Гидравлический удар представляет собой скачок давления, которое происходит в водопроводной системе при резком изменении скорости, а также направления движения потока. Гидроудар достаточно часто становится причиной серьёзных повреждений труб, нарушение работы гидросистемы. При этом явлении жидкость создаёт волны повышенного давления, которые бьют по стенкам трубопровода, фитингом, краном и другим элементом. Если гидроудар был достаточно сильным, это станет причиной разрушения трубопровода.
Чаще всего гидравлический удар связывается с аварийными отключениями насоса или другого оборудования, резкими перекрытиями задвижек, открытиями клапана, общими сбоями в системе. Гидроудары вызывают разрывы труб, течи, дорогостоящие поломки установленного водопроводного оборудования чтобы предупредить подобные явления, необходимо использовать специальные меры. К ним относятся специальные клапаны, вибрационные вставки и другие средства.
Виды гидравлических ударов
В зависимости от таких параметров, как время и характеристики удара, распространение ударной волны Т, сроки, требующиеся для закрытия задвижки или другой запорной арматуры (τ), выделяют два вида гидравлических ударов. Это полный и неполный удар, которые отличаются по способу распространения, последствия.
Полный гидравлический удар наблюдается, если задвижка закрывается слишком быстро. Это становится причиной стремительного распространения ударной волны, которая движется в обратном направлении относительно рабочего потока жидкости. В результате появляется такое явление, как многократное прохождение волны жидкости в различных направлениях.
Одним из примеров является быстрая перекрытие стандартного обратного клапана для электронасоса. При отключении электроэнергии, питающий такой насос, движение жидкости резко останавливается. Так как плавного перекрытия нет, волны воды начинают быстро передвигаться внутри трубы, постепенно затухает. Но до момента затухания вероятны такие проблемы как:
- повреждение элементов насосного оборудования;
- разрывы и течи трубы;
- повреждение задвижек, клапанов, и других элементов систем.
Неполный гидравлический удар возникает, если задвижка закрывается, но не так быстро, как в первом случае. Образующаяся ударная волна резко изменяет своё направление, но продолжает распространяться через пока ещё не полностью закрытую задвижку. Одним из примеров такого явления является повышение давления в трубе, которая развивается при медленном перекрытии задвижки. Но закрытие имеет меньшую скорость, чем скорость распространения ударной волны. Если использовать специальные клапаны, такое явление не наблюдается.
Оба варианта гидроударов требует особых подходов для предупреждения и управления. Использование специального оборудования позволяет защитить от повреждений, исключить развитие аварийной ситуации.
Расчеты
Чтобы защитить систему от гидравлического удара, необходимо ещё на этапе проектирования предусмотреть наличие специальных систем и элементов. Также на первое место выводятся техническое обслуживание водопровода, регулярный осмотр отдельных узлов, замена неисправных комплектующих. Особое внимание надо уделять предупреждение аварийных ситуаций в системах, где рабочая жидкость циркулирует под достаточно высоким давлением. Для расчёта потенциального гидроудара используется несколько вариантов формул и ключевых параметров.
Среди таких показателей:
- Уровень давления в системе, который измеряется в ньютонах на 1 м², такой параметр вычисляется при помощи специальных уравнений на этапе проектирования.
- Плотность жидкости рабочего потока измеряется в килограммах на 1 м³, такой параметр используется для расчёта значения давления потока.
- Скорость движения жидкости до изменения условий в системе и после таких изменений, такое значение также достаточно часто применяется при расчётах гидравлического удара.
Кроме перечисленных параметров, для получения точного расчёта и предсказания риска гидравлического удара в системе могут использоваться дополнительные факторы. К ним относятся материал изготовления трубопровода, диаметр, значение скорости рабочей жидкости потока. Такие параметры зависят от условий в гидросистеме, поэтому нужно учитывать особенности трубопровода, изменяющиеся условия.
Для расчетов используется следующая формула:
- ΔP уд – значение скачка давления;
- Ρ – значение удельной плотности жидкости;
- Δv – реальное изменение скорости (если расчет ведется для полной остановки – на момент перед такой остановкой);
- с – значение скорости движения ударной волны.
Такая формула включена в программный комплекс для проектирования, то есть она позволяет получить все необходимые исходные значения для составления технической документации и подбора оборудования.
Как предотвратить гидроудар
Существует несколько способов, как можно эффективно предупредить гидроудары в системе:
- Установка специальных амортизаторов. В качестве таких элементов выступают компенсаторы, вибровставки, гидроаккумуляторы, демпферы. Все они способны эффективно гасить давление воды, предупреждая образование обратных волн и появление удара.
- Плавное, медленное закрытие и открытие кранов. Любой запорной арматурой нужно пользоваться правильно, в первую очередь это касается кранов. Открывать и закрывать их нужно медленно, это предупредить гидроудар, смягчит перепады давления в трубе.
- Применение частотных переменных насосов. Такое оборудование позволяет контролировать скорость потока, снизить риски гидроудара. Движение становится плавным, образования обратного тока нет. Управлять таким оборудованием должны квалифицированные сотрудники.
- Правильный подход к проектированию системы. От того, насколько грамотно проведены расчеты и выбранного оборудование для строительства трубопровода, зависит его эксплуатация. Если все выполнено верно, риски гидравлических ударов сводятся к минимальным.
При монтаже системы трубопроводов важно использовать качественное оборудование и фурнитуру. Это поможет избежать аварийных ситуаций, предупредить появление гидроударов в системе, течи, разрывов или повреждения насосов. Осуществлять выбор следует на основе проведенных ранее расчетов и используемых технических параметров.
