 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Гідравлічний удар у трубах
Експлуатація насосів тісно пов'язана з роботою трубопроводу. У тих випадках, коли насос подає воду (або іншу рідину) у довгий трубопровід,, при виході насоса або запірної арматури із ладу може виникнути явище, яке називається гідравлічним ударом.
Суть його така. Нехай у кінці трубопроводу 1, по котрому рухається рідина із швидкістю V0) відбулося раптове закриття крана 2
Рисунок 13 - Схема до визначення гідравлічн ого удару
|
Частинки рідини, які знаходяться біля крана різко гальмуються, і їх кінетична енергія перейде у роботу, яка витрачається на деформацію стінок труби і самої рідини. При цьому стінки труби розтягуються, а рідина стискується у зв'язку із підвищенням тиску на ΔРуд.
Швидкість поширення підвищення тиску називають швидкістю ударної хвилі С.
На загальмовані частинки біля крана 2 "набігають" сусідні з ними і також зупиняються (гальмуються). Фронт 1-1 частинок, які зупинилися, за рахунок пружних сил стиснутого об'єму почне рухатися у бік резервуара 3 (або насоса) із швидкістю С до того моменту, доки цей фронт підвищеного тиску не досягне резервуара 3. Оскільки у резервуарі тиск менший ніж у трубі, то під дією різниці тисків рідина почне надходити у резервуар із швидкістю V0, а фронт розрідження почне переміщуватися у зворотному напрямку із швидкістю С. Коли фронт знову підійде до крана, то за рахунок інерції частинки рідини біля крана відірвуться від нього зі швидкістю V0. Поблизу крана виникне зона зниженого тиску на ΔРуд, що може призвести до розриву потоку.
Зона зниженого тиску, яка утворилася поблизу крана, почне переміщуватися у бік резервуара. Переміщення фронту зниженого тиску також рухається зі швидкістю С. Коли фронт зниженого тиску досягне резервуара 3, то вся рідина у трубі зупиниться і буде знаходитися під тиском ΔРуд. У цьому випадкові під дією перепаду тиску рідина знову почне рухатися у сторону крана зі швидкістю V0. Описане явище називається гідравлічним ударом. Цей процес проходить дуже швидко, із значним коливанням тискуНеобхідно застосувати спеціальні технічні засоби, щоб запобігти розриву трубопроводу.
Швидкість переміщення фронту 1-1 дорівнює швидкості
поширення звуку в середовищі, яке заповнює, трубопровід. Підвищення тиску при прямому гідравлічному ударі можна визначити за формулою
(2.24)
Гідравлічний удар може виникнути при раптовій зупинці насоса, який подає воду по напірному трубопроводу, наприклад, у водонапірну башту. Після зупинення насоса рідина деякий час буде рухатися по інерції й у трубопроводі утвориться знижений тиск. Потім почнеться зворотний рух рідини із резервуара в область зниженого тиску в трубопроводі, і тиск підвищується подібно тому,як це описано вище. За рахунок пружності стінок трубопроводу і стисливості рідини процес відбувається у вигляді затухаючої циклограми зі значним підвищенням тиску й обмеження у часі.
У реальних умовах процес гідравлічного удару буде проходити дещо по-іншому. При великих тисках, які супроводять гідравлічний удар, проявляється як стиснення рідини, так і пружність стінок трубопроводу.
Розрізняють прямий інепрямийгідравлічні удари. При раптовому закриванні і відкриванні затвору, а також коли час закривання (відкривання) затвору Т менший від фази гідравлічного удару, тобто повного часу перебігу хвилі від затвору до резервуара і назад - удар називається прямим. Якщо більший, удар називається непрямим.
При непрямому ударі сумарний приріст тиску буде менший, ніж при прямому гідравлічному ударі.
Для боротьби з гідравлічним ударом збільшують час закривання й відкривання запірної арматури, встановлюють на трубопроводі повітряні ковпаки. У момент гідравлічного удару підвищується тиск і рідина із труби входить у ковпак та стискує у ньому повітря, що зменшує подальше збільшення тиску в трубопроводі.
На насосних станціях на початку напірних трубопроводів передбачають протиударні пристрої. При зупиненні насоса та зниженні тиску у трубопроводі клапани пристрою автоматично відкриваються і при зворотному підході води частина її виливається через клапани без підвищення тиску, після чого клапани закриваються.
На трубопроводах можуть бути встановлені також урівшо- вальні резервуари. При гідравлічному ударі у резервуар надходить певна кількість води, що знижує додатковий тиск у трубопроводі.
На практиці зустрічаються спеціальні пристрої для використання рушійної сили гідравлічного удару. Одним із таких прикладів може бути так званий гідравлічний таран, який використовують для нагнітання води у резервуар, який розташований на позначці вищій, ніж трубопровід (резервуар).
Основні висновки:
1. Основне завдання гідродинаміки - знаходження полів швидкостей і гідродинамічних тисків у потоці рідини, а також опорів рухові потоку рідини. Рух рідини являє собою дуже складний процес переміщення окремих частинок. З метою спрощення розрахунків уводиться поняття струминної моделі руху рідини.
2. Гідродинамічним тиском називають стискуючі напруження, що виникають усередині рідини, що рухається. Позначається гідродинамічний тиск так само як і гідростатичний.
3. Переміщення виділеного об'єму струмини супроводжувалося енергетичними змінами, які можна врахувати, застосувавши теорему про живі сили: сумарна зміна кінетичної енергії тіла дорівнює сумі робіт усіх зовнішніх сил, що діють на тіло протягом одного і того ж періоду часу
4. Рівняння Бернулі можна прочитати так: повна питома енергія уздовж усталеної елементарної струмини ідеальної рідини незмінна.
5. Реальні рідини мають в'язкість, тобто здатність чинити опір відносному переміщенню часток рідини. Унаслідок цього для реальної рідини запас повної питомої енергії в міру її руху вперед буде зменшуватись Фізичний зміст четвертого доданка в рівнянні Бернуллі - питомі втрати повної енергії, або втрати повного напору на подолання сил тертя й місцевих опорів.
6. Швидкості, що відповідають критичним числам Рейнольда, також називають критичними. Наприклад, нижня критична швидкість - це швидкість, нижче якої настає ламінарний рух, вище неї настає турбулентний рух.
7. Рухома рідина на своєму шляху переборює сили тертя об стінки труби або каналу та різні місцеві опори, які трапляються на шляху потоку (крани, засувки, коліна, переходи, трійники тощо), внаслідок чого частка питомої енергії або напір втрачається. Втрати напору враховуються четвертим членом рівняння Бернуллі. Втрати напору по довжині потоку зумовлені довжиною лінії подачі, шорсткістю стінок каналу (трубопроводу), в'язкістю рідини, яка перекачується.Відрізки потоку, в межах яких спостерігається зміна конфігурації, називаються місцевими опорами. Такими місцевими опорами є крани, клапани, коліна, різкі' звуження чи розширення труби або русла річок та ін.
8. Експлуатація насосів тісно пов'язана з роботою трубопроводу. У тих випадках, коли насос подає воду (або іншу рідину) у довгий трубопровід,, при виході насоса або запірної арматури із ладу може виникнути явище, яке називається гідравлічним ударом. Гідравлічний удар може виникнути при раптовій зупинці насоса, який подає воду по напірному трубопроводу, наприклад, у водонапірну башту. Після зупинення насоса рідина деякий час буде рухатися по інерції й у трубопроводі утвориться знижений тиск.
Контрольні питання:
1. Що таке Гідродинаміка, Гідродинамічний тиск?
2. Як записується рівняння Бернулі для струмини ідеальної рідини? Пояснити
3. Як записується рівняння Бернулі для струмини реальної рідини? Пояснити
4. Пояснити геометричну, енергетичну та механічну суть рівняння Бернулі
5. Пояснити особливості ламінарного та турбулентного руху рідини, поянити поняття Критичної швидкості.
6. Пояснити явище втрат напору. Які існують види втрат напору?
7. Пояснити явище гідравлічного удару
Домашнє завдання:
1. Повторення матеріалу теми за конспектом.
Прочитати:
[1] c. 40-57, c. 67-76;
[2] c. 31-52;
[3] с.42-84.
Тема №3
НАСОСИ
План
1. Призначення, класифікація і галузі застосування насосів
2. Подача, напір, потужність і ККД носіїв
3. Принцип дії насосів
4. Явище кавітації
Поиск по сайту: