Vodné kladivo v potrubí je okamžitý tlakový skok. Rozdiel je spojený s prudkou zmenou rýchlosti prúdu vody. Ďalej sa dozvieme viac o tom, ako dochádza k hydraulickému šoku v potrubiach.
Hlavný klam
Výsledok naplnenia priestoru nad piestom kvapalinou v motore zodpovedajúcej konfigurácie (piestu) sa mylne považuje za hydraulický ráz. V dôsledku toho sa piest nedostane do mŕtveho bodu a začne stláčať vodu. To zase vedie k poruche motora. Najmä na zlomenie tyče alebo ojnice, zlomenie čapov v hlave valca, prasknutie tesnení.
Klasifikácia
Podľa smeru tlakového rázu môže byť vodný ráz:
- Pozitívne. V tomto prípade dôjde k zvýšeniu tlaku v dôsledku prudkého spustenia čerpadla alebo zablokovania potrubia.
- Negatívne. V tomto prípade hovoríme o poklese tlaku v dôsledku otvorenia klapky alebo vypnutia čerpadla.
Podľa časušírenie vlny a doba zatvárania ventilu (alebo iných uzatváracích ventilov), počas ktorej sa v potrubí vytvoril vodný ráz, sa delí na:
- Priamy (plný).
- Nepriame (neúplné).
V prvom prípade sa čelo vytvorenej vlny pohybuje v smere opačnom k pôvodnému smeru prúdenia vody. Ďalší pohyb bude závisieť od prvkov potrubia, ktoré sú umiestnené pred uzavretým ventilom. Je pravdepodobné, že čelo vlny bude opakovane prechádzať smerom dopredu a dozadu. Pri neúplnom vodnom ráze sa tok môže nielen začať pohybovať v opačnom smere, ale tiež čiastočne prechádzať ďalej cez ventil, ak nie je úplne uzavretý.
Dôsledky
Za najnebezpečnejšie sa považuje kladný vodný ráz vo vykurovacom alebo vodovodnom systéme. Ak je tlakový ráz príliš vysoký, vedenie môže byť poškodené. Najmä na potrubiach sa objavujú pozdĺžne trhliny, ktoré následne vedú k rozdeleniu, narušeniu tesnosti ventilov. V dôsledku týchto porúch začnú inštalatérske zariadenia zlyhávať: výmenníky tepla, čerpadlá. V tomto ohľade je potrebné zabrániť alebo znížiť hydraulický šok. Tlak vody sa stáva maximálnym v procese spomaľovania prietoku, keď sa všetka kinetická energia prenesie na prácu pri napínaní stien hlavného potrubia a stláčaní stĺpca kvapaliny.
Výskum
Experimentálne a teoreticky študoval fenomén v roku 1899 Nikolaj Žukovskij. Výskumník identifikovalpríčiny hydraulického šoku. Tento jav je spôsobený skutočnosťou, že v procese uzatvárania potrubia, cez ktoré kvapalina preteká, alebo keď je rýchlo uzavreté (keď je slepý kanál pripojený k zdroju hydraulickej energie), dochádza k prudkej zmene tlaku a vytvára sa rýchlosť vody. Nie je po celom potrubí súčasne. Ak sa v tomto prípade vykonajú určité merania, potom možno zistiť, že k zmene rýchlosti dochádza v smere a veľkosti a tlaku - v smere poklesu aj nárastu vzhľadom na počiatočný. To všetko znamená, že v linke prebieha oscilačný proces. Je charakterizovaný periodickým poklesom a zvýšením tlaku. Celý tento proces je charakterizovaný prechodnosťou a je spôsobený pružnými deformáciami samotnej kvapaliny a stien potrubia. Žukovskij dokázal, že rýchlosť, ktorou sa vlna šíri, je priamo úmerná stlačiteľnosti vody. Dôležitá je aj miera deformácie stien potrubia. Je určený modulom pružnosti materiálu. Rýchlosť vĺn závisí aj od priemeru potrubia. V potrubí naplnenom plynom nemôže dôjsť k náhlemu nárastu tlaku, pretože sa pomerne ľahko stláča.
Postup procesu
V autonómnom systéme zásobovania vodou, akým je vidiecky dom, možno na vytvorenie tlaku v potrubí použiť čerpadlo z vrtov. Vodný ráz nastane, keď sa spotreba tekutiny náhle zastaví - keď je kohútik zatvorený. Prúd vody sa pohybuje pozdĺždiaľnici, nemožno okamžite zastaviť. Stĺpec kvapaliny zotrvačnosťou narazí do vodovodnej „slepej uličky“, ktorá sa vytvorila pri zatvorení kohútika. V tomto prípade relé nezachráni pred vodným kladivom. Reaguje len na ráz, po zatvorení ventilu vypne čerpadlo a tlak prekročí maximálnu hodnotu. Vypnutie, ako napríklad zastavenie toku vody, nie je okamžité.
Príklady
Môžeme uvažovať o potrubí s konštantným tlakom a pohybom tekutiny konštantného charakteru, v ktorom sa náhle zatvoril ventil alebo sa náhle zatvoril posúvač. V systéme zásobovania vodou zvodom sa vodné rázy zvyčajne vyskytujú, keď je spätný ventil vyššie ako statická hladina vody (9 metrov alebo viac) alebo presakuje, zatiaľ čo ďalší ventil nad ním udržuje tlak. V oboch prípadoch dochádza k čiastočnému výboju. Pri ďalšom spustení čerpadla voda s vysokou rýchlosťou vyplní vákuum. Kvapalina naráža na uzavretý spätný ventil a prúd nad ním, čo spôsobuje tlakový ráz. Výsledkom je vodné kladivo. Prispieva nielen k tvorbe trhlín a deštrukcii kĺbov. Keď dôjde k tlakovému rázu, dôjde k poškodeniu čerpadla alebo elektromotora (a niekedy aj oboch prvkov naraz). Tento jav sa môže vyskytnúť v objemových hydraulických pohonných systémoch, keď sa používa cievkový ventil. Keď je jeden z vypúšťacích kanálov zablokovaný cievkoutekuté procesy popísané vyššie.
Ochrana proti vodnému kladivu
Sila rázu bude závisieť od prietoku pred a po zablokovaní diaľnice. Čím intenzívnejší je pohyb, tým silnejší je náraz pri náhlom zastavení. Rýchlosť samotného toku bude závisieť od priemeru vlasca. Čím väčší je prierez, tým slabší je pohyb tekutiny. Z toho možno vyvodiť záver, že použitie veľkých potrubí znižuje pravdepodobnosť vodného rázu alebo ho oslabuje. Ďalším spôsobom je predĺžiť trvanie vypnutia prívodu vody alebo zapnutia čerpadla. Na postupné uzatváranie potrubia sa používajú uzatváracie prvky ventilového typu. Najmä pre čerpadlá sa používajú sady pre mäkký štart. Umožňujú nielen zabrániť vodnému rázu pri zapínaní, ale tiež výrazne zvýšiť životnosť čerpadla.
Kompenzátory
Tretia možnosť ochrany zahŕňa použitie tlmiča. Ide o membránovú expanznú nádrž, ktorá je schopná „uhasiť“vzniknuté tlakové rázy. Kompenzátory vodného rázu pracujú podľa určitého princípu. Spočíva v tom, že v procese zvyšovania tlaku sa piest pohybuje kvapalinou a pružný prvok (pružina alebo vzduch) je stlačený. V dôsledku toho sa šokový proces transformuje na oscilačný. V dôsledku rozptylu energie sa tento rozpadá pomerne rýchlo bez výrazného zvýšenia tlaku. Kompenzátor sa používa v plniacej linke. Spoplatňuje sastlačený vzduch pri tlaku 0,8-1,0 MPa. Výpočet sa robí približne v súlade s podmienkami pre absorbovanie energie hnacieho stĺpca vody z plniacej nádrže alebo akumulátora do kompenzátora.
