Прямой и непрямой гидравлические удары, их характеристики. Методы борьбы с гидроударом. Гидротаран, конструкция, применение.

При резком изменении скорости движения жидкости в длинных трубопроводах имеет место изменение (нарастание или понижение) давления, которое называется гидравлическим ударом.

Явление гидроудара открыл в 1897-1899г Н.Е.Жуковский.

Увеличение давления при гидроударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:

Причины возникновения: быстрое закрытие или открытие запорных и регулирующих устройств; внезапная остановка насоса, выпуск воздуха через гидранты на оросительной сети при заполнении трубопроводов водой; пуск насоса при открытом затворе на нагнетательной линии.

Гидроудар способен вызвать 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 теплоообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением.

Различают прямой и непрямой гидравлические удары.

Прямой (полный) гидроудар происходит при времени закрытия задвижки , где L - расстояние до резервуара или водоема, способного поддерживать постоянное давление; с-скорость распространения ударной волны в трубопроводе. В случае прямого гидравлического удара создается полная сила удара. 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.

Непрямой гидроудар (неполный) получается при . Такой удар характеризуется меньшей силой. 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.

Способы борьбы с гидроударом.

Меры борьбы с гидроударом представляют собой мероприятия по недопущению опасных повышений или понижений давления в трубопроводах и меры по их защите, если опасные колебания давления возникнут. Меры борьбы зависят от условий подачи воды: подается ли вода насосами в возвышенный резервуар или идет самотеком из водоема вниз.

Если вода идет самотеком и задвижка находится в нижнем конце трубопровода, возможны следующие меры;

· медленное закрытие задвижки;

· устанавливаются уравнительные резервуары или башни;

· применяются воздушные колпаки;

Если вода подается снизу насосами наверх в резервуар, гидравлический удар возникает от остановки насоса. Борьба с такого рода ударами может вестись несколькими путями:

· установка сбросного устройства, которое при подходе ударной волны открывается и пропускает воду на излив.

· удаление обратного клапана и пропуск воды в обратном направлении через насос.

Гидравлический таран.

Явление гидравлического удара может быть использовано для подъема воды специальным устройством, называемым гидравлическим тараном. Он состоит из подводящего трубопровода А, обычно имеющего небольшую длину, рабочей коробки В с двумя клапанами С и Д и воздушного колпака Е, с нагнетающим трубопроводом F, подающим воду в резервуар К. Ударный клапан С открывается под действием собственного веса. При его открытии через трубопровод А под небольшим напором Н1 начинает поступать вода, которая вытекает через открытый клапан С. Вследствие увеличения силы воздействия вытекающий с нарастающей скоростью воды на ударный клапан он закрывается и скорость потока в трубопроводе падает до нуля. В связи с внезапной остановкой потока в падающем трубопроводе и рабочей коробке произойдет гидроудар с резким повышением давления. Под влиянием этого давления открывается нагнетательный клапан и часть воды поступит в воздушный колпак Е, сжимая имеющийся там воздух, который вытеснит часть воды в напорной трубопровод F, подняв ее на высоту Н2 в резервуар К. осле ухода части воды в воздушный колпак давление в рабочей коробке уменьшится и ударный клапан С под действием собственного веса откроется. При этом вода снова начнет выливаться через клапан С, а нагнетательный клапан Д закроется под действием силы давления воздуха в воздушном клапане Е. Затем происходит повторение процесса.

Этот первый период работы тарана называется разгонным периодом. Второй период называется ударным, когда произойдет гидроудар и в рабочей коробке появится повышенное давление, соответствующее напору Н>Н1. Третий период называется рабочим. В течение этого периода вода из воздушного колпака будет поступать через напорный трубопровод в резервуар.

Напор Н1 обычно 1.5-5 м., а высота нагнетания Н2 от 15 до 40 м. При этом подача расхода Q2=(0,4...0,07)Q.

К-т полезного действия гидротарана.

колеблется в пределах от 0,85 до 0,4, а расход Q=Q1+Q2.

При работе тарана весьма велики непроизводительные потери воды Q1.

Выпускаемые промышленностью тараны могут поднимать воду на высоту до 60 м с расходом до 20-22 л/мин. Известны мощные тараны, производительность которых достигает 150л/с.

Применение. Основная область его применения — мелиорация и орошение, в своё время он довольно широко использовался и пожарными.