Młot wodny w rurociągach to chwilowy skok ciśnienia. Różnica związana jest z gwałtowną zmianą prędkości przepływu wody. Następnie dowiemy się więcej o powstawaniu wstrząsów hydraulicznych w rurociągach.
Główne złudzenie
Skutek płynnego wypełnienia przestrzeni nadtłokowej w silniku o odpowiedniej konfiguracji (tłok) jest błędnie uważany za wstrząs hydrauliczny. W rezultacie tłok nie dociera do martwego punktu i zaczyna ściskać wodę. To z kolei prowadzi do awarii silnika. W szczególności do złamania korbowodu lub korbowodu, złamania kołków w głowicy cylindrów, pęknięcia uszczelek.
Klasyfikacja
Zgodnie z kierunkiem skoku ciśnienia, uderzenie wodne może być:
- Pozytywne. W takim przypadku wzrost ciśnienia następuje z powodu gwałtownego rozruchu pompy lub zablokowania rury.
- Negatywne. W tym przypadku mówimy o spadku ciśnienia w wyniku otwarcia przepustnicy lub wyłączenia pompy.
Według czasupropagacja fali i okres zamknięcia zaworu (lub innych zaworów odcinających), podczas którego w rurach powstał uderzenie wodne, dzieli się go na:
- Proste (pełne).
- Pośrednie (niepełne).
W pierwszym przypadku przód uformowanej fali porusza się w kierunku przeciwnym do pierwotnego kierunku przepływu wody. Dalszy ruch będzie zależał od elementów rurociągu, które znajdują się przed zamkniętym zaworem. Jest prawdopodobne, że czoło fali będzie wielokrotnie przechodzić w kierunku do przodu i do tyłu. Przy niepełnym uderzeniu wodnym przepływ może nie tylko zacząć poruszać się w przeciwnym kierunku, ale także częściowo przejść dalej przez zawór, jeśli nie jest całkowicie zamknięty.
Konsekwencje
Najbardziej niebezpieczne uważa się za dodatnie uderzenie wodne w systemie grzewczym lub wodociągowym. Jeśli skok ciśnienia jest zbyt wysoki, linia może zostać uszkodzona. W szczególności na rurach pojawiają się pęknięcia podłużne, które następnie prowadzą do pęknięcia, naruszenia szczelności zaworów. Z powodu tych awarii sprzęt hydrauliczny zaczyna zawodzić: wymienniki ciepła, pompy. W związku z tym należy zapobiegać wstrząsom hydraulicznym lub je zmniejszać. Ciśnienie wody osiąga maksimum w procesie hamowania przepływu, gdy cała energia kinetyczna jest przekazywana na pracę rozciągania ścianek przewodu głównego i ściskania słupa cieczy.
Badania
Eksperymentalnie i teoretycznie badał to zjawisko w 1899 roku Nikołaj Żukowski. Badacz zidentyfikowałprzyczyny wstrząsu hydraulicznego. Zjawisko to wynika z faktu, że w procesie zamykania przewodu, przez który przepływa płyn, lub gdy jest on szybko zamykany (gdy ślepy kanał jest podłączony do źródła energii hydraulicznej), gwałtowna zmiana ciśnienia i powstaje prędkość wody. Nie jest to jednocześnie w całym rurociągu. Jeśli w tym przypadku zostaną wykonane pewne pomiary, to może się okazać, że zmiana prędkości następuje w kierunku i wielkości, a ciśnienie - zarówno w kierunku spadku, jak i wzrostu względem początkowego. Wszystko to oznacza, że w linii zachodzi proces oscylacyjny. Charakteryzuje się okresowym spadkiem i wzrostem ciśnienia. Cały ten proces charakteryzuje się przemijaniem i jest spowodowany sprężystymi odkształceniami samej cieczy oraz ścianek rury. Żukowski udowodnił, że prędkość rozchodzenia się fali jest wprost proporcjonalna do ściśliwości wody. Ważna jest również wielkość deformacji ścianek rur. Jest to określone przez moduł sprężystości materiału. Prędkość fali zależy również od średnicy rurociągu. Nagły skok ciśnienia nie może wystąpić w przewodzie wypełnionym gazem, ponieważ dość łatwo ulega kompresji.
Postęp procesu
W autonomicznym systemie zaopatrzenia w wodę, takim jak dom na wsi, do wytworzenia ciśnienia w linii można użyć pompy wiertniczej. Uderzenie hydrauliczne występuje, gdy zużycie płynu nagle ustaje - gdy kran jest zakręcony. Płynący strumień wodyautostrada, niezdolna do natychmiastowego zatrzymania. Kolumna cieczy przez bezwładność uderza w „ślepy zaułek”, który powstał po zamknięciu kranu. W takim przypadku przekaźnik nie oszczędza przed uderzeniem wodnym. Reaguje tylko na skok, wyłączając pompę po zamknięciu zaworu i ciśnieniu przekraczającym wartość maksymalną. Wyłączenie, podobnie jak zatrzymanie przepływu wody, nie jest natychmiastowe.
Przykłady
Można rozważyć rurociąg o stałym ciśnieniu i ruchu płynu o stałym charakterze, w którym zawór został nagle zamknięty lub zasuwa została nagle zamknięta. W odwiertowym systemie zaopatrzenia w wodę uderzenie wodne zwykle występuje, gdy zawór zwrotny jest wyższy niż statyczny poziom wody (9 metrów lub więcej) lub przecieka, gdy następny zawór powyżej utrzymuje ciśnienie. W obu przypadkach dochodzi do wyładowania częściowego. Przy następnym uruchomieniu pompy woda o dużej prędkości wypełni próżnię. Ciecz uderza w zamknięty zawór zwrotny i przepływ nad nim, powodując skok ciśnienia. Rezultatem jest uderzenie wodne. Przyczynia się nie tylko do powstawania pęknięć i niszczenia stawów. W przypadku skoku ciśnienia dochodzi do uszkodzenia pompy lub silnika elektrycznego (a czasem obu elementów jednocześnie). Zjawisko to może wystąpić w hydraulicznych układach napędowych wyporowych, gdy używany jest zawór suwakowy. Gdy jeden z kanałów odprowadzających jest zablokowany przez szpulęprocesy płynnego powstawania opisane powyżej.
Ochrona przed uderzeniem wodnym
Siła przepięcia będzie zależeć od natężenia przepływu przed i po zablokowaniu autostrady. Im intensywniejszy ruch, tym silniejsze uderzenie po nagłym zatrzymaniu. Sama prędkość przepływu będzie zależeć od średnicy linii. Im większy przekrój, tym słabszy ruch płynu. Z tego można wywnioskować, że użycie dużych rurociągów zmniejsza prawdopodobieństwo uderzenia hydraulicznego lub je osłabia. Innym sposobem jest wydłużenie czasu odcięcia dopływu wody lub włączenia pompy. Elementy odcinające typu zaworowego służą do stopniowego zamykania rury. Szczególnie w przypadku pomp stosowane są zestawy łagodnego rozruchu. Pozwalają nie tylko uniknąć uderzenia hydraulicznego podczas włączania, ale również znacznie zwiększają żywotność pompy.
Kompensatory
Trzecia opcja ochrony obejmuje zastosowanie urządzenia tłumiącego. Jest to membranowy zbiornik wyrównawczy, który jest w stanie „wygasić” powstałe skoki ciśnienia. Kompensatory uderzeń wodnych działają na pewnej zasadzie. Polega ona na tym, że w procesie narastania ciśnienia tłok porusza się z cieczą, a element sprężysty (sprężyna lub powietrze) ulega ściśnięciu. W rezultacie proces wstrząsu przekształca się w oscylacyjny. Ze względu na rozpraszanie energii ta ostatnia rozpada się dość szybko bez znacznego wzrostu ciśnienia. Kompensator jest stosowany w linii rozlewniczej. Jest ładowanysprężone powietrze pod ciśnieniem 0,8-1,0 MPa. Obliczenia dokonywane są w przybliżeniu, zgodnie z warunkami pochłaniania energii kolumny napędowej wody ze zbiornika napełniającego lub akumulatora do kompensatora.
