CC BY
11УДК 532.595.2:532.529
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАСИТЕЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ С ДИАФРАГМОЙ И
БЕЗ ДИАФРАГМЫ
'Жонкобилов Улугмурод Умбарович - д.т.н., профессор E-mail u 1 uamurad a,inbох.ги: 2Ражабов Улугбек Мамашоевич - ст. преподаватель E-mail: raiabovulugbek767gmail.com 3Жонкобилов Собир Улугмуродович - PhD, и.о. доцента. E-mail: ionkobilovsobir@gmail.ru
1Высшее авиационное училище, г.Карши, Узбекистан.
2Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Узбекистан. 3Каршинский институт ирригации и агротехнологии при НТУ ТИИИМСХ. г.Карши,
Узбекистан.
В статье представлен анализ работ, посвященных изучению гасителя гидравлических ударов. Эффективность насосных станций зависит от обеспечения их безотказной работы. Надежность насосных агрегатов и протяженных напорных трубопроводов обеспечивается применением предложенных конструкций гасителей гидравлических ударов. В статье представлены результаты экспериментальных исследований гасителей гидравлических ударов с диафрагмой и без нее.
Ключевые слова: гидроудар, диафрагма, гаситель с диафрагмой, гаситель без диафрагмы, гаситель гидравлических ударов, закон сжатия-расширения воздуха, коэффициент политропы.
The article presents an analysis of the works devoted to the study of a hydraulic shock absorber. The efficiency of pumping stations depends on ensuring their trouble-free operation. The reliability of pumping units and long pressure pipelines is ensured using the proposed designs of hydraulic shock absorbers. The article presents the results of experimental studies of hydraulic shock absorbers with and without a diaphragm.
Key words: water hammer, diaphragm, absorber with diaphragm, absorber without diaphragm, hydraulic shock absorber, air compression-expansion law, polytropic coefficient.
Введение. В настоящее время самыми перспективными и экономичными гасителями гидравлических ударов в длинных напорных трубопроводах насосных станций, применяемых в различных напорно-гидравлических системах, являются воздушно-гидравлические колпаки с диафрагмой и без диафрагмы [1].
В [1,2,3] приведены теоретические и экспериментальные исследования, посвященные воздушно-гидравлическим колпакам. Н.Е.Жуковский и Х.А.Рахматулин при исследовании колпака закон сжатия и расширения воздуха принимали адиабатическим (n=1,4). В [1,2] авторы принимали при исследовании колпаков закон сжатия и расширения воздуха изотермическим (n=1,0).
В [5] утверждается, что процесс сжатия-расширения воздуха в колпаке происходит по политропическому закону. Последнее положение требует дальнейшего научного обоснования. Поэтому обоснование правильного выбора численного значения коеффициента политропы для расчета гасителя при гидроударе является очень важным, так как от этого зависит достоверность определения основных экономичных параметров колпака.
В [5] также приведены различные методы расчета гасителей, которые можно будет разделить на аналитические, графические, графоаналитические и численные.
Методика проведения исследований. Для экспериментальной проверки достоверности существующей методики расчета гасителя (колпака) с диафрагмой и правомочности использования этой методики для расчета гасителя без диафрагмы с целью проверки предложенной методики расчета в лаборатории гидравлики КарИЭИ были выполнены специальные исследования, методика проведения которых изложена в [3]. Схема
насосной установки приведена на рис.1. На рис.2 приведены конструкции исследуемых гасителей гидравлического удара.
1 2 3 4 5 7 8 9
б
I
1
м2 2.
-
Рис.1. Схема насосной установки: 1-резервуар; 2-всасывающий трубопровод; 3-насос; 4,8-задвижки; 5-обратный клапан; 6- гаситель гидравлического удара; 7-напорный
трубопровод; 9- напорный бассейн.
\п N
Д-2 \
5
А \
^Ч^угамп рессору
"41
а)
Рис. 2. Схема конструкции гасителей: а) гаситель с диафрагмой: 1 - напорный трубопровод; 2 - указатель уровня; 3 - датчик уровня; 4 - манометр; 5 - вентиль; 6 - гаситель гидроудара; 7 - пробковый кран; 8 - соединительный трубопровод; Д-1, Д-2 - датчики давления; б) гаситель без диафрагмы.
Результаты исследований. В результате проведенных исследований был получен ряд диаграмм (рис.3,4). По тарировочным графикам [3] определены параметры установившегося движения жидкости: расход Q, скорость 8о, объем воздуха Wo в гасителе при абсолютном давлении рш (Нга), абсолютное гидродинамическое давление роа (Ноа) в напорном трубопроводе 7 (рис.1) и потери напора Ндо в соединительном трубопроводе 8 (рис.1). По диаграммам гидравлического удара (рис.3,4) определены значения абсолютного минимального рамин (Намин) и максимального рамах (Намах) давления в напорном трубопроводе с гасителем с диафрагмой и гаситель без диафрагмы. Затем вычисляли: потери напора на трение в напорном трубопроводе при установившемся движении жидкости Нтр0 = Ноа-Нга; значения характеристического параметра а при известных W = 0,00385 м2 и L = 249,5 м; значения безразмерных величин
- h
U — д0 hd о —
H
• h — hmP0 • h —
. hmo0 — . h™„ — '
Hr
H
• h —
Ha
H
, zmin — 1 hm:n , Zmax — hmax — 1 .
Рис.3. Диаграмма колебания давления в гасителе без диафрагмы при гидравлическом ударе (по датчику Д-2, рк=21): Опыт №85; Q = 7,42 л/с; 8с = 1,93 м/с; Нг = 30,0 м; Wо = 0,0045 м3; кд0 =0,085.
2 4 6
Рис.4. Диаграмма колебания давления в гасителе с диафрагмой при гидравлическом ударе (по датчику давления Д-2, рк=21): Опыт №123; Q = 5,83 л/с; З0 = 1,51 м/с; Нг = 30,0 м; Wо = 0,0074 м3; кд0 =0,442.
Полученные в результате обработки диаграмм значения и 2тах сравнивались со значениями и 2тах, вычисленными по методикам расчета гасителя с диафрагмой [2,3] при известных о, /1Тр0 и Исследование и расчет гасителя гидравлического удара без
диафрагмы при различных значениях коэффициента политропы п, которые брались из опытов.
С целью проверки сделанных ранее рекомендаций о выборе численного значения коэффициента политропы я, значения и %тах , вычисленные по методикам расчета
гасителя с диафрагмой, определялись при п=1,0 [5] и п=1,2 [3].
а) Ь)
Рис.5. Графики сопоставления результатов экспериментов и расчетов при п=1,2 (политропа):
+ - гаситель с диафрагмой; □ - гаситель без диафрагмы.
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 7.т
Ь)
Рис.6. Графики сопоставления результатов экспериментов и расчетов при п = 1,0 (изотерма): + - гаситель с диафрагмой; □ - гаситель без диафрагмы.
Результаты экспериментов и расчетов гасителя с диафрагмой и гасителя без диафрагмы приведены соответственно в таблицах 1 и 2. По данным таблиц 1 и 2 построены графики сопоставления результатов экспериментов и расчетов (рис.5,6).
Анализ данных графиков на рис. 3 и 4 показывают, что методика расчета гасителя с диафрагмой достоверна, так как даёт хорошую сходимость с результатами экспериментов. Методика расчета гасителя с диафрагмой также приемлема для проведения расчетов гасителя без диафрагмы.
Кроме того, данные графиков на рис.5 и 6 подтверждают, что значение коэффициента политропы следует принимать равным п=1,2, так как в этом случае имеется некоторый запас прочности в расчетах, чем при п=1,0. Это положение обеспечивает ресурсосбережение [3,6].
Заключение. Опытным путем определено значение коэффициента политропы и рекомендовано при расчетах гасителя с диафрагмой принимать п = 1,20.
1. В результате проводимых экспериментальных исследований доказана достоверность методики расчета гасителя с диафрагмой.
2. Результаты исследований показывают, что методика расчета гасителя с диафрагмой может быть также использована для расчетов гасителя без диафрагмы.
ЛИТЕРАТУРА
1. J.I.Adachi, E. Detournay, A.P. Peirce, Analysis of the classical pseudo-3D model for hydraulic fracture with equilibrium height growth across stress barriers, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 47 (2010) 625-639.
2. Алышев В.М. Методика расчёта воздушно - гидравлических колпаков с демпфирующим сопротивлением. - В сб.: Гидравлические исследования и расчеты гидромелиоративных сооружений. М., МГМИ, 1982, с.15-49.
3. Bazarov O., Jonkobilov U., Jonkobilov S., Rajabov U., Xoshiev Sh. Numerical substantiation of the parameters of the air-hydraulic hood by a diaphragm// E3S Web of Conferences 264, 03035 (2021), Conmechydro - 2021, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126403035.
4. Ghidawi MS, Zhao M, Mclnnis DA, Axworthy DH. A review of water hammer theory and practice. Department of Civil Engineering, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China. Appl. Mech. Rev.2005; 58:49e76.
5. Фокс Д. А. Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубопроводах (пер. с англ.). - М., Энергоиздат, 1981. - 247 с.
6. W. Wan, W. Huang, C. Li, Sensitivity analysis for the resistance on the performance of a pressure vessel for water hammer protection, J. Pressure Vessel Technol. Trans. ASME 136 (1) (2014) 011303.
7. Авлакулов М., Ражабов У. М. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ ВЛАГИ И СОЛЕЙ В ПОЧВО-ГРУНТАХ //The 11th International scientific and practical conference "Dynamics of the development of world science" (July 8-10, 2020) Perfect Publishing, Vancouver, Canada. 2020. 496 p. - 2020. - С. 156.
8. Sabirjan I. et al. Drip irrigation for grape varieties with snow and rain water in the conditions of mountainous regions //Journal of Critical Reviews. - 2020. - Т. 7. - №. 9. - С. 251-257.
9. Matyakubov B. et al. Improving water resources management in the irrigated zone of the Aral Sea region //E3S Web of Conferences. - EDP Sciences, 2021. - Т. 264. - С. 03006.
10. Эшев С.С, Авлакулов М, Бобомуродов Ф.Ф. БОГЛАНГАН ГРУНТЛАРНИНГ ФИЗИК ХУСУСИЯТЛАРИНИ УЗАН ЮВИЛИШ ЖАРАЁНИГА ТАЪСИРИНИ БА^ОЛАШ // Инновацион технологиялар. 2022. №3 (47). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bo-langan-gruntlarning-fizik-hususiyatlarini-zan-yuvilish-zharayoniga-tasirini-ba-olash (дата обращения: 29.10.2022).
