8.11.3 Определение повышения давления при гидравлическом ударе

Фазой гидравлического удара называется время распространения ударной волны от задвижки (места остановки жидкости) до резервуара и обратно:

; (106)

Обозначим t_з – время закрытия задвижки.

Если t_з ≤ t₀, то гидравлический удар называется полным: повышение давления при полном гидравлическом ударе определяется по формуле:

ΔР = ρυс (107)

Если t_з> t₀, то гидравлический удар называется неполным: повышение давления при неполном гидравлическом ударе определяется по формуле:

(108)

8.11.4 Меры, предотвращающие возникновение гидравлического удара

Так как гидравлический удар – это отрицательное явление, приводящее к разрывам трубопроводов, то с ним нужно бороться.

Меры, предотвращающие возникновение гидравлического удара следующие:

1. Медленное закрытие задвижки, при t_з →∞ ΔР → 0;

2. Не допускать высоких скоростей жидкости в трубах.

3. Установка на трубопроводах специальных клапанов – гасителей гидравлического удара – предохранительных клапанов, которые в случае возникновения гидравлического удара открываются, часть жидкости уходит на слив, давление не повышается рис. 81.

Рис.81 – Устройство, предохраняющее трубопровод

от гидравлического удара

8.11.5 Использование гидравлического удара

Несмотря на то, что гидравлический удар – отрицательное явление, приводящее к порывам трубопроводов, еще задолго до его открытия, с 1696 г., его начали использовать в полезных для человека целях, в водоподъемниках – гидравлических таранах (рис. 82).

Рис. 82 – Схема гидравлического тарана

Вода по питающему трубопроводу 5 под малым напором h поступает в таран в количестве Q и через клапан вестовой клапан 4 частично изливается наружу. При достижении некоторой скорости клапан захватывается потоком воды и захлопывается, течение резко останавливается и возникает ударное повышение давления. Под воздействием этого давления открывается клапан 6, и вода поступает в воздушный колпак 3, сжимая имеющийся там воздух. Повышенное давление воздуха обеспечивает непрерывное течение воды в бачок 2 по напорному трубопроводу. Когда наступает фаза понижения давления, клапан 6 закрывается, а клапан 4 вновь открывает сброс воды, и все явление повторяется. Частота ударов клапана 4 обычно около 100 в минуту.

КПД тарана η не более 0,35 – 0,5, но ввиду использования фактически даровой энергии тараны выгодны.

8.12 Равномерное движение жидкости в открытых руслах

Движение жидкости в открытых руслах, а также в трубах, частично заполненных жидкостью, характеризуется наличием у потока свободной поверхности, давление на которую равно атмосферному.

Воспользуемся формулой Дарси-Вейсбаха

(109)

Для потоков некруглого живого сечения принимается:

d = d_ЭКВ = 4R.

Тогда формула (109):

(110)

Из формулы (110) средняя скорость потока

(111)

Обозначим коэффициент Шези и учтём, что гидравлический уклон, тогда формула (111) примет вид

(112)

По формуле (112) определяется средняя скорость равномерного потока жидкости в открытых руслах.

Расход жидкости в равномерном потоке жидкости в открытых руслах

(113)

(36), (113) — формулы Шези для определения скорости и расхода в безнапорных открытых руслах соответственно.