Гидравлический удар в напорных трубопроводах и способы его предотвращения

Явление гидравлического удара открыл и теоретически раз­работал русский ученый проф. Н. Е. Жуковский. В связи с частыми авариями московского трубопровода Н. Е. Жуковский тщательно обработал материалы наблюдения и пришел к выводу, что аварии трубопровода происходят из-за быстрого закрытия задвижек в трубопроводной сети, что при­водит к резкому уменьшению скорости течения жидкости. При таком резком уменьшении скорости течения в трубопроводе про­исходит переход кинетической энергии потока в потенциальную энергию, в энергию давления, причем потенциальная энер­гия расходуется на сжатие жидкости и расширение стенок тру­бопровода. Комплекс явлений, возникающий в тру­бопроводе в связи с резким изменением скоро­сти течения жидкости и сопровождающийся резким изменением давления, Н. Е. Жуковский назвал гидравлическим ударом. Гидравлический удар вызывает дополнительное повышение или понижение давления, достигающее значительных величин. Например, для металлического трубопровода при резком умень­шении скорости течения воды на 1 м/с дополнительное давле­ние при гидравлическом ударе возрастает примерно на 1,0 МПа. Для устранения причин, вызывающих гидравлический удар в трубопроводах, применяются постепенно закрывающиеся гид­равлические задвижки разных конструкций. В настоящее время В. П. Паниным (ВОДГЕО) разработан и испытан противоудар­ный аппарат, который с успехом прошел испытания на насосных станциях ряда городов и крупных предприятий. Гидравлический удар в технике используется и как положи­тельное явление. Например, на основе теории гидравлического удара созданы и успешно работают водоподъемные устройства, в частности так называемые гидравлические тараны. Кроме того, гидравлический удар весьма широко использу­ется в электрогидравлическом эффекте (ЭГЭ), вызванном элект­рическим разрядом.

ЭГЭ — новый способ преобразования электрической энергии в гидравлическую. Это преобразование электрической энергии в гидравлическую происходит без промежуточных звеньев и с большим КПД.

Сущность электрогидравлического эффекта состоит в том, что благодаря воздействию электрического разряда жидкость с огромной скоростью расширяется во все стороны, образуя полость кавитации, где и возникает первый гидравлический удар (основной). Однако жидкость практически несжимаема, поэтому образовавшаяся внутри жидкости полость с такой же огромной ско­ростью смыкается, при этом возникает второй гидравлический удар. На этом цикл электрогидравлического эффекта заканчива­ется, причем он повторяется с частотой импульсов. При гидрав­лических ударах в процессе действия ЭГЭ возникают сверхвы­сокие гидравлические давления. Поэтому тела, попадающие и зону разряда, разрушаются под действием ряда факторов. Разрушение тел происходит прежде всего от воздействия высоких и сверхвысоких гидравлических давлений ударного действия. Затем тела разрушаются от совместного воздействия кавитации, сильного звукового и ультразвукового излучения, а также от резонансовых явлений. При более совершенной схеме установки ЭГЭ КПД достигает 90—95%. В настоящее время ЭГЭ нашел применение и различных машинах, установках и аппаратах. Например, на принципе ЭГЭ действуют электрогидравлические дробилки щебня и песка, электрогидравлические вибраторы и др. При помощи ЭГЭ можно получить суспензии и эмульсии, а также производить обеззараживание питьевых и сточных вод и др.