Гидравлический удар в трубах
Гидравлический удар в трубопроводах происходит при резком закрытии запорного органа. Он сопровождается шумовыми эффектами, сотрясением, а иногда и разрывом труб.
Теория гидравлического удара разработана Н.Е. Жуковским. Она принесла ему мировую известность еще до публикации работ по подъемной силе крыла. В соответствии с этой теорией в заторможенном слое жидкости, непосредственно примыкающем к запорному органу, под действием набега-ющего потока происходит повышение давления на величину Dр (рис.38,a), сопровождающееся сжатием жидкости и деформированием стенок трубопро-вода. Этот процесс, называемый прямой ударной волной, со скоростью с, достигающей сотен метров в секунду, распространяется на остальные слои жидкости вплоть до входа в трубопровод (рис.38,б). Так как давление в трубопроводе становится выше постоянного давления в резервуаре, то жид-кость в примыкающем к резервуару слое расширяется и некоторое ее коли-чество выталкивается в резервуар, что приводит к уменьшению давления в этом слое до первоначального значения p. Процесс понижения давления в виде отраженной волны распространяется вплоть до запорного органа, а вся жидкость в трубопроводе приходит в движение в сторону резервуара (рис.38,в). Если она и стенки трубопровода являются абсолютно упругими, то запасенная на первом этапе потенциальная энергия полностью превращается в кинетическую и скорость жидкости приобретает исходное значение (рис.38,г). Когда примыкающий к запорному органу слой жидкости расширяется и стремится от него оторваться, падает давление на величину Δр, равную повышению давления при прямом ударе, и возникает направленная к резер-вуару отрицательная волна, за фронтом которой происходит расширение жидкости и сжатие стенок трубопровода (рис.38,д). После ее прохождения давление в трубопроводе становится меньше давления в резервуаре, жидкость вновь устремляется в трубопровод и все процессы повторяются. При отсутствии потерь они продолжаются бесконечно долго. В реальных условиях часть энергии жидкости расходуется на неупругую деформацию стенок трубопровода и в виде тепла трения рассеивается в окружающей среде. Повторные гидравлические удары поэтому постепенно затухают.
+Δp
a) v v=0
c
+Δp;
б)
v=0
+Δp
в)
v v=0
c
г)
v
д) -Δp
v
Рис.38
При торможении потока в ходе прямого удара его кинетическая энергия расходуется на работу сжатия жидкости и работу деформации стенок трубо-провода
.
Можно показать, что
где r – радиус трубопровода;
Е – модуль упругости жидкости, для воды равный 2080 МПа;
δ – толщина стенки трубопровода;
Ест – модуль упругости материала трубопровода, для стали равный 196 ГПа.
Учитывая, что масса жидкости составляет
получим
где
Если трубопровод абсолютно жесткий, т.е. Ест =∞, то
где
Повышение давления при прямом ударе в металлических трубопроводах достигает 1,5 МПа на каждый 1 м/c гашения скорости.
Если время закрытия τз превышает длительность фазы ударной волны τф, под которой понимают общее время пробега прямой и отраженной волны, то повышение давления составит
.
Как видно, для уменьшения последствий ударной волны следует увеличивать время закрытия запорного органа.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 916;