Причины гидравлического удара

Гидравлический удар (в том числе гидравлического удара) является всплеск давления, которые могут возникнуть в любой насосной системы, которая претерпевает резкое изменение его скорости потока и, как правило результаты насос включается и выключается, открытия и закрытия клапанов, или отделения воды колонки и закрытия. Эти резкие изменения могут вызвать все или часть текущей водяного столба пройти изменение импульса. Это изменение может вызвать ударную волну, которая едет туда и обратно между барьером, который его создал и вторичный барьер. Если интенсивность ударной волны высоки, физическое повреждение системы может произойти. Как ни странно, это может быть больше проблем в странах с низким давлением.


Гидравлический удар является еще одним примером сохранения энергии и результатов преобразования скорости энергии в энергию давления. Так как жидкость с низкой сжимаемостью, в результате энергию давления, как правило, высока.


Возможно, лучший способ представить себе это действие, чтобы начать с гипотетическим примером. Рисунок 1 показывает, насос перекачки воды в трубе, которая была пуста, когда насос начал. Два клапана, расположенного на выходе насоса и в дальнем конце трубы, полностью открыты и иметь возможность закрыть мгновенно. Трубы, клапаны и другая арматура полностью неупругий и не изменение объема может произойти, несмотря на давление. Столб воды, протекающей через трубы также имеет идеально ровную переднюю кромку, что совпадает с поперечного сечения ID канала. Когда передовые водной толщи достигает вниз клапан закрывается почти со скоростью света и не улавливает воздух впереди толще воды.


Несмотря на переднем крае ударил закрытом клапане, поток в трубе продолжается в течение ближайших нескольких миллисекунд. Подобно тому, как поток прекратится, клапан закрывается выше по течению (на этот раз на истинную скорость света), и толщу воды полностью изолирован между двумя клапанами. Какие события происходят в колонке поражает закрытые, ниже клапана и почему воды продолжают поступать трубы, хотя клапан закрыт?


Если это движущаяся колонна колонна металла вместо воды (гипотетически, конечно), пару вещей может произойти. В зависимости от коэффициента восстановления (его способности, чтобы избежать постоянного повреждения), кинетическая энергия из-за потока (движения) может быть преобразована в механическую энергию, а передний край металлической колонке дробится на закрытом клапане. Если это произошло, колонна останавливается и остается неподвижным в клапане. Если его возвращения достаточно высока, чтобы предотвратить дробление, что же кинетическая энергия может быть использована для обратного направления в виде отскока. Независимо от результата, "весь" металл колонка будет либо приехать на отдых или отказов в противоположном направлении. Ни одно из этих событий происходит, когда вода идет речь.


Вода почти несжимаемой жидкости, которая, кажется, предполагают, что это немного сжимаемой. При температуре окружающей среды, 1-дюйм уменьшится объем примерно 0,0000034 процента. Это кажется довольно маленьким, но чем больше объем, тем легче, чтобы увидеть эффект. Например, если вода не сжимать, уровень моря будет примерно на 100 футов выше нынешнего уровня! При очень высоких давлениях, скажем, 40000 фунтов на квадратный дюйм, его сжимаемость увеличивается до 10 процентов. Но, скорее вода не только воду, он также содержит воздух, который в первую очередь азота (78 процентов) и кислорода (21 процентов). В противном случае рыба не могла выжить! Растворенного воздуха составляет около 2 процентов от данного объема необработанной воды, и добавляет, существенно ее сжимаемости.


Это (и растворенного воздуха в) сжимаемость воды, что вызывает воды действовать по-другому, чем металл колонке. Если бы не сжимается, его передняя кромка будет постоянно дробленые или весь столбец будет отскакивать назад. Когда передний край толще воды ударяет в закрытом клапане она резко останавливается. Так как вода за передний край все еще находится в движении, она начинает сжиматься. Это сжатие по всей длине колонны позволяет небольшим количеством воды, чтобы продолжать течь в трубе, хотя передний край был остановлен. Когда поток прекращается, все его кинетическую энергию движения, и что из-за сжатия преобразуется в энергию давления.


Сжатие начинается с переднего края толще воды, а с дополнительной энергии, она производит не может продолжаться и после закрытого клапана, давления или ударная волна и идет по пути наименьшего сопротивления, который в этом примере, снова вверх по течению. Его начало похоже на эхо производится, когда звуковая волна, путешествующих по воздуху, поражает подобный барьер. Когда волна попадает на входе клапана, отражается обратно вниз по течению, но с уменьшенной интенсивности. Это возвратно-поступательное движение продолжается до тех пор трения и потери на отражение вызвать волны исчезают. Скорость, с которой волна распространяется и энергию она теряет во время путешествия зависит от плотности и сжимаемости среды, в которой он проходит. Плотности и сжимаемости воды делают его хорошим средством для ударных волн и их передачи.


Волн давления создается гидравлический удар имеют характеристики, аналогичные звуковые волны и путешествия на аналогичной скорости. Время, необходимое для давления гидравлического удара волны переговоры длина трубы просто труба длина, деленная на скорость звука в воде (около 4860 футов / сек). В анализ воды молоток, постоянная времени, которое часто используется описывает прогресс волны от его зарождения до вторичного барьер, а затем обратно. Он имеет вид Т = 2L / (где L есть длина трубы и является скорости волны, которая является скорость звука). В 1000-фут трубы, волна может сделать полный туда и обратно менее чем за полсекунды.


Давление, создаваемое этим ударной волны прямо пропорциональна как скорость волны и скорость воды, протекающей в трубопроводе. Хотя уравнения ниже, не учитывают влияние длины трубы, диаметр и эластичность, это даст некоторое представление о том, как дополнительного давления, создаваемого волны давления гидравлического удара.

P (дополнительный) = AV / 2.31g

P является дополнительное давление ударной волны создает, является скорость волны, V -скорость текущей воды в трубе в футах в секунду, г является универсальной гравитационной постоянной @ 32-ft/sec2 и 2,31 является преобразование постоянного давления . На трубопроводе скорости ² 5-ft/sec, дополнительное давление, создаваемое ударной волны составляет примерно 328 фунтов на квадратный дюйм. Увеличение скорости, что в 10-ft/sec увеличивает дополнительное давление до 657 бар. Очевидно, что системы, которые не предназначены для размещения такого повышенного давления часто повреждены или даже разрушены.


В следующем месяце мы рассмотрим три основных причины гидравлического удара и факторы, влияющие на величину ударной волны он генерирует. Мы также увидим, почему гидравлического удара может быть более разрушительным в системах с малым давлением.


Об авторе: Джо Эванс западного регионального менеджера по Hydromatic инженерных систем водоснабжения, канализации, подразделение Pentair Water