Пример использования гидравлического удара в технике

К ак мы убедились, резкое повышение давления при гидрав­лическом ударе во многих случаях весьма опасно. Однако че­ловеческая мысль нашла применение и этому явлению. В 1796 г. была изобретена водоподъемная машина - гидравлический таран.

Гидравлический таран представляет собой весьма простое устройство, позволяющее подавать воду с некоторого горизон­тального уровня Н₁ на более высокую отметку Н₂, используя эффект гидравлического удара (рис. 12). Устройство состоит из рабочей камеры 1 с ударным 8 и нагнетательным 2 клапанами, воздуш­ного колпака 5 и нагнетательной трубы 6. Питательной трубой 3 та­ран соединен с водоемом 4 или с другим источником, имеющим достаточный запас воды, а нагнетательной трубой 6 - с приемным бассейном 7, расположенным выше водоема.

Рассмотрим принцип работы гидравлического тарана. Для упро­щения будем считать, что в начальный момент оба клапана за­крыты, избыточное давление в воздушном колпаке p_к = pgH, a вода в питательном водоеме неподвижна. Для запуска гидротарана необходимо открыть ударный клапан 8. Вода начнет вытекать через этот клапан, а скорость течения воды в питательной трубе будет постепенно увеличиваться от нуля до некоторой пре­дельной величины v_пр, которая должна соответствовать напору Н и гидравлическим сопротивлениям в системе питательная труба - ударный клапан, выражаемым потерями напора .

Одновременно со скоростным напором v²/(2g) будет расти и гид­родинамическое давление, действующее на ударный клапан снизу. Когда значение этого давления создаст усилие, превышающее вес клапана, последний закроется и произойдет гидравлический удар. Давление в питательной трубе резко возрастет, в резуль­тате откроется нагнетательный клапан 2. Вода начнет поступать в воздушный колпак 5, сжимая в нем воздух, а из воздушного кол­пака по нагнетательному трубопроводу в приемный бассейн 7.

В момент закрытия ударного клапана в питательной трубе 3 нач­нется волновой процесс, который приведет к уменьшению скорости и понижению давления в этой трубе. Поэтому спустя некоторое время после закрытия ударного клапана давление в питательной трубе уменьшится настолько, что нагнетательный клапан 2 закроется, а ударный 8 автоматически откроется, и начнется новый цикл.

Таран работает автоматически, подавая воду порциями, а воз­душный колпак сглаживает пульсацию воды в нагнетательной трубе, обеспечивая сравнительно равномерную подачу ее в верхний бассейн Q₂. Однако большая часть воды, поступающей из водоема Q = Q₁ + Q₂, сбрасывается через ударный клапан (Q₁).

Мощность, затрачиваемая на приведение тарана в действие, равна:

. (30)

Полезная мощность тарана выразится как

, (31)

где Н₂ - полезная высота нагнетания; - потери в нагнетатель­ной системе.

Если пренебречь потерями, то КПД гидравлического тарана равен:

. (32)

Значения КПД тарана зависят от отношения Н/Н₁.

В СССР налажен серийный выпуск таранных установок, которые используются для орошения и водоснабжения в сельскохозяйствен­ном производстве, обводнения пастбищ.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте классификацию трубопроводов.

2. Приведите примеры назначения и использования трубопроводов.

3. Какие трубопроводы называются простыми и сложными? Приведите примеры сложных трубопроводов.

4. Какие задачи ставятся при рас­чете трубопроводов? 5. Каким образом оценивают наивыгоднейший диаметр трубопровода?

6. В чем заключается расчет простого трубопровода?

7. Напишите одно из уравнений, связывающее основные параметры трубопровода.

8. Охарактери­зуйте графический метод расчета трубопроводов. Что называется гидравлической характеристикой трубопровода?

9. Охарактеризуйте сифонный трубопровод и осо­бенности его расчета.

10. Что такое высота всасывания и каковы ее теоретические и практические значения для всасывающих труб?

11. Охарактеризуйте природу гидравлического удара и приведите формулу для определения давления при ударе.

12. Перечислите способы борьбы с гидравлическим ударом.

13. Приведите пример полезного использования явления гидравлического удара.

Примерные темы рефератов

1. Применение трубопроводного транспорта в РФ.

2. Ана­лиз трубопроводов топливоподачи в автомобиле ГАЗ-53А и тракторах МТЗ-50 и ДТ-75.

3. Анализ маслопроводов в смазочной системе автомобиля ГАЗ-53А и тракторов МТЗ-50 и ДТ-75.

4. Применение сифонов в технике.

5. Работы Н. Е. Жуков­ского по исследованию гидравлического удара.

6. Гидравлический удар и методы борьбы с ним.

7. Гидравлический таран: устройство, принцип действия, область применения.

15