Причины гидравлического удара

Ziruba Josef. Автор перевода Трофимова Ю.А. Причины гидравлического удара

Источник: http://www.twirpx.com/file/87516/

Известно, что гидравлический удар происходит из-за любого изменения в давлении или разгрузки в трубопроводе. Причины таких изменений могут быть самыми различными. Давайте назовем, по крайней мере, некоторых из них, которые часто вызывают большие изменения в давлении.

Жидкость вытекает из резервуара через трубопровод, благодаря клапану, расположенному в конце трубопровода. Разгрузка в трубопроводе изменяется, поскольку клапан закрывается. Изменение в разгрузке вызывает гидравлический удар. Если конечный процесс не управляется, то наибольшие изменения в давлении обычно происходят в конечных этапах закрытия.

Резервуар может обеспечить всю сеть трубопровода, например, сеть водоснабжения со многими независимыми отводами. Каждое регулирование вызывает явления гидравлического удара в сети, и их эффекты суммируются.

Другой соответствующий пример - перекачка жидкости в резервуар. Насос установлен вверху по течению трубопровода, сопровождаемого обратным клапаном, который предотвращает отток жидкости из резервуара, когда насос выключен. После того, как насос был остановлен, жидкость продолжает перемещаться по инерции, и давления снижаются в трубопроводе. Иногда, это снижение может быть столь большим, что может вызвать кавитацию. На следующей стадии жидкость начинает течь назад к насосу. Обратный клапан закрыт и не дает движение потоку. Это приводит к увеличению давления, которое может подвергнуть опасности всю систему. Увеличение и понижение давления повторяются в регулярных периодах, пока все явления постепенно не исчезнут.

Еще более опасная ситуация может произойти, если обратный клапан не предотвращает противоток жидкости через насос вовремя. Жидкость может тогда вытекать из резервуара на высокой скорости. Если обратный клапан внезапно останавливает противоток на данном этапе, получающиеся эффекты гидравлического удара могут быть более явными.

Когда генератор гидравлической турбины разъединен от энергетической сети, турбинная скорость начинает увеличиваться. Следовательно, турбинный диспетчер закрывает приток в турбину, таким образом, создавая гидравлический удар в напорной линии. Эффекты гидравлического удара в напорной линии создаются любыми изменениями в разгрузке через турбину, вызванную изменениями в соединенной энергетической сети, операторами, или поломками. Иногда, полная система становится неустойчивой из-за взаимного влияния турбины с диспетчером и благодаря неустановившемуся потоку в напорной линии. В таком случае даже маленькие вариации в давлении в напорной линии приводят к риску возникновения гидравлического удара.

Воздух, который попадает в трубопровод, является частой причиной гидравлического удара. Иногда, это может и уменьшить эффекты гидравлического удара. Если воздух находится в форме мелких пузырей, рассеянных всюду по потоку жидкости, это увеличивает сжимаемость жидкости, и уменьшает ее среднюю плотность, таким образом, уменьшает эффекты гидравлического удара. Но, если воздух накапливается в форме больших пузырей в подходящих местах трубопровода, это приводит к эффекту демпфирования, что развивает гидравлический удар. Если большие пузыри перемещаются через трубопровод, они могут достигнуть, например, оттока, который ограничен клапаном. В то время как пузырь проходит через клапан, скорость жидкости, текущей в трубопроводе, может увеличиться значительно, потому что падение давления в клапане намного ниже для воздуха, чем для жидкости. Как только пузырь вышел из трубопровода, жидкость начинает течь через клапан снова, и падение давления в клапане увеличивается. Этот эффект вызывает гидравлический удар, подобный быстрому открытию и последующему частичному закрытию клапана. Подобный эффект может иметь место не только в оттоке, но также и в месте любого большого источника местного сопротивления в системе трубопровода.

Воздух может войти в трубопровод различными способами. Весь трубопровод заполнен воздухом прежде, чем любая жидкость будет впущена. Воздух может также войти в трубопровод во время операции, например, будучи дополнительно подпитанным насосами, через трубы воздушного входного отверстия или клапаны, и т.д. Могут также присутствовать твердые вещества в трубопроводе. Эти твердые вещества могут вызвать непосредственно гидравлический удар, например, внезапным засорением некоторой части трубопровода. Кроме этого, они могут также неблагоприятно вызвать гидравлический удар, произведенный другими причинами. Они могут увеличить плотность пульпы и уменьшить ее сжимаемость, таким образом, увеличивая эффекты гидравлического удара. Твердые частицы могут обосноваться в трубопроводе и уменьшать его площадь поперечного сечения так, чтобы скорость жидкости была выше для той же самой разгрузки, и изменения давления в гидравлическом ударе увеличиваются.

Есть много других причин гидравлического удара. В более сложных системах особенно, у совокупного эффекта нескольких типов устройств, которые влияют на гидравлический удар, может быть отрицательное воздействие. Однако, даже в простых случаях, например в перекачке воды в резервуар могут иметь место манипуляции, очень неблагоприятные относительно гидравлического удара. Например, после отказа насоса, оператор может начать это снова. Очень зависит время старта насоса. Если это сделано в то время, когда весь эффект гидравлического удара утих, это – операция для возобновления работы системы. Если насос начал работать раньше, чем появились неблагоприятные эффекты наложенных гидравлических ударов, полученных отказом и перезапуском насоса, то давление в трубопроводе может увечиться намного больше, чем тогда, когда насос перезапущен во время устойчивого режима.