Гидроудар: Часть 3

Видео

Конспект

Еще одним примером полезного использования гидравлического удара служит так называемый гидравлический таран - устройство для подъема воды. Его схема приведена на рисунке 3. Вода из большого водоема A , находящегося выше клапана E на H_1 метров, поступает к отбойному клапану E и запирает его. Если на него нажать, то вода под напором начнет вытекать наружу. Если же затем клапан резко отпустить, то поток воды прекратится, и возникнет гидравлический удар. Давление в трубе а повысится, клапан К откроется, и часть воды перетечет в емкость B . Затем давление в трубе a упадет, клапан К закроется, а клапан E вновь откроется, и вода начнет вытекать наружу. После этого клапан E закроется силой атмосферного давления, снова возникнет гидравлический удар и т. д. После заполнения емкости B жидкость по трубе b будет подниматься в емкость C .

г-3

Такое устройство работает автоматически: для его запуска требуется только один раз резко открыть клапан E . Полезность такого устройства состоит в его простоте, а также в том, что оно позволяет производить подъем воды на H_2=20 - 30 м при напоре H_1 всего 1-2 \ м . При этом никакого нарушения закона сохранения энергии не происходит - значительная часть воды вытекает из-под клапана E , теряя свою кинетическую энергию. Разработанная H. Е. Жуковским теория позволяет рассчитать гидравлический таран с КПД 50-60 %. Любопытно заметить, что гидравлический таран был предложен французскими изобретателями братьями Монгольфье еще в 1796 году, то есть за сто лет до теоретической работы H. Е. Жуковского. Таким образом, к нему были «причастны» основатели воздухоплавания братья Монгольфье и «отец» русской авиации» Н. Е. Жуковский.

И, наконец, приведем еще один пример очень полезного использования гидравлического удара. В настоящее время в промышленности широко используется так называемая гидравлическая штамповка. Это делается следующим образом. В достаточно прочную емкость устанавливается матрица, изготовленная из прочного материала, имеющая «негативную» форму штампуемого изделия (там, где в изделии должна быть выпуклость, в матрице вогнутость, и наоборот). На нее кладется заготовка, и емкость заливается жидкостью. B определенных местах в емкость вводят два (или несколько) электрода. Осуществляя мощный импульсный разряд (или серию рязрядов), создают гидравлический удар, деформирующий заготовку по форме матрицы. Таким образом штампуются стальные изделия значительных размеров с толщиной до 10 мм, изготовляются кузовные детали автомобилей и др.

Имеются и водометные устройства, работающие по этому принципу. За счет энергии разряда удается получить скорость истечения струи до 1000 м/с. Один импульсный удар такой струи пробивает бетон на глубину до 60 мм. Электрогидравлическая технология применялась, например, для разрушения бетонных фундаментов Уралмашзавода при его реконструкции. Она осуществлялась следующим образом. В разрушаемом фундаменте пробивались вертикальные шпуры диаметром 40 мм и глубиной 300-500 мм. В них вставлялись электроды-взрыватели и все заливалось водой. Затем на электроды подавался мощный импульс тока - происходил гидравлический удар, разрушающий бетон.

В заключение опишем красивый опыт с так называемыми «батавскими слезками», демонстрирующий малую сжимаемость жидкости и возникновение гидравлического удара. Батавские слезки получаются, когда капли расплавленного стекла падают в холодную воду. При быстром охлаждении стекла в такой слезке (рисунок 4) возникают значительные внутренние напряжения, особенно в местах перехода в тонкой части. Если такую слезку завернуть в марлю и раздавить на ладони, то при этом будет слышен лишь слабый хруст. Но если слезку положить в стакан с водой и с помощью двух пинцетов отломать у нее хвостик, то из-за внутренних напряжений она разлетится на мелкие части, вызвав гидравлический удар, иногда даже приводящий к разрушению стакана.

г-4