4. Гидравлический удар в трубах

Гидравлическим ударом в трубах называется резкое увеличение давления при очень быстром (практически мгновенном) уменьшении скорости движения жидкости (например, при очень быстром за­крытии крана или задвижки).

Причины аварии исследовал выдаю­щийся русский ученый Н.Е. Жуковский, которой впервые разрабо­тал теорию гидроудара.

4.1 Определение ударного давления и скорости распространения ударной волны

Рассмотрим гидравлический удар в трубопроводе при внезапном (мгновенном) закрытии задвижки в конце трубопровода с учетом реаль­ных условий движения жидкости, а именно: жидкость сжи­мае­ма, а стенки трубопровода обладают упругими свойствами.

За бесконечно малый промежуток времени dt после закрытия задвижки движение жидкости прекращается на расстоянии C_vdt от задвижки. На этом бесконечно малом участке трубопровода про­изойдет повышение давления на величину р (рис. 4.1).

Определим величину р с помощью закона изменения коли­чест­ва движения.

Рис. 4.1

До закрытия задвижки количество движения в рассматриваемом объеме:

, (5.1)

где  –	площадь сечения трубы;
 –	плотность жидкости;
0 –	скорость движения жидкости;
Сv –	скорость распространения ударной волны.

После закрытия задвижки скорость и количество движения умень­шились до нуля, т.е. в этом случае изменение количества дви­же­ния стало равно начальному количеству движения.

Это изменение количества движения должно быть равно импуль­су действующих сил.

Учитывая, что давление в сечении 1–1 равно р₀, а в сечении 2–2 повысилось до р₀ + р, находим импульс действующих сил в виде

(5.2)

Закон изменения количества движения с учетом выра­же­ний (5.1) и (5.2):

.

Отсюда

. (5.3)

Формула (5.3) получена Н.Е. Жуковским и позволяет опре­де­лить повышение давления при прямом гидравлическом ударе при известной скорости распространения ударной волны C_v.

5. Классификация трубопроводов

По функциональному назначению трубопроводы подраз­де­ля­ют на

– всасывающие;

– нагнетательные.

Конструктивно трубопроводы подразделяют на:

– простые;

– сложные;

– короткие;

– длинные.

Простыми называют трубопроводы, не имеющие ответвлений и обслуживающие только одну точку.

Диаметр трубы, а также расход жидкости на всей длине трубы остается неизменным.

Сложные трубопроводы делятся на тупиковые, параллельные и кольцевые.

Тупиковые состоят из магистрального (главного) трубо­про­во­да, от которого в разные стороны отходят ответвления к потреби­те­лям.

Параллельные состоят из нескольких параллельно проложенных трубопроводов, связанных между собой перемычками с регули­рую­щими задвижками.

Кольцевые представляют собой замкнутую сеть труб, что обеспе­чивает подачу воды в любом направлении.

При аварии на каком-либо участке подача воды потребителю не прекращается.

Короткими называют трубопроводы, которые имеют зна­чи­тель­ные местные сопротивления по сравнению с линейными (пу­те­выми).

Длинными называют трубопроводы, у которых доминируют потери напора по длине трубопровода; местными потерями и ско­рост­ным напором пренебрегают.