- •1 . Гідростатичний тиск та його властивості.
- •2.Основне рівняння гідростатики. Поняття про манометричний тиск та вакуум.
- •6Рівняння постійності витрат та нерозривності потоку.
- •7. Рівняння д. Бернуллі для потоку реальної рідини. Геометричний та енергетичний зміст членів рівняння Бернуллі.
- •8. Режими руху рідини. Критерій Рейнольдса
- •9Гідравлічні опори. Види втрат напору.
- •13.Гідравлічний удар в напірних трубопроводах
13.Гідравлічний удар в напірних трубопроводах
Гідравлічним ударом називають зміну (підвищення або зниження) тиску в трубопроводі при різкій зміні швидкості руху Підвищення тиску при гідравлічному ударі може бути настільки великим, що це може призвести до розриву трубопроводу.
Вивчати гідравлічний удар почали у зв'язку з частими аваріями на мережах Московської о водопроводу наприкінці XIX ст Причини аварій проаналізував російський вчений М. Є. Жуковський, який і розробив теорію гідравлічного удару.У разі швидкого закриття засувки в трубопроводі швидкість руху різний в ньому зменшується до нуля і відбувається перехід кінетичної енергії потоку в потенціальну, що призводить до різкого збільшення тиску. Чим більша довжина труби, тим більшими будуть маса рідини і кінетична енергія І гам значнішим буде збільшення тиску при гідравлічному ударі.
Якщо па трубопроводі, яким протікає вода (рис. 4.17). різко закрити засувку, то рух рідини зупиніться спочатку не в усій трубі, а тільки безпосередньо перед засувкою. Це можливо тому, що завдяки пружним властивостям рідини і матеріалу труби рідина трохи стискується, а труба розширюється. Далі збільшення тиску швидко поширюється по трубопроводу від засувки до резервуара.
Швидкість поширення підвищення тиску називають швидкістю ударної хвилі Су. Після того як в усій трубі тиск підвищиться, рідина почне виходити із зони підвищеного зиску назад у резервуар, і тиск у трубі знижуватиметься. Потім у зону зниженого тиску знову піде рідний з резервуара, і тиск підвищиться. Внаслідок пружних властивостей рідини і стінок труби цей процес поступово згасає (рис. 4.18). Найбільш небезпечне перше підвищення тиску.Ударна хвиля пройде усім трубопроводом за час t/cv Час одного циклу, який включає підвищення і зниження тиску, називають фазою удару Ті визначають за формулою Т=2l/Cv (4.26)
Якщо час закриття засувки меншин або дорівнює фазі удару Т (t < T), то удар є прямим.
Якщо t> T, то за час підвищення і зниження тиску засувка ще не буде закритою, рух рідини в трубі не зупиниться і не вся кінетична енергія перейде в потенціальну, тобто підвищення буде меншим, ніж при прямому ударі. Такий удар називають непрямим.
Удар може виникати і при раптовому зупиненні насоса, який подає воду нагнітальним трубопроводом у резервуар (рис. 419)
Після виключення насоса рідина за інерцією деякий час рухається, і в трубопроводі виникає зниження тиску (безпосередньо біля насоса) Потім починається зворотний рух води з резерву ара в область зниженого тиску в трубопроводі, і тиск підвищиться, як це було при прямому ударі (рис. 4.20).
З ЦЬОГО випливає, шо характеристики руху рідини при гідравлічному ударі змінюються з часом. Отже, удар належить до категорії неусталеного руху
Способи боротьби гідравлічним ударом. Підвищення тиску при гідравлічному ударі залежить від характеру зміни опору засувки. Тому ефективним способом зменшення впливу удару є підбір такого закону закриття засувки, за яким тиск не буде перевищувати допустимий.
Підвищення тиску буде тим меншим, чим меншою буде втрачена швидкістьVвтр= V0-V
Чим повільніше закривають засувку, тобто чим менша фаза удару Т часу повною закриття засувки тим меншою буде зміна ступеня відкриття засувки в кожній фазі.Одним із найістотніших засобів боротьби або запобігань гідравлічному удару є повільне закриття засувок. Для трубопроводів малих діаметрів D треба встановлювати вентилі, що закриваються досить повільно.
На насосних станціях на початку напірних трубопроводів встановлюють протиударні апарати. При зупинці насоса і зниженні тиску в трубі клапани апарату автомати чиє відчиняються і при зворотному підході води частина її виливається з клапана без підвищення тиску. Потім клапан закривається.
На трубопроводах можна встановлювати вирівнювальні резервуари (рис. 4.25). При гідравлічному ударі в резервуар надходить частина води, що знижує додатковий тиск у трубопроводі.Таке саме явище відбувається і в повітряних ковпаках, де стискання повітря амортизує підвищення тиску
Прямой характеризуется условием , - время закрытия крана, L – расстояние ударной волны, С – скорость распространения ударной волны.
Непрямой удар: (меньшая разрушающая сила). Жуковский вывел, что повышение напора Н при прямом гидравлическом ударе:
, - начальная скорость потока жидкости, С – скорость распространения ударной волны
Скорость распространения ударной волны
, плотность жидкости, -модуль упругости жидкости, d- внутренний диаметр трубы, - толщина стенки трубы, - модуль упругости стенок трубы