5. Гидравлический удар и устройства для защиты от его действия

Резкое изменение давления в напорном трубопроводе, вызванное внезапным изменением скорости движения жидкости по времени называется гидравлическим ударом.

Предположим, что в напорном трубопроводе движется жидкость.

Движение равномерное.

Представим себе, что в момент времени t=0 внезапно прекратилось движение, посредством мгновенного закрытия крана (затвора).

В результате произойдет резкое повышение давления в трубе вследствие перехода кинетической энергии остановившихся слоев жидкости в потенциальную энергию давления сжатой жидкости. При закрытии крана скорость движения воды уменьшается, т.е. движение из равномерного превращается в замедленное. Вследствие этого появляются силы инерции, которые будут иметь направление, противоположное ускорению и будут повышать давление у крана.

Повышение давления, распространяясь по трубопроводу с большой скоростью с, будет вызывать сжатие жидкости и расширение стенок трубы. Скорость сназывается скоростью распространения ударной волны.

После того как остановиться последний слой жидкости у резервуара, из которого начинается трубопровод, давление у задвижки достигает своего максимума. Таким образом, после остановки последнего слоя вся жидкость в трубопроводе будет сжата. Но так как в этот момент давление в резервуаре будет меньше давления в трубопроводе, то жидкость придет в движение и начнет выталкиваться из трубопровода в резервуар. В начале трубопровода произойдет резкое понижение давления. Это понижение давления передающееся от слоя к слою и распространяющееся по направлению от резервуара к крану называется обратной ударной волной.

Описанный процесс происходит быстро, так как скорости распространения ударных волн велики. Потери энергии приводят к постепенному затуханию процесса.

В действительности кран, затвор или задвижка, установленные в конце трубопровода, не могут закрываться мгновенно. В связи с этим различают полный гидравлический удар, когда время закрытия t_з задвижки меньше длительности фазы Т_ф гидравлического удара t_з<Т_ф, и неполный гидравлический удар, когда t_з>Т_{ф .}

Для уменьшения мощности крепления в НБ и снижения его стоимости не­обходимо на наиболее малой длине за плотиной:

а)преобразовать часть получившейся в НБ избыточной кинетической энергии в потенциальную, доведя h_сдо величины h_н;

б)погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. рассе­ять ее (преобразовав в тепло за счет сил трения).

Специальные устройства, сооружаемые в НБ с целью гашения энергии, на­зываются гасителями энергии.

Различают следующие типы гасителей энергии:

1. Водобойный колодец.() Суть установки ВК заключается в искусственном увеличении глубины НБ за счет опускания дна русла НБ за плотиной на некоторую величину d.

2. Водобойная стенка.() Здесь затопляющая глубина h '_н больше глубины h_н на величину подпора z', вызываемого специальной водобойной стенкой, устроенной в НБ.

3) Водобойный колодец комбинированного типа - глубина увеличивается и за счет опускания дна русла и за счет подпора (водобойная стенка)

4. Специальные гасители энергии. На пути потока устанавливаются различные препятствия, которые заставляют его соответствующим образом деформироваться. В результате деформации потока происходит диссипация энергии (рассеивание). – пирсы или шашки.