Vandhammer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 1. juli 2019; checks kræver 3 redigeringer .

Vandhammer (vandhammer) - et trykspring i ethvert system fyldt med væske , forårsaget af en hurtig ændring i strømningshastigheden af denne væske. Kan opstå på grund af pludselig lukning eller åbning af ventilen. I det første tilfælde kaldes vandhammeren positiv, i den anden - negativ. Positiv vandhammer er især farlig. Ved positiv vandhammer bør en inkompressibel væske betragtes som komprimerbar. Vandhammer kan forårsage dannelse af langsgående revner i rør , hvilket kan føre til deres spaltning eller beskadigelse af andre elementer i rørledningen . Vandslag er også ekstremt farligt for andet udstyr såsom varmevekslere , pumper og trykbeholdere .

Vandhammer kaldes fejlagtigt en konsekvens af at fylde overstempelrummet i en stempelmotor med væske, hvorved stemplet, inden det når dødpunktet, begynder at komprimere væsken, hvilket fører til et pludseligt stop og nedbrydning af motoren (brud på plejlstangen eller stangen, brud på cylinderhovedstifterne, brud på pakninger); Dette fænomen kaldes "at få en inkompressibel genstand ind i motorens arbejdsvolumen", som regel er det ligegyldigt, om det var et flydende eller fast legeme - skaden på motoren er under alle omstændigheder meget betydelig.

Generel information

Fænomenet hydraulisk stød blev kvantitativt beskrevet i 1897-1899 af N. E. Zhukovsky . Stigningen i tryk under hydraulisk stød bestemmes i overensstemmelse med hans teori ved formlen:

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

hvor er trykstigningen i N / m² , $D_{p}$

\rho

er væskens massefylde i kg / m³ ,

v_{0}

og - gennemsnitshastigheder i rørledningen før og efter lukning af ventilen ( afspærringsventil ) i m / s ,

v_{1}

c er hastigheden af stødbølgeudbredelsen langs rørledningen.

Denne formel kan opnås baseret på momentumbevaringsloven [1] : , hvor er rørledningens tværsnit. $D_{p}St=\rho S(v_{0}-v_{1})ct$ $S$

Zhukovsky beviste, at udbredelseshastigheden af en chokbølge c er direkte proportional med væskens kompressibilitet , deformationen af rørledningens vægge, bestemt af elasticitetsmodulet af materialet E , hvorfra det er lavet, såvel som rørledningens diameter .

Vandslag kan derfor ikke forekomme i en rørledning, der indeholder gas , da gassen er let komprimerbar.

Forholdet mellem stødbølgehastighed c , dens længde og udbredelsestid ( hhv . L ) er udtrykt ved følgende formel: $\tau$

$c=2L/\tau$

Typer af hydrauliske stød

Afhængig af stødbølgens udbredelsestid og lukketiden for ventilen (eller andre afspærringsventiler ) t , som resulterede i en vandhammer, kan der skelnes mellem 2 typer stød: $\tau$

Fuld ( direkte ) vandhammer hvis t < $\tau$

Ufuldstændig ( indirekte ) vandhammer hvis t > $\tau$

Med et fuldt hydraulisk stød bevæger fronten af den resulterende stødbølge sig i den modsatte retning af den oprindelige væskebevægelsesretning i rørledningen. Dens videre bevægelsesretning afhænger af rørledningens elementer, der er placeret før den lukkede ventil. Det er også muligt gentagne gange at passere bølgefronten fremad og bagud.

Med en ufuldstændig vandhammer ændrer stødbølgefronten ikke kun retningen af sin bevægelse til den modsatte, men passerer også delvist videre gennem ventilen, der ikke er helt lukket.

Vandhammerberegning

Direkte vandslag opstår, når ventilens lukketid t3 er mindre end stødfasen T, bestemt af formlen:

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

Her - længden af rørledningen fra anslagspunktet til sektionen, hvor konstant tryk opretholdes, - udbredelseshastigheden af stødbølgen i rørledningen, bestemmes af formlen for N. E. Zhukovsky, m / s: $l$ $Cu$

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

hvor er væskens bulk-elasticitetsmodul, er væskens tæthed, er lydens hastighed i væsken, er elasticitetsmodulet for rørvægsmaterialet, er rørdiameteren, er rørets vægtykkelse. $E$ $s$ ${\sqrt {{\frac {E}{p))))$ $Etr$ $D$ $h$

For vand afhænger forholdet af rørmaterialet og kan accepteres; for stål - 0,01; støbejern - 0,02; armeret beton - 0,1-0,14; asbestcement - 0,11; polyethylen - 1-1,45 ${\frac {E}{Etr}}$

Koefficienten for tyndvæggede rørledninger anvendes (stål, støbejern, a / c, polyethylen) lig med 1. For armeret beton $k$

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

$a={\frac {f}{h}}$ forstærkningskoefficient med ringformet forstærkning ( er tværsnitsarealet af den ringformede forstærkning pr. 1 m af rørvæggens længde). Normalt a = 0,015–0,05. $f$

Trykstigningen under direkte hydraulisk stød bestemmes af formlen:

$P=pCuVo$

hvor er vandhastigheden i rørledningen, før ventilen lukkes. $Vo$

Hvis ventilens lukketid er længere end slagfasen (t3>T), kaldes en sådan påvirkning indirekte. I dette tilfælde kan det ekstra tryk bestemmes af formlen:

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

Resultatet af påvirkningen udtrykkes også ved størrelsen af stigningen i trykket H, som er lig med:

med direkte påvirkning $H={\frac {CuVo}{g))$

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

Måder at forhindre forekomsten af hydrauliske stød

Baseret på Zhukovsky-formlen (som bestemmer stigningen i tryk under hydraulisk stød) og de værdier, som udbredelseshastigheden af en stødbølge afhænger af, for at svække kraften af dette fænomen eller helt forhindre det, er det muligt at reducere væskens bevægelseshastighed i rørledningen ved at øge dens diameter.
For at svække styrken af dette fænomen skal du øge lukketiden for lukkeren
Installation af dæmpningsanordninger

Eksempler

Det enkleste eksempel på forekomsten af vandhammer er et eksempel på en rørledning med konstant tryk og konstant væskebevægelse, hvor ventilen blev brat lukket eller ventilen blev lukket .

I borehulsvandsystemer opstår vandslag typisk, når kontraventilen tættest på pumpen er mere end 9 meter over det statiske vandniveau, eller er utæt, mens den næste kontraventil ovenfor holder trykket.

I begge tilfælde opstår der et delvist vakuum i stigrøret . Næste gang pumpen startes, fylder vand, der strømmer med meget høj hastighed , vakuumet og kolliderer i rørledningen med den lukkede kontraventil og væskesøjlen over den, hvilket forårsager en trykstød og vandhammer. En sådan vandhammer kan forårsage revner i rør , bryde rørforbindelser og beskadige pumpen og/eller motoren .

Vandslag kan forekomme i hydrauliske systemer med positiv forskydning, der bruger en spoleventil . I det øjeblik, hvor en af kanalerne, gennem hvilke væske pumpes, er blokeret af spolen, viser denne kanal sig at være blokeret i kort tid, hvilket medfører udseendet af de ovenfor beskrevne fænomener.

Under en storm på havet forårsager bølger, der rammer dæmningens væg, sprøjt med en højde, der er ti gange større end bølgehøjden på havet [2] .

Se også

Noter

↑ Butikov, 1994 , s. 359.
↑ Butikov, 1994 , s. 360.

Litteratur

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

Kilder

"Grundlæggende om hydraulik og aerodynamik", Kalitsun V. I., Drozdov E. V., Komarov A. S., Chizhik K. I., "Stroyizdat", 2002
"Samling af problemer i hydraulik", red. V. A. Bolshakova, 1979. 336 s.