Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБОПРОВОДЕ

Гидравлическим ударом называют внезапное изменение давления в трубопроводе при резком изменении скорости потока.

Рассмотрим движение жидкости по трубе (рис. 1.61), перекрываемой в сечении п—п клапаном. Когда клапан открыт, в сечении п—п гидродинамическое давлениер определяется пьезометрическим на-

р

пором —.

У

Если клапан постепенно закрывать, то давление в сечении п—п будет подниматься и при закрытом клапане достигнет значениярст = уН . Но если клапан перекрывать достаточно быстро, то давление будет меняться резко и произойдет гидравлический удар. В первой его фазе перед клапаном возникнет повышение давления на Ар, которое может во много раз превосходить/?ст. Возможен также и отрицательный гидравлический удар при открытии клапана или в качестве второй волны при перекрытии клапана, сменяющий волну повышения давления.

Гидравлический удар в трубопроводе

Рис. 1.61. Гидравлический удар в трубопроводе

Рассмотрим процесс, происходящий в трубопроводе при мгновенном закрытии клапана. Если бы жидкость была действительно несжимаема, то давление Ар увеличивалось до бесконечно большой величины. Но в действительности жидкость сжимаема и трубопровод не имеет абсолютной жесткости. Поэтому в момент перекрытия клапана остановится только ближайший к сечению п—п слой жидкости и давление в нем поднимется на Ар. Слой сжимается, а трубопровод в этом месте расширяется (раздувается). В следующий момент это же произойдет со следующим слоем, т.е. гидравлический удар будет распространяться вверх по трубопроводу в виде волны повышения давления со скоростью С вплоть до полной остановки жидкости от п—п до резервуара.

Но у сечения е—е, у резервуара, давление остаетсяpe = yh. Поэтому после остановки жидкости давление в трубопроводе у его свободного конца быстро падает. Волна понижения давления с той же скоростью С будет двигаться вниз к сечению п—п и достигнет его спустя время

Т = Это время называется фазой удара. Давление в п—п по инерции может упасть ниже нормального, процесс колебания давлений будет продолжаться, быстро затухая.

Задачу по определению Ар решил Н.Е. Жуковский.

Рассмотрим элементарный участок трубопровода, примыкающий к сечению п—п (рис. 1.62). После мгновенного перекрытия сечения п—п за время dt произойдет остановка отсека длиною dL. Масса отсека рсо dL = рсо Cdt.

Применим к движению этого отсека теорему об изменении количества движения (приращение количества движения массы равно импульсу действующих на эту массу сил за рассматриваемый промежуток времени).

Б2. Схема для определения давления при гидравлическом ударе

Рис. 1.Б2. Схема для определения давления при гидравлическом ударе

Так как отсек жидкости остановился, то приращение количества движения в проекции на ось трубы равно —рсоdLx>, импульс силы, под действием которой произошло это изменение количества движения (т.е. остановка отсека), равен -Apwdt (направлено в сторону, противоположную движению).

Тогда

так как — = С, получаем формулу Жуковского повышения давления dt

при прямом гидравлическом ударе:

Скорость С зависит от модуля объемного сжатия жидкости Е0, плотности р жидкости, диаметра d, толщины б стенок трубопровода и от модуля упругости материала трубопровода:

где Eq — модуль объемной упругости жидкости; Е — модуль упругости материала, из которого изготовлен трубопровод.

Если считать трубопровод абсолютно жестким, то Е= оо и

Это формула скорости распространения звука в неорганической покоящейся жидкости.

Если трубопровод стальной, Е = 2 • 106 кг/см, а жидкость — вода, Е0 = 2104 кг/см, тогда

т.е. С довольно велика и почти всегда больше 1000 м/с (при — < 100).

5

До сих пор мы предполагали мгновенное закрытие клапана. Если к моменту возвращения волны понижение давления к клапану, т.е. че- 2 L

рез —, клапан закроется не полностью и скорость потока снизится до и’, а не до нуля, то давление от гидравлического удара

Для случая t3 < Т, т.е. когда о' = 0, будет иметь место прямой удар и повышение давления определяется формулой Жуковского.

В случае когда / > Т, т.е. и' ф 0, то имеет место непрямой удар. Если допустить линейное изменение скорости во времени, то повышение давления можно выразить так:

т.е. повышение давления уменьшается по сравнению с прямым ударом Т

пропорционально —.

Видим, что, увеличивая время закрытия t3, можно снижать Ар. Но часто требуется (при аварии) быстро перекрыть трубопровод. Гидравлический удар может наносить вред. Основным способом предотвращения гидроудара или снижения Ар является уменьшение фазы удара Т, т.е. сокращение L. Так, в напорных трубопроводах ГЭС устанавливают уравнительные резервуары перед напорными тоннелями. В водопроводной сети аналогичную роль выполняют воздушные колпаки и предохранительные клапаны.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы