ФГО ВПО
«Балтийскаягосударственная академия рыбопромыслового флота»
Реферат
По дисциплине: «Гидравлика»
Тема: «Влияниегидравлического удара на надежность работы СЭУ и способы его предотвращения»
Калининград
2009
Содержание
Введение. 3
1 Гидравлический удар и его механизм. 4
2 Причины возникновения гидравлического удара и методы егопредотвращения 8
Заключение. 11
Список использованной литературы… 12
Введение
Достаточнобольшое количество аварий на предприятиях происходит вследствие гидравлическогоудара. Это физическое явление наносит огромный ущерб как деталям машин итехническим устройствам, так и целым системам.
Практическиопределить причиной аварии гидравлический удар на 100% невозможно, нопредупредить его реально. Для этого в данной работе рассмотрим сначала механизмвозникновения гидравлического удара, а затем и методы его предотвращения.
1. Гидравлический удар и его механизм
Гидравлическийудар – резкое изменение давления, распространяющееся с большой скоростью потрубопроводу.
Гидравлическийудар характерен колебаниями давления с высокой амплитудой, в десятки, а иногдаи в сотни раз превышающей нормальное рабочее давление. Гидравлический ударможет г/>розить разрушениемтрубопровода, агрегатов, элементов СЭУ.
Вызывающиегидравлический удар силы инерции и соответствующие им локальные ускорениянастолько велики, что развивающееся под их действием давление оказываетзаметное влияние на изменение плотности и сжимаемость жидкости. Примеромгидравлического удара может быть движение жидкости в простом трубопроводе (рис. 1).
/>
Рисунок 1.Движение жидкости в простом трубопроводе
При рабочемположении I задвижка полностью открыта и жидкость под действием напора Ндвижется по трубопроводу со скоростью υ, обеспечивая в сечении I–I узадвижки рабочее давление Рраб. Будем упрощенно считать, что времязакрытия задвижки (tз = 0), после чего она занимает положение II.
При закрытиизадвижки ближайший к ней слой жидкости (слева по рисунку), натолкнувшись напреграду, остановится, его скорость упадет до нуля.
За время Δtпроцесс остановки жидкости распространится вверх по трубопроводу на длину Δs.
На левойгранице отсека 1–2 (в сечении 2–2) сохранятся нормальные рабочие условия:скорость υ и давление Р2 = Рраб. В сечении 1–1скорость равна нулю υ = 0, а давление за счет действия сил инерцииповысится на значение ударного давления Руд и будет равно Р1= Рраб + Руд.
Обычнодавление Руд достигает десятков мегапаскалей. Повышенное давлениевызовет деформацию жидкости в отсеке 1–2 и стенок трубы: жидкость окажетсясжатой (сечение 2–2 переместится в положение 2'-2'); диаметр трубопроводаувеличится (на рис. 1 показано штриховой линией).
В большинствеслучаев стенки трубопроводов настолько жестки, а сжимаемость жидкости настолькомала, что в решении ряда задач можно не учитывать изменений площади живогосечения ω и длины отсека Δs.
Отношение c =Δs/Δt показывает скорость распространения процесса вдоль трубопроводаи называется скоростью ударной волны. Она равна скорости распространения звукав данной среде.
Точноеисследование задачи о гидравлическом ударе было впервые выполнено Н.Е. Жуковским(в 1898 г.). В качестве исходного он принял положение, что пригидравлическом ударе вся кинетическая энергия остановившейся жидкости идет наработу по ее сжатию и на работу по растяжению стенок трубы.
Ударное давлениеможно определить по формуле Жуковского.
Примгновенном закрытии затвора повышение давления в трубопроводе определяется поформуле Жуковского:
ΔРуд= ρсυ, (1)
где ρ –плотность жидкости, кг/м3;
υ –средняя скорость движения в трубопроводе до закрытия затвора, м/с;
с – скоростьраспространения ударной волны, определяемая по формуле
/> (2)
где K – модульупругости жидкости;
E – модульупругости материала стенок трубопровода;
D –внутренний диаметр, мм;
е – толщинастенок трубопровода, мм.
Для воды внормальных условиях:
ρ = 102кг*с2/м4 = 1 000 кг/м3;
K = 2,07 ·108 кг/м2 = 2,03 · 106 кН/м2.
Поэтомускорость распространения ударной волны в воде будет:
/>м/с (3)
Значениявеличин K/Е и Е для различных жидкостей и материалов приводятся в справочнойлитературе.
Скоростьударной волны увеличивается с уменьшением демпфирующего эффекта от сжатия самойжидкости и с увеличением жесткости стенок трубы, т.е. чем меньше сжимаемостьжидкости, тем больше скорость с.
В общемслучае фигурирующую в выражении ударного давления скорость υ следуетпонимать как ее изменение при резком торможении или ускорении жидкости. Приэтом необязательно, чтобы скорость падала до нуля.
Гидравлическийудар, но меньшей силы, наблюдается и при резком торможении потока до какой-либоконечной скорости. Волна, движущаяся против течения и сопровождающаясяповышением давления вдоль трубопровода, называется прямой.
В резервуареу входа в трубу давление практически постоянно Р = γН, а в началетрубопровода при подходе прямой волны – значительно выше за счет ударногодавления. Имеющееся в рассматриваемый момент состояние покоя неустойчиво.Ближайший к выходу отсек жидкости от перепада давлений в трубопроводе(высокого) и в резервуаре (низкого) будет вытолкнут обратно в напорный бак.
Сжатая втрубопроводе давлением Руд жидкость сможет начать расширение поддействием сил упругости – возникнет обратная волна понижения давления.
Теоретическипонижение имеет то же значение, но с обратным знаком – Руд (рис. 2а).Время прохождения и прямой, и обратной волнами расстояния l будет равно l/с.
Следовательно,продолжительность повышения давления у задвижки, называемая фазойгидравлического удара, равна τ0= 2 l/с.
/>
Рисунок 2.
У задвижкиволна снова отражается, начинается очередное повышение давления. В реальныхусловиях описанный процесс осложняется потерями энергии на трение, надеформацию жидкости и стенок трубы. Давление достигает максимума на первомпике, как показывает запись на индикаторе давления (рис. 2б), а сампроцесс гидравлического удара постепенно затухает во времени.
Есливернуться к схеме на рис. 1 и рассмотреть участок трубопровода нижезадвижки, то единственным отличием будет то, что здесь внезапное перекрытиетрубопровода вначале вызовет отрицательную волну понижения давления. Такойпроцесс характерен для напорной линии насосных установок при резкой остановкенасоса./>/> 2. Причины возникновения гидравлического удара и методы егопредотвращения
В судовыхэнергетических установках (СЭУ) явление гидравлического удара может встречатьсяв основных элементах СЭУ: в системе охлаждения, в топливно-масляной системе,ЦПГ.
Впарогенераторе в избежание гидравлических ударов в паровых подогревателях,установленных в резервуарах, перед пуском в них пара они должны освобождатьсяот воды (конденсата). Пуск пара должен производиться путем постепенного иплавного открытия задвижек. В зимнее время до начала интенсивного подогреваподогреватели следует предварительно прогреть, пропуская через них небольшиепорции пара.
Во избежаниегидравлических ударов все участки паропроводов, которые могут быть отключенызапорными органами, снабжаются дренажными устройствами для удаления конденсата.
Во избежаниегидравлических ударов сток конденсата обеспечивается прокладкой паропровода суклоном в сторону движения пара. В местах возможного скопления конденсатаустанавливают автоматически действующие водоотделители.
В системеохлаждения гидравлические удары могут быть вызваны поступлением в цилиндркомпрессора жидкого хладагента, паров повышенного влагосодержания (при ихсжатии в цилиндрах влажный пар превращается в жидкость или смеси масла схладагентом). Чаще всего это происходит из-за несовершенства охлаждающихсистем, а также из-за нарушения режимов эксплуатации.
Чтобыисключить подобные явления, необходимо осуществлять плавный переход от одногодавления к другому, а потребителей холода подключать постепенно илиостанавливать компрессоры при включении или выключениипотребителей холода. Гидравлические удары могут возникать в компрессорепри поступлении в него жидкости через нагнетательный трубопровод. Это можетпроизойти при конденсации пара в нагнетательном трубопроводе во время стоянкикомпрессора – при охлаждении его наружным воздухом, температура которого нижетемпературы конденсации (если нагнетательный трубопровод имеет уклон в сторонукомпрессора).
Чтобыпредотвратить эти явления, необходимо нагнетательный трубопровод устанавливатьс наклоном в сторону от компрессора к конденсатору. Если конденсатор расположенвыше компрессора, то надо устанавливать дополнительный сборник жидкого аммиака,в сторону которого должен быть уклон нагнетательного трубопровода откомпрессора. Из этого сборника жидкий аммиак следует своевременно удалять.
В топливнойсистеме для предохранения топливных, масляных и гидравлических систем отгидравлического удара применяются перепускные клапаны, демпферы, дроссели игидравлические аккумуляторы
В форсунках иглавном двигателе мгновенное перекрытие подачи топлива в форсунках дизельногодвигателя приводит к появлению колебаний давления в жидкости. Вторичныеповышения давления настолько велики, что происходит вторичный впрыск лишних порцийтоплива в цилиндры двигателя. Циклические повышения давления особенно заметны впротяженных трубопроводах и в двигателе, при большой протяженноститрубопроводов высокого давления, приходится устанавливать специальные насосныефорсунки взамен одного насоса высокого давления.
Заключение
Проанализировавфакторы, определяющие величину повышения давления можно дать целый рядрекомендаций:
1. плавноезакрытие задвижки с постепенным уменьшением скорости;
2. варьируятолщину стенки и диаметр трубы также можно снизить последствия гидравлическогоудара;
3. заменаматериала трубы (например, стальной трубы на резиновый шланг) приведет кизменению величины ударного давления;
4. использованиеуплотнительных материалов, набивок и смазок;
5. установкаперед участками, где возможно возникновение гидравлического удара разнообразныхаккумуляторов, воздушных колпаков, предохранительных клапанов и т.д.;
6. повышениепрочности слабых элементов гидравлической системы./>
Списокиспользованной литературы
1. Калицун В.И., Дроздов Е.В., Комаров А.С.,Чижик К. И, «Основы гидравлики и аэродинамики», «Стройиздат», 2002 г.
2. Жуковский Н.Е., «О гидравлическомударе в водопроводных трубах», М – Л., 1949 г.
3. Мостков М.А., Башкирова А.А.,«Расчеты гидравлического удара», М – Л., 1952 г.
4. mylearn.ru
5. www.krugosvet.ru
6. apeshnik.narod.ru/Gidravlika