О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии

 

Переходные процессы жидкости (Феномен гидравлического удара).

Если происходит внезапное изменение скорости в системе трубопроводов, например, когда насосы выключены или клапаны закрыты, то развивается волна давления, которая передается в трубе с определенной скоростью, зависящей от типа материала и его толщины. Эта волна давления (гидроудар) может иметь пагубные последствия и привести к разрыву трубы и фитингов.  Максимальное увеличение давления относительно существующего, может быть определено по формуле Жуковского, в случае быстрого закрытия клапана:

формула Жуковского

Однако, максимальное избыточное давление может быть критическим. В большинстве случаев перекачки, возникают кратковременные скачки давления - гидроудары, которые являются серьезной проблемой, т.к. трубы в этот момент более чувствительны к потере устойчивости, чем к разрыву от избыточного давления.

Усталость: в системах регулировки включения/отключения, с частыми запусками и остановками, риск усталости должен быть принят во внимание. Большинство трубопроводов более чувствительны к усталости от кратковременных скачков давления, чем от избыточного давления.

Практические правила:
  • Высокое давление может быть примерно в два раза выше статического;
  • Кратковременные скачки давления особенно опасны для пластиковых труб. Также пластиковые трубы более чувствительны к усталости;
  • Если давление в какой-то части системы труб падает ниже давления насыщенного пара, перекачиваемая жидкость начинает испаряться, и формируются вакуумные пузырьки между столбами жидкости в трубопроводе. Если возникнет кавитация, то может возникнуть опасное давление.

Факторы риска



 Гидроудар Работа насоса:
Наиболее опасным, при работе клапана, является закрытие обратного клапана после остановки насоса, особенно, при отключении питания. Если сливная труба наполнена при запуске насоса, то гидравлический удар будет незначительным.

Профиль трубы:
Также как минимальное давление в магистрали зависит от таких факторов, как скорость и момент инерции насоса, так и труба будет иметь ту же форму, независимо от профиля трубы(если не происходит испарение). Величина кратковременных скачков давления в трубе будут иметь место, т.к. зависит от профиля трубы, как расстояние между минимальным давлением в магистрали и уровнем трубы, смотрите на рисунке ниже.



Длина трубы:
Чем короче труба, тем быстрее отраженные волны давления возвращаются обратно и повышают давление в магистрали.

Момент инерции:
Чем выше момент инерции, тем дольше будет вращаться насос после выключения, и тем меньше давление в магистрали будет падать, до того момента как отраженные волны давления его снова поднимут.

Скорость распространение волны:
Скорость распространение волны зависит от эластичности стенок труб и сжимаемости жидкости. Типичное значение для труб, содержащих воду, составляет: PVC a=300 м/с, сталь а=1100 м/с.

Методы защиты:


Когда выбирается подходящий метод для защиты системы труб от гидравлического удара, должны быть рассмотрены некоторые факторы, такие как, число работающих насосов, включение/выключение регулируемого/непрерывного режима работы, нормальное отключение/остановка питания, риск потери устойчивости/усталостные проблемы, риск засорения и др. Общее для всех методов защиты является то, что они должны основываться на полном понимании того, как они будут влиять на работу системы, и быть рассчитаны для каждого конкретного случая.

Воздушная камера:
Воздушная камера - это резервуар, наполненный жидкостью и сжатым воздухом, соединенный с трубопроводом. Когда давление падает после выключения насоса, жидкость из воздушной камеры сливается в систему труб. Поток в трубе останавливается медленнее, что позволяет избежать низких давлений. Воздушная камера тесно связана с насосами и обратным клапаном, что может приводить к захлопыванию клапана.

Преобразователи частоты движения(VFD)/ Мягкая заглушка
Преобразователь частоты движения может быть использован для защиты системы от опасных кратковременных скачков давления в течении нормальной остановки насоса, путем медленного понижения скорости вращения насоса. В некоторых случаях может быть использована мягкая заглушка(менее дорогостоящая чем VFD), таким же образом как и VFD, но это обычно требует более тщательного изучения системы, т.к. мягкая заглушка не предполагает возможность непрерывного регулирования скорости как VFD.
Общим для VFD и мягкой заглушки, является то, что они не могут быть использованы для защиты системы в случае отказа питания.

Медленное закрытие клапанов:
Поток медленно ограничивается клапаном, до того как выключится насос. Течение в трубе замедляется медленнее, что позволяет избежать низких давлений.
Этот метод не подходит для защиты системы в случае сбоя питания, т.к. процедура закрытия клапана должна быть закончена до того как насос отключиться.

Входящий воздух/выпускные клапаны
Впускной/выпускной клапаны устанавливаются вдоль трубопровода в местах, где происходят кратковременные скачки давления (гидроудар), выпускается воздух, и тогда давление в трубе падает до заданного ранее значения. Воздух выпущенный из системы, должен быть возвращен обратно через выпускные клапаны, чтобы не создавать воздушные карманы в системы труб в местах больших возвышений.
Если воздух поступает слишком быстро, то столб жидкости, насыщаемый воздухом, может ее сильно разогнать. Когда весь воздух удален и столб жидкости полностью остановился, может возникнуть высокое давление.

Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны устанавливаются в местах возникновения высоких давлений. Они открываются и выпускают жидкость, когда давление повышается.

Маховик
Установка маховика дает возможность повысить момент инерции вращающейся системы, и продлить время вращения насоса после его выключения, что позволит уменьшить падение давления. Это единственный метод, который дает возможность сухой установки насоса, но при этом существенно увеличивает необходимое количество энергии для его запуска.

Программное обеспечение


ITT Water & Wastewater имеет в своем распоряжении две программы для расчета переходных течений, WAXA и Flowmaster.
Программа расчета гидравлического удара(WACA), используется для определения степени воздействия гидравлического удара на систему после остановки насоса. Гидравлический удар происходит в системе труб, когда скорость жидкости резко изменяется, как во время запуска так и остановки, закрытии и открытии клапана. Наиболее опасная ситуация - сбой электропитания, когда все насосы неожиданно перестают работать.

Программа может быть использована с моделью систем с обратными клапанами и воздушными камерами. Можно также изменять размер воздушной камеры.

Максимальное давление в трубе должно быть сравнимо с допустимым давлением для данной трубы и фитингов. Минимальное давление может показывать образование пузырьков или разделение столба жидкости.

FLOWMASTER, программа используется для решения сложных задач по расчету переходных процессов в насосной системе, где применение WACA разработанного ITT Water & Wastewater не применима, т.е. для разветвленных насосных систем или систем с клапанами со специальными характеристиками и т.д.


Дополнительные сведения по гидроудару  предоставлены сайтом http://sanuzel.tomsk.ru/
идет загрузка изображения
О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии