Гидравлический удар в трубах. Способы гашения и примеры использования гидравлического удара

СОДЕРЖАНИЕ

1.Гидравлический удар в трубах

2.Способы гашения и примеры использования гидравлического удара.

Список используемой литературы
1. Гидравлический удар в трубах

Гидравлическим ударом называется явление изменения давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, в связи со значительным изменением скорости движения этой жидкости в течение короткого интервала времени.

Гидравлический удар следует рассматривать как неустановившееся движение упругой жидкости в упругих трубопроводах.

Теорию гидравлического удара разработал Н. Е. Жуковский в своей работе "О гидравлическом ударе в водопроводных трубах", вышедшей в свет в 1899 г.

Н. Е. Жуковским были впервые получены дифференциальные уравнения гидравлического удара и дан их общий интеграл, на основе которого была подробно проанализирована физическая картина процесса; установлен также метод определения наибольших значений давлений, возникающих при быстрых (внезапных) закрытиях задвижек.

По своей широте проведенных исследований работа Н. Е. Жуковского послужила мощным толчком для последующих исследований неустановившихся режимов движения жидкости. В напорных трубопроводах в результате быстрого открытия задвижки или внезапной остановки насоса (отключения элек­тропитания) возникает неустановившееся движение, характери­зующееся резкими колебаниями давления. Это явление, сопро­вождаемое характерными звуками, называют гидравлическим

Рис. 6.6. Схемы, поясняющие гидравлический улар:

а — общая схема установки: / — трубопровод; 2 — задвижка; б — изменения в трубопроводе возле задвижки после ее мгновенного закрытия

ударом.

При быстром закрытии задвижки или при мгновенной остановке движения потока в напорных трубопроводах возникает гидравлический удар, сопровождающийся резким повышением давления внутри жидкости. Последнее объясняется трансформированием кинетической энергии потока в потенциальную энергию жидкости.

Величина добавочного давления внутри трубопрово­да ∆Р бывает настолько велика, что вызывает разрыв стенок трубопровода.

Различают удар прямой и непрямой.

Прямой удар может иметь место в трубопроводах весь­ма большой длины, когда время закрытия затвора t_закр мень­ше продолжительности фазы гидравлического удара Т, т.е.

T_закр  < Т,                                                                                                     '

где Т - продолжительность фазы гидравлического удара, с;

Т= (2 • L)/C ,

L - длина трубопровода, м;

С - скорость распространения волны повышенного давле­ния (скорость ударной волны), м/с.

Если t_закр > Т, то удар будет непрямой.

Величина добавочного давления ∆Р в результате прямого гидравлического удара определяется по форму­ле Н. Е. Жуковского

∆Р = p • С • v₀,                                                                                                                                                                                                                   Н/м²,

где р — плотность жидкости, кг/м³;

v₀ - средняя скорость движения жидкости до гидравли­ческого удара, м/с.

Величина добавочного давления в результате непря­мого удара определяется по формуле

∆Р = р • С • v₀ • T/t_закр ,  Н/м²

Для случая упругих стенок Н. Е. Жуковским была получена следующая формула для определения скорости распространения ударной волны:

С = E_ж / [ p • ( 1 + d/δ • E_ж/E_тр ) ] ,    м/с

где р - плотность жидкости, кг/м³; d - внутренний диаметр трубы, м; δ - толщина стенок трубы, м;

Е_ж - модуль объемной упругости жидкости, Н/м²; Е_тр - модуль упругости материала стенок трубы, Н/м². Величина e_ж /p= С_о есть скорость распространения

звука в воде, м/с; С_о = 1425 м/с.

2.Способыгашенияипримеры

использованиягидравлическогоудара

Н. Е. Жуковский не только дал математичес­кое описание гидравлического удара в водоводах, но и указал способы устранения или значительного уменьше­ния гидравлического удара.

Мероприятия эти, в сущности, просты. Надо устранить причины, вызывающие появление гидравлического удара, не допускать быстрого изменения скорости воды в трубах, т.е. нельзя быстро открывать или закрывать задвижки.

Для борьбы с гидравлическим ударом применяются различного рода устройства, увеличивающие время закры­тия задвижек и кранов; на трубопроводах устанавливают­ся также автоматически действующие предохранительные клапаны и воздушные колпаки, которые располагаются перед задвижками и играют роль своеобразных воздуш­ных буферов, воспринимающих повышенное давление.