9.3.3. Способы гашения и примеры использования гидравлического удара

Жуковский Η.Ε. не только дал математическое выражение гидравлического удара в водоводах, но и указал способы устранения или значительного уменьшения гидравлического удара. Чтобы устранить причины, вызывающие появление гидравлического удара, следует не допускать быстрого изменения скорости движения воды в трубах, т.е. нельзя быстро открывать или закрывать задвижки. Так, с помощью медленно закрывающихся клапанов (вентилей) вместо «пробковых» кранов поток жидкости в трубах останавливается сравнительно медленно. Однако в ряде случаев снижение гидравлического удара за счет медленного закрытия задвижки невозможно. При непредвиденном снятии нагрузки с гидротурбины нужно быстро закрыть ее направляющий аппарат и прекратить подачу воды в турбину. В противном случае частота вращения турбины резко возрастет, что может привести к ее повреждению. Но быстрое закрытие направляющего аппарата непременно вызовет гидравлический удар.

С целью снижения гидравлического удара при внезапном закрытии направляющего аппарата турбины на гидроэлектростанциях сооружаются высокие цилиндрические открытые емкости – уравнительные резервуары, полости которых сообщаются с водоводами гидроэлектростанций через отверстия разделительных диафрагм. При возникновении гидравлического удара вода из водовода через отверстие в диафрагме устремится в полость резервуара и тем самым смягчит силу гидравлического удара. Колебания уровня воды в резервуаре постепенно затухают, так же как и колебания давления в самом водоводе. В небольших водопроводных системах для предотвращения гидравлического удара ставят специальные предохранительные клапаны, которые открываются только тогда, когда происходит повышение давления. Вместо дорогостоящих предохранительных клапанов иногда ставят предохранительные диафрагмы, толщина которых достаточна для восприятия нормальных давлений. При возникновении гидравлического удара диафрагма разрывается, часть

РиРис. . 9.910.10. Гидравлическ.ийческийтаран таран

41

воды изливается из напорного водовода, при этом водовод остается невредимым.

По длине водовода иногда устраивают воздушные колпаки, в которых при появлении гидравлического удара воздух сжимается и таким образом амортизирует удар. Воздушные колпаки являются как бы своеобразным буфером, позволяющим повышенному давлению распространяться по трубопроводу.

Разрушительная сила гидравлического удара используется в некоторых устройствах. Примером является гидравлический таран – водоподъёмное устройство, в котором для подачи воды используется повышение в ней давления при периодически создаваемых гидравлических ударах. Гидравлический таран был известен ещё в 18 веке. Теория гидравлического тарана была разработана Н. Е. Жуковским (1907). Одну из совершенных конструкций гидравлического тарана предложил Д. И. Трембовельский (1927). Схема гидравлического тарана приведена на рис. 9.10. В период разгона при кратковременном открытии клапана 4 (вручную) в подводящей трубе 6 под действием подпора создаётся поток воды со средним расходом Q, который сбрасывается через этот клапан. Когда силовое воздействие воды уравновесит вес клапана, он поднимается. Быстрое закрытие клапана 4, а следовательно внезапная остановка воды, вызывает гидравлический удар. Резкое повышение давления открывает клапан 5, через который выходит некоторое количество воды со средним расходом q < Q. В рабочем периоде вода по трубопроводу 2 поступает в верхний бак 1, преодолев напор H > h. Сжатый воздух, находящийся в напорном колпаке 3, выравнивает подачу воды по трубопроводу. В конце второго периода давление в клапанной коробке становится немного меньше, поэтому клапан 5 закрывается, а клапан 4 открывается, что обеспечивает автоматическое повторение цикла. КПД тарана зависит от напора и для соотношения Н/h=1 равен 0,92, а для Н/h=20 составляет 0,26.

Гидравлический таран применим там, где имеется запас воды, значительно превышающий потребное количество, и где есть возможность расположить установку ниже уровня источника. Получил распространение в сельском хозяйстве, для водоснабжения небольших строек и т.п..

В нефтяной и газовой промышленности гидравлический удар используют для воздействия на призабойную зону скважин. Если в заполненную жидкостью скважину опустить пустотелую емкость (отвакуумированный стеклянный сосуд) и там ее вскрыть, то устремляющаяся со всех сторон жидкость сталкивается и происходит гидравлический удар. От резкого повышения давления в продуктивном

42