Способы ослабления гидравлического удара

Повышение давления. Формула Жуковского

Надо найти повышение давления при гидравлическом ударе , именно оно приводит к разрушению трубопровода. Пусть гидравлический удар вызван резким уменьшением средней скорости в трубопроводе от  до . Здесь мы изучаем более общий случай – не полной остановки жидкости, а лишь резкого снижения скорости.

Запорное устройство находится справа. Оно резко прикрыто (не закрыто полностью). Волна повышения давления движется справа налево со скоростью и за время проходит расстояние .

 

Формула Жуковского для повышения давления при гидравлическом ударе.

Повышение давления при гидроударе пропорционально плотности жидкости, изменению ее скорости ( - начальная скорость -конечная скорость, задвижка не полностью закрыта) и скорости распространения ударной волны, которая, в свою очередь, зависит от свойств жидкости и трубопровода (см. ниже).

Максимальное повышение давления будет при быстрой полной остановке потока :

Если , то , повышения давления не происходит, гидроудара нет.

Скорость распространения ударной волны

Определим скорость распространения ударной волны в упругом трубопроводе круглого поперечного сечения. Рассмотрим отсек длиной , через который проходит ударная волн за время .

 

Формула Н.Е. Жуковского для скорости распространения ударной волны

Здесь и – модуль упругости жидкости и материала стенки трубопровода. Модуль упругости для воды       =2*10³МПа, для стали на два порядка выше 2,1*10⁵МПа, для минеральных масел немножко меньше, чем у воды, зависит от вязкости.

– внутренний диаметр трубы, – толщина стенки трубопровода.

Величина – скорость звука в жидкости.

Для воды скорость звука, т.е. скорость распространения звука в воде

=1425 м/с, для бензина 1200 м/с, для минеральных масел того же порядка.

Скорость распространения звука в воздухе 340 м/с.

Время закрытия запорного устройства влияет на повышение давления при гидроударе.

Определения.

Прямой гидроудар – время полного закрытия задвижки меньше продолжительности фазы гидроудара. .

Непрямой гидроудар – время полного закрытия задвижки больше продолжительности фазы гидроудара. . .

Способы ослабления гидравлического удара

Рекомендации Н.Е. Жуковского из его работы «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах»

«Простейшим способом ограждения водопровода от гидравлических ударов является приспособление к медленному закрытию кранов. При этом продолжительность закрытия должна быть пропорциональна длине труб. Воздушные колпаки надежных размеров, поставленные при кранах и задвижках, почти совершенно уничтожат гидравлический удар».

1. Медленное закрытие запорного устройства (видно из формулы для непрямого удара)

В лабораторных работах №1 и №6 имеется пробковый кран, а в лабораторной работе № 3 шаровой клапан. При быстром их закрытии происходит гидравлический удар и вода выплескивается из пьезометров и обливает шкалу. Поэтому закрывать надо медленно.

При испытаниях центробежного насоса при быстром закрытии шарового крана слышен хлопок, это гидроудар (при быстром закрытии водопроводного крана иногда возникает вибрация труб).

2. Применение предохранительных клапанов прямого действия (гидроклапана давления Г54 – в гидроприводе)

 

 

3. Применение специальных защитных клапанов.

В ответственных трубопроводах для недопущения гидравлического удара используются специальные устройства. При закрытии запорного устройства от повышения давления перед ним приоткрывается перепускной клапан и жидкость обводится.

4. Использование гидро- пневмо- аккумуляторов.

5. Увеличение толщины стенок, чтобы труба выдержала повышение давления, вызванное гидравлическим ударом.