Экспериментальное исследование колебательного процесса в цилиндрических трубах, заполненных газопузырьковой жидкостью

Abstract

На практике волновым процессам в трубопроводах гидравлических систем, как правило, не уделяют внимания. Однако при совпадении частоты пульсаций давления в гидросистеме с частотой ее собственных колебаний могут возникнуть резонансные колебания. Они являются причинами нарушения работы гидравлических систем и разрушений трубопроводов. Для борьбы с таким эффектом иногда применяют механические приспособления (насосы различных типов, аттенюаторы, демпферы, активные устройства и пр.), конструктивно усложняющие гидравлические системы. Разработка альтернативных способов уменьшения воздействия волновых и вибрационных процессов на трубопроводы является актуальной научно-технической задачей. В работе рассмотрен метод гашения резонансных колебаний в гидросистеме путем подачи в акустический контур трубопровода пузырьков газа. Целью работы являлась разработка способа ослабления пульсаций в жидкости гидравлической системы и оценка его эффективности. Предложенный способ проверялся практически. Для этого был разработан экспериментальный стенд, имитирующий часть трубопровода гидравлической системы, в который подавались пузырьки газов. Экспериментальным методом определены резонансные частоты и уровни звука в жидкой среде, ограниченной трубой, закрытой с одной стороны, исследовано влияние подаваемого газа с разным объемным расходом на уровень звука в трубе на резонансных частотах основных гармоник и обертонов. Полученные в ходе исследования результаты позволяют сделать вывод, что подача газа в жидкую среду приводит к изменению свойств этой среды и, как следствие, к снижению уровня звукового давления в жидкости, на резонансных (собственных) частотах колебаний цилиндрических труб, закрытых с одного конца.

In hydraulic systems, undamped oscillations often occur, the frequencies of which coincide with the natural frequencies of the elements of hydraulic systems. The resulting pressure pulsations in the liquid are harmful and can disrupt the operation of hydraulic systems and elements of its automation. The search for ways and methods to reduce the impact of wave and vibration processes on pipelines, as well as the creation of devices that ensure their implementation, is an urgent scientific and technical task. The paper proposes an original method of damping resonant vibrations by feeding gas bubbles into the acoustic circuit. The aim of the work was to evaluate the effectiveness of the proposed method for reducing the sound level in water at the resonant frequencies of the main harmonics and overtones. To test the proposed method, an experimental stand was developed, the resonant frequencies and sound levels in a liquid medium bounded by a pipe closed on one side were determined by an experimental method, the influence of the supplied gas with different volume flow rates on the sound level in the pipe at the resonant frequencies of the main harmonics and overtones was investigated. The experimental results obtained allow us to conclude that the gas supply to a liquid medium leads to a change in the properties of the medium and, as a consequence, to a decrease in the sound pressure level in the liquid from the resonant (natural) oscillation frequencies of cylindrical pipes closed at one end.