Víz kalapács

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. július 1-jén felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

Vízkalapács (vízkalapács) - nyomásugrás bármely folyadékkal töltött rendszerben , amelyet a folyadék áramlási sebességének gyors változása okoz . Előfordulhat a szelep hirtelen zárása vagy nyitása miatt. Az első esetben a vízkalapácsot pozitívnak, a másodikban negatívnak nevezik. A pozitív vízkalapács különösen veszélyes. Pozitív vízkalapács esetén az össze nem nyomható folyadékot összenyomhatónak kell tekinteni. A vízkalapács hosszanti repedések kialakulását okozhatja a csövekben , amelyek azok széthasadásához vagy a csővezeték más elemeinek károsodásához vezethetnek . A vízkalapács rendkívül veszélyes más berendezésekre is, például hőcserélőkre , szivattyúkra és nyomástartó edényekre .

A vízkalapácsot tévesen nevezik a dugattyús motor túldugattyús terének folyadékkal való feltöltésének következménye, aminek következtében a dugattyú, mielőtt elérné a holtpontot, elkezdi összenyomni a folyadékot, ami hirtelen leálláshoz, ill. motor meghibásodása (hajtórúd vagy rúd törés, hengerfej csapok törése, tömítések szakadása); Ezt a jelenséget úgy hívják, hogy "összenyomhatatlan tárgy kerül a motor munkatérfogatába", általában nem mindegy, hogy folyékony vagy szilárd test volt - a motor károsodása mindenesetre nagyon jelentős.

Általános információk

A hidraulikus sokk jelenségét 1897-1899 között N. E. Zsukovszkij írta le mennyiségileg . A nyomásnövekedést a hidraulikus sokk során az ő elméletének megfelelően a következő képlet határozza meg:

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

hol a nyomásnövekedés N / m² -ben, $D_{p}$

\rho

a folyadék sűrűsége kg / m³ -ban,

v_{0}

és - átlagos sebességek a csővezetékben a szelep ( elzárószelep ) zárása előtt és után m / s -ban,

v_{1}

c a lökéshullám terjedési sebessége a csővezeték mentén.

Ezt a képletet az impulzusmegmaradás törvénye alapján kaphatjuk meg [1] : , ahol a csővezeték keresztmetszete. $D_{p}St=\rho S(v_{0}-v_{1})ct$ $S$

Zsukovszkij bebizonyította, hogy a c lökéshullám terjedési sebessége egyenesen arányos a folyadék összenyomhatóságával , a csővezeték falainak deformációjával , amelyet az E anyag rugalmassági modulusa határoz meg , amelyből készült, valamint a csővezeték átmérője .

Ezért vízkalapács nem fordulhat elő gázt tartalmazó csővezetékben , mivel a gáz könnyen összenyomható.

A c lökéshullám sebessége , hossza és terjedési ideje ( L és rendre) közötti összefüggést a következő képlettel fejezzük ki: $\tau$

$c=2L/\tau$

A hidraulikus lengéscsillapítók típusai

A lökéshullám terjedési idejétől és a szelep (vagy más elzárószelepek ) t zárási idejétől függően , amely vízkalapácsot eredményezett , 2 féle ütést különböztethetünk meg: $\tau$

Teljes ( közvetlen ) vízkalapács, ha t < $\tau$

Hiányos ( közvetett ) vízkalapács, ha t > $\tau$

Teljes hidraulikus lökés esetén a keletkező lökéshullám eleje a csővezetékben a folyadék eredeti mozgási irányával ellentétes irányba mozdul el. További mozgási iránya a zárt szelep előtt elhelyezkedő csővezeték elemeitől függ. Lehetőség van a hullámfront többszöri áthaladására is előre és hátrafelé.

Hiányos vízkalapács esetén a lökéshullámfront nemcsak mozgásának irányát változtatja meg az ellenkezőjére, hanem részben tovább is halad a nem teljesen zárt szelepen.

Vízkalapács számítás

Közvetlen vízkalapács akkor fordul elő, ha a szelep zárási ideje t3 kisebb, mint a T lökésfázis, amelyet a következő képlet határoz meg:

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

Itt - a csővezeték hosszát az ütközési ponttól addig a szakaszig, ahol állandó nyomást tartanak fenn, - a lökéshullám terjedési sebességét a csővezetékben N. E. Zhukovsky képlete határozza meg, m / s: $l$ $Cu$

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

ahol a folyadék térfogati rugalmassági modulusa, a folyadék sűrűsége, a hang sebessége a folyadékban, a csőfal anyagának rugalmassági modulusa, a cső átmérője, a cső falvastagsága. $E$ $p$ ${\sqrt {{\frac {E}{p))))$ $Etr$ $D$ $h$

Víz esetében az arány a cső anyagától függ, és elfogadható; acélhoz - 0,01; öntöttvas - 0,02; vasbeton - 0,1-0,14; azbesztcement - 0,11; polietilén - 1-1,45 ${\frac {E}{Etr))$

A vékonyfalú csővezetékek (acél, öntöttvas, légkondicionálás, polietilén) együtthatója 1. Vasbeton esetén $k$

$k={\frac {1}{1+9,5a}}$ ,

$a={\frac {f}{h}}$ megerősítési együttható gyűrű alakú megerősítéssel (a gyűrű alakú vasalás keresztmetszete a csőfal hosszának 1 m-ére vonatkoztatva). Általában a = 0,015–0,05. $f$

A nyomásnövekedést a közvetlen hidraulikus sokk során a következő képlet határozza meg:

$P=pCuVo$

hol van a víz sebessége a csővezetékben a szelep zárása előtt. $Vo$

Ha a szelep zárási ideje hosszabb, mint az ütközési fázis (t3>T), az ilyen ütközést közvetettnek nevezzük. Ebben az esetben a további nyomás a következő képlettel határozható meg:

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

Az ütközés eredményét a H nyomásnövekedés nagysága is kifejezi, amely egyenlő:

közvetlen hatással $H={\frac {CuVo}{g))$

közvetettekkel $H={\frac {2Vol}{gt3}}$

A hidraulikus ütések megelőzésének módjai

A Zsukovszkij-képlet (amely meghatározza a nyomásnövekedést a hidraulikus sokk során) és azon értékek alapján, amelyektől a lökéshullám terjedési sebessége függ, annak érdekében, hogy gyengítse a jelenség erejét vagy teljesen megakadályozza azt, csökkenthető a folyadék mozgási sebessége a csővezetékben az átmérő növelésével.
A jelenség erősségének gyengítéséhez növelje a redőny zárási idejét
Csillapító berendezések szerelése

Példák

A vízkalapács előfordulásának legegyszerűbb példája egy állandó nyomású és egyenletes folyadékmozgású csővezeték, amelyben a szelep hirtelen zárt vagy a szelep zárva volt .

A fúrólyuk vízrendszerekben a vízkalapács általában akkor fordul elő, ha a szivattyúhoz legközelebbi visszacsapó szelep több mint 9 méterrel a statikus vízszint felett van, vagy szivárog, miközben a következő visszacsapó szelep nyomást tart fenn.

Mindkét esetben részleges vákuum lép fel a felszállóban . A szivattyú következő indításakor a nagyon nagy sebességgel áramló víz kitölti a vákuumot , és a csővezetékben ütközik a zárt visszacsapó szeleppel és a felette lévő folyadékoszloppal, nyomáslökést és vízkalapácsot okozva. Az ilyen vízkalapács repedéseket okozhat a csövekben , megszakíthatja a csőcsatlakozásokat és károsíthatja a szivattyút és/vagy a motort .

Vízkalapács fordulhat elő azokban a hidraulikus rendszerekben , amelyek orsószelepet használnak . Abban a pillanatban, amikor az egyik csatornát, amelyen keresztül a folyadékot szivattyúzzák, az orsó blokkolja, ez a csatorna rövid időre elzáródik, ami a fent leírt jelenségek megjelenését vonja maga után.

A tengeren vihar idején a töltés falát érő hullámok a tengeri hullámok magasságánál tízszer nagyobb magasságú fröccsenést okoznak [2] .

Lásd még

Jegyzetek

↑ Butikov, 1994 , p. 359.
↑ Butikov, 1994 , p. 360.

Irodalom

Butikov E. I., Kondratiev A. S. Fizika. 1. könyv. Mechanika. — M .: Nauka, 1994. — 367 p.

Források

"A hidraulika és aerodinamika alapjai", Kalitsun V. I., Drozdov E. V., Komarov A. S., Chizhik K. I., "Stroyizdat", 2002
"Problémagyűjtés a hidraulikában", szerk. V. A. Bolshakova, 1979. 336 p.