Гидравлический удар в тепловых сетях

Гидравлическим ударом называется волновой процесс, возникающий в капельной жидкости при быстром изменении ее скорости.

В трубопроводах этот процесс сопровождается мгновенными местными повышениями и понижениями давления, которые могут значительно выходить за пределы, имеющие место при стабильном режиме. В современных водяных тепловых сетях вероятность возникновения гидравлических ударов в последние годы существенно возросла в связи с увеличением единичной тепловой мощности теплоисточников (ТЭЦ и районных котельных), вводом в работу длинных теплопроводов большого диаметра и мощных насосных подстанций с большим количеством регулирующих приборов, клапанов и задвижек, а также включением в систему теплоснабжения пиковых водогрейных котлов.

При отказе какого-либо элемента такой системы, например при внезапной остановке насосов на станции или подстанциях, может произойти резкое изменение скорости воды в сети, сопровождающееся гидравлическим ударом. Опасность возникновения гидравлического удара возрастает при включении в систему водогрейных котлов.

В этом случае внезапное изменение расхода воды через котел может привести к резкому повышению температуры воды в котле, а затем к ее вскипанию в сети и последующей конденсации образовавшихся паровых пузырей в потоке воды более низкой температуры, сопровождающейся гидравлическим ударом.

Гидравлический удар может также возникнуть при быстром закрытии регулирующих клапанов на насосных и дроссельных подстанциях, вызвавшем резкое изменение скорости воды в сети.

Волны гидравлического удара распространяются по системе со скоростью звука в воде около 1000 м/с и могут многократно повторяться, пока энергия удара не израсходуется на работу сил трения и деформацию трубопроводов или не будет погашена в специальных устройствах, ограничивающих распространение гидравлического удара (воздушные колпаки, резервуары и дру­гие устройства). Наибольшую амплитуду изменения давления имеет обычно первая волна удара, которая поэтому является наиболее опасной.

Гидравлический удар в тепловой сети также может возникнуть при пуске сетевых насосов при открытой задвижке на напоре насоса. Центробежные насосы применяются и центробежными, и осевыми. Центробежные всегда пускаются на закрытую напорную задвижку, а осевые а открытую.

При гидравлическом ударе давление в теплопроводе возникает практически мгновенно; поэтому вызываемые гидравлическим ударом напряжения и деформации в трубопроводах существенно, примерно в 2 раза, больше, чем при постепенном повышении давления от нуля до рабочего. Кроме того при гидравлическом ударе в теплопроводе возникает ударная волна. Скорость, м/с, перемещения волны удара в трубопроводе, равная скорости звука (от 100 до 1300 м/с. При этом ударная волна сталкивается с потоком остановленной воды в трубопроводе (состояние покоя при остановке насосов), происходит удар, и волна движется в обратном направлении. Таким образом, затихание гидроудара происходит волнообразно. При этом возможны сильные разрушения трубопровода. Итак, волновой процесс вызывает внезапная остановка сетевых насосов.

При запуске насосов из неподвижного состояния «на сеть» с открытыми задвижками на подающем и обратном коллекторах также возникает волновой процесс, сопровождающийся повышением давления (напора) на подающем коллекторе.

Обычные автоматы, предохраняющие в стационарных условиях систему от опасных гид­равлических режимов, как правило, не могут защитить ее от волновых явлений, возникающих при гидравлическом ударе.

Для защиты системы теплоснабжения от недопустимого повышения давления при гидравлическом ударе применяются специальные устройства, которые по принципу работы можно разделить на следующие группы:

1) устройства, изменяющие знак волны давлений. К ним относятся обратные клапаны на перемычках, соединяющих трубопроводы, в которых волны давлений имеют разные знаки. В частности, такие перемычки часто устанавливаются между обратным и подающими коллекторами насосных на ТЭЦ или в крупных котельных (см., например, перемычку III на рис. 3.12).

При внезапной остановке насосов, когда давление в обратном коллекторе превышает давления в подающем коллекторе, открывается обратный клапан или затвор 11 на противоударной перемычке и давления в коллекторах выравниваются;

2) устройства, тормозящие распространение волнового процесса. К ним относятся газовые и воздушные колпаки;

3) устройства для сброса давлений. К ним относятся уравнительные резервуары, разрывные диафрагмы и предохранительные клапаны. Последние малонадежны из-за возможного прикипания и недостаточного быстродействия;

4) устройства, изменяющие характеристику источника возмущения. К ним относится установка маховых колес на валу насоса, которые увеличивают момент инерции агрегата.

Для предотвращения гидроудара применяются быстродействующие устройства для автоматического включения резервного насоса при выходе из строя рабочего насоса.

Контрольные вопросы к темам 3.1.