Архив / 1997 / №3(13) / 

Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Защита от гидроударов (Продолжение. Начало в №№ 5-12)

Гасители гидроударов имеют различные конструкции, но в основе каждого лежит узел с большим местным гидравлическим сопротивлением в сочетании с демпфером.

Гаситель устанавливается перед датчиком давления и воспринимает гидроудар первым. Энергия фронта повышенного давления расходуется на преодоление местного гидравлического сопротивления.

Рассмотрим пример такой конструкции и физический процесс гашения гидроудара.

Гаситель гидравлических ударов состоит из сильфонной камеры и перегородки с калиброванным отверстием диаметра d, рис. 1. В момент гидроудара происходит скачкообразное увеличение давления Р1 до величины Р2.

Рис.1
Рис.1

При этом давление Р2 и объем V сильфонной камеры увеличиваются, способствуя созданию расхода q через калиброванное отверстие. Закон измене-ния давления представлен на рис.1, где Vo - начальный объем камеpы, а a - жесткость силь-фона, численно равная тангенсу угла наклона графика изменения V при увеличении давления Р2.

Наличие калиброванного отверстия с местным гидравлическим сопротивлением обеспечивает более медленное нарас-тание P2, чем скачок Р1, рис.1, величина которого через время Dt не приведет к ложным срабатываниям автоматики, рис. 2.

Если характеристики гидроудара известны, то параметры рассмотренного узла требуется обосновать. Для этого необходимо определить переходную характеристику узла.

Примем следующие допущения.

Поскольку для эффективного гашения требуется сгладить первый, самый большой скачок давления, рис. 2, имеющий крутой передний фронт, то для упрощения математических выкладок будем рассматривать прямоугольный скачок давления. Для малых изменений расхода q, зависимость потерь давления принимаем линейной.

Исходные уравнения процесса гашения гидроудара имеют вид:

V = Vo + aP2,

q = K(P1 - P2),

где K - коэффициент местного гидравлического сопротивле-ния в калиброванном отверстии.

Составим дифференциальное уравнение процесса:

Найдем решение уравнения. В установившемся режиме (t = Ґ).

В переходном режиме (свободный режим):

После преобразований и подстановок получим окончательное решение в виде:

времени нарастания процесса Р2(t).

Зная характеристики гидравлического удара: время скачка Dt, его амплитуду Р1m и начальное давление Р1н, можно определить необходимую постоянную времени узла гидрогасителя, чтобы на его выходе иметь допустимое значение давления Р2.

Решим эту задачу таблично для следующих исходных данных:

Р1m = 177 м в.ст.

Р1н = 15 м в.ст. - минимальная высота башни по ТП901-5-29.

Dt = 0,067 секунды.

Р2(Dt) - перепад высот нижнего и верхнего уровней воды, определяющий включение и выключение электронасоса, не более 1 м в.ст.

a = 10-10 м3/Па - жесткость сильфона (по паспортным данным).

Результаты вычислений величины Р2(Dt) для ряда отношений параметров k/a сведем в таблицу

Таблица 1

k/a, с

0,02

0,05

0,07

0,1

0,2

0,5

P2, м в.ст.

15,2

15,5

15,8

16,07

17,1

20,3

d, мм

 0,8

1,01

1,09

1,2

1,4

1,8

Диаметр калиброванного от-верстия d определен из форму-лы расхода через диафрагму с площадью отверстия S при разности давления h:

Коэффициент K определяем из принятых соотношений k/a.

Таким образом, для имеющих-ся исходных данных диаметр калиброванного отверстия может быть выбран в пределах 0,8...1,0 мм.

Разработка конструкции гидрогасителя по заказу ВИЭСХ выполнена в ГОСНИТИ. Здесь используется сочетание демпферов с узлом большого местного гидравлического сопротивления диафрагменнолабиринтного ти-па. Первым фронт повышенного давления воспринимает демпфер, состоящий из упругой мембраны и резинового кольцевого амортизатора. Далее фронт, изменяя направление своего движения, проходит через кольцевую щель с большим гидравлическим сопротивлением, образованную стенкой гасителя и мембраной.

Еще одна конструкция гидрогасителя предложена и разработана творческим коллективом МГВП «Практик». Схема гидрогасителя приведена на рис. 3.

Он состоит из цилиндрической полости (1), имеющей два штуцера (2 и 3) для присоединения к трубопроводу и к датчику давления. Внутри полости плотно уложен полихлорвиниловый кембрик (4). Кембрик сложен гармошкой по всей длине так, что внутри имеется остаточный объем воздуха. Наличие перегибов кембрика не позволяет соприкасаться воздуху с водой, заполняющей цилиндрическую полость, что исключает растворение воздуха в воде. Действие гидрогасителя основано на гашении ударного фронта в местном сопротивлении, образованном внешними сторонами стенок гармошки и демпфировании его при сжатии в ней воздуха, а также в местном сопротивлении шайб (5) с калиброванными отверстиями.

Существуют и другие проблемы, связанные с косвенным контролем уровня воды в башне.

(Продолжение следует).

Александр Гришин
к.т.н., зав. лабораторией ВИЭСХ