Гидравлический удар представляет собой колебательный процесс возникающий в упругом трубопроводе с мало сжимаемой жидкостью при внезапном изменении её скорости или давления.

Этот процесс является очень быстротечным и характеризует, чередованием резких повышений и понижений давления. Изменение давления при этом связанно также с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода.

Гидроудар возникает при быстром закрытии запорной арматуры (кран, задвижка), внезапной остановки насоса.

Особенно опасен гидроудар в длинных трубопроводах, в которых движутся значительные массы жидкости с большими скоростями. Гидроудар может привести к повреждению мест соединений трубопроводов (стыков, фланцем, раструбов), разрыву стенок трубы, поломке насосов и других агрегатов гидросистемы.

Теоретическое и экспериментальное исследование гидроудара в трубах было впервые выполнено профессором Н.Е. Жуковским изложено в его работе «О гидравлическом уларе», вышедшей в 1899 г.

Процесс возникновения и развития гидроудара происходит следующим образом. Пусть в круглой трубе движется жидкость со скорость V₀ под действием давления Р₀ из резервуара через кран.

При мгновенном закрытии крана, жидкость непосредственно столкнувшаяся с заслонкой мгновенно останавливается (V=0). а давление в ней повышается на величину ∆P; (P₀+∆P) вследствие перехода кинетической энергии движения в потенциальную энергию давления. Процесс остановки жидкости и повышения давления в ней распространяемся от заслонки обратно к резервуару со скоростью «а», которую называют скоростью ударной волны. Ударной волной называют переходную область. В которой давление изменяется на величину ∆P.

Когда ударная волна добежит до резервуара, жидкое и, окажется остановленной и сжатой во всей трубе, а стенки трубы - растянутыми ударным повышением давления ∆ Р, распространившимся на всю трубу.

Такое состояние не будет равновесным. Под действием избыточного давления ∆Р жидкость устремится из трубы в резервуар, и движение начнется с сечения на входе в резервуар - n - n. Сечение n-n побежит обратно к крану со скоростью «а», оставляя за собой выровненное давление P₀ .

Жидкость и стенки трубы, являясь совершенно упругими, возвращаются к прежнему состоянию, соответствующему давлению Р ₀. Работа деформаций полностью переходит обратно в кинетическую энергию, и жидкость в трубе снова движется со скоростью V₀, но в сторону резервуара.

С этой скоростью V₀жидкая колонна стремится оторваться от крана вследствие чего у крана возникает разряжение, которое распространяется от крана к резервуару со скоростью «а». То есть возникает отрицательная ударная волна -∆P_уд, которая вызывает за собой понижение давления: Р₀-∆Р, и сжатие стенок трубы. Кинетическая энергия жидкости переходит в работу деформаций, но противоположного знака

Очевидно, что как только отраженная от резервуара ударная волна - ∆Р_ударн. Достигнет крана, возникнет ситуация, уже имевшая место в момент закрывания крана, весь цикл гидравлического удара повторится снова.

В опытах Н.Е. Жуковского было зарегистрировано по 12 полных циклов: постепенным уменьшением «∆Р_ударн» в следствии трения и ухода энергии в резервуар.

Протекание гидравлического удара по времени иллюстрируется диаграммой

Сифон.

Сифоном называется такой простой самотечный трубопровод, част которого расположена выше питающего его резервуара (рис. 137)

Жидкость движется по сифону за счет разности уровней Н, сначала поднимаясь на высоту Н₁от свободной поверхности с атмосферным давлением, а затем спускаясь на высоту Н₂, тоже с атмосферным давлением Р_А.

Особенностью сифона является то, что давление жидкости по всей его восходящей лини и части нисходящей меньше атмосферного.

Для того, чтобы сифон начат подавать жидкость, необходимо весь его объем заполнить жидкостью предварительным погружением его в жидкость или отсосом воздуха из нижнего конца (для коротких труб).

Если же сифон выполняется в виде стационарного металлического трубопровода, то необходимо в его верхней точке установить кран для отсоса

воздуха, который можно отсасывать любым объемным насосом или эжектором.

трубопровода зависимость от Q_M по приведенным выше уравнениям, а затем выполним их сложение так же, как складываются характеристики параллельно соединенных труб, т.е. складывая абсциссы (Q) при одинаковых координатах (Н_м= ). Полученная кривая с изломами АВСD (рис 143)

представляет собой кривую потребного напора для разветвленного трубопровода, которая позволяет определять значения расходов по давлению Р_м, или наоборот.

При обратном направлении потоков в трубах, т.е. от резервуаров 1,2 и 3 к сечению М-М, в предыдущих уравнениях потери напора меняют знаки на обратные и, следовательно, при построении кривых откладываются вниз. Считая расход жидкости, направленный от резервуаров 1,2 и 3 к сечению М-М, отрицательным, выполним построение, аналогичное предыдущему, но по левую сторону оси ординат. Кривая с изломами A`B`C`D` представляет собой кривую потребного напора в сечении М-М в

функции суммарного отрицательного расхода Q_м. на рис. 143 на схеме трубопроводов в сечениях 1,2 и 3 для наглядности показаны открытые резервуары с уровнями жидкости , а в сечении М-М - пьезометр.

В случае, когда обратные клапаны в трубопроводах отсутствуют, и течение в них может быть как в одном, так и в другом направлениях, построение

суммарной кривой, т.е сложение абсцисс при одинаковых ординатах, должно производиться с учетом знаков расходов Q₁,Q₂ и Q₃.

Вместо двух кривых получается единая кривая D'С'ЕСО, связывающая между собой расход Q_m и напор H_m и позволяющая определить, например, расходы Q_m,Q1,Q2,и Q3 с учетом знаков при заданном H_m или решать другие задачи. В частном случае при Q_m =0,в точке Е, мы получаем ответ на так называемую задачу о трехрезервуарах, когда питание осуществляется из двух других или двух резервуаров- из одного.

Расчет сложных трубопроводов как самотечных, так и питаемых насосом обычно производят графоаналитическим способом, т.е. с применением кривых потребного напора.

Расчет и построение этих кривых для сложного трубопровода в общем

случае выполняются следующим образом:

Сложный трубопровод разбивается на ряд простых. Рассчитывается каждый из этих простых трубопроводов и строятся кривые ,так как было описано выше. Затем производится сложение этих кривых для параллельно соединенных участков или элементов разветвленного трубопровода по правилам, изложенным в пункте 49.Т.0. получается кривая потребного напора для параллельного соединения (данного или нескольких) или разветвленного трубопровода. Далее выполняется сложнее полученной кривой с кривыми для последовательного соединения участков в соответствии с формулами 11.5.

Такой порядок построения кривой потребного напора для любого

сложного трубопровода как при турбулентном так и при ламинарном режиме

течения.

В том случае, когда , вместо кривых потребного напорасостоят характеристики трубопроводов.

 

Поурочный план урока №19

Дисциплина: «Гидравлика».

 

Группы: 311, 312, 313, 314, 315, 316, 413 У.

 

Тема урока:

«Структурная схема гидропривода».

Цель занятия:

ü Развивающая: организовать деятельность студентов по восприятию,

осмыслению и первичному запоминанию новых знаний и способов действий.

ü Дидактическая: обеспечить устойчивые знания о схемах гидроприводов.

 

Тип урока: урок изучения и закрепления новых знаний.

 

Вид урока: лекция.

 

Оснащение урока: плакаты, наглядные пособия, каталоги оборудования,

 

Ход урока:

ü Организация начала урока –2-3 мин.

ü Проверка выполнения домашнего задания, повторение, учёт знаний студентов –20-25 мин.

ü Актуализация знаний – 3-5 мин.

ü Объяснение нового материала –45-50 мин.

ü Закрепление нового материала –10-12 мин.

Задание на дом: