Vattenhammare

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 1 juli 2019; kontroller kräver 3 redigeringar .

Vattenhammare (vattenhammare) - ett tryckhopp i vilket system som helst fyllt med vätska , orsakat av en snabb förändring i flödeshastigheten för denna vätska. Kan uppstå på grund av plötslig stängning eller öppning av ventilen. I det första fallet kallas vattenhammaren positiv, i det andra - negativ. Positiv vattenhammare är särskilt farlig. Med positiv vattenhammare bör en inkompressibel vätska betraktas som komprimerbar. Vattenhammare kan orsaka bildning av längsgående sprickor i rör , vilket kan leda till att de splittras eller skada andra delar av rörledningen . Vattenhammare är också extremt farligt för annan utrustning som värmeväxlare , pumpar och tryckkärl .

Vattenhammare kallas felaktigt en följd av att överkolvsutrymmet i en kolvmotor fylls med vätska, vilket resulterar i att kolven, innan den når dödpunkten, börjar komprimera vätskan, vilket leder till ett plötsligt stopp och haveri av motorn (brott av vevstaken eller staven, brott på cylinderhuvudets bultar, brott på packningar); Detta fenomen kallas "att få in ett inkompressibelt föremål i motorns arbetsvolym", som regel spelar det ingen roll om det var en flytande eller en fast kropp - skadorna på motorn är i alla fall mycket betydande.

Allmän information

Fenomenet hydraulisk chock beskrevs kvantitativt 1897-1899 av N. E. Zhukovsky . Ökningen av trycket under hydraulisk stöt bestäms i enlighet med hans teori med formeln:

$D_{p}=\rho (v_{0}-v_{1})c$ ,

var är tryckökningen i N / m² , $D_{p}$

\rho

är vätskans densitet i kg / m³ ,

v_{0}

och - medelhastigheter i rörledningen före och efter stängning av ventilen ( avstängningsventilen ) i m / s ,

v_{1}

c är hastigheten för stötvågsutbredning längs rörledningen.

Denna formel kan erhållas baserat på momentumbevarandelagen [1] : , där är rörledningens tvärsnitt. $D_{p}St=\rho S(v_{0}-v_{1})ct$ $S$

Zhukovsky bevisade att utbredningshastigheten för en stötvåg c är direkt proportionell mot vätskans kompressibilitet , deformationen av rörledningsväggarna, bestäms av elasticitetsmodulen för materialet E , av vilket det är tillverkat, såväl som rörledningens diameter .

Därför kan vattenslag inte förekomma i en rörledning som innehåller gas , eftersom gasen är lätt komprimerbar.

Förhållandet mellan stötvågens hastighet c , dess längd och utbredningstid ( L och respektive) uttrycks med följande formel: $\tau$

$c=2L/\tau$

Typer av hydrauliska stötar

Beroende på stötvågens utbredningstid och stängningstiden för ventilen (eller andra avstängningsventiler ) t , vilket resulterade i en vattenhammare, kan två typer av stötar urskiljas: $\tau$

Full ( direkt ) vattenhammare om t < $\tau$

Ofullständig ( indirekt ) vattenhammare om t > $\tau$

Med en full hydraulisk stöt rör sig fronten av den resulterande stötvågen i motsatt riktning mot den ursprungliga riktningen för vätskerörelsen i rörledningen. Dess vidare rörelseriktning beror på elementen i rörledningen som ligger före den stängda ventilen. Det är också möjligt att upprepade gånger passera vågfronten framåt och bakåt.

Med en ofullständig vattenhammare ändrar stötvågsfronten inte bara riktningen för sin rörelse till motsatt, utan passerar också delvis vidare genom ventilen som inte är helt stängd.

Vattenhammare beräkning

Direkt vattenslag inträffar när ventilens stängningstid t3 är mindre än stötfasen T, bestämt av formeln:

$T={\frac {2l}{Cu}}$

Här - rörledningens längd från islagspunkten till den sektion där konstant tryck upprätthålls, - chockvågens utbredningshastighet i rörledningen bestäms av formeln N. E. Zhukovsky, m / s: $l$ $Cu$

$Cu={\sqrt {{\frac {E}{p)))){\frac {1}{{\sqrt {1+{\frac {E}{Etr}}{\frac {D}{h} }k}}}}$

där är vätskans bulk-elasticitetsmodul, är vätskans densitet, är ljudhastigheten i vätskan, är elasticitetsmodulen för rörväggsmaterialet, är rördiametern, är rörväggens tjocklek. $E$ $sid$ ${\sqrt {{\frac {E}{p))))$ $Etr$ $D$ $h$

För vatten beror förhållandet på rörmaterialet och kan accepteras; för stål - 0,01; gjutjärn - 0,02; armerad betong - 0,1-0,14; asbestcement - 0,11; polyeten - 1-1,45 ${\frac {E}{Etr))$

Koefficienten för tunnväggiga rörledningar tillämpas (stål, gjutjärn, a / c, polyeten) lika med 1. För armerad betong $k$

$k={\frac {1}{1+9.5a}}$ ,

$a={\frac {f}{h}}$ förstärkningskoefficient med ringformig förstärkning ( är tvärsnittsarean för den ringformade förstärkningen per 1 m av rörväggens längd). Vanligtvis a = 0,015–0,05. $f$

Tryckökningen under direkt hydraulisk stöt bestäms av formeln:

$P=pCuVo$

var är vattnets hastighet i rörledningen innan ventilen stängs. $Vo$

Om ventilens stängningstid är längre än slagfasen (t3>T) kallas en sådan påverkan indirekt. I detta fall kan det extra trycket bestämmas med formeln:

$P={\frac {2pVol}{t3}}$

Resultatet av påverkan uttrycks också av storleken på ökningen av trycket H, vilket är lika med:

med direkt påverkan $H={\frac {CuVo}{g))$

med indirekt $H={\frac {2Vol}{gt3}}$

Sätt att förhindra förekomsten av hydrauliska stötar

Baserat på Zhukovsky-formeln (som bestämmer tryckökningen under hydraulisk stöt) och de värden som utbredningshastigheten för en stötvåg beror på, för att försvaga kraften hos detta fenomen eller helt förhindra det, är möjligt att minska rörelsehastigheten för vätskan i rörledningen genom att öka dess diameter.
För att försvaga styrkan hos detta fenomen, öka stängningstiden för slutaren
Installation av dämpningsanordningar

Exempel

Det enklaste exemplet på förekomsten av vattenhammare är ett exempel på en rörledning med konstant tryck och konstant vätskerörelse, där ventilen plötsligt stängdes eller ventilen stängdes .

I vattensystem i borrhål uppstår vattenslag vanligtvis när backventilen närmast pumpen är mer än 9 meter över den statiska vattennivån, eller läcker, medan nästa backventil ovanför håller trycket.

I båda fallen uppstår ett partiellt vakuum i stigröret . Nästa gång pumpen startas fyller vatten som strömmar med mycket hög hastighet vakuumet och kolliderar i rörledningen med den stängda backventilen och vätskekolonnen ovanför den, vilket orsakar en tryckstöt och vattenhammare. Sådan vattenhammare kan orsaka sprickor i rör , bryta röranslutningar och skada pumpen och/eller motorn .

Vattenslag kan inträffa i hydrauliska system med positiv deplacement som använder en slidventil . I det ögonblick när en av kanalerna genom vilka vätska pumpas blockeras av spolen, visar sig denna kanal vara blockerad under en kort tid, vilket medför uppkomsten av de ovan beskrivna fenomenen.

Under en storm till havs orsakar vågor som träffar vallens vägg stänk med tio gånger högre höjd än våghöjden till havs [2] .

Se även

Anteckningar

↑ Butikov, 1994 , sid. 359.
↑ Butikov, 1994 , sid. 360.

Litteratur

Butikov E. I., Kondratiev A. S. Fysik. Bok 1. Mekanik. — M .: Nauka, 1994. — 367 sid.

Källor

"Grundläggande av hydraulik och aerodynamik", Kalitsun V. I., Drozdov E. V., Komarov A. S., Chizhik K. I., "Stroyizdat", 2002
"Samling av problem inom hydraulik", red. V. A. Bolshakova, 1979. 336 sid.