Vodno kladivo v cevovodih je trenutni udarec tlaka. Razlika je povezana z močno spremembo hitrosti vodnega toka. Nato bomo izvedeli več o tem, kako nastane hidravlični udar v cevovodih.
Glavna zabloda
Rezultat polnjenja nadbatnega prostora s tekočino v motorju ustrezne konfiguracije (bat) se napačno šteje za hidravlični udar. Posledično bat ne doseže mrtve točke in začne stiskati vodo. To pa vodi do okvare motorja. Zlasti na zlom droga ali ojnice, zlom čepov v glavi valja, pretrganje tesnil.
Razvrstitev
Glede na smer udarca tlaka je lahko vodno kladivo:
- Pozitivno. V tem primeru pride do povečanja tlaka zaradi ostrega zagona črpalke ali zamašitve cevi.
- Negativno. V tem primeru govorimo o padcu tlaka, ki je posledica odpiranja lopute ali izklopa črpalke.
V skladu s časomširjenje valovanja in obdobje zapiranja ventila (ali drugih zapornih ventilov), med katerim je v ceveh nastalo vodno kladivo, se deli na:
- Ravno (polno).
- Posredno (nepopolno).
V prvem primeru se fronta oblikovanega vala premakne v nasprotni smeri od prvotne smeri vodnega toka. Nadaljnje premikanje bo odvisno od elementov cevovoda, ki se nahajajo pred zaprtim ventilom. Verjetno je, da bo valovna fronta večkrat prešla naprej in nazaj. Z nepopolnim vodnim udarom se lahko tok ne le začne premikati v drugo smer, ampak tudi delno preide skozi ventil, če ni popolnoma zaprt.
posledice
Za najbolj nevarno velja pozitivno vodno kladivo v sistemu ogrevanja ali vodovoda. Če je previsok tlak previsok, se lahko cev poškoduje. Zlasti se na ceveh pojavijo vzdolžne razpoke, kar posledično vodi do razcepa, kršitve tesnosti ventilov. Zaradi teh okvar začne vodovodna oprema odpovedati: toplotni izmenjevalniki, črpalke. V zvezi s tem je treba preprečiti ali zmanjšati hidravlični udar. Tlak vode postane največji v procesu upočasnjevanja toka, ko se vsa kinetična energija prenese na delo raztezanja sten glavnega in stiskanja stolpca tekočine.
Raziskava
Eksperimentalno in teoretično je preučeval pojav leta 1899 Nikolaj Žukovski. Raziskovalec je identificiralvzroki za hidravlični šok. Pojav je posledica dejstva, da v procesu zapiranja črte, skozi katero teče tekočina, ali ko se hitro zapre (ko je slepi kanal povezan z virom hidravlične energije), pride do ostre spremembe tlaka in nastane hitrost vode. Ni povsod po cevovodu hkrati. Če se v tem primeru izvedejo določene meritve, se lahko razkrije, da se sprememba hitrosti pojavi v smeri in velikosti ter tlaka - tako v smeri zmanjšanja kot povečanja glede na začetno. Vse to pomeni, da v liniji poteka nihajni proces. Zanj je značilno občasno znižanje in zvišanje tlaka. Za ves ta proces je značilna minljivost in je posledica elastičnih deformacij same tekočine in sten cevi. Žukovski je dokazal, da je hitrost, s katero se širi val, neposredno sorazmerna stisljivosti vode. Pomembna je tudi količina deformacije sten cevi. Določen je z modulom elastičnosti materiala. Hitrost valov je odvisna tudi od premera cevovoda. V cevi, napolnjeni s plinom, ne more priti do nenadnega povečanja tlaka, saj se ta precej enostavno stisne.
Napredek postopka
V avtonomnem sistemu oskrbe z vodo, kot je podeželska hiša, se lahko za ustvarjanje tlaka v liniji uporablja črpalka za vrtino. Vodni udar se pojavi, ko se poraba tekočine nenadoma ustavi – ko se pipa zapre. Vodni tok, ki se giblje vzdolžavtocesti, se ne more takoj ustaviti. Stolpec tekočine po vztrajnosti trči v vodovodno "slepo ulico", ki je nastala ob zaprtju pipe. V tem primeru rele ne reši pred vodnim kladivom. Odzove se samo na prenapetost in izklopi črpalko, ko je ventil zaprt in tlak preseže največjo vrednost. Izklop, kot je ustavitev pretoka vode, ni takojšen.
Primeri
Lahko si predstavljamo cevovod s stalnim tlakom in gibanjem tekočine stalne narave, pri katerem je bil ventil nenadoma zaprt ali zaporni ventil nenadoma zaprt. V sistemu za oskrbo z vodo v vrtini se vodno kladivo običajno pojavi, ko je povratni ventil višji od statične gladine vode (9 metrov ali več) ali pušča, medtem ko naslednji ventil zgoraj drži tlak. V obeh primerih pride do delnega izpusta. Ko se naslednjič zažene črpalka, bo voda z visoko hitrostjo zapolnila vakuum. Tekočina udari v zaprt nepovratni ventil in tok nad njim, kar povzroči skok tlaka. Rezultat je vodno kladivo. Ne prispeva le k nastanku razpok in uničenju sklepov. Ko pride do skoka tlaka, se poškoduje črpalka ali elektromotor (in včasih oba elementa hkrati). Ta pojav se lahko pojavi pri hidravličnih pogonskih sistemih s pozitivnim premikom, ko se uporablja kolutni ventil. Ko enega od izpustnih kanalov blokira tuljavatekočinski nastajajo procesi, opisani zgoraj.
Zaščita pred vodnim kladivom
Moč valovanja bo odvisna od pretoka pred in po blokadi avtoceste. Bolj kot je gibanje intenzivno, močnejši je udarec, ko se nenadoma ustavi. Sama hitrost pretoka bo odvisna od premera črte. Večji kot je prerez, šibkejše je gibanje tekočine. Iz tega je mogoče sklepati, da uporaba velikih cevovodov zmanjša verjetnost vodnega kladiva ali jo oslabi. Drug način je podaljšanje trajanja izklopa oskrbe z vodo ali vklopa črpalke. Zaporni elementi tipa ventila se uporabljajo za postopno zapiranje cevi. Posebej za črpalke se uporabljajo kompleti za mehki zagon. Omogočajo ne le preprečitev vodnega udarca med vklopom, temveč tudi znatno podaljšajo življenjsko dobo črpalke.
kompenzatorji
Tretja možnost zaščite vključuje uporabo blažilne naprave. Gre za membransko ekspanzijsko posodo, ki je sposobna "pogasiti" nastale pritiske. Kompenzatorji vodnega udarca delujejo po določenem principu. Leži v tem, da se v procesu povečanja tlaka bat premika s tekočino in elastični element (vzmet ali zrak) se stisne. Posledično se proces šoka spremeni v oscilatornega. Slednja zaradi disipacije energije dokaj hitro razpade brez bistvenega povečanja tlaka. Kompenzator se uporablja v polnilni liniji. Zaračunava sestisnjen zrak pri tlaku 0,8-1,0 MPa. Izračun je narejen približno v skladu s pogoji za absorpcijo energije pogonskega stebra vode iz polnilne posode ali akumulatorja v kompenzator.
