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. 5.2. 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
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
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
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. M ení hydrulického rázu CRESSTO Rožnov pod Rdhošt m Uzvírcí ventil (V) kulový kohout DN25 Tlková t íd: ANSI 800 - 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
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. 1.4 1.2 1 Q v [m 3 h -1 ] 0.8 0.6 y = 0,2424x 0,433 R 2 = 0,9987 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 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 6.5.1 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. 5.1. 8. V ouboru ráz putíme mení ikonou. Mení trvá 10. Provedlo e mení utáleného tvu proudní pi oteveném ventilu.
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 1 - - oteven - - 2 - - uzven - - neutálený tv 3-4 - 5 - 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.
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 ( 20 800) m. lit = modul pružnoti uríme ze vzthu
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 -1 800m -1. 8. 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:
5. Mení hydrulického rázu obr. 5.6 Hydrulický ráz obr. 5.7 Dob uzvírání ventilu tu = 0,5055