1.8.3. Гідравлічний удар у трубопроводах
Гідравлічним ударом називається підвищення тиску рідини, що протікає по трубі, при швидкому перекритті засувки. Гідравлічний удар уперше теоретично й експериментально вивчив Н.Е. Жуковський (його робота “О гидравлическом ударе” опублікована в 1898 р.).
Н
ехай
труба (рис. 33), по якій рідина щільністю
тече з резервуара зі швидкістю
,
має діаметр
,
довжину
і товщину стінки
.
При миттєвому перекритті труби кінетична
енергія рідини, що
рухається, переходить у потенційну
енергію деформації труби
і рідини
.
При цьому швидко наростає тиск, що може
послужити причиною руйнування труби.
Кінетична
енергія рідини
Потенційна
енергія деформації
де
–
напруга в трубі (
) чи в рідині (
);
– відносна зміна обсягу труби (чи
рідини);
– об'єм матеріалу труби що деформується
(чи рідини в трубі);
– модуль пружності матеріалу труби (чи
рідини).
Оскільки
,
одержуємо
відкіля ударне підвищення тиску
(118)
і формула Н.Е. Жуковського має вид
(119)
де
– швидкість розподілу ударної хвилі в
пружній рідині, що заповнює пружний
трубопровід.
При
миттєвому частковому перекритті засувки
(коли швидкість зменшиться не до нуля,
а до величини
)
(120)
Величина
називається фазою гідравлічного удару.
Якщо час закривання засувки
,
має місце так називаний прямий гідравлічний
удар, при
– непрямий удар. В останньому випадку
ударна хвиля, відбившись від резервуара,
повертається до крана раніш, ніж він
буде цілком закритий. При цьому тиск
буде підвищуватися в меншому ступені,
чим при прямому ударі.
До способів боротьби з гідравлічним ударом відносяться: збільшення часу закриття засувки (крана), зменшення довжини , приєднання до труби (до крана) компенсаторів, гідроакумуляторів.