5.7 Дослідження гідравлічного удару в трубопроводі

Мета роботи: Визначити величину ударного тиску в напірному трубопроводі при гідравлічному ударі й швидкість поширення ударної хвилі.

Загальні відомості

Гідравлічним ударом називається різка зміна (збільшення чи зменшення) тиску в трубопроводі при раптовій зміні швидкості руху рідини. Підвищення тиску в трубопроводі може бути настільки великими, що це може привести до його розриву .

При закритті засувки на трубопроводі течія рідини зупиняється спочатку не по всій довжині труби, а лише безпосередньо перед заслінкою. Це відбувається завдяки тому, що рідина стискується, а трубопровід розтягується. Потім хвиля тиску (ударна хвиля) швидко поширюється по трубопроводі зі швидкістю, що визначається за формулою

(2.6.1)

де – діаметр трубопроводу; – товщина стінок трубопроводу;

, – модуль об’ємної пружності рідини і трубопроводу.

Відношення для води в залежності від матеріалу стінки труби і приймається по табл. 2.6.1.

Розрізняють прямий і непрямий гідравлічний удар. Прямий гідравлічний удар має місце тоді, коли час зачинення заслінки менше тривалості фази удару , тобто , де – довжина трубопроводу.

При має місце непрямий гідравлічний удар.

Збільшення тиску при непрямому гідравлічному ударі визначається за формулою Н.Е. Жуковського

(2.6.2)

де – швидкість руху рідини до гідравлічного удару.

При непрямому гідравлічному ударі збільшення тиску буде менше, чим при прямому ударі

(2.6.3)

де - швидкість рідини в кінці часу фази

Перед виконанням лабораторної роботи студентам необхідно самостійно вивчати по [2] с. 356…366, а по [3] с. 136…147.

Опис лабораторної установки

Схема установки для вивчення гідравлічного удару показана на Рис. 2.6.1. Від напірного резервуара чи водопровідної магістралі починається трубопровід 3 діаметром 25 мм.

В кінці трубопроводу встановлений електричний клапан 6, який може закриватися практично миттєво. Витрата води, що проходить по трубопроводу, вимірюється за допомогою витратоміра Вентурі 7.

Для виміру величини тиску перед клапаном встановлений перетворювач 5 і контактний манометр 4. Для запису діаграми гідравлічного удару передбачений осцилограф 1.

Рис. 2.6.1. Лабораторна установка для дослідження гідравлічного удару

1– осцилограф; 2– вмикач клапана; 3– трубопровід; 4– манометр; 5– датчик тиску; 6– електроклапан; 7– труба Вентури; 8– дифманометр; 9– кран.

Порядок виконання роботи

Встановлений на трубопроводі датчик тиску підключається до осцилографа. Резервуар заповнюється водою до переливу через холостий злив. Потім відкривають кран 9 на трубопроводі і знімаються покази манометра і покази п’єзометрів витратоміра. Результати заносяться в табл.2.6.2.

Осцилограф повинен прогрітись, тому вмикається першим. Вмикається осцилограф. Закривається електроклапан 6. На стрічці осцилографа записується динаміка зміни тиску при гідравлічному ударі. Одночасно з цим величина збільшення тиску буде зафіксована на контактному манометрі 4. Осцилограф відключають.

На світлочутливій плівці осцилографа буде зафіксована діаграма зміни тиску в трубопроводі.

Дослід необхідно повторити 2–3 рази.

Обробка дослідних даних

1. Визначають витрату води, що проходить по трубопроводу по тарувальній кривій витратоміра Вентурі.

2. Обчислити швидкість розповсюдження ударної хвилі за формулою (2.6.1).

3. за осцилограмою визначають величину ударного тиску і порівнюють її з виміряною манометром 4.

4. По формулі Жуковського Н.Е. визначають теоретичну величину ударного тиску .

5. Порівнюють величину ударного тиску визначену за формулою Жуковського Н.Е. з експериментальною.

6. Визначають дослідну швидкість поширення ударної хвилі за формулою

7. Порівняти зі швидкістю поширення ударної хвилі, визначеною за формулою (2.6.1).

Матеріал		Матеріал
Стальні	0.01	Поліетиленові	1–1.45
Чавунні	0.01	Бетонні	0.1–0.14
Азбестоцементні	0.11	Резинові	320–359
Вінілпластові	0.68–0.73	Залізобетонні	0.065–0.09

2.6.2. Результати вимірювань і обчислень

№ досл.	d, мм	, мм		Q, л/с	, м/с	, Па	, Па	с, м/с	секс, м/с
1
2
3

Контрольні запитання

1. Що називається гідравлічним ударом?

2. Що називається прямим і непрямим гідравлічним ударом?

3. Що таке фаза гідравлічного удару?

4. За якою формулою визначається ударний тиск при прямому

гідравлічному ударі?

5. Які Ви знаєте методи боротьби з гідравлічним ударом?

6. На якому принципі працює гідравлічний таран?

7. Як визначити швидкість поширення ударної хвилі?