Библиографическое описание показывает, что гидравлический удар вызванный в напорном трубопроводе всегда изучался, предполагая, что трубопровод был свободный (не под землей). Внешнее давление почвы не рассматривалось, следовательно, трубопровод может свободно деформироваться в радиальном направлении. В этой гипотезе расчет гидравлического удара не информирует нас о реально значимой существующей величине, в случае, когда трубопроводы подвергаются внешней нагрузке (земля).
В этой работе метод характеристик применен к простой разветвленной напорной сети 2-го ранга, свободно расходящейся и под землей. Чтобы показать эффект земли на гидравлический удар имеет смысл принять стальные трубы из поливинилхлорида, зарытые под землю, имеющую известные характеристики. Сравнение было представлено в виде кривых, показывающих, каким образом происходит изменение во времени узловых нагрузок и при выходе из насоса для двух типов материала в свободном случае и под землей.
Функционирование сети трубопроводов, в переходном режиме, охарактеризовано давлением и переменной скоростью в противоположное время, в случае неизменного режима. Эти изменения сопровождены явлением распространения волн давления, которое проходит сеть в течении некоторого времени до их затухания и установления нового постоянного режима. Во время расчёта подводящие трубопроводы, работают именно при нагнетании, выбранные трубопроводы после оптимизации обладают определенным рабочим давлением Ps, которое не должны превышать. Это справедливо в месте расчёта сети, в переходном режиме чтобы предусмотреть давление Pt разумно производиться. Если общее давление Pt ниже рабочего давления Ps, очевидно никакой опасности. Напротив, если противоположность наблюдается, существует опасность и нужно выбрать между двумя следующими решениями:
В современное время, изучение переходного режима служит для проверки поведения выбранных трубопроводов, но не существует прямого метода, позволяющего рассчитать все трубопроводы на гидравлический удар. Так же не принимается в рассмотрение воздействие земли на подземные трубопроводы.
Явление гидравлического удара слабо разветвленной сети, подводящего типа, именно при нагнетании с гравитацией может спровоцировать негативные эффекты в трубопроводе. Таким образом, когда волна гидравлического удара направляется к насосу, или к задвижке, находящейся в конце трубопровода; он рассеивается во все направления. В каждом узле ответвления волна находит больший объем воды, чем в трубопроводе с которого она прибыла.
Эта работа, вдохновленная на уже опубликованных результатах [12], случае остановки насоса. Доказательство начинается с величины повышения гидравлического удара, доказывается очень интересно в случае подземной сети.
Применение метода характеристик позволяет легко выполнить расчет. Он позволяет отмечать на кривой давления каждый узел сети и расходы каждого участка при учёте потерь напора. Конечные части трубопроводов, образованных сетью, служат граничными условиями. [1, 2, 3].
В литературе существует множество формул для расчета скорости волны гидравлического удара в трубопроводах под давлением. Между тем, большинство этих формул развиты с гипотезой, что трубопровод с простой стенокой не подвергается внешнему давлению [4–11].
Во всех случаях первоначальная форма дает общую скорость волны гидравлического удара в трубопроводе, выражена в следующем отношении:
Это показывает эффект сжимаемости жидкости и соответственно деформируемость трубопровода при условиях dρ / (ρ * dP) и dS / (S * dP).
В исследовательских трудах, B. SALAH [12] определяет эту деформируемость для случая подземного трубопровода с увеличенной стенкой (обшивка, бетон, земля), с учетом различных коэффициентов Пуассона, материалов образующих этот трубопровод. Таким образом, в условиях линейной гибкости никакой продольной деформации и толщина обшивки еm меньшего радиуса, автор получил:
С помощью уравнения (1), после подстановки в него уравнения (2), (3), (4), получим:
С1 является оригинальным и общим выражением, которое позволяет определить скорость волны в подземных трубопроводах и скалистых горах [12].
В нашем случае действует подземная сеть образованная простым трубопроводом и с тонкой стенкой, это выражение может быть легко адаптировано только к рассмотрению в присутствии обшивки (листовой метал). Таким образом, если b стремится к a в выражении (4) мы получим:
В случае трубопровода из поливинилхлорида, достаточно заменить характеристики метала характеристиками поливинилхлорида в выражении (7).
Используя системы уравнений в характеристиках которые будут служить как расчетная база для пары (напор, расход) образованной переходным режимом в рассматриваемой сети. Напомним, что эти системы имеют вид:
Применение этих систем проще именно в рассмотрении количества C / (g * S) – константа. Допускаяется что сечение является константой при изменении расхода. Использования систем (8) и (9), позволяет определить пару (H, Q) во всех учавствующих сечениях трубопровода при известных граничных условиях (конечные части трубопровода). Гипотезы рассмотреные в примере (рисунок 1) обусловлены следующим:
К примеру, рассмотрим случай подземной телескопической сети в земле с однородными характеристиками. Чтобы начать расчет (последствия избыточного давления и понижение давления под действием земли), сеть рассматривается как слабо разветвленная, включающая единственный узел и без средств защиты (рисунок 1).
Взятая как пример сеть функционирует при нагнетании, образованная трубопроводами одних характеристик из одного и того же материала, которые оснащены двумя резервуарами R2 и R3. Чтобы лучше показать пример рассмотрим случай свободной подземной сети для двух различных материалов трубопроводов: поливинилхлорид и сталь.
Рисунок 1 – Сеть трубопроводов при нагнетании
Обозначается:
Hp = H1, H2, H3 и q1, q2, q3, соответственно известные напоры и расходы при установившемся режиме за время (t0).
HN, Q1N, Q2N, Q3N напор узла N и расход не известны в момент (t + 1) при переходном режиме, подходя к узлу N.
Применяя системы (8) и(9), к каждому трубопроводу, получим:
при Χ = 1 - v2, как опорный способ характеризующий отсутствие продольных дефомаций трубопровода в сети.
Фактор λ обозначает коэффициент трения линейных потерь, задан следующим отношением:
Как следствие:
Эти уравнения будут решены с помощью программы на базе простого числового примера. Определены результаты для каждого шага расчёта Δt = 1 секунда.
Из литературы известно, что гидравлический удар, происходящий в даже в мало разветвленной сети, менее опасен, чем в простом трубопроводе. Эта констатация выведена при рассмотрении гипотез, при условии свободного трубопровода (не подземного). В этом разделе, применяя метод характеристик, определили узловые напоры и напоры при выходе из насоса.
РРасчет был выполнен для стальных труб и поливинилхлоридовых при учёте, что они свободные или под землей. Было констатировано, что в двух типах трубопроводов, предполагая, что они жесткие и под землей, скорость волны очень важна. Это очень значимо, в процентном увеличении, в случае трубопровода из поливинилхлорида. Также итоговое значение гидравлического удара и, следовательно, общее действующее давление в трубопроводе может быть незначительно передано через узел к следующему трубопроводу.
Как следствие, интересное заключение, что для сетей всё зависит от степени ответвлений и конфигураций. Таким образом, для случая сильно разветвленной сети:
1. E. ROCHE, Principes generaux de calcul du coup de belier, et de la protection anti–belier, I. C. GREF, Paris, 1986.
2. SCHLAG, La transmission du coup de belier au travers d’une bifurcation, le Genie civil № 4, Avril 1968.
3. M. MEUNIER, Coups de belier dans les reseaux sous pression, ENGREF, Paris, 1980.
4. L. ALLIEVI, Theorie du coup de belier (traduit de l’italien), Dunod, Paris, 1921.
5. S. ch. BERGERON, Du coup de belier en hydraulique ou coup de foudre en electricite, Edition Dunod, Paris, 1950.
6. E. B. WYLIE, V. L. STEETER, S. LISHENG, Fluid transients in Systems Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993.
7. CARON, Un diagnostic de coup de belier etabli par un modele numerique, revue la Houille Blanche № 1/2 – 1986.
8. KHAMLICHI, Ondes elasto-plastiques de coups de belier dans les tuyauteries, These de Doctorat, Ecole Centrale de Lyon, 1992.
9. E. HADJ–TAYEB, O. DAMAK, T. LILI, Influence de la deformabilite des parois de la conduite sur les ecoulements transitoires diphasiques, pp. 54-63, revue Entropie № 209, 1998.
10. BAHRAR, E. RIEUTORD, R. MOREL, G. ZEGGWAGH, Modelisation du phenomene du coup de belier avec prise en compte du comportement reel de la conduite, revue la Houille Blanche № 1, 1998.
11. F. MASSOUH, Ondes de pression dans les conduites elastiques et visco elastiques – Comportement des sections circulaires et elliptiques, These d’etat de l’Universite, Paris VI, 1984.
12. SALAH, A. KETTAB, F. MASSOUH, B. MBANGANGOYE, Celerite de l’onde de coup de belier dans les reseaux enterres, revue la Houille Blanche, № 3/4, 2001.
13. B. SALAH, A. KETTAB, Coups de belier dans un reseau ramifie de rang 2, en refoulement, methode des caracteristiques – Cas libre, 2eme seminaire national sur l’hydraulique, Biskra (Algerie), 26 et 27 Novembre 1996.
14. B. SALAH, A. KETTAB, F. MASSOUH, Propagation of a water hammer wave in buried pipes with a single or multi layers wall, 4th EUROMECH, Solid Mechanics Conferences, Metz (France), june 26-30, 2000.
Назад в библиотеку