Гидравлический удар в трубах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидравлический удар в трубах

Гидравлическим ударом называется изменение (повышение или понижение) давления в трубопроводе при резком изменении скорости движения жидкости.

Повышение может быть настолько большим, что приводит к разрыву стенок водопровода. Физически это явление объяснимо инерциальными усилиями массы жидкости в трубе при резком изменении скорости во времени.

Жуковский исследовав работу московского водопровода, установил причины аварии, выявил явление гидравлического удара, ввел терминологию, а также получил формулу и для определения величины повышения давления в момент гидравлического удара. Он исследовал явление гидравлического удара на трубы без отверстий. Установка состояла из ёмкости, заполненной водой и прямого участка трубы с задвижкой на конце.

Рис.

В результате исследований было установлено, что при низком перекрытии сечений трубы задвижкой, ближайшей к задвижке слой воды резко останавливается. Его кинетическая энергия переходит в потенциальную и давление возрастает на ?P_уд . следующий слой жидкости доходя до остановившегося так же резко останавливается соответственно и его кинетчиеская энергия переходит в потенциальную. Так происходит до тех пор пока все слои жидкости в трубопроводе не остановятся. Переход кинетической энергии в потенциальную происходит в виде волны, которая движется со скоростью а от задвижки до точки М.

L- длина трубы,

Таким образом через время t₁=L/a жидкость в водопроводе полностью остановится, а давление станет Р₁= P₀ + ?P_уд .

С увеличением давления все слои жидкости в трубопроводе сжимаются, а сам трубопровод расширяется, обладая упругими свойствами среды. Так как давление в трубопроводе становится больше, чем давление в резервуаре, вода из трубы начинает вытекать в резервуар, давление при этом уменьшается и этот фронт пониженного давления начинает двигаться от точки М до задвижки. Волна пониженного давления через время t₂=2L/a в трубопроводе достигает задвижку и давление во всем трубопроводе снизится до первоначального значения; Р₂=Р₀.

После этого жидкость продолжает по инерции вытекать из водопровода. Трубопровод сжимается и через время t₃=3L/a давление в трубопроводе станет Р₃=Р₀ - ?P_уд, жидкость останавливается. Давление в трубопроводе меньше, чем давление в резервуаре. Жидкость из резервуара начинает вытекать в водопровод и через время t₄=4L/a будет Р₄=Р_0.

Гидравлический удар - это процесс резкого изменения давления и скорости жидкости, которое возникает при внезапном перекрытии сечения водопровода при пуске и остановке насосов, работающих на водопроводе.

График изменения давления во времени в момент гидравлического удара называется ударной диаграммой.

Рис.

Так как жидкость в трубе движется реально, там есть потери . поэтому волна ударного давления постепенно затухает.

Жуковский вывел формулу для определения повышенного давления в момент гидравлического удара.

?P=gхa,

g - плотность

х - скорость движения жидкости до удара

a - скорость ударной волны

a = 1/

d - диаметр трубы

д - толщина стенок трубы

E_тр - модуль упругости материала трубы

1) Труба выполнена из абсолютно упругово материала: E_тр = ? ;

а1= ; а=1450 м/с

скорость звука в жидкой среде.

2) Труба выполнена из неупругого материала Е_х=? ; а₂=

a₂ - скорость распространения удара волны по телу трубы.

Для трубопроводов с водой скорость удара волны после преобразований

гидравлический удар давление водопровод

a = 1425/

E_х/Е_тр для воды в зависимости от материала трубы принимается равным

- для стали 0,01

- для резина 1000

Для остальных труб скорость распространения близка к 1440 м/с ,для пластиковых резко снижается.

Если трубопровод уложен в грунте, то упругий отпор грунта как бы увеличивает толщину стенок трубы.

Наличие нерастворенного воздуха уменьшает силу гидравлического удара. Воздух воспринимает на себя гидравлический удр.

Прямой, непрямой, полный, неполный гидравлические удары.

Если время запирания задвижки меньше фазы гидравлического удара t₃<T=2L/a, то жидкость подойдет к задвижке, когда задвижка будет полностью заперта. Такой удар называется прямым. Если же время закрытия будет больше, то в момент, когда жидкость подойдет к задвижке задвижка будет закрыта не полностью и удар будет слабее. При этом наблюдается непрямой гидравлический удар.

?P_уд = сх2L/t₃

Если в момент перекрытия сечения скорость жидкости падает до 0, то будет наблюдаться полный гидравлический удар. Если же при перекрытии сечения жидкость продолжает двигаться со скоростью х, то будет наблюдаться неполный гидравлический удар.

?P_уд=са(х₀ - х),

где х₀ - скорость движения воды до удара,

х - скорость движения воды во время удара

Меры предотвращения гидравлического удара.

1. Медленное закрытии задвижек, что обеспечивается их конструкцией, правилами эксплуатации и автоматическим закрытием в течении заданного времени. На трубопроводах малого диаметра следует устанавливать не пробочные краны, а вентили. На насосных установках для предотвращения гидравлического удара устанавливается обратные клапаны.

2. Устанавливается на трубопровод гидра и пневмоконденсаторы.

Рис.

3. Устанавливаются разные диафрагмы, прочность которых меньше прочности труб.

Рис.

1. Размещено на Allbest.ru