https://wiki.tntu.edu.ua/api.php?action=feedcontributions&feedformat=atom&user=%D0%A0%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%BD+%D0%91%D0%BE%D1%80%D0%B4%D1%83%D0%BD 2026-06-03T17:12:34Z Внесок користувача MediaWiki 1.30.0 https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21863 2016-04-30T22:09:23Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться до забезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою:<br /> &lt;br /&gt;&lt;center&gt;&lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt; де&lt;/center&gt; <br /> &lt;br /&gt;S - площа, обмежена внутрішнім контуром присосу;<br /> &lt;br /&gt;Ks - коефіцієнт зменшення площі присмоктувача внаслідок деформацій ущільнення (Ks=0,95...1- для ущільнення з пористих гум);<br /> &lt;br /&gt;Ра і Р3 - відповідно атмосферний і залишковий тиски в середині камери, Па;<br /> &lt;br /&gt;Ка -коефіцієнт, яким враховують зміни атмосферного тиску, Ка=0,9;<br /> &lt;br /&gt;К - коефіцієнт запасу зусилля піднімання, яким враховують приплив повітря у місці контакту ущільнення камери (присосу) з поверхнею об'єкта, К=1,5...1,15.<br /> &lt;br /&gt;Натікання повітря крізь нещільності у зоні герметизації камери присмоктувача зменшує швидкодію й піднімальну силу вакуумного ЗП. Для вакуумних ЗП із ущільнювальним кільцем, з'єднаних з вакуумним насосом, тиск у внутрішній порожнині робочої камери приймають таким, що дорівнює тиску розрідження, створюваному насосом. Для вакуумних ЗП без ущільнювального кільця, а також для ЗП з таким кільцем, але некерованих, різниця тисків приймається рівною Ра–Рз = (3...4)10 Па.Глибина вакууму в камері присосу і значення піднімальної сили залежать від характеристик джерела розрідження. Як засоби створення розрідження в камері присосу ЗП використовують вакуумні й газоструменеві насоси. Останні називають також ежекторами.<br /> == Література == <br /> #«Захоплюванні пристрої промислових виробів» Навчальний посібник, Проць. Я.І. 2008р. <br /> #Проць Я., Гуцайлюк Т. Аналіз конструкцій захоплювальних пристроїв роботів для поштучного завантаження об`єктів харчової промисловості // Вісник ТДТУ. – 2009. - Том 14. - №1. – ст.. 62-71.<br /> == Посилання == <br /> # http://slinger.ues.by/?option=com_k2&amp;view=item&amp;id=1494:1494<br /> # http://www.studfiles.ru/preview/5083197/<br /> # http://studopedia.su/9_50927_lektsiya-.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21862 2016-04-30T22:01:05Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться до забезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою:<br /> &lt;br /&gt;&lt;center&gt;&lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt; де&lt;/center&gt; <br /> &lt;br /&gt;S - площа, обмежена внутрішнім контуром присосу;<br /> &lt;br /&gt;Ks - коефіцієнт зменшення площі присмоктувача внаслідок деформацій ущільнення (Ks=0,95...1- для ущільнення з пористих гум);<br /> &lt;br /&gt;Ра і Р3 - відповідно атмосферний і залишковий тиски в середині камери, Па;<br /> &lt;br /&gt;Ка -коефіцієнт, яким враховують зміни атмосферного тиску, Ка=0,9;<br /> &lt;br /&gt;К - коефіцієнт запасу зусилля піднімання, яким враховують приплив повітря у місці контакту ущільнення камери (присосу) з поверхнею об'єкта, К=1,5...1,15.<br /> &lt;br /&gt;Натікання повітря крізь нещільності у зоні герметизації камери присмоктувача зменшує швидкодію й піднімальну силу вакуумного ЗП. Для вакуумних ЗП із ущільнювальним кільцем, з'єднаних з вакуумним насосом, тиск у внутрішній порожнині робочої камери приймають таким, що дорівнює тиску розрідження, створюваному насосом. Для вакуумних ЗП без ущільнювального кільця, а також для ЗП з таким кільцем, але некерованих, різниця тисків приймається рівною Ра–Рз = (3...4)10 Па.Глибина вакууму в камері присосу і значення піднімальної сили залежать від характеристик джерела розрідження. Як засоби створення розрідження в камері присосу ЗП використовують вакуумні й газоструменеві насоси. Останні називають також ежекторами.<br /> == Посилання == <br /> # http://slinger.ues.by/?option=com_k2&amp;view=item&amp;id=1494:1494<br /> # http://www.studfiles.ru/preview/5083197/<br /> # http://studopedia.su/9_50927_lektsiya-.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21861 2016-04-30T21:56:01Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться до забезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою:<br /> &lt;br /&gt;&lt;center&gt;&lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt; де&lt;/center&gt; <br /> &lt;br /&gt;S - площа, обмежена внутрішнім контуром присосу;<br /> &lt;br /&gt;Ks - коефіцієнт зменшення площі присмоктувача внаслідок деформацій ущільнення (Ks=0,95...1- для ущільнення з пористих гум);<br /> &lt;br /&gt;Ра і Р3 - відповідно атмосферний і залишковий тиски в середині камери, Па;<br /> &lt;br /&gt;Ка -коефіцієнт, яким враховують зміни атмосферного тиску, Ка=0,9;<br /> &lt;br /&gt;К - коефіцієнт запасу зусилля піднімання, яким враховують приплив повітря у місці контакту ущільнення камери (присосу) з поверхнею об'єкта, К=1,5...1,15.<br /> &lt;br /&gt;Натікання повітря крізь нещільності у зоні герметизації камери присмоктувача зменшує швидкодію й піднімальну силу вакуумного ЗП. Для вакуумних ЗП із ущільнювальним кільцем, з'єднаних з вакуумним насосом, тиск у внутрішній порожнині робочої камери приймають таким, що дорівнює тиску розрідження, створюваному насосом. Для вакуумних ЗП без ущільнювального кільця, а також для ЗП з таким кільцем, але некерованих, різниця тисків приймається рівною Ра–Рз = (3...4)10 Па.Глибина вакууму в камері присосу і значення піднімальної сили залежать від характеристик джерела розрідження. Як засоби створення розрідження в камері присосу ЗП використовують вакуумні й газоструменеві насоси. Останні називають також ежекторами.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21860 2016-04-30T21:52:36Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться до забезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою:<br /> &lt;br /&gt;&lt;center&gt;&lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt;,&lt;/center&gt; де<br /> &lt;br /&gt;S - площа, обмежена внутрішнім контуром присосу;<br /> &lt;br /&gt;Ks - коефіцієнт зменшення площі присмоктувача внаслідок деформацій ущільнення (Ks=0,95...1- для ущільнення з пористих гум);<br /> &lt;br /&gt;Ра і Р3 - відповідно атмосферний і залишковий тиски в середині камери, Па;<br /> &lt;br /&gt;Ка -коефіцієнт, яким враховують зміни атмосферного тиску, Ка=0,9;<br /> &lt;br /&gt;К - коефіцієнт запасу зусилля піднімання, яким враховують приплив повітря у місці контакту ущільнення камери (присосу) з поверхнею об'єкта, К=1,5...1,15.<br /> &lt;br /&gt;Натікання повітря крізь нещільності у зоні герметизації камери присмоктувача зменшує швидкодію й піднімальну силу вакуумного ЗП. Для вакуумних ЗП із ущільнювальним кільцем, з'єднаних з вакуумним насосом, тиск у внутрішній порожнині робочої камери приймають таким, що дорівнює тиску розрідження, створюваному насосом. Для вакуумних ЗП без ущільнювального кільця, а також для ЗП з таким кільцем, але некерованих, різниця тисків приймається рівною Ра–Рз = (3...4)10 Па.Глибина вакууму в камері присосу і значення піднімальної сили залежать від характеристик джерела розрідження. Як засоби створення розрідження в камері присосу ЗП використовують вакуумні й газоструменеві насоси. Останні називають також ежекторами.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21858 2016-04-30T21:19:41Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться дозабезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою:<br /> &lt;br /&gt;&lt;center&gt;&lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt;,&lt;/center&gt;</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21857 2016-04-30T21:09:38Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.<br /> <br /> ==Розрахунок ВЗП (Формула піднімальної сили) ==<br /> У загальному випадку розрахунок вакуумних ЗП зводиться до<br /> забезпечення піднімальної сили, яку визначають за формулою<br /> &lt;math&gt; F=SK_s(P_a K_a - P_3 )K,&lt;/math&gt;,</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21856 2016-04-30T20:46:44Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]<br /> == Переваги та недоліки ==<br /> Вантажозахоплювальні пристрої, що притягають, мають низку переваг, головними з яких є:<br /> * швидкість захоплення і віддачі вантажу;<br /> * відсутність допоміжного персоналу і спеціальних захоплюючих пристроїв (скоби, отвори та інші);<br /> * дистанційне керування захопленням з кабіни кранівника;<br /> * універсальність при роботі з різними вантажами.<br /> Недоліки:<br /> * придатні тільки для плоских і рівних поверхонь для всіх матеріалів;<br /> * забезпечують обмежену силу притягання для даної площі; <br /> * забезпечують низьку точність базування через еластичність присосів; <br /> * вимагають повної відсутності інородних частин між присосами і поверхнею деталі;<br /> * потребують певного часу для створення присмоктуючого вакууму; <br /> * складна конструкція викликає необхідність герметичного з’єднання, – потрібні присоси і трубопроводи.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21855 2016-04-30T20:34:21Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|400px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання та види ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|400px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21854 2016-04-30T20:31:54Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|300px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]<br /> <br /> == Використання ВЗП в харчовій промисловості ==<br /> Засоби автоматизації завантажувально-розвантажувальних операцій включають основні елементи таких робіт, як приведення готової продукції в транспортабельний стан (упаковка, вкладання в тару, пакетування та інше) або підготовка напівфабрикатів для встановлення їх на транспортний конвеєр. Для цього необхідно сформулювати аргументовані техніко-експлуатаційні вимоги до захоплюючих засобів, які призначені для захоплення-утримування об’єктів маніпулювання харчового виробництва в певному положенні. Основними кваліфікаційними ознаками самих об’єктів є: фізичний стан, форма, ознаки симетрії, рухомість та орієнтація в момент захоплення. За фізичним станом вони можуть бути твердими, крихкими, жорсткими, нагрітими, забрудненими твердою або рідкою фазами та інше. Отже захоплюючі пристрої цього напряму повинні забезпечувати надійне захоплення і утримування об’єктів виробництва, стабільність базування, недопустимість їх ушкодження або руйнування, тому обґрунтування та уточнення конструктивних і технологічних їх параметрів і є метою даної роботи. Утримуюче-транспортуючі захоплювачі забезпечують силову дію на об’єкт завдяки використанню різноманітних фізичних ефектів. Найбільш поширеними на харчових об’єктах є вакуумні, струменево-ежекційні пристрої. Зустрічаються також механічні, електростатичного притягання, захоплювачі з липкими накладками та інші. Однак вакуумні, придатні тільки для плоских і рівних поверхонь різних матеріалів, забезпечують обмежену силу протягування, мають знижену точність базування за рахунок еластичності присосок, вимагають часу на створення вакууму та знищення залишкових елементарних частинок матеріалу між поверхнями захоплюючого механізму та об’єкту. До загального недоліку вакуумних пристроїв слід віднести низьку надійність закріплення замаслених заготовок через недостатньо щільне прилягання захоплюючої частини до поверхні об’єкту. Крім цього, надійність утримування порівняно ніжних харчових виробів, які до цього ж мають неплоску поверхню, приводить до часткової або повної втрати вакууму, зменшення максимальної швидкості переміщення, що значно понижує продуктивність.У вакуумних пристроїв захоплююча частина виконана із гумового кільця розміром зовнішніх параметрів утримуючих об’єктів, а компенсаційна частина - механічно підпружинена. На рис. 5 представлено три варіанти відомих вакуумних<br /> захоплювачів, з яких перший (рис. 5а) укомплектований щупом із клапаном, що запобігає зменшенню розрідження у системі при відсутності виробу під цим захоплювачем. Однак при нещільному стику об’єкта із захоплювачем виникає можливість руйнування щупом поверхні об’єкта, і через втрату присмоктуючої сили об’єкт не утримується захоплювачем. На (рис. 5б) другий варіант захоплювача, в якого захоплююча частина виконана з одним гофром, а компенсаційна - підпружинена. Тут також є можливість розкриття стику й утворення щілини між поверхнею об’єкта і захоплюючою частиною, в результаті виникає зменшення розрідження і відхилення заготовки. На (рис. 5в) показано третій варіант вакуумного захоплювача (а.с. №185035).У його корпусі 1 встановлені поршень 2 із підпружиненим 3 штоком 4, на якому закріплений еластичний захоплювач 5. Над штоком в корпусі розміщені клапани 6 і 7, де на клапані 6, виконаному у виді конічної пустотілої пробки, закріплена мембрана 8. Через отвір 9 пристрій з’єднується з вакуумною системою. При виконанні процесу захоплення еластичний захоплювач опускають і притискають до поверхні виробу. При цьому поршень витісняє в атмосферу через клапан 7 повітря з надпоршневої порожнини корпуса. У міру опускання пристрою пружина щільно притискає еластичний захоплювач до поверхні виробу, а з крайньої нижньої точки пристрій піднімають у первісне положення. При цьому надпоршнева порожнина збільшується і в ній утвориться розрідження, в результаті якого клапан 6 з мембраною опускається, з’єднуючи через отвір надпоршневу порожнину еластичного захоплювача з вакуумною системою. Виріб притягується до захоплювача і може бути транспортованим, для його звільнення пристрій відключають від системи вакууму. У випадку нещільного прилягання пристрою до поверхні виробу в надпоршневій порожнині не створюється необхідне розрідження і пристрій не діє. При виборі вакуумного захоплювача необхідно подбати, щоб не відбулася втрата товарного виду виробу під впливом зусилля відриву, що виникає від різниці між атмосферним і абсолютним тисками в порожнині захоплювача та діє протягом визначеного часу. Під втратою товарного виду виробу розуміють незворотні зміни форми виробу чи його поверхні внаслідок утворення тріщин, витріскування поверхні виробу і т.п. <br /> [[Файл:Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.PNG‎|thumb|center|300px|Рис.5 Вакуумні_захоплювачі_для_об'єктів_харчової_промисловості.]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%27%D1%94%D0%BA%D1%82%D1%96%D0%B2_%D1%85%D0%B0%D1%80%D1%87%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%97_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%96.PNG&diff=21853 2016-04-30T20:30:36Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21852 2016-04-30T19:58:45Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.1 Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.1 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні рис.2 пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Рис.2 Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Рис.3 Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі рис.3 пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рис.4 (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> На рис.4 (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.<br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).PNG‎ |thumb|center|300px|Рис.4 Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем_(а),_вакуумний_захоплювач_з_індуктором_(б).]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D0%BC%D0%BE%D0%BA%D1%82%D1%83%D0%B2%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BC_(%D0%B0),_%D0%B2%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D1%96%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BC_(%D0%B1).PNG&diff=21851 2016-04-30T19:53:14Z

<p>Роман Бордун: Роман Бордун завантажив нову версію «Файл:Вакуумний захоплювач з еластичним присмоктувачем (а), вакуумний захоплювач з індуктором (б).PNG»</p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D0%BC%D0%BE%D0%BA%D1%82%D1%83%D0%B2%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BC_(%D0%B0),_%D0%B2%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D1%96%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BC_(%D0%B1).PNG&diff=21850 2016-04-30T19:53:12Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21849 2016-04-30T19:47:00Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> Вакуумні захоплювачі-засновані на тому, що в камері створюється розрідження повітря (вакуум) і під дією атмосферного тиску виникає сила притягування між вантажем і захопленням.<br /> Вакуумні захоплювачі застосовуються для підйому довгомірних і тонкостінних вантажів, листових кольорових металів, листового скла, фанери, дерев'яних, пластмасових і бетонних плит, труб, бочок і ін.<br /> Застосування вакуумних захоплювачів сприяє автоматизації і підвищенню продуктивності крана.<br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з еластичним присмоктувачем.]]<br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рисунку (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_індуктором.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з індуктором.]]<br /> На рисунку (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21848 2016-04-30T19:26:37Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>== Визначення == <br /> '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з еластичним присмоктувачем.]]<br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рисунку (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_індуктором.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з індуктором.]]<br /> На рисунку (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21845 2016-04-30T18:58:19Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> <br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.<br /> <br /> == Будова вакуумних захоплювачів == <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_еластичним_присмоктувачем.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з еластичним присмоктувачем.]]<br /> Вакуумний захоплювальний пристрій, зображений на рисунку (а), має еластичний присмоктувач 1, закріплений на кульковій опорі 2, що дозволяє задавати завдяки їй будь-які кутові положення відносно корпусу 3, закріпленого на руці маніпулятора. Для закріплення об'єктів великих габаритних розмірів і ваги ЗП обладнують кількома присмоктувачами. Виконання присмоктувачів повністю з еластичного матеріалу (гуми або полімерів) не дозволяє здійснювати точне позиціювання через їхню пружну деформацію під дією ваги захопленого об'єкта. <br /> [[Файл:Вакуумний_захоплювач_з_індуктором.PNG|thumb|150px|Вакуумний захоплювач з індуктором.]]<br /> На рисунку (б) зображено вакуумний захоплювач 1 для плоских деталей 2, обладнаний індуктором 3, що забезпечує надійне відділення плоскої деталі від стопи 4 навіть у випадку їх злипання через наявність масла. Коли захоплювач із притягнутими деталями піднімається над стопою, на індуктор подається імпульс струму тривалістю, необхідною для проникнення магнітного поля на товщину однієї деталі, під дією якого проходить відділення злиплих деталей від стопи.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D1%96%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BC.PNG&diff=21844 2016-04-30T18:54:52Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87_%D0%B7_%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D0%BC%D0%BE%D0%BA%D1%82%D1%83%D0%B2%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BC.PNG&diff=21842 2016-04-30T18:47:50Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21839 2016-04-30T18:27:33Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.<br /> [[Файл:Безнасосний_вакуумний_захоплювач.PNG‎|thumb|150px|Безнасосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Безнасосні вакуумні захоплювачі '''<br /> Безнасосні вакуумні захоплювачі пристрої із змінним об'ємом вакуумної камери можуть бути з механічним, гідравлічним або пневматичним приводом, а також такими, що самі вакууміруються (під силою тяжіння вантажу).У безнасосних захоплювачів вакуум створюється одноразовою зміною обсягу порожнини вакуумної камери. Вони можуть використовуватися для транспортування тільки повітропроникних виробів. Їх основна перевага перед насосними захоплювачами – простота конструкції, відсутність вакуумно-насосної та розподільної апаратури, повна автономність.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%91%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B2%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87.PNG&diff=21838 2016-04-30T18:26:33Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21837 2016-04-30T18:20:38Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Насосний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> [[Файл:Ежекторний_вакуумний_захоплювач.PNG|thumb|150px|Ежекторний вакуумний захоплювач.]]<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%95%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B2%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87.PNG&diff=21836 2016-04-30T18:13:36Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21835 2016-04-30T18:13:13Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|200px|Насосний_вакуумний_захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.<br /> * '''Ежекторні вакуумні захоплювачі'''<br /> Ежекторні захоплювачі застосовуються в основному в стаціонарних установках для підняття невеликих вантажів з гладкою поверхнею.В ежекторних захоплювачів вакуум утворюється при перепаді швидкостей стисненого повітря (450...600кПа) в ежекторі, суміщеного з вакуумною камерою. Конструктивно вони прості й м’якіші насосних, але через неможливість отримати в них розрідження нижче 50...55 кПа та у зв’язку з цим збільшення габаритних розмірів вакуумних камер вони не отримали велике розповсюдження.Ежекторні вакуумні захоплювальні пристрої Їх живлення здійснюється стислим повітрям від компресорної установки, що обмежує їх зону обслуговування.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21833 2016-04-30T17:37:03Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> [[Файл:Насосний_вакумний_захоплювач.PNG|thumb|200px|Насосний_вакуумний_захоплювач.]]<br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9D%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B2%D0%B0%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87.PNG&diff=21832 2016-04-30T17:32:04Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div></div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21831 2016-04-30T17:26:36Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> == Види вакуумних захоплювачів == <br /> Залежно від способу утворення вакууму у внутрішній порожнині присосу розрізняють ежекторні, насосні та безнасосні вакуумні ЗП. В останньому випадку вакуум створюється тільки через деформацію присмоктувача при його контакті з базовою поверхнею виробу. Для більшої надійності роботи такі ЗП додатково оснащують зворотним клапаном, який спрацьовує у напрямку витікання повітря з присмоктувача. <br /> * '''Насосні вакуумні захоплювачі'''<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на захоплювачі (на камері або частіше на траверсі) називають автономними. Вони можуть застосовуватися на будь-якому крані і практично не вимагають переобладнання або зміни його конструкції. Одне тільки, що при управлінні автономним вакуумним захоплювальним пристроєм в кабіні кранівника встановлюють пульт управління і контролю вакууму.<br /> Насосні вакуумні захоплювальні пристрої з розташуванням вакуумного устаткування на рамі робочої машини мають з вакуумними захоплювальними камерами (ВЗК) гнучкий або жорсткий зв'язок. Як правило, це спеціалізовані крани або навантажувачі, призначені для монтажних робіт і виконання маніпуляцій з вантажами.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%9E%D0%B1%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21829 2016-04-30T17:11:22Z

<p>Роман Бордун: Замінено вміст на « Роман Бордун КАс-31»</p> <hr /> <div><br /> Роман Бордун КАс-31</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21828 2016-04-30T17:09:32Z

<p>Роман Бордун: Створена сторінка: '''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розріджен...</p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%9E%D0%B1%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21827 2016-04-30T17:07:42Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Вакуумними''' - називають захоплювальні пристрої, що утримують об'єкт шляхом розрідження повітря в замкненій порожнині робочого елемента - присмоктувача. Розрізняють активні вакуумні захоплювачі, в яких розріджене повітря створюється примусово за допомогою вакуумних насосів або ежекційних приладів, та пасивні, в яких розрідження повітря створюється за рахунок його витискання при деформуванні робочих елементів.<br /> Роман Бордун КАс-31</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%9E%D0%B1%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F:%D0%92%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%96_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D1%87%D1%96&diff=21783 2016-04-26T10:15:17Z

<p>Роман Бордун: Створена сторінка: Роман Бордун КАс-31</p> <hr /> <div>Роман Бордун КАс-31</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21037 2015-11-24T21:49:06Z

<p>Роман Бордун: /* Посилання */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> <br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # [http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59 Відео про гідроудар]<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> # http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html<br /> <br /> * Категорія:[http://wiki.taltek.info/%D0%93%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D1%96%D0%BA%D0%B0_(%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D1%96%D0%BD%D0%B0) Гідрогазодинаміка (дисципліна)]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21036 2015-11-24T21:44:43Z

<p>Роман Бордун: /* Посилання */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> <br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # [http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59 Відео про гідроудар]<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> # http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html<br /> <br /> [[Категорія:Гідрогазодинаміка (дисципліна)]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21035 2015-11-24T21:38:08Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> <br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # [http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59 Відео про гідроудар]<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> # http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21034 2015-11-24T21:35:50Z

<p>Роман Бордун: /* Посилання */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> <br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb‎|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59 Відео про гідроудар]<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> # http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21033 2015-11-24T21:34:09Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> <br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb‎|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # [http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu]<br /> # [http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59 Відео про гідроудар]<br /> # [http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html]<br /> # [http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html]<br /> [[Категорія:http://wiki.taltek.info/%D0%93%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D1%96%D0%BA%D0%B0_(%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D1%96%D0%BD%D0%B0 Гідрогазодинаміка (дисципліна)]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21032 2015-11-24T21:24:21Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|center|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb‎|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> #http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html<br /> [[Категорія: http://wiki.taltek.info/%D0%93%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D1%96%D0%BA%D0%B0_(%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D1%96%D0%BD%D0%B0)]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21031 2015-11-24T21:21:00Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb‎|center||250px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> #http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html<br /> [[Категорія: http://wiki.taltek.info/%D0%93%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D1%96%D0%BA%D0%B0_(%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D1%96%D0%BD%D0%B0)]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21030 2015-11-24T21:15:01Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, пробурюючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> # http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> # http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> # http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> #http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html<br /> [[Категорія: ГІДРОГАЗОДИНАМІКА (дисципліна)]]</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21029 2015-11-24T21:10:05Z

<p>Роман Бордун: /* Використання гідроудару */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|100px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> * http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> * http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> *http://uareferat.com/%D0%92%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%96%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83_%D0%BD%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D1%96%D0%B9%D0%BD%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B8_%D0%A1%D0%95%D0%A3_%D1%96_%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8_%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D0%B1%D1%96%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F<br /> * http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> * http://opalennya.in.ua/%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B8-%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F-%D1%96-%D1%8F%D0%BA-%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D1%83/<br /> *http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21028 2015-11-24T21:08:50Z

<p>Роман Бордун: /* Література */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> # «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> # Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> * http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> * http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> *http://uareferat.com/%D0%92%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%96%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83_%D0%BD%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D1%96%D0%B9%D0%BD%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B8_%D0%A1%D0%95%D0%A3_%D1%96_%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8_%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D0%B1%D1%96%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F<br /> * http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> * http://opalennya.in.ua/%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B8-%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F-%D1%96-%D1%8F%D0%BA-%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D1%83/<br /> *http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21027 2015-11-24T21:05:01Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Література==<br /> 1. «Основи гідравліки і аеродинаміки», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 р.<br /> 2.Жуковский Н.Е. Про гідравлічний удар в трубопроводах / Доповідь / С. 78-173.<br /> <br /> ==Посилання==<br /> * http://gidropraktikum.narod.ru/Zhukovskii.djvu<br /> * http://www.youtube.com/watch?v=eMGA5TNxfW4&amp;list=PL_QCOTUIndSEW_yvWSV-DMYKB6XEk088t&amp;index=59<br /> *http://uareferat.com/%D0%92%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%96%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83_%D0%BD%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%B4%D1%96%D0%B9%D0%BD%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B8_%D0%A1%D0%95%D0%A3_%D1%96_%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8_%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D0%B1%D1%96%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F<br /> * http://bibliograph.com.ua/spravochnik-180-shtampovochnoe-oborudovanie/115.html<br /> * http://opalennya.in.ua/%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B8-%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F-%D1%96-%D1%8F%D0%BA-%D0%B9%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D1%83/<br /> *http://polyplastic.ua/ua/news/gidravlicheskij-udar-v-trubah-i-vred-i-polza.html</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21026 2015-11-24T20:37:24Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> ==Запобігання виникнення гідравлічних ударів==<br /> * Виходячи з формули Жуковського (яка визначає збільшення тиску при гідроударі) і величин, від яких залежить швидкість поширення ударної хвилі, для ослаблення сили цього явища або його повного запобігання можна зменшити швидкість руху рідини в трубопроводі, збільшивши його діаметр.<br /> * Для ослаблення сили цього явища слід збільшувати час закривання трубопроводу.<br /> * Установка демпферних пристроїв.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21025 2015-11-24T18:07:18Z

<p>Роман Бордун: /* Використання гідроудару */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> <br /> Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21023 2015-11-24T17:52:27Z

<p>Роман Бордун: /* Використання гідроудару */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|200px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|200px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|200px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21019 2015-11-24T17:23:17Z

<p>Роман Бордун: /* Використання гідроудару */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На рисунку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|250px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|250px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|200px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|200px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21018 2015-11-24T15:27:14Z

<p>Роман Бордун: /* Використання гідроудару */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На малюнку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|300px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> &lt;br /&gt; Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|500px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|275px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|250px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21017 2015-11-24T15:25:23Z

<p>Роман Бордун: /* Приклади гідроударів */</p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> <br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На малюнку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|300px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> &lt;br /&gt; Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|500px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|275px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|250px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21016 2015-11-24T15:24:22Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> <br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> &lt;br /&gt;Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> * різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> * раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> * дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На малюнку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|300px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> &lt;br /&gt; Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|500px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|275px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|250px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21015 2015-11-24T15:14:43Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідроудар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> &lt;br /&gt;Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> <br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> <br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> &lt;br /&gt;Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> &lt;br /&gt; різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> &lt;br /&gt; раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> &lt;br /&gt; дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На малюнку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|300px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> &lt;br /&gt; Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|500px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|275px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|250px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=%D0%92%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%B3%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%83&diff=21014 2015-11-24T15:06:08Z

<p>Роман Бордун: </p> <hr /> <div>'''Гідроудар''' - стрибок тиску у будь-якій системі, яка заповнена рідиною, викликаний вкрай швидкою зміною швидкості потоку цієї рідини за дуже малий проміжок часу. Гідравлічний удар здатний викликати утворення поздовжніх тріщин у трубах, що може призвести до їх розколу, або пошкоджувати інші елементи трубопроводу. Також гідроудари надзвичайно небезпечні і для іншого обладнання, такого як теплообмінники, насоси і посудини, що працюють під тиском. Для запобігання гідроударів, викликаних різкою зміною напрямку потоку робочого середовища, на трубопроводах встановлюються зворотні клапани.<br /> <br /> == Загальні відомості про гідравлічний удар == <br /> Більш-менш помітно гідравлічний удар проявляється тільки в жорстких трубопроводах при великій швидкості потоку. Він відбувається тоді, коли рухаючись з деякою швидкістю рідина раптом зустрічає на своєму шляху жорстку перешкоду, якою, як правило, буває заслінка або заглушка. У подібній ситуації горезвісна cтальна кулька у вакуумі просто відскочила б від зустрітчноъ стінки назад з тією ж швидкістю, з якою підлетіла до неї. Однак рідина - не кулька, та й навколо не вакуум, а жорсткі стінки, а ззаду напирають наступні порції, які ще «не знають», що попереду проходу немає! В результаті рідина зупиняється, а її кінетична енергія перетворюються на потенційну енергію пружного стиснення рідини (адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою), а також потенційну енергію пружного (а якщо не пощастить - то і пластичного, тобто незворотного) розтягування стінок труби. Все це призводить до того, що тиск в місці зупинки стрімко зростає, тим більше, чим вище була швидкість рідини і чим менше її стисливість, а також чим вище жорсткість труби. Це підвищення тиску і є гідравлічним ударом раптово зупиненої рідини. <br /> <br /> ==Фази розвитку гідроудару==<br /> Як же розвивається явище гідроудару? Розглянемо це на самому простому прикладі - раптовому заповненні рідиною порожньої труби постійного перетину, зануреної на деяку глибину. Один кінець цієї труби закритий жорсткою заглушкою, а інший вільно сполучається з навколишньою рідиною. До речі, практично те ж саме буде, якщо розглядати різке перекриття усталеного потоку в такій же трубі, тільки там буде відсутня перша фаза - заповнення порожньої труби, - а роль заглушки буде грати перекриваюча трубу заслінка, кран. <br /> [[Файл:Ramblow1.gif|thumb|300px|Схема виникнення гідравлічного удару при заповненні рідиною порожньої труби.]]<br /> <br /> Блакитним кольором позначена зовнішня середа з вихідним тиском, світло-блакитним - область зниженого тиску, синім - область підвищеного тиску (зона гідроудару). Сині стрілки показують переміщення речовини середовища (рідини), червоні - переміщення кордону зони підвищеного тиску (без істотного переміщення речовини). H - глибина (напір) на вході труби; h - перепад висот труби, L - довжина труби від входу до заглушки.Цифрами позначені фази розвитку явища.<br /> * '''Фаза 1. Заповнення труби.'''<br /> Під дією зовнішнього тиску рідина заповнює трубу, при цьому відповідно до закону Бернуллі її тиск трохи менший від тиску нерухомого середовища поза трубою.<br /> <br /> *'''Фаза 2. Зустріч з перешкодою.'''<br /> Жорстка заглушка раптово зупиняє потік, який вдаряється в неї. Проте практично вся рідина в трубі ще продовжує свій рух вперед.<br /> <br /> * '''Фаза 3. Зростання зони підвищеного тиску'''.<br /> Головна частина потоку зупинилася і її кінетична енергія перейшла в потенційну енергію пружної деформації рідини і стінок труби, викликавши в цій області підвищення тиску. Але до «хвоста» потоку цей вплив ще не дійшов, і там рідина продовжує рухатися в колишньому напрямі. Кордон області підвищеного тиску (ударна хвиля) переміщається від заглушки до входу труби, при достатній жорсткості труби ця швидкість практично дорівнює швидкості поширення пружних коливань в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині.<br /> <br /> *'''Фаза 4. Максимум підвищеного тиску.'''<br /> Ударна хвиля досягла входу труби і вийшла в нерухоме середовище. Оскільки зовнішнє середовище нерухоме щодо стінок труби, воно вже не додає свою кінетичну енергію і не робить істотного опору стислій рідини в трубі, і та починає рухатися із зони підвищеного тиску назовні. Крім того, у вільному середовищі стінки труби вже не обмежують і не «фокусують» ударну хвилю, отже вона поширюється на всі сторони, швидко втрачаючи силу. Таким чином, досягнувши входу труби, ударна хвиля «розсіюється» і «гасне». Більш докладно цей момент розглянуто нижче.<br /> <br /> * '''Фаза 5. Початок зворотного руху.'''<br /> Оскільки біля входу в трубу тиск відносно невисокий, стиснута рідина рухається туди під дією підвищеного тиску всередині труби. При цьому потенційна енергія пружної деформації знову перетворюється в кінетичну енергію, але рух уже направлено у зворотний бік. У результаті межа зони нерухомої рідини під підвищеним тиском переміщається від входу в трубу назад до заглушки, залишаючи біля входу зону трохи зниженого тиску, в якій рідина рухається назад до входу труби. Швидкість переміщення цього кордону в разі достатньо жорсткої труби також дорівнює швидкості поширення пружних деформацій в середовищі, тобто швидкості звуку в рідині, однак перепад тиску на кордоні не такий різкий, як при поширенні ударної хвилі - зона кордону істотно ширша. Причиною цього є особливості процесу розсіювання ударної хвилі біля входу в трубу на попередній фазі. При падінні тиску вся потенційна енергія пружної деформації знову переходить в кінетичну енергію рідини (за вирахуванням неминучих втрат, які можуть бути досить малі), тому швидкість «розрядженої» рідини майже дорівнює її швидкості до зупинки, тільки спрямована тепер в сторону входу.<br /> <br /> * '''Фаза 6. Закінчення стиснення.'''<br /> В момент, коли границя зони зниженого тиску досягає заглушки, у всій трубі рідина знову відчуває знижений тиск і рухається назад до входу зі швидкістю, що дорівнює швидкості потоку в трубі у фазі 2 .<br /> <br /> * '''Фаза 7.Фаза розрідження (відриву).'''<br /> Рухаючись у сторону входу в трубу, рідина за інерцією прагне відірватися від заглушки. Тому, якщо гідроудар був досить сильним, то біля заглушки утворюється зона розрідження, де рідина відсутня і тиск близько нуля (саме вакуум, а не атмосферний тиск). Однак рідина, яка виходить з труби, рухається не в порожнечу, а в середовище, що представляє собою ту ж рідина, тільки нерухому. Опір цього середовища досить швидко загальмує рух рідини до виходу і разом із зоною розрідження біля заглушки знову змусить рідину рухатися від входу всередину труби, тим самим повторюючи фазу 1 (природно, вже з меншою енергією, втрати якої, як завжди, неминучі).При слабкому гідроударі, рідині не вдається відірватися від заглушки, проте все одно тиск істотно знижується щодо тиску поза трубою (настільки, наскільки він підвищився у фазі стиску). У цьому випадку виділяють фази поширення негативної ударної хвилі (межі зони з низьким тиском) до входу труби та її повернення назад під дією зовнішнього тиску, однак при сильному гідроударі з відривом рідини від заглушки з'являється ще й фаза «завмирання».Втім, самостійне значення цих фаз не дуже велике, тому всі їх об'єднуємо в одну фазу розрідження.Трохи нижче це розглянуто більш докладно.<br /> <br /> ==Фактори, що впливають на силу гідроудару==<br /> Еластичні стінки трубопроводу значно знижують силу гідроудару, досить легко збільшуючи об'єм труби або шланга в місці зупинки рідини. Якщо труба заповнена повітрям і в міру просування рідини воно не встигає покинути трубу з потрібною швидкістю, то завдяки такому явищу можна запобігти сильному гідроудару, оскільки в цьому випадку повітря відіграє роль пневматичного амортизатора, в якому плавно підвищується тиск, і тому віно здійснює все більший опір руху рідині, поступово сповільнюючи її. Саме ці принципи використовується в більшості пристроїв для захисту трубопроводів від гідроударів. <br /> Слід чітко розуміти, що ці фактори лише розтягують процес гідроудару в часі, але загальна енергія гідравлічного удару при цьому залишається незмінною. Проте за рахунок збільшення часу процесу, знижується його потужність, а значить, і максимальний тиск, і максимальне зусилля, що впливає на стінки труби. Але саме це і є метою захисту від гідроудару - адже тепер трубу вже не розірве! <br /> І, звичайно, силу гідроудару знижує більш плавне перекриття потоку і зменшення робочої швидкості руху рідини в трубі (якщо необхідно зберегти витрату, то для цього доведеться збільшити діаметр труби - швидкість зменшиться пропорційно збільшенню площі її просвіту). <br /> Якщо ж силу гідроудару треба збільшити, то тут рекомендації зворотні - як можна більш жорстка (і міцна!) труба, як можна більш різке перекриття потоку і як можна більший розгін рідини перед зупинкою потоку.<br /> ==Формула Жуковського==<br /> [[Файл:0006-010-Aleksandrov-A.D.-Lobachevskij-N.I.-ZHukovskij-N.E.-Leonard-Ejler.jpg|thumb|400px|Н. Е. Жуковский]]<br /> &lt;br /&gt;Явище гідроудару відкрив Н. Е. Жуковский у 1897—1899. Гідроудар описується формулою Жуковського, яка використовується для визначення величини гідравлічного удару. Збільшення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою:<br /> &lt;math&gt;\triangle \ p= \rho(v_0 - v_1) c\!\,&lt;/math&gt;,<br /> <br /> де '''&lt;math&gt;\triangle p&lt;/math&gt;''' — збілшення тиску в Н/м³<br /> : '''&lt;math&gt;\rho&lt;/math&gt;''' — щільність рідини у кг/м³,<br /> : '''&lt;math&gt;v_0&lt;/math&gt;''' та '''&lt;math&gt;v_1&lt;/math&gt;''' — середні швидкості в трубопроводі до та після закриття задвижки (запірного клапана) в м/с,<br /> : '''с''' — швидкість поширення ударної хвилі вздовж трубопроводу.<br /> Її визначають за формулою: &lt;math&gt;c=c_0 /\sqrt{1+(E_p/E_mp)*d/\delta}&lt;/math&gt;<br /> <br /> де Ер – об’ємний модуль пружності рідини;<br /> &lt;br /&gt;Етр - модуль пружності матеріалу стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;δ – товщина стінок труби;<br /> &lt;br /&gt;d – внутрішній діаметр труби;<br /> &lt;br /&gt;&lt;math&gt;{{c}_{0}}=\sqrt{\frac{{{E}_{p}}}{\rho }}&lt;/math&gt; - швидкість поширення звуку в рідині.<br /> &lt;br /&gt;Для води при t=100C c0=1435 м/с.<br /> &lt;br /&gt;Жуковський довів, що швидкість поширення ударної хвилі &quot;c&quot; знаходиться в прямо пропорційній залежності від стисливості рідини, величини деформації стінок трубопроводу, визначається модулем пружності матеріалу E, з якого він виконаний, а також від діаметру трубопроводу. Отже, гідравлічний удар не може виникнути в трубопроводі, що містить газ, тому що газ легко стискаємо.<br /> <br /> Якщо перекриття потоку відбувається повільно, кран перекриває потік за скінчений час tкр, то тут виникають умови переходу до непрямого гідроудару. Ці умови можна записати так:<br /> &lt;br /&gt;tкр&lt;T ''прямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка уже закрита. Підвищення тиску максимальне). Де ''Т''- ''фаза гідроудару'' (Час, за який хвиля гідроудару подолає шлях l від точки зупинки до початку трубопроводу (наприклад, до насоса) і повернеться назад). Визначається за формулою &lt;math&gt;T=2l/c&lt;/math&gt;. Розрахунок у цьому випадку ведеться за формулою Жуковського;<br /> &lt;br /&gt;tкр&gt;T ''непрямий гідроудар'' (хвиля дійшла до насосу, повернулась назад, а засувка ще не закрита. Підвищення тиску менше). Розрахунок ведеться за формулою Жуковського записаною у вигляді:<br /> <br /> &lt;math&gt;\Delta p=\rho cV\frac{T}{{{t}_{kp}}}=\frac{2l\rho V}{{{t}_{kp}}}&lt;/math&gt;<br /> <br /> == Приклади гідроударів ==<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_3.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]]<br /> Найбільш простим прикладом виникнення гідравлічного удару є приклад трубопроводу з постійним натиском і сталим рухом рідини, в якому була різко перекрита засувка або закритий клапан.<br /> У свердловинних системах водопостачання гідроудар, як правило, виникає, коли найближчий до насоса зворотний клапан розташований вище статичного рівня води більше, ніж на 9 метрів, або найближчий до насоса зворотний клапан має витік, в той час як розташований вище наступний зворотний клапан тримає тиск.<br /> В обох випадках в стояку виникає часткове розрідження. При наступному пуску насоса вода, що протікає з дуже великою швидкістю, заповнює вакуум і соударяются в трубопроводі з закритим зворотним клапаном і стовпом рідини над ним, викликаючи стрибок тиску і гідравлічний удар. Такий гідравлічний удар здатний викликати утворення тріщин у трубах, зруйнувати трубні з'єднання і пошкодити насос і / або електродвигун.<br /> Гідроудар може виникати в системах об'ємного гідроприводу, в яких використовується золотниковий гідророзподільник. У момент перекриття золотником одного з каналів, по яких нагнітається рідина, цей канал на короткий час виявляється перекритим, що тягне за собою виникнення явищ, описаних вище.<br /> <br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_1.jpg|thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> &lt;br /&gt;Також гідроудар зустрічається в димовідвідних системах, в яких він може три різні сценарії:<br /> &lt;br /&gt; різке збільшення тиску (наприклад, вибух) і наступні його зниження (вакуум). Причому негативний тиск може бути настільки сильним, що вихлопна труба руйнується і не підлягає подальшому ремонту;<br /> &lt;br /&gt; раптове відключення пальникового пристрою, причиною якого може бути технічний дефект або просто збій живлення;<br /> &lt;br /&gt; дуже швидке закриття повітряного клапана пальникового пристрою.<br /> Найчастіше, на практиці, найбільш поширені другий і третій з описаних вище випадків.Пальниковий пристрій теплогенератора відключається практично в той же момент, коли закривається заслінка подачі повітря.Гарячі вихлопні гази, що володіють високою кінетичної енергією і швидкістю потоку, переміщаються по газовідвідвідному тракту установки, поступово втрачаючи швидкість, за рахунок наявного опору системи, і створюючи після себе негативний тиск (розрідження). Величина цього розрядження може бути настільки значна, що вихлопна труба в цій точці (позаду котла) піддається деформаціям і руйнувань, що не підлягає подальшому виправленню.<br /> [[Файл:Udar_jukovskogo_2.jpg||thumb|350px|деформація труби внаслідок гідроудару]] <br /> Однак слід зазначити, що пошкодження такого роду можуть відбуватися, перш за все, в системах відводу продуктів згорання від котлів великої потужності.Як правило, мова йде про установках діаметром понад 300 мм, виконаних з нержавіючої сталі з товщиною стінки 0,4-0,6 мм, і досить великою ефективною висотою. Чим більший діаметр і висота димоходу, тим вище ймовірність та інтенсивність цього ефекту.<br /> == Використання гідроудару ==<br /> *'''Гідротаран'''<br /> Гідроудар дає не тільки негативний ефект, але й позитивний, який застосовується в роботі такого пристрою, як гідротаран. Розглянемо, як він функціонує. Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.<br /> <br /> [[Файл:Rampump1.gif‎|thumb|center|400px|Принцип роботи гідротарана. Зліва фаза потоку, справа фаза нагнітання]]<br /> <br /> Будова гідротарана 1-резервуар живлення; 2-нагнітаюча труба; 3-відбійний (ударний) клапан; 4-напірний клапан; 5-повітряний ковпак; 6-напірна (відводяща) труба. H-висота підйому води відносно рівня зливу; h- рівень резервуара живлення відносно рівня зливу.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії : ГІДРАВЛІЧНИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела.Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води, закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції води, яка рухається і її нестисливості, тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту більше 50 м.Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку. Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухомого стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.<br /> У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана, може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.<br /> На малюнку показано більш складний пристрій - він містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторні баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах.Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку, що нагнітаєються водою, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому трохи зменшується, оскільки у відводящу трубу 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, який виникає при закритті клапана 3, а усереднений тиск, згладжений «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5.Проте трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий «бонус» повітряного ковпака.Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірному каналі буде вельми ускладнений.<br /> Значна частина води зливається через відбійний клапан у фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячого резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітаючої частини води по відвідній трубі. Тим не менш, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів, навіть в десяток сантиметрів, цілком достатньо для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому має лише забезпечити заповнення перетину нагнітаючої труби. Ні один широко поширений гідротехнічне пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.<br /> <br /> &lt;br /&gt; Є багато різних модифікацій гідротарана, розглянемо одну із них-підводний гідротаран. Застосовують в насособудувані, а саме у водопідйомних гідротаранних установках для підйому води з водойм. Підводний гідротаран зображений на кресленні в розрізі. Гідротаран містить конусну трубу 1, встановлену в підводному положенні на опорах 2 і спрямовану розтрубом на зустріч потоку води. На протилежному звуженому кінці труби 1 встановлений ударний клапан 3, укладений під повітряний ковпак 4, що сполучається в нижній частині з потоком руслової води за допомогою патрубка 5. Поруч з ударним клапаном 3 розташований нагнітальний клапан 6 з напірної трубою 7, яка відводить воду до споживача.<br /> <br /> [[Файл:1788344.png‎|thumb|300px|Підводний гідротаран]]<br /> <br /> Підводний гідротаран працює таким чином. Труба 1 встановлена в підводному положенні розтрубом назустріч потоку води, концентрує енергію течії потоку і утворює тиск на вузькому кінці труби 1. При відкритому ударному клапані 3 вода витікає з нього в повітряний ковпак 4. Тиск повітря в якому нижчий, ніж тиск води у вузькій частині труби 1. При деякій швидкості витікання - ударний клапан 3 різко закривається, викликаючи гідроудар, який супроводжується підвищенням тиску в трубі за рахунок триваючого за інерцією руху потоку води, при цьому нагнітаючий клапан 6 відкривається і вода витісняється в напірну трубу 7 до споживача.Після падіння тиску в трубі 1 нагнітальний клапан 6 закривається, а ударний клапан 3 відкривається і цикл повторюється.Ударний клапан 3 поміщений в повітряне середовище ковпака 4 і перебуває у вертикальному положенні, відчуває менший опір, у порівнянні з ударним клапаном прототипу, розташованим горизонтально у водному середовищі, що підвищує ефективність роботи гідротарана.<br /> &lt;br /&gt; Винахід відноситься до водопідйомних гідротаранних пристроїв і може бути використане для підйому води з русла річки.<br /> *'''Чищення труб'''<br /> Після тривалої експлуатації трубопроводів, на їхніх внутрішніх стінках з'являється наліт. Щоб його усунути використовують явище гідроудару. Чищення труб за допомогою гідроудару, полягає у створенні у трубі локального гідроудару, який призводить до тимчасового збільшення діаметру труби і відриву нальоту від стінок. Таке чищення називається гідродинамічним, або ударно-деформаційним. Гідроудар у трубі створюється пневмовибухом отриманим в результаті включення і відключення насосу. Очищення трубопроводів пневмовибухом застосовується для відновлення пропускної здатності трубопроводів у промисловості та житлово-комунальному господарстві. Ця технологія ефективна при очищенні сталевих, чугунних, залізобетонних, керамічних і азбестових труб діаметром до 2(м). <br /> [[Файл:444444444444444.jpg|thumb|500px|Установка для чищення труб]]<br /> &lt;br /&gt; Пристрій, який здійснює чищення простий у використанні та виготовленні. Його особливості такі:<br /> * У комплект устаткування пневматичного трубного очищувача (ПТО) входить компресор високого тиску, з продуктивністю за умовами всмоктування не менше 1,5 куб / м на хвилину.<br /> * Діапазон робочих тисків пристрою від 1 до 10 МПа;<br /> * Інтервал між спрацьовуваннями змінюється в залежності від розміру пристрою від 1 до 25 секунд;<br /> * Автономне пересування пристрою вздовж труб, які очищаються, здійснюється за рахунок реактивної тяги;<br /> * Пристрій не потребує мастила;<br /> * Пристрій є екологічно чистим.<br /> *'''Руйнування крижаного покриву'''<br /> [[Файл:Руйнування_льоду.jpg‎|thumb|275px|left|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Гідроудар в потоці рідини виникає внаслідок різкої зупинки руху цієї рідини, тобто стрибкоподібного зменшення швидкості. В результаті кінетична енергія рухомих мас рідини перетворюється в потенційну енергію підвищеного тиску. Оскільки швидкість змінюється стрибкоподібно, то відповідним чином в потоці зростає тиск. З курсу гідромеханіки відомо, що при русі тіла в рідині, за ним виникає попутний потік, тобто струмінь поступально рухається за тілом рідини. Очевидно, що при гальмуванні тіла (судна) попутний потік на своєму шляху зустріне перешкода у вигляді зупиненого судна.Це призведе до зменшення швидкості частинок в попутному потоці і збільшення тиску в кормовій частині судна, тобто до гідроудару, який можна використовувати для збільшення ефекту руйнування льодового покриву за допомогою Згинально Гравітаційних Хвиль (ЗГХ). Тобто якщо при русі з резонансною швидкістю, під суцільним льодом, підводне судно зупинити, наприклад, за рахунок реверсу гребного гвинта, то це призведе до виникнення гідравлічного удару по нижній поверхні льоду через взаємодію попутного потоку 4 з корпусом судна 2 (рис .1.70). Швидкість потоку різко зменшиться, що приведе до зростання тиску за кормою судна і появи хвилі спучування 7. Накладення цієї хвилі на ЗГХ 3, яка виникає від поступального руху судна з резонансною швидкістю, призведе до збільшення сумарних деформацій льоду, тобто появи ЗГХ 8.<br /> <br /> [[Файл:10.jpg|thumb|200px|Застосування гідроудару для руйнування суцільного льодового покриву]]<br /> Використання ефекту гідравлічного удару дозволить підвищити льодоруйнуючі властивості підводного судна, якщо при русі судна з резонансною швидкістю, подати повітря під лід в район вершини першого за кормою судна гребеня хвиль в момент початку руйнування крижаного покриву. У результаті повітря з меншою в порівнянні з водою щільністю відтіснить воду від льоду і під вершиною ЗГХ виникне повітряна подушка 5. У момент розкриття тріщини 6, повітря через тріщину вийде назовні, а в простір, що звільнився кинуться маси води 7. Після виходу повітря ці маси загальмуються 7, що викличе більш потужний і сконцентрований гідравлічний удар по льоду знизу. У результаті зросте висота ЗГХ і степінь руйнування крижаного покриву. <br /> <br /> [[Файл:Image2.gif|thumb|450px|Схема електрогідроудару]]<br /> *'''Підводний вибух''' - так називають образно потужний високовольтний електричний розряд в рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Сам він своє відкриття назвав &quot;електрогідравлічним ефектом&quot; або електрогідроударом.<br /> Електрична іскра, проскакує між зануреними в рідину електродами в певних умовах, виробляє несподіване дію. Якщо поруч з іскрою виявиться тверде тіло, воно буде подрібнене у порошок, яким би твердим воно не було, а розташований над іскровим проміжком стовп рідини підкидається високо вгору. Що ж виходить при електричному розряді?<br /> У місці виникнення розряду миттєво утворюються тиск в десятки і сотні тис. атм. Мікроскопічний канал, по якому проскакує іскра, має надзвичайно велику щільність енергії, миттєва потужність досягає колосальних величин. Так, наприклад, від установки потужністю всього в 0,5 квт можна отримати миттєву потужність у 100 тис. квт і більше.<br /> Вода, навколо іскри, з величезною швидкістю розлітається в сторони, створюючи перший гідравлічний удар. Утворюється порожнеча - порожнина, яка відразу заповнюється водою, виходить ще один потужний гідравлічний удар - кавітаційний. Електрична енергія, таким чином, без всяких проміжних ланок переходить в механічну. Відкриття Юткіна виявилося можливим використовувати і в практичних цілях.<br /> <br /> *'''Електрогідроудар''' відбувається за з такою схемою: А - зона іскрового розряду. Б - зона руйнування. У ній майже всі матеріали руйнуються на найдрібніші частинки, а рідина набуває властивостей тендітного твердого тіла. В - зона наклепу. Г - у цій зоні виникає потужне виштовхуюча дія. Д - зона стиснення. Тут спостерігається переміщення великих об'ємів рідини.<br /> <br /> [[Файл:Image3.gif|thumb|250px|Електрогідравлічний бур]]<br /> Ось як влаштований один з нових інструментів - електрогідравлічний бур (див. рис.). У центрі пластмасової втулки поміщається сталевий стрижень - електрод. Другим електродом служить металева трубка - коронка. Коли включають струм, між відігнутим кінчиком центрального електрода і найближчим зубцем коронки виникають електричні розряди. При роботі бура коронка залишається нерухомою, а центральний електрод обертається з невеликою швидкістю, тому іскра, перебігаючи з зубця на зубець, обходить всю окружність коронки. В іншій, більш пізній конструкції обертовий електрод замінений нерухомим, а замість відігнутого кінчика встановлена пластина-тарілочка. Іскра, перебігаючи по радіусах тарілочки, також обходить всю окружність коронки. Електрогідравлічні удари, що виникають при кожному розряді, довбають матеріал, на який поставлений бур, прогризаючи круглий отвір діаметром трохи більше, ніж діаметр коронки. Подрібнена порода вимивається водою, яка по трубці накачується всередину бура. Таким буром можна зробити отвір в самих твердих породах. Бур при цьому, як і інші електрогідравлічні інструменти, не тупиться і не зношується. Споживання електроенергії при всіх роботах дуже невелика. Так, потужна електрогідравлічна дробарка при переробці щебеню на пісок споживає лише близько квт 7-год енергії на тонну щебеню.За допомогою електрогідравлічного ефекту можна розколювати величезні камені, ущільнювати бетон при укладанні, забивати палі, стирати в дрібний порошок метали.<br /> <br /> Також гідроудар використовується в інших пристроях та механізмах, ось приклади декількох: ГЕС на основі гідроудару, Формування пластичних тіл за допомогою гідроудару високої енергії, та ін.<br /> <br /> ==Висновок==<br /> Працюючи над статтею, я дізнаввся багато корисної інфомації з області гідравліки: як працюють ті чи інші механізми, де застосовують на практиці теоретичні знання з гідравліки, більш детально зрозумів ефект гідроудару.</div>

Роман Бордун