Гидравлический удар

Гидравлический удар представляет собой колебательный процесс, возникающий в трубопроводе с капельной жидкостью при внезапном изменении скорости ее движения. Этот про­цесс характеризуется чередованием резких повышении и по­нижений давления, происходящих за достаточно малый проме­жуток времени.

Гидравлический удар возникает вследствие быстрого зак­рытия или открытия задвижки, внезапной остановки насосов или турбин, аварии на трубопроводе (разрыв, нарушение стыка) и других причин.

Повышение или понижение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе объясняется инерцией массы жидкости, движущейся в нем.

Этот вид неустановившегося движения жид­кости в трубах часто встречается в практике эксплуатации тру­бопроводов и весьма важен для специалистов, работающих в области монтажа и эксплуатации санитарно-технических уст­ройств.

Впервые гидравлический удар в трубах был изучен Н.Е. Жуковким, который в 1898 г. дал теоретическое обоснование этого явления и предложил метод его расчета.

Рассмотрим упрощенную модель гидравлического удара. Пусть жидкость вытекает из резервуара, размеры которого велики и уровень воды в нем остается постоянным. Режим движения жидкости стационарный, характеристики движения зависят только от продольной координаты. В момент времени затвор мгновенно закрылся, частицы жидкости, соприкасающиеся c затвором мгновенно остановятся, их скорость движении будет погашена, кинетическая энергия потока пойдет на сжатие жидкости и расшире­ние стенок трубы. Вследствие сжатия жидкости давление в ней увеличивается. Таким образом, непосредственно у крана возникнет ударная волна, На остановившиеся частицы жидкости у крана набегают другие, соседние с ними частицы и тоже теряют свою скорость, в результате чего сечение передвигается по трубопроводу от крана к резервуару. Когда ударная волна достигнет резервуара, вся жидкость в трубе от резервуара до крана будет остановлена и сжата, т.е. во всей трубе скорость равна нулю, а давление максимально.

Как только ударная волна дойдет до резервуара, давление жидкости во всей трубе будет больше давления в резер­вуаре, поэтому в следующий момент времени жидкость станет поступать из трубы в резервуар. После прихода ударной волны к резервуару вновь начнется движение жидкости к крану, так будет продолжаться до тех пор, пока колебания не затухнут вследствие потерь энергии на трение и деформацию стенки трубы.

Максимальное давление, возникающее в результате гидравлического удара, рассчитывается по формуле

, (10.9)

где - скорость распространения звука в воде, , зависящая от модуля упругости жидкости и стенок трубопровода.

Если стенки трубы упругие, а модуль упругости жидкости составит , то при температуре воды 10 скорость звука в жидкости принимается . Наблюдаемые скорости ударной волны могут быть значительно ниже, что связано с наличием нерастворенного воздуха, и твердых частиц, которые изменяют модуль упругости жидкости.

Процесс гидравлического удара зависит от того, как быстро закрывается или открывается запорное устройство, при медленном закрытии задвижки, давление можно значительно снизить.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: