Гидравлический удар в напорном трубопроводе называют резкое изменение давления в жидкости, вызванное (также резким) изменением скорости ее течения (например, при быстром перекрытии трубопровода запорным устройством). Этот процесс является очень быстротечным и характеризуется чередованием повышений и понижений давлений. Теоретическое и экспериментальное исследование гидравлического удара было произведено впервые Н.Е. Жуковским, который в 1899 г. Решил эту задачу с учетом упругих свойств жидкости и материала стенок трубопровода. гидравлический удар — процесс колебательный, т.е. волновой. Рассмотрим простой трубопровод, начинающийся у бассейна А и имеющий на некотором расстоянии от входа задвижку В. Если задвижка открыта и движение жидкости в трубе установившееся, то пьезометрическая линия на участке до задвижки будет, с учетом потери напора на входе, представляться отрезком прямой а-а, при полностью закрытой задвижке – это горизонтальная линия в-в.
Пусть в некоторый момент времени ранее открытую задвижку быстро закрывают. Отток жидкости через сечение у задвижки прекращается и в такой же короткий срок останавливается слой жидкости, непосредственно прилегающий к задвижке. Масса прилегающего к задвижке слоя жидкости возрастает за счет ее уплотнения и за счет расширения сечения трубы. Граница между потоком с установившимся течением и уплотненной областью перемещается в сторону входа в трубу со скоростью, называемой скоростью фронта ударной волны; в сечениях пробегаемых фронтом происходит резкое изменение скорости течения и соответственно резко меняется давление. Когда прямая волна достигает входа в трубу, начинается, в следствие превышения напора в трубе над напором в бассейне, истечение жидкости из трубы в бассейн. Возникает обратная или отраженная волна, которая распространяется в направлении к задвижке с такой же практически скоростью, с какой до этого перемещалась прямая. В трубе происходит в этом периоде времени течение в направлении к входу в трубу на участке до фронта отраженной волны и к задвижке на участке от фронта до задвижки.
Способы борьбы с гидравлическим ударом.
Гидравлический удар представляет собой периодический затухающий колебательный процесс, т.е. процесс, сопровождаемый повышением и понижением давления в трубопроводе. Гидравлический удар, как правило, является нежелательным явлением, т.к. может привести к разрушению трубопроводной системы. Поэтому на насосных станциях, где возможно образование гидравлического удара, при отключении насосного агрегата в связи с аварией электросети используют специальные устройства для гашения волны повышения давления – воздушные колпаки, клапаны для сброса давления. Простейший способ борьбы является медленное закрытие запорных устройств. Этому требованию отвечают вентили, задвижки со специальным приводом.
Пример явления гидравлического удара в нефтегазовом деле.
Гидравлический удар может быть использован как полезное явление. Так, например, явление гидравлического удара лежит в основе метода вибрационного воздействия на призабойную скважину с целью ее очистки, а так же используется в особом способе подъема жидкости, называемом гидравлическим тараном.