Явление гидравлического удара
Гидравлический удар – скачек давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванной крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени
Гидроудар возникает в результате изменения скорости воды при открытии и закрытии направляющего аппарата.
При закрытии направляющего аппарата скорость уменьшается и движение из равномерного превращается в замедленное => появляются силы инерции, имеющие направление, противоположное ускорению, т.е. при замедленном движении будут направлены в одну сторону с направлением скорости воды и будут повышать давление и наоборот при его понижении.
Вследствие сил инерции стенки трубопровода расширяются, образуя вздутие на нижних участках и происходит увеличение плотности воды.
При совместном действии вздутия и увеличения плотности воды образуется новый объем, в который может поместиться притекающая сверху по трубопроводу вода. В трубопроводе образуются 2 части – нижняя – с повышенным давлением и с новой скоростью, и верхняя, в которой давление не изменилось и скорость осталась постоянной.
По мере поступления воды вздутие распространяется вверх с определенной скоростью – скоростью распространения ударной волны «с». Область с повышенным давлением распространяется вверх в виде волны повышения.
В зависимости от времени регулирования турбин и длительности фазы удара tф=2L/С удар может быть:
|
|
|
- прямым
- непрямым
Прямой гидравлический удар
Он имеет место, когда Ts<tф, т.е. в случае, когда отраженная ударная волна не успевает вернуться к направляющему аппарату до его полного закрытия.
Величина удара определяется по Жуковскому с помощью закона количества движения.
1.пусть направляющий аппарат мгновенно закроется на некоторую величину.
2.за время 
волна распространяется на длину 
3.масса воды, которая претерпевает изменение давления:
4.импульс силы у направляющего аппарата:
5.закон количества движения:
6.подставим в (4) (2) и (3):
7.т.к. Н=Р/ 
, то Р= 
(8)
8.подставим (8) в (7):
9. при полном закрытии направляющего аппарата давление достигает максимальной величины:
Т.о. величина прямого г.у. зависит только от увеличения скорости в трубопроводе.
Распространение прямого удара.
I фаза. Если бы жидкость была несжимаемая, то при мгновенном закрытии направляющего аппарата мгновенно бы остановилась вся масса воды и количество движения обратилось бы в 0, вызвав огромное повышение давления. За бесконечно малый промежуток времени 
остановится ближайший к направляющему аппарату слой. Он сожмется и в высвободившийся объем поступит жидкость со скоростью 
. В следующие остановится следующий слой, давление в котором возрастет и т.д. постепенно увеличение давления распространяется вверх против течения в виде волны повышения: 
|
|
|
По истечении 
она остановится у т.М и вся жидкость будет находится в мгновенном покое в сжатом состоянии. Под влиянием разности давления за время 
последний слой приобретет скорость равную, но противоположную первоначальной и начнется движение в сторону направляющего аппарата.
Одновременно начнет гаситься избыточное давление от слоя к слою. Спад давления осуществляется со скоростью «с» в виде волны понижения за время 
.
В трубопроводе к моменту времени 
создается новое состояние с первоначальным давлением и скорость и заключенная масса жидкости приобретет всюду начальный объем, но давление движется в сторону от направляющего аппарата.
II фаза. В том же порядке, что и повышение давления, понижение будет распространяться вверх по течению и в момент времени 
достигнет ВБ. Жидкость в т.М будет находится в разряженном состоянии, поэтому в т.М возникнет скорость от т.М в сторону направляющего аппарата и в момент времени 
жидкость в трубопроводе будет в первоначальном состоянии.
|
|
|
Непрямой г.у. имеет место при Ts>tф= 
и его можно рассматривать как сумму бесконечно малых следующих один за другим прямых ударов, т.к. в эом случае будет соблюдаться условие 
скорость в трубопроводе при установившемся движении воды, когда направляющий аппарат полностью открыт
Рассмотрим явление непрямого удара.
Направляющий аппарат закрывается не мгновенно, а так, что скорость в самом конце трубопровода перед направляющим аппаратом уменьшается по линейному закону от 
до 
.
В момент времени Ts , который отсчитывается от начала закрытия направляющего аппарата, скорость в конце трубопровода уменьшается на величину 
уменьшается не по линейному закону, а по графику в виде ступенчатой линии, причем высоту каждой ступени обозначим 
Уменьшая скорость на элементарную величину будем посылать в трубопровод элементарные г.у. 
В момент времени Ts , когда в трубопровод будет послан последний элементарный г.у. в наличии будем иметь ступенчатый график волны повышения давления.
Обозначим величину полного удара 
:
Из рисунка видно, что в момент времени Ts в конце трубопровода у направляющего аппарата получим величину полного г.у.:
величина которого в сечении К-К сохранится на протяжении последующего времени.
|
|
|
Длина нарастания удара (длина графика волны), на протяжении которого давление возрастает от 0 до 
Теперь будем уменьшать высоту ступени от 
до 0, т.е. будем приближать ступенчатый график к прямой линии.
Величина непрямого удара нарастает только до величины фазы. Если 
, то отраженная волна не дает повышаться давлению у направляющего аппарата и величина удара определяется величиной:
(- в уравнении значит, что направляющий аппарат закрывается и V уменьшается)
Тогда:
Формула 
получена из условия, что отраженная волна равна по величине и обратная по знаку начальной волне.
Полученная формула Мишо говорит о том, что величина г.у. пропорциональна длине трубопровода, начальной скорости и обратно пропорциональна времени закрытия направляющего аппарата.
Условия ограничения величины г.у.:
1.увеличение времени регулирования турбин, если это возможно по условиям временной неравномерности хода агрегата.
2.уменьшение длины трубопровода, что и экономически целесообразно
3.уменьшение скорости воды в трубопроводе, что не экономично, т.к. требует увеличения диаметра трубопровода
4.установка уравнительного резервуара, который соединяя водовод с атмосферой, может полностью снять г.у. в деривационном водоводе и значительно снизить его в турбинном водоводе.
5.устройство холостого выпуска в турбине, который независимо от времени 
, обеспечивая изменение режима с заданной скоростью («-» это усложнение турбины и дополнительные потери воды).
Ряд предпосылок в формуле не соблюдается.
Фактическая диаграмма изменения давления у направляющего аппарата:
Давление достигает максимума в конце первой фазы
Максимальное давление в конце закрытия направляющего аппарата по времени, что означает в пределе.
Каждый из этих ударов может быть «+» (при внезапном сбросе нагрузки) и «-» (при открытии направляющего аппарата, внезапном включении турбин с холостого хода на полную мощность).
«+» г.у. – г.у. начинающийся с повышения давления
«-» г.у. – г.у. начинающийся с понижения давления
При предельном ударе можно принять линейный закон изменения, а при первофазном – оно принимается условно. При длинном трубопроводе на его длине может происходить как прямой так и непрямой удар и тогда распределение давления такое:
Т.к. 
, то участок трубопровода, от которого начался прямой удар L 
.
Фаза удара – время, которое необходимо для пробега ударной волны удвоенной длины водовода для простого трубопровода (без разветвлений).
Дата добавления: 2018-05-30; просмотров: 330; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!