Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидравлический удар

Гидравлический удар

Изучение и расчет движения реальных жидкостей весьма сложен, т.к. на характер движения и протекающие процессы влияет множество факторов. В условиях конкретной задачи влияние одних факторов может быть велико

Гидравлический удар — это колебательный быстротечный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с капельной жидкостью, характеризующийся чередованием резких повышений и понижений давления.

Гидравлический удар возникает при резком изменении проходного сечения трубопровода, например при резком закрытии крана, или переключении гидрораспределителя в длинных трубопроводах.

Вычислить изменение давления при прямом гидравлическом ударе можно используя формулу Н.Е Жуковсокго.

Как протекает гидроудар?

Рассмотрим гидравлическую систему, состоящую из резервуара, наполненного жидкостью, трубопоровода длиной L и диаметром d, и шарового крана.

При резком перекрытии проходного сечения трубопровода частицы жидкости внезапно останавливаются преградой, их кинетическая энергия переходит в работу деформации жидкости и растяжению стенок трубы, жидкость уплотняется, а давление возрастает на величину ΔP.

На остановленные частицы наталкиваются следующие, их кинетическая энергии также переходит в деформацию. Таким образом образуется фронт возмущения, который со скоростью (a) движется по трубопроводу в направлении от крана.

К моменту времени t=L/a жидкость в во всей трубе становится заторможенной, а давление повышенным на величину ΔP. Начинается отток жидкость в резервуар, где давление теперь ниже.

Волна повышенного давления ΔP давления, отражается от резервуара волной противоположного знака -ΔP, начинается двигаться по направлению к крану.

К моменту t=2L/a в трубе установиться первоначальное давление, но это состояние неустойчивое.

Из-за инерционности среды у крана кинестетическая энергия будет в работу деформации, давление при этом упадет на величину ΔP, стенки трубы сузятся. Волна понижения давления на величину ΔP со скоростью a будет двигаться в направлении от крана. За фронтом волны скорость жидкости будет равна 0, а давление P-ΔP.

Волна -ΔP доходит до резервуара.

Волна отразится от резервуара волной противоположного знака +ΔP и со скоростью a будет двигаться к крану.

К моменту t=4L/a волна дойдет до задвижки, и будет наблюдаться ситуация имевшая место при закрытии крана. Получается, что 1 цикл гидравлического удара закончится.

Как отражается волна при гидроударе?

Получается, что при гироударе волна давления отражается от резервуара волной противоположного знака, а от глухой преграды — волной того же знака.

Способы борьбы с гидравлическим ударом

  1. Уход от прямого удара (увеличение времени регулирования, снижение длины трубопровода), т.е: tрег >> 2L/a
    • где tрег — время регулирования;
    • L — длина трубопровода.
  2. Уменьшение скорости течения жидкости в трубопроводе;
  3. Упрочнение трубопровода;
  4. Установка в системе гасителя — гидроаккумулятора.

— других пренебрежимо мало. Ответить на вопрос о важности тех или иных сил помогает гидродинамическая теория подобия.

Гидродинамическое подобие несжимаемой жидкости разделено на три составляющих: геометрическое, кинематическое и динамическое подобие.

Геометрическое подобие представляет собой пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих углов.

Кинематическое подобие означает пропорциональность скоростей в сходственных точках и равенство углов, характеризующих направление этих скоростей.

Динамическое подобие — это пропорциональность сил, действующих на сходственные объемы в кинематически подобных потоках и равенство углов, характеризующих направление этих сил.

В гидравлике на поток жидкости, как правило, действует множество факторов и сил — силы инерции, трения, давления тяжести. Полное подобие систем на практике получить невозможно, поэтому обычно говорят о частичном подобии. при котором соблюдается пропорциональность лишь главных сил.

Условия подобия гидродинамических процессов можно найти из уравнения Новье-Стокса.

Критерии подобия

Критерии, позволяющие оценить влияние тех или иных сил на систему называют критериями подобия.

Важнейшими критериями подобия в гидравлике считаютсячисло Рейнольдса, число Фруда, число Эйлера, число Прандтля, число Пекле.

Наиболее часто в инженерных гидравлических расчетах используется критерий Рейнольдса.

Число (критерий) Рейнольдса отражает отношение сил инерции к силам вязкого трения. В инженерных расчетах число Рейнольдса позволяет определить режим течения жидкости, что в свою очередь непроходимо для расчета гидравлических потерь.

Число Маха

При рассмотрении течения газа важным критерием является число Маха — отношение скорости течения газа U к скорости звука a.

Чем выше число Маха тем в большей степени проявляется сжимаемость среды.

Число Вебера

В тех случаях, когда течение жидкости происходит со свободной поверхности важно число Вебера.

Число Нуссельта

Если течение жидкости сопровождается теплообменом используется число Нуссельта, зависящее от коэффициента теплоотдачи α.

Гидроудар в системе водоснабжения

Что такое гидроудар

Гидравлический удар(гидроудар) представляет собой кратковременное, но резкое и сильное повышение(понижение) давления в трубопроводе(в системе водоснабжения) при внезапном торможении(ускорение) двигавшегося по нему потока жидкости.

Гидроудар в системе водоснабжения

Простыми словами гидроудар-это резкий скачок давления в трубах

Гидравлический удар бывает:

  • Положительный – когда давления в трубопроводе очень резко повышается. Это может произойти, при быстром закрытие крана(вентиля, задвижки) или включения насоса.
  • Отрицательный – когда наоборот, происходит понижение давления в водопроводе, из-за того, что открыли кран или выключили циркуляционный насос.

Наибольшую опасность для водопровода представляет положительный гидроудар. Допустим вы открыли кран и помыли посуду. Закончили мыть, вода вам не нужна, закрыли кран.

При этом в водопроводе происходит следующее. Водный поток некоторое время, по инерции, течёт с прежней скоростью. Потом сталкивается с преградой (кран ведь закрыли). И «ударяясь» об эту преграду, образуется обратная волна. А так как вся система водоснабжения герметична. У этой обратной волны происходит столкновение с водным потоком идущим на встречу. В результате получается гидроудар.

Самые первые признаки гидроудара – глухие стуки и щелчки, слышимые при открытие или закрытие крана. Появления подтеков в местах соединения водопроводных труб или подтекающие краны.

Причины возникновения гидравлического удара

Основными причина , возникновения гидроудара системе водоснабжения:

  • Резкое перекрытии запорной арматуры(кранов, вентилей, задвижек.
  • Поломка или отключение циркуляционного насоса, насосной станции.
  • Воздушные пробки в системе водопровода.
  • Перепады сечения водопроводных труб.

В основном, гидроудар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Вода проходит по трубам с постоянным давлением, но когда происходит резкое перекрытие водного потока. Давление воды на стенки труб увеличивается в несколько раз.

И в результате, могут лопнуть трубы или придут в негодность уплотнители резьбовых соединений и запорные элементы.

Трещина в трубе-после гидроудара

Конечно, резко закрытый кран не единственная причина возникновения гидроудара. Похожая ситуация бывает когда в системе остаётся воздух. В тот момент когда открывается кран, вода сталкивается с пробкой из воздуха.

И эта воздушная пробка в условиях замкнутого пространства выступает амортизатором. Вследствие чего с огромной силой выталкивает воду и происходит удар.

Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы

Последствия гидроудара

Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.

От первого гидравлического удара, повреждение водопровода, обычно не происходит. Ведь изделия для водоснабжения изготавливаются с запасом, в случае повышения давления. Но последующие гидроудары будет бить в то же самое, слабое место. И в какой — то момент труба или запорная арматура выйдут из строя.

Если прорыв водопровода произошёл в квартире многоквартирного дома, то произойдет затопление, будет повреждено имущество, вашей квартиры и соседей снизу.

Последствия гидроудара- затопило квартиру

В случае повреждения центрального водопровода Может произойти отключения нескольких домов или района. То это уже чрезвычайное положение. Так как жильцы многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации.

Ну а если в результате гидроудара повреждается труба горячего водоснабжения. То это может привести к серьёзным ожогам.

Температуру горячей воды в квартире по нормативу читайте здесь

Как избежать гидроудар в водопроводе

Есть несколько способов предотвратить гидроудар в квартире и частном доме.

  • увеличить диаметр водопроводной трубы, для уменьшения скорости потока воды
  • плавное перекрытие водного потока.трубы

Как избежать гидроудар

Плавное перекрытие системы водоснабжения

Также важную роль играет эластичность труб, как они могут деформироваться под давлением. Но стоит отметить, что эти мероприятия, лишь растягивают процесс, снижая его мощность, и соответственно воздействие на систему водоснабжения..

Все запуски и выключения трубопровода должны производиться плавно. Для того чтобы обеспечить равномерное изменение давления в трубах.

Вентиль и краны старого образца, гораздо безопаснее в плане гидроударов. Для того чтобы перекрыть воду, нужно будет сделать несколько оборотов . Соответственно давление будет падать медленнее. Резко перекрыть даже при самом огромном желании не выйдет,

В последние время в квартирах часто используют шаровые краны. Для перекрытия поступления воды достаточно один раз повернуть кран . Не все знают что перекрытие надо делать плавно.

Читать еще:  Что такое двигатель застучал

Гидравлический удар при этом, все равно произойдет. Но он разобьётся на несколько ударов, незначительных по силе. Следовательно не так опасных.

Защита от гидроудара в системе водоснабжения

Правильная защита от гидравлических ударов, должна быть направлена на снижение их интенсивности. И грамотно нейтрализовать воздействия повышенного давления.

Система водоснабжения квартиры и частного дома, должна быть защищена от неправильной эксплуатации и несвоевременного обслуживания. Существует ряд технических решений, которые позволяют свести к минимуму последствия перепадов давления жидкости в водопроводе , предотвратить их появление.

Использование компенсаторов

Компенсаторы — это емкости в форме цилиндра, внутри которых располагается пружина. Одна сторона пружины упирается упирается в верхнюю часть цилиндра, а другая – в пластиковый подвижный диск.

Компенсатор гидроудара

Когда давление в системе повышается, вода сжимает пружину и давит на диск., Если давление понижается сила, пружина, за счет упругости восполняет потерю давления.

Также для защиты от гидроудара используются мембранные компенсаторы и гидроаккумуляторы.

  • Для чего нужен и как выбрать гидроаккумулятор для систем водоснабжения

Ёмкость, компенсатора разделяет эластичная мембрана. Одна часть наполнена воздухом, другая , пустая. Воздух закачан под нужным давлением. В основном давление составляет 3 Бар.

При необходимости давление можно изменить до нужного, подключив насос. Обычно на 20-30% выше рабочего в системе водоснабжения.

В том случае, когда в трубах возникает избыточное давления, то оно будет сбрасываться внутрь емкости за счет растяжения эластичной мембраны и снижения объема воздуха внутри бака.

Амортизирующие приспособления

В качестве амортизатора можно использовать вставки из армированного пластика или термостойкого каучука.

Эти вставки способны как растягиваться, так и сжиматься при резких перепадах давления, что позволит уменьшить воздействия на трубы водопровода.

При возникновении гидравлического удара произойдет растяжение этого отрезка и сила удара частично погаситься. Рекомендуемая длина от 20 до 40 сантиметров. Вставляется перед источником гидроудара .

Защитный термостат

Для защиты от гидроудара, также применяют термостат. У этого устройства имеется пружинный механизм, находящийся между клапаном и термоголовкой.

При повышении давления пружина срабатывает и не дает клапану полностью закрываться. Как только давление снижается, клапан начинает плавно закрываться.

Важно! Термостат всегда устанавливают только по направлению указанному, стрелкой на корпусе.

Возможность шунтирования

Если вы хорошо разбираетесь как устроен термостат, то можете установить шунт с просветом 0,2- 0,4 мм или сделать отверстие такого же диаметра.

Основная задача этого элемента – если возникнут перегрузки, плавно снижать давление Устанавливается по направлению водного потока.

Защитный (предохранительный) клапан

Данные устройства работают очень просто. Если давление в местах установки защитных клапанов выше допустимых параметров. Клапан открывается и происходит быстрый сброс давления. При падение давления до нормального значения, клапан медленно закрывается.

Также защищает насос или насосную станцию в случаях непредвиденной остановки, например отключения электричества. Устанавливают его после обратного клапана, на отводе от трубопровода, рядом с насосом.

Гидравлический удар в системе водоснабжения – частое явление. И если не проводить регулярные профилактические осмотры системы и не принимать нужные действия. Гидроудар может нанести серьезный ущерб.

Понятия динамической и ударной нагрузки. Учет сил инерции. Продольный удар

Все основные расчетные формулы сопротивления материалов, используемые для проверки прочности, определения размеров поперечных сечений стержней, подбора материала, выявления допустимой нагрузки, были выведены при предположении статического действия внешних сил. Статическое действие сил предполагает изменение их величин настолько медленным, что возникающие ускорения элементов конструкций пренебрежимо малы. Однако во многих случаях действие внешних сил на элементы конструкции сопровождается значительным изменением скорости движения.

Внешние силы, вызывающие ускоренное или замедленное движение элементов конструкции, называются динамическими.

Напряжения, деформации и перемещения, возникающие при динамическом действии сил, также называются динамическими.

Во многих задачах динамические напряжения и деформации можно выразить через статические напряжения и деформации, если ввести дополнительный безразмерный коэффициент, называемый динамическим коэффициентом- kдин:

, (9.1)

Значение динамического коэффициента kдин находится в зависимости от условий задачи.

Динамические задачи можно разделить на 2 типа:

1) действие внешних сил таково, что известен закон движения или кинематические параметры движения

2) действие внешних сил продолжается очень малый промежуток времени. Такие силы называются ударными.

Задачи, в которых следует учитывать силы инерции, можно решать в следующей последовательности:

— выявить внешние статические нагрузки, действующие на стержень;

— определить ускорения элементов стержня;

— определить силы инерции элементов стержня;

— определить реакции связей, обусловленные действующими внешними силами и силами инерции;

— методом сечений найти ВСФ и выявить вид сопротивления;

— найти напряжение и деформации по формулам, соответствующим типу сопротивления, произвести необходимые расчеты на прочность и жесткость.

1. Учет сил инерции при поступательном ускоренном движении.

Пусть груз Р поднимается равноускоренно с помощью простейшей лебедки, трос лебедки поперечного сечения А, γ -плотность материала троса. Определить напряжение и деформацию троса длиной z( рис 14.1а)

(9.2)

Очевидно, в состоянии покоя . Обозначим (9.3)

С учетом сказанного (9.2) примет вид (9.4)

Очевидно в случае замедленного движения . Следовательно, (9.3) можно записать в виде с учетом характера движения.

Найдем напряжение sдин и деформацию Δlдин :

Итак, в случае поступательного равнопеременного движения

,

. Итак, . Максимальное динамическое напряжение , т.е. (9.7)

3. Напряжение во вращающемся кольце

Пусть кольцо диаметром d плотностью g, вращается равномерно с угловой скоростью w вокруг оси О. Площадь поперечного сечения- А. Определим напряжение в поперечных сечениях кольца.

Разрезав кольцо по горизонтальному диаметру, рассмотрим условие равновесия:

. Откуда . Или

(9.8)

4. Напряжения и деформации при ударе

Принимаются следующие предположения:

– материал соударяемых тел подчиняется закону Гука;

– соударяемые тела после удара не разъединяются;

– масса ударяющего тела значительно превышает массу ударяемого тела;

– кинетическая энергия падающего тела полностью переходит в потенциальную энергию деформации ударяемого тела, т.е. потерями энергии, переходящей в теплоту и в энергию колебательного движения соударяющихся тел пренебрегаем.

Рассмотрим продольный сжимающий удар: массивный груз массой Р падает на стержень длиной l, который укорачивается на величину Dlдин .

задачи, поэтому введя обозначение

(9.11)

(11) – динамический коэффициент.

– при h = 0, kдин = 2 (внезапный удар)

– при h >> Dlст,

– для уменьшения kдин, нужно увеличить Dlст

Динамические напряжения при ударе

(9.13)

где kдин определяется по формуле (11)

Формула (11) применяется и для поперечного удара (изгиб), и для скручивающего удара (кручение) но вместо Dlст используется статический прогиб уст , или угол закручивания jст .

При расчетах на прочность следует учесть, что допускаемые напряжения при ударе принимают более низкими, чем при действии статических нагрузок.

Результат (11) получен в предпoложении, что удар центральный и не учитывает скорости падения и массу ударяемого стержня.

Лактионова Юлия Алексеевна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра энергомеханических систем

Специальность «Компьютеризированные энергомеханические системы»

Обоснование параметров и создание средств защиты глубоких водоотливов от гидравлических ударов

Научный руководитель: к.т.н., доц. Оверко Валентин Михайлович

Реферат по теме выпускной работы

Обоснование параметров и создание средств защиты глубоких водоотливов от гидравлических ударов

Содержание

  • Введение
  • 1. Актуальность темы
  • 2. Основные уравнения гидравлического удара
  • 2.1 Прямой гидравлический удар, формула Жуковского
  • 2.2 О применимости формулы Н.Е. Жуковского
  • 2.3 Сопряженные уравнения гидравлического удара
  • 3. Способы защиты трубопроводов от гидравлического удара
  • 4. Заключение
  • Список источников

Введение

На рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий русский ученый Н.Е. Жуковский и французский ученый уроженец Милана Lorenzo Allievi исследовали феномен гидравлического удара в закрытых трубопроводах в похожих условиях и пришли к одинаковым выводам, что касается природы гидравлического удара как в физическом, так и в математическом плане и в том как уменьшить его опасность простейшими приемами.

С тех пор исследованиями в данной области занимались многие ученые как у нас в стране, так и за рубежом.

Что же такое гидравлический удар? Это явление резкого повышения давления в трубах, которое возникает в результате быстрого изменения скорости движения жидкости. Величина этого повышения при достаточно быстром изменении скорости зависит, кроме как от значения самого приращения скорости, от плотности жидкости и упругих свойств и геометрии системы труба-жидкость. Можно говорить, что гидравлический удар — это проявление сил инерции жидкости. Именно это обстоятельство часто используется для объяснения физики данного феномена. Так Килимник Владимир Давыдович сравнивал гидроудар с заполненным пассажирами автобусом. При торможении стоящие люди подаются вперед, оказывая давление на стоящих впереди. Затем люди возвращаются в исходное положение, но благодаря интенсивному восстановлению своего положения стоящих впереди, даже отклоняются назад.

А вот американский профессор J. Michail Lahlou сравнивает процесс гидроудара с остановкой поезда:

Читать еще:  Что такое пробой обмоток двигателя

Рисунок 1 – Сравнение процесса гидроудара с остановкой поезда (Анимация сделана с помощью GIF Animator. Состоит из 4 кадров с интервалом в 100 мс.)

По поведению вагонов в предложенном случае можно легко представить и повышение давления, и колебательный процесс.

1. Актуальность темы

Актуальность темы в том что переходные режимы и сопровождающие их волновые процессы становятся причиной разрушения трубопроводов, арматуры, поломки насосов или других нарушений нормальной работы насосных установок. Таким образом, снижение опасности гидравлических ударов позволяет повысить надежность и эффективность работы мелиоративных систем, что в более широком плане, повысит их конкурентоспособность.

2.Основные уравнения гидравлического удара

Изотермическое течение вязкой сжимаемой изотропной однородной жидкости в трубопроводе, геометрические размеры которого не изменяются во времени описываются следующей системой дифференциальных уравнений:

1) уравнением движения (как называемое уравнение Навье-Стокса)

где xi — координаты выбранных расчетных сечений;

2) уравнением неразрывности:

или, после раскрытия полной производной получим эквивалентное выражение

3) уравнением состояния, которое для жидкостей, подчиняющихся при сжатии закону Гука, которое имеет вид:

где K модуль упругости жидкости.

Решение этой трехмерной системы дифференциальных уравнений при задании соответствующих граничных и начальных условий позволяет найти трехмерные поля всех параметров, характеризующих рассматриваемое течение жидкости. Однако получение аналитического решения такой системы даже для ламинарного течения возможно только в наиболее простых случаях, так что, подавляющее большинство технических задач требует применения численных методов. Необходимо отметить, что для турбулентных течений, приведенная выше система уравнений замыкается при помощи формул, которые следуют из полуэмпирических теорий. В результате применения этих теорий в уравнениях Навье-Стокса появляются дополнительные константы или же функции, которые могут быть найдены только из эмпирических данных [5].

В то же время в большинстве инженерных приложений (например, при расчетах параметров динамических процессов в шахтных гидравлических системах) часто не нужно знать распределение параметров потока по сечению трубопровода, а достаточно знать, как изменяются интегральные характеристики течения по длине трубопровода. То есть реальную трехмерную задачу можно свести к одномерной, в которой неравномерно распределенные по сечению гидродинамические и тепловые характеристики потока жидкости считаются изменяющимися во времени только вдоль одной координаты – по длине трубопровода, а по его сечению все параметры считаются постоянными и равными некоторым средним значениям

2.1 Прямой гидравлический удар, формула Жуковского

Рассмотрим случай, когда затвор закрывается по произвольному закону, но за время, меньшее, чем требуется для возвращения к нему первой обратной волны

В этом случае сразу после начала закрытия запорного клапана в трубопроводе возникает прямая волна повышения давления, которая распространяется в сторону резервуара со скоростью с. Когда в момент времени t=L/c эта волна дойдет до входного сечения трубопровода (x=L), возникает обратная волна пониженного давления, которая, перемещаясь в сторону затвора, полностью гасит прямую волну. Эта обратная волна подойдет к закрытому запорному клапану (x=0) также через время t=L/с. Таким образом, период времени (L/с+ L/с)= 2L/с от момента начала закрытия запорного клапана в трубе возникает волна повышения давления, которая распространяется на всю длину трубопровода L, отражается от ее входного конца и в виде обратной волны достигает полностью закрытого клапана, погасив возмущения, созданные предыдущей волной. Эта обратная волна отражается от клапана без смены знака и в виде прямой волны понижения давления движется к входному сечению трубопровода, от которого она отражается со сменой знака, и в виде обратной волны, гася понижение давления, вызванное предыдущей прямой волной, достигает клапана. Эти процессы также протекают в течение времени 2L/с, а затем весь процесс повторяется. Время t= 2L/с в течении которого в трубопроводе существуют прямая волна изменения (повышения или понижения) давления и гасящая её обратная волна, то есть время пробега ударной волны в прямом и обратном направлениях, называется фазой гидравлического удара [2].

В течение всей первой фазы около запорного клапана существует только волна, описываемая функцией F. Следовательно, для любого момента времени t xN. Учтем, что функция F, входящая в уравнение характеризует прямую волну гидроудара, распространяющуюся со скоростью с от запорного клапана.

Для сечения xM и момента времени tM и сечения xN и момента времени tN уравнение запишется в виде:

В результате этих вычислений находятся значения напора перед напорной арматурой в конце каждой фазы для всего времени ее закрытия (открытия) [8].

3.Способы защиты трубопроводов от гидравлического удара

Возникновение гидравлических ударов можно предотвратить либо воздействием на объект его вызывающий, либо изменением характера взаимодействия потока жидкости с источником динамических явлений в трубопроводе.

Защиту трубопроводов можно так же осуществить, например, либо путем замедления скорости изменения расхода, либо уменьшения скорости распространения ударной волны искусственно снижая эквивалентный модуль упругости E E жидкости, заполняющей трубопровод, за счет впуска воздуха

В случае запланированных изменений режимов работы предотвратить возникновение гидроударов можно, обеспечив замедление изменения скорости потока, например, с помощью управляемых по соответствующему закону задвижек.

Однако, в шахтных водоотливных установках, данный способ защиты не исключает опасного гидравлического удара в случае внезапного обесточивания двигателей насосного агрегата. Обеспечить безопасное отключение насоса можно с помощью искусственного увеличения времени выбега ротора насоса путем увеличения его момента инерции (регулирование скорости вращения напряжением, частотой тока, применением специальных трансмиссий не исключает указанного недостатка).

4. Заключение

Гидравлический удар – сложный многофакторный процесс, пытаться воздействовать на его протекание следует только после глубокого проникновения в физику самого явления, тщательного изучения всех обстоятельств его возникновения в конкретных условиях. Ошибки на этой стадии чреваты катастрофическими последствиями [4].

Моделирование гидравлического удара на ПК позволяет получить достаточно надежные расчетные данные по величине повышения давления, несмотря на множество допущений, при этом принимающихся. Что касается шахтной водоотливной установки, то учет разрыва сплошности потока, который весьма вероятен в верхней части трубопровода, не является определяющим фактором амплитуды колебаний.

В качестве средств защиты от гидравлических ударов целесообразно использовать такие, которые не связаны со сбросом воды, так как в условиях шахтных гидросистем, как и большинства других, проблематично обеспечить герметичность устройства без потери других важных свойств, например, достаточной чувствительности. Для шахтного водоотлива рекомендуется применять гидравлический диод. Для других систем выбор средств защиты следует производить после тщательного анализа их технологических и технических особенностей.

Для установок с погружными насосами считаем целесообразным уменьшить пороговую глубину водоотлива, при которой требуется зашита от гидроударов, с 400 до 300 м, так как погружные насосные агрегаты имеют меньший момент инерции, что расширяет область возможных прямых гидравлических ударов. (В «Правилах технической эксплуатации угольных шахт» сказано, что на водоотливных установках, которые работают на горизонтах свыше 400 м обязательное применение предохранительных мероприятий для уменьшения гидравлического удара) [3].

Что касается управления плановыми переходными процессами, то здесь положение более простое и основывается на имеющемся опыте эксплуатации подобных гидравлических систем.

Гидроудар двигателя: что это такое?

Гидроудар двигателя, как вода может нанести вред мотору

Любой автоводитель, будь он профессионал и проехавший за долгие годы многие сотни тысяч километров или совсем еще «зеленый» водитель-ученик должен знать о следующем, что вода (влага) на дороге в любом своем агрегатном состоянии и количестве таит в себе большую опасность. Мало того, то же сцепление на дорожном полотне при наличии на нем H2O (воды) по-любому и очень заметно снижает необходимый коэффициент сцепления с дорогой. Так например, в сильные и обильные ливни и особенно по причине неправильной работы самих ливневых стоков на автодороге могут появляться большие и даже огромные лужи, которые иногда бывают очень глубокими и при проезде по ним двигатель автомобиля может просто «хватануть» (т.е. захлебнуть) воды, получив при этом для себя так называемый гидроудар (гидравлический удар). Сегодня мы уважаемые друзья хотим как-раз и поговорить именно о таком неприятном и крайне пагубном для двигателей особенно внутреннего сгорания явлении, как о гидроударе.

Для начала давайте разберемся в самой теории.

Какие последствия

Если силы, действующие на детали двигателя, невелики, то шатун, поршень и палец могут выдержать нагрузку. Но чаще стержень шатуна сжимается и изгибается. Если силы инерции значительны, то шатун деформируется сильно. При этом поршень проходит через верхнюю мертвую точку, коленвал продолжает вращаться и поршень начинает двигаться вниз.

Если шатун изогнулся сильно, то может упереться в стенку цилиндра, и двигатель заклинит. Гораздо хуже, если мотор продолжает работать. При приближении к нижней мертвой точке поршень юбкой садится на противовесы коленчатого вала. Далее следует разрушение поршня, а возможно, обрыв шатуна.

Читать еще:  Что такое инжекторный двигатель киа

Гидроудар сказывается и на других деталях. Под действием высокого давления деформируется головка блока цилиндров (очень редко). В момент резкой остановки двигателя за счет инерции газораспределительного механизма страдает цепь или ремень привода. Значительные нагрузки испытывает натяжитель цепи (ремня). Поэтому данные детали и узлы тоже могут потребовать замены.

Ремонт двигателя, пережившего гидроудар, мало отличается от обычного капитального ремонта. Хуже, если оборванный шатун пробьет блок цилиндров, но как показывает опыт, блок также можно отремонтировать.

Что делать при возникновении

При первых подозрениях на гидроудар следует немедленно приступить к осмотру, т.к. следы влаги быстро испарятся на горячем двигателе:

  • В “полевых” условиях (в дороге) единственное, что удастся сделать без затруднений – осмотреть воздушный фильтр, выкрутить свечи и поворотом коленвала проверить наличие воды в цилиндрах. Если фильтр влажный и деформированный, а в двигателе вода, то заводить автомобиль нельзя. Следует вызвать эвакуатор для тщательной диагностики и ремонта на СТО.
  • Далее приступаем к снятию ГБЦ и осмотру цилиндров. Если у одного или нескольких цилиндров полоса нагара больше, это говорит о том, что шатун согнут и поршень проходит меньшее расстояние, чем положено. Неравномерный нагар (смещен к одной стороне) на стенках также говорит о гидроударе. Изогнутый шатун прижимает поршень к одной стороне, царапая и оставляя потертости на стенках цилиндра.
  • После полной разборки двигателя можно заметить изгибы и изломы шатунов, а также неравномерный износ вкладышей коленвала.

Основные признаки гидроудара таковы:

  • — Несколько секунд назад вы заезжали в глубокую лужу и/или поднятая перед капотом волна достигала верха облицовки радиатора.
  • — Двигатель работает с перебоями, вибрациями, сотрясениями.
  • — Мокрый сменный элемент воздушного фильтра.
  • — Капли воды в корпусе воздушного фильтра и каналах воздуховода.

Детали при гидроударе могут и не сломаться, однако потерять геометрию так, что нормальная работа агрегата будет невозможной.

Как избежать гидроудара

На самом деле, гидроудар – это не такая уж и распространенная среди водителей проблема. А особенно среди аккуратных и опытных водителей, которые действительно желают продлить срок службы машины и всех ее деталей. Самое простое, что можно посоветовать для сохранения жизнеспособности двигателя, заключается в следующем:

  1. Никогда не «летайте» на скорости по глубоким лужам, поскольку в этом варианте воде легче всего залететь в воздушный двигатель. Помните, что на наших дорогах не так уж и легко оценить, насколько глубокой является лужа. Поэтому, лучше притормозить и постараться или ее объехать, или проехать очень медленно, без брызг.
  2. Не переоценивайте свой автомобиль и не приравнивайте его к подводной лодке. Машины обычной конструкции, не рассчитанной для езды по бездорожью, обычно очень низкие, и если вода достигла уровня салона – она достигнет и уровня воздушного фильтра.

Да и вообще, для чего садиться за руль во время сильного ливня или настоящего потопа. Ведь езда по воде может принести не только гидроудар, но и другие нежелательные неприятности. Но если все же и придется Вам отправиться в путь в такую неприятную погоду, воспользуйтесь старым добрым советом – тише едешь, дальше будешь. Идеальной скоростью для Вас будет 5-7км/ч. О других передачах, кроме первой, также стоит забыть.

Вот так делать нельзя

В тех же случаях, если ездить по болотам, рекам и лужам Вам приходится постоянно, то лучше сразу приобретать внедорожник, который и предназначен для подобной езды. Дело в том, что в таких автомобилях заранее предусмотрена защита двигателя от гидроудара. У них воздушные фильтры устанавливаются намного выше привычного для обычных легковых автомобилей уровня. Но и это еще не все. Самую лучшую сохранность Вашего двигателя от попадания водных капель может обеспечить только шноркель. В простонародье такое приспособление называют «хобот», поскольку и по функциям, и по внешнему виду он действительно напоминает орган слона. По своей сути – это воздухозаборная труба, которая непосредственно от двигателя выводится вверх, над самой крышей машины. Такое устройство позволяет захватывать только чистый воздух, без примеси грязи, воды и другого мусора. Естественно, что двигатель будет работать ровно и безопасно при езде по любому бездорожью. Специальная конструкция заводских шноркелей обеспечивает безопасность двигателя даже во время ливней, поскольку предотвращает попадание воды сверху.

В завершение же хотелось бы сделать такое умозаключение: какими бы ни были неблагоприятными погодные условия и сколько бы ям не встретилось Вам на пути – сохранность двигателя целиком и полностью лежит на плечах водителя. Если он отнесется халатно к возможности получить гидроудар двигателя, то он его обязательно получит.

Что такое гидроудар двигателя

Чтобы понять, почему возникает гидроудар, нужно чуть подробнее рассмотреть природу этого явления. Как было сказано выше, провоцирует гидроудар попавшая в двигатель вода в процессе его работы. Оказавшись в камере сгорания, вода препятствует движению поршня к верхней мертвой точки, поскольку не сжимается и не взрывается под давлением (в отличие от топливовоздушной смеси), что приводит к остановке двигателя. Из-за невозможности сжать воду, имевшаяся кинетическая энергия направляется на наиболее хрупкие (подвижные) элементы двигателя, что приводит к их поломке или скручиванию, в зависимости от количества воды и качества самих деталей.

Обратите внимание: Гидроудар имеет такое название, поскольку данное явление сопровождается ощутимым толчком перед остановкой двигателя.

В зависимости от того, насколько высоки обороты двигателя автомобиля в момент гидроудара, отличаются последствия от него. Гидроудар двигателя может вызвать массу неприятностей, вплоть до поломки коленчатого вала двигателя.

Важно: Особенно опасен гидроудар для дизельного двигателя, у которого рабочее давление цилиндров значительно выше, чем у бензинового мотора.

Последствия гидроудара

Чаще всего такой удар вызывает следующее:

  • деформацию шатунов — если повезёт, то изогнётся только стержень;
  • разрушение поршней;
  • загиб пальцев;
  • обрыв цепи или ремня привода — также возможны другие проблемы газораспределения;
  • разрыв блока цилиндров — редкая, но тяжёлая неисправность;
  • поломку валов ДВС.

Деформированные шатуны

Нередко двигатель после этого уже нормально работать не может. Тогда приходится искать мотор на замену.

Признаки гидроудара

Серьезность последствий при гидравлическом ударе зависти от объема воды, попавшей в мотор, мощности силового агрегата и текущего количества оборотов. С учетом серьезности проблемы появляются разные признаки, по которым можно определить гидроудар машины.
Попадание воды внутрь силового агрегата можно распознать по следующим симптомам:

  • Трудности с пуском сразу после преодоления водной преграды.
  • Клин мотора из-за деформирования шатуна.
  • Двигатель продолжает работать, но из-за искривления его элементов слышен нехарактерный звук, вибрации, перебои. Эксплуатация ДВС в таком случае приводит к его быстрому повреждению.
  • Наличие воды в коллекторе.
  • Повреждение гофры воздушного фильтра из-за действия на нее избыточного давления.
  • Нагар на головке. Если после гидравлического удара мотор продолжает работать, но на ГБЦ больше копоти, чем на других участках, это свидетельствует о необходимости проведения ремонтных работ.
  • Искривленный шатун. При этом степень повреждения может быть различной.
  • Вкладыши коленчатого вала потерты по периметру.

Как правило, реальные последствия гидроудара обнаруживаются уже на СТО после эвакуации машины и разборки двигателя. Так можно увидеть основные признаки, а именно, поврежденный цилиндр, излом шатуна / штока, повреждение шпилек и другое.

Как избежать?

Для того, чтобы не оказаться в неприятной ситуации, достаточно следовать простым рекомендациям:

  • проезжать лужи на небольшой скорости, поддерживая работу мотора на средних оборотах;
  • не пересекать на автомобиле водные преграды с высоким водным уровнем;
  • регулярно проверять двигатель и прокладки ГБЦ.

Нужно трезво оценивать возможности своего авто и понимать, что там, где с лёгкостью проезжает внедорожник, легковой автомобиль рискует заглохнуть. Даже представители одного класса могут с абсолютно разным успехом преодолеть такое препятствие из-за особенностей конструкции своих воздухозаборников. При отсутствии возможности избежать водное препятствие, нужно помнить о максимальном уровне погружения в воды — до середины колес.

Владельцы легковых автомобилей в некоторых случаях устанавливают на мотор шноркели. Это устройство, оснащенное двумя каналами для подвода воздуха к мотору и выводу отработанных газов. Устанавливается на двигатель вертикально, под крылья на высоту порядка 700-100 см. шноркели можно встретить на внедорожниках, кроссоверах и машинах-амфибиях.

Гидроудар, чаще всего, становится первым и последним для двигателя. Не стоит крутить руль в сторону луж, если в планах нет покупки нового мотора или капитального ремонта старого.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector