В книге рассматривается неустановившееся движение жидкости в напорных гидравлических системах (гидроэлектрические станции, водопроводы, нефтепроводы, системы насосного орошения, гидравлические системы подачи горючего и т. п.). Изложена общая теория гидравлического удара в простых трубопроводах и в сложных системах труб. Рассматриваются вероятностные задачи гидравлического удара, связанные с вероятностным характером закона закрытия запорных органов трубопроводов, а также связь этих задач с задачей надежности трубопроводов. Работа уравнительных резервуаров освещается с различных точек зрения: 1) как средства гашения гидравлического удара, 2) как устройства, существенно влияющего на устойчивость стационарных гидравлических режимов. 3) как устройства, требующего гидравлического расчета для определения своих габаритов. Дается анализ связи гидравлического удара с колебаниями жидких масс в уравнительных резервуарах. Книга предназначена для инженеров-исследователей, занимающихся устройствами, содержащими гидравлические системы, и для специалистов по механике.

Предисловие

Глава I. Дифференциальные уравнения и физическое описание неустановившегося движения жидкости в напорных системах
§ 1. Дифференциальные уравнения гидравлического улара
§ 2. Интегрирование дифференциальных уравнений гидравлического удара в простейших случаях
§ 3. Гидравлический удар в простых трубопроводах при отсутствии сил трения
§ 4. Уравнительный резервуар и разветвление трубопровода
§ 5. Краевые условия, определяющиеся запорными органами на трубопроводе
§ 6. Колебания жидких масс в напорных сооружениях

Глава II. Основные задачи теории гидравлического удара
§ 7. Гидравлический удар в сложных трубопроводах при произвольном законе закрытия или открытия запорных органов
§ 8. Предельный гидравлический удар при линейном изменении открытия запорных органов
§ 9. Простой трубопровод
§ 10. О распределениях вероятностей максимумов динамического давления в трубопроводах
§ 11. Разрыв колонны жидкости в трубопроводе
§ 12. Операторные уравнения гидравлического удара и периодические колебания давления
§ 13. Метол характеристик
§ 14. Гидравлический удар при нелинейном трении

Глава III. Типы уравнительных резервуаров и уравнения колебаний жидких масс в напорных системах
§ 15. Типы и расположение уравнительных резервуаров
§ 16. Уравнения колебаний жидких масс
§ 17. Замыкание систем уравнений колебаний жидких масс

Глава IV. Простейшие задачи устойчивости установившихся движений в гидравлических системах
§ 18. Устойчивость гидравлических систем в малом (линейные задачи)
§ 19. Достаточные условия устойчивости в большом для классической гидравлической схемы
§ 20. Структура фазовой плоскости для классической гидравлической схемы постоянного расхода и в случае справедливости гипотезы идеальных регуляторов
§ 21. Решение для случая переменного к. п. д.
§ 22. Влияние упругости системы на устойчивость

Глава V. Более сложные задачи устойчивости
§ 23. Система, имеющая резервуар с сопротивлением
§ 24. Система с двухкамерным резервуаром
§ 25. Система, имеющая дифференциальный резервуар
§ 26. Каптажная схема
§ 27. Система, питающаяся двумя деривациями
§ 28. ГЭС, имеющая уравнительные резервуары по разные стороны генераторного здания

Глава VI. Амплитуды колебаний уровня жидкости в уравнительных резервуарах
§ 29. Напорные системы без гидравлических сопротивлений
§ 30. Точные решения для напорных систем с гидравлическими сопротивлениями
§ 31. Приближенные решения для напорных систем с гидравлическими сопротивлениями

Приложение. Расчетные случаи неустановившихся гидравлических режимов ГЭС
Литература

Предисловие

Проблема неустановившегося режима напорных гидравлических систем в настоящее время может считаться решенной. Возникающие в последнее время новые задачи, связанные с напорными системами, уже не относятся непосредственно к динамике этих систем, а находятся на стыке с другими областями. Таковы, например, задачи о надежности напорных систем как инженерных сооружений или задача о высокочастотных колебаниях давления в тонкостенной трубе, в которой труба должна рассматриваться как оболочка, а не как конструкция, допускающая идеализацию в аспекте классической теории гидравлического удара.

Однако решение задач динамики напорных систем рассеяно по громадному множеству журнальных статей, в котором трудно ориентироваться даже специалисту, непосредственно занимающемуся этими системами. Дело осложняется еще и тем, что в этой литературе сплошь и рядом встречаются исключающие друг друга результаты, связанные с ошибками тех или иных авторов, подчас кочующие из одного источника в другой и попадающие даже в учебники.

Имеющиеся монографии, как отечественные, так и зарубежные, не меняют этой картины, так как в них излагаются почти исключительно результаты, полученные авторами этих монографий, начиная с известной монографии Фогта в 1923 году и кончая серией монографий, изданных в 1951 и следующих годах Госэнергоиздатом и последними монографиями Гарделя во Франции и Франка в ФРГ.

Путаница в теории привела к неоправданным конструктивным усложнениям, вроде трёхкамерных уравнительных резервуаров, пропагандировавшихся в технической литературе.

Между тем теория гидравлических напорных систем, независимо от области, в которой эти системы применяются (гидроэлектростанции, водоснабжение, нефтепроводы, моторостроение и т. д.), сводится к сравнительно небольшому числу основных фактов, анализ которых создает необходимые предпосылки для того, чтобы разобраться в любых ситуациях, выдвигаемых практикой.

Данная монография преследует цель систематизировать и проанализировать именно эти факты без попытки исчерпать все мыслимые задачи, возникающие в приложениях теории. В ней дается по возможности строгое изложение безусловно проверенных результатов, рассчитанное на широкий круг читателей, занимающихся как теорией, так и ее приложениями. При этом колебания жидких масс в деривационных тоннелях и в уравнительных резервуарах, с одной стороны, и гидравлический удар, с другой, рассматриваются не обособленно друг от друга, как это обычно практикуется, а как единое явление, каким они и являются в действительности.

Монография носит механико-математический характер. Никакие технические вопросы в ее тексте не затрагиваются. Те разъяснения технического характера, которые авторы все же сочли нужным дать, вынесены в приложение.

Не ставя перед собой задачу в какой-либо мере охватить библиографию по гидравлическому удару и уравнительным резервуарам, насчитывающую сотни названий, авторы ограничились минимальным числом библиографических ссылок, которые делались лишь в самых необходимых случаях, обычно для указания источников заимствования. Ссылки на индивидуальные работы авторов в книге отсутствуют, кроме тех случаев, когда было необходимо указать на развитие в этих работах излагаемых положений, могущее представить интерес для читателя.

Инициатором исследования устойчивости напорных систем в большом (главы IV и V) был А.А. Андронов. Авторы благодарят Н.И. Розальскую за тщательное редактирование.

§§ 1-17. 19, 29—31 и приложение написаны Н.А. Картвелишвили, §§ 20—24 — Г.В. Ароновичем. §§ 18. 25—28 — Я.К. Любимцевым.