Задание №1. Требуется определить повышение давления в трубопроводе при полном закрытии задвижки при длине трубопровода l = 25 м, диаметре d = 150 мм, площади поперечного сечения S = 1,76 дм2, толщины стенок d = 12 мм, материала – чугун, времени закрытия задвижки (крана), установленного в конце трубопровода tЗ = 0,02 с, расхода воды в трубопроводе при открытой задвижке Q = 30 л / с.
Решение. а) вычисляется скорость распространения фронта ударной волны по формуле (5.2), для чего предварительно находятся упругости чугуна Е = 98100 МПа и модуль упругости воды Еж = 2030 МПа, плотность воды r = 1000 кг/м3.
| с = √2030 × 106 / 1000 / (√1 + (2030 × 106 / 9810 × 106) × 150 / 12)) = 1270 м/с. |
б) определяется вид гидравлического удара, для чего сравнивается время, необходимое фронту волны для добегания до напорного резервуара и возвращения обратно со временем закрытия задвижки.
Из зависимости (5.3) следует, что:
| T = 2 × 25 / 1270 = 0,0394 ≥ 0,02 с. |
Следовательно, удар прямой, поэтому для расчета ударного давления используем зависимость (5.1).
в) находим изменение скорости, в результате которой возникает гидравлический удар, а затем по формуле (5.1) — ударное давление.
Скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки вычисляется с помощью уравнения неразрывности:
| υ = Q / S, м / с. | (5.5) |
| υ = 30 / 1,76 = 1,7 м / с. | (5.5) |
При полном закрытии задвижки конечная скорость будет равна нулю, и, соответственно, изменение средней скорости движения жидкости в трубопроводе D υ = – 1,7 м / с.
Тогда получим изменение давления в трубопроводе при полном закрытии задвижки:
| Dp = - 1000 × 1270 × (- 1,7) = 2,16 МПа. | (5.5) |
Ответ. Изменение давления в трубопроводе при полном закрытии задвижки будет равно 2,16 МПа.
Задание для самостоятельного решения
Задача №1. По стальному трубопроводу длиной l = 2 км, диаметром d = 300 мм и толщиной стенки d = 10 мм подается вода. Определить силу давления на запорный диск задвижки, установленной в конце трубы, если время ее закрытия tзакр = 3 с, а объемный расход Q = 0,1 м3/с; диаметр запорного диска D = 0,35 м.
Задача №2. При гидравлическом испытании системы объединенного внутреннего противопожарного водоснабжения допускается падение испытательного давления в течение 10 мин на Δр = 4,9 × 104 Па. Определить допускаемую величину утечки ΔW в течение 10 мин при гидравлическом испытании системы вместимостью W = 80 м3. Деформацией трубопроводов пренебречь. Коэффициент объемного сжатия воды β = 0,5 х 10-9 1/Па.
Контрольные вопросы
1. Что называется гидравлическим ударом?
2. Каковы причины возникновения гидравлического удара?
3. Какие способы применяются при гашении гидравлического удара?
4. Какие устройства используются в технике для этой цели? Приведите примеры?
5. Как влияет модуль упругости стенок трубопровода на давление гидравлического удара?
6. Напишите и поясните формулу повышения давления при прямом гидравлическом ударе?
7. От чего зависит скорость распространения ударной волны при гидравлическом ударе?
8. Как влияет время закрытия задвижки на повышение давления при гидравлическом ударе?
9. Для каких целей применяется гидротаран?
Практическая работа №6
«Изучение конструкции основных элементов насосов и насосных установок»
Цель работы: Изучить устройство насосов м насосных установок
Ход работы
Насосная установка – насосный агрегат, комплектующее оборудование которого смонтировано по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса. В статье рассмотрена схема и принцип действия насосной установки. На рисунке 2 приведена схема насосной установки для перекачки жидкости. Насос 9, приводимый в движение электродвигателем 10, засасывает жидкость из расходной емкости 2 и по всасывающей магистрали 5 и напорной магистрали 13 перекачивает жидкость в приемную емкость 16.
Насосная установка имеет следующие элементы:
- гидробаки (гидроемкости);
- гидролинии (магистрали, трубопроводы);
- контрольно-измерительное оборудование (манометры, расходомеры, электроизмерительные приборы);
- пускорегулирующее оборудование вентили, задвижки, устройства электрооборудования);
- противопожарное оборудование;
- вспомогательное оборудование (тали, кран-балки).
Состав сооружений, тип и количество основного и вспомогательного оборудования насосной установки определяется исходя из назначения насосной установки.
Для использования насоса по целевому назначению к нему необходимо подвести энергию. Существуют различные виды энергии для привода насоса, например, электрическая энергия, механическая энергия, тепловая энергия, солнечная энергия.
Насосным агрегатом называют агрегат, состоящий из соединенных между собой насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя.
1 – сооружение (помещение) для насосной установки; 2 – расходная емкость; 3 – фильтр; 4 – обратный клапан; 5 – всасывающая магистраль; 6, 7, 14, 17 – вентили; 8 – магистраль для заливки насосов; 9 – насос; 10 – электродвигатель; 11, 12 – манометры; 13 – напорная магистраль; 15 – расходомер; 16 – приемная емкость; 18 – пульт управления насосной установкой; 19 – противопожарное оборудование; 20 – вспомогательное оборудование; 21 – сливная магистраль.
Рисунок 6.1 – Схема насосной установки
Виды насосных агрегатов можно классифицировать:
- по роду привода:
1) электронасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является электродвигатель;
2) трубонасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидро- или пневмо-турбина;
3) дизель-насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является дизель;
4) мотонасосный агрегат, в котором приводящем двигателем является карбюраторный двигатель;
5) гидроприводный насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидродвигатель;
6) пневмоприводный насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является пневмодвигатель;
- по конструктивному объединению насоса с приводом:
1) электронасос — насосный агрегат, с приводом от электродвигателя, узлы которого входят в конструкцию насоса;
2) турбонасос — насосный агрегат, с приводом от турбины, узлы которой входят в конструкцию насоса;
3) паровой насос — насосный агрегат с приводом от парового цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса;
4) гидроприводный насос — насосный агрегат с приводом от гидроцилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса;
5) пневмонасос — насосный агрегат с приводом от пневмо-цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса.
В системах водоснабжения, водоотведения, отопления и других для привода насоса обычно используют электродвигатели. Таким образом, электронасосный агрегат является наиболее распространенным элементом гидравлических установок.
Возможные режимы работы насосной установки:
1) непрерывный режим работы, при котором насос должен работать непрерывно в течение длительного периода времени, например, насос в действующей скважине;
2) неравномерный режим работы при постоянно включенном насосе, например, при понижении уровня жидкости в расходной емкости или при неравномерном потреблении в разное время жидкости из приемной емкости;
3) повторно-кратковременный режим работы установки, характеризующейся периодическим включением и выключением насоса, например, при работе в технологическом процессе;
4) равномерный режим работы установки при неравномерном потреблении жидкости из расходной емкости, например, за счет установки дополнительной напорной регулирующей емкости;
5) режим кратковременной работы, например, пожарного насоса и др.
Насосная установка состоит из различных систем: гидравлической системы, системы электроснабжения, системы автоматики и др. Понятие системы частично субъективно, так как приходится выделять из насосной установки те элементы и явления, которые отвечают целям исследования и достаточно легко поддаются анализу, синтезу или различным расчетам. Содержание понятия системы связано с тем, что реальные системы обладают пространственной или функциональной замкнутостью. Элемент — часть системы, выполняющий определенные функции.
Гидравлическая система представляет собой совокупность баков, трубопроводов, насосов, контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратуры и предназначена для выполнения определенных функций.
Система энергоснабжения насосной установки обеспечивает электрическую связь с энергосистемой и обеспечивает непрерывное снабжение всех потребителей насосной установки электроэнергией.
Система автоматики обеспечивает дистанционное управление насосной установкой, системой энергоснабжения и т. д.