Lewar hydrauliczny
Lewar hydrauliczny[a] – urządzenie hydrauliczne w postaci wypełnionej cieczą rury o dwóch ramionach, służące do grawitacyjnego przelewania cieczy ponad przegrodą; jest rurociągiem, w którego krótszej części ciecz wznosi się ze zbiornika górnego nad przegrodę, a w dłuższej – spływa do zbiornika dolnego[1][2][3][4].
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0e/Sifon2.png/220px-Sifon2.png)
Elementy hydrodynamiki
edytujLewary są rurociągami, ciecz płynąca w nich spełnia równanie Bernoulliego. Problemy dodatkowe są związane ze specyfiką konstrukcji – ciecz spływająca grawitacyjnie ze zbiornika górnego do dolnego przebywa część drogi w rurociągu wyniesionym ponad powierzchnię w zbiorniku górnym[2][5][6]. W tej części rurociągu panuje ciśnienie mniejsze od ciśnienia zewnętrznego. Aby ruch wbrew siłom grawitacji był możliwy, w krótszej części lewara musi wystąpić efekt ssania, spowodowany grawitacyjnym spływem w części dłuższej (zob. ciśnienie hydrostatyczne). Przyczyną ssania są siły wzajemnego przyciągania cząsteczek cieczy, warunkiem działania lewara jest więc zachowanie ciągłości strugi, a w związku z tym[5][6]:
- lewar musi być całkowicie wypełniony cieczą (zainicjowanie działania przez zassanie lub zalanie),
- muszą być spełnione warunki konstrukcyjne, w których nie będzie dochodziło do przerywania strugi wskutek parowania cieczy lub jej odgazowania (np. wydzielania się nadmiernej ilości pęcherzyków powietrza rozpuszczonego w wodzie).
Niepożądane odparowanie i odgazowanie cieczy może wystąpić w najwyższej części rurociągu, gdzie panuje najmniejsze ciśnienie, które sprzyja parowaniu (zmniejsza prężność pary nasyconej) i odgazowaniu (zmniejsza rozpuszczalność gazów)[2][5][6].
Obliczenia konstrukcyjne wykonywane są przy założeniach upraszczających[5][6]:
- przepływ jest stacjonarny, a ciecz jest nieściśliwym płynem idealnym,
- ciśnienie nad swobodną powierzchnią cieczy w zbiorniku górnym i w punkcie wypływu jest jednakowe (zwykle równe ciśnieniu atmosferycznemu, w warunkach normalnych 1013 hPa),
- lewar ma stałą średnicę, która jest na tyle duża, że można pominąć różnice ciśnień między punktami przekroju rurociągu,
- prędkość obniżania się poziomu cieczy w zbiorniku jest znikomo mała w stosunku do liniowej prędkości wypływającej cieczy.
Zasada zachowania energii, zastosowana przy tak sformułowanych założeniach, prowadzi do stwierdzenia, że niezależnie od kształtu naczynia, prędkość cieczy wypływającej z lewara wynosi[2][5][6][7]:
Wysokość wyniesienia rurociągu nad górną powierzchnię swobodną przy której nie zostanie osiągnięte ciśnienie odpowiadające wrzeniu cieczy określa wzór:
gdzie:
- – różnica między poziomem powierzchni cieczy w zbiorniku górnym i poziomem punktu wypływu,
- – przyspieszenie ziemskie.
Z powyższego wynika, że ilość cieczy wypływającej lewara zależy od pola przekroju lewara i różnicy poziomów cieczy.
W dokładniejszych analizach rozpatruje Równanie Bernoulliego, zmiany ciśnienia wywołane płynięciem cieczy, straty energii w przepływie cieczy rzeczywistej. Dodatkowe założenia zmniejszają maksymalną wysokość wyniesienia rurociągu nad górną powierzchnię swobodną przy których nie zostanie osiągnięte ciśnienie odpowiadające wrzeniu [5]:
gdzie:
- – ciężar właściwy cieczy w lewarze.
Transportowanie cieczy uwalniających gazy wymaga specyficznych metod obliczeń i rozwiązań technicznych. Wydzielanie się powietrza ma charakter burzliwy, co wywołuje wtórne lokalne zmiany ciśnienia oraz związane z tym zjawiska korozji kawitacyjnej i drgania akustyczne. Skutkiem gromadzenia się powietrza w najwyższej części lewara jest stopniowe zmniejszanie się przekroju strugi cieczy, aż do jej przerwania[6]. Opracowano rozwiązania techniczne, które umożliwiają przeciwdziałanie tym efektom; stosowane są np. samoczynne głowice odpowietrzające, działające np. z wykorzystaniem zwężki Venturiego[5].
Przykłady zastosowań
edytujLewary są powszechnie stosowane w technice sanitarnej, np. jako element[5][6]:
- ujęć wody w instalacjach wodociągowych,
- urządzeń umożliwiających zrzuty wody ze zbiorników retencyjnych lub polderów przeciwpowodziowych (do rzeki, po obniżeniu się jej poziomu),
- przelewów ścieków kanalizacji, w tym np. samoczynnych spłuczkach toaletowych.
W gospodarstwie domowym lewary są stosowane np. do zlewania win znad osadu[8] lub oczyszczania akwarium[9].
Uwagi
edytuj- ↑ Pojęcie „lewar” jest wieloznaczne; w języku polskim oznacza również:
- „dźwigniki” o różnej konstrukcji, wielkości i napędzie, wśród nich np. podnośnik hydrauliczny.
- zamknięcie wodne m.in. instalacji kanalizacyjnej lub analogiczne zamknięcia odcinków korytarzy jaskiniowych (zob. syfon (speleologia)),
- fragmenty instalacji wodno-kanalizacyjnych, w których strumień wody płynie (np. rurociągiem) z do obszaru niżej położonego przez lokalne obniżenie terenu (np. pod dnem rzeki)
- grubościenna butlę z napojem gazowanym.
Przypisy
edytuj- ↑ Surowiak 1973 ↓, s. 139.
- ↑ a b c d Janusz Ciborowski: Inżynieria chemiczna. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1955, s. 17–18. (pol.).
- ↑ Lewar. [w:] Encyklopedia Gutenberga [on-line]. www.gutenberg.czyz.org. [dostęp 2012-10-10]. (pol.).
- ↑ Lewar hydrauliczny. [w:] Wiem, darmowa encyklopedia [on-line]. portalwiedzy.onet.pl. [dostęp 2012-10-10]. (pol.).
- ↑ a b c d e f g h Praca zbiorowa pracowników Zakładu Hydrauliki i Hydromechaniki, red. Katarzyna Baran-Gurgul: Ćwiczenia laboratoryjne z hydrauliki, Rozdz. VI. Lewar (s. 28–31). [w:] Skrypt Politechniki Krakowskiej; Kraków 2001 [on-line]. holmes.iigw.pl. [dostęp 2012-10-10]. [zarchiwizowane z tego adresu (2009-06-12)]. (pol.).
- ↑ a b c d e f g Hydraulika. Przepływ cieczy w lewarach o małych przekrojach. [w:] Materiały dydaktyczne Politechniki Lubelskiej, Wydział Inżynierii Środowiska [on-line]. onet.pl. [dostęp 2016-09-09]. (pol.).
- ↑ Janusz Ciborowski: Podstawy inżynierii chemicznej. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1965, s. 61–62. (pol.).
- ↑ Ściąganie win znad osadów. amatorsportu.blogspot.com/2007/11. [dostęp 2012-10-12]. (pol.).
- ↑ Rafał Urban: Lewar na dachu. Rozważania na temat odwadniania podciśnieniowego. [w:] www Inżynier Budownictwa [on-line]. 2014-06-16. [dostęp 2016-09-09]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-09-24)].
Bibliografia
edytuj- Witold Surowiak: Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich, seria ilustrowanych encyklopedii technicznych i naukowych: Maszyny, hasło „Lewar”. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1973, s. 139.