Гидравлический удар в напорных трубопроводах

При резкой остановке жидкости в напорном трубопроводе происходит замедление ее движения, в результате чего возникают силы инерции, которые приводят соответственно к повышению давления в трубопроводе. Это явление, сопровождающееся нередко звуком, сходным со звуком глухого удара твердых тел, а в ряде случаев и сильным сотрясением трубопровода, получило название гидравлического удара.

Несмотря на то, что с явлением гидравлического удара, неоднократно приводившим к авариям трубопроводов, ученые и инженеры были знакомы сравнительно давно, правильное объяснение этого сложного физического процесса было дано лишь в 1898 г. профессором Московского университета Н. Е. Жуковским на основании обширных теоретических и экспериментальных исследований.

Теория гидравлического удара и расчетные формулы, выведенные Н. Е. Жуковским, были использованы учеными и инженерами всего мира при расчете трубопроводов и дальнейшем изучении этого явления.

Явление гидравлического удара

Пусть жидкость перетекает по трубопроводу со скоростью υ из легкого резервуара в правый. (рис.80). На трубопроводе установлен кран. Расстояние от левого бака до крана ℓ.

Рис. 80 – Схема, поясняющая явление гидравлического удара

Если при напорном течении жидкости в трубе мгновенно закрыть кран (отключить насос, то есть остановить жидкость), то жидкость в силу своей инерции будет продолжать двигаться по трубе, накапливаясь перед краном и деформируя стенки трубопровода.

По окончании процесса деформации стенок трубопровода жидкость перед краном окажется полностью сжатой, то есть давление здесь будет наибольшим, поэтому начнется обратное движение жидкости. И такой колебательный процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся энергия жидкости не израсходуется на преодоление гидравлических сопротивлений.

Повышение давления в жидкости при напорном ее течении в трубе, происходящее в результате резкого изменения скорости за малый промежуток времени, называется гидравлическим ударом.

Скорость распространения ударной волны

Волна повышенного давления, возникшая у места остановки жидкости, идет вверх по трубе со скоростью распространения ударной волны, определяемой по формуле Н.Е.Жуковского:

(105)

где ρ – плотность жидкости;

d – диаметр трубопровода;

δ – толщина стенки трубопровода;

Е_ж, Е_ст – модуль упругости жидкости и материала стенок трубопровода соответственно.

В таблице 5 приведены модули упругости некоторых жидкостей.

Таблица 5

Модуль упругости для стали Е = 2* МПа, для чугуна Е = МПа.

Скорость распространения ударной волны в чугунных трубопроводах

с ≈ 1200 м/с; в стальных – с ≈ 1000 м/с.

Определение повышения давления при

Гидравлическом ударе

Фазой гидравлического удара называется время распространения ударной волны от задвижки (места остановки жидкости) до резервуара и обратно:

; (106)

Обозначим t_з – время закрытия задвижки.

Если t_з ≤ t₀, то гидравлический удар называется полным: повышение давления при полном гидравлическом ударе определяется по формуле:

ΔР = ρυс (107)

Если t_з> t₀, то гидравлический удар называется неполным: повышение давления при неполном гидравлическом ударе определяется по формуле:

(108)

Меры, предотвращающие возникновение

Гидравлического удара

Так как гидравлический удар – это отрицательное явление, приводящее к разрывам трубопроводов, то с ним нужно бороться.

Меры, предотвращающие возникновение гидравлического удара следующие:

1. Медленное закрытие задвижки, при t_з →∞ ΔР → 0;

2. Не допускать высоких скоростей жидкости в трубах.

3. Установка на трубопроводах специальных клапанов – гасителей гидравлического удара – предохранительных клапанов, которые в случае возникновения гидравлического удара открываются, часть жидкости уходит на слив, давление не повышается рис. 81.

Рис.81 – Устройство, предохраняющее трубопровод

от гидравлического удара

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: