Абдураманов А.А., Касабеков М.И., Абдураманов Е.А.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати

Гидроциклонный способ управления наносов на всасывающей линии насоса и разработка вакуумгидроциклонных насосных установок

Казахстан приступил к выполнению стратегии вхождения в число 50 наиболее конкурентоспособных стран мира. Приоритетные направления развития экономики для реализации стратегии изложены в Посланиях Президента РК народу Казахстана. Для их решения необходимо использовать весь накопленный мировым сообществом опыт, который показывает, что одним из главных рычагов повышения конкурентоспособности можно считать внедрения в различные отрасли народного хозяйства инновационной технологии развития науки и техники. Среди таких технологий и технических средств следует особо выделить наиболее универсальных способов и установок, применяемые во многих приоритетных областях развития индустрии - в горно-обогатительной, энергетической, нефтедобывающей, атомной промышленности, в гидротехнике и сельском хозяйстве. К таким техническим средствам, объединяющим множество технологических процессов – подъём гидросмеси, классификация твёрдых частиц, сгущения осадка, транспорт пульпы – в одном компактном узле, относится гидроциклонные насосные установки, оснащенные струйными аппаратами.

А. Абдурамановым и А.И. Жангариным впервые в мировой практике разработан и экспериментально осуществлен гидроциклонный способ улавливания осадка на всасывающей линии насоса [1], который нашел широкое практическое применение в странах ближнего и дальнего зарубежья [2, 3, 4]. На основе этого способа разработаны и внедрены в производство более 100 гидроциклонные насосные установки [5, 6], отличающихся оригинальностью качеством выполняемых технологических процессов.

К основным научным результатам, полученным, в ходе проведения исследований этих установок относятся следующие:

· Разработаны новые конструкции гидроциклонных насосных установок, струйных насосов и насосных станций [7];

· Создана теория классификации наносов в гидроциклонных камерах, работающих в напорном, вакуумном и напорно-вакуумном условиях и расположенных в пространстве произвольным образом [8];

· Теоретически получено основное уравнение вихревых гидроэлеваторов, существенно отличающееся от основного уравнения прямоточных гидроэлеваторов [9];

· Впервые выведены формулы гидроабразивного износа лопаток рабочего колеса центробежного насоса, гидроциклона и струйного аппарата [10, 11];

· Открыты новые эффекты, возникающие при вращении жидких тел (гидравлический тупик, гидравлическая пробка, гидравлический сфероид) [12];

· Впервые выведена формула поперечной силы давления жидкости на вращающееся тело при эффекте Магнуса [13];

· Разработаны противокавитационные вакуумгидроциклонные насосные установки [14];

· Разработаны одноповерхностные и двухповерхностные струйные аппараты, получены уравнения их характеристик [15];

· Внедрены в народное хозяйство принципиально новые конструкции насосов, гидроэлеваторов, гидроциклонов, отстойников, сгустителей, трубчатых водовыпусков, скважинных насосных агрегатов, гасителей энергии потока, гидроциклонных нефтеловушек, магистральных водоводных колодцев, батарейных струйных аппаратов, классификаторов, насосных станций, фильтроциклонов и эжекторов на которые получены патенты СССР, России и Казахстана. Только же за последние 5 лет получены предпатенты Республики Казахстан: №№8426 KZ, 8427 KZ, 8800 KZ, 10227 KZ, 10462 KZ, 10568 KZ, 11039 KZ, 11221 KZ, 9752 KZ, 11538 KZ, 11653 KZ, 11654 KZ, 11612 KZ, 11874 KZ, 11948 KZ, 12964 KZ, 12876 KZ, 13995 KZ, 14184 KZ, 13264 KZ, 13929 KZ, 14941 KZ, 16000 KZ, 15805 KZ, 15937 KZ, 16334 KZ, 16274 KZ, 16994 KZ, 16708 KZ, 17462 KZ, 18285 KZ, 18257 KZ, 18259 KZ, 18871 KZ и другие.

Гидроциклонные насосные установки работающие, в пределах допустимой вакуумметрической высоты всасывания высокоэффективны в производстве и находят широкое применение.

В связи с необходимостью повышения эффективности и интенсификации процессов очистки воды, сгущения и транспортировки пульпы (наносов) представляют особый интерес установки (агрегаты) в которых гидроциклоны, гидроструйные аппараты используются совместно с лопастными насосами. Подобные установки позволяют существенно расширить функциональные возможности серийно выпускаемых насосных оборудований. На основе совместного применения гидроциклонов, лопастных и гидроструйных насосов можно существенно увеличить напор или подачу, а также допустимую вакуумметрическую высоту всасывания лопастных насосов, перекачивать гидросмеси и газы, создавать вакуум, смешение жидких, твёрдых и газообразных сред, улавливать наносы, сгущать пульпу, очищать (осветлить) жидкую фазу от твёрдых взвесей в движении и многие другие операции по транспортировке гидросмеси.

С другой стороны, создание указанных установок позволяет достичь больших значений КПД по сравнению с КПД отдельно расположенного гидроциклона или струйного насоса. Повышение КПД достигается за счёт того, что большую часть полезной работы в комплексной установке совершает лопастной насос, а гидроциклон и струйный аппарат выполняют лишь те технологические функции, которые не может выполнять лопастной насос (осуществляет разделение гидросмеси по фазам, отводит пульпу в сторону, перекачивает газы, подавляет кавитацию и.т.п.)

Многие недостатки, присущие отдельно установленным гидроциклонам, лопастным насосам или струйным аппаратам могут быть устранены при создании и использовании установок, в которых гидроциклонный центробежный насос и струйный аппарат взаимно дополнят друг – друга.

Гидроциклонно-струйные насосные установки (ГЦСНУ) обладают комплексом показателей, которым не обладает в отдельности ни насос, ни гидроциклон или струйный аппарат. В частности, на основе совместного применения гидроциклона, центробежного насоса и гидроструйного аппарата могут быть созданы установки, позволяющие добиться следующих преимуществ:

- Произвести борьбу с наносами в напорных и вакуумных трубопроводах;

- Осуществить сгущение осадка (пульпы) в напорных; вакуумных и напорно-вакуумных условиях;

- Поднимать двухфазную жидкость из глубоких скважин с одновременным улавливанием, сгущением и отводом осадка на линии всасывания.

- Улавливать наносы в стационарных, передвижных, плавучих и работающих в движении, установках;

- Увеличить срок службы погружных насосов путём предотвращения попадания твёрдых частиц в их приёмную камеру.

- Очистить шахтные колодцы с одновременным осуществлением подъёма и сгущения пульпы;

- Осуществить комплексность и многофункциональность установок; (возможность использования в качестве водозабора, форсунки, сгустителя, осветлителя и.т.д.)

- Увеличивать глубину, с которой можно поднимать двухфазную жидкость центробежными насосами; расположенными выше источника;

- Изменять в широком диапазоне рабочие характеристики центробежных насосов, гидроциклонов и гидроструйных аппаратов;

- Реализовать компактность, возможность использования ГЦСНУ, расположенной в ограниченном пространстве произвольным образом;

- Использовать сочетания ГЦСНУ с фильтроотстойниками и флотаторами.

Литература

1. Абдураманов А.А., Жангарин А.И., СарсекеевС.А. Гидроциклонный способ борьбы с наносами при механическом водоподъёме. – Аннотация законченных в 1967 году научно – исследовательских работ по гидротехнике. – М. – Л., 1969, с. 829-831.

2. Hydrocyclones (papers presented at an international conference on) Cambredge, 1980, 249 p.

3. Ершов В.П., Мустафаев А.М., Гутман Б.М. Вакуумгидроциклон для очистки пластовых вод от песка. – ж. «Нефтяник», №7, Баку, 1978, с. 23.

4. Кряжевских Н.Ф., Кряжевских, Ф.Н. Интенсификация работы групповых водопроводов. Краснодар, «Советская Кубань», 2002 365с.

5. Тлебаев М.Б., Абдураманов, А.А., Донис К.Д. Вихревые аппараты, устройства м сооружения. – Алматы, «Гылым», 1997. – 85с.

6. Жангарин А.И. Интенсивные гидроциклонные технологии очистки воды от наносов в мелиорации и водном хозяйстве. Дис... докт. техн. наук в форме научного докалада. – М., ВНИИГиМ,1988, - 79с.

7. Абдураманов А.А., Абдиров А.А., Абдураманов Е.А. Струйные насосы. Гидроциклонные насосные установки. Насосные станции. Аналитический обзор. Жамбылский ЦНТИ, Тараз, 2003, 32 с.

8. Абдураманов А.А. Основы гидравлики гидроциклонных насосных установок. Дисс... докт. техн. наук, М. МГМИ, 1987, 515 с.

9. Абдураманов А.А., Касабеков М.И. Об основном уравнении вихревых гидроэлеваторов. Труды Международной конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030», Караганда, 2003, с. 5 – 8.

10. Абдураманов А.А., Абдураманов, Е.А., Касабеков М.И. Вывод формулы гидроабразивного износа лопаток рабочего колеса центробежного насоса. Наука и образование Южного Казахстана №2, 2004, с. 10 – 12.

11. Абдураманов А.А., Абдураманов, Е.А Гидроабразивный износ гидроциклонной камеры. Механика и моделирования процессов технологии, №1, 2004. с. 44-48.

12. Абдураманов А.А. Эффекты возникающие при вращении твердых и жидких тел. – Тараз, КазНТИ,2005, 23с.

13. Абдураманов А.А. Вывод формулы поперечной силы давления жидкости на вращающееся тело при эффекте Магнуса. - Механика и моделирования процессов технологии, №2, 2005, с. 287-288.

14. Абдураманов А.А., Касабеков М.И., Кариев М.А. Противокавитационные вакуумгидроциклонные насосные установки. Тезисы докладов международной научной конференции «Проблемы теоретической и прикладной механики». –Алматы, 2006, с.30.

15. Абдураманов А.А. Одноповерхностные и двухповерхностные вихревые гидроэлеваторы. Аналитический обзор. –Тараз, 2006, 25 с.