Il colpo d'ariete nelle condutture rappresentaun salto di pressione istantaneo. La caduta è associata a un brusco cambiamento nella velocità del flusso d'acqua. Inoltre impareremo più in dettaglio come si verifica il colpo d'ariete nelle condutture.
È erroneamente considerato colpo d'arieteil risultato del riempimento dello spazio sopra il pistone con liquido in un motore della configurazione corrispondente (pistone). Di conseguenza, il pistone non raggiunge il punto morto e inizia a comprimere l'acqua. Questo, a sua volta, porta a danni al motore. In particolare, ad uno stelo rotto o biella, rottura di perni nella testata, rottura di guarnizioni.
In base alla direzione del salto di pressione, il colpo d'ariete può essere:
In base al tempo di propagazione dell'onda e al periodo di sovrapposizione della saracinesca (o altre valvole di intercettazione), durante il quale si è formato uno shock idraulico nelle tubazioni, si suddivide in:
Nel primo caso, la parte anteriore dell'onda formatasi muove nella direzione opposta alla direzione originale del flusso d'acqua. L'ulteriore movimento dipenderà dagli elementi della tubazione, che si trovano prima della valvola chiusa. È molto probabile che il fronte d'onda passi ripetutamente avanti e indietro. Con uno shock idraulico incompleto, il flusso non solo può iniziare a muoversi nell'altra direzione, ma anche passare parzialmente oltre attraverso la valvola, se non è completamente chiusa.
Il più pericoloso è il positivocolpo d'ariete nel sistema di riscaldamento o di approvvigionamento idrico. Se la caduta di pressione è troppo alta, la linea può essere danneggiata. In particolare, sui tubi compaiono crepe longitudinali, che successivamente portano a una spaccatura, una violazione della tenuta delle valvole di arresto. A causa di questi guasti, le apparecchiature idrauliche iniziano a guastarsi: scambiatori di calore, pompe. A questo proposito, il colpo d'ariete deve essere prevenuto o ridotto in forza. La pressione dell'acqua diventa massima durante la decelerazione del flusso quando tutta l'energia cinetica viene trasferita al lavoro di stiramento delle pareti della linea principale e compressione della colonna di liquido.
Ha studiato sperimentalmente e teoricamente il fenomeno in1899 Nikolay Zhukovsky. Il ricercatore ha identificato le cause del colpo d'ariete. Il fenomeno è associato al fatto che nel processo di chiusura della linea attraverso la quale scorre il fluido, o quando viene chiusa rapidamente (quando è collegato un canale senza uscita con una fonte di energia idraulica), si forma un brusco cambiamento della pressione e della velocità dell'acqua. Non è simultaneo durante l'intera pipeline. Se in questo caso si effettuano determinate misurazioni, si può rivelare che il cambiamento di velocità si verifica in direzione e grandezza e pressione - sia nella direzione di diminuzione che in aumento rispetto a quella iniziale. Tutto ciò significa che nella linea si verifica un processo oscillatorio. È caratterizzato da una diminuzione periodica e da un aumento della pressione. L'intero processo è veloce ed è causato da deformazioni elastiche del fluido stesso e delle pareti del tubo. Zhukovsky ha dimostrato che la velocità con cui l'onda si propaga è direttamente proporzionale alla compressibilità dell'acqua. Anche l'entità della deformazione delle pareti del tubo è importante. È determinato dal modulo di elasticità del materiale. La velocità dell'onda dipende anche dal diametro della tubazione. Un brusco salto di pressione non può verificarsi in una linea piena di gas, poiché è facilmente compressa.
In un sistema di approvvigionamento idrico autonomo, ad esempiouna casa di campagna, una pompa da pozzo può essere utilizzata per creare pressione nella linea. Il colpo d'ariete si verifica quando il consumo di fluido si interrompe improvvisamente - quando il rubinetto è chiuso. Il flusso d'acqua che si muove lungo l'autostrada non è in grado di fermarsi all'istante. La colonna di liquido per inerzia taglia il "vicolo cieco" di alimentazione dell'acqua, che si è formato quando il rubinetto è stato chiuso. In questo caso, il relè non salva dal colpo d'ariete. Reagisce solo a un picco, spegnendo la pompa dopo che la valvola è chiusa e la pressione supera il valore massimo. L'arresto, come l'arresto del flusso d'acqua, non è istantaneo.
Puoi considerare una pipeline con una costantepressione e movimento del fluido, che ha una natura costante, in cui la valvola è stata chiusa bruscamente o la valvola è stata chiusa improvvisamente. In un sistema di approvvigionamento idrico del pozzo, di regola, il colpo d'ariete si verifica quando la valvola di ritegno si trova più in alto del livello statico dell'acqua (di 9 metri o più) o ha una perdita, mentre la valvola successiva situata sopra mantiene la pressione. E infatti, e in un altro caso, c'è una dimissione parziale. Al successivo avvio della pompa, l'acqua che scorre ad alta velocità riempirà il vuoto. Il fluido entra in collisione con la valvola di ritegno chiusa e il flusso sopra di essa, provocando un aumento di pressione. Il risultato è un colpo d'ariete. Non solo contribuisce alla formazione di crepe e alla distruzione delle articolazioni. Quando si verifica un picco di pressione, una pompa o un motore elettrico (e talvolta entrambi gli elementi contemporaneamente) vengono danneggiati. Questo fenomeno può verificarsi nei sistemi di azionamento idraulico a spostamento positivo quando viene utilizzata una valvola a spola. Quando la bobina chiude uno dei canali di iniezione del liquido, si verificano i processi sopra descritti.
La forza del salto dipenderà dalla portata fino ae dopo aver bloccato la linea. Più intenso è il movimento, più forte è il colpo in caso di arresto improvviso. La portata stessa dipenderà dal diametro della linea. Maggiore è la sezione trasversale, più debole è il movimento del fluido. Da ciò si può concludere che l'uso di condotte di grandi dimensioni riduce la probabilità di colpi d'ariete o la indebolisce. Un altro modo è aumentare la durata dell'interruzione dell'alimentazione idrica o dell'accensione della pompa. Gli elementi di intercettazione del tipo a valvola vengono utilizzati per chiudere gradualmente il tubo. I kit soft start vengono utilizzati soprattutto per le pompe. Consentono non solo di evitare il colpo d'ariete durante l'accensione, ma anche di aumentare significativamente la vita operativa della pompa.
La terza opzione di protezione prevede l'uso didispositivo di smorzamento. È un vaso di espansione a membrana in grado di "smorzare" i conseguenti sbalzi di pressione. I compensatori del colpo d'ariete funzionano secondo un principio specifico. Consiste nel fatto che nel processo di aumento della pressione, il pistone si muove dal liquido e l'elemento elastico (molla o aria) viene compresso. Di conseguenza, il processo di shock si trasforma in uno oscillatorio. A causa della dissipazione dell'energia, quest'ultima decade abbastanza rapidamente senza un aumento significativo della pressione. Il compensatore viene utilizzato nella linea di riempimento. Viene caricato con aria compressa a una pressione di 0,8-1,0 MPa. Il calcolo viene effettuato approssimativamente, in base alle condizioni per assorbire l'energia della colonna d'acqua motrice dal serbatoio di riempimento o accumulatore al compensatore.
