Hl-system.ru

HL System
14 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидродинамический удар

Гидроудар в системе водоснабжения

Гидравлический удар(гидроудар) представляет собой кратковременное, но резкое и сильное повышение(понижение) давления в трубопроводе(в системе водоснабжения) при внезапном торможении(ускорение) двигавшегося по нему потока жидкости.

Гидроудар в системе водоснабжения

Простыми словами гидроудар-это резкий скачок давления в трубах

Гидравлический удар бывает:

  • Положительный – когда давления в трубопроводе очень резко повышается. Это может произойти, при быстром закрытие крана(вентиля, задвижки) или включения насоса.
  • Отрицательный – когда наоборот, происходит понижение давления в водопроводе, из-за того, что открыли кран или выключили циркуляционный насос.

Наибольшую опасность для водопровода представляет положительный гидроудар. Допустим вы открыли кран и помыли посуду. Закончили мыть, вода вам не нужна, закрыли кран.

При этом в водопроводе происходит следующее. Водный поток некоторое время, по инерции, течёт с прежней скоростью. Потом сталкивается с преградой (кран ведь закрыли). И «ударяясь» об эту преграду, образуется обратная волна. А так как вся система водоснабжения герметична. У этой обратной волны происходит столкновение с водным потоком идущим на встречу. В результате получается гидроудар.

Самые первые признаки гидроудара – глухие стуки и щелчки, слышимые при открытие или закрытие крана. Появления подтеков в местах соединения водопроводных труб или подтекающие краны.

Причины возникновения гидравлического удара

Основными причина , возникновения гидроудара системе водоснабжения:

  • Резкое перекрытии запорной арматуры(кранов, вентилей, задвижек.
  • Поломка или отключение циркуляционного насоса, насосной станции.
  • Воздушные пробки в системе водопровода.
  • Перепады сечения водопроводных труб.

В основном, гидроудар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Вода проходит по трубам с постоянным давлением, но когда происходит резкое перекрытие водного потока. Давление воды на стенки труб увеличивается в несколько раз.

И в результате, могут лопнуть трубы или придут в негодность уплотнители резьбовых соединений и запорные элементы.

Трещина в трубе-после гидроудара

Конечно, резко закрытый кран не единственная причина возникновения гидроудара. Похожая ситуация бывает когда в системе остаётся воздух. В тот момент когда открывается кран, вода сталкивается с пробкой из воздуха.

И эта воздушная пробка в условиях замкнутого пространства выступает амортизатором. Вследствие чего с огромной силой выталкивает воду и происходит удар.

Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы

Последствия гидроудара

Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.

От первого гидравлического удара, повреждение водопровода, обычно не происходит. Ведь изделия для водоснабжения изготавливаются с запасом, в случае повышения давления. Но последующие гидроудары будет бить в то же самое, слабое место. И в какой — то момент труба или запорная арматура выйдут из строя.

Если прорыв водопровода произошёл в квартире многоквартирного дома, то произойдет затопление, будет повреждено имущество, вашей квартиры и соседей снизу.

Последствия гидроудара- затопило квартиру

В случае повреждения центрального водопровода Может произойти отключения нескольких домов или района. То это уже чрезвычайное положение. Так как жильцы многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации.

Ну а если в результате гидроудара повреждается труба горячего водоснабжения. То это может привести к серьёзным ожогам.

Температуру горячей воды в квартире по нормативу читайте здесь

Что такое гидроудар

Гидроудар – это мощное кратковременное повышение давления жидкости, циркулирующей в трубах, возникающее вследствие резкого изменения скорости ее движения. В зависимости от знака изменения давления гидроудары подразделяются на:

  • положительные, направленные на повышение давления, которые возникают при резком закрытии задвижек или включения насосных агрегатов;
  • отрицательные, связанные с остановкой насосов.

Наглядная демонстрация гидроудара в трубе

Рассмотрим, что это такое – гидроудар, и в чем природа этого явления. При резком закрытии задвижки поток воды останавливается не весь, и не сразу. Ближайшие к вентилю слои воды останавливаются, остальные же продолжают движение по инерции. Они сталкиваются с замершим на месте слоем, с ними сталкиваются идущие следом.

То же самое происходит, если в метро резко закрыть вход на эскалатор в момент прохождения потока людей. Первые ряды останавливаются, на них напирают другие, на них – следующие. Возникает давка. Точно также происходит и при гидроударе.

Важно: При резкой остановке потока жидкости давление в трубопроводе мгновенно возрастает в разы, достигая десятков атмосфер. Расчет на то, что это останется без последствий, вряд ли оправдается.

Давайте разберемся, чем же опасен гидроудар.

Читать еще:  Как провести воду в частный дом

Постоянные гидроудары могут спровоцировать самую опасную аварию – прорыв трубы

Гидроудары наиболее опасны и доставляют большие неприятности в системах теплых полов. По контурам полов двигается горячая жидкость. На объем последствий влияет место, на котором образовалось препятствие. При наличии преграды в начале системы давление увеличится незначительно, если преграда образуется в конце трубопровода, то давление повысится сильнее.

Как правило, гидравлический эффект возникает, если при монтаже системы отопления использованы разнокалиберные изделия. Если посредством переходников контуры не уравнены в диаметре, значит, давление однозначно увеличится.

В качестве противоударной защиты в трубопровод монтируют клапан в виде термостата.

Из-за чего возникает гидроударное явление.

Если трубопровод полностью либо частично утрачивает проходимость, то внутри возрастает давление.

Неправильная прокладка водопроводов приводит к возникновению внутри нее щелчков и стуков, которые свидетельствуют о гидроударах. Возникают звуки при внезапном прекращении течения жидкости в системе, а затем ее возобновлении.

При нахождении жидкости внутри трубы на препятствие, ее скорость снижается, при этом объем постоянно увеличивается. Не имея выхода для разгрузки, поток создает волну в обратном направлении, которая сталкивается с общим потоком, увеличивает давление порою до максимального показателя 20 атмосфер.

Герметичность трубы не дает выйти жидкости наружу, образующаяся сила удара несет большую опасность в виде разрыва трубопровода.

Для систем отопления и водоснабжения следует применять специальные трубы без швов согласно Гост 3262 – 75, или напорные изделия из металлопластика, выполненные по Гост 18599.

Причинами для возникновения гидроударов считают:

1.неполадки функционирования насоса, обеспечивающего циркуляцию.

2.скопление воздуха внутри системы.

3.перебои в электроснабжении.

4.резкое перекрытие арматуры для затвора.

Внезапное увеличение давления в трубе возникает, если во время включения насоса работа крыльчатки начинается с огромных оборотов.

В автономной системе отопления все чаще устанавливают шаровые краны, которые не имеют плавного хода. Быстрое движение крана имеет отрицательное свойство, потому что становится причиной гидроударов.

Использование винтовых кранов считается более безопасным, потому что устройство обеспечивает плавное раскручивание буксы.

Гидроудар возникает, если запускают систему с невыпущенным воздухом. Вода, попадая в трубу, наталкивается на воздушную пробку, которая придает потоку обратную амортизацию.

Устранить причины возникновения гидроударов может установка защиты систем трубопроводов.

Для этого применяют различные методы.

1.Поэтапное перекрытие трубопроводной системы.

Плавный запуск или отключение системы гарантирует отсутствие гидроудара, это требование указано в Гост.

Так как стенки труб упругие, то ударная энергия воздействует не сразу всей мощностью. Трубы компенсируют часть удара за счет деформации конструкции, поэтому нарастание силы удара происходит постепенно.

Поэтому если суммарная сила удара будет одинаковая, то воздействие его будет постоянно снижаться. Плавное или поэтапное включение гарантирует постепенное нарастание давления, что повлечет незначительные повреждения труб.

Внимание! Лучше устанавливать запорную арматуру с большим промежутком времени для перекрытия или подачи воды.

2.Установка автоматических конструкций.

Автоматическое управление должно иметь настройку на плавное изменение давления в трубопроводе. Для этого устанавливают насосы, имеющие функцию автоматического изменения количества оборотов, или оборудование, работающее с помощью электронного управления, внутри которого стоят частотные преобразователи.

Внимание! Автоматические устройства позволяют осуществлять контроль за потоком жидкости и ее давлением в системе.

Автоматические насосы с регулировкой количества оборотов плавно увеличивают, либо понижают водяное давление. Автоматика направлена на выполнении двух задач: контроль за перепадами давления и его регулировка при необходимости.

Расчет гидравлического удара

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь — длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, — скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

где — модуль объемной упругости жидкости, — плотность жидкости, — скорость распространения звука в жидкости, — модуль упругости материала стенок трубы, — диаметр трубы, — толщина стенок трубы.

Читать еще:  Полив из полипропиленовых труб своими руками

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято; для стальных — 0.01; чугунных — 0.02; ж/б — 0.1-0.14; асбестоцементных — 0.11; полиэтиленовых — 1-1.45

Коэффициент для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

,

коэффициент армирования кольцевой арматурой ( — площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом

Меры профилактики

Всем известно, что предупредить возникновение проблемы гораздо проще и выгоднее, чем исправлять последствия бездумной езды по лужам.

Во-первых, не нужно ездить по глубоким лужам на большой скорости. От использования автомобиля лучше воздержаться совсем, если постоянно идет дождь и прогноз погоды неутешителен. Возможности машины стоит оценивать трезво и не надеяться на чудо. При езде на малолитражке глубокие лужи лучше объезжать десятой дорогой, так как именно такие автомобили более других рискуют получить гидроудар по двигателю.

Но следовать этим рекомендациям получается далеко не всегда — неотложные дела могут подтолкнуть нас к пересечению водной преграды. Лучше, если вы знаете дорогу, по которой едите, и имеете представление о том, где на ней находятся глубокие залитые водой ямы. В этом случае нужно просто стараться их объезжать.

Но если вы ведете автомобиль по незнакомой вам дороге, тогда во время ливня старайтесь ехать на небольшой скорости. Если уровень воды большой, не стоит ехать быстрее 10 км в час, причем лучше только на первой передаче — мотор получит более значительные повреждения, если гидроудар настигнет его на высокой скорости.

Причины

Наиболее часто гидравлический удар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Когда вода течёт по трубам и выливается из крана, то в системе водопровода сохраняется постоянное значение давления, но в момент резкого перекрытия арматуры, это значение может увеличиться в несколько раз, в результате чего, стенки трубы не выдерживают напора и лопаются.

Причиной гидроудара могут также стать:

  • Резкое включение или выключение мощного насоса.
  • Воздушные пробки имеющиеся в контуре водопровода или отопления.

Включение и отключение насоса может быть спровоцировано нестабильным электроснабжением объекта, на котором находятся мощные насосные станции для перекачки воды. Воздушные пробки также занимают не последнее место в возникновении такого опасного явления, поэтому прежде чем эксплуатировать замкнутые системы с жидкостью, следует убедиться в полном отсутствии воздуха в них.

Несколько слов о теории

О возникновении ударных явлений в напорных трубопроводах при перекрытии запорной арматуры стало известно с началом их эксплуатации.

Применявшиеся, изначально, пробковые краны мгновенно перекрывали поток воды, инициируя гидроудар.

А что вам известно про такое явление, как кавитация, что это такое, написано в полезной статье. Прочитайте, как можно сделать кавитационный теплогенератор своими руками.

Чем убрать накипь в стиральной машине написано здесь.

Разрушения труб централизованного водопровода, вследствие этого явления, происходили, практически, в каждом городе.

В разной степени работы по исследованию гидроудара велись и в России, и за рубежом, в частности:

  • братьями Монгольфье,
  • швейцарским изобретателем Э. Арганом,
  • М. Бультоном,
  • профессором Казанского университета И.С.Громекой.

Массовое разрушение водопроводных труб в Москве конца XIX века вынудило, действовавшее в то время Управление городским хозяйством, организовать комиссию для выяснения причин и разработки методов борьбы с этим явлением.

По приглашению Главного инженера Московского водопровода Н. П. Зимина в ее работе принял участие профессор механики Московского высшего технического училища Николай Егорович Жуковский.

Исследования проводились на базе Алексеевской водокачки.

Для работы использовались манометры и самопишущие аппараты, установленные на участках, путем врезки в чугунную трубу водопровода (как сделать, прочитайте здесь).

Отрезки трубопроводов диаметром 2, 4 и 6 дюймов были проложены по поверхности и соединены с водоводом, отвечавшим за подачу в город.

Читать еще:  Разводка труб в квартире

Предметом исследования стала динамика движения жидкости, изменения давления в трубах при срабатывании заслонок.

Результаты подтвердили, что причиной разрушения водопровода стала ударная волна, появляющаяся и распространяющаяся при быстром срабатывании запорной арматуры.

[note]На основании выводов комиссии были приняты меры, главной из которых, стало постепенное закрытие и открытие задвижек.[/note]

Собранный материал позволил Н.Е.Жуковскому получить соотношение для времени срабатывания арматуры, которое полностью исключало гидроудар, или сводило его последствия к минимальным:

В формулу входят величины:

  • t – время срабатывания задвижки в секундах;
  • L – длина участка трубопровода в саженях;
  • v – скорость движения потока жидкости в трубопроводе в футах, в секунду;
  • P – допустимое давление для материала трубы в атмосферах.

    Это соотношение и другие результаты исследований вошли в работу Н.Е. Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», материалы которой были представлены в докладе в Политехническом обществе 26.09.1897 г.

    Эксперимент

    Чтобы экспериментально обосновать построенную модель явления, проверим ее следствия. Вначале подтвердим, что при ударе молотка по горлышку столб воды в самом деле отрывается от дна бутылки.

    Опыт 3. Наполнив бутылку водой, как в опыте 2, несколько раз несильно ударьте по ее горлышку молотком, постепенно увеличивая силу удара. При этом вначале слышен лишь глухой звук удара, а затем появляется резкий звонкий звук, как будто по стеклу после глухого удара молотком ударяет металл. Повторите опыт с пустой бутылкой и убедитесь, что ничего подобного не происходит. Следовательно, звонкий звук производит столб воды в бутылке, ударяясь о ее дно. Но чтобы это произошло, вначале вода должна оторваться от дна бутылки.

    Теперь покажем, что бутылка с водой разрушается, если скорость молотка, масса которого примерно равна массе бутылки, в момент удара действительно составляет приблизительно 3 м/с. Для этого можно непосредственно измерить скорость молотка при ударе, а можно решить проблему и проще.

    Опыт 4. Попробуйте, слегка держась за конец рукоятки, без усилий направлять свободно падающий молоток на горлышко пустой бутылки. После небольшой тренировки у вас получится то, что нужно. Затем возьмите бутылку с водой и начните «бросать» на ее горлышко молоток, постепенно увеличивая высоту бросания. Вы обнаружите, что бутылка разбивается, когда на ее горлышко молоток падает с высоты около полуметра.

    Теперь подготовьте оборудование к новому опыту. Возьмите резиновый напальчник диаметром 20 мм и длиной 70 мм, гвоздь диаметром 4 мм и длиной 60 мм, несколько металлических гаек с диаметром отверстия 5-­6 мм, поролон и прочную нить. Из напальчника сделайте герметичный резиновый мешок с воздухом, тонущий в воде. Для этого оберните гвоздь поролоном, закрепите слой поролона нитью, введите гвоздь с поролоном внутрь напальчника и слегка перевяжите его отверстие. Погрузите мешочек в стакан с водой и, если он плавает, добавьте в него металлические гайки так, чтобы он начал тонуть. Герметично перевяжите отверстие напальчника нитью. Прибор сделан правильно, если мешочек наполнен воздухом и при смачивании водой свободно проходит в горлышко бутылки (именно для этого нужен гвоздь, иначе проталкивание мешочка потребует определенного времени).

    Опыт 5. Приготовьте бутылку с водой, как в опыте 2, и погрузите в нее резиновый мешочек с воздухом так, чтобы он висел на нити вблизи дна бутылки, но не касался его. Ударьте по горлышку молотком —­ бутылка останется целой!

    Объяснить это явление можно тем, что при гидравлическом ударе воздух в резиновом мешочке сжимается, поэтому давление в воде повышается не настолько, чтобы разрушить стекло.

    Опыт 6. Повторите предыдущий опыт несколько раз, располагая мешочек с воздухом на разной высоте в воде, затем за нить удалите мешочек из бутылки и вновь произведите удар —­ бутылка немедленно расколется на части!

    Итак, серия опытов со всей убедительностью на качественном уровне подтверждает следствия теоретической модели, следовательно, физическая сущность явления действительно заключается в гидродинамическом ударе воды внутри бутылки. Значит ли это, что мы полностью исчерпали проблему? Разумеется нет, и вы сами сможете сообразить, как продолжить исследование.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector