Методи боротьби з гідроударом

Гідравлічним ударом називається різкий стрибок тиску, що виникає в трубопроводі. Цей процес відбувається дуже швидко і характеризується чергуванням різких піків і спадів тиску, пов'язаних з пружними деформаціями гідравлічної рідини і стінок трубопроводу. Гідроудар супроводжується сильними акустичними ефектами, іноді - проривами трубопроводів.

Історія

Клапан осьового типу для захисту від гідроудару

Явище гідравлічного удару у водопровідних трубах було відоме з самого початку експлуатації напірних трубопроводів. До того ж на перших водопроводах застосовували звичайні пробкові крани, які миттєво перекривали потік води, що викликало появу гідроудару. Лише з часом стали використовувати більш плавні, так звані вентильні крани і гвинтові засувки. Майже кожне місто, в якому був централізований напірний водогін, страждав від руйнувань труб внаслідок дії гідравлічного удару. Розробка теорії гідравлічного удару і створення технічних засобів боротьби з цим грізним явищем мали велике значення. Не можна сказати, що гідравлічний удар не вивчався до М.Є.Жуковського. Навіть у своїй підсумковій роботі з цього питання він посилається на деяких іноземних і вітчизняних авторів, які досліджували гідроудар і супроводжуючі його явища. Досить згадати братів Монгольф'є, швейцарського винахідника Е. Аргана або М. Бультона. Вніс свій внесок у ці дослідження і професор Казанського університету І.С.Громека (1851-1889). Але пріоритет М.Є.Жуковського в цьому питанні беззаперечний. Саме він, за ініціативою керівництва московського водопроводу, очолив проведення в 1897-1898 рр.. великого комплексу наукових досліджень питання гідравлічного удару на базі Олексіївської водокачки.

Захист від гідравлічних ударів

Захист гідравлічних систем від гідравлічних ударів в загальному випадку можна здійснити двома шляхами: безпосереднім впливом на пристрій, що викликає зміну швидкості потоку в перехідному процесі, і застосуванням спеціальних пристроїв, які викликають штучне зниження модуля прискорення руху рідини. Перший шлях, як профілактичний, слід вважати кращим при розробці захисних заходів, однак він застосовний тільки при планових перехідних режимах.

Захист гідравлічних систем шляхом скидання частини рідини, що транспортується є найпоширенішим і універсальним прийомом штучного зниження величини гідравлічного удару. Пристрої, що виконують цю функцію, можна розділити на клапанні, розривні мембрани і переливні колони. Мембрани, будучи пристроями разової дії, при спрацьовуванні яких спорожнявся б весь ставши, не знайшли застосування. Переливні колони в зв'язку з великими напорами і значної геодезичної висотою розглянутих систем також не застосовуються

  Клапанные устройства для защиты от гидравлических ударов можно разделить на предохранительные клапаны и специальные гасители гидравлических ударов. Предохранительные клапаны всех типов обладают рядом характерных недостатков. Это большая разница давлений открытия и закрытия (гестерезис) клапана, резкое захлопывание затвора и генерирование дополнительного удара в момент подхода отрицательной волны давления, как правило, ручная настройка на рабочее давление и связанная с этим необходимость пробных срабатываний. Следует, однако, отметить, что в некоторых конструкциях для плавной посадки клапана предусмотрен гидравлический демпфер, в других наоборот, выдвигается требование быстрого закрытия, т.к. «недостаточно быстрое закрытие клапана не в состоянии прервать пленку протекающей между уплотнительными поверхностями среды, и поэтому герметичность клапана не восстанавливается». Постоянство настройки предохранительных клапанов не позволяет оптимально гасить гидравлические удары, начинающиеся с понижения давления, т.к. они не реагируют на эффект снижения давления в трубопроводе в момент отрицательной волны.

Методи боротьби

1. Використання регулюючих пристроїв Найефективніший спосіб полягає в обладнанні мережі регулюючими пристроями (вентилі і засувки), які не дозволяють здійснювати швидку зміну швидкості в трубах. Повітряні ковпаки або компенсатори обмежують поширення удару і послаблюють дію. На незахищеній ділянці труби ударне підвищення тиску діє лише протягом [math]T_1=\frac{2l}{a}[/math] замість [math]T_2=\frac{2(l_1-l_2)}{a}[/math] Таким чином імпульс сили слабшає (зменшується) і труби не рвуться.

2. Модуль демпфування ударів

Більш плавний процес перемикання запобіжного клапана може забезпечити модуль демпфування ударів. Модуль демпфування ударів (6) розташовується між пілотом (7) запобіжного клапана і електрогідророзпроділювачем (3), обладнаним демпфером (8) на лінії В. Коли розподільник закритий, золотник (9) під дією робочого тиску зміщується вправо і стискає пружину (10), перекриваючи з'єднання В2-В1. Коли гідророзподільник відкритий, потік робочої рідини з лінії У надходить в бак, на отворі (8) при цьому підтримується постійний перепад тисків. Зусилля пружини створює деяку затримку відкриття з'єднання В2-В1, таким чином виникнення піків тиску в гідросистемі усувається.

Наявність модуля демпфування гідроударів в системі дозволяє виключити виникнення акустичних ударів, знизити піки тиску і виключити залежність від в'язкості робочої рідини.

3. Гідротаран Все вищесказане відносилося до негативного впливу гідравлічного удару на трубопровідні системи, а також до методів боротьби з цим. Однак явище гідравлічного удару може приносити і користь. Мова піде про спеціальні пристрої - гідравлічні тарани, які застосовуються для нагнітання води із застосуванням (утилізацією, як тепер кажуть) цього явища (для цілей водопостачання, поливу, пожежогасіння та ін.) Принцип роботи гідротаранів зображений на рисунку. Обов'язковою умовою є наявність постійного запасу води в джерелі, з якого здійснюється безперервний забір води Q1 під тиском Р1 по трубопроводу А. В кінці цього трубопроводу розміщений гідротаран В з системою клапанів і повітряним ковпаком ємністю W. Від ковпака йде напірне відгалуження трубопроводу С з витратою води Q2 і тиском Р2.

Працює гідротаран наступним чином: вода з водойми вільно надходить у трубопровід А через відкритий клапан D. Коли витрата води Q1 досягне певної величини, клапан D швидко закривається. Відбувається гідравлічний удар, що відкриває клапан Е. При цьому вода миттєво заповнює частину повітряного ковпака і по трубопроводу Е надходить в ємність з іншою витратою Q2 і тиском Р2. При цьому Р2> Р1, а Q1> Q2. Якщо роботу клапанів автоматизувати, то такий пристрій буде працювати циклічно і автоматично, тобто буде нагнітати воду, утилізуючи енергію перепаду рівня води у водоймі.