Избыточное давление на основание сосуда

В самых разнообразных областях техники и науки, в самых разных технических приборах и сооружениях требуется проводить измерения давления жидкостей или газов. В зависимости от назначения инженеры должны иметь возможность проводить измерения давления и использовать соответствующие единицы для точного отображения этих показаний, а также уметь правильно или оперировать.

Единицы измерения давления

Гидростатическое давление, как и напряжение, в системе СГС измеряется в дин/см2, в системе МКГСС – кгс/м2, в системе СИ – Па. Кроме того, гидростатическое давление измеряется в кгс/см2, высотой столба жидкости (в м вод. ст., мм рт.ст. и т. д.) и, наконец, в атмосферах физических (атм) и технических (ат) (в гидравлике пока еще преимущественно пользуются последней единицей). Для перевода одних единиц измерения давления в другие Вы можете воспользоваться нашим конвертером давлений. В ней есть возможность перевести бар, Psi. ат в Па, МПа в м.вод. столба или ртутного столба и т.д.

Абсолютное значение

Абсолютное давление ─ это истинное давление жидкостей, паров или газов, которое отсчитывается от абсолютного нуля давления (абсолютного вакуума).

Избыточное давление

Разность между абсолютным давлением p и атмосферным давлением pа называется избыточным давлением и обозначается ризб:

ризб = p – pа

или

ризб/γ = (p – pа)/γ = hп

hп в этом случае называется пьезометрической высотой, которая является мерой избыточного давления.

На рисунке показан закрытый резервуар с жидкостью, на поверхности которой давление p0. Подключенный к резервуару пьезометр П (см. рис. ниже) определяет избыточное давление в точке А.

Абсолютное и избыточное давления, выраженные в атмосферах, обозначаются соответственно ата и ати.

Вакууметрическое давление

Вакуумметрическое давление, или вакуум, – недостаток давления до атмосферного (дефицит давления), т. е. разность между атмосферным или барометрическим и абсолютным давлением:

рвак = pа – p

или

рвак/γ = (pа – p)/γ = hвак

где hвак – вакуумметрическая высота, т. е. показание вакуумметра В, подключенного к резервуару, показанному на рисунке ниже. Вакуум выражается в тех же единицах, что и давление, а также в долях или процентах атмосферы.

Из выражений последних двух выражений следует, что вакуум может изменяться от нуля до атмосферного давления; максимальное значение hвак при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) равно 10,33 м вод. ст.

Инфографика для лучшего запоминания и понимания.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Источник

Перечень оборудования работающего под избыточным давлением, на который распространяются требования правил промышленной безопасности опасных производственных объектов, представлен в Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», утвержденные приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 № 116 (ФНП).

Согласно п.2 ФНП направлены на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, инцидентов, производственного травматизма на объектах при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля (МПа):

а) пара, газа (в газообразном, сжиженном состоянии);

б) воды при температуре более 115 градусов Цельсия (°С);

в) иных жидкостей при температуре, превышающей температуру их кипения при избыточном давлении 0,07 МПа.

Согласно п.3 ФНП предназначены для применения при разработке технологических процессов, техническом перевооружении опасного производственного объекта (далее – ОПО), а также при размещении, монтаже, ремонте, реконструкции (модернизации), наладке и эксплуатации, техническом освидетельствовании, техническом диагностировании и экспертизе промышленной безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением (далее – оборудование под давлением), отвечающих одному или нескольким признакам, указанным в подпунктах «а», «б» и «в» пункта 2 настоящих ФНП:

а) паровых котлов, в том числе котлов-бойлеров, а также автономных пароперегревателей и экономайзеров;

б) водогрейных и пароводогрейных котлов;

в) энерготехнологических котлов: паровых и водогрейных, в том числе содорегенерационных котлов;

г) котлов-утилизаторов;

д) котлов передвижных и транспортабельных установок;

е) котлов паровых и жидкостных, работающих с органическими и неорганическими теплоносителями (кроме воды и водяного пара), и их трубопроводов;

ж) электрокотлов;

з) трубопроводов пара и горячей воды;

и) утратил силу

к) сосудов, работающих под избыточным давлением пара, газов, жидкостей;

л) баллонов, предназначенных для сжатых, сжиженных и растворенных под давлением газов;

м) цистерн и бочек для сжатых и сжиженных газов;

н) цистерн и сосудов для сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых избыточное давление создается периодически для их опорожнения;

о) барокамер.

Согласно п.4. ФНП не применяются в отношении объектов, на которых используется следующее оборудование под давлением:

а) котлы, включая электрокотлы, а также автономные пароперегреватели и экономайзеры, трубопроводы пара и горячей воды, сосуды, устанавливаемые на морских и речных судах и других плавучих средствах (кроме драг и плавучих буровых установок) и объектах подводного применения;

б) отопительные и паровозные котлы железнодорожного подвижного состава;

в) котлы объемом парового и водяного пространства 0,001 кубического метра (м ) и менее, у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и объема (м ) не превышает 0,002;

г) электрокотлы вместимостью не более 0,025 м ;

д) трубчатые печи и пароперегреватели трубчатых печей;

е) сосуды вместимостью не более 0,025 м независимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей. При определении вместимости из общего объема сосуда исключают объем, занимаемый футеровкой, трубами и другими внутренними устройствами. Группа сосудов, а также сосуды, состоящие из отдельных корпусов и соединенные между собой трубами внутренним диаметром более 100 мм, рассматривают как один сосуд;

ж) сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м , у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и вместимости (м ) не превышает 0,02;

з) сосуды, работающие под давлением, создающимся при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом или горении в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;

и) сосуды и трубопроводы, работающие под вакуумом;

к) сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;

л) воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;

м) оборудование под давлением, входящее в состав вооружения и военной техники, применяемое для обеспечения интересов обороны и безопасности государства, гражданской и территориальной обороны, а также в условиях ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, за исключением оборудования общепромышленного назначения;

н) сосуды и трубопроводы атомных энергетических установок, сосуды, работающие с радиоактивной средой, а также теплоэнергетическое оборудование, включая трубопроводы атомных электростанций;

о) приборы парового и водяного отопления;

п) сосуды, состоящие из труб внутренним диаметром не более 150 мм без коллекторов, а также с коллекторами, выполненными из труб внутренним диаметром не более 150 мм;

р) части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов (корпусы насосов или турбин, цилиндры двигателей паровых, гидравлических, воздушных машин и компрессоров);

с) трубопроводы пара и горячей воды, устанавливаемые на подвижном составе железнодорожного, автомобильного транспорта;

т) трубопроводы пара и горячей воды наружным диаметром менее 76 мм, у которых параметры рабочей среды не превышают температуру 450°С и давление 8 МПа;

у) трубопроводы пара и горячей воды наружным диаметром менее 51 мм, у которых температура рабочей среды не превышает 450°С при давлении рабочей среды более 8,0 МПа, а также у которых температура рабочей среды превышает 450°С без ограничения давления рабочей среды;

ф) сливные, продувочные и выхлопные трубопроводы котлов, трубопроводов, сосудов, редукционно-охладительных и других устройств, соединенные с атмосферой;

х) утратил силу

ц) утратил силу

ч) оборудование, изготовленное (произведенное) из неметаллической гибкой (эластичной) оболочки.

Согласно п.5. Требования настоящих ФНП обязательны для исполнения всеми организациями независимо от форм собственности, индивидуальными предпринимателями (далее – организации) и работниками организаций, осуществляющими на территории Российской Федерации деятельность, указанную в пункте 3 настоящих ФНП.

Источник

3.9 избыточное давление: Давление внутри защитной оболочки, превышающее давление во внешней среде, окружающей оболочку.

3.12 избыточное давление (overpressure): Давление внутри защитной оболочки, превышающее давление во внешней среде, окружающей оболочку.

3.25 избыточное давление: Разница между абсолютным локальным давлением жидкости и атмосферным давлением в данном месте в момент выполнения измерения.

16. Избыточное давление – разность абсолютного давления и давления окружающей среды, показываемого барометром.

Смотри также родственные термины:

3.3.15 избыточное давление во фронте ударной волны: Разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом.

140 избыточное давление кабеля местной связи: Давление сверх атмосферного, под которым содержат кабели местной связи

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

Смотреть что такое “избыточное давление” в других словарях:

• избыточное давление – Разность между полным абсолютным давлением и абсолютным давлением окружающей среды. [ГОСТ 8.271 77] Тематики средства измерения давления Обобщающие термины термины и определения понятий в области измерения давления … Справочник технического переводчика

• избыточное давление – rus избыточное давление (с), давление (с) сверх атмосферного eng overpressure fra surpression (f) deu überdruck (m) spa superpresión (f), supercompresión (f), sobrepresión (f) … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

• избыточное давление – манометрическое давление; избыточное давление Разность между давлением в рассматриваемой точке пространства и атмосферным давлением, если эта разность положительна … Политехнический терминологический толковый словарь

• избыточное давление – manometrinis slėgis usas T sritis chemija apibrėžtis Skirtumas tarp absoliučiojo ir atmosferos slėgių, kai absoliutusis yra didesnis. atitikmenys: angl. gage pressure; gauge pressure; manometer pressure; overpressure rus. избыточное давление; … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• избыточное давление – slėgmačio slėgis usas T sritis fizika atitikmenys: angl. gage pressure; gauge pressure; manometer pressure vok. Manometerdruck, m; ischer Überdruck, m rus. избыточное давление, n; манометрическое давление, n pranc. pression effective, f;… … Fizikos terminų žodynas

• избыточное давление – perteklinis slėgis usas T sritis Gynyba apibrėžtis Atmosferos slėgio ir didžiausiojo slėgio sprogimo (smūgio) bangos fronte skirtumas; pagrindinis sprogimo (smūgio) bangos parametras. Perteklinis slėgis matuojamas paskaliais (Pa). Perteklinis … Artilerijos terminų žodynas

• избыточное давление – perteklinis slėgis usas T sritis Gynyba apibrėžtis Slėgis, susidaręs sprogimo metu smūgio bangoje. Jis yra vadinamas teigiamuoju, kai viršija atmosferinį slėgį, ir neigiamuoju, kai slenkant bangai, darosi mažesnis už atmosferos slėgį.… … Artilerijos terminų žodynas

• избыточное давление – perteklinis slėgis usas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Atmosferinio slėgio ir didžiausiojo slėgio sprogimo (smūgio) bangos fronte skirtumas; pagrindinis sprogimo (smūgio) bangos parametras. Perteklinis slėgis matuojamas… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

• избыточное давление – perteklinis slėgis usas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Slėgis, susidaręs sprogimo metu smūgio bangoje. Jis yra vadinamas teigiamuoju, kai viršija atmosferinį slėgį, ir neigiamuoju, kai slenkant bangai, darosi mažesnis už… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

• избыточное давление – viršslėgis usas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Atmosferinio slėgio ir didžiausiojo slėgio sprogimo (smūgio) bangos fronte skirtumas; pagrindinis sprogimo (smūgio) bangos parametras. Viršslėgis matuojamas paskaliais (Pa)… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

Источник

Давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением и обозначается pабс. Абсолютный нуль давления означает полное отсутствие сжимающих напряжений.

В открытых сосудах или водоемах давление на поверхности равно атмосферному pатм. Разность между абсолютным давлением pабс и атмосферным pатм называется избыточным давлением

pизб = pабс – pатм.

Когда давление в какой-либо точке, расположенной в объеме жидкости, больше атмосферного, т. е. , то избыточное давление положительно и его называют манометрическим.

Если давление в какой-либо точке оказывается ниже атмосферного, т. е. , то избыточное давление отрицательно. В этом случае его называют разрежениемили вакуумметрическим давлением. За величину разрежения или вакуума принимается недостаток до атмосферного давления:

pвак = pатм – pабс;

pизб = – pвак.

Максимальный вакуум возможен, если абсолютное давление станет равным давлению насыщенного пара, т. е. pабс = pн.п. Тогда

pвак max = pатм – pн.п.

В случае если давлением насыщенного пара можно пренебречь, имеем

pвак max = pатм.

Единицей измерения давления в СИ является паскаль (1 Па = 1 Н/м2), в технической системе – техническая атмосфера (1 ат = 1 кГ/см2 = 98,1 кПа). При решении технических задач атмосферное давление принимается равным 1 ат = 98,1 кПа.

Манометрическое (избыточное) и вакуумметрическое (разрежение) давление часто измеряются с помощью стеклянных, открытых сверху трубок – пьезометров, присоединяемых к месту измерения давления (рис. 2.5).

Рис. 2.5

Пьезометры измеряют давление в единицах высоты подъема жидкости в трубке. Пусть трубка пьезометра присоединена к резервуару на глубине h1. Высота подъема жидкости в трубке пьезометра определяется давлением жидкости в точке присоединения. Давление в резервуаре на глубине h1 определится из основного закона гидростатики в форме (2.5)

,

где – абсолютное давление в точке присоединения пьезометра;

– абсолютное давление на свободной поверхности жидкости.

Давление в трубке пьезометра (открытой сверху) на глубине h равно

.

Из условия равенства давлений в точке присоединения со стороны резервуара и в пьезометрической трубке получаем

Если абсолютное давление на свободной поверхности жидкости больше атмосферного (p0 > pатм) (рис. 2.5.а), то избыточное давление будет манометрическим, и высота подъема жидкости в трубке пьезометра h > h1. В этом случае высоту подъема жидкости в трубке пьезометра называют манометрической или пьезометрической высотой.

Манометрическое давление в этом случае определится как

.

Если абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре будет меньше атмосферного (рис. 2.5.б), то в соответствии с формулой (2.6) высота подъема жидкости в трубке пьезометра h будет меньше глубины h1. Величину, на которую опустится уровень жидкости в пьезометре относительно свободной поверхности жидкости в резервуаре, называют вакуумметрической высотой hвак (рис. 2.5.б).

Рассмотрим еще один интересный опыт. К жидкости, находящейся в закрытом резервуаре, на одинаковой глубине присоединены две вертикальные стеклянные трубки: открытая сверху (пьезометр) и запаянная сверху (рис. 2.6). Будем считать, что в запаянной трубке создано полное разряжение, т. е. давление на поверхности жидкости в запаянной трубке равно нулю. (Строго говоря, давление над свободной поверхностью жидкости в запаянной трубке равно давлению насыщенных паров, но ввиду его малости при обычных температурах, этим давлением можно пренебречь).

Рис. 2.6

В соответствии с формулой (2.6) жидкость в запаянной трубке поднимется на высоту, соответствующую абсолютному давлению на глубине h 1:

.

А жидкость в пьезометре, как показано ранее, поднимется на высоту, соответствующую избыточному давлению на глубине h 1.

Вернемся к основному уравнению гидростатики (2.4). Величина H, равная

где z – расстояние по вертикали от рассматриваемой точки до некоторой плоскости сравнения, называется гидростатическим напором в некоторой точке объема жидкости относительно плоскости сравнения.

Если в выражении (2.7) давление равно избыточному (p = pизб), то величина

называется пьезометрическим напором.

Как следует из формул (2.7), (2.8), напор измеряется в метрах.

Согласно основному уравнению гидростатики (2.4) как гидростатический, так и пьезометрический напоры в покоящейся жидкости относительно произвольно выбранной плоскости сравнения являются постоянными величинами. Для всех точек объема покоящейся жидкости гидростатический напор одинаков. То же самое можно сказать и про пьезометрический напор.

Это значит, что если к резервуару с покоящейся жидкостью подключить на разной высоте пьезометры, то уровни жидкости во всех пьезометрах установятся на одинаковой высоте в одной горизонтальной плоскости, называемой пьезометрической.

Поверхности уровня

Во многих практических задачах бывает важно определить вид и уравнение поверхности уровня.

Поверхностью уровня или поверхностью равного давления называется такая поверхность в жидкости, давление во всех точках которой одно и то же, т. е. на такой поверхности dp = 0.

Так как давление является некоторой функцией координат, т. е. p = f(x,y,z), то уравнение поверхности равного давления будет:

Придавая константе C разные значения, будем получать различные поверхности уровня. Уравнение (2.9) есть уравнение семейства поверхностей уровня.

Свободная поверхность – это поверхность раздела капельной жидкости с газом, в частности, с воздухом. Обычно про свободную поверхность говорят только для несжимаемых (капельных) жидкостей. Понятно, что свободная поверхность является и поверхностью равного давления, величина которого равна давлению в газе (на поверхности раздела).

По аналогии с поверхностью уровня вводят понятие поверхности равного потенциала илиэквипотенциальной поверхности – это поверхность, во всех точках которой силовая функция имеет одно и то же значение. Т. е. на такой поверхности

U = const

или

.

Тогда уравнение семейства эквипотенциальных поверхностей будет иметь вид

U(x,y,z) = C,

где постоянная C принимает различные значения для разных поверхностей.

Из интегральной формы уравнений Эйлера (уравнения (2.3)) следует, что

Из этого соотношения можно сделать вывод, что поверхности равного давления и поверхности равного потенциала совпадают, потому что при dp = 0и dU = 0.

Важнейшее свойство поверхностей равного давления и равного потенциала состоит в следующем: объемная сила, действующая на частицу жидкости, находящуюся в любой точке, направлена по нормали к поверхности уровня, проходящей через эту точку.

Докажем это свойство.

Пусть частица жидкости из точки с координатами переместилась по эквипотенциальной поверхности в точку с координатами . Работа объемных сил на этом перемещении будет равна

.

Но, поскольку частица жидкости перемещалась по эквипотенциаль-ной поверхности, dU = 0. Значит работа объемных сил, действующих на частицу, равна нулю. Силы не равны нулю, перемещение не равно нулю, тогда работа может быть равна нулю только при условии, что силы перпендикулярны перемещению. То есть объемные силы нормальны к поверхности уровня.

Обратим внимание на то, что в основном уравнении гидростатики, записанном для случая, когда на жидкость действует только один вид объемных сил – силы тяжести (см. уравнение (2.5))

,

величина p0 – не обязательно давление на поверхности жидкости. Это может быть давление в любой точке, в которой оно нам известно. Тогда h – это разность глубин (по направлению вертикально вниз) между точкой, в которой давление известно, и точкой, в которой мы хотим его определить. Таким образом, с помощью этого уравнения можно определить значение давления p в любой точке через известное давление в известной точке – p0.

Заметим, что величина не зависит от p0. Тогда из уравнения (2.5) следует вывод: насколько изменится давление p0, настолько же изменится и давление в любой точке объема жидкости p. Поскольку точки, в которых фиксируем p и p0, выбраны произвольно, это означает, что давление, создаваемое в любой точке покоящейся жидкости, передается ко всем точкам занимаемого объема жидкости без изменения величины.

Как известно, в этом и состоит закон Паскаля.

По уравнению (2.5) можно определить форму поверхностей уровня покоящейся жидкости. Для этого надо положить p = const. Из уравнения следует, что это выполнимо лишь при h = const. Значит, что при действии на жидкость из объемных сил только сил тяжести, поверхности уровня представляют собой горизонтальные плоскости.

Такой же горизонтальной плоскостью будет и свободная поверхность покоящейся жидкости.

Источник