Uderzenia wodne - Mechanizm powstawania - cz. 2

Uderzenia wodne - Mechanizm powstawania

Uderzenia wodne, które występują w układach pary i kondensatu możemy podzielić na dwie główne kategorie :

• Spowodowane uderzeniami szybko płynącego kondensatu w rurociągu , zawory itp.
• Spowodowane nagłą kondensacją pary i zderzanie się fal kondensatu ze sobą

Uderzenia wodne powodowane szybko płynącym kondensatem

Starty ciepła powodują powstawanie kondensatu w rurociągach przesyłowych. Para płynąc z duża prędkością zabiera kondensat i powodują jego falowanie. Prowadzi to w efekcie do powstania "korków " wypełnionych kondensatem które są rozpędzane przez płynącą parę. Jest to podobne do wysokich fal powodowanych bardzo silnym wiatrem. W tym przypadku uderzenia wodne wyst ępują gdy taki "korek" napotka fizyczną przeszkodę w postaci kolana , zaworu itp..

Uderzenia wodna spowodowane nagłą kondensacją pary

Gdy para oddaje ciepło i się skondensuje jej objętość zmienia się więcej niż 1000-krotnie gdyż o tyle mniejszą objętość posiada kondensat. Gdy para styka się z przechłodzonym kondensatem może dochodzić do jej nagłej kondensacji i objętość spada tak znacznie do prawie "niczego".
Gdy wystąpi jej kondensacja na skutek tak silnej zmiany objętości przez nią zajmowanej powstaje w tym miejscu próżnia i kondensat otaczający ją nagle ją wypełnia zderzając się ze sobą.
Tego rodzaju uderzenia wodne często nazywane są uderzaniami na skutek kondensacji pary.

Dlatego tak niebezpieczna jest sytuacja gdy mamy do czynienia w mieszaniną pary i przechłodzonego kondensatu w rurociągu. Niestety w układach powrotu kondensatu niełatwo jest zapobiegać temu zjawisku.
Mimo, iż ten rodzaj uderzeń jest ograniczony do układów powrotu kondensatu , mogą one wystąpić również w rurociągach pary wodnej gdy kondensat nie jest odprowadzony dostatecznie szybko.

Obydwa rodzaje uderzeń są niebezpieczne , jednakże te pochodzące od kondensacji pary charakteryzują się większą intensywnością i częstotliwością.

Wideo powyżej pokazuje zjawisko uderzeń wodnych na skutek kondensacji pary sfilmowane w laboratorium firmy TLV . Takie uderzenia wodne mogą wystąpić gdy powstaną kieszenie parowe otoczone kondensatem.

W jaki sposób temperatura kondensatu wpływa na uderzenia wodne ?

Zakładano , iż im większa różnica temperatur pary i kondensatu tym większa siła uderzeń wodnych , jednakże w toku badań okazało się, że uderzenia wodne o największej sile wystąpiły przy temperaturze kondensatu tylko trochę niższej od temperatury pary wodnej.
Dokładniej dla temperatury pary wynoszącej 100 °C uderzenia dla kontaktu z kondensatem o temperaturze 70 - 80 °C były większe niż przy kontakcie z kondensatem o temperaturze 50-60 °C.

Może to być matematycznie wyliczone i wyniki takich obliczeń pokazują na silną zależność intensywności takich uderzeń od objętości "kieszeni parowych" które ulegają kondensacji.
Analizując powyższy wykres możemy wyodrębnić 3 odrębne strefy temperatury kondensatu :

• Po lewej stronie para wchodzi w kontakt z zimnym kondensatem i natychmiastowo się kondensuje W tym przypadku występuje kondensacja małych pęcherzy pary i nie tworzą się duże "kieszenie parowe" i z tego powodu uderzenia wodne są mniejsze.
• W środkowej sekcji występuje relatywnie duża różnica temperatur pomiędzy parą i kondensatem 20-30°C. Para nie skrapla się od razu tylko stopniowo , i osiąga punkt gdy nagle cała się kondensuje. Czas od wejścia pary w kontakt z kondensatem do jej kondensacji pozwala na wzrost pęcherzy do dużych rozmiarów "kieszeni parowych" i w efekcie silniejszych uderzeń wodnych.
• Po prawej stronie wykresu para wchodzi w kontakt z gorącym kondensatem blisko temperatury pary. W tym przypadku para nie kondensuje się od razu i uderzenia wodne nie występują. Potwierdza to fakt, iż w przypadku odwadniaczy odprowadzających kondensat w temperaturze pary uderzeni wodne nie pojawiają się i występuje przepływ 2-fazowy pary wtórnej i kondensatu.