Тема 7 Гидравлический удар в трубах.

Цель: Познакомить с причинами возникновения гидравлического удара, методикой расчета и способами его предотвращения.

План:

1. Прямой и непрямой гидроудар.

2. Формулы для расчета гидроудара.

3. Примеры использования гидроудара в технике.

Гидравлическим ударом называют резкое повышение давления в трубопроводах при внезапной остановке движущейся в них жидкости. Причиной такой остановки могут быть быстрое закрытие задвижки на трубопроводе, внезапная остановка насоса или турбины, различные аварии и т.д. Особенно опасен гидравлический удар в длинных магистральных трубопроводах, в которых огромные массы жидкости движутся с большими скоростями. В этом случае в результате резкого повышения давления в трубопроводе могут произойти повреждение мест соединения труб (стыков, фланцев, переходов), разрыв стенок трубопровода, поломка насоса и т. п.

Гидравлический удар следует рассматривать как частный случай неустановившегося движения жидкости. Теорию гидравлического удара разработал Н.Е. Жуковский в 1898 г. Он установил, что гидравлический удар в трубе является быстропротекающим периодическим процессом, который сопровождается упругими деформациями жидкости и стенок трубы.

Рисунок 26 - Объяснение явления гидравлического удара (слева) и расчет ударного давления (справа).

Для ослабления гидравлического удара следует увеличивать время закрытия задвижки на трубопроводе. Кроме того, разработаны и применяются различные способы борьбы с гидравлическим ударом: установка предохранительных клапанов, отрегулированных на определенное давление, при повышении которого они открываются и понижают давление в трубопроводе; установка компенсаторов ударного давления (воздушных колпаков, уравнительных резервуаров, гидроаккумуляторов); установка в промежуточных точках трубопровода обратных клапанов; установка предохранительных диафрагм, которые разрушаются при повышении давления сверх допустимого предела и сбрасывают жидкость.

Иногда для уменьшения ударного давления увеличивают прочность слабых звеньев трубопровода, не устанавливая каких-либо дополнительных устройств.

Пример использования гидравлического удара в технике. Как мы убедились, резкое повышение давления при гидравлическом ударе во многих случаях весьма опасно. Однако человеческая мысль нашла применение и этому явлению. В 1796 г. была изобретена водоподъемная машина — гидравлический таран.

Гидравлический таран представляет собой весьма простое устройство, позволяющее подавать воду с некоторого горизонтального уровня Н₁ на более высокую отметку Н₂ используя эффект гидравлического удара.

Устройство состоит из рабочей камеры 1 с ударным 8 и нагнетательным 2 клапанами, воздушного колпака 5 и нагнетательной трубы 6. Питательной трубой 3 таран соединен с водоемом 4 или с другим источником, имеющим достаточный запас воды, а нагнетательной трубой 6 — с приемным бассейном 7, расположенным выше водоема.

Рисунок 27 - Схема гидравлического тарана.

Таран работает автоматически, подавая воду порциями, а воздушный колпак сглаживает пульсацию воды в нагнетательной трубе, обеспечивая сравнительно равномерную подачу ее в верхний бассейн Q₂. Однако большая часть воды, поступающей из водоема Q = Q₁ + Q₂, сбрасывается через ударный клапан (Q₁).

Литература: 1, с.140-147; 4, с.118-120.

Контрольные вопросы:

1. Объясните причину возникновения гидроудара в трубопроводе.

2. Какие характеристики влияют на величину давления при гидроударе?

3. Что такое гидравлический таран?