Гидравлический удар
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Содержание |
[править] Общие сведения
Гидравлический удар — это скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждать другие элементы трубопровода.
Явление гидравлического удара открыл в 1869 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:
,
где Dp — увеличение давления в Н/м²,
- ρ — плотность жидкости в кг/м³,
- v0 и v1 — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (срабатывания клапана) в м/с,
- с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.
Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости E материала, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.
Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в газопроводе, так как газ легко сжимаем (за исключением газопроводов, где газ находится в сжиженном состоянии).
Зависимость между скоростью ударной волны c, ее длиной и временем распространения (L и τ соответственно) выражается следующей формулой:
[править] Виды гидравлических ударов
В зависимости от времени распространения ударной волны τ и времени перекрытия задвижки (заслонки, клапана, иного местного сопротивления) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:
- Полный (прямой) гидравлический удар, если t < τ
- Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t > τ
При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.
При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.
[править] Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов
- Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.
- Установка перед участками, где возможно возникновение гидроудара разнообразных аккумуляторов, воздушных колпаков, предохранительных клапанов и т. д.
- Увеличение время срабатывания клапана (закрытия задвижки).
- Повышение прочности слабых элементов гидравлической системы.
[править] Примеры
Наиболее простым примером возникновения гидравлического удара является трубопровод с постоянным напором и установившимся движением жидкости, в котором была резко перекрыта задвижка или закрыт клапан.
В скважинных системах водоснабжения гидроудар как правило возникает, когда ближайший к насосу обратный клапан расположен выше статического уровня воды более, чем на 9 метров, или ближайший к насосу обратный клапан имеет утечку, в то время как расположенный выше следующий обратный клапан держит давление.
В обоих случаях в стояке возникает частичное разрежение. При следующем пуске насоса вода, протекающая с очень большой скоростью, заполняет вакуум и соударяется в трубопроводе с закрытым обратным клапаном и столбом жидкости над ним, вызывая скачок давления и гидравлический удар. Такой гидравлический удар способен вызвать образование трещин в трубах, разрушить трубные соединения и повредить насос и/или электродвигатель.
[править] Источники
- «Основы гидравлики и аэродинамики», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 г.
