Вода в роли молота

В конце прошлого столетия строители московского водопровода столкнулись с загадочным явлением: лопались только что проложенные трубы. Лопались без всяких видимых причин. Их заменяли, но они лопались снова то в одном месте, то в другом. Трубы рвала изнутри таинственная сила, которую, казалось бы, никак не могла создать насосная станция. Стенки труб были рассчитаны по всем правилам, толщина их взята с достаточным запасом прочности. Катастрофические поломки водопровода заставили поколебаться "отцов" города, финансирующих строительство: "Не возвратиться ли к старому, но надежному способу снабжения города водой - развозить ее в бочках на лошадях, как это делалось испокон веков?" Отчаявшись справиться с коварной водой, инженеры-водопроводчики обратились за помощью к известному русскому ученому Н. Е. Жуковскому, и тот довольно быстро нашел ответ.

Причина разрушения труб оказалась на удивление проста: резкое закрытие кранов. В момент внезапной остановки потока воды в трубах возникало явление, которое было названо гидравлическим ударом. Возле крана мгновенно подпрыгивало давление. Оно многократно превышало давление, создаваемое насосами. А затем "на сцену" выступали упругие свойства воды. Скачок давления в виде упругих колебаний, или так называемой ударной волны, со скоростью звука бежал вдоль трубы и, найдя уязвимое место, рвал стенки трубы. Разрушение зачастую происходило вдали от крана, и потому виновник происшествия - удар - оставался незамеченным.

Чем быстрее останавливали поток воды, тем мощнее становился гидравлический удар. Дело в том что на первых водопроводах устанавливали пробковые краны (наподобие самоварных). Короткое движение - и кран закрыт. По совету Н. Е. Жуковского эти краны были заменены вентильными, постепенно закрывающимися (которыми мы пользуемся и поныне), и таинственные разрушения труб прекратились.

Вскоре, однако, гидравлический удар дал знать о себе и в других быстро развивающихся отраслях гидравлической техники. И чем большие скорости движения жидкости использовало человечество, чем сложнее и чувствительнее становилась аппаратура, тем суровее напоминал о себе гидравлический удар.

Ныне он подкарауливает нас в каждом насосе, в каждом клапане, в каждой трубе, т. е. всюду, где возможна резкая остановка движущейся жидкости. Зачастую никакие ухищрения не помогают избавиться от гидравлического удара, и тогда конструкторы вынуждены повышать прочность деталей, делать устройства более тяжелыми и громоздкими. Или остается мириться с тем, что деталь раньше времени выходит из строя - выкрашивается, лопается, деформируется.

Кавитация действует постепенно. Гидравлический удар подобен удару молота или, точнее, тысяче ударов, следующих один за другим. Как и кавитация, он неизбежный и непримиримый враг гидравлической техники.