34

явлений, связанных с гидравлическим ударом. Повышение давления при гидравлическом ударе. Прямой и непрямой гидравлический удар. Методы борьбы с гидроударом в трубопроводах. Полезное использование явления гидроудара в гидротаране.

Методические указания

При расчете напорных трубопроводов применяют уравнение Бернулли, постоянства расхода и формулы для определения гидравлических потерь. По соотношению местных потерь и потерь на трение трубопроводы подразделяют на короткие и длинные. К коротким относят всасывающие трубопроводы насосов, сифонные трубы, гидролинии гидроприводов и другие трубопроводы. При их расчете оценивают и определяют и потери напора на трение, и местные потери.

Расчет	длинных	трубопроводов		ведется	по	упрощенному уравнени
Бернулли. В данном случае скоростные напоры по сравнению с другими членами
уравнения	являются	малыми	величинами,		ими	обычно	пренебрегают.
Следовательно, напорная линия совпадает с пьезометрической. Местные потери
либо совсем не оценивают, либо без точного					расчета принимают			равными
некоторой доле потерь по длине – обычно 10-15%.
Расчет простых трубопроводов сводится к трем типовым задачам
определению	напора, расхода и		диаметра		трубопровода. Задачи			решают
аналитическим и графоаналитическим способами. Задачи второго							и	третьего
типов аналитическим способом решить непосредственно нельзя, и приходится
прибегать	к методу	подбора	или	для	этих	случаев	удобнее прим

графоаналитический способ. При этом для задачи второго типа строится гидравлическая характеристика трубопровода, которая выражает связь между располагаемым напором (или потерями напора) и расходом, то есть Н = f (Q).

Произвольно

выбирают

несколько

значений

расхода

и

опр

соответствующие

им

скоростьu ,

число

Рейнольдса Re,

коэффициент

сопротивления трения l и располагаемый напор Н. По данным расчета строится

кривая характеристики трубопровода.

Задача третьего типа – определение диаметра трубопровода – решается таким

же

образом.

Выбирается

произвольно

несколько

значений

диаметров

определяется

значение

располагаемого

напора. Затем

строится

график

зависимости напора от диаметра, то есть Н = f (d ), по которому по заданному

значению Н определяется d. Пример

расчета

приведен в задаче №14. Задачи

второго и третьего типов можно решать с использованием ЭВМ.

При

расчете

сложных

трубопроводов

удобно

п

графоаналитическим

способом, графически

суммируя

гидравлические

характеристики отдельных участков труб.

Расчет длинных трубопроводов производится с помощью таблиц расходных

характеристик при квадратичной зоне сопротивления по формуле

Q = K

= K

hl

= K

H

,

i

l

l

где q1

35

где K - расходная характеристика, зависящая от диаметра и вида труб(новые стальные, новые чугунные, нормальные) дается в таблице для квадратичной зоны сопротивления [2, 3, 6];

hl - потери напора по длине, равные располагаемому напору.

Если имеется отклонение от квадратичной зоны сопротивления в сторону переходной, определяемой по скорости, то делается поправка

Kпер=K×q1 ,

является функцией скорости движения и вида трубы [3].

При выборе диаметра трубопровода для определённого расхода жидкости необходимо, чтобы потери напора по длине трубопровода и стоимо трубопровода были бы минимальными, то есть диаметр трубопровода был экономически наивыгоднейшим, определяемым по формуле

dэ = Э0,14 × Q0,42 ,

где Э – экономический фактор, зависящий главным образом от стоимости электроэнергии, труб и их укладки (Э=0,5-0,75);

Q – расход жидкости.

Для трубопроводов гидросистем станков диаметры определяются по скорости

движения		жидкости:		для всасывающих	линийu	вс	=1,2 -1,6 м	с	,	для	сливных
		= 2 м
линий u	сл		, для	напорных линий	скорости	выбираются			в	зависимости от
		с
давления.
Гидравлический				удар представляет собой повышение							или понижени

давления в напорном трубопроводе в результате изменения скорости движения

жидкости.
Гидравлический удар	в трубах возникает при быстром закрытии запорного
органа, при остановке	движущегося поршня со штоком в крайнем положении
(или на упоре).

Гидравлический удар опасен резким повышением давления в трубопроводе

Dp = r(u 0 -u)uуд

где u 0 ,u скорость движения жидкости до и после удара;

uуд - скорость распространения гидравлического удара (ударной волны)

				Eж
uуд =					r				,
					Eж d
1			+
					Ecтd

где Еж, Eст – модуль упругости жидкости и материала трубы; d - толщина стенки трубы;

d – внутренний диаметр трубы.

36

Различают

прямой

гидравлический удар, когда время закрытия запорного

устройства t

меньше длительности фазы гидровлического удараt =

2l

. Тогда

зак

u уд

повышение давления определяется по формуле

Dp = pu0uуд

При непрямом ударе, когда tзак

>t =

2l

uуд

Dp = pu0uуд

t

tзакр

Студент

должен

понять физическую сущность явления гидравлического

удара, уметь определять повышение давления при прямом и непрямом ударе,

также

знать

способы

ослабления

гидравлического. Явлениеудара

гидравлического удара полезно используется в гидротаранах– водоподъемных устройствах.

Литература: [1, с. 118-129, с. 140-147], [2, с. 161-194].

Вопросы для самопроверки

1.Какие уравнения применяют при расчете напорных трубопроводов?

2.В чем различие в расчете коротких и длинных трубопроводов?

3. Что такое сифонный трубопровод, и каковы особенности его гидравлического расчета?

4.Какие задачи удобно решать графоаналитическим способом?

5.Как построить гидравлическую характеристику трубопровода?

6.Как строят гидравлические характеристики систем из последовательно и параллельно соединенных трубопроводов?

7.Какое явление в напорных трубах называют гидравлическим ударом?

8.Что называется фазой гидравлического удара?

9.Чем отличается прямой удар от непрямого?

10. Какие силы вызывают резкое повышение давления в трубе внезапной остановке движущейся жидкости?

11.Как определяют изменение давления при гидравлическом ударе?

12.От чего зависит скорость распространения ударной волны в жидкости?

13.Каковы меры борьбы с гидравлическим ударом?

14.Где применяют гидравлический удар?

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

К выполнению контрольных заданий следует приступать после проработки соответствующих тем и разделов курса. Контрольные задания состоят из пяти задач.

Варианты задач контрольной работы студент-заочник находит по дв последним цифрам шифра своей зачетной книжки, пользуясь таблицей вариантов. Номера задач берутся по последней цифре шифра, варианты численных

37

значений берутся по предпоследней цифре шифра. Если шифр студента состоит из одной цифры, то варианты задач следует брать по цифре «0».

В условиях задач не всегда указываются все цифровые значения параметров, необходимых для решения задач (например, плотность, коэффициенты вязкости и т.д.). Тогда недостающие параметры выбираются из таблиц, приводимых в справочниках, в каждом случае обязательно указывая в своей контрольной работе название справочника, номер таблицы или графика.

Задачи следует решать самостоятельно, так как в ходе решения задач лучше усваивается и закрепляется теоретические материал, выясняется суть гидравлических явлений. Решение задач необходимо сопровождать подробными пояснениями, делая ссылки на источники. Вычисления необходимо проводить в Международной системе единиц измерения СИ.

Исправлять незачтенную работу следует в той же тетради на чистых листах.

Зачтенная контрольная работа защищается у преподавателя.
					Варианты заданий							Таблица
Последняя		0	1	2		3	4	5	6	7	8		9
цифра шифра
Номера		1	2	3		1	2	3	1	2	3		1
		задач4	5	6		7	4	5	6	7	4		7
контрольной		8	9	10		8	9	10	8	9	10		8
работы		11	12	13		13	11	12	12	11	13		11
		14	15	16		14	15	16	14	15	16		14

				Задача 1. Определить разность давлений
в				центрах котлов А и Б,				наполненных водой.
				Известна		разность			уровней		ртути
				дифференциальном						двухжидкостном
				манометре hрт , высота						расположения
				центров котлов Н .
									Таблица к задаче 1
Параметры	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6		7	8	9
hрт , мм	750	730	710	690	670	650	630		610	590	570
Н , м	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2		2,3	2,4	2,5

Указание. Для определения разности давлений в центрах котлов необходимо составить условие равенства давлений на левом уровне ртути дифманометра (плоскость 0-0), используя формулу полного давления p = po + rgh .

38

Задача	2.	Найти	давление	p	воздуха		в
резервуаре	В,	если	избыточное		давление		на
поверхности		воды	в резервуареА		равно p м
разности			ртути		в		дву
дифференциальном манометре h1 и h2 , а мениск
ртути в левой трубке ниже уровня воды hна.
Пространство		между		уровнями		ртути

манометре заполнено спиртом.

Таблица к задаче 2

	Параметры														Последняя цифра шифра
				0				1			2				3			4			5				6			7			8			9
	pм , кПа			25				26			27				28			29				30			31			32			33			34
	h1, мм			200				202			204				206			208				210			212			214			216			218
	h2 , мм			250				248			246				244			242				240			238			236			234			232
	h, м			0,7				0,68			0,66				0,64			0,62				0,6			0,58			0,56			0,54			0,52
	Указание.	Для			определения										избыточного									давленияp					в		резервуареВ
	необходимо воспользоваться формулой																	p = p 0				+ rgh
																		Задача 3. Для измерения давления
															p в сосуде применен многоколенный
															двухжидкостной манометр. Определить
															избыточное давление pизб															по показаниям
															уровней							в			коленах					манометраZi							и
															плотностям воды rв													и	ртути				r рт			при
															температуре t = 20 оС.
																												Таблица к задаче 3
	Параметры																	Вариант
			0				1			2				3			4			5				6				7		8			9
	Zo , м		2,5				2,4			2,3				2,2			2,1			2,0				1,9			1,8			1,7			1,6
	Z1, м		1,5			1,45				1,4			1,35				1,3			1,25				1,2			1,15			1,1			1,05
	Z2 , м		2,0			1,95				1,9			1,85				1,8			1,75				1,7			1,65			1,6			1,55
	Z3 , м		1,7			1,65				1,6			1,55				1,5			1,45				1,4			1,35			1,3			1,25
	Z4 , м		2,8			2,75			2,70				2,65				2,6			2,55				2,5			2,45			2,4			2,35

			39
Указание.	Для	определения	избыточного	давленияp	в	сосуде
				изб
необходимо вначале		определить давление на уровне ртутиZ ,			используя
				3

формулу p = po + rgh , а затем составить условие равенства давлений на уровне ртути Z1.

Задача 4. Закрытый резервуар с

жидкостью		(с	плотностью
r = 924 кг / м3 ) имеет			выпускную
трубу	диаметром D,		перекрытую
дисковым		затвором.	Избыточное
давление		в	резервуаре0,

геометрический напор Н0.

Найти силу давленияР на клапан затвора и моментМ этой силы относительно оси поворота затвора. Построить эпюру давления жидкости и полного давления на затвор.

Таблица к задаче 4

Параметры	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6		7		8		9
р0, кПа	30	40	30	20	10	10	20		30		30		20
Н0, м	1	0,8	0,6	0,5	0,7	0,8	0,75		0,6		0,5		0,4
D, мм	300	320	340	360	380	400	420		440		460		500
						Задача 5. Шаровой клапан
						закрывает круглое отверстие
						диаметром d в вертикальной
						стенке, расположенной на
						глубине Н о			от поверхности
						воды.
						Определить			минимальный вес
						груза G,			уравновешивающего
						давление жидкости на клапан,
						если плечо рычага равноl1,
						расстояние от шара до центра
						поворота			l2, а			избыточное
						давление			над			поверхностью
						жидкости			р0.		Собственным