Гидроудар - что это такое

Источник: https://www.ksb.com/ksb-ru/

Большинство инженеров, занимающихся проектированием насосных установок, знакомы с такими терминами как «гидравлический удар», «скачок давления» или применительно к воде — «гидроудар (ударная волна)». Вопрос о том, необходим ли на стадии проектирования анализ нестационарного потока с точки зрения возникновения гидроудара, является неоднозначным. При неблагоприятных условиях возможны повреждения, вызванные гидравлическим ударом, при длине трубопровода более ста метров и расходе, составляющем лишь десятые доли литра в секунду. И даже очень короткие без промежуточных опор трубопроводы на насосной станции могут быть повреждены резонансными колебаниями, если они недостаточно тщательно закреплены. Однако в инженерных сетях зданий, например, в системах теплоснабжения и питьевого водоснабжения, где трубы обычно короткие и имеют небольшое поперечное сечение, данное явление практически не встречается.

Владельцы или операторы трубопроводных систем, подвергшихся воздействию гидроудара, неохотно предоставляют информацию о любых повреждениях, вызванных этим явлением. Однако, при изучении фотографий мест некоторых аварий становится очевидным следующее: ущерб, причиненный волной давления, значительно превышает затраты на превентивный анализ и меры по защите от гидравлического удара и скачков давления.

Соответствующее исполнение компонентов защиты от гидравлического удара и скачков давления, таких, как воздушная подушка или аккумулятор, маховик насоса и воздушные клапаны (срыв вакуума), уже давно является нормой в технике. Брошюра технической инструкции W 303 «Dynamic Pressure Changes in Water Supply Systems» (Колебания динамического давления в системах водоснабжения), изданная Немецкой ассоциацией газовой и водной отраслей, содержит четкое указание на то, что импульсы давления непременно должны учитываться при разработке и обслуживании систем водоснабжения; в противном случае это может привести к значительным убыткам. Это означает, что во избежание риска гидроудара анализ пульсаций давления должен быть представлен для каждой опасной гидравлической трубопроводной сети, подверженной опасности возникновения гидроудара. Для этих целей применяется соответствующее программное обеспечение – важнейший инструмент для специалиста по анализу пульсаций давления.

Консультанты и разработчики трубопроводных систем сталкиваются со следующими вопросами, на которые мы попытаемся ответить в данной статье:

  • Как узнать, существует ли риск возникновения гидравлического удара?
  • Какую роль играют формулы приближенного расчета гидравлического удара?
  • Может ли анализ пульсаций давления одной трубопроводной сети быть использован в качестве основы для выводов по подобным системам?
  • Какие параметры требуются для анализа пульсаций давления?
  • Сколько стоит анализ пульсаций давления?
  • Насколько надежно и экономично функционирует предлагаемое оборудование по защите от гидравлического удара и скачков давления?
  • Насколько надежным является компьютеризированный анализ пульсаций давления?

Разработчики трубопроводных систем и аналитики пульсаций давления должны сотрудничать с целью экономии времени и денежных средств. Гидравлический удар – это явление комплексное; цель брошюры – донести до пользователя основные знания по многосторонности этого явления без чрезмерного их упрощения.

Проблема гидравлического удара

Говоря о давлении жидкости, необходимо различать избыточное давление [p бар], абсолютное давление [p бар (a)] и гидростатический напор h [м]. Гидростатический напор (высота давления) h обозначает высоту однородного столба жидкости, который производит определенное давление p. Величиной «h» всегда обозначают относительную высоту (например, плоскость отсчета, уровень расположения осевой линии или зенита трубы).

Как правило, разработчики системы начинают с определения величин установившегося рабочего давления и объемного расхода. В этой связи термин «установившийся» означает то, что объёмная подача, напор и частота вращения насоса остаются неизменными. При неизменном диаметре трубы и постоянной шероховатости поверхности ее внутренних стенок кривая гидростатического напора становится прямой линией. В простых случаях установившаяся рабочая точка насоса может быть определена графически. Для этого необходимо найти точку пересечения характеристической кривой насоса с характеристикой трубопровода.

Систему водопровода невозможно постоянно эксплуатировать в установившемся режиме, т.к. пуск и выключение одного лишь насоса изменяет условия рабочего режима. В общем, любые изменения в условиях эксплуатации и любые нарушения в работе становятся причиной колебаний давления и расхода, иначе говоря, приводят к изменяемому во времени режиму течения. Та-кой режим течения обычно рассматривается как неустановившийся или переходный. Говоря о давлении, подразумевают динамические изменения давления или неустановившееся давление. Основными причинами неустановившегося режима течения являются:

  • Аварийное отключение насоса, произошедшее в результате отключения электропитания или перебоя в подаче электроэнергии.
  • Пуск или остановка одного или нескольких насосов из числа находящихся в эксплуатации.
  • Закрытие или открытие запорной арматуры в трубопроводной системе.
  • Возбуждение резонансных колебаний из-за насосов с нестабильной характеристической кривой Q/H.
  • Изменения уровня жидкости на всасывании.

Гидравлический удар

Динамические изменения давления также называются пульсациями давления или, применительно к водным системам, гидравлическим ударом. Последний термин обозначает те нежелательные эффекты, которые, сопровождая пульсации давления, подобно ударам молота, могут воздействовать на трубы и компоненты системы. Гидравлический удар является причиной дополнительного увеличения динамической нагрузки на систему трубопровода, запорные клапаны, крепежные элементы, суппорты, компоненты системы и др. Термином «гидравлический удар» обозначают как повышение, так и понижение давления. В отличие от силы давление является ненаправленным, т.е. оно не имеет вектора. Только после того, как гидростатический напор начнет действовать на ограниченную площадку, возникает сила, действующая в направлении нормали к данной площадке.

Так как предотвратить скачки давления при эксплуатации трубопроводной системы невозможно в принципе, важнейшим моментом является удерживание динамических изменений давления в контролируемых пределах. Ситуация осложняется тем, что ущерб, причиненный недопустимыми пульсациями давления, не всегда является видимым. Зачастую последствия их воздействия, например, образование трещин в трубе, ослабление или отсоединение фланцев трубы, проявляются спустя долгое время. Причина повреждения в таком случае неизвестна.

Некоторые из типичных повреждений, вызванных гидравлическим ударом, перечислены ниже:

При повышении давления:

  • Разрыв трубы
  • Повреждения крепежных устройств трубы
  • Повреждения насосов, фундаментов, фитингов и трубопроводной арматуры

При понижении давления:

  • Смятие пластиковых и тонкостенных стальных труб
  • Выкрашивание цементной внутренней облицовки труб
  • Подсос грязной воды или воздуха в трубопровод через фланцевые соединения или соединительные муфты, сальниковые уплотнения или места утечки
  • Разрыв столба жидкости (сплошности потока), за которым следуют высокие скачки давления, когда отдельные столбы жидкости воссоединяются с ударом (макрокавитация)

Оставить заявку

    Заполняя форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности