Jak snížit sílu vodního rázu?

Nejvýznamnějším problémem v systému bydlení a komunálních služeb, vytápění a zásobování vodou je zajištění bezpečného a bezporuchového provozu, přičemž hlavním prvkem tohoto systému je potrubí. Podle statistik je více než polovina zničení potrubí způsobena vodním rázem.

Rýže. 1. Princip činnosti hydraulického pístu

Rýže. 2. Fáze vodního rázu

Příkladů negativních důsledků vodního rázu v historii je dost, dokládají to události minulých let (tragédie ve vodní elektrárně Sajano-Šušenskaja) i současnost – v lednu 2014 ve městě Berdsk; k vodnímu rázu v kotelně došlo k úniku topného potrubí. Je nutné předem vypočítat potenciální změny tlaku v potrubí v důsledku prudkého zvýšení rychlosti pohybu tekutiny, protože při překročení indikátorů může dojít k úniku, prasknutí nebo jinému typu destrukce.

Vodní ráz však může být i přínosný – s využitím tohoto jevu byly navrženy hydraulické berany, které se používají k dopravě kapaliny (obr. 1). Voda z trvalého zdroje vstupuje do potrubí otevřeným ventilem, který se uzavírá při mezních hodnotách průtoku kapaliny. Výsledné vodní rázy otevře horní ventil a kapalina se vrhne do nádrže.

Pokusy vyřešit problém vodního rázu byly učiněny před několika staletími, protože většina obydlených oblastí již měla rozvinutou vodovodní síť. Vědcem, který na konci 19. století zformuloval princip tohoto fenoménu, byl N. E. Žukovskij. Vzorec N. E. Žukovského zní:

kde Δp je zvýšení tlaku, Pa; ρ—hustota kapaliny, kg/m3; proti a v₁ — rychlosti potrubí před a po uzavření, m/s; c je rychlost šíření rázové vlny, m/s. Poměr rychlosti c rázové vlny, její délky L a doby šíření τ je vyjádřen takto: c = 2 L/τ. Vodní ráz prochází několika fázemi (obr. 2):

1. Plnění potrubí kapalinou.
2. Zastavení toku kvůli překážce.
3. Zvýšený tlak.
4. Maximální tlak.
5. Zpětný pohyb.
6. Konec komprese.
7. Fáze vybíjení.

Mezi faktory, které snižují sílu působení, patří: elasticita materiálu potrubí; přítomnost vzduchu uvnitř, což snižuje rychlost změny tlaku; hladké překrývání pracovního prostředí. Měkké uzavření je dosaženo pomocí kulových kohoutů vybavených převodovkami a pohony.

Například šneková převodovka přenáší a převádí točivý moment mezi motorem a pohonem, omezuje úhel otáčení v otočném zařízení, poskytuje větší výstupní točivý moment, delší dobu zavírání a samočinné brzdění při určitých převodových poměrech bez použití brzdových zařízení.

Častým řešením jsou také pneumatické pohony na bázi energie stlačeného vzduchu. Pneumatický pohon může podle svého typu vytvářet konstantní nebo proměnné momenty v celém rozsahu otáčení výstupního hřídele. Převodový poměr závisí na tlaku média, průměru pístu a kompresní síle. Pro správnou volbu tohoto způsobu ovládání ventilů je nutné vzít v úvahu jeho typ, tlak v ovládacím potrubí, okolní teplotu, dobu odezvy a případný ochranný nátěr.

Pneumatické pohony se dělí na: dvoupolohové a vícepolohové; jedno- a dvojčinné; a podle technického provedení se dělí na pístové, membránové a proudové. K ovládání ventilů lze kromě převodovky a pneumatického pohonu použít hydraulické pohony, pneumaticko-hydraulické pohony, elektrohydraulické pohony a další kombinace systémů. Výběr zařízení zajišťujících plynulé odstavení průtoku pracovního média je v současné době velmi široký a jejich použití zlepší bezpečnost a bezproblémový provoz.