Vandens plaktukas vamzdynuose yra momentinis slėgio padidėjimas. Skirtumas yra susijęs su staigiu vandens tekėjimo greičio pasikeitimu. Toliau sužinosime daugiau apie tai, kaip vamzdynuose atsiranda hidraulinis smūgis.
Pagrindinis kliedesys
Atitinkamos konfigūracijos (stūmoklio) variklio viršutinės stūmoklio erdvės užpildymo skysčiu rezultatas klaidingai laikomas hidrauliniu smūgiu. Dėl to stūmoklis nepasiekia negyvosios vietos ir pradeda spausti vandenį. Tai savo ruožtu veda prie variklio gedimo. Visų pirma dėl strypo arba švaistiklio lūžimo, cilindro galvutės smeigių lūžimo, tarpiklių plyšimo.
Klasifikacija
Pagal slėgio viršįtampio kryptį vandens plaktukas gali būti:
- Teigiamas. Tokiu atveju slėgis padidėja dėl staigaus siurblio paleidimo arba vamzdžio užsikimšimo.
- Neigiamas. Šiuo atveju kalbame apie slėgio kritimą atidarius sklendę arba išjungus siurblį.
Pagal laikąbangos sklidimas ir vožtuvo (ar kitų uždarymo vožtuvų) uždarymo laikotarpis, per kurį vamzdžiuose susidarė vandens plaktukas, jis skirstomas į:
- Tiesiai (visa).
- Netiesioginis (neužbaigtas).
Pirmuoju atveju susidariusios bangos priekis juda priešinga nei pradinei vandens tėkmės krypčiai. Tolesnis judėjimas priklausys nuo dujotiekio elementų, kurie yra prieš uždarą vožtuvą. Tikėtina, kad bangos frontas kartosis pirmyn ir atgal. Naudojant nepilną vandens plaktuką, srautas gali ne tik pradėti judėti kita kryptimi, bet ir iš dalies praeiti pro vožtuvą, jei jis nėra visiškai uždarytas.
Pasekmės
Pavojingiausiu laikomas teigiamas vandens plaktukas šildymo ar vandens tiekimo sistemoje. Jei slėgio šuolis yra per didelis, linija gali būti pažeista. Visų pirma, ant vamzdžių atsiranda išilginių įtrūkimų, dėl kurių vėliau atsiranda skilimas, vožtuvų sandarumo pažeidimas. Dėl šių gedimų pradeda gesti santechnikos įranga: šilumokaičiai, siurbliai. Šiuo atžvilgiu reikia užkirsti kelią hidrauliniam smūgiui arba jį sumažinti. Vandens slėgis tampa didžiausias srauto lėtėjimo procese, kai visa kinetinė energija perduodama pagrindinio vamzdžio sienelių tempimo ir skysčio kolonėlės suspaudimo darbui.
Tyrimai
Eksperimentiškai ir teoriškai ištyrė šį reiškinį 1899 m. Nikolajus Žukovskis. Tyrėjas nustatėhidraulinio smūgio priežastys. Šis reiškinys atsiranda dėl to, kad uždarant liniją, kuria teka skystis, arba kai ji greitai uždaroma (kai aklavietės kanalas yra prijungtas prie hidraulinės energijos š altinio), staigus slėgio pokytis ir susidaro vandens greitis. Tai ne visame dujotiekyje vienu metu. Jei šiuo atveju bus atlikti tam tikri matavimai, tai gali būti atskleista, kad greičio pokytis vyksta kryptimi ir dydžiu, o slėgis - tiek mažėjimo, tiek didėjimo kryptimi, palyginti su pradiniu. Visa tai reiškia, kad linijoje vyksta virpesių procesas. Jam būdingas periodiškas slėgio sumažėjimas ir padidėjimas. Visam šiam procesui būdingas laikinumas ir jį sukelia tamprios paties skysčio ir vamzdžio sienelių deformacijos. Žukovskis įrodė, kad bangos sklidimo greitis yra tiesiogiai proporcingas vandens suspaudžiamumui. Svarbus ir vamzdžio sienelių deformacijos dydis. Jį lemia medžiagos tamprumo modulis. Bangos greitis taip pat priklauso nuo dujotiekio skersmens. Staigus slėgio padidėjimas dujomis užpildytoje linijoje negali atsirasti, nes ji gana lengvai susispaudžia.
Proceso eiga
Autonominėje vandens tiekimo sistemoje, pavyzdžiui, sodyboje, slėgiui linijoje sukurti galima naudoti gręžinio siurblį. Vandens plaktukas atsiranda staiga nustojus vartoti skysčius – atsukus čiaupą. Kartu juda vandens srovėgreitkelyje, negali akimirksniu sustoti. Skysčio stulpelis iš inercijos atsitrenkia į vandentiekio „aklavietę“, kuri susidarė uždarius čiaupą. Šiuo atveju relė neišgelbėja nuo vandens plaktuko. Jis reaguoja tik į viršįtampius, išjungia siurblį po to, kai vožtuvas yra uždarytas ir slėgis viršija maksimalią vertę. Išjungimas, kaip ir vandens srauto sustabdymas, nėra iš karto.
Pavyzdžiai
Galima svarstyti vamzdyną su pastoviu slėgiu ir pastovaus pobūdžio skysčio judėjimu, kuriame staigiai užsidarė vožtuvas arba staiga užsidarė sklendė. Vandens tiekimo angoje sistemoje vandens plaktukas paprastai atsiranda, kai atbulinis vožtuvas yra aukštesnis nei statinis vandens lygis (9 metrai ar daugiau) arba yra nesandarus, o kitas aukščiau esantis vožtuvas palaiko slėgį. Abiem atvejais įvyksta dalinis iškrovimas. Kitą kartą paleidus siurblį, didelio greičio vanduo užpildys vakuumą. Skystis atsitrenkia į uždarytą atbulinį vožtuvą ir srautą virš jo, sukeldamas slėgio padidėjimą. Rezultatas yra vandens plaktukas. Tai prisideda ne tik prie įtrūkimų susidarymo ir sąnarių sunaikinimo. Atsiradus slėgio šuoliui, pažeidžiamas siurblys arba elektros variklis (o kartais ir abu elementai iš karto). Šis reiškinys gali atsirasti teigiamo poslinkio hidraulinės pavaros sistemose, kai naudojamas ritininis vožtuvas. Kai vienas iš išleidimo kanalų yra užblokuotas ritėsskysčių atsiradimo procesai, aprašyti aukščiau.
Apsauga nuo vandens plaktuko
Viršlio stiprumas priklausys nuo srauto greičio prieš ir po greitkelio blokavimo. Kuo intensyvesnis judesys, tuo stipresnis smūgis staiga sustojus. Paties srauto greitis priklausys nuo linijos skersmens. Kuo didesnis skerspjūvis, tuo silpnesnis skysčio judėjimas. Iš to galima daryti išvadą, kad didelių vamzdynų naudojimas sumažina vandens plaktuko tikimybę arba ją susilpnina. Kitas būdas – pailginti vandens tiekimo išjungimo arba siurblio įjungimo trukmę. Vamzdžiui palaipsniui uždaryti naudojami vožtuvo tipo uždarymo elementai. Ypač siurbliams naudojami minkšto paleidimo rinkiniai. Jie leidžia ne tik išvengti vandens plaktuko įjungimo metu, bet ir žymiai padidinti siurblio eksploatavimo laiką.
Kompensatoriai
Trečia apsaugos parinktis apima slopintuvo įtaiso naudojimą. Tai membraninis išsiplėtimo bakas, galintis „užgesinti“susidariusius slėgio šuoliais. Vandens plaktuko kompensatoriai veikia pagal tam tikrą principą. Tai slypi tame, kad didėjant slėgiui stūmoklis juda su skysčiu, o elastinis elementas (spyruoklė arba oras) suspaudžiamas. Dėl to šoko procesas paverčiamas svyruojančiu. Dėl energijos išsklaidymo pastaroji gana greitai suyra be reikšmingo slėgio padidėjimo. Kompensatorius naudojamas užpildymo linijoje. Tai apmokestinamasuslėgtas oras, kurio slėgis 0,8-1,0 MPa. Skaičiavimas atliekamas apytiksliai, atsižvelgiant į vandens stulpelio energijos absorbavimo iš pildymo bako arba akumuliatoriaus į kompensatorių sąlygas.
