Явление гидравлического удара в трубах

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБАХ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН

 

Учебное пособие по лабораторным работам

 

 

Харьков «ХАИ» – 2007 г.

 

УДК 532(076.5)

Гидравлический удар в трубах. Гидравлический таран / В.Н. Шкурко, В.А. Грищенко, А.В. Михайловский. – Учебное пособие по лабораторным работам. – Х.: ХАИ, 2007. – 23 с.

 

Для каждой лабораторной работы приведены теоретический материал, схемы лабораторных установок и указания к проведению и обработке результатов эксперимента.

 

Для студентов дневной и заочной форм обучения, изучающих общий курс гидравлики.

 

 

Ил. 9.Табл. 2. Библиогр.: 8 назв.

 

 

Рецензенты: канд. техн. наук, проф. О.В. Потетенко,

              канд. техн. наук, доцент, В.Г. Лебедь

 

 

© Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт», 2007 г.

 

Содержание

Лабораторная работа Гидроудар.............................................................3

Лабораторная работа Гидравлический таран.......................................15

Библиографический список…………………………………………………22

 

Лабораторная работа № 1

 

ЯВЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА В ТРУБАХ

 

Впервые явление гидравлического удара экспериментально и теоретически было изучено известным русским ученым профессором Н.Е. Жуковским, который в 1898 г. создал теорию гидравлического удара. Эта теория не только не устарела, но является основой всех исследований в данной области в современное время.

Гидравлический удар - это колебательный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с жидкостью при внезапном изменении ее скорости или давления. Этот процесс характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления за малый промежуток времени. В основном гидравлический удар возникает вследствие быстрого закрытия крана или другого устройства управления потоком. Если перекрыть трубопровод 1 (рис. 1), по которому движется жидкость, при помощи быстродействующего крана 2, то в трубопроводе произойдет внезапная остановка текущей по нему жидкости, что вызовет повышение давления.

 

 

 

Рис. 1

 

Остановка текущей жидкости и повышение давления будет распространяться последовательно по всему трубопроводу 1 в сторону расходного бака 3. В момент, когда ударная волна достигнет бака, жидкость, находящаяся в трубопроводе, остановится. В ней установится повышенное давление на величину , которое распространяется на всю длину трубопровода. Повышение давления вызывает сжатие жидкости и увеличение диаметра трубы. Так как емкость бака, к которому присоединен трубопровод, велика, явление удара не распространится на жидкость, находящуюся в баке. Поэтому состояние жидкости в момент достижения ударной волной бака не является равновесным. Жидкость, находящаяся в трубопроводе в сжатом состоянии, начнет перемещаться от крана к баку. В трубопроводе возникнет спад давления, распространяющийся в сторону крана. Понижение давления, передающееся от слоя к слою и распространяющееся по направлению к крану, называется отраженной (обратной) ударной волной. Когда фронт понижения давления достигнет закрытого крана, давление во всем трубопроводе станет равным начальному. Жидкость в трубе приобретает первоначальную скорость, но направленную в противоположную сторону. Жидкость в трубопроводе стремится оторваться от крана в сторону бака, вследствие чего возникает отрицательная ударная волна. Очевидно, как только отраженная от бака ударная волна достигнет крана, возникает ситуация, уже имевшая место в момент закрытия и весь цикл гидравлического удара повторится снова. Время пробега прямой и обратной (отраженной) ударных волн составляет длительность фазы гидравлического удара.

Скорость распространения фронта повышения и понижения давления (ударной волны) в цилиндрической трубе с постоянной толщиной стенки при однородности жидкости и материала трубопровода будет одинакова и постоянна. Такой процесс наблюдался бы при абсолютной упругости жидкости и стенок трубопровода.

В действительности же имеет место рассеивание энергии за счет колебательного движения жидкости и деформации трубы, поэтому такой процесс - затухающий.

Явление гидравлического удара особенно опасно в длинных трубопроводах, где движутся значительные массы жидкости с большими скоростями. Если при этом не принять соответствующих предупредительных мер, гидравлический удар может привести к разрушению трубопровода. Гидравлический удар может возникать в результате таких причин, влиять на которые не представляется возможным. Так, например, внезапное прекращение подачи энергии к насосам, включенным в систему напорных водопроводов, вызывает гидравлический удар, т.к. после внезапной остановки насоса давление в водопроводе резко падает по сравнению с рабочим, а затем быстро повышается до величины ударного.

В настоящее время применяются специальные клапаны-гасители гидравлических ударов (предохранительные), которые автоматически открываются при повышении или понижении давления против нормального и сбрасывают часть рабочей жидкости из трубопровода, тем самым снижая давление.

Во время работы топливной, гидравлической и масляной систем самолета иногда происходит явление гидроудара.

Так, например, при запуске указанных систем, а также во время работы механизации, выпуска – уборки шасси и т.д. происходит резкое повышение давления рабочей жидкости в трубопроводах. Во время аварийной посадки самолета, аварийного слива топлива пилот клапаном отсечки топлива (ЭМК, поз. 10, рис. 5) мгновенно прерывает подачу топлива в двигатель, в результате чего давление топлива в трубопроводе повышается. Во время всех вышеописанных процессов происходит гидроудар. Чтобы это явление не привело к разрушению систем, устанавливаются предохранительные клапаны и гидроаккумуляторы (поз. 7, рис. 5), которые как раз и служат для гашения скачков давления в трубопроводах.

Наряду с отрицательными свойствами, гидроудар имеет и положительные (явление - гидротаран), когда в результате циклического гидроудара происходит подача жидкости вверх по трубе без применения насосов.