Гидравлический удар способы борьбы с ним

Гидравлический удар

Изучение и расчет движения реальных жидкостей весьма сложен, т.к. на характер движения и протекающие процессы влияет множество факторов. В условиях конкретной задачи влияние одних факторов может быть велико

Гидравлический удар — это колебательный быстротечный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с капельной жидкостью, характеризующийся чередованием резких повышений и понижений давления.

Гидравлический удар возникает при резком изменении проходного сечения трубопровода, например при резком закрытии крана, или переключении гидрораспределителя в длинных трубопроводах.

Вычислить изменение давления при прямом гидравлическом ударе можно используя формулу Н.Е Жуковсокго.

Как протекает гидроудар?

Рассмотрим гидравлическую систему, состоящую из резервуара, наполненного жидкостью, трубопоровода длиной L и диаметром d, и шарового крана.

При резком перекрытии проходного сечения трубопровода частицы жидкости внезапно останавливаются преградой, их кинетическая энергия переходит в работу деформации жидкости и растяжению стенок трубы, жидкость уплотняется, а давление возрастает на величину ΔP.

На остановленные частицы наталкиваются следующие, их кинетическая энергии также переходит в деформацию. Таким образом образуется фронт возмущения, который со скоростью (a) движется по трубопроводу в направлении от крана.

К моменту времени t=L/a жидкость в во всей трубе становится заторможенной, а давление повышенным на величину ΔP. Начинается отток жидкость в резервуар, где давление теперь ниже.

Волна повышенного давления ΔP давления, отражается от резервуара волной противоположного знака -ΔP, начинается двигаться по направлению к крану.

К моменту t=2L/a в трубе установиться первоначальное давление, но это состояние неустойчивое.

Из-за инерционности среды у крана кинестетическая энергия будет в работу деформации, давление при этом упадет на величину ΔP, стенки трубы сузятся. Волна понижения давления на величину ΔP со скоростью a будет двигаться в направлении от крана. За фронтом волны скорость жидкости будет равна 0, а давление P₀-ΔP.

Волна -ΔP доходит до резервуара.

Волна отразится от резервуара волной противоположного знака +ΔP и со скоростью a будет двигаться к крану.

К моменту t=4L/a волна дойдет до задвижки, и будет наблюдаться ситуация имевшая место при закрытии крана. Получается, что 1 цикл гидравлического удара закончится.

Как отражается волна при гидроударе?

Получается, что при гироударе волна давления отражается от резервуара волной противоположного знака, а от глухой преграды — волной того же знака.

Способы борьбы с гидравлическим ударом

1. Уход от прямого удара (увеличение времени регулирования, снижение длины трубопровода), т.е: t_рег >> 2L/a
   • где t_рег — время регулирования;
   • L — длина трубопровода.
2. Уменьшение скорости течения жидкости в трубопроводе;
3. Упрочнение трубопровода;
4. Установка в системе гасителя — гидроаккумулятора.

— других пренебрежимо мало. Ответить на вопрос о важности тех или иных сил помогает гидродинамическая теория подобия.

Гидродинамическое подобие несжимаемой жидкости разделено на три составляющих: геометрическое, кинематическое и динамическое подобие.

Геометрическое подобие представляет собой пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих углов.

Кинематическое подобие означает пропорциональность скоростей в сходственных точках и равенство углов, характеризующих направление этих скоростей.

Динамическое подобие — это пропорциональность сил, действующих на сходственные объемы в кинематически подобных потоках и равенство углов, характеризующих направление этих сил.

В гидравлике на поток жидкости, как правило, действует множество факторов и сил — силы инерции, трения, давления тяжести. Полное подобие систем на практике получить невозможно, поэтому обычно говорят о частичном подобии. при котором соблюдается пропорциональность лишь главных сил.

Условия подобия гидродинамических процессов можно найти из уравнения Новье-Стокса.

Критерии подобия

Критерии, позволяющие оценить влияние тех или иных сил на систему называют критериями подобия.

Важнейшими критериями подобия в гидравлике считаютсячисло Рейнольдса, число Фруда, число Эйлера, число Прандтля, число Пекле.

Наиболее часто в инженерных гидравлических расчетах используется критерий Рейнольдса.

Число (критерий) Рейнольдса отражает отношение сил инерции к силам вязкого трения. В инженерных расчетах число Рейнольдса позволяет определить режим течения жидкости, что в свою очередь непроходимо для расчета гидравлических потерь.

Число Маха

При рассмотрении течения газа важным критерием является число Маха — отношение скорости течения газа U к скорости звука a.

Чем выше число Маха тем в большей степени проявляется сжимаемость среды.

Число Вебера

В тех случаях, когда течение жидкости происходит со свободной поверхности важно число Вебера.

Число Нуссельта

Если течение жидкости сопровождается теплообменом используется число Нуссельта, зависящее от коэффициента теплоотдачи α.

Источник

5.10. Способы борьбы с гидравлическим ударом

Для обеспечения водоснабжения и водоотведения используются насосные станции в соответствии с требованиями водопотребления. Насосы входят в состав оборудования насосных станций. При внезапной остановке насоса за счет разности напора остановившегося насоса и напора в трубопроводе жидкость начнет двигаться по нему в сторону насоса. В результате этого в трубопроводе возникнет гидравлический удар. Направление движения гидроудара будет идти от области повышенного давления (напорный водовод) к области пониженного давления (насос).

Повышение давления перед насосом может привести к выходу его из строя в результате деформации и разрушения его деталей. Для предотвращения отрицательного воздействия гидравлического удара на работу насоса перед ним устанавливают обратные клапаны или предохранительные клапаны. При резком повышении давления обратный клапан перекрывает сечение трубопровода и в результате гидравлического удара возможно разрушение корпуса клапана. Предохранительные клапаны автоматически отключаются при возникновении в трубопроводе избыточного давления, соответствующего настройке клапана, и через клапан произойдет истечение жидкости. После снижения давления в трубопроводе клапан закрывается.

Для полного обеспечения безаварийной и надежной работы трубопровода при возможном возникновении прямого гидравлического удара проводятся специальные противоударные технические мероприятия. Во-первых, при непрямом ударе ударное повышение давления меньше, чем при прямом, поэтому необходимо увеличивать время срабатывания задвижек и других запорных устройств в сравнении со временем фазы гидравлического удара. Во-вторых, применяются предохранительные клапаны и гасители гидравлического удара различного типа [3, 6]. На характер гидравлического удара большое влияние может оказывать наличие воздуха в повышенных сечениях профиля водовода. Для выпуска воздуха, защемленного в повышенных сечениях профиля трассы водовода, в этих сечениях устанавливаются воздушные колпаки (вантузы).

По чугунному трубопроводу диаметром мм подается вода расходомл/с. Толщина стенки трубымм. Начальное, избыточное давление у затвора трубопроводаатм. Определить значение повышения давления у затвора при внезапном его закрытии.

Средняя скорость в трубопроводе до закрытия затвора

м/с.

Соотношение модулей упругости воды и чугунной трубы согласно табл. 5.7

.

Принимаем модуль упругости воды Н/м и плотность водыкг/м 3 .

Скорость распространения ударной волны согласно (5.59)

м/с.

Повышение давления определяем по формуле Н. Жуковского:

ПаМПа.

Давление у затвора

МПа.

Определить силу давления на запорный диск задвижки, установленный на конце стального трубопровода диаметром мм, и напряжение в стенках трубы.

Длина трубопровода м, толщина трубымм, время закрытия задвижкис при расходе водым 3 /с.

Средняя скорость в трубопроводе до закрытия задвижки

м/с.

Скорость распространения ударной волны

м/с;

Н/м 2 ; кг/м 3 ; (см. табл. 5.7).

Фаза гидравлического удара

с.

Так как , то имеет место непрямой гидравлический удар. Повышение давления при непрямом ударе по формуле (5.56)

;

Па.

Сила давления на запорный диск

H.

Напряжение на стенках определяем по котельной формуле

; ;

ПаМПа.

Допустимое напряжение стали МПа.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Методы борьбы с гидроударами

Наиболее эффективные способы борьбы с гидроударами

• плавно включать и выключать воду. Причем это актуально не только для промышленности, но и для обычных пользователей;
• провести модернизацию системы, что подразумевает под собой монтаж специальных амортизирующих приборов по направлению движения воды.

Это означает, что часть трубы, которая расположена перед термостатом, меняется на пластиковую. Как правило, по длине этот участком бывает не более 30 см. При большой длине трубопровода, эти показатели могут быть увеличены на 10 см.

В клапан-терморегулятор вводят шунт, с просветом не более 0, 4 мм. Со стороны же циркуляции воды, в шунт ставят узкую трубу с диаметром порядка 0,2-0,4 мм. При корректной работе системы, шунт никак не повлияет на нее. В случае же повышения показателей, шунт понизит давление.
Конечно, подобные работы должны выполнять только специалисты высокой квалификации.

Монтаж клапана терморегулятора

Важным является тот факт, что шунтирование можно использовать только в новых трубах. Помимо этого чтобы снизить риск возникновения гидравлического удара, нужно использовать специальный предохранительный клапан.

Предохранительный клапан

В частных домах довольно часто используют разные гидроаккумуляторы, идущие в комплекты с насосными станциями. Они имеют вид емкостей на 30 л, которые внутри разделены на два отдела для воды и для воздуха. Разделяет отделы каучуковая мембрана. При росте давления, в первый отдел заходит вода, а во второй – воздух. При стабилизации напора гибкая перемычка назад выталкивает воду в систему. Как показывает практика, данный способ является наиболее эффективным.

Правила по избежанию гидроударов

• шаровые краны следует закрывать плавно и очень медленно, что прописано в рекомендациях по их эксплуатации;
• модернизация системы путем установки гидроакуммуляторов или демпферов, которые накапливают воду при росте давления в контуре, тем самым предотвращая риск возникновения гидравлического удара;
• в случае возникновения ударов по причине работы прекращения работы насоса, то следует поставить защитный клапан, что снизит риск возникновения гидроудара в разы. Данный клапан отличается высокой надежностью и монтируется рядом с насосом;
• использование автоматики также станет одним из очень эффективных способ решения данной проблемы. Специальные блоки управления помогают сделать запуск и остановку системы предельно плавным и безопасным;
• полная переделка системы, в случае, когда она была изначально неправильно спланированной.

Важно вовремя принять меры, дабы избежать полного выхода из строя системы и дорогостоящего ремонта. Если же этого не предпринять, элементы системы скоро придут в негодность.

Предохранители на шаровые краны

Используются для избежания резкой смены положения (on/off) шарового крана.

Как не допустить возникновения ударов

Для того чтобы в будущем не возникли в системе гидроудары следует заранее правильно спроектировать и изготовить систему водоснабжения. Для проверки правильности работы следует использовать специальный прибор, имитирующий гидроудар. Этот прибор позволяет выявить максимальное количество слабых мест системы до того времени пока она не была запущена в эксплуатацию и тем самым предотвратить серьезные неприятности.

Схема гидроудара в системе водяного отопления

Подводя итог, следует заметить, что гидроудар для систем водопровода является очень большой проблемой, последствия которой могут быть не предсказуемы. Поэтому, проектирование и эксплуатация этих систем должно выполняться только согласно инструкциям и установленных правил. Также про возникновении в работе водопровода определенных шумов следует не затягивая решить проблему, до возникновения серьезных неприятностей, поскольку в противном случае, это вам может вылиться в дорогостоящий ремонт.

Видео эмитирующее гидравлически удар в системе отопления

Источник