Тема 1.5 Трубопроводы и рукава

Колебания давления в трубопроводах, гидравлический удар: сущность и опасность гидроударов. Средства защиты от гидроударов –гидроамортизаторы: конструкция, принцип работы, техническая характеристика.

План:

1. Колебание давления в трубопроводах, гидроудар, влияние гидроудара на работу трубопроводов, оборудования.

2. Конструкция, работа, техническая характеристика гидроамортизаторов ГА-2, ГА-27, ГА-45.

1. Различают периодические и непериодические колебания давления в трубопроводах, они вызывают упругие и пластические деформации трубопроводов одновременно в продольных и поперечных сечениях, это может быть причиной усталостных (напряжения) разрушений.

Наиболее опасные тангенциальные напряжения, возникают при овальности трубопроводов, которая всегда имеется в местах изгиба труб. Большое влияние на усталостную прочность оказывают коррозионные повреждения поверхности, дефекты структуры материала труб, риски и шероховатости на внутренней поверхности, где создаются очаги концентрации напряжений, способствующие развитию усталостных трещин.

Периодические колебания возникают при работе шестеренчатых и плунжерных насосов, частота колебаний определяется из зависимости

ὼ=(n*Kн)/60

Где ὼ - частота колебаний, Гц;

n – частота вращений вала насос, об/мин;

Kн – часло зубьев или плунжеров насоса.

Величина амплитуды колебаний оценивается отношением

А=(ΔР/Рраб)*100%

Где А – величина амплитуды колебаний;

ΔР=Рмах-Рмин – разность между максимальным и минимальным давлением, Па;

Рраб – среднее рабочее давление.

Частота колебаний у серийно изготавливаемых шестеренчатых насосов достигает 1000 Гц, у плунжерных насосов 1500 Гц, а величина амплитуды колебаний достигает 35%. Если несколько насосов работают на одну сеть, то амплитуды забросов давлений могут складываться и достигать более высоких значений, что может вызвать разрушающее воздействие.

Центробежные насосы обеспечивают плавную подачу и при нормальных условиях работы и правильной эксплуатации не создают колебания давления в трубопроводных магистралях. Однако в случае остановка, например, при прекращении подачи электроэнергии, в напорном трубопроводе возникает гидравлический удар. Он может возникать также при быстром закрытии или открытии различных запорных приспособлений.

Под гидравлическим ударом понимают резкое увеличение давления в трубопроводе вследствие внезапного изменение скорости движения жидкости. Особенно опасен гидроудар в длинных трубопроводов, в которых движется значительное масса жидкости с большой скоростью. В этих случаях забросы давления могут достигать четырёхкратной величины рабочего давления системы. Если не принять соответствующих предупредительных мер, гидравлический удар может привести к повреждению места соединения труб, разрыву стыков трубопроводов, поломки насоса, разрушению арматуры и оборудования.

Физическую картину возникновения гидроудара можно себе представить следующим образом. Если мгновенно перекрыть трубу, по которой течёт жидкость из резервуара, то движение в этом месте прекратится, а кинетическая энергия перейдёт в работу стенок трубы и жидкости. При этом стенки трубы растягиваются, а жидкость сжимается вследствие повышения давления. На заторможенные частицы набегают и останавливаются последующие частицы жидкости, в результате чего сечение, в котором происходит полное торможение, перемещается навстречу потоку со скоростью, называемый скоростью ударной волны. Таким образом, когда в трубе у резервуара остановится последние сечение жидкости трубопровод будет растянут, а жидкость сжата. Но так как в этот момент давление в трубопроводе будет больше чем в резервуаре, то жидкость придёт в движении в обратном направлении к резервуару. Потенциальная энергия деформации стенок трубы и сжатый жидкости переходит в кинетическую энергию. Жидкость стремится оторваться от заслонки, перекрывающий трубопровод, поэтому здесь возникает снижение давления, передающие от слоя к слою по направлению к заслонке со скоростью ударной волной. Когда давление сжимается во всём трубопроводе, жидкость останавливается и снова движется к заслонке, вновь произойдёт гидроудар. Однако он будет характеризоваться меньшим повышением давлением, чем при первоначальном гидроударе. Затем цикл совершается снова и снова, но процесс постепенно начнёт затухать из-за потери энергии вследствие трения жидкости и рассеивания энергии в резервуаре.

Данный процесс происходит чрезвычайно быстро, так как скорость распространения ударный волны велика, порядка 1000-1400 м/с (для ТС-1 1160 м/с).

Наибольший величина забросу давление фиксируется в момент перекрытия заслонки. Гидравлический удар наблюдается и за заслонкой, только колебания давления начинается с резкого его падения.

Снизить величину гидравлического удара можно либо увеличивая время переключение распределителя, либо устанавливая в магистраль специальные конструкции - гасители удара, которые могут быть пневмагидравлические амортизаторы, клапаны сброса давления, дроссели.

2. Наибольшее распространение для гашения величины гидроудара получили пневмогидравлические гидроамортизаторы ГА-2, ГА-27, ГА-45, их зарубежные аналоги. Они устанавливаются на трубопроводах в непосредственной близости от возможных источников возникновения гидроударов. Между амортизатором и трубопроводом или коллектором монтируются задвижки, позволяющие производить замену гидроамортизаторов без слива топлива из сети.

1. корпус