2 Сифон

Сифоном называется самотечный трубопровод, часть которого находится выше уровня жидкости в сосуде (рисунок 3), откуда она подается. Движение жидкости из сосуда А в сосуд В происходит вследствие разности уровней Н.

Рисунок 3

В сечении 2-2, соответствующем наивысшей точке сифона, создается вакуум, обеспечивающий подъем жидкости над плоскостью 0-0 и, следовательно, способствующий движению жидкости в сифоне. Чтобы последний начал работать, необходимо из него удалить воздух, т.е. создать разрежение. Для этого или отсасывают воздух из верхней части сифона, или заполняют трубу извне перекачиваемой жидкостью.

Расчетом обычно определяют пропускную способность сифона и предельное значение высоты £. Поскольку сифон является коротким трубопроводом, его пропускная способность может быть определена по формуле:

, (31)

где: Q – расход жидкости, м³/с;

ц – коэффициент расхода;

S – площадь поперечного сечения, м²;

Н – разность уровней в сосудах, м.

Из уравнения Д.Бернулли, составленного для сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости сравнения 0-0, совпадающей с поверхностью жидкости в сосуде А, находится высота £.:

, (32)

Минимально допустимое давление р₂ зависит от температуры жидкости и для нормальной работы сифона необходимо, чтобы это давление было больше давления насыщения паров жидкости, (p_s=4,24^-10³ МПа при t=30°C), в противном случае в сифоне возникает кавитация.

При инженерных расчетах давление р₂ назначают с запасом на 20-30 кПа больше давления p_s, чтобы обеспечить нормальную работу сифона. Следовательно, высоту £ следует принимать такой, чтобы высота h_BaK не превышала 7 м.

3 Гидравлический удар в трубах

Под гидравлическим ударом понимают резкое увеличение давления в трубопроводах при внезапной остановке движущейся в них жидкости. Гидравлический удар может иметь место, например, при быстром закрытии различных запорных приспособлений, устанавливаемых на трубопроводах (задвижка, кран), внезапной остановке насосов, перекачивающих жидкость, аварии на трубопроводе (разрыв, нарушение стыка) и других причин. Особенно опасен гидравлический удар в длинных трубопроводах, в которых движутся значительные массы жидкости с большими скоростями, в связи с чем в движущейся жидкости появляются силы инерции, которые и вызывают резкое и значительное повышение давления. В этих случаях, если не принять соответствующих предупредительных мер, гидравлический удар может привести к повреждению мест соединений отдельных труб (стыки, фланцы, раструбы), разрыву стенок трубопровода, поломке насосов и т.д.

Впервые гидравлический удар в трубах был изучен Н.Е.Жуковским, который в 1898 г. дал теоретическое обоснование этого явления и предложил метод его расчета. Формула Н.Е.Жуковского имеет вид:

, (33)

Где: Ар – ударное давление, Н/м²;

р – плотность жидкости, кг/м³;

О – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

с – скорость распространения ударной волны, которая в обычных условиях приближенно принимается в равной 1200 м/с для стальных труб и 1000 м/с - для чугунных.

Задачи

1. Определить повышение давления Ар, возникающее при внезапном закрытии задвижки на водопроводной трубе, ели скорость движения воды 1 м/с. Скорость распространения ударной волы с принять равной 1000 м/с.

2. Определить мгновенное повышение давления в трубе при гидравлическом ударе, если внутренний диаметр ее с!=200мм, а расход воды Q=200 м³/ч. Скорость распространения ударной волны с=1200 м/с.

3. Определить минимальное время закрытия задвижки на трубопроводе длиной €=500 м при скорости воды О =2 м/с, если допустимое повышение давления не должно превышать 0,5 МПа.