13.Гідравлічний удар в напірних трубопроводах

Гідравлічним ударом називають зміну (підвищення або зни­ження) тиску в трубопроводі при різкій зміні швидкості руху Підвищення тиску при гідравлічному ударі може бути настільки великим, що це може призвести до розриву трубопроводу.

Вивчати гідравлічний удар почали у зв'язку з частими аварія­ми на мережах Московської о водопроводу наприкінці XIX ст Причини аварій проаналізував російський вчений М. Є. Жу­ковський, який і розробив теорію гідравлічного удару.У разі швидкого закриття засувки в трубопроводі швидкість руху різний в ньому зменшується до нуля і відбувається перехід кінетичної енергії потоку в потенціальну, що призводить до різкого збільшення тиску. Чим більша довжина труби, тим більшими будуть маса ріди­ни і кінетична енергія І гам значнішим буде збільшення тиску при гідравлічному ударі.

Якщо па трубопроводі, яким протікає вода (рис. 4.17). різко закрити засувку, то рух рідини зупиніться спочатку не в усій трубі, а тільки безпосередньо перед засувкою. Це можливо тому, що завдяки пружним властивостям рідини і матеріалу труби рідина трохи стискується, а труба розширюється. Далі збільшення тиску швидко поширюється по трубопроводу від засувки до резервуара.

Швидкість поширення підвищення тиску називають швидкістю ударної хвилі Су. Після того як в усій трубі тиск підви­щиться, рідина почне виходити із зони підвищеного зиску на­зад у резервуар, і тиск у трубі знижуватиметься. Потім у зону зниженого тиску знову піде рідний з резервуара, і тиск підви­щиться. Внаслідок пружних властивостей рідини і стінок тру­би цей процес поступово згасає (рис. 4.18). Найбільш небез­печне перше підвищення тиску.Ударна хвиля пройде усім трубопроводом за час t/cv Час одного циклу, який включає підвищення і зниження тиску, на­зивають фазою удару Ті визначають за формулою Т=2l/Cv (4.26)

Якщо час закриття засувки меншин або дорівнює фазі уда­ру Т (t < T), то удар є прямим.

Якщо t> T, то за час підвищення і зниження тиску засувка ще не буде закритою, рух рідини в трубі не зупиниться і не вся кінетична енергія перейде в потенціальну, тобто підвищення буде меншим, ніж при прямому ударі. Такий удар називають непрямим.

Удар може виникати і при раптовому зупиненні насоса, який подає воду нагнітальним трубопроводом у резервуар (рис. 419)

Після виключення насоса рідина за інерцією деякий час ру­хається, і в трубопроводі виникає зниження тиску (безпосередньо біля насоса) Потім починається зворотний рух води з резерву ара в область зниженого тиску в трубопроводі, і тиск підви­щиться, як це було при прямому ударі (рис. 4.20).

З ЦЬОГО випливає, шо характеристики руху рідини при гідрав­лічному ударі змінюються з часом. Отже, удар належить до ка­тегорії неусталеного руху

Способи боротьби гідравлічним ударом. Підвищення тиску при гідравлічному ударі залежить від характеру зміни опору засувки. Тому ефективним способом зменшення впливу удару є підбір такого закону закриття засувки, за яким тиск не буде перевищувати допустимий.

Підвищення тиску буде тим меншим, чим меншою буде втраче­на швидкістьVвтр= V0-V

Чим повільніше закривають засувку, тобто чим менша фаза удару Т часу повною закриття засувки тим меншою буде зміна ступеня відкриття засувки в кожній фазі.Одним із найістотніших засобів боротьби або запобігань гідравлічному удару є повільне закриття засувок. Для трубо­проводів малих діаметрів D треба встановлювати вентилі, що закриваються досить повільно.

На насосних станціях на початку напірних трубопроводів встановлюють протиударні апарати. При зупинці насоса і зни­женні тиску в трубі клапани апарату автомати чиє відчиняються і при зворотному підході води частина її виливається з клапа­на без підвищення тиску. Потім клапан закривається.

На трубопроводах можна встановлювати вирівнювальні ре­зервуари (рис. 4.25). При гідравлічному ударі в резервуар надхо­дить частина води, що знижує додатковий тиск у трубопроводі.Таке саме явище відбувається і в повітряних ковпаках, де стискання повітря амортизує підвищення тиску

Прямой характеризуется условием , - время закрытия крана, L – расстояние ударной волны, С – скорость распространения ударной волны.

Непрямой удар: (меньшая разрушающая сила). Жуковский вывел, что повышение напора Н при прямом гидравлическом ударе:

, - начальная скорость потока жидкости, С – скорость распространения ударной волны

Скорость распространения ударной волны

, плотность жидкости, -модуль упругости жидкости, d- внутренний диаметр трубы, - толщина стенки трубы, - модуль упругости стенок трубы