Общие сведения. Гидравлическим ударом называется колебательный процесс, возникающий в трубопроводе при внезапном изменении в нем скорости течения жидкости.

Гидравлическим ударом называется колебательный процесс, возникающий в трубопроводе при внезапном изменении в нем скорости течения жидкости.

Чаще всего гидравлический удар возникает в случае резкого торможения потока жидкости, например, вследствие быстрого закрытия крана или клапана. В начальный момент при этом возникает значительное, скачкообразное возрастание давления на величину , кинетическая энергия потока переходит в работу упругих деформаций жидкости и стенок трубы - жидкость сжимается, а стенки трубы растягиваются.

Проф. Н.Е. Жуковский вывел формулу для определения величины ударного давления , приравняв кинетическую энергию всего потока жидкости в трубе до внезапной ее остановки сумме двух работ - работе сжатия жидкости и работе растяжения стенок трубопровода.

Формула Жуковского имеет следующий вид (для случая полного торможения потока):

, (14)

где: - плотность жидкости;

- начальная скорость потока, которая внезапно уменьшилась до нуля;

- скорость распространения ударного давления (ударной волны) по трубопроводу.

Эта скорость по Жуковскому определяется по следующей формуле:

, (15)

где: – объемный модуль упругости жидкости;

– линейный модуль упругости материала стенок трубы;

– внутренний диаметр трубы;

– толщина стенок трубы.

Для абсолютно жесткого трубопровода вторая дробь под радикалом в формуле (15) обращается в ноль, а скорость ударной волны оказывается равной скорости распространения звука в жидкости, т.е.:

.

Таким образом, малая сжимаемость капельных жидкостей и высокая жесткость металлических труб и является причиной возникновения большого ударного давления . В гибких шлангах (рукавах), а также в газопроводах, гидравлический удар ничтожно мал благодаря малой жесткости материала стенок и большой сжимаемости среды.

Приведенная выше формула Жуковского (14) справедлива лишь при достаточно быстром закрытии крана, или, точнее говоря, когда время закрытия

,

где - фаза гидравлического удара - это время, необходимое для прохождения ударной волны от крана до начала трубопровода длиной и обратно.

При ударное давление получается существенно меньше, чем по формуле (14), так как в момент подхода фронта отраженной ударной волны к запорному устройству, оно, будучи не полностью закрытым, пропускает через себя некоторое количество жидкости, смягчая этим удар.