Vodní ráz v potrubí je okamžitý tlakový ráz. Rozdíl je spojen s prudkou změnou rychlosti proudění vody. Dále se dozvíme více o tom, jak dochází k hydraulickému rázu v potrubí.
Hlavní klam
Výsledek kapalinového plnění prostoru nad pístem v motoru odpovídající konfigurace (pístu) je chybně považován za hydraulický ráz. V důsledku toho se píst nedostane do úvratě a začne stlačovat vodu. To zase vede k selhání motoru. Zejména ke zlomení tyče nebo ojnice, zlomení svorníků v hlavě válců, prasknutí těsnění.
Klasifikace
Podle směru tlakového rázu může být vodní ráz:
- Pozitivní. V tomto případě dochází ke zvýšení tlaku v důsledku prudkého spuštění čerpadla nebo zablokování potrubí.
- Negativní. V tomto případě mluvíme o poklesu tlaku v důsledku otevření klapky nebo vypnutí čerpadla.
Podle časušíření vlny a doba uzavření ventilu (nebo jiných uzavíracích ventilů), během které se v potrubí vytvořil vodní ráz, se dělí na:
- Rovné (plné).
- Nepřímé (neúplné).
V prvním případě se čelo vytvořené vlny pohybuje ve směru opačném k původnímu směru proudění vody. Další pohyb bude záviset na prvcích potrubí, které jsou umístěny před uzavřeným ventilem. Je pravděpodobné, že čelo vlny bude opakovaně procházet směrem dopředu a dozadu. S neúplným vodním rázem se tok může nejen začít pohybovat opačným směrem, ale také částečně procházet dále přes ventil, pokud není zcela uzavřen.
Důsledky
Za nejnebezpečnější je považován pozitivní vodní ráz v systému vytápění nebo zásobování vodou. Pokud je tlakový ráz příliš vysoký, může dojít k poškození vedení. Zejména na potrubí se objevují podélné trhliny, které následně vedou k rozštěpení, narušení těsnosti ventilů. Kvůli těmto poruchám začíná selhávat vodovodní zařízení: výměníky tepla, čerpadla. V tomto ohledu je třeba zabránit nebo omezit hydraulické rázy. Tlak vody se stává maximálním v procesu zpomalování toku, kdy je veškerá kinetická energie přenesena na práci při napínání stěn hlavní a stlačování sloupce kapaliny.
Výzkum
Experimentálně a teoreticky studoval tento jev v roce 1899 Nikolaj Žukovskij. Výzkumník identifikovalpříčiny hydraulického šoku. Tento jev je způsoben tím, že v procesu uzavírání potrubí, kterým tekutina proudí, nebo při jeho rychlém uzavření (když je slepý kanál připojen ke zdroji hydraulické energie), dochází k prudké změně tlaku a vzniká rychlost vody. Není to celé potrubí současně. Pokud se v tomto případě provedou určitá měření, lze odhalit, že ke změně rychlosti dochází ve směru a velikosti a tlaku - jak ve směru poklesu, tak ve směru růstu vzhledem k počátečnímu. To vše znamená, že v lince probíhá oscilační proces. Je charakterizován periodickým poklesem a zvýšením tlaku. Celý tento proces se vyznačuje pomíjivostí a je způsoben pružnými deformacemi samotné kapaliny a stěn potrubí. Žukovskij dokázal, že rychlost, kterou se vlna šíří, je přímo úměrná stlačitelnosti vody. Důležitá je také míra deformace stěn potrubí. Je určen modulem pružnosti materiálu. Rychlost vln závisí také na průměru potrubí. V potrubí naplněném plynem nemůže dojít k náhlému tlakovému rázu, protože se poměrně snadno stlačuje.
Postup procesu
V autonomním systému zásobování vodou, jako je venkovský dům, lze k vytvoření tlaku v potrubí použít vrtné čerpadlo. Vodní ráz nastává, když se spotřeba kapaliny náhle zastaví – když je zavřený kohoutek. Proud vody, který se pohybuje podéldálnice, nelze okamžitě zastavit. Sloupec kapaliny setrvačností naráží do vodovodní "slepé uličky", která vznikla při uzavření kohoutku. V tomto případě relé nezachrání před vodním rázem. Reaguje pouze na ráz, po uzavření ventilu a tlaku překročí maximální hodnotu vypne čerpadlo. Vypnutí, stejně jako zastavení průtoku vody, není okamžité.
Příklady
Lze uvažovat potrubí s konstantním tlakem a pohybem tekutiny konstantní povahy, ve kterém byl náhle uzavřen ventil nebo náhle uzavřeno šoupátko. V systému přívodu vody spádem se vodní ráz obvykle vyskytuje, když je zpětný ventil výše než statická hladina vody (9 metrů nebo více) nebo prosakuje, zatímco další ventil nad ním udržuje tlak. V obou případech dochází k částečnému vybití. Při příštím spuštění čerpadla vysokorychlostní voda vyplní vakuum. Kapalina naráží na uzavřený zpětný ventil a proud nad ním a způsobuje tlakový ráz. Výsledkem je vodní ráz. Přispívá nejen k tvorbě trhlin a destrukci kloubů. Když dojde k tlakovému rázu, dojde k poškození čerpadla nebo elektromotoru (a někdy i obou prvků najednou). K tomuto jevu může dojít u objemových hydraulických pohonných systémů, když je použit šoupátkový ventil. Když je jeden z vypouštěcích kanálů zablokován cívkouprocesy vznikající kapalinou popsané výše.
Ochrana proti vodnímu rázu
Síla rázu bude záviset na průtoku před a po zablokování dálnice. Čím intenzivnější je pohyb, tím silnější je náraz při náhlém zastavení. Rychlost samotného toku bude záviset na průměru vedení. Čím větší je průřez, tím slabší je pohyb tekutiny. Z toho lze usoudit, že použití velkých potrubí snižuje pravděpodobnost vodního rázu nebo jej oslabuje. Dalším způsobem je prodloužení doby uzavření přívodu vody nebo zapnutí čerpadla. K postupnému uzavírání potrubí se používají uzavírací prvky ventilového typu. Zejména pro čerpadla se používají sady pro měkký start. Umožňují nejen zabránit vodním rázům při zapínání, ale také výrazně prodloužit životnost čerpadla.
Kompenzátory
Třetí možnost ochrany zahrnuje použití tlumiče. Jde o membránovou expanzní nádobu, která je schopna „uhasit“vzniklé tlakové rázy. Kompenzátory vodních rázů pracují podle určitého principu. Spočívá v tom, že v procesu zvyšování tlaku se píst pohybuje kapalinou a pružný prvek (pružina nebo vzduch) je stlačován. V důsledku toho se šokový proces transformuje na oscilační. V důsledku ztráty energie se tento rozpadá poměrně rychle bez výrazného zvýšení tlaku. Kompenzátor se používá v plnicí lince. Zpoplatňuje sestlačený vzduch o tlaku 0,8-1,0 MPa. Výpočet se provádí přibližně v souladu s podmínkami pro pohlcování energie hnacího sloupce vody z plnící nádrže nebo akumulátoru do kompenzátoru.
