г.Москва +7 (495) 117-97-71

Гидроудар в технологическом трубопроводе

01.07.2019

Нержавейка, трубы, краны задвижки люкиВсе помнят фразу из школьной физики:  что жидкость не сжимаема?
Этот эффект используется во многих гидравлических системах для передачи давления. Классическим применением этого свойства жидкости служит бытовой масляный домкрат или промышленный пресс. В этом случае маленький насос связанный каналом с большим (рабочим) насосом – поршнем, передавал с каждым маленьким качком большое давление на главный поршень.

Однако, есть случаи, когда «несжимаемость»  жидкости необходимо принимать в расчет для безопасности системы!  Название этому  важному феномену – гидравлический удар  или гидроудар.

Для простоты понимания, этот феномен можно описать так: поезд, который несется по туннелю  и вдруг встречающий препятствия.  Да, да именно так! Несмотря на то, что жидкость казалось бы,  может  быть, мягкой и текучей при определенной скорости обладает разрушительной силой! Вся масса этого потока обрушивается на препятствие.


Препятствием может быть резко перекрытая заслонка –бабочка, неверно подобранные сечения ответвлений или теплообменник. Да и просто повороты трассы.   
Уже из описания понятно, что сила гидроудара в этом случае зависит от трех параметров:  скорости жидкости, ее массы и объема.  


Гидроудар  вызывает стресс всех компонентов трубопровода,  первое , что испытывается на прочность это датчики! В момент гидроудара жидкость подробно взрывной волне  передает давление во все стороны, соответственно рабочая часть датчика, и его винтовое соединение подвергаются нагрузке превышающий  рабочее в несколько раз! Конечно сам сработавший клапан, который и был виновником гидравлического удара получает избыточную нагрузку. А также все элементы крепления, фланцы, гайки и фитинги!    


Стоимость этих всех компонентов, а также работы  по ликвидации течи уплотнений – результат ошибки инженера или сбоя автоматики!  Известны случаи, когда подача продукта в емкости выбивала лючки и смотровые диоптры. Мало того, отражаясь от препятствия по трубопроводам передавалась назад, по всей нержавеющей трубопроводной системе!


Другую разновидность гидроудара можно увидеть при старте, остановке или неверно подобранной скорости работы крыльчатки насоса.  Все вышеперечисленное обычно сопровождает проекты, где насос был установлен без плавного пуска, что обычно обеспечивается частотным преобразователем.
Что происходит при пуске:  погруженная в неподвижную жидкость крыльчатка насоса, начинает резко движение. Но мы помним – жидкость не сжимаема, весь объем спокойной жидкости противостоит крыльчатке, а она в свою очередь приводимая валом мотора как рычаг давит на жидкость.


Еще критичней, если поток продукта содержит воздушные пузыри! Попав в такой пузырь крыльчатка, не имея сопротивления моментально  раскручивается, а новая волна жидкости ее стопорит.
Противоположный эффект у крыльчатки которая остановилась в движущийся жидкости, как закрывшийся клапан, они и принимает на себя весь удар продукта, который  движется по системе трубопроводов.  


Более сложный момент в котором присутствует гидравлический удар  - это эффект кавитации. Такое название эффект получил от принципа образования по латински  cavita — пустота. Такой эффект образуется из-за ошибок в подборе скорости крыльчатки. Разряжение образующееся из-за несоразмерной скорости винта приводит к разряжению жидкости,  жидкость как бы вскипает. Образуется пузырь который схлопывается  с гидравлическим ударом.  У этого принципа есть и полезное применения, в промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например в молоке.

Единичный гидравлический удар, сам по себе, нагрузка для всей трубопроводной  арматуры, а представьте себе повторяющийся гидроудар, или еще хуже в резонансе, когда ударная волна распространяется по поверхности водопровода, а также по элементам арматуры. Разрушительное действие такого явления просто критично для производства.

Как же предотвратить гидроудар?

Как видно из статьи, первое, что необходимо контролировать - это скорость потока и трассу прохождения. Работу задвижек (кранов) на пути следования продукта.   Не менее важно контролировать работу насосов!

И, пожалуй последнее, контролировать  монотонность продукта – отсутствие  пузырей.
Конечно, производство - живой организм! Да и внешние коммуникации бывают причинами сбоев. Как пример, пропадание питающего напряжения.  И хотя на предприятиях предусматривают резервное питание, прерывы могут быть достаточны для остановки насосов или аварийному перекрытию клапанов. 

  К слову,  плавное закрытие и открытие запорной арматуры должно осуществляться не только на промышленных объектах, но и при запуске водоснабжения и отопления в частном доме. Чрезмерное давление при возникновении гидравлического удара способно легко повредить домашние коммуникации, поэтому не стоит пренебрегать правилами технической безопасности в случае, когда вода в частном доме подаётся со значительным давлением.


    Трубопровод датчики и клапаны Да конечно, для управления поток используются гидроаккумуляторы  и демпферные устройства, в ряде случаев используется предохранительные  клапаны, который открывается при достижении жидкости определённого значения. 

 Такие устройства также способны предохранить трубопровод от разрушения, но для организации такого вида защиты, потребуется сделать дополнительную отводку от клапана к компенсационной системе. Но что еще важней, такие системы плохо промываются СИП станциями, а там два шага до порога бактериальной обсемененности т.к. каждый гидроудар это нагрузка на уплотнения, которые и так влияют на рост флоры в трубопроводах.  


Возникновение гидравлического удара возможно только по той причине, что жидкость не сжимается настолько, чтобы произошла компенсация резкого скачка давления. При увеличении давления в одном месте его сила распространяется на весь участок трубопровода, и найдя “слабое звено” приводит к деформации, либо разрушению материала.


В идеальном случае, все процессы должна контролировать автоматическая система, которая датчиками отслеживает  параметры среды в трубопроводах.   Хотя и локальные системы могут весьма успешно справляется!  Пример тому - системы управления частотными преобразователями, установленными на двигателях  с заданными программами  работы. Их же контроль выполняется по тем же датчикам  жидкости.

Комментарии

  • Александр 16.07.2019, 18:08
    Ключевая ошибка пи проектировании на один объем, а после ввода или модернизации другой. Или когда к старому узлу прикручивают новый - ту же мойку
  • Стукаловски Егор 02.07.2019, 17:12
    У нас было подобное постоянно летели расходомеры!

Написать комментарий