Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Резкое изменение скорости течения (торможение) потока в трубо­проводе (при закрытии задвижки) вызывает значительное повышение давления жидкости. Это явление называют гидравлическим ударом.

1. Если? ф > /3, то удар называют полным (прямым), t3 — время за­крытия задвижки, с. Время, в течение которого у задвижки сохраня­ется повышенное давление, называют фазой гидроудара:

(5-89)

Сфр

где /ф —фаза гидравлического удара, с; L — длина трубопровода, м; Сфр — скорость перемещения фронта ударной волны, м/с.

Применяя уравнение удара (5.61), получим

C„p=v3B-=L=, (5.90)

Ew 5

где у, в — скорость звука (звуковых волн) в жидкости, м/с; К — модуль объемного сжатия жидкости, Па; d — внутренний диаметр трубопро­вода, м; ^ — модуль упругости 1-го рода (модуль Юнга) материала трубопровода, Па; 8 —толщина стенки тонкостенного круглоцилинд­рического трубопровода, м.

-Руд^Сфр^о. (5.91)

где Руд —ударное давление, Па; v0 — скорость потока до удара, м/с.

Уравнение (5.91) — формула H. Е. Жуковского. Ниже представлен

модуль объемной упругости воды при Р=Ра.

Температура t, °С Модуль объемной упругости К, Па

О……………………………….. 1,96 -109

4 ………………………………… 2,09 • 10»

20 ……………………………… 2,21 • 109

50 ………………………………. 2,26 ■ 109

100 …………………………….. . 2,04 • 109

Звуковыми называют волны слабых возмущений (изменения давле­ний и плотностей малы). При этом неважно, слышит звук человече­ское ухо или нет.

Уравнение (5.92) называют формулой Лапласа. В неподвижном газе и1В равно:

а3„ = (5.93)

где к — показатель адиабаты (см. табл. 5.3).

2. Если /ф < /3, удар называют неполным (непрямым). Положим, за­движка обеспечивает линейное изменение скорости потока во време­ни. Тогда Руй найдем из формулы

11

1 уд

-Р»о4^- (5.94)

Ударное давление может привести к разрыву трубопровода:

Рш(1

сгт = ^-, (5.95)

где от — напряжение в стенке тонкостенного трубопровода, Па. Уравнение (5.95) известно как формула Мариотта.

Более точно рассчитать напряжение можно по формуле Ламе:

2Р Б2

стт = —-—-, (5.96)

Б2-с12

где Б — внешний диаметр трубопровода, м.

Пусть ат < [а], где [а] — допускаемое напряжение. Для пластичных материалов [ст] = атр/ят, где атр —предел текучести на растяжение, пт = 1,4—2 — коэффициент запаса по текучести. Для хрупких и уме­ренно пластичных материалов [а] = авр/яв, где ствр — временное со­противление при растяжении, Па, пв = 2,5—5— коэффициент запаса по пределу прочности.

Во избежание гидравлических ударов необходимо медленно пе­рекрывать поток жидкости и снабжать магистрали компенсаторами (воздушными колпаками). Явление гидравлического удара использу­ют в гидравлических таранах (водоподъемниках) и гидроударных ма­шинах.

Комментарии запрещены.