Гидравлический удар

Гидравлическим ударом называется повышение или понижение давления в напорном трубопроводе, вызванное изменением во времени средней скорости движения жидкости. Гидравлический удар обуславливается инерцией той массы жидкости, заключенной в трубопроводе, скорость которой изменяется.

Гидравлический удар возникает при закрывании пожарной арматуры, включении и выключении насосов, при переломе пожарных рукавов, что может привести к разрыву трубопроводов, рукавов, поломке насосов.

Важнейшими характеристиками гидравлического удара является: скорость распространения ударной волны, фаза гидравлического удара и повышения давления.

Для приближенных расчетов скорость распространения ударной волны можно принимать по таблице 3.1.

Таблица 3.1

Фаза гидравлического удара t_ф – время, которое необходимо для пробега ударной волны удвоенной длины водовода

где t_ф– фаза удара, с;

l – длина водовода, м.

Различают полный или прямой и неполный или непрямой гидравлический удар.

Если время закрывания крана или задвижки t_З меньше фазы удара t_ф, то возникает прямой удар.

(3.17)

Если время закрытия задвижки больше фазы удара – непрямой удар.

(3.18)

Величина повышения давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле

(3.19)

где D p – величина повышения давления, Па;

V – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до закрытия задвижки, м/с.

Величина повышения давления при непрямом гидравлическом ударе

(3.20)

Задачи

3.17. Определить повышение давления в чугунном трубопроводе перед задвижкой после мгновенного автоматического отключения водонапорной башни при пожаре. Расход воды по трубопроводу составляет 40 л/с, диаметр трубопровода 150 мм, скорость распространения ударной волны 1070 м/c.

Решение. Скорость движения до закрытия задвижки

Повышение давления при прямом гидравлическом ударе

3.18. Определить необходимую толщину стенок прорезиненного рукава диаметром 77 мм, чтобы напряжение в стенках при мгновенном перекрытии потока воды не превышало s = 50×10⁵ Па. Скорость распространения ударной волны принять равной а = 200 м/с. Расход воды составляет 15 л/с, начальное давление p₀ = 3,0×10⁵ Па.

3.19. Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в трубопроводе было в 2 раза меньше, чем при мгновенном закрытии. Скорость распространения ударной волны 1000 м/с, длина трубопровода 1000 м.

3.20. Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в трубопроводе составляло 25 % от повышения давления при мгновенном закрытии задвижки. Скорость распространения ударной волны 1000 м/с, длина трубопровода 800 м.

3.21. Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в стальном трубопроводе длиной 700 м и диаметром 200 мм не превышало 9×10⁵ Па. Расход воды составляет 60 л/с. Скорость распространения ударной волны 1180 м/с.

3.22. Определить время закрытия задвижки, чтобы повышение давления в чугунном трубопроводе длинной 500 м и не превышало 6×10⁵ Па. Расход воды по трубопроводу диаметром 150 мм составляет 60 л/с.

3.23. Определить увеличение давления в рукавной линии длиной 200 м при переломе рукава. Расход воды по рукавной линии диаметром 66 мм составляет 10 л/с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с.

3.24. Как изменится увеличение давления в рукавной линии при прямом гидравлическом ударе, если расход воды уменьшится в 2 раза?

3.25. Определить увеличение давления в рукавной линии диаметром 51 мм при мгновенном закрытии крана, если расход воды составляет 3,4 л/с. Скорость распространения ударной волны 120 м/с.

3.26. Определить величину избыточного давления при гидравлическом ударе в начале магистральной линии длиной 300 м, состоящей из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм при расходе воды в 15 л/с. Время перекрывания воды составляет 5 с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с. Напор в начале рукавной линии составляет 70 м.

Решение. Скорость движения воды в рукавной линии до гидравлического удара

м/с,

фаза гидравлического удара

Так как t_З > t _ф, то удар непрямой.

Увеличение давления при непрямом гидравлическом ударе

Избыточное давление в начале рукавной линии

Избыточное давление в начале рукавной линии при гидравлическом ударе

3.27. Определить величину избыточного давления при прямом гидравлическом ударе в начале рабочей рукавной линии длиной 60 м, состоящей из прорезиненных рукавов диаметром 51 мм, при расходе воды в 4 л/с. Скорость распространения ударной волны 300 м/с, давление у разветвления составляет 4×10⁵ Па.

3.28. На стальном трубопроводе диаметром 200 мм установлена задвижка, время закрытия которой 8,2 с. Определить повышение давления в трубопроводе длиной 5 км, если расход воды по трубопроводу составляет 53 л/с. Скорость распространения ударной волны 1300 м/с.

3.29. Определить напряжение в стенке толщиной 10,5 мм стальной трубы диаметром 200 мм при прямом гидравлическом ударе, если до удара вода двигалась со скоростью 1,2 м/с. Скорость распространения ударной волны 1200 м/с. Начальное давление перед задвижкой 6×10⁵ Па.