7. Przyczyny, przebieg i skutki wystąpienia uderzenia hydraulicznego w systemach dystrybucji wody
Uderzenie hydrauliczne to gwałtowna zmiana ciśnienia spowodowana gwałtowną zmianą prędkości przepływu.
Uderzenie hydrauliczne dodatnie to gwałtowny przyrost ciśnienia wskutek np.:
- natychmiastowego zamknięcia zaworu, zasuwy
- wyłączenia turbiny, pompy (v=0, tz=0)
Uderzenie hydrauliczne ujemne to gwałtowny spadek ciśnienia wskutek:
- otwarcia zaworu, zasuwy, itp.
- włączenia turbiny, pompy
PRZEBIEG
T= 2L/c èŁączny czas przebiegu fali uderzeniowej prostej i odbitej= okres fali ciśnieniowej
∆p= c* r* V
pcałk= ∆p + p0
p0- ciśnienie w rurociągu
∆p- przyrost ciśnienia
c= E0ρ1+ DE0Eδ è prędkość rozchodzenia się fali uderzeniowej
E0- moduł sprężystości cieczy [N/m2]
c- prędkość rozchodzenia się fali uderzeniowej [m/s]
E- moduł sprężystości materiału przewodu [N/m2]
D- średnica przewodu [m]
δ- grubość ścianki przewodu [m]
1. t= 0
- czoło fali uderzeniowej dodatniej dociera do zbiornika
- ciśnienie w przewodzie prze zbiornikiem p0+∆p (nastepuje wzrost cisnienia)
- przyrost ciśnienia powoduje powstawanie powrotnej fali uderzenia
2. t= 2l/c
- ciecz na wskutek bezwładności dalej płynie w kierunku zbiornika
-zmiana energii ciśnienia w energie kinetyczna
- w całym przewodzie p0, V, ρ (wektor prędkości skierowany do zbiornika)
3. t= 3l/c
- rozpoczyna się spadek ciśnienia o ∆p
-ciecz ponownie zatrzymana
-czoło fali dochodzi do zbiornika, cisnienie równe po-∆p, V=0
4. t= 4l/c
- czoło fali wraca do zaworu
-parametry ruchu identyczne jak w chwili zamknięcia zaworu
SKUTKI
Wzrost ciśnienia może być tak duży, że może spowodować pęknięcie rurociągu lub uszkodzenie ściany w miejscu zamocowania rury. Może spowodować również wyniesienie rurociągu w miejscach łuków.
ZAPOBIEGANIE
1) Zmniejszenie długości przewodu
2) Zwiększenie czasu zamykania zaworu
3) Zbiorniki powietrzne- umieszcza się na początku przewodu tłocznego za klapą zwrotną. Przy nagłym zatrzymaniu pompy woda płynie dalej na skutek bezwładności i rozprężenia się powietrza w zbiorniku. Energia ciśnienia powietrza i energia kinetyczna wody zużywane na wykonanie pracy podnoszenia i pokonanie oporów. Po osiągnięciu pmin zaczyna się przepływ powrotny aż do osiągnięcia pmax.
4) Zawory bezpieczeństwa
- przy podwyższonym ciśnieniu- otwarcie zaworu następuje w chwili wystąpienia ciśnienia wyższego od roboczego ( zawory sprężynowe i dźwigniowe)
- przy obniżeniu ciśnienia- zawór Koskowskiego
- reduktory ciśnienia
5) wieże wyrównawcze
6) taran hydrauliczny- proste urządzenie do przepompowywania wody nie wymagające zewnętrznego zasilania energią, wykorzystujące zjawisko uderzenia hydraulicznego. Wykorzystuje naturalną energię przepływającej wody. Składa się z poziomego rurociągu, pionowej rury odprowadzającej i zaworu zainstalowanego na końcu rurociągu poziomego. Zawór sprężynowy wysterowany jest tak, by w naturalnym położeniu był zamknięty, lecz znajdował się w stanie równowagi chwiejnej. Inicjacja pracy tarana polega na wytrąceniu zaworu do pozycji otwartej. Powoduje to przepływ wody, wchodzącej z naturalnego źródła, przez rurociąg. Zawór wracając do swego naturalnego położenia, powoduje to raptowne zamknięcie przepływu wody przez rurociąg, a w konsekwencji powstanie fali stojącej w rurociągu.
Rysunek taranu hydraulicznego
barpyr