УДК 631.347.3
А.В.Боровенников, инж.
В настоящее время в серийном производстве находится импульсный дождеватель «Коломна-15". Он выпускается в составе комплекта оборудования для синхронного импульсного дождевания КСИД-10. Опытом эксплуатации этих импульсных дождевателей установлено» что они недостаточно надежны при использовании на крутых склонах, когда перепад высот между дождевателями превышает 15 м.
Модернизированный вариант дождевателя «Коломна-15» получивший марку ДШ-15, предназначен для работы на крутых склонах с большими перепадами высот. Он прошел всестороннюю проверку, показал высокую надежность и рекомендован в серийное производство. К недостаткам его следует отнести значительную (около 60 кг) массу.
С целью снижения материалоемкости разработана конструкция нового импульсного дождевателя. Режим работы его, как и у прежних - «ждущий", т.е. выплеск осуществляется пс сигналу изменения давления в трубопроводной сети. Дождеватель содержит те же элементы, что и ранее известные конструкции, а именно: пневмогидроаккумулятор, запорный орган и дождевальную насадку.
Пневмогидроаккумулятор имеет комбинированную форму. Его верхняя водовоздушная часть, в которой давление может достигать значительной (до 1,25 МПа) величины, имеет шаровую форму, а нижняя воздушная полость, испытывающая в процессе работы меньшее (до 0,60 МПа) давление, выполнена цилиндрической. Такое сочетание форм позволило применить для пневмогидроаккумулятора металл толщиной 1,5...2,0 мм. Внутри водовоздушной части пневмогидроаккумулятора имеются водовыпускная труба с отверстиями для прохода воды и разделительная эластичная мембрана специальной формы.
Многочисленные поиски конструкции запорного органа привели в конечном счете к варианту с «чулковым» резиновым перекрывающим устройством. Запорный орган такого типа (рис.1) имеет корпус 2, перфорированный патрубок 1, «чулковую» резиновую мембрану 3, подсоединительный штуцер 4. Нижней частью запорный орган устанавливается на пневмогидроаккумулятор.
Рис. 1. Запорный орган: 1 - перфорированный патрубок; 2 - корпус; 3 - мембрана; 4 - штуцер
На новом импульсном дождевателе в качестве дождевальной насадки предлагается использовать двухсопловый дождевальный аппарат двустороннего действия.
С целью установления работоспособности как отдельных элементов, так и дождевателя в целом исследования проводились на специальной стендовой установке. Причем за эталон были приняты параметры дождевателя ДИ-15, т.е. любой из исследуемых параметров нового дождевателя должен быть не ниже, чем у ДИ-15.
При исследовании работоспособности пневмогидроаккумулятора ставилась следующие вопросы: установление его прочности, определение надежности эластичной мембраны из латекса и изучение процесса выхода воды из водовоздушной части.
Прочность пневмогидроаккумулятора определялась при продолжительности цикла наполнения от 53 до 58 с и давлении в его верхней полости от 1,05 до 1,29 МПа. За время исследований (730,2 ч чистой работы) не зафиксировано поломок, нарушения герметичности пневмогидроаккумулятора, что говорит о достаточной его прочности.
При исследовании эластичных мембран использовались мембраны толщиной 0,9...1,1 мм, изготовленные экспериментальным производством научно-исследовательского института резиновых и латексных изделий. Стоимость такой мембраны 0,57 руб. Работоспособность мембраны устанавливалась одновременно с определением прочностных данных пневмогидроаккумуляторов при тех же значениях давления и продолжительности наполнения.
За время исследований было испытано 11 одинарных мембран и 6 двойных. Во втором случае мембраны устанавливались одна в другую и толщина их составляла 1,8..2 мм. Результаты испытаний приведены в табл.1.
Табл.1
Результаты испытаний латексных мембран |
Дождеватель № 1 (командный) |
Дождеватель № 2 |
Дождеватель № 3 |
Наработка |
Часов |
Циклов |
Часов |
Циклов |
Часов |
Циклов |
Наработка на отказ одинарных мембран |
30** |
201** |
16,1 |
1082 |
68,9 |
4451 |
201,4* |
1263* |
172,3 |
I08I0 |
44,2 |
2594 |
|
|
14,4 |
828 |
53,5 |
3362 |
|
|
2,0 |
114 |
29,5 |
1920 |
|
|
|
|
8,6* |
507* |
204,9 |
12834 |
204,9 |
12834 |
204,9 |
12834 |
Наработка на отказ двойных мембран |
448,2 |
23096 |
30,3** |
1428 |
528,8* |
27679* |
80,6* |
4583* |
388,9 |
20165 |
|
|
|
|
109,6 |
6086 |
|
|
Итого |
528,8 |
27679 |
528,8 |
27679 |
528,8 |
27679 |
* Наработка не вышедших из строя мембран.
** Наработка мембраны с заводским дефектом (вкрапление шлака в мембрану). |
При анализе причин выхода из строя мембран установлено, что дорыв происходит вследствие продавливания их в отверстия воздухопропускного желоба и под оградительный колпак донной части пневмогидроаккумулятора.
При изучении процесса выхода воды из водовоздушной части пневмогидроаккумулятора за критерий оценки было принято время его опорожнения при выплеске. Опыты проводились с «чулковым» запорным органом. Многократно повторенными замерами установлена продолжительность выплеска воды из пневмогидроаккумулятора, имеющего водовыпускную трубу с продольными щелевыми отверстиями. Она составила 3,60 с, что значительно (на 0,67 с) превышало время выплеска воды из пневмогидроаккумулятора импульсного дождевателя ДИ-15, работающего так же с ''чулковым» запорным органом. Из этого времени в начальные 2,42 с выплеск происходит с удовлетворительными показателями по давлению, а в последние 1,18 с - с давлением, не создающим расширения струи воды на дождь требуемого качества. Это объясняется тем, что в конечный момент своего перемещения эластичная марана хаотично прижимается к водовыпускной трубе и закрывает часть отверстий. На оставшихся открытыми отверстиях резко возрастают гидравлические потери и, как следствие ухудшается качество выплеска.
Применение водовыпускной трубы с поперечными щелевыми пазами и спиральной навивкой из проволоки диаметром 3 мм несколько улучшило качество выплеска. Время выплеска составило 3,39 с. Однако полностью ликвидировать ухудшение качества выплеска в конечной фазе работы импульсного дождевателя не удалось, и в течение последних 0,66 с выплеск имеет неудовлетворительные параметры.
Работоспособность запорных органов определялась одновременно с испытанием латексных мембран. В показанном на рис.1 варианте запорного органа чувствительность к сигналу понижения давления была неудовлетворительной. Это выразилось в медленном открытии запорным органом проходного отверстия и значительном обратном сливе воды из пневмогидроаккумулятора в трубопроводную сеть. Слив воды в 10... 15 раз превышал объем подманжетной полости запорного органа.
После проведенной доработки (рис.1, вид А) запорный орган стал четко реагировать на сигнал понижения давления в сети. Объем обратного сброса воды в сеть уменьшился до величины объема подманжетной полости запорного органа. К сигналу понижения давления доработанный запорный орган оказался чувствительнее известных дождевателей. Так, у запорного органа дождевателя №-15 порог сработки равен 0,25 МПа, а у исследуемого запорного органа - 0,45 МПа. (Следует отметить, что такая чувствительность нового импульсного дождевателя оказалась излишней. При проверке его на действующей системе, где колебания давления в сети при подаче командных сигналов превышали 0,1...0,15 МПа, запорный орган реагировал на эти колебания и давал прерывистый выплеск, т.е. струя разрывалась на две-три части. Это на 3...5 % уменьшало дальность полета струи.
В результате проведенных наблюдений и исследований импульсного дождевателя новой конструкции можно сделать следующие выводы.
Предложено техническое решение конструкции импульсного дождевателя, у которого за счет рациональной формы его составных частей и применения тонкого металла для корпуса получена материалоемкость в 2,4 раза меньшая, чем у дождевателя ДИ-15 (24 кг против 59,8 кг). Дождеватель прост в обслуживании, т.к. все элементы его легко монтируются и демонтируются.
С целью увеличения долговечности работы эластичной мембраны, обеспечения полного и быстрого вытеснения воды из пневмогидроаккумулятора, ликвидации реагирования запорного органа при выплеске на случайные колебания давления в трубопроводной сети при формировании командных сигналов понижения давления необходимы конструктивные доработки.