W razie nagłego zamknięcia zaworu, zasunięcia zasuwy lub zatrzymania pompy, powstają w rurociągach tzw. uderzenia hydrauliczne (uderzenia wodne). Nagłe zatrzymanie przepływu cieczy powoduje szybki wzrost ciśnienia w rurociągach.
Wyjątkowo niebezpieczne są uderzenia wodne w długich rurociągach o dużych średnicach, przeprowadzających znaczną ilość cieczy z wielką prędkością. Uderzenia hydrauliczne mogą w takich nie zabezpieczonych przewodach spowodować uszkodzenie połączeń, pękanie ścianek przewodów itp.
Fot. 1. Rurociąg tłoczny refulatu
Istotę uderzenia hydraulicznego tłumaczy następujący przykład: jeżeli w przewodzie przeprowadzającym ciecz — nagle zamkniemy zasuwę — zatrzyma się też nagle ciecz znajdująca się bezpośrednio przed zasuwą. Ta warstwa cieczy, zatrzymana w swym ruchu, jest dociskana do zasuwy przez warstwy cieczy dopływającej rurociągiem. W warstwie zatrzymanej rośnie więc ciśnienie, a energia kinetyczna, istniejąca w czasie przepływu, zamienia się w energię potencjalną. Stopniowy wzrost ciśnienia rozchodzi się wzdłuż całego przewodu, ale w kierunku przeciwnym dotychczasowemu ruchowi. Uderzenie hydrauliczne wraca się. Po powrocie uderzenia do początku rurociągu, gdzie znajduje się zbiornik, fala uderzeniowa znowu zmienia kierunek ruchu i wraca z tą samą prędkością, ale ze zmniejszonym ciśnieniem, do zasuwy. Po dojściu do zasuwy następuje powrót uderzenia do zbiornika. Ciśnienie fali wstecznej jest jeszcze mniejsze. Jak widać, uderzenie hydrauliczne powoduje ruch okresowy (wahadłowy) cieczy w rurociągu, aż w całym rurociągu ciśnienie p powróci do swej pierwotnej wartości przed uderzeniem.
Rys. 1. Schemat dzwonu powietrznego
W celu zabezpieczenia przewodu przed ujemnymi skutkami uderzenia hydraulicznego stosuje się:
a) zasuwy i zawory zamykające się powoli, należy przy tym pamiętać, że im dłuższy jest przewód tym czas zamykania też powinien być dłuższy.
Fot. 2. Zawór z długim czasem zamykania rurociągu
b) zawory bezpieczeństwa nastawione na ciśnienie dopuszczalne, otwierające się automatycznie w razie nadmiaru ciśnienia w przewodzie i wypuszczające na zewnątrz pewną ilość cieczy, co powoduje spadek ciśnienia.
Fot. 3. Zamknięcie rurociągu z automatyką hydrauliczną
c) w celu zmniejszenia wzrostu ciśnienia przy uderzeniu hydraulicznym należy stosować powietrzniki, czyli dzwony powietrzne lub w mniejszych instalacjach urządzenia wzbiorcze.
Działanie dzwonu powietrznego przedstawiono na rys. 1.
W przypadku zamknięcia zasuwy Z wzrasta ciśnienie w przewodzie. Pod wpływem tego wzrostu ciśnienia część cieczy wchodzi z przewodu do dzwonu, w którym podnosi się poziom wody z I-I do II-II. Ciśnienie powietrza w dzwonie wzrasta równocześnie od wartości p0 do p0+Δp, ale ubytek wody w przewodzie powoduje spadek ciśnienia, wywołanego uderzeniem. Kurek K na dzwonie służy do sprawdzenia czy w dzwonie jest powietrze.
Literatura:
- Linder F.: Budowa mostów. PWSZ 1970