Материал: Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011

Описание конструкционных особенностей насосов АЭС и их основных элементов и узлов является одной из основных задач данного учебного пособия. В пособии приведена классификация насосов, описаны принципы работы, основные параметры насосов

иих характеристики, некоторые вопросы теории насосов. Конструкции и характеристики конкретных насосов приведены для энергоблока с реактором ВВЭР-1000. Представленные рисунки и схемы снабжены необходимыми комментариями для облегчения усвоения излагаемого материала.

Учебное пособие ориентировано на студентов старших курсов, обучающихся по специальности «Атомные электрические станции

иустановки», а также может быть полезным для студентов энергетических специальностей, изучающих оборудование тепловых и атомных станций.

11

Глава 1. ЕДИНИЦЫ, СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ, ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГИДРАВЛИКИ

1.1. Основные свойства жидкостей

Жидкости по своим механическим свойствам разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). С позиций физики, капельная жидкость значительно отличается от газа, с позиций механики жидкости, различие между ними не так велико, и законы, справедливые для капельных жидкостей, могут быть приложены также и к газам, когда их сжимаемостью можно пренебречь.

Капельные жидкости обладают определенным объемом, который практически не изменяется под действием сил. Газы, занимая все предоставленное им объем, могут значительно изменять объем, сжимаясь и расширяясь под действием сил. Таким образом, капельные жидкости легко изменяют форму (в отличие от твердых тел), но с трудом изменяют объем, а газы легко изменяют как объем, так и форму.

Основной механической характеристикой жидкостей является плотность. Плотностью называют массу жидкости, заключенную в

где m – масса жидкости в объеме V.

Рассмотрим основные физические свойства жидкости.

1. Сжимаемость, или свойство жидкости изменять свой объем под действием давления характеризуется коэффициентом βP объ-

емного сжатия, который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на единицу давления, т.е.

Знак «минус» обусловлен тем, что положительному приращению давления соответствует отрицательное приращение (т.е. уменьшение) объема жидкости.

Тогда плотность в зависимости от давления Р будет равна

12

где ρ0 и ρ − значения плотности при давлениях Р0 и Р. Величина, обратная коэффициенту βP , представляет собой объ-

где a – скорость распространения волн давления в упругой среде, равная скорости звука в этой среде. При температуре 20 °С скорость распространения звука в воздухе равна 330 м/с, в воде – 1480 м/с. Для капельных жидкостей модуль K уменьшается с увеличением температуры и возрастает с повышением давления. Для воды он при атмосферном давлении приблизительно равен

2 109 Па. Следовательно, при увеличении давления на 1 атм объем воды уменьшиться всего на 1/20 000 часть.

Как следует из формулы (1.3), при повышении давления воды, например до 400 атм, ее плотность повышается лишь на 2 %. Поэтому в большинстве случаев капельные жидкости можно считать несжимаемыми, т.е. принимать их плотность не зависимой от давления.

2. Температурное расширение характеризуется коэффициентом βT объемного расширения, который представляет собой среднее (в данном интервале температур) относительное изменение объема при изменении температуры на 1 °C, т.е

где ρ0 и ρ − значения плотности при температурах T0 и T. Зависи-

мость плотности воды от температуры при атмосферном давлении показана в табл. 1.1. Для сравнения, плотность простейшего представителя класса гликолей – этилен гликоля (ГОСТ 19710–83) при

200 °С равна 1112 кг/ м3.

13

Таблица 1.1

Зависимость плотности воды от температуры

Способность жидкостей менять плотность при изменении температуры широко используется для создания естественной циркуляции в котлах, отопительных системах и т.д.

3. Удельный вес – вес жидкости или газа G, приходящийся на единицу объема, т. е.

По определению, масса тела численно равна произведению мас-

Связь между плотностью и удельным весом можно определить

В системе СИ сила является не основной, а производной единицей и называется ньютоном. В соответствии с основным законом динамики силаF = ma, где m − масса, которая получает ускорение a под действием суммарной силы F.

Таким образом, 1 H =1мс2 1кг или [Н]= кг мс2 .

Из выражения (1.7) следует, что удельный вес жидкости или газа в g = 9,81 м/с2 раз больше, чем плотность.

Плотность воздуха при значениях атмосферного давления, равного 100 кПа, и температуры, равной 20 °С, т. е. при нормальных

условиях, составляет ρвоз=1,2 кгм3 . Плотность воды при тех же условиях ρвод ≈1000 кгм3 .

Плотность и удельный вес различных веществ определяют экспериментально с помощью высокоточной аппаратуры, а затем эти значения даются в виде таблиц или графиков.

4. Вязкостью называется свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Она проявляется в виде внутреннего трения при

14

относительном перемещении смежных частиц жидкости. Таким образом, вязкость характеризует степень текучести жидкости или подвижность ее частиц. Вязкость есть свойство, противоположное текучести: более вязкие жидкости (глицерин, смазочные масла и др.) менее текучи и наоборот.

Касательное напряжение τ − это касательная составляющая напряжения, действующего на жидкость. В то время как давление – нормальное к площади напряжение. Касательное напряжение в жидкости, как результат ее вязкости, зависит от рода и характера течения и изменяется прямо пропорционально поперечному градиенту скорости dνdy и равно

где µ – коэффициент динамической или абсолютной вязкости. Поперечный градиент скорости dνdy определяет собой изменение

скорости, приходящееся на единицу длины в направлении y, т.е. перпендикулярно направлению течения жидкости и, следовательно, характеризует интенсивность сдвига слоев жидкости в данной точке.

Коэффициент динамической вязкости в системе СИ имеет размерность Па с или Н см2 , или кг(м с). Широко используется размерность пуаз, при этом 1 пуаз = 0,1 Па с .

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости µ применяют еще так называемый кинематический коэффициент вязкости

В качестве единицы измерения кинематического коэффициента вязкости употребляется также стокс(Ст) =1 см2 с.

Вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается, а вязкость газов возрастает. Вода принадлежит к наименее вязким жидкостям. Лишь немногие из практически используемых жидкостей (эфир, спирт) имеют меньшую вязкость, чем вода. В табл. 1.2 показаны значения вязкости воды от температуры.

15