Гидравлический удар

Гидравлический удар представляет собой серию колебаний давления различной амплитуды выше и ниже нормального давления жидкости в трубе. Амплитуда и частота зависят от гашения скорости жидкости, а также от размера, длины и материала трубопровода. Когда любая жидкость, текущая по трубе, быстро останавливается, происходит удар, возникающий из-за этих колебаний давления. Дополнительное давление, возникающее при остановке потока, не зависит от рабочего давления в системе. Давление гидравлического удара в любом трубопроводе возникает, когда общий сброс прекращается за время, равное или меньше времени, необходимого вызванной волне давления для того, чтобы дойти от точки закрытия клапана до впуска трубопровода и вернуться. Это время равно

Где:
t = Время, нужное волне гидравлического удара на прохождение расстояния, равного длине трубы, и возвращение (с)
L = Длина трубопровода (м)
a = Скорость волны давления (м/с)

Для воды скорость волны давления «а» определяется следующим уравнением:

Где:
a = Скорость волны давления (м/с)
Kbulk = Модуль объемной упругости жидкости (например: 2070 МПа для воды при температуре 20 °C)
d = Внутренний диаметр трубы (мм)
e = Толщина стенки трубы (мм)
E = Моментальный (кратковременный) модуль упругости (МПа) материала трубы (полученный из испытаний на растяжение)

Импульсное давление, создаваемое гидравлическим ударом, определяется следующим уравнением:

Где:
P = Импульсное давление (бар)
ρ = Плотность жидкости (например: 1 г/см3 для воды при температуре 20 °C)
a = Скорость волны давления (м/с)
V = Скорость останавливаемой воды = линейная скорость (м/с)
g = Ускорение свободного падения (9,81 м/с²)

Давление, создаваемое при гидравлическом ударе, можно минимизировать, увеличивая время закрытия клапанов до величины, превышающей 2L/a.
Например, когда время закрытия клапанов в 10 раз превышает 2L/a, нарастание давления будет составлять 10–20% от такового при закрытии клапанов за время 2L/a или быстрее.
Величина кратковременного модуля упругости Е для труб Pexgol намного меньше величины Е для стальных и бетонных труб, и труб из ПЭВП. Так как скорость волны давления связана с кратковременным модулем упругости Е, скорость уменьшается при уменьшении значения Е.

Чтобы определить устойчивость материала трубы к гидравлическому удару, нужно рассчитать суммарное возникающее давление (импульсное давление + рабочее давление) и сравнить с максимальным допустимым общим давлением для каждого материала трубы. Устойчивость труб ПЭВП зависит от характера гидравлического удара. При повторяющихся волнах гидравлического удара максимальное допустимое разовое давление в трубах ПЭВП всего в 1,5 раза выше рабочего давления. Благодаря гибкости и стойкости труб Pexgol, импульсное давление от гидравлического удара сильно уменьшается. Более того, благодаря поперечно-сшитой структуре, трубы Pexgol могут выдерживать общее переходное давление (повторяющееся или разовое импульсное давление + рабочее давление), как минимум в 2,5 превосходящее расчетное давление при соответствующей температуре.

Surge pressures in Pexgol pipes

The value of a = Velocity of pressure wave was calculated using the instantaneous Modulus of Elasticity. Please note the surge pressure P is in direct linear relation to the value of the line velocity V.
Therefore, values for different surge pressures for the same pipe class can be calculated by changing the values of the Line velocity V.

• Example: Calculating the surge pressure in paragraph 4. Pexgol 180 mm SDR 9 Class 19.
  Above ground installation ambient temperature is 40°C.
  Fluid temperature is 20°C
  Design temperature is 40°C.
  Design pressure of the pipe is 14.9 bar at 40°C.
  Maximum allowable total transient pressure is 30 bar.

OD 180 mm | w.t. 20.1 mm | d = 139.8 mm | V = 2.7m/sec

From the table: “Low surge pressures in Pexgol pipes”, the surge pressure for class 19, velocity of 1 m/sec and design temperature of 40°C is 1.8 bar.
For the Pexgol 180 mm class 19 which has a velocity of 2.7 m/sec, the surge pressure will be: 1.6 x 2.7/1 = 4.9 bar

For water density higher than 1.0, divide the value of the Velocity of the pressure wave a (taken from the table: “Low surge pressures in Pexgol pipes”) by the square root of the actual water density.

For fittings on the line please contact Pexgol team.

For more information see “Defining the design temperature”.