Движение жидкости в напорном трубопроводе

. (5.53)

При непрямом гидравлическом ударе в момент возвращения ударной волны через неперекрытую часть сечения затвора успевает пройти некоторый расход со средней скоростью V. Это приводит к уменьшению величины повышения давления при гидравлическом ударе, и формула Н. Жуковского принимает вид

. (5.54)

Можно считать, что скорость в трубе при постоянном закрытии затвора изменяется линейно, и это изменение выражается следующей зависимостью

. (5.55)

Подставив (5.55) в (5.54), получим выражение, по которому можно определить повышения давления при непрямом гидравлическом ударе ():

. (5.56)

Таким образом, имеется линейная зависимость между давлением и

. (5.57)

Используя формулу (5.48) для определения времени фазы удара Т, получим вместо (5.56) формулу для вычисления

. (5.58)

Согласно (5.58) значение давления при непрямом ударе в отличие от прямого удара зависит от длины трубопроводов и не зависит от скорости распространения ударной волны С.

Таким образом, для того чтобы уменьшить повышение давления в трубе, необходимо увеличить время закрытия затворов (задвижек) .

Скорость распространения ударной волны, по Н. Жуковскому, равна

, (5-59)

где - модуль упругости материала стенки трубы; - модуль упругости жидкости в трубе.

В случае абсолютно неупругих стенок труб , скорость распространения ударной волны

. (5.60)

Формула (5.60) является формулой Ньютона для определения распространения звука в неограниченной жидкой среде.

Для воды при температуре , Па и плотности кг/м3 скорость звука м/с.

Таким образом, при движении воды по трубопроводу скорость распространения ударной волны, м/с,

,

где - модуль упругости воды.

Соотношение модулей упругости воды и материала стенок труб приводится в табл. 5.7

Таблица 5.7

10. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ УДАРОМ

Для обеспечения водоснабжения и водоотведения используются насосные станции в соответствии с требованиями водопотребления. Насосы входят в состав оборудования насосных станций. При внезапной остановке насоса за счет разности напора остановившегося насоса и напора в трубопроводе жидкость начнет двигаться по нему в сторону насоса. В результате этого в трубопроводе возникнет гидравлический удар. Направление движения гидроудара будет идти от области повышенного давления (напорный водовод) к области пониженного давления (насос).

Повышение давления перед насосом может привести к выходу его из строя в результате деформации и разрушения его деталей. Для предотвращения отрицательного воздействия гидравлического удара на работу насоса перед ним устанавливают обратные клапаны или предохранительные клапаны. При резком повышении давления обратный клапан перекрывает сечение трубопровода и в результате гидравлического удара возможно разрушение корпуса клапана. Предохранительные клапаны автоматически отключаются при возникновении в трубопроводе избыточного давления, соответствующего настройке клапана, и через клапан произойдет истечение жидкости. После снижения давления в трубопроводе клапан закрывается.

Для полного обеспечения безаварийной и надежной работы трубопровода при возможном возникновении прямого гидравлического удара проводятся специальные противоударные технические мероприятия. Во-первых, при непрямом ударе ударное повышение давления меньше, чем при прямом, поэтому необходимо увеличивать время срабатывания задвижек и других запорных устройств в сравнении со временем фазы гидравлического удара. Во-вторых, применяются предохранительные клапаны и гасители гидравлического удара различного типа [3, 6]. На характер гидравлического удара большое влияние может оказывать наличие воздуха в повышенных сечениях профиля водовода. Для выпуска воздуха, защемленного в повышенных сечениях профиля трассы водовода, в этих сечениях устанавливаются воздушные колпаки (вантузы).

¦ Пример 5.8

По чугунному трубопроводу диаметром мм подается вода расходом л/с. Толщина стенки трубы мм. Начальное, избыточное давление у затвора трубопровода атм. Определить значение повышения давления у затвора при внезапном его закрытии.

Средняя скорость в трубопроводе до закрытия затвора

м/с.

Соотношение модулей упругости воды и чугунной трубы согласно табл. 5.7

.

Принимаем модуль упругости воды Н/м и плотность воды кг/м3.

Скорость распространения ударной волны согласно (5.59)

м/с.

Повышение давления определяем по формуле Н. Жуковского:

Па МПа.

Давление у затвора

МПа.

¦ Пример 5.9

Определить силу давления на запорный диск задвижки, установленный на конце стального трубопровода диаметром мм, и напряжение в стенках трубы.

Длина трубопровода м, толщина трубы мм, время закрытия задвижки с при расходе воды м3/с.

Средняя скорость в трубопроводе до закрытия задвижки

м/с.

Скорость распространения ударной волны

м/с;

Н/м2; кг/м3; (см. табл. 5.7).

Фаза гидравлического удара

с.

Так как , то имеет место непрямой гидравлический удар. Повышение давления при непрямом ударе по формуле (5.56)

;

Па.

Сила давления на запорный диск

H.

Напряжение на стенках определяем по котельной формуле

; ;

ПаМПа.

Допустимое напряжение стали МПа.

Размещено на Allbest.ru