Водоснабжение является одной из важнейших отраслей техники, основная задача которой состоит в обеспечении всех категорий потребителей водой необходимого качества, в требуемом количестве, под определенным напором и с достаточной степенью надежности. Аварии, которые происходят на водопроводных сетях и магистральных водоводах, не всегда позволяют обеспечивать эти основные положения.
При проектировании, реконструкции и анализе аварий в сложных системах напорных трубопроводов необходимо проводить расчет изменения давления и скорости жидкости в трубопроводах при гидравлическом ударе, который часто является одной из основных причин неприятностей при эксплуатации труб. Гидравлические удары, как известно, происходят при закрытии и открытии задвижек, клапанов, кранов, а также при пуске и остановке насосов. Известно, что гидравлический удар является причиной повреждения труб и насосов, а длительные колебания давления при гидравлическом ударе постепенно разрушают стыковые соединения и нарушают показания измерительных приборов. В определенных случаях давление в трубопроводе снижается до вакуумметрического, что может вызвать засасывание внутрь различных загрязнений через неплотности в стыках труб, вследствие чего ухудшается качество транспортируемой воды. Гидравлический удар, сопровождающийся понижением давления ниже атмосферного, представляет собой наиболее сложный расчетный случай. Поскольку при дальнейшем понижении давления в трубопроводе может произойти образование в них кавитационной каверны, что в свою очередь ведет к разрывам сплошности потока жидкости в одной или в нескольких точках по длине трубопровода. Следовательно, при расчете одно из основных дифференциальных уравнений неустановившегося движения жидкости будет неприменимо к точкам, где происходит разрыв сплошности потока.
На магистральных водоводах гидравлические удары чаще всего происходят вследствие отключения от энергии электродвигателей насосных агрегатов. Часто результатом таких сбоев является гидравлический удар, сопровождающийся понижением давления ниже атмосферного во всем трубопроводе или в какой-либо его части. В таких случаях величина максимального ударного давления в большей степени зависит от характера падения величины давления у насоса при его постепенной остановке и от профиля трубопровода. На ликвидацию последствий указанных аварий затрачиваются огромные денежные средства.
Для защиты трубопроводов от гидравлических ударов решающее значение имеют совершенные методы расчета и надежная конструкция противоударных устройств, а также правильная их эксплуатация. Метод расчета должен позволять получить достаточно точные значения ударных давлений на протяжении всего трубопровода.
Наиболее точное определение величины максимальных понижений и повышений давлений и мест их возникновения в трубопроводе в процессе гидравлического удара позволяет предусматривать наиболее эффективные и надежные в данных условиях способы защиты. Получение в ходе расчета завышенных значений максимального ударного давления по сравнению с существующими ведет к излишнему увеличению затрат на противоударную защиту.