5.1. Úvod. [s] T = 5. Mení hydraulického rázu

Transkript

1 5. Mení hydrulického rázu 5. Mení hydrulického rázu 5.1. Úvod Pi neutáleném proudní kpliny v potrubí odpovídjí všem zmnám prtoku i zmny tlku. Zmny tlku vyvolné hydrulickým rázem mohou dohovt znných hodnot mohou poškodit jk potrubí, tk zízení intlovné n nm. Tyto poruchy mohou vydit celý hydrulický ytém zpobit tk znné mteriálové ekonomické ztráty. Hydrulický ráz je imulován nejndnji n proudní vody v dlouhém potrubí, pipojeném k nádrži, kdy e náhle uzve ventil. To zpobí náhlé zvýšení tlku o p, které e pohybuje jko tlková vln od mít uzvení A mrem k nádrži B (obr. 5.1) rychlotí zvuku probhne po délce potrubí l zpt k ventilu z dobu rovnou dob bhu vlny T. Tlková vln e nebude dále šíit do nádrže, kde je volná hldin. U nádrže je nyní rozhrní tlené netlené kpliny, proto kplin zne expndovt do nádrže B. Kplin e odpruží zne e pohybovt nzpt mrem k bodu A, z održenou vlnou je tlk jko ped rázem. Pi expnzi poledních átic v mít uzvení rmtury je nížení tlku o hodnotu p v celé délce potrubí l. Mimo pokle n pvodní tlk ped rázem dojde ješt v mít uzvení ventilu k pokleu o hodnotu p. Tento podtlk e opt šíí od rmtury k nádrži. Zde e opt vln odrzí vyrovnává tlk n pvodní hodnotu. Pi návrtu održené vlny do bodu A dojde opt k poátení hodnot tlku ped rázem v celé délce potrubí l. Tento proce e periodicky opkuje periodou rovnou dvojnáobku doby bhu vlny T, viz obr. 5.1, obr U kutených kplin e vlivem vnitního tení tlkové vlny utlumí ž nkonec zniknou. Dob bhu rázové vlny pohybující e od rmtury k nádrži zpt e vypoítá ze vzthu: 2l T = [] l [m] délk potrubí [m. -1 ] kutená rychlot zvuku v kplin

2 5. Mení hydrulického rázu t = 0 tlk utáleného proudu l T 0 t = zvýšený tlk 2 l 2l l T t = = zvýšený tlk 2 2l t = T zvýšený tlk l t = 2 = T tlk utáleného proudu 3l 3 t = T nížený tlk 2 t 3l t 3 l 3 = = T nížený tlk 2 4l t = 2T nížený tlk 4 l = = 2 T tlk utáleného proudu tlk utáleného proudu nížený tlk zvýšený tlk obr. 5.1 Prbh hydrulického rázu obr. 5.2 Tlk v bod A pi totálním rázu

3 5. Mení hydrulického rázu 5.2. Popi mícího zízení Zkušební micí obvod je tvoen tmito prvky: nádrž n vodu (N), erpdlo (HG), clon (C), U trubice (UTC) pro mení rozdílu tlkové ztráty n clon, hdice (H), ventil (V), pevodník (P), poít (PC), níme tlku (p 1 p 4 ). Princip funkce obvodu je náledující: erpdlo nává vodu z intlovné nádrže vhání ji do ytému. N clon z erpdlem e mí ztrátová výšk pomocí U-trubice. N konci hdice je umítný ventil, jehož poloh chrkterizující uzvírání nebo otvírání, je nímán do poíte. Celková délk trt od erpdl k ventilu je l = 48,4m. V ytému jou umítny níme tlku, jejichž výtupní nlogový ignál je pevádn pe nlogovdigitální pevodník (krt AD 612 firmy Humuoft) do poíte. Ke zprcování ignálu e používá oftwre Mtlb-Simulink. V prbhu mení i po jeho konení lze zobrzit prbhy tlk polohu ventilu. obr. 5.3 Hydrulické chém trti pro mení hydrulického rázu pozn. tlk p 1 není vyhodnocován

4 5. M ení hydrulického rázu HG UTC H P C N V obr. 5.4 Relizovný obvod 5.3. Specifikce uvedených prvk ním Nádrž (N) Objem nádrže: 42 dm3 Vlter Šplek-plexi erpdlo (HG) cirkul ní erpdlo WILO RS 25/4 230 V PN 10 Mximální tlkový pád: 10 kp Jmenovité otá ky: 1200/1650/2000 ot.min-1 WILO Sním e (p1 p4) TMG 518 Z3G, použit 3x Rozh: (0; 1.10 ) P TMVG 567 Z3G Rozh: (-1.105; 5.105) P Výtup: (0 20) ma Npájení: (12 36) V Závit: M12x1,5 5 PC

5 5. M ení hydrulického rázu CRESSTO Rožnov pod Rdhošt m Uzvírcí ventil (V) kulový kohout DN25 Tlková t íd: ANSI n ventilu jou uchyceny 2 mechnické pín e kldi kou - výrobce: MARTECH Hrdec Králové Clon (C) Vnit ní pr m r clony: 20 mm Vnit ní pr m r potrubí: 25,4 mm VŠB Zdroj np tí (louží pro npájení ním ) BK125 (školní tbilizovný zdroj) Npájení: 220V/50Hz Hdice (H) MP 20 EPDM Prcovní tlk 2 MP Pr m r 25/35 mm Hmotnot 0,6 kg.m-1 KONEKT Hrdec Králové U trubice (UTC) VŠB CD-ROM 5-Hydrulický_ráz_popi.wmv

6 5. Mení hydrulického rázu 5.4. Cejchovní kivk clony Pi mení rychloti proudní kpliny pomocí clony (obr. 5.5) je nutné znát tzv. cejchovní kivku clony, pomocí které lze ze ztrátové výšky n clon urit prtok kpliny v potrubí. Rychlot proudní je úmrná tlkovému pádu n clon Q v [m 3 h -1 ] y = 0,2424x 0,433 R 2 = 0, h c [mm] obr. 5.5 Cejchovní kivk clony z obvodu n mení hydrulického rázu 5.5. Potup mení vyhodnocení hydrulického rázu Potup mení Pi mení hydrulického rázu potupujeme náledovn: 1. Seznámíme e trtí, n které bude probíht mení. 2. Pipojíme PC erpdlo do elektrické ít oteveme uzvírcí ventil. Zpneme zdroj loužící k npájení ním tlku. 3. Zpneme PC, putíme progrm Mtlb ntvíme dreá C:\MATLAB6p5p1\work\rz. 4. V progrmu Mtlb putíme Simulink oteveme oubor rz. 5. V progrmu Excel oteveme oubor dt.xl pro zápi mených tlk n nímích. 6. Sputíme erpdlo. 7. N U-trubici odeteme rozdíl hldin h c zpíšeme do tb V ouboru ráz putíme mení ikonou. Mení trvá 10. Provedlo e mení utáleného tvu proudní pi oteveném ventilu.

7 5. Mení hydrulického rázu 9. V progrmu Mtlb do okn commnd window npíšeme píkz rzgrf (dohromdy), vykrelí e grf prbhu hydrulického rázu pro ti níme (p 2, p 3, p 4 ) grf doby uzvírání ventilu. V Excelu jou zárove ve loupcích vypné hodnoty v podí: dob mení, tlky p 2, p 3, p 4 ignály polohy ventilu. Pomocí zoomu ( ) odeteme dobu uzvírání z grfu t u. 10. Grfy lze uložit: File Export zvolíme dreá, kde chceme grfy uložit, zvolíme píponu obrázku, tzn. *.bmp nebo *.jpg. 11. Dále zjitíme utálený tv pi uzveném ventilu 12. Poté provedeme mení pro uzvírání ventilu, tj. oteveme uzvírcí ventil, putíme mení i po 2 ekundách uzveme run ventil vykáme, dokud neprobhne mení 13. Výledkem jou 2 mení pro utálený tv, tj. otevený ventil uzvený ventil minimáln 2 mení pro potupné uzvení ventilu, tj pro rychlé uzvírání ventilu pro pomlé uzvírání ventilu (cc 2 ). tb. 5.1 Mení Nmené hodnoty tv ventilu Vypoítné hodnoty h c [m] t u t p [] [] p c Q v - [P] [m 3 h -1 ] [m -1 ] [m -1 ] p [P] utálený tv oteven uzven - - neutálený tv uzvírání rychlé uzvírání rychlé uzvírání pomlé pozn.: pro výpoty použijeme mrnou hmotnot vody: = 1000 kg.m -3. Vyhodnocení mení Pro výpoet hydrulického rázu je nutné znát rychlot proudní v hdici. Tu lze vypoítt z prtoku potrubím Q v, který je úmrný ztrátové výšce h c (rozdílu tlk p c ) n clon.

8 5. Mení hydrulického rázu Vyhodnocení nmených hodnot doplnní tb. 5.1 lze tedy hrnout do náledujícího potupu: 1. Do rovnice cejchovní kivky 0,433 y = 0,2424 x (viz obr. 5.5) dodíme z promnnou x rozdíl ztrátových výšek n clon h c [mm] výpotem této rovnice zíkáme hodnotu prtoku Q v [m 3 h -1 ]. 2. Rychlot proudní kpliny v hdici vypoítáme z rovnice kontinuity: Q v = Sv v Qv = S 4Q = πd v 2 3. Z grfu prbhu tlku pi hydrulickém rázu odeteme hodnotu periody jko vzdálenot dvou ouedních mximálních nebo minimálních výchylek tlku (pokud jme i uložili tké oubor nmených dt do Excelu, lze urit periodu t p z tbulky, tj. njdeme nejnižší tlk v první vln uríme dobu pro tento tlk t 1. Pro druhou vlnu nejmenší tlk je odetená dob t 2. Rozdíl odetených udává hodnotu periody t p ): t p = t 2 t 1 Dob bhu vlny je dán polovinou periody, tj. t p T = 2 4. Rychlot šíení tlkové vlny vypoítáme z délky potrubí l z doby bhu vlny: 2.l exp = T 5. Vypoítáme zvýšení tlku p pi hydrulickém rázu pomocí Žukovkého vzthu: p = ρ. v. exp kde v = v v0 je rychlotní diference, v je rychlot proudní kpliny pi oteveném ventilu, v 0 je rychlot proudní pi uzveném ventilu (zprvidl nul) modul pružnoti ze vzthu K 2 = exp ρ 6. Pro teoretické urení toupnutí tlku pi hydrulickém rázu njdeme v litertue rychlot šíení tlkové vlny v umlohmotné trubici kplinou v rozmezí: 1 ( ) m. lit = modul pružnoti uríme ze vzthu

9 5. Mení hydrulického rázu K = 2 lit ρ Dob bhu jedné vlny je: T = 2. l lit Do Žukovkého vzthu pro hydrulický ráz dodíme: p = ρ. v. lit 7. Výpoet provete pro krjní hodnoty rychloti šíení tlkové vlny, tj. 20m m Srovnejte nmené vypotené hodnoty. experiment litertur dob uzvírání ventilu t u [] - - kutená rychlot zvuku [m -1 ] dob bhu vlny T [] modul pružnoti K [P] tlk pro hydrulický ráz p [P] CD-ROM 5-Hydrulický_ráz.wmv 5.6. Píkld mení hydrulického rázu Po provedení mení hydrulického rázu dotneme grf prbh tlk, který je n obr. 5.6 grf uzvírání ventilu t u = 4,2102-3,7047 = 0,5055; obr. 5.7:

10 5. Mení hydrulického rázu obr. 5.6 Hydrulický ráz obr. 5.7 Dob uzvírání ventilu tu = 0,5055