Понятие о гидравлическом ударе

Резкое изменение давления в напорном трубопроводе, возникающее при быстром изменении скорости потока, называется гидравлическим ударом.

Такое изменение давления иногда превышает в десятки и даже сотни раз рабочее давление в трубопроводе и может вызвать его разрушение.

Причиной гидравлического удара может быть внезапное закрытие задвижки на напорном трубопроводе, сопровождаемое резким увеличением давления, а также резкое открытие задвижки, когда давление падает в результате, увеличения скорости движения жидкости.

Труба длиной l одним концом присоединена к большому резервуару, а на другом конце имеет задвижку (рис.2-11). Жидкость в трубе движется со скоростью v. Прекратим движение жидкости быстрым закрытием задвижки. В результате кинетическая энергия движущейся массы жидкости преобразуется в энер­гию давления (потенциальную энергию), и давление в трубе у задвижки резко возрастает.

Рис.2-11. Схема возникновения гидрав­лического удара.

Из-за упругости жидкости и материала стенок трубы остановка жидкости и повышения давления произойдут не сразу, а относительно медленно от слоя к слою в направлении от задвижки к резервуару в виде так называемой ударной волны, движущейся со скоростью с в направлении, противоположном движению жидкости. В дальнейшем жидкость в трубопроводе оказывается вовлеченной в процесс постепенно затухающих колебаний давления.

Таким образом, если на трубопроводе, скорость течения воды в котором составляет, например, 1м/с, внезапно закрыть задвижку, то возникнет мгновенное повышение давления на 102 м. вод. ст.

Время, в течение которого ударная волна дойдет до резервуара, и отраженная волна, сопровождающаяся падением давления, вернется к задвижке, называется фазой гидравлического удара:

где l - длина трубопровода.

τ - фаза гидр. удара.

Для ослабления гидравлического удара время закрытия задвижки τ_з должно быть больше времени двойного пробега ударной волны.

Для этой цели на водопроводных трубах устанавливаются медленно закрывающиеся задвижки, воздушные колпаки и предохранительные клапаны, автоматически открывающиеся., при повышении давления выше нор­мального.

Явление кавитации.

Кавитация возникает в результате образования в движущейся жидкости областей с пониженным давлением, в которых выделяются пузырьки воздуха и паров перекачиваемой жидкости. Образовавшиеся области с пониженным давлением жидкость заполняет с большой скоростью, но, встречая на своем пути поверхность, ограничивающую поток жидкости, ударяется об нее с большой силой.

Явление кавитации заключается в том, что жидкость в этих областях действует как твердое тело и разрушает насос или трубопровод.

Кавитация вызывает механическое повреждение металла (эррозию) в местах ее появления и кавитационную коррозию (ржавление).

Интенсивное ржавление металла там, где возникает кавитация, в этих местах постоянно снимается поверхностный слой окислов металла, который предохраняет остальной металл от окисления.

Кавитация сопровождается шумом, а в отдельных случаях и вибрацией.

Возникновению кавитации способствует наличие острых кромок, шероховатости стенок peзкиe пoвopoты в трубопроводах и полостях охлаждения.

Возникновение кавитации предотвращают понижением высоты всасывания, уменьшением температуры перекачиваемой жидкости, устранением подсоса воздуха при всасывании, снижением числа и величины гидравлических сопротивлений на всасывании, устранением резких переходов и острых углов на пути перекачиваемой жидкости.

Кавитационному разрушению подвержены чугун и углеродистая сталь. Стойкими являютгся оловянистые бронзы и нержавеющая сталь. Кавитационную стойкость повышают облицовкой предохраняемых поверхностей пластмассами, резиной гальваническими покрытиями и поверхностными уплот­нениями металла.