Что такое гидравлический удар? Причины гидравлического удара в трубах. Водяной удар двигателя


eXens › Блог › Как избежать гидроудара? Как вести себя если получил гидроудар? И ремонт двигателя после гидроудара.

Актуально весной.

• Что такое гидроудар двигателя?

Гидроудар – попадание воды в камеры сгорания двигателя (обычно это происходит через воздуховод), с последующим ударом поршней двигателя об эту водную пробку, после чего двигатель выходит из строя. Вода может попасть двумя способами.

Первый – это когда вы на большой скорости «влетаете» в глубокую лужу, вода буквально под давлением попадает в воздушный фильтр, а далее в камеры сгорания.

Второй – это когда уровень воды настолько велик, что вода сама затекает в воздуховод двигателя. Бывает это редко, однако бывает, например таким видом гидроудара, обладают автомобили из подтопленных районов Европы.

После того как вода попала в цилиндры двигателя, происходит следующее. Вода жидкость не сжимаемая, как допустим топливо или воздух. После того как вода попала в поршень двигателя, на такте сжатия (клапана закрыты), поршень двигаясь вверх упирается в водный барьер (своеобразный удар), давление внутри цилиндра возрастает в десятки а то и сотни раз, но двигатель пытается закончить цикл и старается довести поршень до верхней точки. Таким образом, тот цилиндр, куда попала вода, практически мгновенно останавливается, упираясь – ударяясь в эту водную пробку. Тут то и происходят гидроудар, соответственно критические поломки двигателя, обычно это погнутые «шатуны», сломанные поршни или пальцы поршней, но самая сложная поломка это разрыв блока двигателя, такое бывает достаточно часто. Теперь представьте, какое давление в цилиндрах двигателя, если разрывает блок.

• Как избежать гидроудара двигателя?

И опять же все просто.

1) Не нужно «летать» по глубоким лужам на высоких скоростях, есть очень высокий шанс попадания воды на воздушный фильтр, а затем в цилиндры двигателя.

2) Также не нужно переоценивать свой автомобиль, когда на маленьком автомобиле, вы практически вплавь пытаетесь преодолеть глубокую лужу, похожую на малое озеро – болото.

А вообще как говорят бывалые водители, если «льет как из ведра» и дороги превратились в реки, то лучше переждать такую погоду дома. И машина будет цела, и вы себя убережете от всяких неприятностей в виде ям под водой. Однако если ехать все-таки пришлось, то запомните одно правило, по глубоким лужам едем, чем медленнее – тем лучше. Желательно, если будете ехать 5 – 7 км/ч, на первой передаче, не больше! А так, лучше объезжайте глубокие лужи!

Как вести себя, если получил гидроудар?Многие после пересечения глубокой лужи на скорости, обнаруживают, что двигатель заглох. Пытаются завести двигатель (сначала он даже может крутить), а после «бах» и куска блока нет, или же крутите ключ зажигания, а двигатель не вращается! Это признаки гидроудара двигателя!

Нужно быть морально к нему готовым. Например – если вы «пролетели» глубокую лужу на высокой скорости и затем двигатель заглох, то не нужно его пытаться завести, помните о гидроударе двигателя! Если вы его пытаетесь завести, а в нем вода, то вы его просто добиваете! Есть одно простое правило:

«Если после пересечения большой и глубокой лужи, ваш автомобиль заглох, это первый признак гидроудара двигателя. Не в коем случае не «крутим» двигатель, спокойно выходим и выкручиваем свечи, причем все, мы же не знаем в каком цилиндре у нас вода. Разбираем кожух воздушного фильтра и трогаем воздушный фильтр, если он мокрый, то это очень плохо. После того как свечи выкрутили, теперь двигатель нужно попробовать «покрутить», если вода в цилиндрах есть, то большая часть выйдет из отверстий где были вставлены свечи зажигания. Двигатель крутится, вода выходит из отверстий, считайте, что вам повезло! Однако закручивать свечи не нужно, вызываем эвакуатор и едем на СТО, там должны просушить цилиндры двигателя и сам двигатель окончательно, сами вы этого не сделаете, хотя бы потому что нужно удалить воду не только из цилиндров, но и из воздушного фильтра и патрубка воздуховода.»

Это меньшая проблема, после гидроудара двигателя, однако часто бывает, что двигатель не крутится или разорван блок цилиндров, тогда только ремонт.

• Ремонт двигателя после гидроудара.

Сказать что это дорого, это не сказать ничего! Это очень дорого! Ладно, если у вас погнуло «шатуны», это полбеды нужно менять всю поршнево-шатунную группу, что уже не мало! Но вот если у вас разорвало блок двигателя, то вам нужен будет не только новый блок цилиндров, но и новая поршнево-шатунная группа, плюс это все нужно качественно собрать и поставить в итоге, цена получится очень большой.

Подводя итог в моей статье – гидроудар двигателя, хочу вас еще раз предупредить, ну не гоняйте вы по глубоким лужам, проезжайте их аккуратно! Особенно это касается ПАЦАНОВ на заниженных машинах, типа «спортивных», которые носятся везде и всегда, притормозите перед лужей, чтобы потом не было мучительно больно, восстанавливать убитый двигатель!

www.drive2.ru

Что такое гидроудар? — DRIVE2

Гидроударом называется резкое возрастание давления в одном из цилиндров двигателя (многократно превышающее допустимое), происходящее в результате попадания в него значительного количества жидкости, которая в отличие от подготовленной топливной смеси практически не сжимается. Причем для дизельных двигателей (а они в сравнении с бензиновыми имеют меньшую камеру сгорания и существенно более высокую компрессию) для возникновения гидроудара нужно наличие гораздо меньшего количества воды, попавшей в цилиндр двигателя.

• Последствия гидроудара

В цилиндре с жидкостью при движении поршня вверх давление нарастает очень стремительно. Максимальное давление при этом многократно превышает допустимое. Сила давления, приложенная к поршню, воздействует через палец на шатун, вызывая в нем большие напряжения сжатия. С другой стороны, инерция вращающихся частей двигателя (а при включенной передаче и инерция движущегося автомобиля) дополнительно пытается провернуть коленвал, еще больше увеличивая нагрузку на шатун.

Если силы инерции, действующие на детали двигателя, невелики, то шатун, поршень и палец могут выдержать приложенную нагрузку (это бывает крайне редко). Но чаще всего стержень шатуна сжимается и изгибается (теряет устойчивость). Вследствие чего расстояние меду центрами верхней и нижней головок шатуна уменьшается, то есть шатун укорачивается. Если силы инерции значительны, то и шатун деформируется сильно. При этом поршень проходит через верхнюю мертвую точку, коленчатый вал продолжает вращаться и поршень начинает двигаться вниз. Если шатун изогнулся очень сильно, то он может упереться в стенку цилиндра — и двигатель заклинит. Случай не самый страшный — достаточно будет заменить шатун, поршень и палец. Гораздо хуже, если при сильно сокращенном расстоянии между отверстиями головок шатуна двигатель продолжает вращаться. В таком случае при приближении к нижней мертвой точке поршень своей юбкой садится на противовесы коленчатого вала. Далее следует разрушение поршня, а возможно, и обрыв шатуна (его обломок может пробить боковую стенку цилиндра).

Гидроудар сказывается и на других деталях двигателя. Так, под действием высокого давления деформируется головка блока цилиндров (очень редко). В момент резкой остановки двигателя за счет инерции газораспределительного механизма страдает цепь или ремень привода. При этом значительные нагрузки испытывает и натяжитель цепи (ремня). А посему все вышеперечисленные детали и узлы тоже могут потребовать замены.

Коленчатый вал, напротив, страдает довольно редко. И только при очень больших масштабах разрушения других деталей он может деформироваться или ломаться. Кстати, при разборке двигателя очень легко определить, что явилось причиной поломки шатуна и заклинивания коленчатого вала — гидроудар или масляное голодание. При масляном голодании разрушение шатуна происходит в результате перегрева и "прихватывания" вкладышей коленчатого вала. В этом случае на нижней головке шатуна хорошо видны "цвета побежалости" и задиры. При гидроударе же нижняя головка шатуна остается совершенно нормальной.

• Что делать при остановке двигателя ?

Так как же быть, если при пересечении лужи, брода, болота двигатель вдруг резко остановился? Ни в коем случае не стоит пытаться сразу же запустить двигатель. Для начала следует открыть крышку воздушного фильтра. Если под крышкой обнаружится вода, то практически со стопроцентной уверенностью можно говорить о том, что причиной остановки двигателя стал гидроудар. В этом случае необходимо вывернуть свечи и попробовать вручную провернуть двигатель. Допустим, вам удается сделать полный оборот коленчатого вала двигателя и вы чувствуете, что поршень не касается противовесов коленчатого вала. Это значит, что шатун не деформирован или деформирован незначительно. Теперь можно попробовать прокрутить двигатель стартером. Но внимание! Если слышен стук — немедленно остановите двигатель и прекратите все попытки его запустить. Ведь если находящийся в аварийном состоянии двигатель запустится, то даже после непродолжительной работы за счет больших нагрузок, возникающих от касания поршнем противовесов, произойдет их разрушение, ведущее к гораздо более тяжелым последствиям. Если же стука нет, то, продув цилиндры, можно заворачивать свечи и пытаться запустить двигатель. Но поскольку существует вероятность деформации головки двигателя, то "тянуть на базу" следует с крайней осторожностью, тщательно контролируя температуру охлаждающей жидкости и давление масла. В дальнейшем двигатель следует подвергнуть частичной разборке для контроля деталей: вероятнее всего, потребуется замена шатуна и поршня, а также фрезеровка плоскости головки блока цилиндров.

А вот с дизельным двигателем все гораздо сложнее. Из-за отсутствия быстро снимаемых свечей зажигания продуть цилиндр от воды довольно трудно. Да и страдает дизель, как правило, гораздо сильнее. Поэтому, сняв крышку фильтра и убедившись в наличии под ней воды, незадачливому "подводнику" остается только буксировать автомобиль в сервисный центр.

Ремонт двигателя, пережившего гидроудар, мало отличается от обычного капитального ремонта. Хуже, если оборванный шатун пробьет блок цилиндров, но и в этом случае, как показывает опыт, блок также может быть отремонтирован.

Большое значение имеет и то, сколько времени простоял автомобиль после гидроудара. Ведь под действием воды в цилиндрах двигателя начинается интенсивная коррозия, и уже через месяц может потребоваться расточка блока.

• Шноркель

Шноркелем изначально называлась трубка, используемая ныряльщиками для того, чтобы осуществлять дыхание под водой. В автомобиль эта деталь перекочевала после проведения тестовых испытаний в армейской технике (использовалась для движения бронетехники по дну рек или например для скрытного движения подводных лодок на небольшой глубине). Используется для того, чтобы значительно увеличить глубину преодолеваемых водных преград (стандартный заборник на "сухопутных крейсерах" расположен под передним крылом на высоте примерно 80 см — 1 м в зависимости от размера колес). Шноркеля выпускаются тюнинговыми фирмами, народными умельцами, а также, в редких случаях, производителями автомобилей.

www.drive2.ru

Гидравлический удар в поршневой машине — DRIVE2

Гидравлический удар. Общие сведения.

Гидравлическим ударом называется явление, происходящее в двигателях внутреннего сгорания при попадании в рабочую камеру значительного количества жидкости. Как известно, цикл работы поршневого четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. На такте сжатия происходит сжатие газообразной топливовоздушной смеси (или воздуха у ДВС с впрыском в камеру сгорания). Газы, как известно, значительно изменяют свой объем при изменении давления. Жидкость изменяет свой объем в настолько малой степени, что ее считают практически несжимаемой. Если на такте сжатия в рабочей камере оказалась значительное количество жидкости, то поршень не сможет дойти до верхней мертвой точки и остановится.

Разрушение деталей двигателя происходит в том случае, когда действующие на них нагрузки превышают допустимые по условиям прочности. Нагруженность деталей двигателя при попадании в рабочую камеру жидкости будет зависеть от количества жидкости, рабочего объема цилиндра и степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала в момент гидроудара и других факторов.

Отношение количества жидкости, попавшей в рабочую камеру к объему камеры сгорания при нахождении поршня в верхней мертвой точке, позволяет оценить положение поршня в момент его остановки при гидроударе и возможность остановки поршня.

Определим объем рабочей камеры ДВС при нахождении поршня в верхней мертвой точке для четырехцилиндрового двигателя, рабочим объемом 1,6 литра со степенью сжатия ε=10. Рабочий объем одного цилиндра будет Vp=1,6/4=0,4л. Объем рабочей камеры при нахождении поршня в верхней мертвой точке (минимальный объем) составит 44 мл.

Попадание в рабочую камеру значительно меньшего количества жидкости не вызовет гидроудар. Несжимаемая жидкость просто-напросто увеличит степень сжатия (воздух все равно присутствует) и затем удалится в выпускную систему на такте выпуска. Если же в рабочую камеру попадет жидкости больше, то поршень не сможет дойти до ВМТ, так как упрется в жидкость.

С точки разрушения деталей двигателя важны силы, которые будут действовать на детали. Гидроудар происходит на такте сжатия, при котором поршень движется за счет вращения от энергии коленчатого вала. Источником силы на поршне, пытающимся сжать несжимаемую жидкость будет инерционная сила вращения КВ (коленчатого вала), маховика и/или соединенных с ними элементов трансмиссии (плюс масса автомобиля, энергия которого передается через колеса в трансмиссию, и далее). Поршень, совершающий возвратно-поступательные движения соединен с КВ посредством кривошипно-шатунного механизма. Рассмотрим кинематику движения поршня. Допустим, что коленчатый вал вращается равномерно. При этом скорость движения поршня будет меняться от 0 до максимальной скорости Vпmax в середине хода поршня (которая будет равна скорости поступательного движения шатунной шейки коленчатого вала Vпmax=Vшш). Скорость поршня будет зависеть от угла поворота КВ: Vп=Vшш*sin(φ).

Зависимость скорости движения поршня от угла поворота КВ за один оборот КВ

Однако, разрушение деталей двигателя при гидроударе происходит не за счет высокой скорости движения поршня на такте сжатия. Даже наоборот. Скорость движения поршня обратно пропорциональна силе, которая может быть приложена к поршню от шатуна.

На графике представлена зависимость силы, которая может быть передана поршню посредством кривошипно-шатунного механизма от коленчатого вала при постоянном на нем моменте. Вблизи мервых (0; 0,5; 1 на графике) точек значительному угловому перемещению КВ соответствует очень малое перемещение поршня. Даже малый момент коленчатого вала способен вызвать на поршне значительную силу. Но при работе двигателя эта сила (на такте сжатия) ограничивается той силой, что необходимо приложить к поршню для сжатия топливовоздушной смеси. Максимальная нагрузка при работе двигателя на элементы кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы будет действовать при сгорании топлива в тот момент, когда давление в цилиндре достигнет максимальной величины. Для бензиновых двигателей значения давлений доходят до 50 МПа (500 атмосфер), для дизельных — до 200 МПа (2000 атмосфер). При гидравлическом ударе давления и нагрузки превосходят эти, допустимые по условиям прочности деталей нагрузки.

Последствия гидроудара. Экспертиза причины разрушения деталей двигателя.

С точки зрения разрушения деталей двигателя важно, продолжал ли двигатель работать после того, как погнулся шатун или нет. Если двигатель продолжил работу с погнутым шатуном, то при последующих после гидроудара оборотах коленчатого вала возможно:

— Соударение деформированного шатуна о нижнюю часть цилиндра. На некоторых современных двигателях минимальный зазор в этом месте настолько мал, что даже небольшой изгиб шатуна приводит к соударению, в результате чего происходит разрушение шатуна и повреждение поверхности цилиндра. При дальнейшей работе с разрушенным шатуном двигатель получает значительные повреждения.

— При деформации шатуна уменьшается расстояние между осями его головок. Уменьшается длинна шатуна, что приводит к соударению поршня о противовесы коленчатого вала при подходе к нижней мертвой точке. Минимальный зазор в данном месте на современных двигателях достаточно мал.

Вышеуказанные разрушения по причине погнутого шатуна сопровождаются значительным шумом. Но бывают случаи когда после гидроудара двигатель продолжает работать и не имеет внешних признаков неисправностей. Действительно, небольшая деформация шатуна не выдаст себя какими-то внешними проявлениями. Однако работа двигателя с деформированным шатуном недопустима по следующим причинам:

— При деформации шатуна нарушается параллельность осей его шеек. То есть нарушается параллельность поршневого пальца и шатунной шейки (и оси) коленчатого вала. В итоге поршень ходит с перекосом, шатун относительно шатунной шейки также перекошен — имеется односторонний износ шатунного вкладыша.

— При работе погнутого шатуна в его теле возникают изгибающие напряжения. В итоге велика вероятность образования на теле шатуна усталостной трещины, в результате произойдет разрушение шатуна и последующее разрушение деталей двигателя при взаимодействии вращающегося коленчатого вала с обломками шатуна и «освободившимся» поршнем.

С точки зрения экспертизы двигателя транспортной машины следует разделять гидроудар, произошедший вследствие попадание в рабочую камеру жидкостей из обслуживающих систем силовой установки (топливо, масло системы смазки, охлаждающая жидкость) и гидроудар произошедший по причине попадания воды через систему питания воздухом. В первом случае необходимо исследование причин разгерметизации системы, жидкость из которой попала в рабочую камеру в недопустимом количестве. Второй случай (попадание воды через воздухозаборник) связан с недопустимой эксплуатацией автомобиля, если автомобиль не является транспортной машиной повышенной и высокой проходимости. При попадании через воздухозаборник вода проходит через воздушный фильтр и последующие элементы системы питания воздухом. Соответственно, если двигатель при гидроударе остановился, то в воздушном фильтре и далее по системе питания воздухом будет присутствовать вода.

Отдельного рассмотрения заслуживает гидравлический удар, который вызвал лишь небольшую деформацию шатуна, после которой двигатель продолжал эксплуатироваться. Как было сказано выше, деформированный при гидроударе шатун работает не на растяжение-сжатие, как ровный, а в нем возникают еще и изгибающие напряжения. В итоге при эксплуатации двигателя с таким шатуном произойдет усталостный излом шатуна. При дальнейших оборотах коленчатого вала его взаимодействие с обломками шатуна и освободившимся поршнем вызовет значительные повреждения двигателя. Сам изогнутый шатун при этом повреждается до такой степени, что практически невозможно определить его форму до разрушения. Однако, отличить двигатель в котором ранее произошел гидроудар возможно. При работе двигателя через систему питания воздухом проходит большое количество воздуха, которое высушило воздушный фильтр и остальные элементы системы питания воздухом, соответственно воды и ее следов в впускном тракте такого двигателя не будет. Но есть другие признаки:

— Если фильтр бумажный, попадание воды и последующее ее испарение вызовет характерную деформацию и коробление гофр. Если такое удалось найти, практически можно исследование закончить и объявить причину поломки найденной. К сожалению, многие современные моторы комплектуются фильтрами из синтетики, которая на воду никак не реагирует. Тогда следов воды не будет нигде, и придется искать другие верные признаки гидроудара.

Признак гидроудара первый — коробление гофров воздушного фильтра.

— В цилиндре над местом, где верхнее кольцо останавливается в ВМТ (верхняя мертвая точка поршня), всегда есть нагар. Поскольку деформированный шатун укорачивается, поршень в положении ВМТ опускается ниже своего прежнего нормального положения. При смещении поршня ширина кромки нагара ступенчато увеличивается, что хорошо заметно и невооруженным глазом, а величину расширения кромки нагара можно замерить обычной линейкой. Даже после обрыва деформированного шатуна ширина кромки нагара легко укажет, что пока шатун был "жив", его длина была меньше положенной.

Признак второй — пояс нагара в верхней части цилиндра с кривым шатуном шире, чем в остальных цилиндрах, что даже можно померить.

— При гидроударе нередко вода попадает не в один, а несколько цилиндров. В соответствии с этим повреждения могут получить несколько шатунов, из которых сломается первым самый гнутый. Тогда остальные легко проверить "на глаз" — если шатун испытал гидроудар, его стержень после потери устойчивости будет иметь вид характерной "змейки" в плоскости качания.

Признак третий — характерная змейка на шатуне, потерявшем устойчивость от осевого сжатия.

— Когда гнется шатун, оси его отверстий теряют строгую параллельность. Перекос осей, обычно измеряемый сотыми долями миллиметра, после гидроудара настолько велик, что нередко виден даже "на глаз". Очевидно, тогда поршень начинает работать в цилиндре с перекосом. Это классический случай, признаки которого хорошо известны. У поршня на юбке будет заметно пятно контакта характерной диагональной формы. Также на поршне появится дополнительное контактное пятно, расположенное выше поршневого пальца, в то время как противоположная зона огневого пояса, наоборот, будет покрыта большим слоем нагара.

Признак четвертый — перекос поршня в цилиндре: А) юбка поршня с диагональным пятном контакта

Б) огневой пояс над пальцем стерт с одной стороны

В) а с другой — покрыт слоем нагара.

— На цилиндре, в котором работал деформированный шатун, будут ответные поршню следы: в верхней части цилиндра в месте касания поршня поясок нагара будет стерт, его кромка будет неровной, возможно, с рисками от нештатного касания поршня. Иногда ниже на цилиндре появляются также характерные блестящие следы.

Признак пятый — след от перекошенного поршня в верхней части цилиндра.

— После деформации шатуна вкладыши также начнут работать с перекосом. На них появятся следы "диагонального" износа — блестящие полоски по краям.

Признак шестой — диагональный след от перекоса шатунных вкладышей на шейке коленвала.

— Осаженный на несколько миллиметров шатун и уменьшенная степень сжатия — достаточные основания для уменьшения количества поступающего в данный цилиндр воздуха. Однако форсунка подает топливо в данный цилиндр в том же количестве, что и другие форсунки в соседние цилиндры. Кроме того, с искривленным шатуном и поршневые кольца работают с перекосом. В результате топливовоздушная смесь в цилиндре с укороченным шатуном станет богаче, а нагара на стенки камеры сгорания осядет больше. Это легко увидеть после демонтажа головки блока цилиндров — более темный цвет нагара на стенках цилиндра, "схватившего" гидроудар, скажет сам за себя.

Признак седьмой — обогащение смеси и повышенное нагарообразование в поврежденном цилиндре.

По этим признакам определяется, имел ли быть место в прошлом гидроудар на двигателе, разрушение которого произошло позже.

В ходе проведения независимой автотехнической экспертизы специалисты должны установить все факты и на основании их уже принимать решения о характере гидроудара, а именно производственный или эксплуатационный.

Жидкости и пути их попадания в рабочую камеру ДВС

Рассмотрим основные пути попадания жидкостей в рабочую камеру ДВС:

— Попадание охлаждающей жидкости через негерметичную прокладку головки блока цилиндров. При запущенном двигателе такое практически невозможно, а вот при стоянке, когда избыточное давление из рабочей камеры уходит, вполне возможно затекание жидкости в надпоршневое пространство. При прокрутке двигателя стартером при запуске происходит гидроудар. Подобный дефект прокладки ГБЦ заметно сказывается на работоспособности системы охлаждения двигателя.

— Попадание топлива в рабочую камеру через негерметичную топливную форсунку. Данные случаи встречаются крайне редко.

— Попадание жидкости из системы смазки двигателя . Масло может попасть в рабочую камеру двигателя через разрушенное уплотнение турбокомпрессора.

Перечисленные выше причины гидроудара являются следствием негерметичности систем охлаждения, питания топливом и смазки. Как правило, до гидроудара, данные неисправности оказывают заметное влияние на работоспособность двигателя и его систем.

Большинство случаев гидравлического удара происходит совсем по другой причине:

— Попадание воды (либо других жидкостей) через систему питания воздухом. Вода попадает в систему из окружающей среды через воздухозаборник вместе со всасываемым воздухом.

Данное явление происходит при преодолении водных преград. Это может быть как брод, в котором воздухозаборник погрузился под воду, так и переезд лужи на высокой скорости, при котором брызги попали в воздухозаборник.

***

По английски гидроудар будет Hydrolock

Возможен ли гидравлический удар прокручивая стартером дизельный двигатель, который уже хватанул воды?Скорее, пострадает сам стартер, вернее бендикс — он сломается первым, как самая слабая деталь, и начнет прокручиваться.

Из-за меньшего объема камеры сгорания и отсутствия в большинстве моторов дросселирования воздуха дизели "держат гидроудар" гораздо хуже бензиновых двигателей. Образно говоря, дизель сразу отправится в нокаут.

Если вы понимаете, что гидроудар вот вот может произойти (например, пошла волна перед капотом, при прохождении брода) лучшим решением, будет экстренная остановка двигателя. Потом можно будет проделать процедуру, показанную в видео.

www.drive2.ru

Что такое гидравлический удар? Причины гидравлического удара в трубах

Гидравлический удар в трубопроводах представляет собой возникающий мгновенно скачок давления. Перепад связан с резким изменением в скорости движения водного потока. Далее подробнее узнаем, как возникает гидравлический удар в трубопроводах.

Основное заблуждение

Ошибочно считается гидравлическим ударом результат заполнения жидкостью надпоршневого пространства в двигателе соответствующей конфигурации (поршневом). Вследствие этого поршень не доходит до мертвой точки и начинает сжатие воды. Это, в свою очередь, приводит к поломке двигателя. В частности, к излому штока либо шатуна, обрыву шпилек в головке цилиндра, разрывам прокладок.

Классификация

В соответствии с направлением скачка давления гидравлический удар может быть:

  • Положительным. В этом случае повышение давления происходит вследствие резкого включения насоса либо перекрытия трубы.
  • Отрицательным. В данном случае речь идет о падении давления в результате открытия заслонки либо выключения насоса.

В соответствии со временем распространения волны и периодом перекрытия задвижки (либо прочей запорной арматуры), в течение которого образовался гидравлический удар в трубах, его разделяют на:

  • Прямой (полный).
  • Непрямой (неполный).

В первом случае фронт образовавшейся волны двигается в сторону, обратную первоначальному направлению водяного потока. Дальнейшее движение будет зависеть от элементов трубопровода, которые располагаются до закрытой задвижки. Вполне вероятно, что фронт волны пройдет неоднократно прямое и обратное направление. При неполном гидравлическом ударе поток не только может начать двигаться в другую сторону, но и частично пройти далее через задвижку, если она закрыта не до конца.

Последствия

Самым опасным считается положительный гидравлический удар в системе отопления либо водоснабжения. При слишком высоком скачке давления может повредиться магистраль. В частности, на трубах возникают продольные трещины, что приводит впоследствии к расколу, нарушению герметичности в запорной арматуре. Из-за этих сбоев начинает выходить из строя водопроводное оборудование: теплообменники, насосы. В связи с этим гидравлический удар необходимо предотвращать либо снижать его силу. Давление воды становится максимальным в процессе торможения потока при переходе всей кинетической энергии в работу по растяжению стенок магистрали и сжатия столба жидкости.

Исследования

Экспериментально и теоретически изучал явление в 1899 г. Николай Жуковский. Исследователем были выявлены причины гидравлического удара. Явление связано с тем, что в процессе закрытия магистрали, по которой идет поток жидкости, либо при ее быстром закрытии (при присоединении тупикового канала с источником гидравлической энергии), формируется резкое изменение давления и скорости воды. Оно не одновременно по всему трубопроводу. Если в данном случае произвести определенные измерения, то можно выявить, что изменение скорости происходит по направлению и величине, а давления – как в сторону снижения, так и увеличения относительно исходного. Все это означает, что в магистрали имеет место колебательный процесс. Он характеризуется периодическим понижением и повышением давления. Весь этот процесс отличается быстротечностью и обуславливается упругими деформациями самой жидкости и стенок трубы. Жуковским было доказано, что скорость, с которой осуществляется распространение волны, находится в прямой пропорциональной зависимости от сжимаемости воды. Также значение имеет величина деформации стенок трубы. Она определяется модулем упругости материала. Скорость волны зависит и от диаметра трубопровода. Резкий скачок давления не может возникнуть в магистрали, наполненной газом, поскольку он достаточно легко сжимается.

Ход процесса

В автономной системе водяного снабжения, например загородного дома, для создания давления в магистрали может использоваться скважинный насос. Гидравлический удар возникает при внезапном прекращении потребления жидкости – при перекрытии крана. Водяной поток, совершавший движение по магистрали, неспособен останавливаться мгновенно. Столб жидкости по инерции врезается в водопроводный "тупик", который образовался при закрытии крана. От гидравлического удара реле в данном случае не спасает. Оно только лишь реагирует на скачок, отключая насос после того, как будет перекрыт кран, а давление превысит максимальное значение. Выключение, как и остановка водяного потока, не осуществляется мгновенно.

Примеры

Можно рассмотреть трубопровод с постоянным напором и движением жидкости, имеющим постоянный характер, в котором был резко закрыт клапан или внезапно перекрыта задвижка. В скважинной системе водоснабжения, как правило, гидравлический удар возникает в случае, когда обратный затворный элемент располагается выше, чем статический уровень воды (на 9 метров и более), либо имеет утечку, в то время как находящийся выше следующий клапан удерживает давление. И в том, и в другом случае имеет место частичное разряжение. В следующем пуске насоса протекающая с высокой скоростью вода будет заполнять вакуум. Жидкость соударяется с закрытым обратным клапаном и потоком над ним, провоцируя скачок давления. В результате происходит гидроудар. Он способствует не только образованию трещин и разрушению соединений. При возникновении скачка давления повреждается насос или электродвигатель (а иногда и оба элемента сразу). Такое явление может возникнуть в системах объемного гидравлического привода, когда применяется золотниковый распределитель. При перекрытии золотником одного из каналов нагнетания жидкости возникают процессы, описанные выше.

Защита от гидравлических ударов

Сила скачка будет зависеть от скорости потока до и после перекрытия магистрали. Чем интенсивнее движение, тем сильнее удар при внезапной остановке. Скорость самого потока будет зависеть от диаметра магистрали. Чем больше сечение, тем слабее движение жидкости. Из этого можно сделать вывод о том, что использование крупных трубопроводов снижает вероятность гидроудара или ослабляет его. Еще один способ заключается в увеличении продолжительности перекрытия водопровода либо включения насоса. Для осуществления постепенного перекрытия трубы используются запорные элементы вентильного типа. Специально для насосов применяются комплекты по плавному пуску. Они позволяют не только избежать гидроудара в процессе включения, но и существенно увеличивают эксплуатационный срок насоса.

Компенсаторы

Третий вариант защиты предполагает применение демпферного устройства. Оно представляет собой мембранный расширительный бак, который способен "гасить" возникающие скачки давления. Компенсаторы гидравлического удара работают по определенному принципу. Он заключается в том, что в процессе увеличения давления происходит перемещение поршня жидкостью и сжатие упругого элемента (пружины или воздуха). В результате ударный процесс трансформируется в колебательный. Благодаря рассеиванию энергии последний затухает достаточно быстро без существенного повышения давления. Компенсатор применяют в линии наполнения. Его заряжают сжатым воздухом при давлении 0,8-1,0 МПа. Расчет производится приближенно, в соответствии с условиями поглощения энергии движущего столба воды от наполнительного бака или аккумулятора до компенсатора.

fb.ru

Вода, гидродинамический удар и разрушение двигателя.

В

се мы ездим по разным дорогам, на разных машинах, но так или иначе есть сезоны дождей и соответственно нам приходится преодолевать водные преграды, причем некоторые — довольно глубокие. Так что будьте уверены, преодолевая очередную лужу, что "просто немного смоем грязь на порогах" не превратится в дорогостоящий ремонт.

Помните, что заезжая в глубокую лужу, вы во-первых рискуете резким охлаждением тормозных дисков, что может привести к их деформации. Второе - под водой может быть что угодно — вплоть до открытых люков, не забывайте, в какой стране мы живем. Ну а последнее и самое главное — попадание воды в двигатель. Если вы не можете переждать временный подъем уровня воды и не знаете дорогу досконально, не пытайтесь преодолевать водную преграду на скорости, как это иногда делают слишком самоуверенные водители. Зачастую такие "раллийные" варианты на неподготовленной машине заканчиваются эвакуатором и путевкой на СТО на ремонт "глотнувшего" воды мотора.

Гидродинамический удар (гидравлический удар) — резкий скачек давления в системе из-за резкого увеличения интенсивности потока жидкости. В нашем случае — поршни при поступательном движении без проблем сжимают топливную смесь, которая преимущественно состоит из воздуха, но не могут сжать воду если она попадает в цилиндры, так как жидкость практически не сжимается. Поэтому, если вода попала в цилиндр, поршень может попасть в область верхней мертвой точки лишь при деформации шатуна. При подходе поршня к верхней мертвой точке он упрется в "стену" воды и на шатун передастся огромное усилие сжатия. Как раз в этот момент шатун, чтобы пройти верхнюю мертвую точку, теряет устойчивость и деформируется.

Если в подобной ситуации двигатель не заклинит сразу, и коленчатый вал будет продолжать вращаться, то, вероятнее всего, лопнет одна из его шеек из-за предельных нагрузок, сломаются пальцы поршней и в лучшем случае потребуется замена поршневой группы, а если пострадает и блок цилиндров (который может быть пробит обломленным шатуном), ремонт двигателя будет нецелесообразен — его дешевле будет заменить. Дизельные двигатели в подобных случаях особенно уязвимы, так как у них небольшая камера сгорания и высокая степень сжатия.

Так как вода стандартно может попасть в цилиндры через воздушный фильтр, нужно учитывать его расположение, преодолевая водные преграды. Так же учтите, что высокие обороты двигателя не только обеспечивают симпатичные волны вокруг машины, но и заставляют вентилятор вращаться быстрее, а следовательно создается больше шансов "закинуть" воду в воздухозаборник.

Если все же в двигатель попала вода, например, его работа стала неустойчивая, или он заглох вовсе — ни в коем случае не пытайтесь завести машину. Вы только усугубите этим последствия!

Лучшее, что вы можете сделать — найти автомобиль, который вытащит вас из воды и уже после этого спокойно осмотреть двигатель. Во-первых, осмотрите систему забора воздуха — если там есть вода, то скорее всего она есть и в цилиндрах. Второй тест — состояние масла. Проверьте состояние масла на измерительном щупе — нет ли там следов воды и не поменяло ли оно цвет/структуру. Далее, если возможно - слив картера. Если вы помните школьные уроки о плотности жидкостей, то наверняка вспомните, что вода гораздо тяжелее масла. Если первой потечет вода, то ответ ясен.

Если вы все же надеетесь завести двигатель без помощи профессионалов, нужно проверить, не заклинен ли коленчатый вал и все ли нормально с поршневой. Для этого можно попробовать прокатить автомобиль несколько метров на третьей или второй передачах. Если у вас автомобиль с АКПП, то этот вариант не работает и лучше не пытаться даже запускать двигатель, а сразу воспользоваться услугами сервиса. При тесте не забудьте выкрутить свечи — нужно обеспечить выход давления из цилиндров, если там окажется вода.

Проделав все эти действия и убедившись, что двигатель не заклинил, можно попытаться его "реанимировать". Причиной отказа двигателя, скорее всего окажутся залитые водой элементы системы зажигания. Их необходимо поэтапно проверить на наличие влаги, протереть чистой салфеткой и дать высохнуть. Правда, в современном автомобиле извлечь из двигателя удастся только свечи зажигания или накаливания (если речь идет о дизельном двигателе). Если раньше можно было снять и просушить крышку распределителя зажигания, катушку и свечи, то в наши дни зачастую всеми процессами работы двигателя управляет электроника, а отсоединять блок управления двигателем категорически не рекомендуется. Правда, блок, как правило, устанавливается в салоне, что существенно повышает шансы на то, что он окажется сухим. Индивидуальные катушки зажигания снимаются для демонтажа свечей, и их можно просушить отдельно.

Выкрутив свечи, двигатель можно покрутить стартером, так как при вывернутых свечах цилиндрам уже ничего не угрожает. Это действие поможет проветрить камеру сгорания. Крайне желательно оставить автомобиль со снятыми катушками и вывернутыми свечами на целый день.

Если после сушки двигатель так и не завелся, не пытайтесь заводить его при помощи буксира. Наилучшим выходом будет доставить автомобиль в автосервис на эвакуаторе.

Убедившись в том, что все приборы в системе зажигания просушены и отсутствуют следы влаги, необходимо проверить наличие искры. Сделать это на современном двигателе достаточно сложно. Тем не менее, исправную свечу (а таковой была, скорее всего, любая до остановки двигателя) можно приложить нижним концом блоку цилиндров двигателя и, одев на нее высоковольтный провод или катушку зажигания, прокрутить двигатель стартером.

benz-club.org

Про гидроудар…тфу, тфу, тфу… — DRIVE2

Сам очень не люблю всяческие броды, но один раз все же полез, ну нужно было попробовать. Дело это было у Пирамиды, на встрече одноклубников. Тогда все обошлось, но было страшно, много чего не знал…наверно поэтому и полез туда…гы гы

Что такое гидроудар?

Гидроударом называется резкое возрастание давления в одном из цилиндров двигателя (многократно превышающее допустимое), происходящее в результате попадания в него значительного количества жидкости, которая в отличие от подготовленной топливной смеси практически не сжимается. Причем для дизельных двигателей (а они в сравнении с бензиновыми имеют меньшую камеру сгорания и существенно более высокую компрессию) для возникновения гидроудара нужно наличие гораздо меньшего количества воды, попавшей в цилиндр двигателя.Последствия гидроудараВ цилиндре с жидкостью при движении поршня вверх давление нарастает очень стремительно. Максимальное давление при этом многократно превышает допустимое. Сила давления, приложенная к поршню, воздействует через палец на шатун, вызывая в нем большие напряжения сжатия. С другой стороны, инерция вращающихся частей двигателя (а при включенной передаче и инерция движущегося автомобиля) дополнительно пытается провернуть коленвал, еще больше увеличивая нагрузку на шатун.Если силы инерции, действующие на детали двигателя, невелики, то шатун, поршень и палец могут выдержать приложенную нагрузку (это бывает крайне редко). Но чаще всего стержень шатуна сжимается и изгибается (теряет устойчивость). Вследствие чего расстояние меду центрами верхней и нижней головок шатуна уменьшается, то есть шатун укорачивается. Если силы инерции значительны, то и шатун деформируется сильно. При этом поршень проходит через верхнюю мертвую точку, коленчатый вал продолжает вращаться и поршень начинает двигаться вниз. Если шатун изогнулся очень сильно, то он может упереться в стенку цилиндра — и двигатель заклинит. Случай не самый страшный — достаточно будет заменить шатун, поршень и палец. Гораздо хуже, если при сильно сокращенном расстоянии между отверстиями головок шатуна двигатель продолжает вращаться. В таком случае при приближении к нижней мертвой точке поршень своей юбкой садится на противовесы коленчатого вала. Далее следует разрушение поршня, а возможно, и обрыв шатуна (его обломок может пробить боковую стенку цилиндра).Гидроудар сказывается и на других деталях двигателя. Так, под действием высокого давления деформируется головка блока цилиндров (очень редко). В момент резкой остановки двигателя за счет инерции газораспределительного механизма страдает цепь или ремень привода. При этом значительные нагрузки испытывает и натяжитель цепи (ремня). А посему все вышеперечисленные детали и узлы тоже могут потребовать замены.Коленчатый вал, напротив, страдает довольно редко. И только при очень больших масштабах разрушения других деталей он может деформироваться или ломаться. Кстати, при разборке двигателя очень легко определить, что явилось причиной поломки шатуна и заклинивания коленчатого вала — гидроудар или масляное голодание. При масляном голодании разрушение шатуна происходит в результате перегрева и "прихватывания" вкладышей коленчатого вала. В этом случае на нижней головке шатуна хорошо видны "цвета побежалости" и задиры. При гидроударе же нижняя головка шатуна остается совершенно нормальной.Что делать при остановке двигателя.Так как же быть, если при пересечении лужи, брода, болота двигатель вдруг резко остановился? Ни в коем случае не стоит пытаться сразу же запустить двигатель. Для начала следует открыть крышку воздушного фильтра. Если под крышкой обнаружится вода, то практически со стопроцентной уверенностью можно говорить о том, что причиной остановки двигателя стал гидроудар. В этом случае необходимо вывернуть свечи и попробовать вручную провернуть двигатель. Допустим, вам удается сделать полный оборот коленчатого вала двигателя и вы чувствуете, что поршень не касается противовесов коленчатого вала. Это значит, что шатун не деформирован или деформирован незначительно. Теперь можно попробовать прокрутить двигатель стартером. Но внимание! Если слышен стук — немедленно остановите двигатель и прекратите все попытки его запустить. Ведь если находящийся в аварийном состоянии двигатель запустится, то даже после непродолжительной работы за счет больших нагрузок, возникающих от касания поршнем противовесов, произойдет их разрушение, ведущее к гораздо более тяжелым последствиям. Если же стука нет, то, продув цилиндры, можно заворачивать свечи и пытаться запустить двигатель. Но поскольку существует вероятность деформации головки двигателя, то "тянуть на базу" следует с крайней осторожностью, тщательно контролируя температуру охлаждающей жидкости и давление масла. В дальнейшем двигатель следует подвергнуть частичной разборке для контроля деталей: вероятнее всего, потребуется замена шатуна и поршня, а также фрезеровка плоскости головки блока цилиндров.А вот с дизельным двигателем все гораздо сложнее. Из-за отсутствия быстро снимаемых свечей зажигания продуть цилиндр от воды довольно трудно. Да и страдает дизель, как правило, гораздо сильнее. Поэтому, сняв крышку фильтра и убедившись в наличии под ней воды, незадачливому "подводнику" остается только буксировать автомобиль в сервисный центр.Ремонт двигателя, пережившего гидроудар, мало отличается от обычного капитального ремонта. Хуже, если оборванный шатун пробьет блок цилиндров, но и в этом случае, как показывает опыт, блок также может быть отремонтирован.Большое значение имеет и то, сколько времени простоял автомобиль после гидроудара. Ведь под действием воды в цилиндрах двигателя начинается интенсивная коррозия, и уже через месяц может потребоваться расточка блока.ШноркельШноркелем изначально называлась трубка, используемая ныряльщиками для того, чтобы осуществлять дыхание под водой. В автомобиль эта деталь перекочевала после проведения тестовых испытаний в армейской технике (использовалась для движения бронетехники по дну рек или например для скрытного движения подводных лодок на небольшой глубине). Используется для того, чтобы значительно увеличить глубину преодолеваемых водных преград (стандартный заборник на "сухопутных крейсерах" расположен под передним крылом на высоте примерно 80 см — 1 м в зависимости от размера колес). Шноркеля выпускаются тюнинговыми фирмами, народными умельцами, а также, в редких случаях, производителями автомобилей.

www.drive2.ru

Гидравлический удар в поршневой машине (гидроудар в двигателе).

Гидравлическим ударом называется явление, происходящее в двигателях внутреннего сгорания при попадании в рабочую камеру значительного количества жидкости. Как известно, цикл работы поршневого четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. На такте сжатия происходит сжатие газообразной топливовоздушной смеси (или воздуха у ДВС с впрыском в камеру сгорания). Газы, как известно, значительно изменяют свой объем при изменении давления. Жидкость изменяет свой объем в настолько малой степени, что ее считают практически несжимаемой. Если на такте сжатия в рабочей камере оказалась значительное количество жидкости (рис 1), то поршень не сможет дойти до верхней мертвой точки и остановится.

Разрушение деталей двигателя происходит в том случае, когда действующие на них нагрузки превышают допустимые по условиям прочности. Нагруженность деталей двигателя при попадании в рабочую камеру жидкости будет зависеть от количества жидкости, рабочего объема цилиндра и степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала в момент гидроудара и других факторов.

Отношение количества жидкости, попавшей в рабочую камеру к объему камеры сгорания при нахождении поршня в верхней мертвой точке, позволяет оценить положение поршня в момент его остановки при гидроударе и возможность остановки поршня.

Определим объем рабочей камеры ДВС при нахождении поршня в верхней мертвой точке для четырехцилиндрового двигателя, рабочим объемом 1,6 литра со степенью сжатия ε=10. Рабочий объем одного цилиндра будет Vp=1,6/4=0,4л. Объем рабочей камеры при нахождении поршня в верхней мертвой точке (минимальный объем) составит 44 мл.

Попадание в рабочую камеру значительно меньшего количества жидкости  не вызовет гидроудар. Несжимаемая жидкость просто-напросто увеличит степень сжатия (воздух все равно присутствует) и затем удалится в выпускную систему на такте выпуска. Если же в рабочую камеру попадет жидкости больше, то поршень не сможет дойти до ВМТ, т. к. упрется в жидкость.

С точки разрушения деталей двигателя важны силы, которые будут действовать на детали. Гидроудар происходит на такте сжатия, при котором поршень движется за счет вращения от энергии коленчатого вала. Источником силы на поршне, пытающимся сжать несжимаемую жидкость будет инерционная сила вращения КВ (коленчатого вала), маховика и/или соединенных с ними элементов трансмиссии. Поршень, совершающий возвратно-поступательные движения соединен с КВ посредством кривошипно-шатунного механизма. Рассмотрим кинематику движения поршня. Допустим, что коленчатый вал вращается равномерно. При этом скорость движения поршня будет меняться от 0 до максимальной скорости Vпmax в середине хода поршня (которая будет равна скорости поступательного движения шатунной шейки коленчатого вала Vпmax=Vшш). Скорость поршня будет зависеть от угла поворота КВ: Vп=Vшш*sin(φ).  Зависимость скорости движения поршня от угла поворота КВ за один оборот КВ показана на графике 1.

Однако, разрушение деталей двигателя при гидроударе происходит не за счет высокой скорости движения поршня на такте сжатия. Даже наоборот. Скорость движения поршня обратно пропорциональна силе, которая может быть приложена к поршню от шатуна. На графике 2 представлена зависимость силы, которая может быть передана поршню посредством кривошипношатунного механизма от коленчатого вала при постоянном на нем моменте. Вблизи мервых (0; 0,5; 1 на графике) точек значительному угловому перемещению КВ соответствует очень малое перемещение поршня. Даже малый момент коленчатого вала способен вызвать  на поршне значительную силу. Но при работе двигателя эта сила (на такте сжатия) ограничивается той силой, что необходимо приложить к поршню для сжатия топливовоздушной смеси. Максимальная нагрузка при работе двигателя на элементы кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы будет действовать при сгорании топлива в тот момент, когда давление в цилиндре достигнет максимальной величины. Для бензиновых двигателей значения давлений доходят до 50 МПа (500 атмосфер), для дизельных — до 200 МПа (2000 атмосфер). При гидравлическом ударе давления и нагрузки превосходят эти, допустимые по условиям прочности деталей нагрузки.

Причины гидроудара в двигателе будут раскрыты в следующей статье...

Специалист                                                           Александр (sancho ник на форуме)

apriori-expert.com