Гидравлический удар. Механизм развития гидроудара. Основные характеристики.

Гидравли́ ческий уда́ р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором - отрицательным. Особо опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. Гидроударом ошибочно называют следствие заполнения надпоршневого пространства в поршневом двигателе водой, вследствие чего поршень, не дойдя до мёртвой точки, начинает сжимать жидкость, что приводит к внезапной остановке и поломке мотора (излому шатуна или штока, обрыву шпилек головки цилиндра, разрыву прокладки); явление это называется " попадение несжимаемого объекта в рабочий объём двигателя", как правило, не имеет значения была это жидкость или твердое тело - урон двигателю наносится весьма значительный в любом случае. В коммунальном хозяйстве, в том числе на сетях подачи тепла, воды и отведения стоков, а также в других отраслях промышленности и энергетики более половины повреждений трубопроводов являются последствием гидравлических ударов. Обеспечение безаварийной, следовательно, и безопасной работы сетей напрямую связано со снижением воздействия этого процесса.

Можно привести не один пример, когда гидравлический удар приводил к значительным разрушениям. Например, серьезная авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Не так давно в начале 2014 года по этой же причине город на котельной в Бердске произошло разрушение теплотрассы, оставившее большой количество домов без отопления.

Поэтому нужно заранее учитывать резкие скачки давления в трубопроводах, создающиеся при скачкообразном увеличении ее скорости. Они могут привести как к образованию трещин и к более серьезным разрушениям сетей.

Несправедливо не отметить, что в современной технике это явление используется и с практической целью. Это конструкция гидравлического тарана, позволяющая без использования насосов поднимать жидкость на большую высоту, чем ее уровень в питающем резервуаре.

Для этого располагают еще одну герметичную емкость, снабженную двумя клапанами расположенными на входе и через некоторое расстояние (на этом отрезке и возникает гидравлический удар) и всю конструкцию соединяют с более высоким резервуаром. Резко открывая первый клапан (управляемый) создают гидравлический удар, который резко повышает давление, под его действием жидкость открывает второй клапан, создает повышенное давление в нижней емкости и по трубопроводу устремляется в верхнюю. Затем цикл повторяется. С явлением гидравлического удара люди знакомы уже не одно столетие, с тех пор как стали широко использоваться трубопроводы для транспортировки жидкости. И с тех пор стараются бороться с ним. Теорию этого явления сформулировал русский ученый Н. Жуковский в позапрошлом веке. Она описывается формулой названной его именем:

Δ p = ρ (v0 – v1)c,

Здесь:

Δ p — увеличение давления;

ρ — плотность жидкости;

v0 и v1 — начальная (перед закрытием трубопровода) и конечная скорости;

с — скорость распространения ударной волны.

Время распространения и длину ударной волны легко определить по справедливому для любых волн соотношению — c = 2 L/τ, где L длина, а τ время.

Процесс развития гидравлического удара в трубопроводе можно разбить на следующие этапы:

✔ наполнение жидкостью;

✔ резкое снижение ее скорости из-за возникновения препятствия;

✔ подъем давления;

✔ достижение максимального напора;

✔ движение потока назад;

✔ максимально сжатие;

✔ период разряжения.

Снижение эффекта гидравлического удара достигается за счет использования эластичных труб или создания воздушных карманов в трубопроводах, а также плавным закрытием арматуры. Для того чтобы уменьшить скорость перекрытия кранов и задвижек их снабжают приводами с редукторами.

 

Механический редуктор, например червячный снижает скорость движения запирающего элемента, уменьшает необходимое усилие для приведения его в действие, а также позволяет ограничить его рабочий ход.

Также такой тип привода позволяет обойтись без стопорящих или тормозных устройств, не допуская самопроизвольного открытия или закрытия заслонки или крана. Еще одним распространенным типом привода является пневматический, он работает от повышенного давления воздуха создаваемого компрессором. Он может создать постоянные или переменные усилия в любом положении исполнительного механизма.

Число передачи зависит от давления жидкости, усилия на сжатие и размеров поршня. При подборе этого исполнительного механизма обязательно нужно учитывать его тип, рабочее давление пневмоприводов управления, время срабатывания, диапазон рабочих температур, тип (при наличии) защитного покрытия. Классификация приводов производится по следующим признакам:

✔ по количеству позиций (две или много);

✔ по направлению (в одну или две);

✔ по типу механизма — мембранные, поршневые или струйные.

Кроме пневматических и механических используются также электрические и гидравлические устройства, а также всевозможные комбинации всех перечисленных типов. Разработано очень большое количество конструкций устройств для плавного перекрытия трубопроводов позволяющих до минимума снизить вероятность возникновения гидравлических ударов в жидкости, а значит увеличить надежность и безопасность сетей.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: