Polska - Zjawiska uderzenia ciśnienia

Zjawiska uderzenia ciśnienia

Jeżeli w sieci przewodów rurowych mają miejsce nagłe zmiany prędkości, np. jeżeli są wyłączane urządzenia, zamykane zawory zwrotne itp., powstaje fala ciśnienia, która rozchodzi się po sieci z określoną prędkością. Jest ona w dużym stopniu uzależniona od materiału, z jakiego wykonane są rury oraz jego grubości. Ta fala ciśnienia może mieć negatywny wpływ na sieć; rury i złączki rurowe mogą pękać. Maksymalny wzrost ciśnienia ponad ciśnienie panujące w momencie zamknięcia zaworu można w przybliżeniu wyliczyć wykorzystując formułę Joukowsky’ego:

gdzie:

= ciśnienie w mWS w porównaniu z ciśnieniem wyjściowym.

= prędkość progu ciśnieniowego w m/sec

= zmiana strumienia objętości w m³/s

= przyspieszenie ziemskie

= średnica rury w m²

Maksymalne możliwe nadciśnienie może być krytyczne. W większości sytuacji to jednak podciśnienia powodują najwięcej problemów, gdyż przewody rurowe są bardziej wrażliwe na wgniecenia wyboczeniowe niż na pęknięcie wskutek nadciśnienia.

Zmęczenie materiału: W układzie, w którym często mają miejsce włączenia i wyłączenia należy liczyć się z ryzykiem wystąpienia zjawiska zmęczenia materiału. Większość materiałów, z których wykonane są przewody rurowe, jest bardziej wrażliwa na zmęczenie materiału spowodowanego podciśnieniem niż nadciśnieniem.
Jeżeli ciśnienie w części sieci przewodów rurowych spadnie poniżej ciśnienia parowania, tłoczone medium zaczyna parować. Pomiędzy słupami cieczy w rurach powstają pęcherze. Niszczące ciśnienia mogą powstawać, jeżeli takie pęcherze kawitacyjne się połączą.

Metody ochrony sieci rur:

Przy wyborze odpowiednich metod ochrony sieci rur, należy uwzględnić różne czynniki: ilość pomp, które są równocześnie uruchamiane, występowanie trybu włączania/wyłączania lub trybu pracy ciągłej, czy dochodzi do normalnego wyłączania / włączania wskutek wystąpienia błędu, problemy z podciśnieniem lub zmęczeniem materiału, ryzyko zatkania itd. Wszystkie metody ochrony sieci rur muszą się opierać na zrozumieniu ich wpływu na cały układ oraz możliwości zastosowania dla każdego pojedynczego przypadku.

Korek powietrzny/ „air chamber“
Korek powietrzny to rodzaj zbiornika zawierającego ciecz i sprężone powietrze połączony z rurą. Jeżeli dojdzie do spadku ciśnienia wskutek wyłączenia komponentu, „zbiornik” oddaje ciecz do rurociągu. Przepływ w rurze powoli się zatrzymuje, przy wyeliminowaniu niskich ciśnień. Korek powietrzny umieszczony zbyt blisko pompy lub zaworu może nawet spowodować zatkanie.

Wolno zamykane zawory:
Przed wyłączeniem pompy strumień tłoczonej cieczy jest powoli zmniejszany zaworem. Przepływ w rurze powoli się zmniejsza, unika się w ten sposób niskich ciśnień. Metoda ta nie nadaje się do ochrony sieci rur w przypadku ryzyka utraty zasilania, gdyż procedura zamykania zaworu musi być zakończona zanim pompa zostanie wyłączona.

Zawory napowietrzające / zawór zrywający próżnię:
Zawory napowietrzające montuje się wzdłuż rury w miejscach, w których mogą powstać podciśnienia. Automatycznie wprowadzają one powietrze do układu, gdy ciśnienie spadnie tam poniżej określonej wartości. Powietrze, które zostanie wpuszczone do układu, musi później zostać z tego układu wyprowadzone przez zawór odpowietrzający, tak aby nie powstały korki powietrzne w najwyżej położonych punktach sieci rur. Gdyby powietrze uchodziło zbyt szybko, słup cieczy, który wypycha powietrze, może osiągnąć wysoką prędkość. Jeżeli całe powietrze ujdzie i słup cieczy nagle się zatrzyma, mogą powstać wysokie ciśnienia.

Zawory odpowietrzające:
W miejscach, w których mogą wystąpić wysokie ciśnienia, montuje się zawory odpowietrzające. Otwierają się one automatycznie i wypuszczają ciecz, jeżeli ciśnienie osiągnie zbyt wysoką wartość.

Czynniki ryzyka:

Profil rury: Linia minimalnego ciśnienia zależy m. in. od takich czynników, jak prędkość rozprzestrzeniania fali ciśnienia oraz moment bezwładności masy pomp. Będzie ona miała taki sam przebieg, niezależnie od profilu rury (jeżeli nie będzie występowało parowanie). Wysokość podciśnienia, jakie musi wytrzymać rura, będzie zależeć od profilu rury, jest do odległość od linii minimalnego ciśnienia do końca rury (patrz ilustracja).

Długość rury: Im krótsza rura, tym szybciej wraca odbijana fala ciśnienia, przez co podnosi się linia ciśnień.

Moment bezwładności masy: Im wyższy moment bezwładności masy, tym dłużej pompa będzie pracować po jej wyłączeniu i tym mniej opadnie linia ciśnień do momentu podwyższenia jej przez odbitą falę ciśnienia.

Prędkość rozprzestrzeniania się fali: Prędkość ta zależy od elastyczności ścianek przewodów rurowych oraz od sprężalności medium. Niektóre typowe wartości dla rur zawierających wodę to: dla PCW: a= 300m/s, dla stali: a= 1100 m/s.

Broszura: Obliczenia początkowe

(121 KB)
(obecnie dostępna tylko wersja angielska)