Гидравлический удар в трубопроводах

Профессор Жуковский Н.Е., исследуя аварии московского трубопровода, пришел к выводу, что они происходят при резком закрытии задвижек. Комплекс явлений, возникающий в трубопроводе в связи с резким изменением скорости течения жидкости и сопровождающийся резким изменением давления - гидроудар.

Если труба перекрывается полностью за время (время перекрытия), то явление представляет собой гидравлический удар с фазами развития:

- остановка движения жидкости «→»; давление: ; с «←» - скорость ударной волны в сторону противоположную движению жидкости;

- расширение трубы; давление ; изменение направления движения жидкости «←»;

- частичное сужение трубы до начальных размеров; давление ; изменение направления ударной волны «→»; направление движения жидкости «←»;

- полное сужение трубы до начальных размеров; давление: ; направление движения жидкости «←»;

- частичное сужение трубы; давление ;

- полное сужение трубы; давление ;

- расширение трубы до начальных размеров; давление ; скорость жидкости равна нулю.

Фаза удара

При прямом гидроударе вся кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию сжатия жидкости и расширения стенок трубопровода. Продолжительность гидроудара определяется из выражения:

(151)

где - длина участка трубопровода;

с - скорость ударной волны.

При непрямом гидроударе справедливо соотношение

(152)

В течение этого времени давление жидкости на участке гидроудара возрастает на величину .

Для определения величины воспользуемся теоремой импульсов: импульс силы равен изменению количества движения массы жидкости, протекающей через объем возмущения ( )

Для нашего случая:

(153)

так как , то

, (154)

а повышение напора:

(155)

где - плотность, ;

- скорость жидкости до гидроудара, ;

- скорость ударной волны, .

Скорость ударной волны - определяется по формуле Жуковского:

(156)

где		- модуль упругости материала, ;
		- модуль упругости жидкости, ;
		- внутренний диаметр трубы, ;
		- толщина стенок трубы, .

Для того, чтобы избежать явления гидроудара, необходимо:

1. уменьшить фазы удара ;

2. увеличить продолжительность гидроудара;

3. устанавливать компенсационные емкости;

4. применять гидроаккумуляторы для гашения ударной волны;

5. устанавливать предохранительные клапаны;

6. испытывать материал труб на прочность (таб. 6)

Значение модулей упругости для материалов

Таблица 6

Вид материала	,
Вода	0,207
Трубы стальные	20,0
Трубы чугунные	10,0
Трубы бетонные	2,0
Трубы деревянные	1,0
Трубы свинцовые	0,5:0,02