Общие сведения
Явление гидравлического удара открыл в 1897—1899 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:
,
где
—
увеличение давления в Н/м²,
— плотность жидкости в кг/м³,
и
—
средние скорости в трубопроводе до и
после закрытия задвижки
(запорного
клапана) в м/с,
с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.
Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала E, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.
Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.
Зависимость
между скоростью ударной волны c, её
длиной и временем распространения (L
и
соответственно)
выражается следующей формулой:
Виды гидравлических ударов
В зависимости от времени распространения ударной волны и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:
Полный (прямой) гидравлический удар, если t <
Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >
При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.
При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.
Расчет гидравлического удара
Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:
Здесь
-
длина трубопровода от места удара до
сечения, в котором поддерживается
постоянное давление,
-
скорость распространения ударной волны
в трубопроводе, определяется по формуле
Н.Е. Жуковского, м/с:
где
-
модуль объемной упругости жидкости,
-
плотность жидкости,
-
скорость распространения звука в
жидкости,
-
модуль упругости материала стенок
трубы,
-
диаметр трубы,
-
толщина стенок трубы.
Для
воды отношение
зависит
от материала труб и может быть принято;
для стальных - 0.01; чугунных - 0.02; ж/б -
0.1-0.14; асбестоцементных - 0.11; полиэтиленовых
- 1-1.45
Коэффициент
для
тонкостенных трубопроводов применяется
(стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые)
равным 1. Для ж/б
,
коэффициент
армирования кольцевой арматурой (
- площадь сечения кольцевой арматуры
на 1м длины стенки трубы). Обычно
Повышение
давления при прямом гидравлическом
ударе определяется по формуле:
где
-
скорость движения воды в трубопроводе
до закрытия задвижки.
Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:
Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:
при
прямом ударе
при
непрямом
