Средства защиты водоводов от гидравлических ударов 

Существует очень много средств защиты водоводов от гидравлических ударов. Из применяющихся в настоящее время следует отметить: 

1) установку воздушных котлов; 

2) гашение гидравлических ударов путем сброса воды через насос; 

3) установку гасителей гидравлических ударов. 

Гашение гидравлических ударов с помощью воздушных котлов, устанавливаемых на станциях сразу же за обратными клапанами, происходит за счет того, что воздух, имеющийся в котле, при понижении давления расширяется и выдавливает воду из котла в водовод, а при подъеме давления вода входит в котел, сжимая имеющийся в нем воздух. В результате колебания давления смягчаются. 

Указанный способ применяется в США и некоторых других странах. Имеется несколько установок и в СССР. Недостатком их является громоздкость и необходимость тщательно следить за наличием воздуха в котле. 

Гашение воды через насос основано на том, что если на водоводе и у насоса не будет обратного клапана, тогда после внезапной остановки насоса поток воды пройдет через насос в обратном направлении, не создавая удара. При этом начинается обратное вращение насоса и мотора. В опытах проф. Мошнина это не оказывало вредного влияния на агрегат. Однако отказаться от установки обратных клапанов можно не всегда. 

При наличии нескольких работающих насосов обратные клапаны на каждом насосе необходимы. Нельзя также отказаться от обратных клапанов на водоводах при заглубленных насосных станциях, так как в случае аварии с трубами или арматурой в станции она будет затоплена водой из водовода. Кроме того, начинающий внедряться способ пуска насосов с открытой задвижкой также требует установки обратных клапанов. Поэтому лучше применять обратные клапаны с медленной посадкой. 

Такой клапан после пропуска через себя воды и гашения удара автоматически закроется, однако до настоящего времени таких клапанов практически нет., Наиболее удобным способом гашения гидравлических ударов являются гасители гидравлических ударов. 

Принцип их действия заключается в том, что в момент возникновения гидравлического удара гаситель открывается, сбрасывает определенный расход воды из водовода в сторожу и после гашения удара автоматически медленно закрывается. В СССР в настоящее время довольно широко применяются гасители гидравлических ударов Укрводгео Папина. 

Ниже приводится краткое описание работы гасителя, а на рис 209 дана его схема. Гаситель устанавливается на водоводе сразу же за обратным клапаном. Сбросная труба гасителя отводит воду в источник водоснабжения: реку, озеро и т. д., в резервуар чистой воды или в овраг. 

Гаситель состоит из собственно гасителя, масляного тормоза и распределителя. Назначение масляного тормоза - замедлить закрытие гагасителя и предупредить возникновение гидравлического удара при его закрытии. Распределитель соединяет надпоршневое пространство гасителя с водоводом до и после обратного клапана и обеспечивает автоматическое закрытие гасителя. 

При нормальной работе водовода гаситель закрыт, так как поршень 2 гасителя имеет большую площадь, чем клапан 1. При аварийном выключении насоса давление в водоводе за обратным клапаном сначала падает, а затем поднимается (рис. 207). Давление же в водоводе до обратного клапана падает до нуля (пунктир на рис. 207). 

Так как клапан гасителя соединен с водоводом после обратного клапана, а надпоршне вое пространство с водоводом — до обратного клапана, то клапан гасителя быстро открывается, вода вытекает по сбросной трубе, и удар гасится. После гашения удара начинается процесс автоматического закрытия гасителя. 

Из водовода после обратного клапана давление по трубке 7 передается в пространство между поршнями 9 и 8 цилиндра 4, посаженными на общем штоке, и вызывает их перемещение вниз, так как площадь поршня 8 больше площади поршня 9. 

Когда поршень 8 переместится ниже отверстия трубки 3, то верхняя часть цилиндра гасителя окажется соединенной уже с областью повышенного давления через трубку 3, и трубку 7. Теперь при равенстве давлений на поршень 2 и лапан 1 гасителя усилие, действующее на поршень 2, будет больше усилия, действующего на клапан 1, ввиду большей площади первого, и поршень вместе с клапаном пойдет вниз на закрытие. Плавное закрытие клапана обеспечивается масляным тормозом 10. 

При открытии гасителя поршень 12 масляного тормоза движется вверх, при этом масло из верхней части его цилиндра 10 выдавливается в нижнюю через большое и малое отверстия в поршне, и гаситель открывается быстро. При закрытии большое отверстие масляного тормоза прикрывается клапаном 11 и выдавливание масла ;из нижней части цилиндра в верхнюю происходит через малое отверстие, вследствие чего закрытие происходит медленно. Это необходимо для достаточно полного гашения гидравлического удара и плавного гашения скорости выходящей воды. 

После пуска насосов поршни 9 и 8 подымаются и занимают крайнее верхнее положение, благодаря тому, что давление на поршень 8 уравновешивается сверху и снизу, а на поршень 9 снизу действует полное давление насосов, а сверху — атмосферное давление. 

Таким образом, после пуска станции гаситель автоматически приводится в рабочее положение. Гасители гидравлических ударов Укрводгео изготавливаются диаметром 200 и 350 мм. Один гаситель диаметром 200 мм достаточен для защиты водовода диаметром до 600 мм. На водоводе диаметром от 700 до 1000 мм следует устанавливать два гасителя диаметром по 200 мм. Гасители диаметром 350 мм устанавливаются на водоводах диаметром свыше 1000 мм. 

Диаметр отводящей трубы от одного гасителя принимается 300— 400 мм, от двух—500—700 мм в зависимости от длины. Гасители следует устанавливать на неметаллических трубопроводах всех диаметров при высотах подъема свыше 30 м. На чугунных водопроводах гасители обычно приходится устанавливать при геометрической высоте подъема свыше 40 м. 

Стальные трубопроводы требуют защиты при высоте подъема свыше 60 м и больших диаметрах труб. На длинных трубопроводах, длина которых превышает безопасную длину, гасители не устанавливаются. В каждом случае желательно проведение испытаний водовода на гидравлический удар до ввода его в эксплуатацию. Испытания заключаются в том, что на водоводе за обратным клапаном устанавливается самопишущий манометр и затем производится выключение рабочего насоса и записывается диаграмма удара. 

Для безопасности испытания начинаются при скоростях меньших рабочей скорости (1/3 Vр ), а затем, если это не опасно для водовода, скорость при последующих выключениях доводится до рабочей. Обычно гасители приходится устанавливать на насосных станциях первого подъема, подающих воду в сравнительно короткие трубопроводы большого диаметра при значительной геометрической высоте подъема. Водоводы насосных станций второго подъема, работающие прямо в сеть, как правило, в защите от гидравлических ударов не нуждаются. 

Для иллюстрации работы гасителя на рис. 210а приведена диаграмма гидравлического удара, а на рис. 2106 — его гашения в водоводе диаметром 500 мм при геометрической высоте подъема 100 м и длине 3,2 км. Как видно из диаграммы на рис. 210а величина гидравлического удара достигала 26 атм при рабочем давлении 14 атм (удар протекал в условиях разрыва сплошности потока). При наличии гасителя максимальное давление составило 5 атм, т. е. удар был полностью ликвидирован.