ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 105
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ζ = А/Re+ζT
где А – коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления: ζT – коэффициент местного сопротивления при турбулентном режиме.
Значения А и ζT для некоторых сопротивлений приведены в табл. ³
Таблица ³. Значения коэффициентов местного сопротивления
| Вид местного сопротивления | А | ζT |
| Прямой вход из резервуара в трубу Плавный вход из резервуара в трубу Выход из трубы в резервуар Внезапное расширение, ω2/ω1 = 1,1 – 2 Внезапное сужение, ω2/ω1 = 0,1 – 0,9 Поворот трубопровода от 30 до 90˚ Угольник: 90˚ 135˚ Обыкновенный вентиль Угловой вентиль Шаровой клапан Задвижка: полностью открытая, n = 1 n = 0,75 n = 0,5 n = 0,25 Диафрагма: n = 0,64 n = 0,4 n = 0,16 Всасывающие клапаны насосов Обратные клапаны Кран проходной | 30 - 30 30 - 130 400 600 3000 4000 5000 75 350 1300 3000 70 120 500 - - - | 0,5 0,25 1,0 0,01 – 1,0 0,45 – 0,05 0,2 – 1,1 1.4 0,4 ³,0 0,8 45 0.15 0,2 2,0 20 1 7 70 5 –6 5,5 –6,5 2 – 4 |
В некоторых случаях потери напора в местных сопротивлениях hM (в пожарных гидрантах, колонках, водомерах и др.) определяют по формуле
hM = S Q²,
аналогичной формуле (31), в которой средняя скорость υ выражена через расход Q, а постоянная величина ζ/2gω² - через сопротивление S. Величины сопротивлений S водопроводной арматуры и приборов приведены в табл. 7.
| Местное сопротивление | S (Q, л/с) | ||||||
| Гидрант и колонка ленинградского типа Подземный гидрант и колонка московского типа Наземный гидрант и колонка московского типа Гидрант пожарный подземный (ГОСТ 8220 - 62*)при высоте гидранта: до 1,5 м более 1,5 м Водомерные крыльчатые Водомеры турбинные | Sr = 0,0036; Sк = 0,0021 Sr = 0,0016; Sк = 0,0035 Sr + к = 0,0063 0,0015 0,002 | ||||||
| d, мм | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | |
| S d,мм | 36 50 | 14,4 80 | 5,18 100 | 2,64 150 | 1,3 200 | 0,32 250 | |
| 4 S·10 | 265 | 20,7 | 6,75 | 1,3 | 0,45 | 0,2 | |
Потери напора в пожарных рукавах
В настоящее время промышленность выпускает напорные пожарные рукава из льняных и синтетических нитей в виде тканевого чехла с герметизацией его полимерными материалами или резиной. Длина одного рукава 20 м, на концах его устанавливаются соединительные головки. В отличие от жестких трубопроводов при подаче воды в мягких рукавах происходит изменение их длины и площади поперечного сечения. Тонкая резиновая или латексная прокладка под напором воды вдавливается в ткань рукава, вследствие чего шероховатость внутренней поверхности несколько увеличивается. Кроме того, прямая рукавная линия в связи с удлинением рукавов принимает волнистую форму.
Таким образом, при подаче воды по рукавной линии, с одной стороны, уменьшаются потери напора в следствие увеличения диаметра, с другой - растут потери напора из-за удлинения рукавной линии, увеличения шероховатости и наличия местных сопротивлений. Выполненные исследования показали, что эти изменения в потерях напора уравновешиваются между собой, поэтому практически их можно не учитывать.
Потери напора в рукавных соединениях по отношению к потерям во всей линии невелики, поэтому их отдельно не учитывают, а относят к общим потерям.
Для упрощения расчетов рукавных систем экспериментально устанавливают величину сопротивление одного пожарного рукава длиной 20 м при рабочих напорах, используемых в практике пожаротушения.
Потери напора в пожарном рукаве определяют по формуле:
h = SpQ².
Зная сопротивление одного пожарного рукава (табл.8), потери напора в рукавной линии, составленной из последовательно соединенных одинаковых рукавов, определяются по формуле:
h = nSpQ²,
где h – потери напора, м; n – число рукавов в линии; Sp – сопротивление одного рукава длиной 20 м; Q – расход жидкости, л/с.
Следовательно, потери напора в пожарных рукавах можно рассчитывать по формуле:
h = AplQ²,
где Ap – удельное сопротивление пожарных рукавов, значения которого приведены в табл. 8.
Таблица 8. Значения сопротивлений пожарных рукавов
| d, мм | Рукава прорезиненные | Рукава непрорезиненные | ||
| Sp | Ap | Sp | Ap | |
| 51 66 77 89 110 150 | 0,13 0,044 0,015 0,007 0,0022 0,0004 | 0,0065 0,0017 0,00075 0,00035 0,00011 0,00002 | 0,24 0,077 0,030 - - - | 0,012 0,00385 0,0015 - - - |
Гидравлический удар в трубах и пожарных рукавах
При быстром закрытии задвижки или при мгновенной остановке потока в напорных трубопроводах, например при остановке насоса, кинетическая энергия движения трансформируется в работу сил давления. Резкое повышение давления вызывает сжатие жидкости, сопровождающееся мгновенным увеличением её объема и расширением трубопровода, - в результате происходит гидравлический удар. Величина добавочного давления внутри трубопровода бывает настолько велика, что вызывает разрыв его строк. Таким образом, справедливо будет следующее определение данного явления:
гидравлический удар – это резкое увеличение давления в жидкости, возникающее в трубопроводе при мгновенном изменении скорости движения. Процесс характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления, происходящих за достаточно малый промежуток времени. Явление гидравлического удара обусловлено инерцией массы жидкости, находящейся в трубопроводе, при изменении ее движения во времени. Этот вид неустановившегося движения жидкости часто встречается в практике эксплуатации насосных станций и противопожарных водопроводов, работающих в нестационарном режиме.
Например при внезапной остановке насоса, имеющего привод от электродвигателя, поток воды в напорном трубопроводе сначала останавливается, а затем под действием гидростатического давления и силы тяжести меняет направление и устремляется к насосу, встречая на своем пути обратный клапан. При закрытии клапана произойдет гидравлический удар, который мгновенно повысит давление в трубопроводе. Около 70 % всех возникающих на водоводах аварий, как показывает практика, происходят от гидравлических ударов при внезапной остановке насосов. В пожарных рукавах гидравлический удар может произойти при резком закрытии крана на пожарном стволе, при наезде автомобиля на рукавную линию, в результате «залома» рукава и т.п.
Впервые гидравлический удар в трубах был изучен Н.Е. Жуковским, который в 1898 г. дал теоретическое обоснование этого явления и предложил метод его расчета.
Рассмотрим явления, происходящие в жидкости, движущейся под давлением р с постоянной скоростью υ при внезапном закрытии крана (рис.21). Если бы жидкость была абсолютно несжимаема, а труба абсолютно жесткой, недеформируемой, то жидкость остановилась бы по всей трубе одновременно. В действительности же, вследствие некоторого сжатия жидкости и деформации стенок трубы, жидкость останавливается постепенно; сначала останавливается слой ∆S, расположенный непосредственно у крана, затем следующий и т.д. Не остановившиеся же слои жидкости будут продолжать движение с первоначальной скоростью υ. Скорость движения частиц жидкости непосредственно у крана будет погашена, а кинетическая энергия потока будет израсходована на сжатие жидкости давление в ней увеличивается на величину ∆
р. Таким образом, непосредственно у крана (сечение п – п) возникает ударная волна, направленная в сторону резервуара.
Полная остановка жидкости в трубе произойдет, когда ударная волна достигнет резервуара, в этот момент во всей трубе установится давление р + ∆р. В следующий момент времени, вследствие разности давлений, жидкость начнет поступать из трубы в резервуар. Теперь сечение п—п перемещается в обратном направлении – к крану, оставляя позади себя давление р и скорость υ, направленную в сторону резервуара.
Движение жидкости в трубе в сторону резервуара будет продолжаться и после того, как ударная волна достигнет крана, слои жидкости, расположенные непосредственно у крана, будут стремиться от него, вследствие чего давление в них понижается на величину ∆р, жидкость расширяется, а стенки трубы сжимаются. Непосредственно у крана возникает отрицательная ударная волна, которая распространяется от крана к резервуару, оставляя за собой давление р - ∆р и скорость υ ═ 0.
После понижения давления во всей трубе вновь начинается движение жидкости от резервуара к крану и так будет продолжаться до тех пор, пока колебания не затухнут вследствие потерь энергии на трение и деформацию стенок трубы.
повышение давления ∆р в остановившемся слое ∆S при гидравлическом ударе можно определить, используя закон изменения количества движения, согласно которому приращение количество движения mυ системы за некоторый промежуток времени ∆t равно сумме проекций импульсов сил F∆t на направление движения. Пренебрегая силами трения и тяжести, согласно теореме об изменении количества движения, можно записать зависимость:
F∆t = mυ – mυS,
где F – сила движения жидкости в слое ∆S; ∆t – время образования слоя ∆S; m – масса жидкости в остановившемся слое ; υ – первоначальная скорость движения жидкости в трубе; υS – скорость в остановившемся слое, равная нулю.
Учитывая, что давление в трубопроводе равно р, а в остановившемся слое р + ∆р,
силу давления F на границе остановившегося слоя в сечении n – n можно рассчитать по формуле:
F=(p+∆р–р)ω=∆рω,
где ω – сечение трубопровода
Масса жидкости в остановившемся слое равна:
m=pω∆S.
Подставляя значение силы, масса и скорости (υS = 0) в исходное выражение. получим: ∆р=рυ∆S/∆t.
Отношение ∆S/∆t представляет собой скорость распространения ударной волны и обозначается а.
Тогда формула для определения величины повышения давления при гидравлическом ударе примет вид:
∆р = раυ.
Разделив выражение (36) на pg, получим:
∆Н=aυ ⁄g.
Из формулы (36) следует, что при гидравлическом ударе повышение давления зависит от начальной скорости движения жидкости в трубе, скорости распространения ударной волны и плотности жидкости.
Скорость распространения ударной волны а зависит от плотности жидкости, материала, диаметра и толщины стенок трубы, вычислить ее можно по формуле:
1425
а = ---------------------
___________
√1 + Eжd/Eтδ
где Eж – модуль упругости жидкости; d – внутренний диаметр трубы; Eт – модуль упругости стенок трубы; δ – толщина стенок трубы; 1425 – скорость распространения ударной волны в воде в неограниченном объеме, м/с.
Таким образом, с повышением эластичности материала, увеличением диаметра трубопровода и уменьшением толщины его стенок уменьшается его скорость распространения ударной волны и, как следствие, наблюдается менее заметное повышение давления при гидравлическом ударе.
Для воды значение α можно приближенно принимать равным 1200 м/с – при стальных трубах, 1000 м/с – при чугунных трубах, 80 м/с – при новых льняных рукавах, 120 м/с – при льняных рукавах-, бывших в употреблении, и 300 м/с – при прорезиненных рукавах.
Формула (36) справедлива для так называемого прямого гидравлического удара. Гидравлический удар называется прямым, если время закрытия крана t меньше фазы гидравлического удара tф, т.е. времени двойного пробега ударной волны вдоль трубопровода t
При t>tф возникает непрямой гидравлический удар, при котором ударная волна, отразившись от резервуара, возвращается к крану раньше, чем будет полностью закрыт. При этом повышение давления будет меньше, чем при прямом ударе, и оно может быть найдено по формуле Н.З. Френкиля