Гидравлический удар в трубопроводах

Гидравлический удар в трубопроводе — это явление скачкооб­разного изменения давления в жидкости, происходящее вследствие резкого изменения скорости движения жидкости. Гидравлический удар может происходить при резком открытии или закрытии задвижки в трубопроводе, при остановке насоса или турбины и в других случаях. При быстром закрытии задвижки происходит торможение жидкости у задвижки и резкое увеличение давления. Область повышенного дав­ления распространяется по жидкости в сторону, противоположную начальной скорости ее движения. Скорость движения границы этой области называется скоростью распространения волны гидрав­лического удара с и для тонкостенного трубопровода определяется по формуле Н.Е. Жуковского

(9.1)

где К —модуль упругости жидкости; r — ее плотность; d — внутренний диаметр; Е —модуль упругости материала стенок трубопровода; d — толщина стенок трубопровода.

Если трубопровод недеформируем, то скорость распространения волны гидравлического удара становится равной скорости звука в данной жидкости:

(9.2)

Фазой гидравлического удара Т называется удвоенное время пробега ударной волны от места возникновения гидравлического удара до области потока, в которой давление можно считать постоянным (например, резервуар с жидкостью, из которого начинается трубопро­вод, воздушный колпак насоса, магистральный трубопровод, от ко­торого начинается местная линия). Таким образом

T = 2l / c , (9.3)

где l — расстояние от места возникновения гидравлического удара до области, где давление постоянно.

Прямым называется гидравлический удар, при котором время из­менения скорости t меньше фазы гидравлического удара (t < Т) .

Для прямого гидравлического удара ударное повышение давления определяется по формуле Н.Е. Жуковского

Dp = rcDu, (9.4)

где Du — изменение скорости движения потока.

Если время изменения скорости больше фазы гидравлического уда­ра (t > T), то гидравлический удар называется непрямым, и при ли­нейном во времени законе изменения скорости изменение давления определяется по формуле

(9.5)

Вопросы по теме 9.

1. Чему равна скорость распространения волны гидравлического удара в случае недеформируемых стенок трубопровода (Е = ¥ ) ?

2. Как надо закрывать задвижку в трубопроводе, чтобы уменьшить давление, возникающее при гидравлическом ударе, — быстро или мед­ленно?

3. Ударное повышение давления больше при прямом или непрямом гидравлическом ударе?

4. Что будет происходить с ударным давлением при увеличении упру­гости стенок трубопровода?

5. Как будет изменяться ударное давление при увеличении диаметра трубы и сохранении толщины ее стенки?