Гравитационно-гидравлические вакуумные устройства для систем глубокого водопонижения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат технических наук Гинц, Андрей Владиславович

• Гинц, Андрей Владиславович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гинц, Андрей Владиславович

ВВЕДЕЙИЕ.

1. Системы глубокого водопонижения и пути их совершенствования

1.1. Горизонтальный трубчатый дренаж.

1.2. Системы вертикального дренажа.

1.3. Система глубокого дренажа.

1.3.1. Устройства воздухоотведения.

2. Гравитационно-гидравлические вакуумные устройства.

2.1. Конструкции опытных гравитационно-гидравлических вакуумных устройств.

2.1.1. Устройство с подвижным входом воды.

2.1.2. Устройство с регулируемым впуском воздуха.

2.1.3. Устройство для поддержания разрежения.

2.2. Способы автоматической зарядки вакуумных устройств

2.3. Предварительные исследования эффективности действия устройств.

3. Основы теории движения водовоздушных смесей в вертикальных трубах.

3.1. Режимы течения водовоздушного потока.

3.2. Основные характеристики водовоздушного потока и их изменение по длине вертикальной трубы.

3.3. Скорость всплытия пузырей воздуха в большом объеме воды и в вертикальных трубах.

4. Теория и расчет гравитационно-гидравлических вакуумных устройств.

4.1. Захват воздуха из атмосферы нисходящим потоком воды

4.1.1. Гидравлическая схема захвата воздуха из атмосферы.

4.1.2. Лабораторная установка и методика исследований.

4.1.3. Результаты исследований захвата воздуха из атмосферы.

4.2. Отведение воздуха из герметичной емкости устройства

4.2.1. Гидравлическая схема отведения воздуха.

4.2.2. Лабораторная установка и методика исследований.

4.2.3. Результаты исследований процесса отведения воздуха из герметичной емкости.

4.3. Эффективность действия и порядок расчета вакуумных устройств.

4.3.1. Коэффициент полезного действия вакуумного устройства.

4.3.2. Отказы в работе вакуумного устройства.

4.3.3. Методика расчета гравитационно-гидравлических вакуумных устройств применительно к системам глубокого водопонижения

5. Системы глубокого водопонижения с использованием гравитационно-гидравлических вакуумных устройств.

5.1. Особенности проектирования системы глубокого водопонижения с вакуумным устройством.

5.1.1. Опытные конструкции систем глубокого водопонижения в проектно-технических решениях.

5.2. Экспериментальная проверка эффективности действия вакуумных систем глубокого водопонижения.

5.2.1. Определение количества воздуха, выделяющегося в полости вакуумируемого водоотвода.

5.2.2. Гидравлический режим работы экспериментальных установок вакуумируемого водоотвода.

5.3. Сравнительная экономическая оценка использования водоотводов с воздухоотводящими устройствами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гравитационно-гидравлические вакуумные устройства для систем глубокого водопонижения»

Актуальность работы. Все более ощущаемый в России, как и во всем мире, дефицит энергетических ресурсов, а также сложность эксплуатации большого числа маломощных водоподъемных, вакуумных и компрессорных установок, которые обычно используются в сельском хозяйстве для водопонижения и водоподъема, приводят к тому, что эти мероприятия становятся нерентабельными и от них приходится отказываться даже тогда, когда это грозит необратимыми последствиями для подтапливаемых территорий [25]. При этом в настоящее время в сферу сельскохозяйственного производства вовлечено около 90 млн. га мелко контурных холмистых, горных и других «неудобных» сельскохозяйственных угодий, где неэкономично использовать традиционную энергетику, а также свыше 25 млн. личных подсобных хозяйств и садово-огородных кооперативов, определенная часть которых удалена от линий электропередач [бб].

Создавшееся положение требует развития новой технологии, позволяющей использовать альтернативные источники энергии. Эта технология, согласно [20] должна удовлетворять следующим требованиям: не загрязнять окружающей среды, отличаться принципиально простым решением, быть доступной для реконструкции, использоваться как для общественных, так и для индивидуальных нужд и быть безопасной даже при неправильном обращении. При этом из четырех известных альтернативных источников энергии (солнечная, ветровая, использование метана, энергия воды) использование воды считают наиболее лимитированным из-за ее неравномерного распределения. Однако необходимо отметить, что не только мощные водные потоки обладают большим количеством энергии. Всякий водоток, включая искусственно сооружаемые открытые каналы и закрытый горизонтальный дренаж, является носителем энергии, которая до настоящего времени не используется.

Связано это в- первую очередь с тем, что традиционный механический путь использования этой энергии становится рентабельным лишь при достаточно больших мощностях потоков. Наиболее ярко эта проблема проявляется при устройстве вакуумных систем глубокого водопонижения с сифонными водоотводами [52] для работы которых требуется использование вакуум-насосов, создающих и поддерживающих разрежение в полости водоотвода.

В связи с тем, что применение вакуумных систем сдерживается необходимостью использования энергоемкого оборудования, весьма актуальным становится разработка конструкций вакуумных устройств в которых полезная работа осуществляется за счет разности давлений в сообщающихся между собой столбах воды и водовоздушной смеси при использовании энергии малых перепадов уровней воды естественных или искусственных водотоков.

Работа выполнялась в рамках тем: 2.6 «Разработать методы расчета и конструкции систем водопонижения для населенных пунктов в зоне орошения» (1991 - 1993 гг.) и 3.8 «Разработать и испытать конструкции гравитационно-гидравлических вакуумных и компрессионных устройств для целей глубокого водопонижения, водоснабжения и аэрации воды в водоемах и водотоках» (1994 - 1996 гг.), связанных 'с задачами, поставленными в отраслевой научно-технической программе «Мелиорация и гидротехника»: «Разработать и освоить экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и технические средства для комплексной мелиорации сельскохозяйственных угодий и во-дообеспечения сельского хозяйства, направленные на повышение продуктивности земель, эффективности и использования вод и улучшение условий жизни сельского населения на 1996 - 2000 гг.», утвержденной Заместителем Начальника Депмелиоводхоза А.А. Викснэ приказом от 10 апреля 1996 г.

Целью, работы являлось создание конструкций гравитационно-гидравлических вакуумных воздухоотводящих устройств для систем глубокого водопонижения, позволяющих осуществить отведение воздуха из полости вакуумируемых водоотводов только за счет использования энергии перепадов уровней воды собственно водотоков, при исключении затрат на установку насосного оборудования, средств автоматизации и необходимости использования дополнительных источников энергии.

В задачи исследований входило:

- разработка конструкций опытных гравитационно-гидравлических вакуумных устройств;

- определение оптимального режима течения нисходящего потока водовоздушной смеси;

- установление основных характеристик водовоздушного потока и их изменений по длине вертикальной трубы с учетом и без учета скорости всплытия пузырей воздуха;

- исследование процесса захвата воздуха нисходящим потоком воды, движущимся по вертикальной трубе;

- аналитическое решение задачи определения параметров нисходящего потока водовоздушной смеси в зависимости от величины относительного разрежения по длине трубы;

- определение эффективности действия и обоснование оптимальных параметров гравитационно-гидравлических вакуумных устройств;

- установление порядка расчета вакуумных устройств для систем глубокого водопонижения;

- исследование совместной работы экспериментальных воздухоотводящих устройств и вакуумируемых систем водоотведения и разработка методики их расчета;

- сравнительная экономическая оценка использования систем глубокого водопонижения с гравитационно-гидравлическими вакуумными воздухоотводящими устройствами.

Методика исследований. Разработка конструкций устройств производилась на основе анализа научно- технической и патентной документации по фондам РНБ им. М.Е.Салтыкова-Щедрина и ЦНСХБ ВАСХНИЛ.

Исследования проводились в гидравлической лаборатории на экспериментальных установках вакуумных устройств и элементах систем глубокого водопонижения, выполненных в натуральную величину, с точностью определения искомых параметров не хуже 5 процентов. Подробное описание опытных установок и методики измерений приведено в соответствующих разделах. Обработка результатов исследований проводилась с использованием персонального компьютера.

При разработке методики расчета вакуумных устройств систем глубокого водопонижения использованы опытные данные по выделению воздуха из воды при разрежении, а также определению скорости всплытия пузырей воздуха в трубах, полученные и опубликованные другими авторами.

Научная новизна. Впервые определены закономерности захвата воздуха нисходящим потоком воды в вертикальных трубах и плотности образующейся водовоздушной смеси в зависимости от степени относительного разрежения по длине трубы.

Установлены условия, приводящие к отказам в работе воздухоот-водящих устройств, а также влияние скорости всплытия пузырей в потоке на его энергетические характеристики.

Показана возможность создания достаточно высокого разрежения при весьма малых скоростях потока подаваемой на вход в трубу воды, за счет суммирования величин гидростатического и гидродинамического вакуума. .

На за-щиту выносятся: Конструкции трех модификаций гравитационно-гидравлических вакуумных устройств для отведения воздуха из вакуумируемых водоотводов систем глубокого водопонижения.

Закономерности формирования нисходящего потока водовоздушной смеси и аналитические зависимости, связывающие величину средней плотности водовоздушной смеси с относительным сжатием воздуха по длине трубы.

Результаты экспериментальных исследований для обоснования оптимального режима работы воздухоотводящих устройств, а также режимов движения нисходящего потока водовоздушной смеси, соответствующих отказам воздухоотводящих устройств в работе («захлебыванию» потока водой или воздухом).

Основы физического моделирования и расчета гравитационно-гидравлических вакуумных воздухоотводящих устройств систем глубокого водопонижения.

Апробация работы и реализация результатов исследований. Основные положения по теме диссертации докладывались и обсуждались на подсекции «Гидравлика и гидрология» 58 -научно-технической конференции с участием студентов, молодых специалистов и ученых Санкт- Петербургского Университета путей сообщения (Санкт-Петербург, 1998); а также на секции «Формирование ресурсов и качества поверхностных и подземных вод» конференции «Акватерра» (VI горно-геологический форум «Природные ресурсы стран СНГ». Санкт-Петербург, 1998).

Результаты исследований (конструкция вакуумируемого водоотвода с гравитационно-гидравлическим вакуумным устройством воздухоотве-дения) были использованы: институтом СевКавгипроводхоз при составлении рабочего проекта водопонижения на территории пос. Передовой

Изобильненского района Ставропольского края и Компанией ТОО ИНВЭКО (Ленгипроводхоз) при составлении ТЭО водопонижения в городе Пугачеве Саратовской области.

Публикации. Основные результаты исследований и положений диссертации отражены в 12 научных работах; в том числе получено 8 патентов Российской Федерации.

Практическая ценность. Использование гравитационно-гидравлических вакуумных устройств расширяет область применения систем вертикального дренажа, позволяя избежать необходимость использования дорогостоящего насосно-силового оборудования и средств автоматизации его работы, а также в несколько раз уменьшить объемы земляных работ при строительстве по сравнению с системами горизонтального дренажа. Простота конструкции гравитационно-гидравлических вакуумных воздухоотводящих устройств, не требующих отключения после завершения цикла удаления воздуха, а также возможность автоматического согласования производительности устройств с темпами поступления воздуха позволяет осуществить изготовление установок любой мощности без существенного изменения конструкции.

Кроме того, разработанные гравитационно-гидравлические вакуумные устройства с успехом могут быть использованы не только для во-доотведения с использованием вакуумируемых коллекторов и сифонных водоотводов на осушаемых, орошаемых землях и подтопленных территориях, но и для подъема воды из водоисточников.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общих выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 85 наименований, 4 приложений (13 страниц) и алфавитно-предметного указателя. В диссертации 138 страниц машинописного текста, 8 таблиц, 34 рисунка. Общий объем работы 196 страниц.

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Гинц, Андрей Владиславович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. При глубоком понижении уровней грунтовых вод наиболее совершенными и экономичными являются системы вертикального дренажа с вакуумируемыми водоотводами, широкое применение которых сдерживается необходимостью использования энергоемкого оборудования для отведения воздуха, выделяющегося из воды при разрежении.

2. Разработаны и испытаны три модификации гравитационно-гидравлического вакуумного воздухоотводящего устройства, позволяющего создавать в герметичной емкости постоянное разрежение величиной до 6.0 . 7.0 м вод ст., энергетической основой действия которых служит перепад уровней воды между входом и выходом из устройства .

3. Захват воздуха нисходящим потоком воды и его отведение в составе образующейся водовоздушной смеси, в этих устройствах, происходит за счет весьма небольших величин динамического вакуума, образующегося на входе воды в нисходящий участок устройства, в то время как абсолютная величина вакуума в его полости определяется высотой расположения устройства над уровнем воды водотока.

4. Поток водовоздушной смеси движется по нисходящему участку вакуумного устройства с гидравлическим уклоном, равным разности между плотностью водовоздушной смеси и относительным сжатием воздуха по длине трубы; при этом плотность водовоздушной смеси определяется расходом воды, подаваемым к сечению впуска воздуха и коэффициентом трения по длине.

5. Величина средней плотности водовоздушной смеси линейно увеличивается по мере увеличения степени относительного сжатия воздуха по длине трубы; установленные экспериментально параметры этой зависимости при расходе воды начала «захлебывания» водовоздушной смеси воздухом, соответствуют максимальной производительности и позволяют определить плотность образующейся водовоздушной смеси при любых соотношениях высоты расположения устройства и перепада уровней воды водотока. б. Основные параметры, характеризующие поток водовоздушной смеси практически не зависят от длины трубы нисходящего участка вакуумного устройства, а определяются только ее диаметром, расходом, подаваемой на вход воды и величиной относительного сжатия по длине трубы.

7. Предлагаемая методика расчета вакуумных устройств позволяет по известной величине расхода воды в составе водовоздушной смеси, соответствующей «захлебыванию» водовоздушного потока воздухом и параметрам зависимости средней плотности смеси от величины относительного сжатия, получить паспортные кривые изменения расхода отводимого воздуха и коэффициента полезного действия устройства.

8. В условиях развитого рельефа, следует использовать ступенчатые системы глубокого водопонижения с сифонными водоотводами, а при равнинном рельефе поверхности - с вакуумируемыми коллекторами, снабженные воздухоотводящими вакуумными устройствами, при постоянной работе которых режим работы водоотводов стабилен при любых величинах расхода воды в его полости. •

172

9. Разработанные способы и устройства, для осуществления автоматической зарядки вакуумных устройств и вакуумируемых водоотводов, позволяют синхронизировать работу системы глубокого водопонижения с сезонными подъемами уровней грунтовых вод или с периодами выпадения атмосферных осадков повышенной интенсивности.

10. Использование гравитационно-гидравлических вакуумных устройств расширяет область применения систем вертикального дренажа, исключая необходимость использования насосно-силового оборудования и средств автоматизации его работы, при снижении в 2.0 . 2.5 раза общестроительных и эксплуатационных затрат по сравнению с системами горизонтального дренажа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гинц, Андрей Владиславович, 2000 год

1. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. М.: Стройиздат, 1973. - 239 с.

2. Абрамов С.К., Найфельд Л.Р., Скиргелло О.Б. Дренаж промышленных площадок и городских территорий. М.: Госстройиз-дат, 1954. - 428 с.

3. Арманд А.А., Невструева Е.И. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе // Известия ВТИ. 1950. - N 2. - С. 1 - 8.

4. Аронов С.Н. Транспортирование и хранение воды. М. : Стройиздат, 1964. - 200 с.

5. Багдасаров В.Г. Теория, расчет и практика эрлифта. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1947. 371 с.

6. Бек, Теодор. Очерки по истории машиностроения / Пер. Е.Лев-ковича и Б. Прозорова. Т. I. М.-Л.: Гос. техн.-теоретич. изд., 1933. - 300 с.

7. Бретшнейдер С. Свойства газов и жидкостей. М.-Л.: Химия, 1966. - 535 с.

8. Будников А.Н. Водоснабжение. М.: Гостехиздат, 1930. -'522 с.

9. Гейер В.Г. Шахтные водоотливные установки. М. : изд. и тип. Углетехиздата Западугля, 1948. - 280 с.

10. Гениев Н.Н. Водоснабжение. М.-Л., Стройиздат, 13-я тип. треста Полиграфкнига в Мск., 1944. 563 с.

11. Гибсон А. Гидравлика и ее приложения / Пер. с 6-го англ. изд. А.Е. Стратоницкой и С.С. Соколова под ред. М.В. Потапова. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1934. 605 с.

12. Гидродинамика газо-жидкостных смесей в трубах Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Семенов Н.И., Точилин А.А. М. : Изд-во Недра, 1969. - 208 с.

13. Грацианский М.Н. Инженерная мелиорация. М.: Стройиздат, 1965. - 258 с.

14. Движение газожидкостных смесей в трубах /Авт.: В.А. Мамаев, Г.Э. Одишария, О.В. Клапчук и др. М.: Недра, 1978. - 270 с.

15. Дегтярев Б.М. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. М.: Стройиздат, 1990. - 238 с.

16. Дегтярев В.М., Калантаев В.А. Вакуумный дренаж на орошаемых землях. М.: Колос. 1976. - 94с.

17. Дейч М.Е. Газодинамика двухфазных сред. 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Энергоздат, 1981. - 471 с.

18. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. -М. : Энергия, 1968. 423 с.

19. Дементьев В.Г. Орошение: по спец. «Гидромелиорация». М. : Изд-во Колос, 1979. - 303 с.

20. Дэвис А., Шуберт Р. Альтернативные природные источники энергии в строительном проектировании / Пер. с англ. А.С. Гусева; Под ред. Э.В. Сарнацкого. М.: Стройиздат, 1983. - 190 с.

21. Есьман И.Г., Есьман Б.И., Есьман В.И. Гидравлика и гидравлические машины. Баку.: Азнефтеиздат, 1955. - 480 с.

22. Зворыкин А.А. История горной техники (Основные моменты развития от древнейших времен до наших дней). / Вып. 1. М. : Московский горный институт им. И.В. Сталина, 1957. - 91 с.

23. Инструкция по определению экономической эффективности ис пользования новой техники. М.: Минводхоз СССР, 1979. - 168 с.

24. Канализация населенных мест / Под общ. ред. В.Ф. Иванова. J1.-M. ОНТИ Глав. ред.строит, лит-ры, 1935. - 644 с.

25. Ковалевский B.C. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду. М.: Наука, 1994. - 138 с.

26. Козлов Б.К. Формы течения газожидкостных смесей и границы их устойчивости в вертикальных трубах // Журнал технической физики. 1954. - Том XXIV, Вып.12. - С. 2285 - 2288

27. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидравлика газо- жидкостных систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. - 232 с.

28. Логов И.Л. Пневматические насосы. М.: Машгиз, 1962. -210с.

29. Ломоносов М.В. «Первые основания металлургии, или рудничных дел». // Сочинения. Т. VII / Под ред. Б.Н. Меншуткина. Л.: Изд.и тип. Академии наук СССР, 1934. С 455 4 61 .

30. Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Семенов Н.И., Точигин Н.А. Гидродинамика газо-жидкостных смесей в трубах. М.: Недра, 1969. -208 с.

31. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. М.: Росагропромиздат, 1989. - 384 с.

32. Масловский Е.А., Абрамов С.К. Глубокий дренаж (опыт 25-летней эксплуатации вертикального дренажа с сифонным водоотводом). М., Стройиздат, 1964. - 130 с.

33. Мелиорация: Энциклопедический справочник /Редкол.: И.П.Ша мякин (гл. ред.) и др.; Под общ. ред. А.И. Мурашко. . Мн.: Белор. Сов. Энцикл., 1984. - 567 с.

34. Мелиорация и водное хозяйство. 3. Осушение: Справочник / Под ред. Б.С. Маслова. М.: Агропромиздат, 1985. - 447 с.

35. Методические рекомендации по расчетам защиты территорийот подтопления в зоне орошения. Киев: Институт гидромеханики АН УССР, Укргипроводхоз, 1986. - 392 с.

36. Методические указания по определению экономической эффективности внедрения новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в зоне осушения (примеры расчета) / Северный НИИ гидротехники и мелиорации. J1., 1982. 2 97 с.

37. Митрахович А.И., Немиро В.А. О режимах работы сифонных водосборов в вертикальном дренаже / Мелиорация и водное хозяйство.- 1976. N 12. - С. 6 - 9

38. Начала гидростатики. Архимед. Стэвен. Галилей. Паскаль. / Пер. и прим. А.Н. Долгова. M.-JT.: Гос. техн.-теоретич. изд., -1932. - 261 с.

39. Немиро В.А. Обоснование применения сифонных водосборов на осушительно-оросительных системах вертикального дренажа / В кн. Осушительные и осушительно-увлажнительные системы. Минск, 1986.- С. 164 -169

40. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. II. М. : Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1987. - 360 с.

41. Оползни. Исследование и укрепление / Под ред. Р. Шустера и Р. Кризека. Пер. с англ. А. А. Варги и P.P. Тизделя под ред. Г. С. Золотарева. М.: Мир, 1981. - 368 с.

42. Основы механики двухфазных систем. Лабунцов Д.А., Ягов

43. В.В., Крюков А.П. / Под ред. О.А. Синкевича. М. : Моск. энерг. ин-т, 1988. - 77 с.

44. Остромецкий А.А. Очерки по истории русской горной механики.- М.: Углетехиздат, 1953. 156 с.

45. Осушение земель вертикальным дренажем / А.И. Мурашко, А.И.Митрахович, С.В.Довнар и др. Минск: Ураджай, 1980. - 248 с.

46. Осушительно-увлажнительные системы / B.C. Маслов, В.С.Станкевич, В.Я. Черненок. М.: Колос, 1981. - 280 с.

47. Похвалов Ю.Е. Структурные характеристики снарядного и пузырькового восходящих потоков: Автореферат на соискание ученой степени докт. техн. наук. М., 1988. - 38 с.

48. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве / Под ред. С.К. Абрамова. М. : Стройиздат, 1978. - 177 с.

49. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых территориях и застроенных территориях / Комплекс. н-и и конструкт.-технолог. и-т водоснабжения, канализации, гидротехн. сооружений и инж. гидрогеологии. М.: Стройиздат, 1991. - 272 с.

50. Проектирование водозаборов подземных вод / Под ред. Ф.М. Бочевера. М.: Стройиздат, 1976. - 291 с.

51. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. и др. Физические основы рабочего процесса камер сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1964. - 526 с.

52. Рекомендации по проектированию и расчетам защитных сооружений и устройств от подтопления промышленных площадок грунтовыми водами. М.: изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1979. - 327 с.

53. Решеткина Н.М., Барон В.А., Якубов Х.И. Вертикальный дренаж орошаемых земель. М.: Колос, 1966. - 232 с.

54. Решеткина Н.М., Якубов Х.И. Вертикальный дренаж. 2-е' изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1978. - 320 с.

55. Ругалева Н.А. Новые данные о действии сифонов // Водоснабже ние и санитарная техника. 1958. N 5. - С. 24 - 28.

56. Словарь античности / Пер. с нем. М.: Эллис Лак; Прогресс, 1994. - 704 с.

57. Смирнов Н.И., Полюта С.Е. Истечение пузырьков воздуха в жидкую среду // Журнал прикладной химии. 194 9 . - Т. XXII, N 11. С. 1208 - 1210

58. Coy С. Гидродинамика многофазных систем / Пер. с англ. B.C.' Данилина и др. Под ред. М.Е. Дейча. М. : Мир, 1971. 536 с.

59. Справочник по осушению горных пород / Под ред. И. К. Стан-ченко. М.: Недра, 1984. 575 с.

60. СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и подтопления/Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986.- 48с.

61. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 60 с.

62. Стырикович М.А., Полонский B.C., Циклаури Г.В. Тепломассообмен и гидродинамика в двухфазных потоках атомных электрических станций. М.: Наука, 1982. 370 с.

63. Субботин И.М. Получение сжатого воздуха гидравлическим путем // Горный журнал. Т. 1, 1911. С. 121 - 130.

64. Татаринов М.П. Русские ученые создатели шахтных вентиляторов и насосов. - М.: Углетехиздат, 1958. - 194 с.

65. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения / Пер. с англ. канд. техн. наук B.C. Данилина и Ю.А. Зейгерника. Под ред. проф. И.Т. Аладьева. М.: Мир, 1972. - 440 с.

66. Усаковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. М. : Россельхозиздат, 1986. - 126 с.

67. Хьюит Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения / Пер. с англ. В.Я. Сидорова. М, : Энергия, 1974. - 408 с.

68. Циклаури Д.С. Гидрокомпрессоры. М.: Госстройиздат, 1960. - 72 с.

69. Циклаури Г.В., Данилин B.C., Селезнев Л.И. Адиабатные двухфазные течения. М.: Атомиздат, 1973. 487 с.

70. Шухардин С.В. Развитие рудничного водоотлива (до начала XX века) // Труды института истории естествознания и техники. Т. 25. История горной техники. 1959.

71. Maeda N. Behavior of a Single Bubble in Quiescent and Flowing Liquid inside a Cylindrical Tube / Journal of Nuclear Science and Technology. October 1975. - 12 10. Pp. 606 - 617

72. Woodbridge D.E. Hydraulic Compressed-Air Power-Plant. Engineering and Mining Journal, New York, January, 1907, p.125

73. A. c. 84472 Кл.59 с,10. СССР). Сифонный водоподъемник / Мозговой Г.В. Опубл. в БИ N 3, 1951

74. А.с. 1126728 М.кл. F 04 F 10/02. (СССР). Водоподъемник / Касимов А.Ф., Фаталиев А.К. Опубл. в БИ N 44, 1984

75. А.с. 1177556 М.кл. F 04 F 10/02. (СССР). Сифонный водоподъемник / Касимов А.Ф., Фаталиев А.К. Опубл. в БИ N 33, 1985

76. А.с. 1273655 М.кл. F 04 F 10/02. (СССР). Сифонный водоподъемник / Бухарин А.Д., Врачев А.В., Рондин Ю.П. Опубл. в БИ N 44, '198 6

77. А.с. 1355772 М.кл. F 04 F 10/02. (СССР). Способ создания разрежения в замкнутом объеме / Гостюнин И.В. Опубл. в БИ N 44, 1987

78. Патент SU 1684422 Е 02 В 11/00 (Российская Федерация). Мелиоративная система / Бишоф Э.А., Ковальчук Н.Н., Жегалев Ю.П., Гинц А.В., Тилк А.А., Гинц Н.А. Опубл. 15.10.91.

79. Патент-RU 2029024 Е 02 В 11/00 (Российская Федерация). Сис тема сифонного водоотвода / Бишоф Э.А., Гинц А.В. Жегалев Ю.П., Ковальчук Н.Н, Тилк А.А. Опубл. 20.02.95

80. Патент RU 2057844 Е 02 В 11/00, А 01 G 25/00 (Российская Федерация). Мелиоративная система / Бишоф Э.А., Гинц А.В., Ковальчук Н.Н. Опубл. 10.04.96

81. Патент RU 2100663 F 04 f 10/00 (Российская Федерация). Устройство для создания разрежения / Бишоф Э.А., Гинц А.В., Жега лев Ю.П., Ковальчук Н.Н., Тилк А.А. Опубл. 27.12.97

82. Патент RU 2100664 F 04 f 10/02 (Российская Федерация). Устройство для создания разрежения в замкнутом объеме / Бишоф Э.А., Гинц А.В., Жегалев Ю.П., Ковальчук Н.Н., Тилк А.А. Опубл. 27.12.97

83. Патент RU 2126476 Е 02 В 11/00, F 04 f 10/00 (Российская Федерация). Устройство для подъема воды / Бишоф Э.А., Гинц А.В. Тилк А.А. Опубл. 20.02.99

84. Патент RU 2138697 F 04 f 10/02 (Российская Федерация). Устройство для создания разрежения / Бишоф Э.А., Гинц А.В., Тилк А.А. Опубл. 27.09.99

85. Патент RU 2138698 F 04 f 10/02 (Российская Федерация). Устройство для создания разрежения / Бишоф Э.А., Гинц А. В., Тилк А.А. Опубл. 27.09.99

86. Результаты испытания вакуумного устройства с нисходящей трубой диаметром d = 0.5 см (Опыт 20)я, AZ , Я-AZ Z e*. Q.z Q gm t мл /с 7 m Zno по noм м м Я-AZ мл/с мл /с мл/с Q: Q,z a

87. Q, Р Р " , П .In а ,-z71 г ~ "жра-z ? ы gm -Z * 111 p a

88. Q In 0Я» = P -z П a ^gm z Q' * V- Z ? -Z V gZ 111 Pa

89. Z Ра -2 5 -Z к gz р а

90. Z = 3.66 л* ; Qg т =1.1235Q ga б g „ =0.7970 gZ .

91. Пример расчета гравитационно-гидравлического вакуумного устройства применительно к системе глубокого водопонижения

92. Исходные данные. Сифонный водоотвод выполнен из пластмассовой гладкой трубы свнутренним диаметром D = 90 мм и длиной L — 100 м.

93. Наивысшая точка водоотвода находится над уровнем воды в установленной в водосборном колодце противоразрядной емкости на высоте Z = 4.5 м.

94. Максимальный расход отводимой воды составляет Q = 5.0 л/с. Содержание растворенного в грунтовой воде воздуха при изысканиях не определялось.1. Цель расчета.

95. Требуется определить параметры воздухоотводящего устройства, если перепад уровней воды в колодце равен Я = 1.2 м.

96. Порядок расчета. 1. Величина скорости движения воды в полости сифонного водоотвода при расчетном расходе Q =5.0 л/с составит:1. О-4 5-41. У = =-- = 0.786 (м/с) .к D 3.14 -0.92

97. Поскольку при скоростях движения воды больше 0.5 м/с все пузыри воздуха выносятся из полости трубы, принимаем в качестве расчетного расход воды при скорости V = 0.5 м/с, соответствующей верхней границе скорости перемещения пузырей воздуха:

98. Q = 392.5-D2 =392.5-0.092 =3.18 (л/с).

99. Определяем величину расхода воздуха, выделяющегося из воды и скапливающегося в наивысшей точке сифонного водоотвода2 .7 = к -к . ■О Р" = 25-0.1-3.18-—-= 6.14 (мл/с) .g Р -Z 10.33-4.5

100. При этом величины к g и к, приняты по табличным значениям,поскольку величина удельного газосодержания в воде в процессе изысканий не определялась.

101. При диаметре воздухосборной камеры 0.3м, ее высота составит 13.37-4 /3.14-З2 =1.89 (дм) или h вК = 19.0 см ,что позволяет определить необходимую высоту подъема устройства над уровнем воды верхнего бьефа Z = 4.5+ 0.19 = 4.69 «4.7 м.

102. Вычисляем средний по длине нисходящего участка вакуумного устройства расход сжимающегося при его отведении воздуха в соответствии с1. P.-Z „ . P-Z10.33-4.7 ,1/f , 10.33-4.7 ^ , , ,--6.14 • In-= 4.46 мл/с-4.7 10.33

103. Определяем величину относительного сжатия по длине нисходящего участка вакуумного устройства, приняв, величину AZ = 0.15 м1. Z 4 7а =---=-—-= 0.817 « 0.82 .1. H-AZ + Z 1.2-0.15 + 4.7

104. Qr™=Q*m- =446 =4011 (МЛ/С),/mm ^gm . 1-090т min \J.s\J

105. Q f^=QKn • Ушп1ах = 4.46 = 59 25 (мл/с)1 / m max 1

106. При этом величина среднего по длине нисходящего участка вакуумного устройства расхода воздуха составит:= 40.01.0.92 0.92696 « 7.0 (мл/с)

107. С другой стороны, используя график (рис. 28) основных характеристик устройства с диаметром нисходящего участка d = 1.0 см, можно получить, что при а = 0.82,для двух нисходящих участков диаметром d =1.0 см, величина О gm = 3.5 * 2 = 7.0 (мл/с).

108. С другой стороны, по графику на рис. 28 значение величины коэффициента полезного действия устройства составит Т. 0 = 0.38, а, сучетом изменения величины перепада уровней, AZ получим т. = 0.333

109. Дополнительные области использования гравитационно-гидравлических вакуумных устройств

110. Отсутствие в конструкции водоподъемного устройства движущихся частей повышает его надежность и снижает затраты как на изготовление, так и на эксплуатационно-техническое обслуживание.

111. Захлебывание» водовоздушного потока- водой 54, 121 122, 128- воздухом 54, 120, 128- лабораторное определение 130 135