Гидравлический удар

 

Методы предотвращения гидравлического удара.

Резкое увеличение давления, сопровождающее гидравлический удар – явление крайне негативное, т.к. гидравлический удар может  разрушить трубопровод или какие-либо элементы гидравлических машин, испытывающие эффекты гидравлического удара. По этой причине разрабатываются методы предотвращения гидравлических ударов или уменьшения их негативного влияния. Поскольку мощность гидравлического удара напрямую зависит от массы движущийся жидкости, то для предотвращения гидравлического удара следует максимально уменьшить массу жидкости, которая будет участвовать в гидравлическом ударе. Для этого необходимо запорную арматуру монтировать в непосредственной близости к резервуару. В качестве меры уменьшения негативных последствий гидравлического удара используют замену прямого гидравлического удара на непрямой. Для этого достаточно запорную арматуру на напорных трубопроводах сделать медленно закрывающейся, что позволит уменьшить силу удара. Для борьбы с гидравлическим ударом применимы только те случаи увеличения времени закрытия, которые приводят к неполному удару, т.е. у которых t₃ > τ₀. Снижение ударного давления путем создания условий неполного удара широко используется регламентированием времени закрытия задвижек, пуска мощных насосов и т.д.

Если по условиям эксплуатации или иным причинам снизить ударное давление за счет неполного удара нельзя, то приходится применять дорогие и мощные демпфирующие устройства и иные методы.

Другой мерой борьбы с явлением гидравлического удара является установка на напорных линиях, работающих в условиях циклической нагрузки, специальных компенсаторов с воздушной подушкой, которая принимает на себя удар.

Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит  скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

Борьба с гидравлическим ударом:

1. уменьшение фазы удара T = 2L/c;

где L - длина трубопровода, c - скорость ударной волны.

2. увеличение времени остановки  жидкости;

 

 

 

3. уравнительные баки;

 

4. гидроаккумуляторы гасящие ударную  волну;

1 - штуцер; 2 - стальной  оцинкованный фланец; 3 - стальной  сосуд с контрфланцем; 4 – сменная  мембрана из бутилкаучука; 5 – воздушный клапан; 6 – площадка для крепления насоса для горизонтальной компановки; 7 – ножки.

Работает гидроаккумулятор следующим  образом. В мембрану подсоединенного  к водопроводу гидроаккумулятора  под давлением подается вода от насоса. Объем воздушной подушки при этом уменьшается в зависимости от величины давления в мембране. По достижению установленного на предприятии - изготовителе порога срабатывания по разности давлений автоматика отключает электропитание насоса. При заборе воды баланс разности давлений вновь нарушается, и автоматика включает насос. Эффективность работы гидроаккумулятора напрямую зависит от величины разности давлений мембраны и воздушной подушки и в первую очередь зависит от качества мембраны и объема гидроаккумулятора. Выставленный ранее порог срабатывания автоматики – характеристика строго регламентированная и может корректироваться в небольшом диапазоне. В противном случае возможен разрыв мембраны. По мере эксплуатации гидроаккумулятора, воздух, растворенный в воде, со временем накапливается в мембране. Это приводит к инерционности срабатывания автоматики и в целом тоже отражается на эффективности работы гидроаккумулятора. Избежать этого позволяют профилактические работы с интервалом от 1 до 3 месяцев.

5. предохранительные клапаны. 

Гаситель колебаний  давления.

Для гашения колебаний давления внутри трубы используют сложные  устройства, содержащие поршни, пружины, гибкие оболочки и прочие подвижные  элементы. Такие устройства быстро изнашиваются и требуют частой замены. Для гашения гидроударов предлагается использовать гаситель колебаний давления предельно простой конструкции. Гаситель колебаний давления располагается внутри трубопровода 2, по которому перекачивается жидкость. Гаситель представляет собой металлическую ленту 1, по длине которой вырублены окна 3. Образующиеся при этом козырьки 4 отогнуты поочередно в противоположные стороны. Угол между козырьком 4 и плоскостью ленты 1 составляет 35-45° для воды или 25-30° для нефти. Ширина ленты 1 выбирается таким образом, чтобы она свободно входила во внутрь трубопровода 2. Длина ленты 1 равна длине защищаемого участка трубы 2. Один конец ленты с помощью сварки закрепляется внутри трубы, а второй конец ленты поворачивается вокруг продольной оси на 3-5 оборотов и также закрепляется сваркой.

Труба 2 с размещенной внутри нее  лентой 1 и является гасителем гидроударов. 
Гаситель колебаний давления работает следующим образом. Поток жидкости при движении вдоль плоскости ленты 1 входит в окно 3 и отклоняется от плоскости козырьком 4. Поток приобретает колебательное (синусоидальное) движение с определенной частотой. Так как окон на ленте много, то частота колебания потока будет всегда превышать собственную частоту колебаний потока жидкости, определяемой неровностями местности. Таким образом сглаживаются наиболее резкие колебания давления и дробятся наиболее крупные пузыри газа. Дополнительному гашению колебаний давлений способствует поворот ленты вокруг продольной оси с шагом 1,5-2 м (5-7 м для труб большого диаметра), в результате чего поток приобретает дополнительно вращательное движение, которое также гасит часть энергии гидроудара. Так происходит гашение энергии гидроударов за счет преобразования энергии ускоренного поступательного движения потока жидкости в колебательное и вращательное движения. 
Суть предложения заключается в том, что внутренний просвет трубопровода в месте установки гасителя изменяется незначительно (определяется сечением ленты), поэтому сопротивление гасителя потоку жидкости при ламинарном и неразрывном течении мало. При течении по трубе жидкости в турбулентном режиме и с включениями газовых пробок сопротивление резко возрастает из-за изменения направлений потока. Происходит выравнивание скоростей газового и жидкостного потоков при прохождении разнонаправленных козырьков, что приводит к гашению гидроударов. 
Оптимальное место установки гасителя в низинах, после пологих и, особенно крутых склонов, где поток жидкости разгоняется и приобретает дополнительную энергию, вызывающую впоследствии разрушительный гидроудар из-за схлопывания пузырей (разрывов потока) в жидкости.

Также применяют устройства плавного пуска, которые в целом снижают  опасность возникновения гидравлического  удара, но не предотвращают её полностью.

 

 

 

 

Список литературы.

1.     Лапшев, Николай Николаевич. Гидравлика: учеб. для вузов по специальности "Строительство" / Н. Н. Лапшев. - М. : Академия, 2007. - 268, [1] с.
2. Чугаев Р. Р. Гидравлика. «Энергия», Л., 1970.
3. Качалова И. В. Гидравлический удар: Учебное пособие.
4. Френкель Н.З. Гидравлика: Учебник предназначен для механических специальностей вузов. Госэнергиздат, М.- Л.: 1956.- 456с., ил.