Дергачева Л.В. Практикум по гидравлике гидрологии. Ч.1. Механика жидкости. Учеб-метод пособ. 2022

время закрытия крана tзакр больше времени прохождения волны вдоль трубы туда и обратно (т.е. фазы гидроудара), то это уменьшение будет особенно ощутимым. Как раз такой гидроудар, в котором время срабатывания отсечного

устройства tзакр больше времени фазы гидроудара tо 2CL , называется непол-

ным. Для этого случая в формулу Н. Е. Жуковского подставляется не та скорость, которая была до прекращения расхода, а ее «погашенная» часть, называемая эффективной скоростью эф, равна:

Из приведенного анализа вытекают меры по ослаблению и предотвращению гидравлического удара р C :

увеличение времени срабатывания органов управления расходом жидкости tзакр и снижение длины трубы L;

уменьшение начальной скорости течения жидкости в трубе (в том числе, за счет увеличения диаметра d);

уменьшение относительной толщины стенок δ/d и жесткости материала трубы Ест в допустимых пределах.

Зачастую этими факторами (как и родом жидкости, а значит, величинами ρ и Еж) варьировать не удается: скорость течения, диаметр и длина трубы заданы гидравлическим расчетом, толщина стенок и материал трубы – прочностным расчетом, а быстродействие органов управления связано с необходимой быстротой перехода с одного режима работы на другой. Поэтому основные меры борьбы с гидроударом – конструктивные: установка в магистрали гидроаккумуляторов (поршневых, мембранных или газожидкостных), открытие перепускных магистралей (на слив) одновременно отсечкой подачи жидкости в основной цепи и т.д. В гидроаккумуляторах энергия удара расходуется на совершение работы по сжатию газа или передавливанию жидкости (например, через жиклеры).

Порядок выполнения лабораторной работы

Изучение повышения давления при гидроударе производится на участке стенда рис. 1, представленном на рис. 1.05.1. Вода из технологического бака подается насосом в исследуемый участок, который представляет собой полипропиленовый трубопровод с внутренним диаметром 1 см и толщиной стенки 1 мм. На исследуемых участках расположены датчики давления, показания которых выводятся на монитор компьютера.

41

Рис. 1.05.1. Схема лабораторной установки с участком для повышения давления при гидроударе:

1 – бак; 2 – датчик расхода воды; 3 – насос; 4 – датчики избыточного давления; 5 – регулируемые заслонки;

6 – соленоидный клапан на входе в трубопровод;

7 – соленоидный клапан на выходе из трубопровода;

8 – вентиль; 9 – датчики давления

1Прочитать и изучить теоретические сведения к лабораторной работе.

2Внимательно изучить описание лабораторного оборудования и технику безопасности.

3Проверить подключение стенда к шине защитного заземления.

4Подключить стенд к сети электропитания 220В, 50Гц. Индикатор красного цвета сигнализирует о наличии напряжения.

5Собрать гидравлическую схему. Открыть З-1 все остальные задвижки должны быть закрыты.

6Проверить, что вентиль В-1 находится в закрытом положении.

7Включить автомат «Сеть».

8С помощью кабеля USB, подключить ноутбук на котором установлено программное обеспечение E-LAB.

9На рабочем столе ПК открыть программу E-LAB и открыть окно с гидроударом.

10Переключателем «Насос-1» запустить насос.

11Нажать кнопку «Клапан А-2».

12Записать расход воды, который проходит по трубопроводу (Q-1).

13Дождаться пока автоматические клапана сработают и в рабочем поле монитора не отобразиться график зависимости давления от времени.

42

14 Каждому датчику давления, установленному на трубопроводе, соответствует свой цвет и номер.

15После срабатывания клапана переключателем «Насос-1» отключить

насос.

16Переключателем «Насос-1» запустить насос.

17Нажать кнопку «Клапан А-1 и А-2».

18Записать расход воды, который проходит по трубопроводу (Q-1).

19Дождаться пока автоматические клапана сработают и в рабочем поле монитора не отобразиться график зависимости давления от времени.

20Каждому датчику давления, установленному на трубопроводе, соответствует свой цвет и номер.

21После срабатывания клапана, переключателем «Насос-1» отключить

насос.

22Переключателем «Насос-1» запустить насос.

23С помощью вентиля В-1 установить разные расходы воды через трубопровод.

24Нажать кнопку «Клапан А-2».

25Записать расход воды, который проходит по трубопроводу (Q-1).

26Дождаться пока автоматические клапана сработают и в рабочем поле монитора не отобразиться график зависимости давления от времени.

27Каждому датчику давления, установленному на трубопроводе, соответствует свой цвет и номер.

28После срабатывания клапана, переключателем «Насос-1» отключить

насос.

29Отключить блок управления переключателем «Вкл/Выкл».

30Выключить автомат «Сеть».

31Отключить стенд к сети электропитания 220 В, 50 Гц.

32Навести порядок на рабочем месте.

Обработка результатов

1На бланке вычертить схему установки, записать расчетные формулы (1.05.1)–(1.05.4), а также исходные величины и данные опыта.

2Определите значения всех величин, приведенных в таблице бланка лабораторных работ (табл. 1.05.1).

3Проведите анализ полученного графика.

4Относительное отклонение определяется по формуле:

5 Исходя из целей работы сделать вывод.

43

Контрольные вопросы

1Понятие гидроудара, его виды.

2Формула Н.Е. Жуковского для определения повышения давления при гидравлическом ударе.

3Картина изменения давления при гидроударе во времени.

4Меры борьбы с гидроударом.

5Влияние различных факторов на величину гидроудара.

6Что такое скорость распространения ударной волны.

7Формула определения фазы гидравлического удара.

8Какой вид движение жидкости при гидравлическом ударе, почему?

44

Лабораторная работа № 1.06

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБОПРОВОДОВ

Цель работы: изучить характеристики трубопровода; определить характеристики медного и полипропиленового трубопровода.

Теоретические сведения

Одной из основных задач гидравлики является расчет потерь напора в трубопроводе. Зависимость потери напора h от расхода жидкости Q называется гидравлической характеристикой трубопровода. В общем случае потери складываются из потерь напора по длине трубопровода hl и потерь в местных сопротивлениях hм:

где – коэффициент сопротивления трубопровода (коэффициент Дарси), зависящий от режимов движения жидкости и относительной шероховатости его внутренней поверхности;

l и d – длина и внутренний диаметр трубопровода; V – средняя скорость;

g – ускорение свободного падения. Потери в местных сопротивлениях:

где ξ – суммарный коэффициент местных сопротивлений. Тогда

Учитывая, что = 4 2 , получим характеристику трубопровода в аналитическом виде:

Тогда гидравлическую характеристику можно записать в виде:

Характеристика трубопровода в виде графика показана на рис. 1.06.1.

45

Рис. 1.06.1. Характеристика трубопровода

Для упрощения вычислений в формулах часто используется эквивалентная длина трубопровода lэкв. Это такая длина трубопровода, которая по-своему сопротивлению равнозначна (эквивалентна) сумме всех местных сопротивлений, т. е. может быть определена из условия:

Для определения характеристик систем с последовательным и параллельным соединением трубопроводов необходимо знать сопротивление линии А каждой ветви. Очевидно, что при последовательном соединении

Для двух параллельных трубопроводов их сопротивление можно определить по формуле

Характеристики параллельно и последовательно соединенных трубопроводов удобнее определять графически путем сложения потерь напора h при последовательном соединении и сложении расходов Q при параллельном соединении, примеры показаны на рис. 1.06.1.

Порядок выполнения лабораторной работы

Изучение характеристик трубопровода производится на участке стенда рис. 1, представленном на рис. 1.06.2. Вода из технологического бака подается насосом в исследуемый участок, выполненный из трубопроводов различных материалов:

полипропилен с внутренним диаметром трубы 25 мм;

полипропилен с внутренним диаметром трубы 16 мм;

медь с внутренним диаметром трубы 16 мм.

На участках трубопроводов установлены дифференциальные датчики давления.

Рис. 1.06.2. Схема лабораторной установки с участком для изучения характеристик трубопровода:

1 – бак; 2 – датчик расхода воды; 3 – насос; 4 – датчики избыточного давления; 5 – регулируемые заслонки; 6 – датчики дифференциального давления

1Прочитать и изучить теоретические сведения к лабораторной работе.

2Внимательно изучить описание лабораторного оборудования и технику безопасности.

3Проверить подключение стенда к шине защитного заземления.

4Подключить стенд к сети электропитания 220В, 50Гц.

47

5Собрать гидравлическую схему. Открыть задвижки З-1, З-10, З-8 и З-9. Все остальные задвижки и вентили должны быть закрыты.

6Включить автомат «Сеть».

7Подать питание переключателем «Вкл./Выкл.».

8Запустить насос 1, переключателем «Насос-1».

9Дождаться установившегося режима.

10Снять показания дифференциального датчика давления, установлен-

ного в начале и конце участка, а также расхода. Результаты занести в табл. 1.06.1.

11Открыть краны З-6 и З-7, закрыть З-8 и З-9. Повторить пп. 9–10.

12Открыть краны З-4 и З-5, закрыть З-6 и З-7. Повторить пп. 9–10.

13После снятия всех результатов, отключите насос переключателем.

14Отключите питание «Вкл./Выкл.»

15Отключить автомат «Сеть».

16Отключить стенд от системы электропитания 220В, 50Гц.

17Навести порядок на рабочем месте.

Обработка результатов

Определить скорость воды в трубопроводе по формуле (1.02.9).

2По формуле (1.06.1) определить значения hтр, м, где – удельный вес воды, определяется как

= ∙ g,

g – ускорение свободного падения, м/с2.

3Из формулы (1.06.2) вывести и рассчитать коэффициент гидравлического трения λ. В формуле длины исследуемых трубопроводов соответственно равны lПП = 0,5 м; lПП = 0,5 м и lм = 0,5 м.

4Все расчёты занести в табл. 1.06.1.

5Ответить на контрольные вопросы.

Таблица 1.06.1

Результаты измерений и вычислений

1Что называется, гидравлической характеристикой трубопровода?

2Как подразделяются потери напора? Записать формулу определения для каждого из них.

3Рассказать о проведении лабораторного опыта.

48

4Как изменяются потери напора с изменением диаметра?

5Как определяется сопротивление трубопровода при последовательном соединении труб?

6Как определяется сопротивление трубопровода при параллельном со-

единении труб?

49

Библиографический список

1Гроховский, Д. В. Основы гидравлики и гидропривод : учебное пособие / Д. В. Гроховский. – 2-е изд. – Санкт-Петербург : Политехника, 2020.

–237 c. – ISBN 978-5-7325-1086-7.

2Альтшуль, А. Д. Гидравлические сопротивления /А. Д. Альтшуль.

–Москва : Недра, 1982. – 224 с.

3Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И. Е. Идельчик. – Москва : Машиностроение, 1992. – 672 с.

4Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод : учебное пособие для вузов / Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко, А. Н. Румянцева, С. П. Стесин; под ред. С. П. Стесина. – 3-е изд. – Москва : Академия, 2007. – 336 с.

5Практикум по гидравлике, гидравлическим машинам и гидропневмоприводу : учебное пособие/ В. М. Гарин, Л. В. Громова, И. В. Лебедева [и др.] ; отв. ред. В. М. Гарин; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2010. – 131 с.

6Гидравлические сети с насосной станцией : учебно-методическое пособие / А. В. Коновалов, И. В. Лебедева, Л. В. Дергачева [и др.]; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2017. – 42 с.

50