Гидравлический удар – это скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости. Он может возникать вследствие резкого закрытия или открытия крана (задвижки), перекрывающего трубу. В первом случае гидравлический удар называют положительным, во втором – отрицательным. Для труб опасен положительный гидравлический удар. Он способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу или повреждению других элементов трубопровода.
При резком перекрытии трубы скорость движущейся жидкости не может измениться мгновенно, а так как жидкость фактически несжимаема, то возникает скачок давления, который, отразившись, движется в направлении, обратном первоначальному движению жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки.
Если время перекрытия воды больше времени распространения скачка давления, то вода частично проходит сквозь не полностью закрытую задвижку, и скачок давления получается меньше. При внезапном перекрытии воды давление в трубе возрастает на величину $p=\rho vu$, где $\rho $ – плотность жидкости, $v$ – скорость течения и $u$ – скорость звука в жидкости.
Газ в сравнении с жидкостью имеет гораздо меньшую плотность, да и скорость звука в нём в несколько раз меньше, поэтому газ, даже находящийся под большим давлением, не может создать удар, подобный гидравлическому.
На рисунке приведён пример экспериментальной зависимости давления от времени при гидравлическом ударе после резкого закрытия задвижки в трубопроводе. Видно резкое повышение давления, собственно гидравлический удар и понижение давления ниже атмосферного во время фазы разрежения.
Явление гидравлического удара количественно описал Н.Е. Жуковский. Он доказал, что скорость распространения скачка давления зависит от упругих свойств жидкости, диаметра трубопровода и упругих свойств материала, из которого он изготовлен.
Вопросы и задания к тексту
1. Гидравлический удар может возникнуть в трубопроводе
1) с газом при нормальном давлении
2) с жидкостью
3) и с газом, и с жидкостью
4) с разреженным газом
Цитата из текста: «Газ в сравнении с жидкостью имеет гораздо меньшую плотность, да и скорость звука в нём в несколько раз меньше, поэтому газ, даже находящийся под большим давлением, не может создать удар, подобный гидравлическому.» Ответ: 2
2. Чтобы ослабить гидравлический удар, необходимо
А. уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе.
Б. увеличить время закрытия затвора.
Правильный ответ
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Цитата из текста: «Если время перекрытия воды больше времени распространения скачка давления, то вода частично проходит сквозь не полностью закрытую задвижку, и скачок давления получается меньше. При внезапном перекрытии воды давление в трубе возрастает на величину $p=\rho vu$, где $\rho $ – плотность жидкости, $v$ – скорость течения и $u$ – скорость звука в жидкости.» Поэтому любой из вышеуказанных способов должен ослабить гидравлический удар. Ответ: 3
3. Какой кран следует использовать в трубах с большим давлением и большой скоростью течения воды: шаровой кран, который имеет два положения – закрытое и открытое – и перекрывает поток жидкости за малый промежуток времени, или винтовой, в котором перекрытие напора достигается вращением винта за больший промежуток времени? Ответ поясните.
Для избежания гидравлического удара, следует использовать винтовой кран, поскольку перекрытие напора достигается за большой промежуток времени, то вода частично проходит сквозь не полностью закрытую задвижку, и скачок давления получается меньше.