mini|desno|300px|Ekspanzioni spojevi na parnim linijama uništeni zbog hidrauličkog (parnog) udara Vodni udar ili hidraulički udar je nagla i značajna promjena tlaka zbog promjene brzine vode na jednom kraju cjevovoda, a obično se dešava na nizvodnom kraju cjevovoda zbog zatvaranja zatvarača.

Hidraulički udar se odvija pod prevladavajućim utjecajem sila inercije i sila elastičnosti. Brzine širenja promjene tlaka u tlačnom cjevovodu vrlo su velike, te su za čelične cjevovode reda veličine 1000 m/s. Prirast tlaka na zatvaraču zbog efekta vodnog udara može doseći vrijednosti od nekoliko desetaka bara. Prirast tlaka zbog vodnog udara obično prati vibracije cijevi i pojava buke. Periodi oscilacije tlaka su u pravilu vrlo kratki i mogu iznositi dijelove sekunde. Izraženost efekta hidrauličkog udara ovisi od protoka kroz tlačni cjevovod, njegovoj duljini, elastičnim svojstvima cjevovoda, dimenzijama cjevovoda i vremenu trajanja manevra sa zatvaračima koji može trajati svega par sekundi."Hidraulika sistema pod tlakom" info.grad.hr, , 2011.

Povijest U prvom stoljeću prije Krista Marcus Vitruvius Pollio opisao je posljedice vodnog udara u olovnim cijevima i kamenim akvaduktima u antičkom Rimu.

Vodni udar u hidroelektranama U visokotlačnim hidroelektranama se vodni udar u pravilu ne prenosi u dovodni tunel, jer pri zatvaranju višak vode iz tunela ulazi u vodnu komoru. Pri naglom otvaranju zatvarača vodne turbine (puštanje u pogon), dok se ne uspostavi stacionarno stanje, manjak vode u tlačnom cjevovodu se nadoknađuje iz vodne komore. U svakom slučaju, masa vode iz dovodnog tunela oscilira u sistemu dovodni tunel – vodna komora, gdje dominiraju sile inercije i sile trenja. Vrijeme trajanja ovih oscilacija do konačnog smirivanja (pri naglom zatvaranju) može potrajati vrlo dugo (par sati). Vodni udar u tlačnom cjevovodu ni fizikalno ni vremenski se ne podudara s oscilacijama vode u sistemu dovodni tunel – vodna komora, pa se ta dva procesa mogu odvojeno izučavati i odvojeno proračunavati, tlak na ulasku u tlačni cijevovod određen je za sve vrijeme kotom vode u vodnoj komori. Kad se vodni udar računa za potrebe dimenzionara tlačnih cjevovoda na visokotlačnim elektranama, zanemaruje se utjecaj trenja."Opterećenja u tlačnim cjevovodima" Građevinsko-arhitektonski fakultet, Split, Veljko Srzić, dipl.ing , , 2011.

Osnovni zahtjevi projektne zadaće pri proračunu vodnog udara u tlačnom cjevovodu je određivanje maksimalnih vrijednosti tlaka i protoka na zatvaraču te na osnovu toga dimenzioniranje cjevovoda za dani režim zatvaranja zatvarača. Također je potrebno proračunati proces naglog puštanja turbina u pogon. U ovome slučaju, kada u početnoj fazi voda u tlačni cjevovod dolazi iz vodne komore, ne smije se dopustiti ni pod kojim uvjetima ulazak zraka u tlačni cjevovod, što bi radi kavitacije i komprimacije moglo dovesti do znatnog oštećenja ili puknuća cjevovoda. Kao rezultat proračuna vodnog udara proizlaze dimenzije tlačnog cjevovoda, provjera rezervi vode iz vodne komore i definiranje sigurnog režima zaustavljanja i puštanja u pogon turbina.

Pri izučavanju pojave hidrauličkog udara temeljni i pionirski doprinos dali su u svojim radovima Nikolaj Žukovski (1899.) i L. Allievi (1925). Po formuli Žukovskog, pri trenutnom potpunom zatvaranju, prirast tlaka na zatvaraču će doseći vrijednost: Δp = ρ • vo • a, pri čemu je vo - brzina u tlačnom cjevovodu prije zaustavljanja toka a a - brzina širenja elastičnih poremećaja. "Practical Hydraulics" Kay Melvyn, publisher=Taylor & Francis, , 2008.

</center>

gdje je: ΔP - prirast tlaka na zatvaraču (Pa), ρ – gustoća fluida (kgm−3), a – brzina zvuka u fluidu (m/s) i Δv – promjena brzine fluida (m/s). Impuls sile se stvara zbog 3. Newtonovog zakona gibanja i jednadžbi kontinuiteta, koji se primjenjuju za usporenje fluida. Bruce S., Larock E., Jeppson R. W., Watters G.Z., "Hydraulics of Pipeline Systems", CRC Press, 2000.

Zaštita od vodnog udara Tlačni cjevovodi se mogu štititi od vodnog udara osim s vodnim komorama i sa:"Vodni udar u tlačnom cjevovodu" info.grad.hr, , 2011. povećanje promjera cjevovoda čime se utječe na smanjenje brzine, a time i na veličinu vodnog udara izborom materijala od kojeg se radi cjevovod (veličina prirasta tlaka kod vodnog udara ovisi o brzini širenja elastičnih poremečaja, koji su u funkciji materijala iz kojeg se napravljen cjevovod. Elastični cjevovod smanjuje brzinu širenja poremećaja, tako da je za čelični cjevovod uobičajena brzina širenja elastičnih poremečaja ≈ 1000 m/s. Plastični cjevovodi još više smanjuju brzinu širenja poremećaja ≈ 300 m/s. povećanjem momenta inercije crpke ugradnjom zamašnjaka između crpke i elektromotora čime se produljuje vrijeme zaustavljanja crpke, pa su i promjene brzine manje postepeno zatvaranje ili otvaranje zasuna ugrađenog iza crpke čime se smanjuju promjene brzine ozračivanjem (upuštanjem zraka u cjevovod - zrak treba prije ponovnog upuštanja cjevovoda odstraniti) ugradnjom odušnog ventila

Brzina širenja vodnog udara

Brzina širenja zvuka u fluidu je određeno sa ,, a vršna vrijednost će ovisiti o:

,

gdje je: a - brzina širenja vodnog udara K - = modul elastičnosti fluida - gustoća fluida E - modul elastičnosti materijala cijevi D - unutrašnji promjer cijevi t - debljina stijenke cijevi c - bezdimenzionalni parametar zbog sustava cijevi koji utječu na brzinu vala

Za čelični cjevovod uobičajena brzina širenja elastičnih poremečaja ≈ 1000 m/s. Plastični cjevovodi još više smanjuju brzinu širenja poremećaja ≈ 300 m/s.

Izvori

Kategorija:Hidroelektrane