Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Обгрунтування параметрів і створення засобів захисту глибоких водовідливів від гідравлічних ударів

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Основні рівняння гідравлічного удару
• 3. Способи захисту трубопроводів від гідравлічного удару
• 4. Висновки
• Перелік посилань

Вступ

На рубежі дев'ятнадцятого і двадцятого століть російський вчений Н.Є. Жуковський і французький вчений уродженець Мілана Lorenzo Allievi дослідили феномен гідравлічного удару в закритих трубопроводах в схожих умовах і прийшли до однакових висновків, що стосується природи гідравлічного удару як у фізичному, так і в математичному плані і в тому як зменшити його небезпека найпростішими прийомами.

З тих пір дослідженнями в даній області займалися багато вченихяк у нас в країні, так і за кордоном.

Що ж таке гідравлічний удар? Це явище різкого підвищення тиску в трубах, яке виникає в результаті швидкої зміни швидкостіруху рідини. Величина цього підвищення при досить швидкій зміні швидкості залежить, окрім як від значення самого прирощення швидкості,від щільності рідини і пружних властивостей і геометрії системи труба-рідина. Можна говорити, що гідравлічний удар - це прояв силінерції рідини. Саме ця обставина часто використовується для пояснення фізики даного феномена. Так Килимник Володимир Давидович порівнював гідроудар із заповненим пасажирами автобусом. При гальмуванні стоять люди подаються вперед, чинячи тиск на стоять попереду. Потім люди повертаються у вихідне положення, але завдяки інтенсивному відновленню свого становища стоять попереду, навіть відхиляються назад.

А ось американський професор J. Michail Lahlou порівнює процес гідроудару із зупинкою поїзда:

1. Актуальність теми

Актуальність теми в тому що перехідні режими і супроводжуючі їх хвильові процеси стають причиною руйнування трубопроводів, арматури, поломки насосів або інших порушень нормальної роботи насосних установок. Таким чином, зниження небезпеки гідравлічних ударів дозволяє підвищити надійність і ефективність роботи меліоративних систем, що в більш широкому плані, підвищить їх конкурентоспроможність [5].

2. Основні рівняння гідравлічного удару

Изотермическое течение вязкой сжимаемой изотропной однородной жидкости в трубопроводе, геометрические размеры которого не изменяются во времени описываются следующей системой дифференциальных уравнений:

1) рівнянням руху (як зване рівняння Нав'є-Стокса)

де xi - координати обраних розрахункових перетинів;

μ - коефіцієнт кінематичної в'язкості;

2) рівнянням нерозривності:

або, після розкриття повної похідної отримаємо еквівалентну вираз

де K модуль пружності рідини.

Вирішення цієї тривимірної системи диференціальних рівнянь при завданні відповідних граничних і початкових умов дозволяє знайтитривимірні поля всіх параметрів, що характеризують розглядається протягомрідини. Однак отримання аналітичного рішення такої системи навіть дляламінарного течії можливо тільки в найбільш простих випадках, так що,переважна більшість технічних завдань вимагає застосування чисельнихметодів. Необхідно відзначити, що для турбулентних течій, наведенавище система рівнянь замикається за допомогою формул, які слідують знапівемпіричних теорій. В результаті застосування цих теорій в рівнянняхНав'є-Стокса з'являються додаткові константи або ж функції, які можуть бути знайдені тільки з емпіричних даних [1].

У той же час у більшості інженерних додатків (наприклад, прирозрахунках параметрів динамічних процесів в шахтних гідравлічних системах) часто не потрібно знати розподіл параметрів потоку по перетину трубопроводу, а достатньо знати, як змінюються інтегральні характеристикитечії по довжині трубопроводу. Тобто реальну тривимірну задачу можназвести до одновимірної, в якій нерівномірно розподілені по перерізугідродинамічні і теплові характеристики потоку рідини вважаютьсязмінюються в часі тільки уздовж однієї координати - по довжині трубопроводу, а по його перетину всі параметри вважаються постійними і рівнимидеяким середнім значенням [2].

2.1 Прямий гідравлічний удар, формула Жуковського

Розглянемо випадок, коли затвор закривається за довільним законом,але за час, менший, ніж потрібно для повернення до нього першої зворотноїхвилі

У цьому випадку відразу після початку закриття запірного клапана в трубопроводі виникає пряма хвиля підвищення тиску, яка поширюється в бік резервуара зі швидкістю с. Коли в момент часу t = L / c ця хвиля дійде до вхідного перетину трубопроводу (x = L), виникає зворотна хвилязниженого тиску, яка, переміщаючись у бік затвора, повністю гасить пряму хвилю. Ця зворотна хвиля підійде до закритого запірного клапану (x = 0) також через час t = L / с. Таким чином, період часу(L / с + L / с) = 2L / с від моменту початку закриття запірного клапана в трубі виникає хвиля підвищення тиску, яка поширюється на всю довжину трубопроводу L, відбивається від її вхідного кінця і у вигляді зворотної хвилі досягає повністю закритого клапана, погасивши обурення, створені попередньою хвилею. Ця зворотна хвиля відбивається від клапана без зміни знака і у вигляді прямої хвилі пониження тиску рухається до вхідного перетину трубопроводу, від якого вона відображається зі зміною знака, і у вигляді зворотної хвилі,гасячи пониження тиску, викликане попередньої прямої хвилею, досягаєклапана. Ці процеси також протікають протягом часу 2L / с, а потім весьпроцес повторюється. Час t = 2L / с в перебігу якого в трубопроводі існують пряма хвиля зміни (підвищення або зниження) тиску і гасить її зворотна хвиля, то є час пробігу ударної хвилі в прямому і зворотному напрямках, називається фазою гідравлічного удару [3].

Протягом всієї першої фази близько запірного клапана існує тількихвиля, описувана функцією F. Отже, для будь-якого моменту часу t <0 близько запірного клапана (x = 0) прибудь-якому законі його закриття (відкриття) будуть справедливі рівняння:

Виключивши з них функцію F (t), отримаємо величину стрибка п'єзометричного напору ΔH біля клапана щодо первісного напору H0:

Гідравлічний удар, що виникає при спрацьовуванні запірної арматури, час закриття (відкриття) якої менше фази удару, називається прямим. Якщо ж час закриття (відкриття) арматури більше фази удару, то вінназивається непрямим.

Розглянемо більш реальний випадок прямого гідравлічного удару, коли запірний клапан закривається не миттєво, а протягом деякого часу, який, відповідно до визначення прямого гідравлічного ударуповинно бути менше часу, потрібного для повернення до клапана першої зворотної хвилі. У цьому випадку п'єзометричний напір перед клапаном буде поступово наростати від нуля до (с / g) v0 і далі до приходу зворотної хвилі він залишиться постійним і рівним цій величині.

2.2 Про застосовність формули Н.Є. Жуковського

Формула Жуковського, що дозволяє розраховувати величину стрибканапору (тиску) при прямому гідравлічному ударі, отримана з рішенняхвильових рівнянь, при виведенні яких було використано цілу низку припущень, які наведені вище. Численні експерименти з дослідження гідравлічного удару, виконані різними авторами, показали, що цяформула в ряді випадків дозволяє досить точно розрахувати величину стрибка напору (тиску). Однак у тих випадках, коли прийняті допущення не відповідають реальним характеристикам системи, можуть мати місце значи-тільні відхилення від результатів розрахунку за цією формулою. теоретичні таекспериментальні дослідження показали, що найбільш істотний вплив на ці відхилення роблять наступні фактори:

радіальна і поздовжня деформація труби;

в'язка диссипация енергії несталого потоку.

2.3 Парні рівняння гідравлічного удар

При розрахунку непрямого удару або в разі пониження тиску рідини нижче тиску насичених парів, необхідно мати загальнийінтеграл у формі, яка не містить довільних функцій.

Виберемо на трубопроводі два довільних перерізу з координатами xMі xN. Для визначеності покладемо, що xM> xN. Врахуємо, що функція F, що входить в рівняння характеризує пряму хвилю гідроудару, що поширюється зі швидкістю с від запірного клапана.

Для перетину xM і моменту часу tM і перетину xN і моменту часу tNрівняння запишеться у вигляді:

В результаті цих обчислень знаходяться значення напору перед напірної арматурою в кінці кожної фази для всього часу її закриття (відкриття).

3.Способи захисту трубопроводів від гідравлічного удару

Виникнення гідравлічних ударів можна запобігти або впливом на об'єкт його викликає, або зміною характеру взаємодії потоку рідини з джерелом динамічних явищ в трубопроводі.

Захист трубопроводів можна так само здійснити, наприклад, або шляхомуповільнення швидкості зміни витрати, або зменшення швидкості поширення ударної хвилі штучно знижуючи еквівалентний модуль пружності EE рідини, що заповнює трубопровід, за рахунок впуску повітря

Однак, в шахтних водовідливних установках, даний спосіб захисту невиключає небезпечного гідравлічного удару в разі раптового знеструмленнядвигунів насосного агрегату. Забезпечити безпечне відключення насосаможна за допомогою штучного збільшення часу вибігу ротора насосашляхом збільшення його моменту інерції (регулювання швидкості обертання напругою, частотою струму, застосуванням спеціальних трансмісія не ви-чає зазначеного недоліку).

4. Висновок

Гідравлічний удар - складний багатофакторний процес, намагатися впливати на його протікання слід тільки після глибокого проникненняу фізику самого явища, ретельного вивчення всіх обставин його виникнення в конкретних умовах. Помилки на цій стадії загрожують катастрофічними наслідками.

В якості засобів захисту від гідравлічних ударів доцільно використовувати такі, які не пов'язані зі скиданням води, так як в умовахшахтних гідросистем, як і більшості інших, проблематично забезпечитигерметичність пристрою без втрати інших важливих властивостей, наприклад, достатньої чутливості. Для шахтного водовідливу рекомендується застосовуватигідравлічний діод. Для інших систем вибір засобів захисту слід проводити після ретельного аналізу їх технологічних і технічних особливостей.

Для установок з зануреними насосами вважаємо за доцільне зменшити порогову глибину водовідливу, при якій потрібно зашита від гідроударів, з 400 до 300 м, так як заглибні насосні агрегати мають меншиймомент інерції, що розширює область можливих прямих гідравлічнихударів. (У «Правилах технічної експлуатації вугільних шахт» сказано, щона водовідливних установках, які працюють на горизонтах понад 400 мобов'язкове застосування запобіжних заходів для зменшеннягідравлічного удару).

Що стосується управління плановими перехідними процесами, то тутположення більш просте і грунтується на наявному досвіді експлуатаціїподібних гідравлічних систем.

Список источников

1. Гідравлічний удар - досвід створення засобів захисту в ДонНТУ Монографія Оверко В.М., Овсянніков В.П. Донецьк: ДонНТУ, 2010. 268 с.
2. Алышев В.М. Неустановившееся напорное движение многофазной жидкости.- В кн. .Гидравлические исследования каналов .трубопроводов и гидросооружений, М.-МГМИ, 1984, с.64-80.
3. Алышев В.М., Рыбаков И.В. Численные методы расчета неустановившегося напорного движения многофазной жидкости.- В кн.: Гидравлические исследования каналов, трубопроводов и гидросооружений. -М., МГМИ, 1984.-с. 80-94.
4. Байбиков Б.С., Дрейцер Г.А., Изосимов В.Г., Жирнов А.Н. Влияние гидравлической нестационарности на турбулентный поток жидкости в трубе. - Труды Всесоюзного заочного политехнического института, гидравлики, 1974, т. 10, вып. 3, с.89-101.
5. Вервейко Н.Д. Затухание головной волны гидроудара в линии переменного сечения. - Изв. вузов. Серия Машиностр.,1984 № 9 с.70-73.
6. Вишневский К.П. Использование ЭВМ для расчета переходных процессов. Гидротехника и мелиорация, 1978, № 9
7. Гидравлический удар и противоударная защита Нагутского трубопровода для транспорта газонасыщенных минеральных вод. Пятигорский НИИ курортологии и физиотерапии Рук. к.т.к. Нездейминога Н.А. отчет, 111 с.
8. Дмитриев Н.М. Гидравлический удар в трубах, выполненных их анизотропного материала. - Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1975, № 8, с. 12-15.