Скорость ударной волны

Входящая в приведенные выражения скорость а ударной волны (импульс давления) в упругой жидкости, заключенной в упругий трубопровод, определяется по уравнению

где – плотность жидкости;

d и s – внутренний диаметр и толщина стенки трубы;

К – объемный модуль упругости жидкости; для деаэрированного минерального масла можно принять К = 1,6 · 10⁴ кГ/см²;

Е – модуль упругости материала трубы; для труб из стали 1Х18Н9Т можно принимать Е = 2 · 10⁶ кГ/см².

Эта скорость для воды (плотность =10² кгм^-4 сек²; модуль объемной упругости К = 20,87 · 10⁶ кГ/см²) в стальных трубах с отношением равна а = 1445 м/сек; для деаэрированного минерального масла а = 1320 ÷ 1440 м/сек; для применяющийся в гидросистемах масляной смеси АМГ-10 при С а = 1290 м/сек.

При наличии в масле нерастворенного воздуха в последнюю формулу подставляется вместо объемного модуля упругости жидкости значение приведенного объемного модуля упругости смеси жидкости с воздухом. В соответствии с этим скорость ударной волны, а следовательно, и величина ударного давления будут ниже, чем при деаэрированной жидкости.

Для трубы с абсолютно жесткими стенками (Е = ~) скорость распространения ударной волны равна скорости распространения звука в данной жидкой среде с плотностью р я объемным модулем упругости К:

Подсчеты показывают, что упругая деформация стенок распространенного стального трубопровода снижает скорость ударной волны по сравнению со скоростью в случае абсолютно жестких стенок практически на 9%, причем это снижение будет тем больше, чем выше при всех прочих равных условиях отношение . Из приведенного примера также следует, что величина ударного давления в стальных трубах превышает при тех же условиях ударное давление в медных и дюралевых трубах, Практически величина ударного давления в последних трубах на 8-10% ниже, чем в стальных при тех же условиях.

Заброс ударного давления в трубопроводе уменьшается с повышением местных гидравлических потерь, которые вызывают также затухание (демпфирование) колебании и уменьшают их длительность. Учитывая демпфирующий эффект местных сопротивлений, их часто используют для гашения гидравлического удара. Для этой цели в трубопровод устанавливают одну или несколько дроссельных шайб, с помощью которых достигается сглаживание фронта ударной волны и смягчение эффекта гидравлического дара на участке после дросселя.

Действие такой шайбы обусловлено как местным гидравлическим сопротивлением, так и инерционным эффектам течения жидкости через дроссельный канал. Ввиду этого чем меньше сечение этого канала по сравнению с сечением магистрали и чем больше длина этого канала, тем более высокими будут инерционные его свойства, а следовательно, и эффективность гашения гидравлического удара.