Ciocan de apa

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 1 iulie 2019; verificările necesită 3 modificări .

Ciocanul de berbec (ciocanul de berbec) - un salt de presiune în orice sistem umplut cu lichid , cauzat de o schimbare rapidă a debitului acestui lichid. Poate apărea din cauza închiderii sau deschiderii bruște a supapei. În primul caz, ciocanul de ariete se numește pozitiv, în al doilea - negativ. ciocanul de ariete pozitiv este deosebit de periculos. Cu ciocanul de ariete pozitiv, un fluid incompresibil trebuie considerat compresibil. Lovitura de berbec poate provoca formarea de fisuri longitudinale în conducte , ceea ce poate duce la despicarea acestora sau deteriorarea altor elemente ale conductei . De asemenea, ciocănirea de ariete este extrem de periculos pentru alte echipamente, precumschimbatoare de caldura , pompe si recipiente sub presiune .

Lovitura de ariete este numită greșit o consecinta a umplerii spatiului peste piston dintr-un motor cu piston cu lichid, ca urmare a caruia pistonul, inainte de a ajunge in punctul mort, incepe sa comprima lichidul, ceea ce duce la o oprire brusca si defectarea motorului (ruperea bielei sau a tijei, spargerea știfturilor chiulasei, ruperea garniturii); Acest fenomen se numește „introducerea unui obiect incompresibil în volumul de lucru al motorului”, de regulă, nu contează dacă a fost un corp lichid sau solid - deteriorarea motorului este foarte semnificativă în orice caz.

Informații generale

Fenomenul de șoc hidraulic a fost descris cantitativ în 1897-1899 de către N. E. Jukovski . Creșterea presiunii în timpul șocului hidraulic este determinată în conformitate cu teoria sa prin formula:

$D_{p}=\rho (v_{0}-v_{1})c$ ,

unde este creșterea presiunii în N / m² , $D_{p}$

\rho

este densitatea lichidului în kg / m³ ,

v_{0}

și - viteze medii în conductă înainte și după închiderea supapei ( ropa de închidere ) în m / s ,

v_{1}

c este viteza de propagare a undelor de șoc de -a lungul conductei.

Această formulă poate fi obținută pe baza legii de conservare a impulsului [1] : , unde este secțiunea transversală a conductei. $D_{p}St=\rho S(v_{0}-v_{1})ct$ $S$

Jukovski a demonstrat că viteza de propagare a undei de șoc c este direct proporțională cu compresibilitatea lichidului, cu deformarea pereților conductei, determinată de modulul de elasticitate al materialului E din care este realizată, precum și cu diametrul conductei.

Prin urmare, lovitura de ariete nu poate apărea într-o conductă care conține gaz , deoarece gazul este ușor de compresibil.

Relația dintre viteza undei de șoc c , lungimea acesteia și timpul de propagare ( L și respectiv) este exprimată prin următoarea formulă: $\tau$

$c=2L/\tau$

Tipuri de șocuri hidraulice

În funcție de timpul de propagare a undei de șoc și timpul de închidere a supapei (sau a altor supape de închidere ) t , care a dus la un ciocan de berbec, se pot distinge 2 tipuri de șocuri: $\tau$

Lovitură de ariete plină ( directă ) dacă t < $\tau$

Lovitură de ariete incompletă ( indirectă ) dacă t > $\tau$

Cu un șoc hidraulic complet , partea din față a undei de șoc rezultată se mișcă în direcția opusă direcției inițiale de mișcare a fluidului în conductă. Direcția sa ulterioară de mișcare depinde de elementele conductei situate înaintea supapei închise. De asemenea, este posibil să treceți în mod repetat frontul de undă în direcțiile înainte și înapoi.

Cu un ciocan de ariete incomplet, frontul undei de șoc nu numai că își schimbă direcția mișcării spre opus, dar trece și parțial mai departe prin supapa care nu este complet închisă.

Calcul loviturii de apă

Lovitura de ariete directă apare atunci când timpul de închidere a supapei t3 este mai mic decât faza de șoc T, determinată de formula:

$T={\frac {2l}{Cu}}$

Aici - lungimea conductei de la punctul de impact până la secțiunea în care se menține presiunea constantă, - viteza de propagare a undei de șoc în conductă este determinată de formula lui N. E. Zhukovsky, m / s: $l$ $Cu$

$Cu={\sqrt {{\frac {E}{p)))){\frac {1}{{\sqrt {1+{\frac {E}{Etr}}{\frac {D}{h} }k}}}}$

unde este modulul de elasticitate în vrac al lichidului, este densitatea lichidului, este viteza sunetului în lichid, este modulul de elasticitate al materialului peretelui conductei, este diametrul conductei, este grosimea peretelui conductei. $E$ $p$ ${\sqrt {{\frac {E}{p))))$ $Etr$ $D$ $h$

Pentru apă, raportul depinde de materialul țevii și poate fi acceptat; pentru oțel - 0,01; fontă - 0,02; beton armat - 0,1-0,14; azbociment - 0,11; polietilenă - 1-1,45 ${\frac {E}{Etr}}$

Se aplică coeficientul pentru conductele cu pereți subțiri (oțel, fontă, a/c, polietilenă) egal cu 1. Pentru beton armat $k$

$k={\frac {1}{1+9,5a}}$ ,

$a={\frac {f}{h}}$ coeficientul de armătură cu armătură inelară ( este aria secțiunii transversale a armăturii inelare la 1 m din lungimea peretelui conductei). De obicei a = 0,015–0,05. $f$

Creșterea presiunii în timpul șocului hidraulic direct este determinată de formula:

$P=pCuVo$

unde este viteza apei în conductă înainte de închiderea supapei. $Vo$

Dacă timpul de închidere al supapei este mai mare decât faza de impact (t3>T), un astfel de impact se numește indirect. În acest caz, presiunea suplimentară poate fi determinată prin formula:

$P={\frac {2pVol}{t3}}$

Rezultatul impactului este exprimat și prin mărimea creșterii presiunii H, care este egală cu:

cu impact direct $H={\frac {CuVo}{g))$

cu indirect $H={\frac {2Vol}{gt3}}$

Modalități de prevenire a apariției șocurilor hidraulice

Pe baza formulei Jukovski (care determină creșterea presiunii în timpul șocului hidraulic) și a valorilor de care depinde viteza de propagare a undei de șoc, pentru a slăbi forța acestui fenomen sau a o preveni complet, se este posibilă reducerea vitezei de mișcare a lichidului în conductă prin creșterea diametrului acestuia.
Pentru a slăbi puterea acestui fenomen, măriți timpul de închidere a obturatorului
Instalarea dispozitivelor de amortizare

Exemple

Cel mai simplu exemplu de apariție a loviturii de berbec este un exemplu de conductă cu presiune constantă și mișcare constantă a fluidului, în care supapa a fost închisă brusc sau supapa a fost închisă .

În sistemele de apă din fundul puțului , ciocanul de berbec apare de obicei atunci când supapa de reținere cea mai apropiată de pompă este la mai mult de 9 metri deasupra nivelului static al apei sau are scurgeri, în timp ce următoarea supapă de reținere de mai sus menține presiunea.

În ambele cazuri, are loc un vid parțial în montant . Data viitoare când pompa este pornită, apa care curge cu o viteză foarte mare umple vidul și se ciocnește în conductă cu supapa de reținere închisă și coloana de lichid de deasupra acesteia, provocând o creștere a presiunii și un ciocan de berbec. Un astfel de ciocan de berbec poate provoca fisuri în țevi , poate rupe conexiunile țevilor și poate deteriora pompa și/sau motorul .

Lovitura de berbec poate apărea în sistemele hidraulice cu deplasare pozitivă care utilizează o supapă cu bobină . În momentul în care unul dintre canalele prin care este pompat lichidul este blocat de bobină, acest canal se dovedește a fi blocat pentru scurt timp, ceea ce atrage după sine apariția fenomenelor descrise mai sus.

În timpul unei furtuni pe mare, valurile care lovesc peretele terasamentului provoacă stropi cu o înălțime de zece ori mai mare decât înălțimea valurilor de pe mare [2] .

Vezi și

Note

↑ Butikov, 1994 , p. 359.
↑ Butikov, 1994 , p. 360.

Literatură

Butikov E. I., Kondratiev A. S. Fizica. Cartea 1. Mecanica. — M .: Nauka, 1994. — 367 p.

Surse

„Elementele de bază ale hidraulicii și aerodinamicii”, Kalitsun V. I., Drozdov E. V., Komarov A. S., Chizhik K. I., „Stroyizdat”, 2002
„Culegere de probleme în hidraulică”, ed. V. A. Bolshakova, 1979. 336 p.