Лекция 11 Гидравлический удар в трубах
При резком изменении скорости движения жидкости в длинных трубопроводах имеет место изменение давления, которое называется гидравлическим ударом.
Изучение в связи с авариями водопровода в Москве в конце 19в. Теоретическое обоснование сделал Н.Е. Жуковский (в 1898 г) который определил, что в связи с быстрым закрытием задвижек на водопроводной сети и резким уменьшением скорости до нуля происходит переход критической энергии движущегося по трубопроводу потока, в потенциальную, которая затрачивается на роботу по деформации стенок трубопровода и по сжатию воды.
Возникающее в момент гидравлического удара дополнительное давление в трубопроводах возрастает на 1-1.2 МПа на каждый 1 м/с потерянной скорости.
Причины возникновения гидравлического удара
-
Быстрое закрытие или открытие запорных и регулируемых устройств
-
Внезапная остановка насоса
-
Пуск насоса при открытом затворе на нагнетательной линии
прямой и не прямой удар
Прямой удар происходит при времени закрытия задвижки
t3 < 2L/C
где L - расстояние до резервуара способного поддерживать постоянное давление.
C - скорость распространения ударной волны.
Непрямой гидравлический удар при t3 > 2L/C. Такой удар характеризуется меньшей силой, чем прямой удар
Внезапное повышения давления Δр или напора ΔH может быть рассчитано по методу Жуковского.
Скорость распространения ударной волны
Еж – модуль объемной упругости жидкости, для воды Е=2.03*10³ МПа
ρ - плотность жидкости ρ= 1000 кг/м³ (вода)
√Еж/ρ – скорость распространения звука в жидкости
(√Еж/ρ=1425 м/с- для воды )
Етр – модуль упругости материала стенок трубы. D – диаметр, δ – толщина
Для воды отношение Е/Етр:
стальные трубы – 0,01; чугунные – 0,02
Коеф-т K, для тонкостенных трубопроводов (стальных, чугунных, полиэтиленовых) =1
Для железобетонных К=1/(1+9.5 α’). Обычно α=0,015….0.05
Время, за которое ударная волна пройдёт путь до резервуара и вернется обратно к задвижке, Т=2L/C называется фазой удара. Процесс при гидравлическом ударе на рис.