Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

Билет 1

2. Гидравлический удар в трубе. Физическая сущность,

фазы удара, скорость ударной волны. Формула Н.Е. Жу-

ковского. Методы борьбы с гидравлическим ударом.

3 Приборы для измерения давления в жидкости. Типы, область применения, класс точности, погрешность при измерении. Правила выбора манометра.

2)Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждать другие элементы трубопровода.

Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

Гидроударом также часто называют следствие заполнения надпоршневого пространства в поршневом двигателе водой, вследствие чего поршень, не дойдя до мёртвой точки, начинает сжимать жидкость, что приводит к внезапной остановке и поломке мотора (излому шатуна или штока, обрыву шпилек головки цилиндра, разрыву прокладки) из-за того, что жидкость практически несжимаема.

Явление гидравлического удара открыл в 1897—1899 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:

,

где D_p — увеличение давления в Н/м²,

ρ — плотность жидкости в кг/м³,

v₀ и v₁ — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного клапана) в м/с,

с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала E, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.

Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.

• Полный (прямой) гидравлический удар, если t τ

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

• Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

• Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора

• Установка демпфирующих устройств

3). Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

ПРАВИЛА ВЫБОРА МАНОМЕТРА.

Манометры — приборы для измерения давления жидкости или газа. В модульной котельной установке в основном применяют трубчатые и пластинчатые манометры. Механизм, приводящий в движение стрелку прибора манометра, срабатывает от деформации чувствительного элемента. В первом случае это изогнутая глухая трубка, заполняемая средой с замеряемым давлением и выпрямляющаяся тем больше, чем больше давление внутри трубки манометра (перемещение конца трубки, в свою очередь, вызывает через тягу перемещение зубчатого сектора, который отклоняет стрелку манометра). Во втором случае чувствительным элементом манометра является пластина, прогиб которой от давления через шток также передается на зубчатый сектор.

Имеются и другие конструкции манометров для замера давления. Например, чувствительный манометр с индукционным датчиком, преобразующим перемещение конца манометрической трубки в сигнал переменного тока, регистрируемый электрическим прибором со шкалой давления.

При производстве водогрейных котлов, манометры устанавливают в местах, определяемых правилами эксплуатации котлов и сосудов. На паровых котлах манометры должны сообщаться с паровым пространством барабана (корпуса), а при наличии пароперегревателя устанавливаются за ним, но до главного вентиля. На водогрейных котлах ставят два манометра: один из них — на входе, другой — на выходе воды из котла до запорного клапана.

Котлы паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейные котлы теплопроизводительностью более 21 ГДж/ч (5 Гкал/ч), кроме обычных, оснащают регистрирующими (самопишущими) манометрами. К паровому котлу манометр присоединяют через сифонную трубку с водой. Она предохраняет от проникновения пара внутрь чувствительного элемента манометра и его перегрева. Вместо сифонной трубки применяют и другие аналогичные устройства с гидравлическим затвором.

На шкале манометра должна быть красная черта, которая указывает границу предельно допускаемого рабочего давления.

Класс точности манометра К

Образцовый манометр К>0,35

Правило выбора манометра.

1)Чем меньше К-тем точнее манометр

2)Измеряемый параметр должен находиться в последней четверти манометра

Билет 2

2.Поверхностные силы, действующие на жидкость. Понятие давления в жидкости. Основные единицы измерения и их размерность.

3. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Физический смысл каждого члена уравнения и их размерность. Практическое значение уравнения.

Поверхностные (G=m*g(H)=1kg*9.8=9.8H . Поверхностными называются силы, которые действуют на поверхности рассматриваемых элементов. Эти силы подразделяются на нормальные и касательные. К нормальным поверхностным силам относятся, например, внешние силы давления, а к касательным — силы внутреннего треиия. Массовыми называются силы, действие которых на рассматриваемый элемент численно пропорционально массе этого элемента. К массовым силам относятся, например, силы тяжести и силы инерции. Гидромеханическое давление в жидкости, находящейся в состоянии покоя, называется гидростатическим, а в жидкости движущейся — гидродинамическим. Гидромеханическое давление в точке будем называть абсолютным гидромеханическим в отличие от избыточного гидромеханического или вакуума. Избыточным гидромеханическим давлением в точке называется разность между абсолютным и атмосферным давлением.

R/S=P- критерий напряженного состояния жидкости

ДАВЛЕНИЕ-сила,приходящаяся на единицу площади [H/м^2]=[Па]

Давлением в газе (или жидкости) называется величина, равная отношению модуля силыF,действующей по нормали к плоской поверхности, к площади этой поверхностиS:

(1.1)

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 перпендикулярно этой поверхности и называется паскалем (обозначается Па).

Используются также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).

1 кПа=1000 Па; 1 гПа = 100 Па ; 1 Па =0,001 кПа; 1 Па 0,01 гПа

Установленный в XVIIIвеке Б.Паскалем (1623-1662) один из основополагающих законов гидростатики, известный как закон Паскаля,утверждает: если на жидкость (или газ), заключенную в замкнутый сосуд производить давление, то это давление передается по всем направлениям во все точки жидкости (газа) и на любую часть внутренней поверхности сосуда без изменения.

Источник

Гидравлический удар: что это такое и как с этим бороться?

22 ноября 2018

Гидравлический удар представляет собой явление повышения давления жидкости в системе, вызванное крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Чаще всего причинами возникновения гидроудара являются быстрое закрытие или открытие трубопроводной арматуры, а также остановка, пуск или изменение режима работы насосов. Есть и другие причины, но они не столь часты.

Возникновение в трубопроводе гидравлического удара влечет за собой разрушение трубопроводов, арматуры, насосов и оборудования, образование усталостных трещин и загрязнение окружающей среды.

Для вычисления повышения давления при гидроударе используется формула Н.Е. Жуковского:

• ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;
• с — скорость фронта ударной волны м/с;
• ∆v — изменение скорости жидкости при гидравлическом ударе, м/с.

Скорость фронта ударной волны:

• Е_с — модуль упругости жидкости, кгс /см²;
• Е_т — модуль упругости трубопровода, кгс/см²;
• t — толщина стенок трубопровода, м;
• DN — условный диаметр трубопровода, м;

В качестве примера произведем расчет гидроудара. Исходные данные: вода движется со скоростью 2 м/c по стальному трубопроводу с условным диаметром 500 мм с толщиной стенки 12 мм и длиной 3500 м.

Скорость фронта ударной волны

Увеличение давления при гидроударе

Максимально допустимое время реакции клапана

Таким образом, из расчетов можно сделать вывод, что из-за резкого закрытия задвижки возникает гидроудар, в результате которого развивается ударная волна, движущаяся со скоростью почти 1200 м/с, давление в трубопроводе возрастает на 23,7 бар — и все это происходит почти за 2 с.

Для предотвращения гидроудара применяют ряд методов:

• обеспечение плавного открытия или закрытия запорной арматуры;
• увеличение диаметра трубопровода;
• снижение скорости потока среды;
• обеспечение плавного пуска и остановки насосов;
• использование системы защиты от гидравлических ударов;
• удаление газов из трубопроводов.

Указанные методы активно используются производителями оборудования для систем гашения гидроударов.

Наиболее часто возникающая неисправность в системах перекачивания жидкости — включение насоса при закрытой магистральной задвижке. В этом случае давление очень быстро повышается и происходит разрушение или выход из строя составляющих элементов трубопровода. Для предотвращения аварии используется предохранительный клапан на воду, выполняющий аварийный сброс давления, модели «Гранрег» КАТ10/04, КАТ11/04, «Прегран» КПП. Такие клапаны предотвращают повышение давления, которое происходит при запуске насоса, быстром закрытии крана или задвижки или других действиях, приводящих к резкому скачку давления. Клапаны монтируются на отводе от трубопровода, сбрасывая излишнее давление в атмосферу или резервуар. Когда давление превышает безопасный уровень, клапан открывается сразу же. При нормализации давления запорный орган в клапане медленно закрывается.

Вторая частая причина аварий — резкий, незапланированный стоп работающего насоса. При этом в системе сначала возникает разрежение, затем возникает обратный гидроудар. В данном случае помогает установка клапана модели «Гранрег» КАТ10/13 или КАТ11/13. Управление выполняется двумя регуляторами, на которых выставляется нижний и верхний порог срабатывания. Клапан приводится в действие давлением воды в линии. Устанавливается на отводе от трубопровода, после обратного клапана, рядом с насосами. Регулятор срабатывает немедленно, когда давление в трубопроводе падает ниже статического уровня. Когда обратный поток достигает насоса, регулятор уже полностью открыт, поток сбрасывается через него, и всплеск давления ограничивается до безопасной величины. После этого регулятор медленно закрывается, предотвращая опорожнение трубопровода. Клапан также немедленно полностью открывается, когда давление превышает безопасный уровень, и медленно закрывается при падении давления в сети до нормального уровня.

Использование предохранительных клапанов позволяет увеличить сроки безаварийной работы трубопроводов за счет исключения возникновения гидроударов и сброса давления в системе при его повышении до критических значений. Использование коррозионностойких материалов для изготовления корпуса, запорного элемента и уплотнений также способствует увеличению срока службы.

Из характерных достоинств, которыми отличаются предохранительные клапана можно отметить:

• простую и надежную конструкцию;
• простоту монтажа и обслуживания оборудования;
• низкие значения местных сопротивлений;
• высокую пропускную способность.

Для обеспечения плавного пуска и остановки насосов в современных системах используются специальные клапаны с пилотным управлением для управления насосами — «Гранрег» КАТ10/11, 10/12, 11/11, 11/12. Принцип действия таких клапанов достаточно прост. Управление работой подобного оборудования осуществляется при помощи электрических сигналов.

При пуске насоса клапан плавно приоткрывается. Останов вызывает плавное закрытие.

Существуют специальные опции для подобных клапанов, которые позволяют увеличить время открытия/закрытия клапана, обеспечивая таким образом плавное регулирование внутрисетевого давления.

Еще одной из причин возникновения гидроударов в трубопроводе могут служить воздушные пробки. Для удаления газов из трубопроводов используются воздушные клапаны (воздухоотводчики). Воздушные клапаны эффективны и важны для предотвращения возникновения давления ниже атмосферного в трубопроводах. Стандартный автоматический воздушный клапан отводит газы из системы, образующиеся в процессе ее работы. Кроме того, следует понимать, что если у потока воды при движении по трубопроводу не возникает никаких преград, то скорость потока достигает большого значения. И если воздушный клапан неожиданно закроется, это приведет к мгновенной остановке водного потока. Внезапная остановка водяного потока превратит кинетическую энергию в энергетическое давление, что может вызвать гидроудар.

Воздушный клапан с функцией защиты от гидроудара серии «Гранрег» КАТ50–53 позволит предотвратить данный эффект.

Благодаря ограничению скорости потока воздуха, между потоком воды и непосредственно воздушным клапаном будет создаваться воздушная подушка, которая замедлит поток воды и предотвратит развитие гидроудара.

Способы борьбы с гидроударами не ограничиваются применением оборудования, рассматриваемого в данной статье. Для того, чтобы корректно подобрать оборудование, смодулировать систему и определить, в каких точках может возникнуть гидроудар, необходимо тщательно проанализировать состав системы, а так же режимы ее работы. В случае возникновения вопросов по подбору регулирующей арматуры просьба обращаться к инженерам отдела регулирующей арматуры компании АДЛ.

Источник