Прямий гідравлічний удар відбувається при часу закриття засувки. де L - відстань до резервуари або водойми, здатного підтримувати постійний тиск;
С - швидкість поширення ударної хвилі в трубопроводі.
У разі прямого гідравлічного удару створюється повна сила удару.
Непрямий гідравлічний удар виходить при. Такий удар характеризується меншою силою.
Раптове підвищення тиску може бути розраховане за методом М.Є. Жуковського.
Розглянемо прямий гідравлічний удар при раптовому закритті засувки в кінці трубопроводу. Для виведення основних залежностей застосуємо теорему про зменшення кількості руху. При такому ударі спочатку зупиниться найближчий до засувки шар води завтовшки між перетинами nn-mm площею. У цьому обсязі вода стиснеться, і одночасно завдяки їх пружності розширяться стінки трубопроводу.
До зупинки руху води тиск перед засувкою було P0. а після зупинки збільшується і буде Р1. тобто тиск зросте на величину. За нескінченно малий проміжок часу маса рідини в обсязі зупиняється і втрачає кількість руху. де початкова швидкість, а швидкість в момент зупинки.
Імпульс діючих сил за той же проміжок часу
.
Згідно з теоремою про кількість руху, його зміна одно імпульсу діючих сил за той же нескінченно малий проміжок часу, і отже. звідки.
У зв'язку з тим, що відношення являє собою швидкість поширення ударної хвилі З в трубопроводі, отримаємо підвищення тиску
Підвищення напору в трубопроводі
Визначимо швидкість поширення ударної хвилі С для пружного трубопроводу круглого поперечного перерізу.
Розглянемо відсік рідини довжиною з початковою площею перетину. Вище перетину рух рідини відбувається, як і до закриття зі швидкістю. У зв'язку з цим за період часу в розглянутий відсік надійде додатковий об'єм рідини:
.
За час обсяг відсіку збільшується за рахунок розтягування стінок труби під дією підвищення тиску на величину. Крім того, початковий обсяг рідини в відсіку внаслідок підвищення тиску зменшиться за рахунок стиснення рідини на.
Виходячи із закону збереження маси рідини при гідравлічному ударі і нехтуючи нескінченно малими величинами другого порядку, можна записати
Обсяг визначається з умови зростання первісної площі живого перетину на до величини при розтягуванні стінок труби від до.
.
Зменшення обсягу за рахунок стиснення рідини
,
де - коефіцієнт об'ємного стиснення, визначений відповідно до рекомендацій.
З врахуванням того, що . де - модуль об'ємної пружності рідини.
Підставляючи значення. і в (5) отримаємо:,
Так як . а. можна записати залежність (6) у вигляді. або як перехід до меж:.
Розглянемо відносну деформацію площі трубопроводу, нехтуючи нескінченно малими другого порядку,.
З механіки пружних тіл відомо, що відносна деформація може бути виражена виражена в залежність від особи, якій нею растягивающего напруги в матеріалі труби і модуль його пружності за законом Гука: е
З фізики відомо, що напруга в стінках трубопроводу може бути виражена формулою Маріотта. де е товщина стінок.
Підставляючи останній вираз і після незначних перетворень отримаємо залежність для визначення швидкості
З фізики відомо, що вираз є швидкістю звуку в рідкому середовищі.
Тоді для трубопроводів з водою
Зазвичай за цією формулою визначають швидкість поширення ударної хвилі і підставляють отримане значення в і
Визначивши швидкість с, можна знайти час, за яке ударна хвиля досягне водойми. Досягнувши водойми з великим об'ємом стоячої води, ударна хвиля відіб'ється від нього і піде по трубопроводу назад до засувки в вигляді хвилі зниженого тиску, тобто в цьому випадку знак хвилі, буде зворотний: там де було підвищення, буде зниження. Час, за яке ударна хвиля пройде шлях до резервуара і повернеться назад до засувки,
При русі води в трубопроводі до розташованого вище резервуару ударна хвиля починається зі зниження тиску, а назад приходить з підвищенням.
Непрямий гідравлічний удар, має місце з тому випадку, якщо час закриття засувки більше фази удару
Методи боротьби з гідравлічним ударом є заходи щодо недопущення небезпечних підвищень або знижень тиску в трубопроводах і заходи щодо їх захисту, якщо небезпечні коливання тиску виникнуть. Заходи боротьби з гідравлічним ударом залежать від умов подачі води: подається вода насосами в піднесений резервуар або йде самопливом з водойми вниз.
Якщо вода йде самопливом, і засувка знаходиться на нижньому кінці трубопроводу, можливі наступні заходи:
1.Наіболее часто застосовується повільне закриття засувки. Цей захід заснована на тому, що чим більше час закриття засувки. тим менше втрачена швидкість в трубопроводі і тим менше підвищення тиску від гідравлічного удару. Тому прагне до пристрою засувок такої конструкції, які давали б плавне закриття, а не нерівномірний з швидким зменшенням прохідного отвору затвора. У зв'язку з цим на трубопроводах малого діаметра слід встановлювати вентилі, які закриваються досить повільно, а не засувки шиберного типу або пробкові крани.
2.На трубопроводах встановлюють платформи резервуари, які представляють собою з'єднані з трубопроводом проміжні резервуари, заповнені водою до висоти, що відповідає нормальному тиску. При гідравлічному ударі в резервуар надходить певний обсяг води і додаткове тиск швидко гаситься.
Для цих цілей застосовують і повітряні ковпаки. Якщо вода подається знизу насосами наверх в резервуар, гідроудар виникає від зупинки насоса внаслідок припинення подачі електроенергії до мотору. У зв'язку з тим, що зворотний клапан, який встановлюється у насоса, закривається дуже швидко, на початку напірного трубопроводу. з огляду на різке припинення подачі води, виникає гідроудар, який при довгих водоводах практично прямій.
Боротьба з такого роду ударами може вестися декількома шляхами. Один з них-це установка, такого скидного пристрою, який при підході ударної хвилі відкривається і пропускає воду на вилив.
3.Другой шлях полягає у видаленні зворотного клапана і пропуску води в зворотному напрямку через насос.
4. Застосування труб з матеріалів з малими модулями пружності (гума та ін.)