Порядок проведения работы

1. Заполнить расходный бак 2 водой и поддерживать в нем

постоянный уровень.

2. Открыть поочередно заглушки, закрывающие насадки

(коноидальный, конический расходящийся, внешний цилиндри-

ческий, внутренний цилиндрический) и подставив под струю

мерный бачок, измерить время, за которое в мерный бочок выль-

ется 5л.

3. Определить величину вакуума во внешней цилиндриче-

ской насадке, зажим при этом следует отпустить. Повторность

трехкратная.

4. Для наблюдения «срыва вакуума» вакуумметр следует

извлечь из сосуда.

При проведении опытов обратить внимание на форму, харак-

тер, дальность отлета струи, вытекающей из различных насадок

при нормальной их работе, а также при срыве вакуума.

Запись опытных данных

Обработка опытных данных

Коэффициент расхода и определяется по формуле:

Учитывая, что для вышеуказанных насадок µ = φ, коэффи-

циент потери ε, определить:

7.6. Контрольные вопросы

1. Какие насадки вы знаете?

2. Почему расход жидкости через насадки больше, чем через

отверстие того же диаметра?

3. Для каких целей применяется конический расходящийся на-

садок и конический сходящийся насадок?

4. Где скорость струи больше у внешнего цилиндрического на-

садка или отверстия?

РАБОТА 8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБАХ

Цель работы –ознакомление и четкое уяснение физической

сущности явления гидравлического удара в трубопроводах: - изу-

чение устройства и работы гидротарана.

Теоретические положения

При резком возмущении потока жидкости (быстрое закрытие

или открытие вентилей кранов и т.п.), которая движется по тру-

бопроводу, в системе возникает значительное повышение давле-

ния – гидравлический удар, который распространяется по трубо-

проводу в виде упругой волны с некоторой скоростью с.

Впервые теория гидравлического удара была разработана

Н.Е. Жуковским в 1899 году.

При этом следует различать два вида гидравлического удара:

прямойи непрямой.

Прямой гидравлический удар имеет место в системе длинных

трубопроводов и является наиболее опасным, т.к. при этом про-

исходит максимальное повышение давления в системе, которое

может привести к разрушениям трубопровода.

Прямой гидравлический удар бывает тогда, когда время за-

крытия задвижки меньше фазы удара J _a < J_ф определяемой по

формул:

где
l – длина трубопровода от места удара до сечения, в кото-

ром поддерживается постоянное давление (например, до резер-

вуара больших размеров или до места присоединения к другому

трубопроводу большого диаметра);

с – скорость распространения ударной волны в трубопро-

воде, определяемая по формуле Н.Е. Жуковского.

где
Е _ж – модуль объемной упругости жидкости для воды

Е _воды= 2,03 10 6 Кн/м² ;

ρ _ж – плотность жидкости (для воды р=1000кг/м³);

- скорость распространения звука в жидкости

(для воды = 1425 м/с);

Е _тр – модуль упругости материала стенок трубы;

d – диаметр трубы;

δ – толщина стенок трубы.

Для воды отношение Е _ж/Е _тр зависит от материала труб и

может быть принятой: для стальных труб – 0,01), для чугунных

труб – 0,02, для железобетонных труб – 0,11.

Повышение давления при прямом ударе определяется по

формуле:

ΔP = ρu с,
(8.3)

где ν – скорость движения воды в трубопроводе до закрытия за-

движки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t ₃ >t), то

такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное

давление может быть определено по формуле:

(8.4)

Результат действия удара выражают также величиной повы-

шения напора Н, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом ударе

(8.5)

(8.6)

Для локализации гидравлического удара применяют медлен-

нодействующие запорные устройства (вентили, задвижки), а так-

же воздушные колпаки и противоударные клапаны, установлен-

ные перед запорными устройствами.

Практически гидравлический удар используется для подъема

воды с помощью гидротарана (рис. 8.2). Гидротаран имеет корпус

4 с размещенной внутри ударной камерой, ударный 3 и нагнета-

тельный 6 клапаны, колпак 8 воздушный с манометром 7.

Гидротаран устанавливается ниже источника водоснабжения

1, с которым соединяется стальной питательной трубой 2 длиной

10-14 м.

Для запуска гидротарана в работу отрывают кран 3 и нажи-

мают ударный клапан. Под действием напора вода выливается

наружу возрастающей скоростью. Между клапаном и седлом с

увеличение скорости увеличивается скоростной и снижается пье-

зометрический напор, клапан мгновенно закрывается, возникает

гидравлический удар в питательной трубе. Сила давления откры-

вает нагнетательный клапан, вода поступает в воздушный бак 10.

Когда волна прейдет в отрицательную фазу, давление резко по-

низится (до вакуума), нагнетательный клапан закроется, а удар-

ный под действием груза и атмосферного давления откроется.

Вода снова начинает выливаться через ударный клапан и цикл

работы повторяется.

Воздушный колпак служит буфером, препятствующим рас-

пространению гидравлического удара в нагнетательный трубо-

провод, и выравнивает пульсацию подачи воды потребителю.

КПД гидротаранной установки:

.

, (8.3)

КПД гидротарана 0,35. . .0,80 и зависит от конструкции и от-

ношения Н2 /Н1 . Частота ударов клапана регулируется величиной

груза. В сельскохозяйственном водоснабжении нашли примене-

ние гидротараны: ТГ-1, ТГ-2, УИЖ-К100 и ЕрПИ.

Рис.8.1. Схема гидротаранной установки:

1-бак расходный,2-трубопровод подающий, 3-кран, 4-корпус гидротаран,

5- клапан ударный, 6-клапан нагнетательный, 7-манометр, 8-колпак

где
Q ₃ – полезная подача;

Q ₁ – расход воды из источника через гидротаран;

H ₂ – высота подъема воды;

H ₁ – напор на выходе в гидротаран.

Рис. 8.2. Схема установки для демонстрации гидравлического удара:

1 – бак расходный, 2 – трубопровод, 3 – манометр, 4 – кран двухходовой,

5 – клапан электромагнитный.

50

8.2. Описание опытной установки (рис.8.1)

Установка состоит из расходного бака 1, из которого по

стальному трубопроводу 2 диаметром 25 м, длиной 10 м и тол-

щиной стенки 3 мм вода подается в мерную емкость 6. Для резко-

го закрытия трубопровода установлены ручной кран 4 и электро-

магнитный клапан 5. Для измерения повышения давления служит

механический манометр 3. К трубопроводу подключена дейст-

вующая модель гидротарана.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: