Расчёт скорости волны и скачка давления.
Гидравлический удар — это скачок давления, возникающий при резком торможении или изменении направления движения жидкости, например при быстром закрытии запорной арматуры. Данный калькулятор решает уравнение Жуковского для мгновенного прироста давления по плотности жидкости, скорости ударной волны и изменению скорости потока, оценивает запас прочности трубопровода и рекомендует целевое время закрытия для удержания давления удара ниже расчётного.
Уравнение Жуковского: ΔP = ρ × a × ΔV, где ρ — плотность жидкости, a — скорость распространения ударной волны, ΔV — изменение средней скорости потока. Скорость волны a = √(K / ρ) / √(1 + (K/E) × (D/t)), где K — модуль объёмного сжатия жидкости, E — модуль Юнга материала стенки трубы, D — диаметр, t — толщина стенки; у мягкой трубы (малое E) скорость волны и давление удара ниже. Для воды в жёсткой стальной трубе a ≈ 1 300 м/с; в гибкой трубе из ПЭ a ≈ 250–400 м/с. Чтобы давление удара оставалось в пределах класса трубопровода, время закрытия арматуры должно превышать T > 2L/a (период полного отражения волны), что позволяет распределить торможение по длине трубы.
Инженер коммунальных служб, оценивающий гидроудар после аварийной остановки насоса производительностью 500 л/мин на трубопроводе длиной 1,2 км, получает ΔV = 2,1 м/с, ΔP = 26 бар — выше класса трубы — и устанавливает воздушный котёл для гашения волны при остановке.
Технолог-проектировщик, выбирающий клапан DN200 для охлаждающей воды, устанавливает электропривод с временем закрытия 5 с вместо первоначально планировавшегося соленоидного клапана 0,5 с: давление удара снижается с 18 бар до 3 бар без необходимости перехода к более высокому классу трубы.
Инженер по инженерным системам здания, исследующий удары в трубах при закрытии клапана стиральной машины, устанавливает компенсатор гидравлического удара, подобранный по расчётному объёму газа и классу давления линии.
При любом времени закрытия меньше T_c = 2L/a (удвоенная длина трубы, делённая на скорость волны) возникает полный гидравлический удар по Жуковскому. Более медленное закрытие распределяет торможение во времени и пропорционально снижает пиковое давление.
Длинные трубопроводы накапливают больше кинетической энергии. Само по себе давление удара по Жуковскому не зависит от длины трубы, однако продолжительность высокого давления пропорциональна ей (= 2L/a), поэтому усталостное повреждение и слышимый шум возрастают с длиной трубопровода.
Да — захваченный воздух сжимается и отдаёт энергию обратно, создавая явления разрыва столба жидкости с давлениями, многократно превышающими прогноз Жуковского. Всегда предусматривайте воздухоотводчики в высших точках и вакуумные клапаны на длинных самотёчных участках.