Гідравлічний удар у трубопроводах

Гідравлічним ударом називається підвищення тиску рідини, що протікає по трубі, при швидкому перекритті засувки. Гідравлічний удар уперше теоретично й експериментально вивчив Н.Е. Жуковський (його робота “О гидравлическом ударе” опублікована в 1898 р.).

Нехай труба (рис. 33), по якій рідина щільністю  тече з резервуара зі швидкістю , має діаметр , довжину  і товщину стінки . При миттєвому перекритті труби кінетична енергія рідини, що  рухається, переходить у потенційну енергію деформації труби  і рідини . При цьому швидко наростає тиск, що може послужити причиною руйнування труби.

Кінетична енергія рідини

Потенційна енергія деформації  де – напруга в трубі (  ) чи в рідині (  );  – відносна зміна обсягу труби (чи рідини);  – об'єм матеріалу труби що деформується (чи рідини в трубі);  – модуль пружності матеріалу труби (чи рідини).

Оскільки , одержуємо

відкіля ударне підвищення тиску

                                            (118)

і формула Н.Е. Жуковського має вид

                                                                                    (119)

де  – швидкість розподілу ударної хвилі в пружній рідині, що заповнює пружний трубопровід.

При миттєвому частковому перекритті засувки (коли швидкість зменшиться не до нуля, а до величини )

                                                                          (120)

Величина  називається фазою гідравлічного удару. Якщо час закривання засувки , має місце так називаний прямий гідравлічний удар, при  – непрямий удар. В останньому випадку ударна хвиля, відбившись від резервуара, повертається до крана раніш, ніж він буде цілком закритий. При цьому тиск буде підвищуватися в меншому ступені, чим при прямому ударі.

До способів боротьби з гідравлічним ударом відносяться: збільшення часу закриття засувки (крана), зменшення довжини , приєднання до труби (до крана) компенсаторів, гідроакумуляторів.