ФГО ВПО
«Балтійська державна академія рибопромислового флоту»
Реферат
З дисципліни: "Гідравліка"
Тема: "Вплив гідравлічного удару на надійність роботи СЕУ і способи його запобігання"
Калінінград
2009
Зміст
Введення
1 Гідравлічний удар та його механізм
2 Причини виникнення гідравлічного удару і методи його запобігання
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Досить велика кількість аварій на підприємствах відбувається внаслідок гідравлічного удару. Це фізичне явище завдає величезної шкоди як деталей машин і технічних пристроїв, так і цілим системам.
Практично визначити причиною аварії гідравлічний удар на 100% неможливо, але попередити його реально. Для цього в даній роботі розглянемо спочатку механізм виникнення гідравлічного удару, а потім і методи його запобігання.
1. Гідравлічний удар та його механізм
Гідравлічний удар - різка зміна тиску, що розповсюджується з великою швидкістю по трубопроводу.
Гідравлічний удар характерний коливаннями тиску з високою амплітудою, в десятки, а іноді і в сотні разів перевищує нормальний робочий тиск. Гідравлічний удар може загрожувати руйнуванням трубопроводу, агрегатів, елементів СЕУ.
Викликають гідравлічний удар сили інерції і відповідні їм локальні прискорення настільки великі, що розвивається під їх дією тиск виявляє помітний вплив на зміну щільності і стисливість рідини. Прикладом гідравлічного удару може бути рух рідини в простому трубопроводі (рис. 1).
Малюнок 1. Рух рідини в простому трубопроводі
При робочому положенні I засувка повністю відкрита і рідина під дією напору Н рухається по трубопроводу зі швидкістю υ, забезпечуючи в перетині I-I у засувки робочий тиск Р раб. Будемо спрощено вважати, що час закриття засувки (t з = 0), після чого вона займає положення II.
При закритті засувки найближчий до неї шар рідини (ліворуч по малюнку), натрапивши на перешкоду, зупиниться, його швидкість впаде до нуля.
За час Δt процес зупинки рідини пошириться вгору по трубопроводу на довжину Δs.
На лівій межі відсіку 1-2 (в перетині 2-2) збережуться нормальні робочі умови: швидкість υ і тиск Р 2 = Р раб. У перетині 1-1 швидкість дорівнює нулю υ = 0, а тиск за рахунок дії сил інерції підвищиться на значення ударного тиску Р уд і дорівнюватиме Р 1 = Р раб + Р уд.
Зазвичай тиск Р уд досягає десятків мегапаскалей. Підвищений тиск викличе деформацію рідини у відсіку 1-2 і стінок труби: рідина виявиться стислій (перетин 2-2 переміститься в положення 2'-2 '); діаметр трубопроводу збільшиться (на рис. 1 показано штриховою лінією).
У більшості випадків стінки трубопроводів настільки жорсткі, а стисливість рідини настільки мала, що у вирішенні низки завдань можна не враховувати змін площі живого перерізу ω та довжини відсіку Δs.
Відношення c = Δs / Δt показує швидкість поширення процесу вздовж трубопроводу і називається швидкістю ударної хвилі. Вона дорівнює швидкості поширення звуку в даному середовищі.
Точне дослідження задачі про гідравлічному ударі було вперше виконано Н.Є. Жуковським (1898 р.). В якості вихідного він прийняв положення, що при гідравлічному ударі вся кінетична енергія зупинилася рідини йде на роботу за її стиску і на роботу по розтягуванню стінок труби.
Ударне тиск можна визначити за формулою Жуковського.
При миттєвому закриття затвора підвищення тиску в трубопроводі визначається за формулою Жуковського:
Δ Р уд = ρ з υ, (1)
де ρ - густина рідини, кг / м 3;
υ - середня швидкість руху в трубопроводі до закриття затвора, м / с;
с - швидкість поширення ударної хвилі, яка визначається за формулою
(2)
де K - модуль пружності рідини;
E - модуль пружності матеріалу стінок трубопроводу;
D - внутрішній діаметр, мм;
е - товщина стінок трубопроводу, мм.
Для води в нормальних умовах:
ρ = 102 кг * з 2 / м 4 = 1 000 кг / м 3;
K = 2,07 · 108 кг / м 2 = 2,03 · 106 кН / м 2.
Тому швидкість поширення ударної хвилі у воді буде:
м / с (3)
Значення величин K / Е і Е для різних рідин і матеріалів наводяться у довідковій літературі.
Швидкість ударної хвилі збільшується зі зменшенням демпфуючого ефекту від стиснення самої рідини і зі збільшенням жорсткості стінок труби, тобто чим менше стисливість рідини, тим більше швидкість с.
У загальному випадку фігурує у вираженні ударного тиску швидкість υ слід розуміти як її зміна при різкому гальмуванні або прискоренні рідини. При цьому необов'язково, щоб швидкість падала до нуля.
Гідравлічний удар, але меншої сили, спостерігається і при різкому гальмуванні потоку до будь-якої кінцевої швидкості. Хвиля, що рухається проти течії і супроводжується підвищенням тиску вздовж трубопроводу, називається прямою.
У резервуарі біля входу в трубу тиск практично постійно Р = γ Н, а на початку трубопроводу при підході прямої хвилі - значно вище за рахунок ударної тиску. Наявне в даний момент стан спокою нестійка. Найближчий до виходу відсік рідини від перепаду тисків у трубопроводі (високого) і в резервуарі (низького) буде виштовхнуть назад в напірний бак.
Стисла в трубопроводі тиском Р уд рідина зможе почати розширення під дією сил пружності - виникне зворотна хвиля зниження тиску.
Теоретично пониження має те ж значення, але з протилежним знаком - Р уд (рис. 2а). Час проходження і прямий, і зворотного хвилями відстані l дорівнюватиме l / с.
Отже, тривалість підвищення тиску у засувки, звана фазою гідравлічного удару, дорівнює τ 0 = 2 l / с.
Малюнок 2.
У засувки хвиля знову відбивається, починається чергове підвищення тиску. У реальних умовах описаний процес ускладнюється втратами енергії на тертя, на деформацію рідини та стінок труби. Тиск досягає максимуму на першому піку, як показує запис на індикаторі тиску (рис. 2б), а сам процес гідравлічного удару поступово згасає у часі.
Якщо повернутися до схеми на рис. 1 і розглянути ділянку трубопроводу нижче засувки, то єдиною відмінністю буде те, що тут раптове перекриття трубопроводу спочатку викличе негативну хвилю пониження тиску. Такий процес характерний для напірної лінії насосних установок при різкій зупинці насоса.
2. Причини виникнення гідравлічного удару і методи його запобігання
У суднових енергетичних установках (СЕУ) явище гідравлічного удару може зустрічатися в основних елементах СЕУ: у системі охолодження, в паливно-масляній системі, ЦПГ.
У парогенераторі в уникнути гідравлічних ударів в парових подогревателях, встановлених в резервуарах, перед пуском в них пари вони повинні звільнятися від води (конденсату). Пуск пари повинен проводитися шляхом поступового і плавного відкриття засувок. У зимовий час до початку інтенсивного підігріву підігрівачі слід попередньо прогріти, пропускаючи через них невеликі порції пара.
Щоб уникнути гідравлічних ударів всі ділянки паропроводів, які можуть бути відключені запірними органами, забезпечуються дренажними пристроями для видалення конденсату.
Щоб уникнути гідравлічних ударів стік конденсату забезпечується прокладкою паропроводу з ухилом у бік руху пари. У місцях можливого скупчення конденсату встановлюють автоматично діючі водовіддільників.
У системі охолодження гідравлічні удари можуть бути викликані надходженням в циліндр компресора рідкого хладагента, парів підвищеного вологовмісту (при їх стисненні в циліндрах вологий пар перетворюється в рідину або суміші олії з холодоагентом). Найчастіше це відбувається через недосконалість охолоджуючих систем, а також через порушення режимів експлуатації.
Щоб виключити подібні явища, необхідно здійснювати плавний перехід від одного тиску до іншого, а споживачів холоду підключати поступово або зупиняти компресори при включенні або виключенні споживачів холоду. Гідравлічні удари можуть виникати в компресорі при вступі до нього рідини через нагнітальний трубопровід. Це може відбутися при конденсації пари в нагнітальному трубопроводі під час стоянки компресора - при охолодженні його зовнішнім повітрям, температура якого нижче температури конденсації (якщо нагнітальний трубопровід має ухил у бік компресора).
Щоб запобігти ці явища, необхідно нагнітальний трубопровід встановлювати з нахилом у бік від компресора до конденсатора. Якщо конденсатор розташований вище компресора, то треба встановлювати додатковий збірник рідкого аміаку, у бік якого має бути ухил нагнітального трубопроводу від компресора. З цього збірника рідкий аміак слід своєчасно видаляти.
У паливній системі для запобігання паливних, масляних і гідравлічних систем від гідравлічного удару застосовуються перепускні клапани, демпфери, дроселі та гідравлічні акумулятори
У форсунках і головному двигуні миттєве перекриття подачі палива у форсунках дизельного двигуна призводить до появи коливань тиску в рідині. Вторинні підвищення тиску настільки великі, що відбувається вторинний вприск зайвих порцій палива в циліндри двигуна. Циклічні підвищення тиску особливо помітні в протяжних трубопроводах і в двигуні, при великій протяжності трубопроводів високого тиску, доводиться встановлювати спеціальні насосні форсунки замість одного насоса високого тиску.
Висновок
Проаналізувавши фактори, що визначають величину підвищення тиску можна дати цілий ряд рекомендацій:
плавне закриття засувки з поступовим зменшенням швидкості;
варіюючи товщину стінки і діаметр труби також можна зменшити наслідки гідравлічного удару;
заміна матеріалу труби (наприклад, сталевої труби на гумовий шланг) призведе до зміни величини ударного тиску;
використання ущільнюючих матеріалів, набивань і мастил;
установка перед ділянками, де можливе виникнення гідравлічного удару різноманітних акумуляторів, повітряних ковпаків, запобіжних клапанів і т.д.;
підвищення міцності слабких елементів гідравлічної системи.
Список використаної літератури
Каліцун В.І., Дроздов Є.В., Комаров А.С., Чижик К. І, «Основи гідравліки і аеродинаміки», «Стройиздат», 2002 р.
Жуковський М.Є., «Про гідравлічному ударі у водопровідних трубах», М - Л., 1949 р.
Містків М.А., Башкірова А.А., «Розрахунки гідравлічного удару», М - Л., 1952 р.
http://mylearn.ru
http://www.krugosvet.ru
http://apeshnik.narod.ru/Gidravlika