Гидравлический удар

1. Гидравлический удар доцент кафедры ПТЭ Трохимчук М.В.

2.

Гидравлический
удар
(гидроудар)
—
скачок давления в какой-либо системе,
заполненной жидкостью, вызванный крайне
быстрым изменением скорости потока этой
жидкости за очень малый промежуток времени.
Может возникать вследствие резкого закрытия
или открытия задвижки. В первом случае
гидроудар называют положительным, во втором отрицательным.
Опасен
положительный
гидроудар. При положительном гидроударе
несжимаемую жидкость следует рассматривать
как сжимаемую.

3.

• 2. Встреча с препятствием.
Жёсткая заглушка внезапно останавливает поток, который
ударяется в неё. Однако практически вся жидкость в трубе ещё
продолжает своё движение вперёд.

4.

• 7. Фаза разряжения (отрыва)
Двигаясь в сторону входа трубы, жидкость в силу инерции
стремится оторваться от заглушки. Поэтому, если гидроудар был
достаточно сильным, то возле заглушки образуется зона
разрежения, где жидкость отсутствует и давление близко к нулю.

5.

Гидравлический удар способен вызывать
образование продольных трещин в трубах, что
может привести к их расколу, или повреждению
других элементов трубопровода. Также гидроудары
чрезвычайно опасны и для другого оборудования,
такого как теплообменники, насосы и сосуды,
работающие под давлением. Для предотвращения
гидроударов, вызванных резкой переменой
направления
потока
рабочей
среды,
на
трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

6.

Явление гидравлического удара открыл в 1897—
1899 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при
гидравлическом ударе определяется в соответствии с
его теорией по формуле:
Dρ=ρ(v0-v1)c,
где Dρ — увеличение давления в Н/м²,
ρ — плотность жидкости в кг/м³,
v0 и v1 — средние скорости в трубопроводе до и после
закрытия задвижки (запорного клапана) в м/с,
c — скорость распространения ударной волны вдоль
трубопровода.

7.

Жуковский доказал, что скорость распространения
ударной волны c находится в прямо пропорциональной
зависимости
от
сжимаемости
жидкости,
величины
деформации
стенок
трубопровода,
определяемой модулем упругости материала E, из
которого
он
выполнен,
а
также
от диаметра трубопровода.
Следовательно, гидравлический удар не может
возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ
легко сжимаем.
Зависимость между скоростью ударной волны c , её
длиной L и временем τ распространения выражается
следующей формулой:
c = 2L/ τ

8. Виды гидравлических ударов

В зависимости от времени распространения
ударной волны τ и времени перекрытия задвижки
(или
другой
запорной
арматуры)
t,
в
результате которого возник гидроудар, можно
выделить 2 вида ударов:
Полный (прямой) гидравлический удар, если t < τ
• Неполный
если t > τ
(непрямой)
гидравлический
удар,

9.

При полном гидроударе фронт возникшей ударной
волны
движется
в
направлении,
обратном
первоначальному направлению движения жидкости в
трубопроводе. Его дальнейшее направление движения
зависит от элементов трубопровода, расположенных
до закрытой задвижки. Возможно и повторное
неоднократное прохождения фронта волны в прямом
и обратном направлениях.
При неполном гидроударе фронт ударной волны не
только меняет направление своего движения на
противоположное, но и частично проходит далее
сквозь не до конца закрытую задвижку.

10. Расчет гидравлического удара

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время
закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по
формуле:
T=2l/Cu,
здесь l – длина трубопровода от места удара до сечения, в
котором поддерживается постоянное давление;
Cu – скорость распространения ударной волны в
трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:
где E – модуль объемной упругости; ρ – плотность жидкости;
– скорость распространения звука в жидкости;
D – диаметр трубы, h – толщина стенок трубы;
Etr – модуль упругости материала стенок трубы.

11.

Для воды отношение
зависит от материала труб и
может быть принято; для стальных - 0.01; чугунных - 0.02;
ж/б - 0.1-0.14; асбестоцементных - 0.11; полиэтиленовых 1-1.45.
Коэффициент k для тонкостенных трубопроводов
принимается (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые)
равным 1. Для ж/б
,
коэффициент армирования кольцевой арматурой
(f – площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины
стенки трубы). Обычно а = 0,015-0,05.
Повышение давления при прямом гидравлическом
ударе определяется по формуле:
где V0 - скорость движения воды в трубопроводе до
закрытия задвижки.

12.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара
(t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае
дополнительное давление может быть определено по
формуле:
Результат действия удара выражают также
величиной повышения напора H, которая равна:
при прямом ударе
при непрямом ударе

13. Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

• 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.
• Для ослабления силы этого
увеличивать время закрытия затвора.
Установка демпфирующих устройств.
явления
следует