Н.Е. Жуковский - О гидравлическом ударе в водопроводных трубах (1163270), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Когда скорость о движения воды в трубе невелика, тогда ударная диаграмма представляет нам над линией динамического давления (которое почти совпадает со статическим) ряд выступов и впадин, как это изображено на фиг. 14, дающей фотографии ударных диаграмм, снятых с трубы в 6" при скорости о =-- 0,64', причем давление было Р= 3 пт. Первая диаграмма была начерчена в будке № ), а вторая— в будке № !!. Под каждой из диаграмм помещены отметки полусекунд. Эти отметки наносились ударами острия над диаграммой и были потом для компактности фигуры перенесены вниз.
Таким же образом помещены полусекунды на всех фотографиях, приводимых ниже. Сравнивая действительные диаграммы фиг. 14 с двумя теоретическими диаграммами в верхней части фиг. 6, мы замечаем в тех и других полное сходство. Для будки № ! диаграмма образована выступом и впадиной; для будки № !! она образована выступом, чертой (мы будем называть так прямую, следующую за выступом или впадиною), впадиной и чертой. При этом упомянутый контур периодически повторяется. На наших диаграммах получилось около 12 полных волн с постепенным уменьшением высоты выступов и впадин, которое происходит от потери энергии на трение н от ухода ее в магистраль. Когда ударное давление Р превосходит давление О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ УДАРЕ 93 в магистрали (в наших опытах давление в магистрали 4,5) более, чем на 1 апгг тогда постРоеннаЯ, согласно теоРии В 5, Ю =б" и-бб~' Фиг.
14. впадина диаграммы соответствовала бы отрицательному давлению в трубе. Наблюдения показывают, что в этом случае первый выступ для диаграммы в будке № 1 и первый выступ с первой чертой для диаграмм в будках № П н 111 Ю =2" и =18' Фиг. 15. вычерчиваются вполне согласно теории; что же касается до впадины, то глубина ее опускается ниже атмосферной прямой не более как на 1 апг (обыкновенно менее этого). На фнг. 15 даны фотографии ударных диаграмм, снятых в будках № 1, И, 111 с трубы 2" при скорости истечения г =1,8' и ударном давлении Р=7 ааг. Мы видим, что первая диаграмма состоит только из выступа, вторая — из выступа и короткой черты, третья — нз короткого выступа и длинной черты.
Выраженные во времени расстояния от начала поднятия кривой каждой диаграммы до начала ее падения должны равняться двойным временам пробега от рассматриваемой будки до начала трубы (до магистрали), Этн расстояния на нашем опыте находились в отношении 3; 2: 1; в таком же отношении Фиг. 16. находятся определенные по фиг. 15 вышеупомянутые времена пробега.
Мы видим на фиг. 15, что черта, входящая в состав диаграммы, не совпадает с прямой гндростатнческого давления, а несколько выше ее. Это происходит от того, что удар, перейдя в магистраль, останавливает воду в последней и немного поднимает гидростатнческое давление магистрали.
На фиг. 16 даны ударные диаграммы, снятые в будках № 1 и 1! при скорости истечения о = 5,б' и ударном давлении 25 ат. Мы видим, что по атим диаграммам удобно измерять время, протекшее от начала подъема давления до начала его падения, а также и величину ударного давления Р, которую О ГИДсАВЛИЧЕСКОМ УДАРЕ й 9 „ы определяем расстоянием от динамической прямой (средняя прямая на фиг.
16) горизонтальной части выступа. Что касается зигзагов, которые начинают выступы, то они, по моему мнению, происходят от удара воды в трубке, соединяющей индикатор Кросби с водопроводной трубой. При ртом то обстоятельство, что эти зигзаги показывают давление иногда в два раза более Р, объясняется эффектом тупиков, о котором будет сказано в 1Ч 13. Мы видели, что диаграмма будки № И, представленная в нижней части фиг. 16, дает нам почти ту же величину Р. как диаграмма будки № 1.
Это обстоятельство имело место. Фии 17. при всех наших наблюдениях. На диаграмме будки № И мы замечаем замену короткой черты, которая должна бы следовать за выступом, некоторой линией, расположенной выше линии гидростатического давления. Это происходит, как было сказано, от подъема давления в магистрали. Так как первые половины диаграмм при малых и при больших скоростях (4с более 5,5) выходят согласными с теорией, то по ним можно для различных скоростей определять величины 1 и Р. Дадим теперь изображение второй половины диаграммы, получаемой при больших скоростях. На фиг.
17, снятой в будке № 1, с трубой 6" при скорости 3,8 фута, причем ударное давление было около'15,3 ат, впадина значительно растянута и ниспадает ниже прямой атмосферного давления. Выступ, следующий за втой впадиной, начинался резким зигзагом, превосходяшим зигзаг, соответствуюший началу первого выступа, Для того же опыта на диаграмме будки № и, которая изображена на фиг.
18, впадина тоже растягивается но на том месте, где должна бы появиться вторая черта статического давления, появляются отдельные острия. Такие острия на пространстве пониженного давления никогда не наблюдались нами на диаграммах будки № 1 при задвижке. Изложу здесь представляющееся мне объяснение вида второй половины диаграммы при больших скоростях истечения. Начиная с момента закрытия задвижки, вода вдоль трубы постепенно останавливается, причем она сжимается, труба расширяется, и давление увеличивается на Р. Когда это состояние добегает со скоростью 1. до магистрали, .иногда от последней подается назад по трубе давление Фас 1н магистрали 1несколько повышенное ударом в самой магистрали) н скорость воды о по направлению к магистрали.
Эта фаза пробегает сперва перед будкой № 1П и 11, вследствие чего давление в нх индикаторах падает до давления в магистралй. Когда же упомянутая фаза дойдет до задвижки, то вследствие того, что скорость воды направлена от задвижки, †произойд сразу понижение давления у задвижки. Если прн этом скорость и настолько велика, что по теории пониженное давление должно бы быть отрицательным, то происходит разрыв колонны жидкости. Эта колонна отстает от задвижки, перед которой образуется небольшое разреженное пространство. Подобные же разрывы могут образоваться и в некоторых других частях жидкой колонны, на которые распространилось пониженное давление.
Образовавшиеся разреженные пространства наполняются парами воды и разреженным воздухом, причем возможно вхождение некоторого количества воздуха через задвижку и поршни индикаторов. Освободившаяся от задвижки масса жидкости сохраняет некоторую скорость по направлению от задвижки, а пони- женное давление передается вдоль неразорванной колонны жидкости со скоростью л к магистрали; от последней подается назад давление магистрали и движение жидкости по направлению к задвижке.
При этом возможно соударение между колоннами жидкости, движущимися к задвижке и от задвижки. Подобное соударение вызовет быстрое поднятие давления и потом быстрое его падение, когда ударная волна добежит до конца получившей удар колонны жидкости и принесет от этого конца назад пониженное давление. Это быстрое повышение давления, а затем его падение почти до атмосферной черты может быть отмечено только индикатором будки, стоящей перед концом ударенной колонны, напримео, индикатором будки № И, но не может отразиться на показании индикатора в будке №о 1.
Число острий иа месте черты нулевого давления зависит от характера разрывов жидкой колонны; иногда мы наблюдали одно или два острия. То обстоятельство, что водяная колонна отстает от задвижки, удлиняет продолжительность пониженного давления и делает второй удар энергичнее первого, так как он совершается со скоростью, с которой колонна жидкости устремляется в разреженное пространство. В зависимости от образовавшихся разрывов жидкости будет усложняться вид дальнейшей части диаграммы, но первая половина волны вычерчивается на диаграммах при всех наблюденных нами скоростях всегда однообразно и, как было упомянуто, вполне согласно с изложенной в В 5 теорией явления.
Эта часть диаграммы и служила нам для определения > и г'. Здесь следует упомянуть об одной предосторожности, которую следует иметь в виду при наблюдениях явления гидравлического удара. Когда мы приступили к нашим опытам при Алексеевской водокачке, то пускали сначала в испытуемые трубы воду из магистрали при работе нагнетательных насосов в машинном здании. При этих насосах для смягчения ударов при их работе имеются маленькие всасывающие воздух отверстия. Всасываемый воздух вгоняется в магистраль и растворяется водой.
Такого рода вода, содержащая маленькие воздушные пузырьки, давала нам при ударах в наших трубах сравни- Зск 2336 — Н, Е Жуковский, к. ТМ. О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ УДАРЕ тельно меньшую скорость распространения волны (около 500 сажен) н более слабый удар, обозначаемый непостоянными размытыми диаграммами. Чтобы наблюдать явление в чистоте, мы решили останавливать работу насосов, питающих г.
Москву, предварительно накачав полными баки Алексеевской водокачки, и пользоваться напорной водой, идущей от этих баков. Эта вода уже не показывала присутствие воздушных масс, и явления гидравлического удара могли быть наблюдаемы с полной отчетливостью. й 10. Определение х и Р из диаграммы индикатора при наблюдениях иад трубами 4' и 6". Время 6 соответствующее пробегу ударной волной двойной длины трубы, определялось нами преимущественно по диаграммам будки № 1, выражая во времени расстояние по прямой динамического давления от начала поднятия давления до начала его падения.
Вместе с этим мы определяли вто время еще из диаграмм будки № П, выражая во времени расстояние по прямой динамического давления от начала поднятия давления до конца так называемой черты; кроме этого, мы выражали во времени длину многих полных воли и делили его на удвоенное число волн. Время затвора . можно определять, согласно сказанному в Ц 5,— или с помощью расстояния сз= ° диаграммы будки № 1, изображенной на фиг. 6, илн с помощью расстояния с,д =.= —, данного на той же диаграмме. Так как диаграмма начиналась обыкновенно зигзагом (фиг.
16), то мы пользовались вторым способом определения. Ударное давление в опытах над трубами 4" и 6" определялось нами высотой гребня выступа над прямой динамического давления. (Параллельность гребня к этой прямой, как увидим в следующем параграфе, только приближенная.) Это давление определялось нами одновременно в будках № 1 и П и выходило почти одинаковым из обеих диаграмм. Приводим таблицу ~см. стр.
991 наблюдений, сделанных 20 ноября 1897, г. над трубой 6", длина которой, как было сказано в В 6, была 152,3 сажени. Время пробега двойной длины трубы, т. е. 304,6 сажен, на основании данных втой таблицы, заключается между 0,52 О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ УД лРЕ й 10 99 Баблзодеввв аосрсдством индикаторов 20 воябрк 1897 г. вад гвдравли- чоскякв ударавв а трубе б" Ьо и к а и з ез е к к о о я о к к о и о и я о о. 0,03 ) 15,7 ) 15,7 1 13,2; 0,52 0,52 052 0,52 0,52 0,03 0,52 0,04 7,1 7,6 3,0 2,4 7,3 3,0 052 004 6,1 5,6 6,0 Произошел разрыв трубы и 0,51 сек.
Так как первое число повторяется гораздо чаще и соответствует почти всем определениям из многих волн (для определения бралось число волн от 5 до 8), то его и следует принять для определения 1. По этому времени находим: 1 = 586 сажен — число, близко совпадающее с теоретическим. Что касается времени затвора, то оно выходит при наших опытах между 0,03 и 0,04 сек. Раньше сделанные наблюдения над тем же затвором с помощью электрических контактов и хронографа дали нам: 1лт опыта 1 2 3 4 5 Время в секундах 0,003 0,003 0,002 0,003 0,025 К сожалению, при этих опытах ие определялась скорость истекающей воды, и по ним нельзя судить о изменении времени затвора с увеличиванием открытия задвижки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
