Єдина Країна! Единая Страна!
Полипластик
RU   UA
     
Забули пароль? -->
Вхід         Реєстрація
Прайс-листи Акції Продукція Документація Філіали Про нас

Популярні статті

Гідравлічний удар в трубах: і шкода, і користь

04 Лютого 2014г.

Сьогодні мова піде про досить грізне фізичне явище, яке в гідравліці має назву гідравлічний удар. Така тема обумовлена, по-перше, безперечною важливістю цього явища під час експлуатації систем водопостачання та водовідведення, по-друге, саме цього року виповнюється 110-та річниця розробки теорії і методики розрахунку гідравлічних ударів в трубах видатним російським вченим Н.Е.Жуковським [1].

Так що ж таке гідравлічний удар? За визначенням, наведеним в сучасних літературних джерелах [2]:

Жуковский

М. Є. Жуковський (1847-1921)

Гідравлічний удар - це різке, миттєве (ударне) підвищення або пониження тиску в напірному трубопроводі, по якому рухається рідина (вода), з огляду на різькі зміни в часі швидкості її руху. Наприклад, при миттєвому перекриванні трубопроводу запірним пристроєм, миттєвої зупинки насосного агрегату, різкій зміні внутрішнього розміру трубопроводу з великого на менший і т.п. Якщо різке збільшення тиску в трубопроводі перевищить допустиму величину, трубопровід або арматура на ньому отримають порив або пошкодження.

Явище гідравлічного удару у водопровідних трубах було відомо з самого початку експлуатації напірних трубопроводів. До того ж на перших водопроводах застосовували звичайні пробкові крани, які миттєво перекривали потік води, що викликало появу гідроудару. Лише з часом стали використовувати більш плавні, так звані вентильні крани і гвинтові засувки. Майже кожне місто, в якому був централізований напірний водопровід, страждав від руйнувань труб внаслідок дії гідравлічного удару. Розробка теорії гідравлічного удару і створення технічних засобів боротьби з цим грізним явищем мали велике значення. Не можна сказати, що гідравлічний удар не вивчався до М. Є. Жуковського. Навіть у своїй підсумковій роботі з цього питання він посилається на деяких іноземних і вітчизняних авторів, які досліджували гідроудар і супроводжуючі його явища. Досить згадати братів Монгольф'є, швейцарського винахідника Е. Аргана або М. Бультона. Вніс свій внесок у ці дослідження і професор Казанського університету І.С.Громека (1851-1889). Але пріоритет Н.Е.Жуковского в цьому питанні беззаперечний. Саме він, за ініціативою керівництва московського водопроводу, очолив проведення в 1897-1898 рр.. великого комплексу наукових досліджень питання гідравлічного удару на базі Олексіївської водокачки.

Дослідження проводилися на чавунних трубах діаметром 2, 4 і 6 дюймів, прокладених по поверхні землі на території водокачки. Вони з'єднувалися з трубою головного водоводу діаметром 24 дюйми, що транспортує воду в Москву. При цьому за допомогою манометрів і самописців вивчалися тиск і гідродинаміка в трубах, розподіл тиску вздовж труб під час швидкого перекривання трубопроводів заслонкою в кінці. З'ясувалося, що явище гідравлічного удару пояснюється виникненням і поширенням вздовж труб ударних хвиль, викликаних стисненням води і деформацією стінок труб. Завдяки дослідженням, виконаним інженерами Олексіївської водокачки: К.П.Карельскіх, В.В.Ольденбергером і І.М. Березовським під керівництвом М. Є. Жуковського, вдалося створити досить чітку теорію гідравлічного удару і знайти засоби боротьби з цим явищем (використання повітряних ковпаків і пружинних клапанів-гасителів тиску). Н.Е.Жуковский запропонував, зокрема, формулу для визначення мінімального часу необхідного для закривання запірного пристрою, щоб уникнути або знизити ефект гідроудару до мінімуму:

                                                    Lv

                                           t ≥ ---------,
                                                 75 p
 

де L - довжина труби, сажень;

     v - швидкість води, фути/секунду;

р - максимально допустимий тиск, атмосфери. 

Безумовно, ця формула Жуковського має важливе практичне значення.

Результати своїх досліджень з вивчення явища гідравлічного удару Н.Е.Жуковский виклав у науковій роботі, опублікованій в «Записках Імператорської Академії Наук» (1898 р.), а також у доповіді на ІV-му Російському водопровідному З'їзді (м. Одеса, 1899 г.). Зважаючи на теоретичну і практичну цінність цієї роботи, надалі вона була випущена окремим виданням (1899 р.).

Гаситель гидроудара

Гаситель гідроудару

У сучасних трубопровідних мережах все більша перевага віддається полімерним трубам. Слід зазначити, що матеріали пластмасових трубопроводів мають різні характеристики, і по-різному реагують на гідроудар. Проектувальникам необхідно консультуватися з виробниками пластмасових труб щодо їх продукції та здатності цих труб витримувати піки тиску, що виникають при гідроударі. Наприклад, поліетиленові труби можна застосовувати для короткочасних хвиль тиску, що значно перевищують проектний тиск, оскільки труби мають здатність збільшувати міцність при короткочасних навантаженнях. При однакових умовах піки тиску в поліетиленових трубах значно менші, ніж піки тиску в жорстких трубах, що пояснюється високою пластичністю поліетилену. Наприклад, для однієї і тієї ж рідини при однаковій зміні швидкості пік тиску в поліетиленовому трубопроводі приблизно на 50% менше, ніж у трубі з полівінілхлориду та на 65% - зі склопластику. Однак, якщо ми маємо справу з трубопроводами, в яких часто або постійно спостерігається ефект гідроудару, то необхідно брати до уваги характеристики втомної міцності матеріалу пластмасових труб. Якщо ж у трубопроводі спостерігаються часті циклічні піки тиску (гідроудари), робочий тиск в системі має включати і значення стрибка тиску при гідравлічному ударі.

Все вищесказане відносилося до негативного впливу гідравлічного удару на трубопровідні системи, а також до методів боротьби з цим. Однак явище гідравлічного удару може приносити і користь. Мова піде про спеціальних пристроях - гідравлічних таранів, які застосовуються для нагнітання води із застосуванням (утилізацією, як тепер кажуть) цього явища (для цілей водопостачання, поливу, пожежогасіння тощо). Ще 3 листопада 1797 брати Ж.-М. і Ж.-Е. Монгольфье і Е. Арган створили діючий зразок гідротарана або гідропульсатора, як його ще називали, і оформили на нього патент Франції. Трохи пізніше, але в тому ж 1797 (13 грудня) англійський учений М. Бультон отримав патент на аналогічний пристрій. Власне і Н.Є. Жуковський у своїй роботі, у висновках, вказав на можливість використання явища гідроудару в гідротаранах «нового типу». Принцип роботи гідротаранов був таким (рис. 1). Обов'язковою умовою є наявність постійного запасу води в джерелі, з якого здійснюється безперервний забір води Q1 під тиском Р1 по трубопроводу А. Наприкінці цього трубопроводу розміщений гідротаран В з системою клапанів і повітряним ковпаком ємністю W. Від ковпака йде напірне відгалуження трубопроводу Сз витратою води Q2 і тиском Р2.

рис1

Рис.1 

Працює гідротаран наступним чином: вода з водойму вільно надходить у трубопровід А через відкритий клапан D. Коли витрата води Q1 досягне певної величини, клапан D швидко закривається. Відбувається гідравлічний удар, що відкриває клапан Е. При цьому вода миттєво заповнює частину повітряного ковпака і по трубопроводу Е надходить в ємність з іншою витратою Q2 і тиском Р2. При цьому Р2>Р1, а Q 1>Q2. Якщо роботу клапанів автоматизувати, то такий пристрій буде працювати циклічно і автоматично, тобто буде нагнітати воду, утилізуючи енергію перепаду рівня води у водоймі.

На стику ХІХ-ХХ століть розробкою і впровадженням застосування гідротаранов займався відомий російський технік Д.І.Трембовельскій. Він став автором багатьох публікацій на цю тему. Його перша друкована праця під назвою «Практичний посібник для влаштування водогону в селі за допомогою гідравлічного тарану» вийшла у Москві в 1896 році. Про застосування гідротаранів Д.І.Трембовельскій доповідав на Російських водопровідних з'їздах (V-й РВС, м. Київ, 1901 р., VII-й РВС, м. Москва та ін.) У 1911 році він одним з перших у Росії застосував в містечку Ціхіс-Дзиро поблизу Батумі гідротаран для водопостачання мандаринового розплідника. Пізніше їм була розроблена серія власних гідротаранів системи НАТА, турботарани ТГ-1 (1946 р.) і ТГ-2 (1954 р.).

Йшов час. За роки загальної електрифікації про гідротаранах забули...

У наш час, напередодні світової енергетичної кризи слід відродити гідротарани, що використовують для водопостачання поновлювані джерела водної енергії, такі як ГЕС, ГАЕС, водяні млини та ін. Найбільш доцільне застосування цих пристроїв в гірській місцевості Криму або Карпат для забезпечення централізованого водозабезпечення віддалених міст і сіл.

Дійсно, про технічний прогрес можна сказати: «Нове - це добре забуте старе».

Автор: В.В. Кобзар, інженер                           

 

Література

  1. Жуковський Н.Є. Про гідравлічні удари у водопровідних трубах /Доповідь/ Праці Російських водопровідних з'їздів, ІV-й РВС, 4-11 квітня, 1899 р., в м. Одесі. - М: Тов. «Кушнарьов і К °», 1901. - С. 78-173.
  2. Водопостачання та водовідведення: Енциклопедія / Упоряд.: В.В.Кобзарь, А.В.Кобзарь, під ред. А.Е.Попова. - К: Логос, 2002. - С.71.
  3. Трембовельскій Д.Н. Про найпростішому способі водопостачання гідравлічним тараном / Доповідь / Праці Російських водопровідних з'їздів, V-й РВС, 18-25 березня, 1901 р., у м. Києві. - М: Тов. «Кушнарьов і К °», 1902. - С.404-411.


Знайшли помилку? Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter.
Знайшли помилку?
Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter
Виділений текст
Коментар