каршинского каскада. Т.: Навруз, 2015. – 217 с.
7. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Регулируемые струйные насосы для
дренажной откачки из помещений насосных и гидроэлектрических станций //
Научно-технический журнал «Гидротехническое строительство». - Москва,
2010. – №3. – С.18-21 (05.00.00; № 24).
8. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Энергосберегающая инновационная
технология одновременной откачки дренажных и сточных вод насосной
станции // Вестник ТашГТУ. – Ташкент, 2010. – №4. – С.32-35 (05.00.00;
№16).
9.
Хохлов
В.А.,
Титова
Ж.О.
Математическая
модель
неустановившихся энергогидравлических режимов системы откачки
фильтрационных, дренажных и сточных вод насосных станций // Журнал
«Проблемы энерго- и ресурсосбережения». – Ташкент, 2011 - № 1-2. – С.54-
60 (05.00.00; №21).
10. Титова Ж.О. Альтернативный источник энергии одновременной
откачки дренажных и сточных вод насосной станции // Научно-технический
журнал «Проблемы энерго- и ресурсосбережения». – Ташкент, 2012 - № 1-2.
– С.144-147 (05.00.00; №21).
11. Титова Ж.О. Протекание гидравлического удара на насосных
станциях, оборудованных перепуском // Научно-технический журнал
«Проблемы энерго- и ресурсосбережения». – Ташкент, 2013 - № 1-2. – С.158-
163 (05.00.00; №21).
12. Титова Ж.О. Повышение энергоэффективности насосных станций с
длинными трубопроводами // Научно-технический журнал «Проблемы
77
энерго- и ресурсосбережения». – Ташкент, 2013 - № 1-2. – С.148-152
(05.00.00; №21).
13. Аллаев К.Р., Хохлов В.А., Титова Ж.О. Методы экономичного
регулирования энергетических и гидравлических режимов насосных станций
// Научно-технический журнал «Проблемы энерго- и ресурсосбережения». –
Ташкент, 2013 - № 3-4. – С.146-150 (05.00.00; №21).
14. Khokhlov V.A., Khokhlov A.V., Titova J.O. Means of preventing hy
draulic shocks at pumping stations // European Applied Sciences. - Stuttgart. Ger
many, 2014 - № 10. – С.79-82 (05.00.00; №3).
15. Аллаев К.Р., Титова Ж.О. Программный комплекс выявления и
расчета гидравлического удара в трубопроводах насосных станций // Научно
технический журнал «Проблемы энерго- и ресурсосбережения». – Ташкент,
2014 - № 1-2. – С.74-78 (05.00.00; №21).
16. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Минимизация потерь энергии насосных
станций
//
Научно-технический
журнал
«Проблемы
энерго-
и
ресурсосбережения». – Ташкент, 2014 - № 4. – С.87-90 (05.00.00; №21).
17. Khokhlov V.A., Khokhlov A.V., Titova J.O. Energy saving methods of
regulation of the pumping stations operating modes // European Applied Sciences.
- Stuttgart. Germany, 2015 - № 12. – С.50-51 (05.00.00; №3).
18. Титова Ж.О. Исследования энергогидравлических режимов
системы одновременной откачки дренажных и сточных вод насосных
станций // Вестник ТашГТУ. – Ташкент, 2015. – Спецвыпуск. – С.105-111
(05.00.00; №16).
II бўлим (II часть; II part)
19. Имамназаров О.И., Маматкулов Б.Х., Титова Ж.О., Хохлов А.В.,
Хохлов А.А., Хохлов В.А. Система для удаления фильтрационных,
дренажных и ливневых вод из помещения и прилегающей территории
насосной или гидроэлектрической станции. Патент Республики Узбекистан
№ FAP 00592 от 24.11.2010г.
20. Аллаев К.Р., Хохлов В.А., Титова Ж.О. Программа для расчета
напора и скорости жидкости при гидравлическом ударе в напорных
трубопроводах насосных станций. Свидетельство Республики Узбекистан №
DGU 03124 от 05.05.2015г.
21. Хохлов В.А., Хохлов А.В., Титова Ж.О. Программа измерения
расхода и расчета стока воды на насосных станциях. Свидетельство
Республики Узбекистан № DGU 03644 от 05.04.2016г.
22.
Аллаев К.Р., Титова Ж.О., Хохлов А.В., Хохлов В.А. Устройство
пропорционального управления насосом. Патент Республики Узбекистан №
FAP 01119 от 04.07.2016г.
23. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Совершенствование конструкции
вспомогательных дренажных систем насосных и гидроэлектрических
станций / Сб. трудов республиканской научно-практической конференции
78
«Кишлок ва сув хужалиги ишлаб чикариши учун юкори малакали кадрлар
тайёрлаш муаммолари». – Ташкент, 2009. – С.234-235.
24. Титова Ж.О. Инновационная система для одновременной откачки
фильтрационных, дренажных и сточных вод территорий и помещений
насосных станций / Сб. трудов республиканской научно-практической
конференции «Роль молодежи в развитии науки и инновационной
деятельности». – Ташкент, 2010. – С.106-107.
25. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Влияние научно-технической
информации и инновационных разработок на энергоэффективность работы
насосных станций / Сб. трудов республиканской научно-практической
конференции «Роль информации в развитии науки и инновационной
деятельности». – Ташкент, 2012. – С.292-296.
26. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Резервы энергоэффективности насосных
станций
промышленных
предприятий
//
Вестник
Туринского
политехнического университета в городе Ташкенте. – Ташкент, 2014. – № 4 –
С.11-14.
27. Титова Ж.О., Хохлов В.А. Выявление и предупреждение
гидравлического удара на насосных установках // Вестник Туринского
политехнического университета в городе Ташкенте. – Ташкент, 2014. – № 4 –
С.16-20.
28. Хохлов В.А., Титова Ж.О. Innovation activity in the field of energy
saving in the pumping stations / Сб. трудов международного инновационного
форума – TIIF. – Ташкент, 2015. – С.174-179.
29.
Титова
Ж.О.
Алгоритмы
и
методы
регулирования
неустановившихся режимов работы насосных станций / Сб. трудов
международной научно-практической конференции «Vědecký pokrok na
přelomu tysyachalety» («Научный прогресс на рубеже тысячелетий»). – Прага,
2016. – С. 31-34.
30. Титова Ж.О., Аллаев К.Р., Хохлов В.А. Методы и устройства
защиты от гидравлического удара основного энергетического оборудования и
трубопроводов насосных станций / Сб. трудов международной научно
практической конференции «Актуальные проблемы в современной науке и
пути их решения». – Москва, 2016. – С. 82-83.
79
Автореферат «ТошДТУ хабарлари» илмий журнал таҳририятида таҳрирдан
ўтказилди (28.10.2016 йил).
Босишга рухсат этилди: _________2016 йил
Бичими 60х45
1
/
16
, «Times New Roman»
гарнитурада рақамли босма усулида босилди.
Шартли босма табоғи 5. Адади: 100. Буюртма: № _____.
Ўзбекистон Республикаси ИИВ Академияси,
100197, Тошкент, Интизор кўчаси, 68
«АКАДЕМИЯ НОШИРЛИК МАРКАЗИ» ДУК
80
