|
|
| Рядок 8: |
Рядок 8: |
| | | | |
| | | | |
| − |
| |
| − | ==Захист від гідравлічних ударів ==
| |
| − | Гідравлічний удар залежить від багатьох факторів: закону зміни швидкості потоку, довжини і виду трубопроводу, матеріалу і геометрії труб, що транспортується середовища і т. д. Облік їх приводить до ускладнення розрахунків і не завжди обгрунтований.
| |
| − | [[Файл:Гідравлічний_удар_1.jpg|center]]
| |
| − | ''Рис-1 Розрахункова схема гідравлічної системи: 1 - насос, 2 - засувка; 3 - зворотний клапан, 4 - нагнітальний трубопровід, 5 - резервуар''
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Захист гідравлічних систем від гідравлічних ударів в загальному випадку можна здійснити двома шляхами: безпосереднім впливом на пристрій, що викликає зміну швидкості потоку в перехідному процесі, і застосуванням спеціальних пристроїв, які викликають штучне зниження модуля прискорення руху рідини. Перший шлях, як профілактичний, слід вважати кращим при розробці захисних заходів, однак він застосовний тільки при планових перехідних режимах.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Захист гідравлічних систем шляхом скидання частини рідини, що транспортується є найпоширенішим і універсальним прийомом штучного зниження величини гідравлічного удару. Пристрої, що виконують цю функцію, можна розділити на клапанні, розривні мембрани і переливні колони. Мембрани, будучи пристроями разової дії, при спрацьовуванні яких спорожнявся б весь ставши, не знайшли застосування. Переливні колони в зв'язку з великими напорами і значної геодезичної висотою розглянутих систем також не застосовуються
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Клапанні пристрої для захисту від гідравлічних ударів можна розділити на запобіжні клапани і спеціальні гасителі гідравлічних ударів. Запобіжні клапани всіх типів мають ряд характерних недоліків. Це велика різниця тисків відкриття і закриття (гестерезіс) клапана, різке захлопування затвора і генерування додаткового удару в момент підходу негативної хвилі тиску, як правило, ручне налаштування на робочий тиск і пов'язана з цим необхідність пробних спрацьовувань. Слід, однак, відзначити, що в деяких конструкціях для плавної посадки клапана передбачений гідравлічний демпфер, в інших навпаки, висувається вимога швидкого закриття, тому що «Недостатньо швидке закриття клапана не в змозі перервати плівку протікає між ущільнювальними поверхнями середовища, і тому герметичність клапана не відновлюється». Сталість настройки запобіжних клапанів не дозволяє оптимально гасити гідравлічні удари, що починаються з пониження тиску, тому що вони не реагують на ефект зниження тиску в трубопроводі в момент негативної хвилі.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | В принципі, більш-менш успішно функції гасіння гідравлічних ударів можуть виконувати всі запобіжні клапани, так само як і багато пристроїв для гасіння гідравлічних ударів можуть не допускати і статичного росту тиску понад величину настройки. Велика група пристроїв, які реагують на зниження тиску в системі, що передує хвилі підвищення тиску і відкриває при цьому зливний клапан, безумовно, відноситься до гасителя, це конструкції Радченко Г.І., Батькова В.М., Тимошенко Г.М., та д.р. Спільними недоліками цих пристроїв є те, що вони можуть відкривати зливний клапан при зниженні тиску з інших причин, в тому числі і внаслідок розгерметизації трубопроводу або витоків через зворотний клапан при стоянці насоса і не реагують на підвищення тиску.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Останнім часом, однак, все більшого поширення набувають конструкції, що реагують на позитивну похідну тиску за часом, що пояснюється, в першу чергу, їх універсальністю. Більшість цих пристроїв прямої дії і, отже, запірний орган є одночасно чутливим елементом. Це сприяє високій швидкодії пристрою, можливості легко забезпечити мінімально необхідний для гасіння удару злив рідини, що транспортується. У той же час залежність між чутливістю і ущільнюючим зусиллям на клапані приводить до того, що необхідна чутливість пристрою визначає при проектуванні можливе ущільнююче зусилля в клапанної парі, яке буває недостатнім.Вільними від зазначених недоліків є пристрої непрямої дії, які містять ланку посилення, включене між вимірювальним виконавчим (запірним) органом. Усі відомі конструкції гасителів гідравлічних ударів непрямої дії (часто звані імпульсними) містять вимірювальний елемент, виконаний у вигляді пружинного запобіжного клапана, важільно-поршневої системи, електромагнітного клапана, що впливає на керуючий елемент, який частіше за все має вигляд клапанної пари або золотника. Керуючий елемент повідомляє порожнину гідроприводу або з атмосферою, або з напірної магістраллю і тим самим відкривається або закривається запірний орган гасителя. Оскільки площа поршня гідроприводу може бути значно більше площі зливного клапана, обмежень для ущільнюючої сили практично немає [8, 9]. Для захисту даної насосної установки (рисунок 1) від гідравлічних ударів вибираємо гаситель гідравлічних ударів непрямої дії (рисунок 2).
| |
| − |
| |
| − | [[Файл:Клапан_для_захисту_від_гідроударів.jpg]]
| |
| − | ''Рис-2 Клапан для захисту від гідроударів''
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Даний клапан (рисунок 2) для захисту від гідроударів вільний від ряду недоліків, зокрема, забезпечується гарантоване закриття клапана при підвищеному ущільнюючої зусиллі. Відомо, що для закриття звичайного клапана тиск в захищається трубопроводі або резервуарі повинен впасти набагато нижче тиску спрацьовування (клапанний гістерезис). Це часто призводить до великих сливам середовища, що транспортується, що негативно позначається на економіці і може нашкодити екології.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Збільшення сили закриття клапана при посадці тарілки на сідло забезпечується збільшенням плеча дії вантажу G, що забезпечує гідроциліндр, закріплений на важелі завдяки наявності трубки, що сполучає порожнину клапана і поршневу порожнину гідроциліндра
| |
| | | | |
| | ==Методи боротьби == | | ==Методи боротьби == |
Гідравлічним ударом називається різкий стрибок тиску, що виникає в трубопроводі. Цей процес відбувається дуже швидко і характеризується чергуванням різких піків і спадів тиску, пов'язаних з пружними деформаціями гідравлічної рідини і стінок трубопроводу. Гідроудар супроводжується сильними акустичними ефектами, іноді - проривами трубопроводів.
Історія
Клапан осьового типу для захисту від гідроудару
Явище гідравлічного удару у водопровідних трубах було відоме з самого початку експлуатації напірних трубопроводів. До того ж на перших водопроводах застосовували звичайні пробкові крани, які миттєво перекривали потік води, що викликало появу гідроудару. Лише з часом стали використовувати більш плавні, так звані вентильні крани і гвинтові засувки. Майже кожне місто, в якому був централізований напірний водогін, страждав від руйнувань труб внаслідок дії гідравлічного удару. Розробка теорії гідравлічного удару і створення технічних засобів боротьби з цим грізним явищем мали велике значення. Не можна сказати, що гідравлічний удар не вивчався до М.Є.Жуковського. Навіть у своїй підсумковій роботі з цього питання він посилається на деяких іноземних і вітчизняних авторів, які досліджували гідроудар і супроводжуючі його явища. Досить згадати братів Монгольф'є, швейцарського винахідника Е. Аргана або М. Бультона. Вніс свій внесок у ці дослідження і професор Казанського університету І.С.Громека (1851-1889). Але пріоритет М.Є.Жуковського в цьому питанні беззаперечний. Саме він, за ініціативою керівництва московського водопроводу, очолив проведення в 1897-1898 рр.. великого комплексу наукових досліджень питання гідравлічного удару на базі Олексіївської водокачки.
Методи боротьби
1. Використання регулюючих пристроїв
Найефективніший спосіб полягає в обладнанні мережі регулюючими пристроями (вентилі і засувки), які не дозволяють здійснювати швидку зміну швидкості в трубах. Повітряні ковпаки або компенсатори обмежують поширення удару і послаблюють дію.
На незахищеній ділянці труби ударне підвищення тиску діє лише протягом [math]T_1=\frac{2l}{a}[/math] замість [math]T_2=\frac{2(l_1-l_2)}{a}[/math] Таким чином імпульс сили слабшає (зменшується) і труби не рвуться.
2. Модуль демпфування ударів
Більш плавний процес перемикання запобіжного клапана може забезпечити модуль демпфування ударів. Модуль демпфування ударів (6) розташовується між пілотом (7) запобіжного клапана і електрогідророзпроділювачем (3), обладнаним демпфером (8) на лінії В. Коли розподільник закритий, золотник (9) під дією робочого тиску зміщується вправо і стискає пружину (10), перекриваючи з'єднання В2-В1. Коли гідророзподільник відкритий, потік робочої рідини з лінії У надходить в бак, на отворі (8) при цьому підтримується постійний перепад тисків. Зусилля пружини створює деяку затримку відкриття з'єднання В2-В1, таким чином виникнення піків тиску в гідросистемі усувається.
Наявність модуля демпфування гідроударів в системі дозволяє виключити виникнення акустичних ударів, знизити піки тиску і виключити залежність від в'язкості робочої рідини.
3. Гідротаран
Все вищесказане відносилося до негативного впливу гідравлічного удару на трубопровідні системи, а також до методів боротьби з цим. Однак явище гідравлічного удару може приносити і користь. Мова піде про спеціальні пристрої - гідравлічні тарани, які застосовуються для нагнітання води із застосуванням (утилізацією, як тепер кажуть) цього явища (для цілей водопостачання, поливу, пожежогасіння та ін.) Принцип роботи гідротаранів зображений на рисунку. Обов'язковою умовою є наявність постійного запасу води в джерелі, з якого здійснюється безперервний забір води Q1 під тиском Р1 по трубопроводу А. В кінці цього трубопроводу розміщений гідротаран В з системою клапанів і повітряним ковпаком ємністю W. Від ковпака йде напірне відгалуження трубопроводу С з витратою води Q2 і тиском Р2.
Працює гідротаран наступним чином: вода з водойми вільно надходить у трубопровід А через відкритий клапан D. Коли витрата води Q1 досягне певної величини, клапан D швидко закривається. Відбувається гідравлічний удар, що відкриває клапан Е. При цьому вода миттєво заповнює частину повітряного ковпака і по трубопроводу Е надходить в ємність з іншою витратою Q2 і тиском Р2. При цьому Р2> Р1, а Q1> Q2. Якщо роботу клапанів автоматизувати, то такий пристрій буде працювати циклічно і автоматично, тобто буде нагнітати воду, утилізуючи енергію перепаду рівня води у водоймі.
