Гидроудары в трубах. Как избежать?

Гидравлический удар (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором — отрицательным. Особо опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением.

В зависимости от времени распространения ударной волны  и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

• Полный (прямой) гидравлический удар, если t < 
• Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t > 

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

• Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.
• Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора
• Установка демпфирующих устройств

Факт  первый. Гидроудар разрушает стенки трубопровода

В местах, где неграмотно устроены инженерные коммуникации, часто можно услышать характерные щелчки и постукивание. Это свидетельствует о том, что в замкнутой системе возник кратковременный резкий скачок давления. Данное явление может происходить из-за внезапной остановки циркуляции жидкости по контуру или внезапного возобновления её движения. Если на пути потока жидкости, который движется с некоторой скоростью, возникает преграда (воздух или запорная арматура), его скорость изменяется постепенно, а вот объём увеличивается быстро. Соответственно, растёт и давление, иногда достигая более 10 атмосфер. Если избыточному объёму деваться некуда, то появляется опасность разрыва трубы.

Пример

Пример экспериментальной зависимости давления от времени при гидравлическом ударе после резкого закрытия задвижки в трубопроводе. Видно понижение давления ниже атмосферного во время фазы разрежения.

Наиболее простым примером возникновения гидравлического удара является пример трубопровода с постоянным напором и установившимся движением жидкости, в котором была резко перекрыта задвижка или закрыт клапан.

В скважинных системах водоснабжения гидроудар, как правило, возникает, когда ближайший к насосу обратный клапан расположен выше статического уровня воды более чем на 9 метров или имеет утечку, в то время как расположенный выше следующий обратный клапан держит давление.

В обоих случаях в стояке возникает частичное разрежение. При следующем пуске насоса вода, протекающая с очень большой скоростью, заполняет вакуум и соударяется в трубопроводе с закрытым обратным клапаном и столбом жидкости над ним, вызывая скачок давления и гидравлический удар. Такой гидравлический удар способен вызвать образование трещин в трубах, разрушить трубные соединения и повредить насос и/или электродвигатель.

Гидроудар может возникать в системах объёмного гидропривода, в которых используется золотниковый гидрораспределитель. В момент перекрытия золотником одного из каналов, по которым нагнетается жидкость, этот канал на короткое время оказывается перекрытым, что влечёт за собой возникновение явлений, описанных выше.

Во время шторма на море волны, ударяющие в стену набережной, вызывают всплески высотой, в десятки раз больше высоты волн на море.

Стать причиной гидроудара могут следующие факторы:

• При резком закрытии запорной арматуры: вентилей, задвижек, кранов и прочее.
• Воздух, который находится в замкнутом контуре системы. Прежде чем запустить систему в работу, необходимо выпустить из неё весь имеющийся воздух через воздушные клапаны
• Перебои с подачей электроэнергии
• Включение, отключение и выход из строя насоса