student
Moscow, Rostov-on-Don, Russian Federation
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
This article is devoted to justification of selective intake structure from reservoirs and rivers operating in winter conditions in the South of Russia, manufactured from polypropylene fabrics of various warp strength and high filtration characteristics weft used for detention of floating objects, alga, suspended sediments.
floating constructions, fabric materials, selective intake structure primary treatment of wastes, ice load
УДК 556.63
ОБОСНОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ ГИБКОГО УСТРОЙСТВА СЕЛЕКТИВНОГО ВОДОЗАБОРА
Иванкова Татьяна Викторовна, магистрант, ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический институт (НПИ) имени М.И. Платова», 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, academy-design@mail.ru
Аннотация. В статье приведено обоснование работы в зимних условиях юга России устройства селективного водозабора из водохранилищ и рек из полипропиленовых тканей различной прочности по основе и утку с высокими фильтрационными свойствами, используемыми для задержания плавающих предметов, водорослей, взвешенных наносов.
Ключевые слова: наплавные конструкции, тканевые материалы, селективный водозабор, механическая очистка, ледовые нагрузки.
JUSTIFICATION OF OPERATING CAPACITY OF SELECTIVE INTAKE STRUCTURE (FLEXIBLE TYPE) IN WINTER CONDITIONS
Ivankova Tatyana Viktorovna, Master's Degree student of Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI); 346428, Rostov Region, Novocherkassk, Prosveshcheniya St., 132; academy-design@mail.ru
Summary. This article is devoted to justification of selective intake structure from reservoirs and rivers operating in winter conditions in the South of Russia, manufactured from polypropylene fabrics of various warp strength and high filtration characteristics weft used for detention of floating objects, alga, suspended sediments.
Keywords: floating constructions, fabric materials, selective intake structure primary treatment of wastes, ice load.
Совершенствование конструкции, методов расчета и водоохранных технологий с использованием мягких наплавных конструкций за 35-летний период (1973 – 2008 гг.) описано в монографии профессоров, д-ров техн. наук Волосухин В.А. и Бондаренко В.Л. [1]. Данная монография является обобщением исследований мягких наплавных конструкций, выполненных в Новочеркасской научной школе [2, 3, 4, 5, 6, 7].
В диссертационной работе аспиранта Зинова И.А. [8], выполненной под руководством д-ра техн. наук, профессора Волосухина В.А. приведены конструктивные, теоретические и натурные исследования мягкой наплавной конструкции из капроновых высокопрочных тканей с двухсторонним резиновым покрытием применительно к водозабору насосной станции из канала в условиях Украинской ССР.
Мягкая наплавная конструкция изготавливалась на Уфимском заводе РТИ из тканей капроновых технических для гибких ограждений с двухсторонним резиновым покрытием по ГОСТ 23114-78 [8]. Физико-механические характеристики этих тканей приведены в таблице.
Натурные ихтиологические исследования подтвердили высокую рыбозащитную эффективность построенной мягкой наплавной конструкции [7]. К недостаткам конструкции следует отнести сравнительно высокую поверхностную плотность (масса 1 м2) 490±30 г/м2 и массу всего изделия около 300 кг, что вызывало определенные трудности при монтаже и демонтаже с подъемом анкерных устройств. Мелиоративный канал использовался в весенне-осенний период, поэтому мягкая наплавная конструкция на зимний период демонтировалась и хранилась на складе.
Аспирантом А.С. Кравченко [9] под руководством д-ра техн. наук, профессора В.А. Волосухина проведены исследования отечественных геотуб из высокопрочного полипропиленового материала (прочность по основе 100 кН/м и по утку 80 кН/м) с высоким коэффициентом фильтрации не менее 9 л /(м2*с) (для поверхности в 200 м2 фильтрация составляла Q=1,8 м3/c). Объем геотуб для обезвоживания осадка и очистки жидких отходов составлял от 50 м3 до 800 м3. Параметры геотубы после заполнения: высота до 2,0 м; ширина до 15 м; длина до 20 м; объем вмещаемого ила/шлама не менее 400 м3; условный диаметр 9 м; расход материала около 600 м2; прочность заводского шва не менее 40 кН/м.
Методика расчета геотуб из отечественного полипропилена с высоким коэффициентом фильтрации, разработанная Волосухиным В.А. с участием Волкова В.С. и Кравченко А.С. [9, 10], внедрена в ООО «Геострой Юг» (г. Краснодар) [11]. Она показала хорошую сходимость для трех геотуб, установленных в Большом Сочи (периметр геотуб – 24 м, длина геотуб – 35 м (каждой), объем иловых материалов 800 м3, суммарный объем обезвоженного ила в трех геотубах более 2 тыс. м3).
Таблица – Физико-механические характеристики тканей капроновых технических равнопрочных по основе и утку
|
Марки ткани |
Поверхностная плотность (масса 1 м2), г/м2 |
Число нитей на 10 см |
Разрывная нагрузка полоски ткани размером 50х200 мм, не менее |
Удлинение при разрыве полоски ткани размером 50х200 мм, %, не более |
Раздирающая нагрузка полоски ткани размером 250х250 мм, не менее |
||||||||
|
по основе |
по утку |
по основе |
по утку |
по основе |
по утку |
по основе |
по утку |
||||||
|
Н |
кгс |
Н |
кгс |
Н |
кгс |
Н |
кгс |
||||||
|
ТК-50-Р |
190±15 |
100±2 |
114±2 |
2452 |
250 |
2943 |
300 |
23 |
25 |
343 |
35 |
343 |
35 |
|
ТК-50-Р-1 |
220±15 |
86±2 |
100±2 |
2452 |
250 |
2943 |
300 |
25 |
25 |
490 |
50 |
490 |
50 |
|
ТК-80-Р |
340±20 |
78±2 |
90±2 |
3924 |
400 |
4414 |
450 |
26 |
30 |
589 |
60 |
589 |
60 |
|
ТК-80-Р-1 |
300±20 |
150±2 |
154±2 |
3924 |
400 |
4414 |
450 |
25 |
28 |
981 |
100 |
981 |
100 |
|
ТК-120-Р |
480±30 |
72±2 |
78±2 |
5886 |
600 |
6376 |
650 |
26 |
30 |
883 |
90 |
883 |
90 |
|
ТК-120-Р-1 |
490±30 |
78±2 |
86±2 |
6376 |
650 |
7357 |
750 |
25 |
28 |
2158 |
220 |
2158 |
220 |
|
ТК-160-Р-1 |
690±40 |
108±2 |
118±2 |
8338 |
850 |
9319 |
950 |
27 |
30 |
2550 |
260 |
2550 |
260 |
|
ТК-300-Р |
1200±60 |
116±2 |
118±2 |
14715 |
1500 |
15205 |
1550 |
34 |
37 |
3924 |
400 |
3924 |
400 |
Отечественные геотубы [9, 10] существенно отличаются от греческих [12] и голландских [13], которые имеют свои представительства в России (в С.-Петербурге и Москве).
Мною внесены изменения в базовую конструкцию мягкой наплавной конструкции водозаборного сооружения [1, 24]. Предлагается устройство изготавливать из полипропилена с переменной сквозностью по глубине, что позволяет осуществить равномерный селективный водозабор, при этом нити основы и утка, а, следовательно, прочность по основе и утку, принимается различной, поверхностная плотность тканевого материала из полипропилена на порядок меньше чем капроновых равнопрочных тканей с резиновым покрытием быстро стареющих при воздействии ультрафиолетовых лучей. Якоря предлагается выполнять в виде карманов, наполненных галькой или крупным песком.
Конструкция гибкого устройства селективного водозабора из рек и водохранилищ описана в наших научных статьях [14, 15, 16, 17].
Параметры нового инновационного устройства, разработанного нами, обоснованы для условий Партизанского водохранилища (Республика Крым), используемого для подачи воды в г. Симферополь, и Неберджаевского водохранилища (Карачаево-Черкесская Республика), подающего воду в г. Кисловодск.
Водозабор Партизанского водохранилища имеет 4 окна на отметках 266.50 м; 256.15 м; 245.90 м; 235.65 м (отметка гребня плотины 274.00 м). Суточная водоподача W=80 тыс. м3/сут. (Q=0,926 м3/с), среднегодовая водоподача за последние 15 лет составляет около 30,0 млн. м3/год.
Водозабор Эшкаконского водохранилища имеет 3 окна на отметках 1212.00 м; 1185.00 м; 1172.60 м (отметка гребня плотины 1214.5 м). Фактическая суточная водоподача 60 тыс. м3/сут. (Q=0,694 м3/с). Годовая водоподача за последние 15 лет составляет от 25,15 млн. м3/год до 32,14 млн. м3/год в зависимости от влажности года.
Предварительно толщина льда (hл, см) в водохранилище может быть определена по зависимости Ф.И. Быдина [18]:
, (1)
где Тсут – сумма среднесуточных отрицательных температур после образования ледового покрова.
Далее она должна быть уточнена по формулам, приведенным в монографиях [19, 20, 21]. На юге европейской части России толщина льда, как правило, не превышает 20 – 40 см, на реках Сибири она достигает 1,5 – 2,0 м [18].
Профессором К.Н. Коржавиным [21, 22] на основании многолетних исследований получена формула для определения силы давления льда на отдельно стоящее сооружение:
, (2)
где m – коэффициент формы сооружения в плане;
kс – коэффициент неполноты соприкасания льда с сооружением;
b – ширина сооружения по фронту на уровне действия льда;
hd – расчетная толщина льда;
Rс – предел прочности льда на сжатие.
В несколько видоизмененном виде она вошла в раздел 5 «Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения» [22, 23]. В близком по смыслу виде она изложена и в Международном стандарте ISO 19906 (2010, 484 с.).
Для снижения ледовых нагрузок на гибкое устройство селективного водозабора мною предложено в зимний период изменять плавучесть трубчатого элемента, выполняемого из полипропиленовой или поливинилхлоридной трубы. Это позволит ему опуститься ниже отметки уровня воды в водохранилище на 0,40 – 0,50 м и не испытывать на себе ледовые нагрузки. В весенне-летне-осенний период плавучесть трубчатого элемента увеличивается за счет удаления из него воды, что позволяет ему находиться на отметке уровня воды в водохранилище. На параметры поступления воды в водозаборные окна это не оказывает влияния [14, 15, 16, 17].
Автор выражает благодарность д-рам техн. наук, профессорам Л.Н. Фесенко и В.А. Волосухину за полезные замечания и пожелания, высказанные по работе.
1. Volosuhin, V.A. Stroitel'nye sistemy ohrany vodnyh resursov s ispol'zovaniem konstrukcij iz tkanevyh materialov [Tekst]: monografiya / V.A. Volosuhin, V.L. Bondarenko. - Novocherkassk, NGMA, 2008. - 164 s.
2. Bondarenko, V.L. Tekhnologicheskie sistemy upravleniya kachestvom vody na vodnyh ob"ektah [Tekst]: monografiya / V.L. Bondarenko, V.A. Volosuhin. - Novocherkassk, NIMI, 1995. - 104 s.
3. Volosuhin, V.A. Rukovodstvo po raschetu i primeneniyu naplavnyh konstrukcij [Tekst] / V.A. Volosuhin, V.L. Bondarenko, I.A. Zinov. - Novocherkassk, NIMI, 1993. - 30 s.
4. Volosuhin, V.A. Nauchnye osnovy upravleniya temperaturnym rezhimom vodohranilishcha-ohladitelya teplovyh i atomnyh ehlektrostancij [Tekst]: monografiya / V.A. Volosuhin, M.I. Ponomarenko. - Novocherkassk: Lik, 2008. - 258 s.
5. Volosuhin, V.A. Sovershenstvovanie tekhnologii formirovaniya temperaturnogo rezhima vodohranilishcha-ohladitelya teplovyh i atomnyh ehlektrostancij [Tekst]: monografiya / V.A. Volosuhin, M.I. Ponomarenko, M.A. Volynov; Vseros. NII gidrotekhniki i melioracii. - Novocherkassk: Lik, 2008. - 242 s.
6. Bondarenko, V.L. Myagkie konstrukcii dlya regulirovaniya kachestva vody na vodnyh ob"ektah [Tekst]: avftoref. dis. … d-ra tekhn. nauk. - Ekaterinburg, RosNIIVH, 1997. - 46 s.
7. Sergeev, B.I. Pyat'desyat let nauchnoj shkole myagkih gidrotekhnicheskih konstrukcij [Tekst] / B.I. Sergeev, V.L. Bondarenko, V.A. Volosuhin [i dr.].// Puti povysheniya ehffektivnosti oroshaemogo zemledeliya. - 2018. - № 2 (70). - S. 121 - 129.
8. Zinov, I.A. Membrannye naplavnye gidrotekhnicheskie konstrukcii iz tkanevyh materialov [Tekst]: avtorf. dis. … kand. tekhn. nauk. - Novocherkassk, NGMA, 1996. - 24 s.
9. Kravchenko, A.S. Tekhnologiya ochistki malyh rek ot donnyh otlozhenij s ispol'zovaniem geotekstil'nyh kontejnerov [Tekst]: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk. - Moskva, FGBNU «VNIIGiM im. A.N. Kostyakova», 2017. - 23 s.
10. PrEHVM 2015663448 Rossijskaya Federaciya. Funkcional'nye zavisimosti parametrov geotekstil'nyh kontejnerov [Tekst] / Volosuhin V.A., Volkov V.S., Kravchenko A.S.; pravoobladateli: Volosuhin V.A., Volkov V.S., Kravchenko A.S.. - № 2015617587; zayavl. 13.08.2015; opubl. 20.01.2016.
11. Geosinteticheskie materialy OOO «Geotstroj» [EHlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://geosintetika.com/ - Data obrashcheniya: 10.12.2018 g.
12. Produkciya kompanii Geotsroj [EHlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.geo-stroy.com/ - Data obrashcheniya: 10.12.2018 g.
13. Admir Evraziya. Geosintetika i ehkologicheskie tekhnologii [EHlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://admir-ea.ru/ - Data obrashcheniya: 10.12.2018 g.
14. Ivankova T.V. Racional'noe ispol'zovanie vodnyh resursov dlitel'no ehkspluatiruemogo Simferopol'skogo vodohranilishcha na reke Salgir, Respublika Krym [Tekst] / T.V. Ivankova // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2017. - T. 5. - № 4. - S. 212-218.
15. Ivankova, T.V. Racional'noe ispol'zovanie vodnyh resursov dlitel'no ehkspluatiruemogo Partizanskogo vodohranilishcha na reke Al'ma, Respublika Krym [Tekst] / T.V. Ivankova // V sbornike: Professional goda 2018; sbornik statej VII Mezhdunarodnogo nauchno-prakticheskogo konkursa. - Penza, Nauka i Prosveshchenie, 2018. - S. 142-149.
16. Ivankova, T.V. Vodoobespechennost' Respubliki Krym: sostoyanie, problemy, perspektivy [Tekst] / T.V. Ivankova // Tekhnologii ochistki vody «TEKHNOVOD-2018»: materialy XI Mezhd. nauch.-prakt. konf.; Krasnaya Polyana, g. Sochi, 11-14 dekabrya 2018 g. / YUzh.-Ros. gos. politekhn. un-t. (NPI) imeni M.I. Platova - Novocherkassk: Lik, 2018. - S. 21 - 29.
17. Ivankova, T.V. Social'no-ehkologicheskie aspekty ispol'zovaniya vodnyh resursov sel'skohozyajstvennyh regionov Evrazii [Tekst]: monografiya / T.V. Ivankova. - Moskva: RUSAJNS, 2017. - 186 s.
18. Mihajlov, V.N. Gidrologiya [Tekst]: uchebnik dlya vuzov / V.N. Mihajlov, A.D. Dobrovol'skij, S.A. Dobrolyubov. - Izd. 3-e, ster. - M.: Vyssh. shk., 2008. - 463 s.
19. Vejberg, B.P. Led [Tekst] / B.P. Vejberg. - M.: Gostekhteorizdat, 1940. - 524 s.
20. Bernes Hovard. Ledotekhnik [Tekst]. - Perevod so vtorogo angl. izd. pod red. prof. V.E. Timonova. - M.-L.: Gosehnergoizdat, 1934. - 200 s.
21. Kozlov, D.V. Volnovye processy v vodoemah i vodotokah s ledyanym pokrovom [Tekst] / D.V. Kozlov. - M.: MGUP, 2001. - 225 s.
22. SNiP 2.06.04-82* Nagruzki i vozdejstviya na gidrotekhnicheskie sooruzheniya (volnovye, ledovye i ot sudov) [EHlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/1200000256 - Data obrashcheniya: 10.12.2018 g.
23. SP 38.13330-2012 Nagruzki i vozdejstviya na gidrotekhnicheskie sooruzheniya (volnovye, ledovye i ot sudov). Aktualizirovannaya redakciya SNiP 2.06.04-82* [EHlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/1200095522 - Data obrashcheniya: 10.12.2018 g.
24. A.s. 672285 SSSR, MKl.2 E02 V8/02, E02 V9/04Glubinnyj vodozabor [Tekst] / M.I. Lev, K.L. Kazachenko, V.M. Skiarin, A.F. SHkondin, V.L. Bondarenko, B.I. Sergeev, I.I. Makarov, A.A. Ohotnikov, YU.G. Ancigin, K.P. Zalavin (SSSR). - № 2565020/29-15; zayavl. 05.01.78; opubl. 05.07.79; Byul. № 25.
