Water hammers into pipeline systems because of oscillatory instability

Abstract

The paper presents an analysis of well-known research on determining of the causes and conditions for water hammers into pipeline systems of different power facilities. Pulse high-amplitude dynamic impact on power equipment and pipeline system elements accompanies water hammers. When water hammers, the kinetic energy of the flow stagnation turns into the energy of the water hammer pulse. Water hammers can significantly affect reliability and operability of power equipment and pipeline system elements. It was revealed that oscillatory hydrodynamic instability effects are the least studied causes and conditions for water hammers into pipeline systems of power facilities. The method to determine the conditions for water hammers in closed forced circulation circuits of energy systems is considered. The method is based on the conditions for oscillatory hydrodynamic instability because of the inertia of the pump head-flow characteristic. The “time delay” of response of the pump head-flow characteristic to changing the flow hydrodynamic parameters defines the inertia. Verification of the considered method to specify conditions for water hammers is provided by the example of known results of experimental research. Professor Korolev’s experimental data obtained at the closed circulating experimental stand with piston pumps are used to verify the considered method. Calculations and experiments agree quite satisfactorily with the exception of a single mode, which also does not correlate, with other experimental data.

У статті представлений аналіз відомих досліджень в області визначення причин та умов виникнення гідроударів в трубопровідних системах різних енергоустановок. Виникнення гідродинамічних ударів супроводжується імпульсним високоамплітудним динамічним впливом на енергетичне обладнання і елементи трубопровідних систем. При гідродинамічних ударах відбувається перехід кінетичної енергії гальмування потоку в енергію імпульсу тиску гідродинамічного удару. Гідродинамічні удари можуть істотно впливати на надійність і працездатність енергетичного обладнання і елементів трубопровідних систем. Встановлено, що найменш вивченими причинами та умовами виникнення гідроударів в трубопровідних системах енергоустановок є ефекти коливальної гідродинамічної нестійкості. Розглянуто метод визначення умов виникнення гідроударів в замкнутих контурах примусової циркуляції енергетичних систем. Метод заснований на умовах виникнення коливальної гідродинамічної нестійкості внаслідок інерційності напірно-витратної характеристики насосів. Інерційність визначається «запізненням» у часі реакції напірно-витратної характеристики насосу на зміну гідродинамічних параметрів потоку. Представлена верифікація розглянутого методу визначення умов виникнення гідродинамічних ударів на прикладі відомих результатів експериментальних досліджень. Для верифікації розглянутого методу використані експериментальні дані професора О.В. Королева, отримані на замкнутому циркуляційному експериментальному стенді з поршневими насосами. Узгодження розрахунків і експериментів цілком задовільне. Зі узгодження розрахункових обґрунтувань і експериментальних даних виняток становить тільки один режим, який також не корелює з іншими експериментальними даними.