РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ ЗДАНИЙ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
В Узбекистане эксплуатируются 1588 государственных мелиоративных насосных станций, многие из которых относятся к первому и второму классу капитальности, т.е. являются объектами Государственной важности, аварии на которых могут привести к катастрофическим последствиям или значительному экономическому ущербу. Абсолютное большинство станций построено до 1990 года, в основном в 60-80-е годы, износ вспомогательного оборудования станций значителен. Темпы замены устаревшего и вышедшего из строя оборудования в настоящее время сильно отстают от требуемых. Старение гидромеханического и электромеханического оборудования и гидротехнических сооружений станций увеличивает нагрузку на вспомогательные системы.
Наиболее ответственными вспомогательными системами, без надежной работы которых невозможна и опасна работа станций, на наш взгляд, являются дренажноосушительные системы. Трагическая авария на Саяно-Шушенской ГЭС, произошедшая в августе 2009 года [1], ещё раз с особой остротой указала на необходимость существования дополнительного источника энергии для откачки дренажных вод. В результате аварийных затоплений и при отключениях электроэнергии дренажные насосы, по сути, первые подвержены выходу из строя. Известен ряд серьезных затоплений зданий станций, вызванных погашением электроэнергии, т.к. все вспомогательные системы в такие моменты парализованы. Это связано с тем, что используемые во вспомогательных системах центробежные насосы работают от электропривода и должны быть обеспечены электроэнергией круглый год.
В последние годы из-за старения гидротехнических сооружений и трубопроводов насосных станций и увеличения фильтрационных протечек с вышележащих орошаемых
массивов резко увеличивается количество скважинных насосов, необходимых для постоянного понижения уровня грунтовых вод на прилегающей территории. Территория заболачивается и усложняются условия для производства ремонтных работ, т. к. нет возможности подхода ремонтной техники. Кроме того, с территории станции вода просачивается через стены здания станции, попадает внутрь самого здания, стекая по кабельным каналам, что крайне опасно.
В научно-производственном предприятии «Водоподъемник» обоснован способ использования во вспомогательных системах насосных и гидроэлектрических станций альтернативного источника энергии - потенциальной энергии столба жидкости напорного водовода станций, при условии использования струйных насосов с поплавковой системой регулирования [2] (рис. 1).
Вода из напорного водовода подается через подводящую трубу в полость струйного насоса. Под действием разряжения, создаваемого во всасывающей камере струйного насоса, дренажные воды поступают в полость насоса, смешиваются с рабочей жидкостью и из дренажного колодца, а также из скважин, расположенных на территории насосной станции, удаляются в нижний бьеф станции. На насосных станциях, оборудованных длинными трубопроводами, при погашении электроэнергии возможна откачка дренажных и сточных вод струйными насосами в течение нескольких суток.
Преимущество системы со струйным насосом заключается в том, что она работает без непосредственной затраты механической и электрической энергии, а также может откачивать фильтрационную, дренажную и ливневую воду не только из помещения, но и воду, протекающую из напорного трубопровода через стыки и места соединений обратного клапана и накапливающуюся на территории станции. Кроме того, система откачивает воду атмосферных осадков.
Для обеспечения надёжной защиты станции от затопления система снабжается дисковым затвором, на который воздействует груз-поплавок в зависимости от горизонта воды в дренажном колодце, производит автоматическое перераспределение притока воды, всасываемой из дренажного колодца и дренажной скважины (рис. 2).
При резком увеличении притока воды в дренажный колодец уровень воды поднимается. Груз-поплавок перемещается вверх и поворачивает диск. Угол закрытия дискового затвора поплавкового регулирующего устройства зависит от глубины воды в колодце и геометрических параметров рычага.
Минимальный угол а = 0о соответствует минимальной глубине hKm- Это означает, что приток дренажных вод в колодец минимален или равен нулю и всасывающая линия с территории станции открыта полностью, расход фильтрационных и сточных вод при этом достигает максимальной величины. Максимальный угол а = 90о соответствует максимально допустимой из условия незатопления станции глубине hол. Такой уровень может быть достигнут только при аварийном затоплении станции, приток дренажных вод в колодец достигает критической величины. При этом всасывающая линия с территории станции полностью закрывается и вся всасывающая способность струйного насоса направлена на осушение здания.
Диск открывается, дисковый затвор увеличивает расход, поступающий в сопло струйного насоса, и, следовательно, увеличивается всасываемый расход. Через определенный промежуток времени процесс стабилизируется на новом уровне воды в дренажном колодце.
Следует отметить, что при обычном, незатопленном расположении струйного насоса в здании станции высота всасывания 2Зд всегда остаётся отрицательной.
Что касается откачки из скважины на территории то первоначальный уровень фильтрационных и сточных вод на территории обычно бывает выше отметки оси установки струйного насоса. По мере понижения уровня фильтрационных и сточных вод на территории станции произойдёт снижение этой отметки и высота всасывания 2ЗД также может стать нулевой или положительной.
Таким образом, в струйном насосе для одновременной откачки из здания и территории насосной станции произойдёт смешение трёх потоков: рабочего потока - из напорного трубопровода и двух всасываемых: из дренажного колодца - с
первоначальной отрицательной высотой всасывания и из скважины на территории станции - с первоначальной положительной высотой всасывания.
Расчет системы производится на основе частного случая закона сохранения энергии для двух всасываемых потоков Qmp и Qзд:
При этом напор регулируемого струйного насоса определится из решения уравнения количества движения :
Результатом решения математической модели стал закон регулирования гидравлической поплавковой системы регулирования всасываемых потоков фильтрационных, дренажных и ливневых вод из здания и прилегающей территории насосной станции.
Зависимость напора насоса от изменения притоков воды в дренажных колодцах здания и в скважинах на территории насосной станции, рассчитанная для реальных величин расходов насосной станции М-2-2, представлена на рис.3.
В рамках инновационных проектов № И-09-14 от 23 февраля 2009г. «Внедрение новых струйных насосов во вспомогательных дренажных системах насосных станций по патенту UZ № !АР 03670» и № И-2011-13-2 от 22 февраля 2011г. «Внедрение технологии удаления дренажных и сточных вод из помещений и прилегающих территорий насосных станций» было осуществлено внедрение новых устройств на насосных станциях «М-2-2», «Пахтакор», «Гувалак» Кашкадарьинской области, «Мехнатабад» и «Навали» Самаркандской области и насосной станции «Бустон» Наманганской области [3].