ЖЕСТКИЙ УДАР
Если бы вода была несжимаемая, а стенки трубы были бы абсолютно жесткими, то при мгновенном закрытии затвора вся вода в трубе также мгновенно остановилась бы. Если затвор закрывается неполностью, то соответствующее изменение скорости течения воды произошло бы одновременно на всей длине трубы.
Будем считать трубу абсолютно жесткой и воду несжимаемой и пренебрежем потерями напора на трение и скоростным напором (2g). Рассмотрим горизонтальный трубопровод одинакового сечения f на всей его длине L (рис. 19-2). Ось х направим по оси трубопровода влево от затвора. При открытом затворе и установившемся движении воды давление на осы трубопровода было р0 = уН0 и скорость течения воды v0. За промежуток времени At затвор закрылся полностью или частично, и скорость воды на всей длине трубы изменилась на Av < 0. В сечении А — А давление в трубопроводе повысилось на Ар и стало р0 + Ар. В сечении В—В давление определяется уровнем воды в резервуаре и остается равным р0.
Применяя закон количества движения ко всей массе воды в трубопроводе, можно написать, что проекция на ось х приращения количества движения равна проекции на ту же ось импульса сил
Если скорость уменьшается, то Аи< 0, и давление в трубопроводе возрастает. Когда затвор открывается, то скорость увеличиваеся Av > 0, и давление понижается — происходит так называемый отрицательный удар.
Отсюда можно сделать вывод, что в трубопроводе постоянного сечения при жестком ударе повышение и понижение напора распределяются по длине трубопровода по линейному закону
Для определения наибольшего напора и внутреннего давления воды сброс нагрузки ГЭС рассматривают при НПУ. Повышение напора откладывается от гидростатического уровня (рис. 19-3).
Наименьший напор и внутреннее давление получатся, если при УМО производить включение нагрузки. При этом с некоторыми допущениями откладывают понижение напора от пьезометрической линии установившегося движения, построенной с учетом потерь напора А/гпох и скоростного напора аи2/ {2g).
В длинных трубопроводах высоконапорных деривационных ГЭС постоянное сечение сохраняется на участке трубе между анкерными опорами. В пределах анкерной опОрЫ Сечение плавно изменяется.
На рис. 19-4 для упрощения показан трубопровод со ступенчатым изменением диаметра. В пределах каждого участка сохраняется формула (19-5), которую целесообразно представить в виде
Линия распределения повышения напора и внутреннего давления по длине трубопровода получается вогнутой (рис. 19-4).
Формулами (19-4) и (19-5) можно пользоваться для напорных водоводов небольшой длины при больших, но конечных значениях Av/At или AQ/At.