- •Глава 1. Основы гидростатики
- •1.1. Физические свойства жидкостей
- •1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля
- •1.3. Эпюры гидростатического давления. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда
- •Закон Архимеда
- •Глава 2. Основы гидродинамики
- •2.1. Основные понятия и определения. Уравнения неразрывности потока
- •2.2. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •Глава 3. Движение жидкости по трубам и пожарным рукавам
- •3.1. Линейные и местные потери напора
- •Местные потери напора можно определить по формуле Вейсбаха
- •3.2. Гидравлический удар
- •Глава 4. Истечение жидкости через отверстия и насадки. Пожарные струи
- •4.1. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •4.2. Вертикальные и наклонные струи. Реакция струи
- •Приложения Приложение 1 Плотностьи удельный веснекоторых жидкостей
- •Приложение 2 Коэффициенты динамическойи кинематической вязкости некоторых жидкостей
- •Приложение 3
- •Приложение 7 Расчетные значения удельных сопротивлений для стальных и чугунных водопроводных труб
- •Приложение 8 Значения сопротивленийS для чугунных труб
- •Продолжение приложения 8 Значения сопротивленийS для чугунных труб
- •Значения поправочных коэффициентовKп
- •Приложение 10 Значения скоростей движения водыV в зависимости от расхода и диаметра труб,м/с
- •Приложение 11 Значения сопротивленияSpодного стандартного пожарного рукава длиной 20м
- •Приложение 12 Значения коэффициентов местного сопротивления
- •Приложение 13 Значения сопротивленийS для гидрантов и колонок
- •Приложение 14 Значения сопротивленийS для водомеров (дляQл/с)
- •Приложение 15 Значения коэффициентов местного сопротивления, сжатия, скорости и расхода для насадков различной формы
- •Приложение 16 Значение сопротивленийSн и проводимостейpнасадков (дляQл/с)
- •Приложение 17
- •Приложение 18 Радиусы действия компактной части струй лафетных стволов (при угле наклона радиуса действия компактной струи 30)
- •Приложение 19 Характеристики пожарных насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах
3.2. Гидравлический удар
Гидравлическим ударом называется повышение или понижение давления в напорном трубопроводе, вызванное изменением во времени средней скорости движения жидкости. Гидравлический удар обуславливается инерцией той массы жидкости, заключенной в трубопроводе, скорость которой изменяется.
Гидравлический удар возникает при закрывании пожарной арматуры, включении и выключении насосов, при переломе пожарных рукавов, что может привести к разрыву трубопроводов, рукавов, поломке насосов.
Важнейшими характеристиками гидравлического удара является: скорость распространения ударной волны, фаза гидравлического удара и повышения давления.
Для приближенных расчетов скорость распространения ударной волны можно принимать по таблице 3.1.
Таблица 3.1
Материал |
Скорость распространения ударной волны, а, м/с |
Сталь и чугун Асбоцемент Рукава прорезиненные Рукава непрорезиненные (новые) Рукава непрорезиненные (б/у) |
1200 700 300 120 80 |
Фаза гидравлического удара tф – время, которое необходимо для пробега ударной волны удвоенной длины водовода
где tф– фаза удара, с;
l – длина водовода, м.
Различают полный или прямой и неполный или непрямой гидравлический удар.
Если время закрывания крана или задвижки tЗ меньше фазы удара tф, то возникает прямой удар.
(3.17)
Если время закрытия задвижки больше фазы удара – непрямой удар.
(3.18)
Величина повышения давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле
(3.19)
где p – величина повышения давления, Па;
V – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до закрытия задвижки, м/с.
Величина повышения давления при непрямом гидравлическом ударе
(3.20)
Задачи
Определить повышение давления в чугунном трубопроводе перед задвижкой после мгновенного автоматического отключения водонапорной башни при пожаре. Расход воды по трубопроводу составляет 40 л/с, диаметр трубопровода 150 мм, скорость распространения ударной волны 1070 м/c.
Решение. Скорость движения до закрытия задвижки
Повышение давления при прямом гидравлическом ударе
Определить необходимую толщину стенок прорезиненного рукава диаметром 77 мм, чтобы напряжение в стенках при мгновенном перекрытии потока воды не превышало = 50105 Па. Скорость распространения ударной волны принять равной а = 200 м/с. Расход воды составляет 15 л/с, начальное давление p0 = 3,0105 Па.
Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в трубопроводе было в 2 раза меньше, чем при мгновенном закрытии. Скорость распространения ударной волны 1000 м/с, длина трубопровода 1000 м.
Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в трубопроводе составляло 25 % от повышения давления при мгновенном закрытии задвижки. Скорость распространения ударной волны 1000 м/с, длина трубопровода 800 м.
Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в стальном трубопроводе длиной 700 м и диаметром 200 мм не превышало 9105 Па. Расход воды составляет 60 л/с. Скорость распространения ударной волны 1180 м/с.
Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в чугунном трубопроводе длинной 500 м и не превышало 6105 Па. Расход воды по трубопроводу диаметром 150 мм составляет 60 л/с.
Определить увеличение давления в рукавной линии длиной 200 м при переломе рукава. Расход воды по рукавной линии диаметром 66 мм составляет 10 л/с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с.
Как изменится увеличение давления в рукавной линии при прямом гидравлическом ударе, если расход воды уменьшится в 2 раза?
Определить увеличение давления в рукавной линии диаметром 51 мм при мгновенном закрытии крана, если расход воды составляет 3,4 л/с. Скорость распространения ударной волны 120 м/с.
Определить величину избыточного давления при гидравлическом ударе в начале магистральной линии длиной 300 м, состоящей из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм при расходе воды в 15 л/с. Время перекрывания воды составляет 5 с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с. Напор в начале рукавной линии составляет 70 м.
Решение. Скорость движения воды в рукавной линии до гидравлического удара
м/с,
фаза гидравлического удара
Так как tЗ t ф, то удар непрямой.
Увеличение давления при непрямом гидравлическом ударе
Избыточное давление в начале рукавной линии
Избыточное давление в начале рукавной линии при гидравлическом ударе
Определить величину избыточного давления при прямом гидравлическом ударе в начале рабочей рукавной линии длиной 60 м, состоящей из прорезиненных рукавов диаметром 51 мм, при расходе воды в 4 л/с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с, давление у разветвления составляет 4105 Па.
На стальном трубопроводе диаметром 200 мм установлена задвижка, время закрытия которой 8,2 с. Определить повышение давления в трубопроводе длиной 5 км, если расход воды по трубопроводу составляет 53 л/с. Скорость распространения ударной волны 1300 м/с.
Определить напряжение в стенке толщиной 10,5 мм стальной трубы диаметром 200 мм при прямом гидравлическом ударе, если до удара вода двигалась со скоростью 1,2 м/с. Скорость распространения ударной волны 1200 м/с. Начальное давление перед задвижкой 6105 Па.