A csővezetékekben lévő vízkalapács egy pillanatnyi nyomáslökés. A különbség a víz áramlási sebességének éles változásához kapcsolódik. Ezután többet megtudunk arról, hogyan lép fel a hidraulikus sokk a csővezetékekben.
Fő téveszme
A megfelelő konfigurációjú motorban (dugattyú) a dugattyú feletti tér folyadékkal való feltöltésének eredménye tévesen hidraulikus ütésnek minősül. Ennek eredményeként a dugattyú nem éri el a holtpontot, és elkezdi összenyomni a vizet. Ez viszont a motor meghibásodásához vezet. Különösen a rúd vagy a hajtórúd törésére, a hengerfej csapjainak törésére, a tömítések elszakadására.
Osztályozás
A nyomáslökés irányától függően a vízkalapács lehet:
- Pozitív. Ebben az esetben a nyomásnövekedés a szivattyú éles indítása vagy a cső eltömődése miatt következik be.
- Negatív. Ebben az esetben a csappantyú kinyitása vagy a szivattyú kikapcsolása miatti nyomásesésről beszélünk.
Idő szerinthullámterjedés és a szelep (vagy más elzárószelepek) zárásának időtartama, amely alatt vízkalapács keletkezik a csövekben, ez fel van osztva:
- Egyenes (teljes).
- Közvetett (nem teljes).
Az első esetben a kialakult hullám eleje a vízáramlás eredeti irányával ellentétes irányba mozdul el. A további mozgás a csővezeték elemeitől függ, amelyek a zárt szelep előtt helyezkednek el. Valószínű, hogy a hullámfront ismételten halad előre és hátrafelé. Hiányos vízkalapács esetén az áramlás nemcsak a másik irányba indulhat el, hanem részben tovább is haladhat a szelepen, ha az nincs teljesen zárva.
Következmények
A legveszélyesebbnek a fűtési vagy vízellátó rendszerben lévő pozitív vízkalapácsot tartják. Ha a nyomáslökés túl magas, a vezeték megsérülhet. Különösen hosszirányú repedések jelennek meg a csöveken, amelyek ezt követően hasadáshoz, a szelepek tömítettségének megsértéséhez vezetnek. Ezen hibák miatt a vízvezeték-berendezések meghibásodnak: hőcserélők, szivattyúk. Ebben a tekintetben meg kell akadályozni vagy csökkenteni kell a hidraulikus sokkot. A víznyomás az áramlás lassulása során válik maximálissá, amikor az összes kinetikus energia átadódik a főcsatorna falainak nyújtásához és a folyadékoszlop összenyomásához.
Kutatás
Kísérletileg és elméletileg tanulmányozta a jelenséget 1899-ben Nyikolaj Zsukovszkij. A kutató megállapítottahidraulikus sokk okai. A jelenség hátterében az áll, hogy annak a vezetéknek a lezárása során, amelyen keresztül a folyadék áramlik, vagy annak gyors zárásakor (amikor egy zsákutca hidraulikus energiaforráshoz csatlakozik), éles nyomásváltozás, ill. vízsebesség alakul ki. Nem egyszerre van az egész csővezetéken. Ha ebben az esetben bizonyos méréseket végeznek, akkor kiderülhet, hogy a sebesség változása irányban és nagyságrendben, valamint nyomásban - mind a csökkenés, mind a növekedés irányában a kezdeti értékhez képest. Mindez azt jelenti, hogy a vonalban oszcillációs folyamat megy végbe. Jellemzője a nyomás időszakos csökkenése és növekedése. Ezt az egész folyamatot az átmenetiség jellemzi, és magának a folyadéknak és a cső falainak rugalmas deformációi okozzák. Zsukovszkij bebizonyította, hogy a hullám terjedési sebessége egyenesen arányos a víz összenyomhatóságával. A csőfalak deformációjának mértéke is fontos. Az anyag rugalmassági modulusa határozza meg. A hullám sebessége a csővezeték átmérőjétől is függ. A gázzal töltött vezetékben nem fordulhat elő hirtelen nyomásemelkedés, mivel az elég könnyen összenyomódik.
Folyamat előrehaladása
Egy autonóm vízellátó rendszerben, például egy vidéki házban, fúrólyuk szivattyúval lehet nyomást létrehozni a vezetékben. Vízkalapács akkor fordul elő, amikor a folyadékfogyasztás hirtelen leáll – amikor elzárják a csapot. Egy vízsugár halad végigautópályán, nem tud azonnal megállni. A folyadékoszlop tehetetlenségből beleütközik a vízvezeték "zsákutcájába", amely a csap elzárásakor keletkezett. Ebben az esetben a relé nem menti meg a vízkalapácsot. Csak a túlfeszültségre reagál, leállítja a szivattyút, miután a szelep zárva van, és a nyomás meghaladja a maximális értéket. A leállítás, akárcsak a vízáramlás leállítása, nem azonnali.
Példák
Egy állandó nyomású és állandó jellegű folyadékmozgású csővezetéknek tekinthető, amelyben egy szelep hirtelen zárt vagy egy tolózár hirtelen záródott. A fúrólyuk vízellátó rendszerben a vízkalapács általában akkor fordul elő, ha a visszacsapó szelep magasabb, mint a statikus vízszint (9 méter vagy több), vagy szivárog, miközben a következő szelep nyomást tart fenn. Mindkét esetben részleges kisülés következik be. A szivattyú következő indításakor a nagy sebességű víz kitölti a vákuumot. A folyadék nekiütközik a zárt visszacsapó szelepnek és a felette folyó áramlásnak, nyomáslökést okozva. Az eredmény egy vízkalapács. Nemcsak a repedések kialakulásához és az ízületek pusztulásához járul hozzá. Nyomásemelkedés esetén a szivattyú vagy az elektromos motor (és néha mindkét elem egyszerre) megsérül. Ez a jelenség fordulatszámú hidraulikus hajtásrendszerekben fordulhat elő, ha orsószelepet használnak. Ha az egyik ürítő csatornát egy orsó blokkoljaA fent leírt folyamatok folyadék keletkeznek.
Víz kalapács elleni védelem
A túlfeszültség erőssége az autópálya lezárása előtti és utáni áramlási sebességtől függ. Minél intenzívebb a mozgás, annál erősebb az ütés hirtelen megálláskor. Maga az áramlás sebessége a vezeték átmérőjétől függ. Minél nagyobb a keresztmetszet, annál gyengébb a folyadék mozgása. Ebből arra lehet következtetni, hogy a nagy csővezetékek használata csökkenti vagy gyengíti a vízkalapács valószínűségét. Egy másik lehetőség a vízellátás elzárásának vagy a szivattyú bekapcsolásának időtartamának növelése. A cső fokozatos lezárására szelep típusú elzáró elemeket használnak. Különösen a szivattyúkhoz használnak lágyindító készleteket. Nemcsak a vízkalapács elkerülését teszik lehetővé bekapcsoláskor, hanem jelentősen megnövelik a szivattyú élettartamát is.
Kompenzátorok
A harmadik védelmi lehetőség egy csillapító eszköz használatát foglalja magában. Ez egy membrán tágulási tartály, amely képes "eloltani" a keletkező nyomáslökéseket. A vízkalapács-kompenzátorok egy bizonyos elv szerint működnek. Ez abban rejlik, hogy a nyomás növekedése során a dugattyú folyadékkal mozog, és a rugalmas elem (rugó vagy levegő) összenyomódik. Ennek eredményeként a sokkfolyamat oszcilláló folyamattá alakul át. Az energia disszipáció miatt ez utóbbi meglehetősen gyorsan, jelentős nyomásnövekedés nélkül bomlik le. A kompenzátort a töltővezetékben használják. Feltöltés alatt áll0,8-1,0 MPa nyomású sűrített levegő. A számítás hozzávetőlegesen történik, a töltőtartályból vagy az akkumulátorból a kompenzátorba vezető vízoszlop energiájának elnyelésének feltételeivel összhangban.
