Гідравліка, гідравлічний удар в трубах

Гідравлічним ударом називається різке підвищення тиску в трубопроводі при раптовій зупинці рухомої рідини. Гідравлічний удар може мати місце при швидкому закриванні різних запірних пристроїв (засувок, кранів), при раптовій зупинці насоса перекачує рідину, і т.д.

Явище гідравлічного удару (ріс.13.4) можна представити в такий спосіб. Розглянемо трубопровід, по якому рухається рідина зі швидкістю v.

Гідравліка, гідравлічний удар в трубах

Ріс.13.4. Явище гідравлічного удару в трубах

Якщо швидко закрити встановлений на трубопроводі кран, то шар рідини, що знаходиться безпосередньо у крана, зупиняється. При цьому кінетична енергія частинок рідини перетворюється в потенційну і тиск швидко зростає. В результаті відбуваються стиснення ближнього до крану шару рідини і деформація трубопроводу.

В наступний момент зупиниться сусідній шар, потім наступний і так по всій довжині трубопроводу.

Таким чином, рідина в трубі зупиняється не миттєво, а через деякий проміжок часу, який визначається співвідношенням

де L - довжина трубопроводу, C - швидкість поширення ударної хвилі.

У момент зупинки останнього шару рідини (в точці А) або в момент досягнення ударної хвилі вхідного перетину трубопроводу вся рідина в трубопроводі виявиться стислій, швидкості частинок рідини дорівнюють нулю, а тиск має максимальне значення. При цьому через час Dt в точці А тиск рідини зліва менше, ніж справа. У цих умовах рівновагу рідини порушується, і вона починає переміщатися з трубопроводу в резервуар, а тиск в трубопроводі знижується. Через час Dt тиск в трубопроводі стане менше, ніж було до закриття крана, і рідина з резервуара знову почне переміщатися в трубопровід. Внаслідок дії внутрішніх опорів коливання тиску в трубопроводі будуть затухаючими.

Тиск рідини при гідравлічному ударі визначається за формулою Н.Є. Жуковського

де r-щільність рідини.

Для чавунних і сталевих водопровідних труб швидкість поширення ударної хвилі приймається 1000-1400 м / с.

З формули (13.1) випливає, що при швидкості води в трубі v = 1 м / с, в момент різкого перекриття труби тиск в ній зросте на величину, рівну 100-140 кПа.

Гідравлічний удар особливо небезпечний для довгих трубопроводів, в яких рухаються значні маси рідини з великими швидкостями, і призводить до деформації трубопроводів і їх руйнування.

Для запобігання руйнуванню гідравлічних систем застосовуються різні конструктивні пристрої. Основними з них є гвинтові запірні пристрої, запобіжні клапани і повітряні ковпаки (ріс.13.5).

Гідравліка, гідравлічний удар в трубах

Мал. 13.5. Пристрої, що оберігають трубопровід від гідравлічного удару

а -вінтовие запірні пристрої; б-запобіжні клапани;

в -повітряні ковпаки

Гвинтові запірні пристрої прості, широко поширені для захисту трубопроводів від гідравлічних ударів і забезпечують досить тривалий час перекриття прохідного перерізу трубопроводу.

Якщо необхідно швидко перекрити трубопровід, застосовуються спеціальні пристрої - запобіжні клапани, повітряні ковпаки та ін.

Схожі статті