Гидравлический удар в трубах

Движение жидкости в безнапорных трубопроводах и каналах.

Режимы движения жидкостей.

Гидравлические сопротивления.

Гидравлический уклон

Падение линии энергии на единицу длины называется гидравлическим уклоном.

При движении жидкости происходит потеря напора на преодоление сопротивлений двух видов: сопротивления по длине и местные.

Потери напора по длине обусловлены силами трения при равномерном движении жидкости.

Где - безразмерный коэффициент гидравлического трения.

Потери напора местные возникают при изменении скорости потока по величине и направлению. Они зависят от формы и размеров живого сечения потока (повороты трубы, арматура, соединительные фасонные части и т.п.). От длины потока местные потери напора не зависят.

Где - сумма коэффициентов местного сопротивления.

Таким образом, общая потеря напора при движении жидкости по трубам

В природе можно наблюдать 2 режима движения жидкостей и газов.

1. Ламинарное движение характеризуется движением без перемешивания, без изменения скорости и давления, при параллельнопоследовательном перемещении струй.

При движении вязких жидкостей (нефть, масло), а также при движении жидкостей и газов в тонких трубках.

2.Турбулентное движение характеризуется беспорядочным интенсивным перемешиванием частиц жидкости, пульсацией скоростей движения частиц.

Движение воды, воздуха, пара в трубопроводах систем водоснабжения, отопления, канализации, газоснабжения, вентиляции т.к. движущаяся среда имеет малую вязкость.

Исследования показали, что основным параметром для определения режима движения жидкостей и газов служит безразмерная величина - критерий (число Рейнольдса).

Для трубопроводов круглого сечения критическое значение критерия

кр. = 2320.

При кр. – ламинарное движение.

При кр. – турбулентное.

Для открытых каналов и трубопроводов некруглого сечения

кр. = 580

В безнапорных трубопроводах и каналах движение жидкости

происходит неполным сечением, поток характеризуется наличием свободной поверхности и смоченного периметра, по которому жидкость соприкасается со стенками и дном. Движение происходит под действием силы тяжести и может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным.

В системах канализации, водостоках, в дренажных устройствах и т.п. принимают чаще всего условия установившегося равномерного движения жидкости в турбулентном режиме.

При резком изменении скорости движения жидкости в трубопроводе, например внезапном закрытии запорной арматуры, жидкость, обладающая кинетической энергией, на мгновение остановится. Весь запас энергии израсходуется на сжатие жидкости и расширение стенок трубы, повысится давление за счет инерции массы жидкости, возникает гидравлический удар и образование ударной волны. В трубе жидкость после окончания мгновенного сжатия (деформация потока) обладает большой энергией, что вызывает обратное ее движение (обратная волна). Начинается колебательный процесс с постепенным затуханием ударной волны и израсходованием энергии удара на трение жидкости о внутренние стенки и деформацию трубы. При гидравлическом ударе в трубопроводе резко увеличивается напор.

Во многих случаях резкого закрытия или открытия запорной арматуры, внезапной остановки насосов, турбин и т.п. возникший гидравлический удар может привести к повреждению отдельных соединений труб, поломке устройств (насосов, турбин и др.).

Для предотвращения аварийных ситуаций, которые могут возникнуть в трубах при образовании гидравлического удара, необходимо принимать следующие меры:

1. Не следует допускать в трубопроводах больших скоростей движения жидкости, превышающих допустимые;

2. На трубопроводах следует устанавливать арматуры вентильного типа (запорную, водоразборную), медленно закрывающуюся;

3. Устанавливать на трубопроводах предохранительные клапаны, которые, открываясь при определенном давлении, предохраняют трубопровод от разрушения.