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.
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).
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.