Наукова робота

Ім'я файлу: N_rob_“SHE_SOA”.doc
Розширення: doc
Розмір: 1733кб.
Дата: 27.10.2022
скачати
Пов'язані файли:
Новий Документ Microsoft Office Word.docx
20220211_122816.docx
Сценарій.docx
Історія ЕОМ.doc

НАУКОВА РОБОТА
НА ТЕМУ:
„ОБГРУНТУВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ

ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ

гідродинамічного розпушення

мулу в дренажних колодязях”

Шифр:
“SHE_SOA”
2021

Зміст

	Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3
І	Опис технології та конструкції пристрою для гідродинамічного розпушення мулу в дренажних колодязях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1.1.	Машина для очищення дренажних колодязів МОК-10 . . . . . . . . .	4
1.2.	Пристрій для гідродинамічного розпушування мулу в дренажних колодязях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7
ІІ	Дослідження процесу гідродинамічного розпушення мулових наносів в обмеженому просторі дренажного колодязя . . . . . . . . . . . .	11
	Джерела інформації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	17
	Додатки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	18

Вступ

Отримання високих та стабільних врожаїв сільськогосподарських культур на меліорованих землях залежить від рівня технічної експлуатації гідромеліоративних систем. Однією з основних гідротехнічних споруд на закритій осушувальній мережі є дренажні колодязі, від технічного стану яких залежить ефективність роботи дренажу.

За даними Державного агентства водних ресурсів України на території нашої Держави функціонує понад 2060 тис. км. дренажно-колекторної мережі та понад 500 тис. дренажних колодязів, в яких щороку відкладається близько 200 тис.м³ мулових нанесень та вохри, що істотно знижує ефективність їх роботи. Вилучення наносів з відстійників дренажних колодязів виконується, в основному, ручним способом.

В останні роки в меліоративному будівництві широко використовують закриті зрошувальні та осушувальні гідромеліоративні системи.

Вони дозволяють застосовувати передові прийоми агротехніки, проводити обробіток полів в двох напрямках, тощо.

Дренаж сприяє посиленню життєдіяльності ґрунтової мікрофлори, прискорює хімічні та біологічні процеси в осушених ґрунтах, полегшує водно-повітряний режим, що створює умови для кращого використання поживних речовин і розвитку рослин.

Одними із важливих елементів закритих гідромеліоративних систем є дренажні колодязі.

Аналіз вітчизняної та зарубіжної практики очищення колодязів та відстійників дощової каналізації показав, що до теперішнього часу відсутні механізми, які дозволяли б якісно виконувати цей вид робіт в польових умовах.

У зв'язку з вищесказаним, розробка та дослідження технології гідромеханізованого очищення дренажних колодязів з гідродинамічним розпушенням мулу є актуальним.

Для вирішення проблеми ефективного очищення дренажних колодязів від мулових наносів та відкладень вохри на кафедрі будівельних. дорожніх, меліоративних, сільськогосподарських машин і обладнання НУВГП була розроблена, досліджена та впроваджена у виробництво нова технологія та конструктивні рішення машини для очищення дренажних колодязів МОК-10 та пристрою для гідродинамічного розпушення мулу в дренажних колодязях, який відповідає вимогам підвищення ефективності та продуктивності робочого процесу, та екологічної безпеки.
І. Опис технології та конструкції пристрою для

гідродинамічного розпушення мулу

в дренажних колодязях
Технологія базується на машині для очищення дренажних колодязів МОК-10.

Машина для очищення дренажних колодязів МОК-10

Машина МОК-10 (рис. 1) являє собою причіпне шасі 1 на якому встановлена цистерна, яка розділена за допомогою глухої стінки 17 на відсіки мулу 18 та мулової води 26, вакуумної 27 і насосної 2 систем. У відсіці мулу встановлений на гнучкій підвісці плаваючий фільтр-водозабірник, який з'єднаний через гнучкий шланг з гідрозасувкою 18. Система плаваючий фільтр- водозабірник - гнучкий шланг - гідрозасувка утворюють перевантажувальний пристрій, що сполучає відсік мулу з відсіком мулової води 26. До вакуумної системи машини входять двоходовий кран 13, забірні трубопроводи 14, 22 і 25, які з'єднують відсіки з вакуумним насосом 27 [3].

Забірний рукав 24 з пристроєм для гідродинамічного розпушування мулу в дренажних колодязях (гідророзпушувачем) 6 встановлений в задній частині цистерни 1 та з'єднаний з відсіком мулу. На машині встановлено гідропідйомний механізм, який складається із стійки 9, верхньої 19 та нижньої 20 штанг. До нижньої штанги 20 підвішені стропи 21. Від насосної системи 2 по напірному трубопроводу 3, нижньому розподільному пристрою 5 вода подається або до змивної системі 7, або, через гнучкий трубопровід 8, кран 10, до гідророзпушувача 6. Розвантажувальний пристрій складається з дефлектора 11 та виливного трубопроводу 12. На машині встановлено рівнемір 15. Відсіки обладнані вакуумметрами 16 і оглядовими люками 23. Привід вакуум-компресора 27 і відцентрового насоса 2 здійснюється через клинопасову передачу 28, циліндричний редуктор 29, карданний вал 30 від розподільного редуктора Т-150К.

Рис. 1. Загальний вигляд машини для очищення дренажних колодязів МОК-10: 1 - причіпне шасі; 2 - відцентровий насос; З - напірний трубопровід; 4 - гальма; 5 - нижній розподільний пристрій; 6 – пристрій для гідродинамічного розпушення; 7 - змивна система; 8 - гнучкий напірний трубопровід; 9 - стійка; 10 - кран; 11 - дефлектор; 12 - зливний трубопровід; 13 - двоходовий кран; 14, 22, 25 - забірні трубопроводи; 15 - рівнемір;

16 - вакуумметр; 17 - стінка; 18- гідроциліндр; 19 - верхня штанга;

20 - нижня штанга; 21 - стропи; 23 - оглядовий люк; 24 - забірний рукав;

26 - відсік мулової води; 27 - вакуумний насос; 28 - редуктор циліндричний; 29 - вал відбору потужності
Машина працює таким чином.

При під'їзді до водоймища з допомогою нижньої 20 і верхньої 21 штанг гідропідіймача опускається забірний рукав 24. Гідрозасувка 18 відкривається, з'єднуючи цим самим відсік мулу з відсіком мулової води 26. Вмикається вакуумний насос 27 і повітря по трубопроводах 22 і 25 через кран 13 викидається в атмосферу. В цистерні утворюється розрідження і вона заповнюється водою [3].

Так як відбір води з відсіку мулу ведеться за допомогою плаваючого фільтра, здатного опускатися на 1/3 висоти відсіку, і з'єднаного через гнучкий шланг та гідрозасувку 18 з відсіком мулової воли 26, то при повному заповненні відсіку води 26, відсік мулу виниться тільки на 2/3 свого об'єму.

Після цього машина направляється на закриту гідромеліоративну систему. При під'їзді до дренажного колодязя, з допомогою нижньої канти 20 і строп 21 знімається кришка колодязя і кладеться на землю на віддалі 1,5...2 метра від колодязя.

Гідророзпушувач 6, змонтований на забірному рукаві 24 з допомогою верхньої штанги 19 гідропідіймача вводиться в колодязь і встановлюється безпосередньо над муловими наносами.

Гідрозасувка 18 перевантажуючого пристрою закривається, розділяючи, тим самим, відсіки мулу та мулової води 26. кран 13 вакуумної лінії переводиться в верхнє положення (відбір повітря з відсіку мулу та створення в ньому розрідження). Вмикаються відцентрові 2 та вакуумний 27 насоси, які приводяться в дію від карданного валу 30, через редуктор 29 та клино-пасову передачу 28.

Вода з відсіку мулової води 26 за допомогою відцентрового насоса 2 по напірному трубопроводу 3 через гідрозасувку 5 нижнього перемикального пристрою подається до гнучкого напірного трубопроводу 8 і через відкритий кран 10 - в кільцевий колектор 3 (див. рис. 2), а від нього - до зовнішніх та внутрішніх струминоформуючих сопел-насадок 4-5. У відстійнику дренажного колодязя формується два вихрових потоки: зовнішній та внутрішній, які, підсилюючи один одного, сприяють більш активному розпушенню наносів і направленню потоків пульпи до гирла кінцевого патрубка 2, - через забірний рукав 1 в відсік мулу цистерни. Після повного заповнення мулу пульпою, тверда частина осідає, а вода через перевантажувальний пристрій відбирається в відсік мулової води 26 (рис. 1) для повторного використання. Операції по відбору частини мулової води аналогічні операціям при заправленні машини водою. Ступінь заповнення відсіку мулу визначається оператором візуально по рівнеміру 15. Гнута підвіска регулює рівень відбору води плаваючим фільтром-водозабірником. Внаслідок цього в відсіці мулу створюються умови для заповнення його порцією мулу з наступного колодязя.

Після очищення 4-6 колодязів машина виїжджає в місце, придатне для утилізації наносів. Гідрозасувка 18 верхнього перевантажуючого пристрою і кран 10 закриваються. Гідрозасувка 5 нижнього розподільного пристрою переводиться в положення подачі води під тиском через повну систему 7 до відсіку мулу. Вмикається насос 2 і вода з відсіку 26 по напірному трубопроводу 3 подається до насадки-розпушувача змивної системи 7.

При досягненні оптимальної концентрації пульпи відкривається гідрозасувка виливного трубопроводу 12 і вона подається під тиском до дефлектор 13. Потік пульпи розбивається об дефлектор 13 і в процесі переміщення машини по полю, вноситься на його поверхню в вигляді удобрюючого дощу. Регулювання норми внесення поживних елементів, що входять до складу мулових наносів, здійснюється шляхом встановлення на виливному трубопроводі 12 шиберів з різними розмірами виливних отворів.

Пристрій для гідродинамічного розпушування мулу в дренажних колодязях

На кафедрі БДМСМіО, НУВГП, була розроблена та запатентована конструкція гідродинамічного пристрою для розпушування мулу в дренажних колодязях на базі машини МОК-10, яка направлена на збільшення периметру розмиву мулових наносів (в залежності від радіусу дренажного колодязя) і підвищення ефективності роботи машини в цілому.

Пристрій для розпушування мулу в колодязях (гідророзпушувач) (рис. 2) [2] встановлений на машині для очищення дренажних колодязів МОК-10 [1].

Рис. 2. Пристрій для розпушення мулу в колодязях: 1 - забірний рукав;

2 - кінцевий патрубок; 3 - кільцевий колектор; 4 - зовнішні сопла; 5 – внутрішні сопла; 6 - гирло; 7 - відхиляючі утримувачі; 8 – гнучкий напірний трубопровід; 9 – гідроциліндри підйому і опускання штанг
Пристрій працює наступним чином.

Вода з відсіку мулової води 26 насосом 2 по гнучкому напірному трубопроводі 8 (див рис. 1) подається до кільцевого колектора З гідророзпушувача, де розподіляється на зовнішні 4 і внутрішні 5 струминоформуючі сопла-насадки. Струмини, які виходять із внутрішніх сопел 5 стикаються з поверхнями відхиляючих утримувачів 7, які встановлені під кутом до дотичної і поздовжньої осей кінцевого патрубка 2. За рахунок такої взаємодії змінюється характер руху потоку, який перетворюється в вихровий, направлений вниз під кутом горизонту і до гирла 6 кінцевого патрубка 2.

Крім того, в роботу очищення входять операції з вакуумного підйому пульпи, її освітлення, повторного використання технологічної води в замкненому технологічному циклі та утилізації наносів безпосередньо на меліоративний системі.

Пристрій обладнаний додатковими 2 гідроциліндрами 9, що дозволяють піднімати і опускати штанги, які в свою чергу розширяють або приводять в вихідне положення кільцевий колектор 3. Дана модернізація дає змогу розширити периметр розмиву мулових наносів (в залежності від радіусу дренажного колодязя – від 1,0 до 2,5м) .

Рис. 3. Пристрій для розпушення мулу в колодязях (3D – модель в зборі)

ІІ. Дослідження ПРОЦЕСУ гідродинамічного

розпушення мулових наносів в обмеженому

просторі дренажного колодязя
Спочатку розглянемо процес гідродинамічного розпушення мулових наносів в обмеженому просторі дренажного колодязя.

Обґрунтуванню параметрів підводного гідродинамічного розпушення фунтів присвячено цілий ряд наукових робіт [4]. Для розв'язання цієї задачі використовуємо схему, зображену на рис. 4.

Основне гідродинамічне розпушення злежалих наносів і утворення пульпи здійснюється розмивними струминами, що утворюються у внутрішніх 4 та зовнішніх 5 соплах-насадках, які розміщуються по периметру кінцевого колектора 3 гідророзпушувача.

Струмини, які виходять із внутрішніх сопел 4 стикаються з поверхнями Відхиляючих утримувачів 7, які, в свою чергу, встановлені під кутом до дотичної і поздовжньої осей кінцевого патрубка 2. За рахунок такої взаємодії змінюється характер руху потоку, який перетворюється в вихровий, направлений вниз до гирла 6 кільцевого патрубка 2 під кутом до горизонту (зона II).

Струмини, що утворюються в зовнішніх соплах-насадках 4 , розмиваючи мулові наноси, утворюють зовнішнє коло вихора, екрановане дном та стінками дренажного колодязя (зона III).

Зовнішні 5 та внутрішні 4 сопла-насадки направлені таким чином, що напрям руху обох кілець вихора співпадає. Це, в свою чергу, сприяє процесу уворення єдиного вихрового потоку з метою інтенсифікації процесу розмиву та перенесення наносів в центр колодязя до вирви, створеної роботою вакуумної системи машини (зона І).

Рис. 4. Схема гідродинамічного розпушення злежаних наносів в обмеженому просторі відстійника дренажного колодязя: 1 - забірний рукав; 2 - кінцевий патрубок; 3 - кінцевий колектор; 4 - зовнішні струминоформуючі сопла; 5 - насадки; 6 - гирло; 7 - відхиляючі утримувачі.

Зона І - вирва, створена роботою вакуумної системи; Зона II - внутрішнє коло вихора; Зона III - зовнішнє коло вихора
Вихровий потік, в загальному випадку, є потоком з перемінною витратою, так як по мірі його утворення і переміщення до вирви буде відбуватись постійне приєднання до нього додаткових водяних мас з колодязя з твердими частинками наносів.

Беручи до уваги складність характеру руху потоку, на основі вказаних вище робіт, можна встановити лише окремі наближені закономірності зміни деяких його параметрів. Остаточно технологічні параметри транспортуючої здатності гвинтового потоку можна одержати лише на основі дослідних даних.

Для наближеної оцінки кінетичних параметрів гвинтового потоку допустимо, що повна швидкість частинки рідини залежить тільки від двох складових (рис. 5): осьової та обертової швидкостей, тобто:

(1)

де , ( г- радіус вихору).

Крім того, приймемо, що в кожній точці вектор швидкості V і вихору є співпадають по напрямку і зберігають стале відношення по абсолютній величині

де К - розмірна постійна, .

Витрату гвинтового потоку приймаємо сталою. Тоді стан руху рідини описується рівняннями Громеки- Міловича [5]:

(2)

(3)

Диференціальне рівняння (2) являє собою рівняння Бесселя.

Для визначення швидкостей гвинтового потоку та витрат пульпи через всмоктуючу трубу, поступимо таким чином.

Нехай для системи диференційних рівнянь (2) та (3) при задані початкові умови

	(4)
	(5)

Загальний розв’язок (2), як відомо, має вид:

(6)

де , - константи;

, - функції Бесселя 1-го та 2-го роду першого порядку.

Тоді, на основі (3), отримаємо

(7)

де - функції Бесселя 1-го та 2-го роду нульового порядку.

Враховуючи (4) і (5) з (6) та (7), отримаємо:

(8)

(9)

Рис. 5. Схема впливу гвинтового потоку на мулові наноси
Звідки знаходимо наступні значення констант

(10)

(11)

Враховуючи (2.8), (2.9), отримаємо:

(12)

З останньої рівності отримуємо нелінійне рівняння для знаходження К:

або, враховуючи (3.11), маємо:

(13)

Для проведення інженерних розрахунків по більш спрощених і зручних формулах, змоделюємо забірний трубопровід вихровою ниткою, яка розміщена по осі циліндричної системи координат.

Оскільки розв’язок задачі з фізичних міркувань повинен бути обмеженим при , то будемо його шукати у вигляді

.

(14)

Враховуючи (4), (5), отримаємо

(15)

Тоді маємо

	(16)
	(17)

Враховуючи (5) з (17), знайдемо вираз для отримання коефіцієнта K

(18)

Звідки отримаємо

(19)

де - кут, який характеризує інтенсивність закрутки потоку.

На основі проведених досліджень встановлено, що = 65° - 85°, 0,0625 м. На основі цього знаходимо з нелінійного рівняння (19) значення К = 44,8 ... 39,85.

З експериментальних досліджень відомо, що максимальний радіус ями, яка утворюється внаслідок розмивної дії гвинтового потоку навколо забірного трубопроводу складає = 0,30 м. Підставляючи в формули (16) і (17), визначимо розрахункові значення осьової та обертової швидкостей в зоні взаємодії гвинтового потоку з муловими наносами в дренажному колодязі [4]:

	(20)
		(21)

Витрата пульпи в лунці розмиву (зони II - III, рис. 5) визначається за залежністю:

(22)

В нашому випадку, при 0,0625 м, = 0,30 м, 0,46 м/с, маємо 4,917.

Джерела інформації

A.c. 1736218 СССР, МКИ Е 03 А 7/10. Машина для очистки дренажных колодцев / А.А.Сиротинский и др. (СССР)- № 4184969/29.
Сиротинський О.А., Форсюк С. Л., Гнатюк Д. Ю., Дідух І. В., Мельникович Є. В. Пристрій для гідродинамічного розпушення мулу в дренажних колодязях. Висновок про видачу деклараційного патенту на корисну модель України № 9335/ЗУ/11 від 11.05. 2014р.
Майструк СП., Сиротинский A.A., Кузьминский В.А. Машина очистки дренажных колодцев МОК-10. - Ровно: МТ ИНГИ, 1989,- 3 с.
Сиротинський О.А. Розробка та обґрунтування параметрів технологій гідромеханізованого очищення дренажних колодязів – Рівне, 1994.- 160с.
Вильвальд А.П. Исследование и разработка вихревого устройства для механизированного удаления осадка из городской канализационной сети: Дис. канд. техн.наук.-Л., 1982. - 220 с.

ДОДАТКИ

Додаток 1

В8

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ ІНСТИТУТ ПРОМИСЛОВОЇ ВЛАСНОСТІ"

вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601, Україна Тел.: (044) 494-05-05 Факс: (044) 494-05-06

Е-таі1: оffice@ukrpatent.огg

Адреса для листування Національний університет водного господарства та природокористування, патентний відділ, вул. Соборна, 11, м. Рівне, 33000, Україна
11.05.2014 № 9335/ЗУ/11

Висновок, затверджений Державним департаментом інтелектуальної власності, набув статусу рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель

Стосується заявки № и 201С / при листуванні просимо носила

Висновок про видачу деклараційного патенту на корисну модель за результатами

формальної експертизи

Реєстраційний номер заявки № 2010 15704
Дата подання 27Л 2.2013

Заявннк(и)

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Повне ім'я винахідника(ів)

Сиротинський Олександр Артемович, Форсюк Сергій Леонідович, Гнатюк Дмитро Юрійович, Дідух Іван Вікторович, Мельникович Євген Валентинович

Власник(и) патенту

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА

ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ,

вул. Соборна, 1 1, м. Рівне, 33000, Україна, ІІА

(51) МПК

В01D 35/02 (2006.01)

(54) Назва корисної моделі

пристрій для гідродинамічного розпушення мулу в дренажних колодязях

u201015704 2

За результатами формальної експертизи, проведеної відділом Укрпагенту відповідно до ч.8 ст.16 Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" (далі - Закон), встановлено, що заявка відповідає вимогам ст.12 Закону.

Обсяг правової охорони визначається формулою корисної моделі, що додається.

Державна реєстрація деклараційного патенту України на корисну модель відповідно до ч.2 ст.22 Закону буде здійснена за умови сплати державного мита за його видачу і збору за публікації про видачу деклараційного патенту. Згідно з Порядком сплати зборів за дії, пов'язані з охороною прав на об'єкти інтелектуальної власності, затвердженим постановою Кабінету Міністрів України від 23 Л 2.2004 р. № 1716 із змінами, внесеними постановою Кабінету Міністрів України від 19.09.2007 № 1148, (далі - Порядок), розмір цього збору (код 12400) становить 20 грн, оскільки заявка містить сумарно 6 аркушів опису, креслень, формули корисної моделі і реферату.

Ю.Я. Корольков
Додаток до рішення: на 1 арк.

В.К. Парахонська
Начальник відділу

Виконавець

Телефон 494-05-41

© Усі права захищені
написати до нас