Гидроудар в системе канализации. Гидроудар в трубопроводе – причины и последствия. Вариант #2. Применение автоматических устройств

26.09.2014

Гидроудары в трубах. Как избежать?

Общие сведения о гидроударе

Явление гидроудара уже давно заинтересовало учёных и инженеров разных стран. Впервые это явление было изучено более 130 лет назад, когда и выяснили причины его появления. С развитием техники и появлением электронно – вычислительных машин стало гораздо проще делать расчёты, предотвращающие возникновение гидроудара. Так что же представляет собой данное явление?

Гидроудар - это кратковременный, резкий и существенный скачок давления в системе, заполненной жидкостью. Он возникает в тех случаях, когда внезапно изменяется скорость потока жидкости. Согласно статистическим данным, примерно 60% всех аварий трубопроводов происходят по причине гидроудара. Выполняя монтаж водоснабжения , необходимо обязательно учитывать данное явления

Эту серьёзную неприятность обычно сопровождают стуки, щелчки и посторонний шум в трубах в коммуникациях, обеспечивающих нас водой и теплом. На первый взгляд это явление может показаться безобидным. Многие не придают ему должного значения. Но на деле всё происходит совсем иначе. Гидравлический удар в системе водообеспечения является причиной повреждения оборудования, возникновения трещин, раскола труб.

Особенности гидроудара и причины его возникновения

В тех домах, где были неграмотно устроены инженерные коммуникации, часто можно услышать характерные щелчки и постукивание. Это свидетельствует о том, что в замкнутой системе возник кратковременный резкий скачок давления. Это может происходить из-за внезапной остановки циркуляции жидкости по контуру или внезапного возобновления её движения.

Если на пути потока жидкости, который движется с некоторой скоростью, возникает преграда (воздух или запорная арматура), его скорость изменяется постепенно, а вот объём увеличивается быстро. Соответственно, растёт и давление, иногда достигая 10 и более атмосфер. Если избыточному объёму деваться некуда, то появляется опасность разрыва трубы.

Стать причиной гидроудара могут следующие факторы:

• Включение, отключение и выход из строя насоса;
• Воздух, который находится в замкнутом контуре системы. Прежде чем запустить систему в работу, необходимо выпустить из неё весь имеющийся воздух через специальные краны;
• Перебои с подачей электроэнергии;
• При резком закрытии запорной арматуры: вентилей, задвижек, кранов и прочее.

Последний фактор является наиболее распространённым в последнее время, так как вместо старых задвижек стали всё чаще применять более быстродействующие шаровые краны. Если из системы по какой-либо причине не вывели воздух, то при открытии шарового крана произойдёт столкновение воздуха с практически несжимаемой жидкостью. В результате показатели давления могут увеличиться до нескольких десятков атмосфер. Если это будет происходить регулярно, то это крайне негативно скажется на работе системы и существенно сократит термин её эксплуатации.

Старые винтовые краны в этом плане являются более безопасными, так как с их помощью выполняется плавное закрывание или открывание запорной арматуры.

Предотвратить аварию поможет строгое соблюдение правил эксплуатации трубопроводов и модернизация инженерных коммуникаций.

Последствия гидравлических ударов

Преграда, неожиданно возникающая на пути движения жидкости в системе, провоцирует рост давления, которое может расти, практически, до бесконечности. При этом составляющие элементы системы испытывают огромные нагрузки, что приводит к их постепенному или резкому разрушению. Больше всего неприятностей гидроудар может доставить длинным трубопроводам. К ним относится, например, тёплый пол. Чтобы сделать «подпольную» систему более безопасной, к ней подсоединяют термостатический клапан, установку которого следует доверить опытным специалистам. В противном случае может возникнуть очередной фактор риска в отопительной системе.

Термостатический клапан устанавливается на входе теплоносителя в систему. Когда он перекрывается, вода в системе некоторое время продолжает двигаться по инерции. После клапана имеется участок контура, в котором создаётся вакуум. Но его величина не превышает 1 атмосферы, тогда как стандартное оборудование способно выдерживать 4 атмосферы. На выходе из системы также устанавливается клапан, который также закрывают, если необходимо перекрыть движение потока жидкости.

Аварийные ситуации, которые возникают по причине гидроудара в системе трубопроводов, сопровождаются следующими характерными неприятностями:

• разрушаются трубопроводы и оборудования теплосетей;
• разрушаются отопительные приборы;
• если явление произошло в системах теплоснабжения, можно получить серьёзные ожоги;
• на длительное время прекращается водо- и теплоснабжение дома;
• вода может затопить жильё и испортить имущество.

Методы защиты от гидроудара

Грамотная защита систем трубопроводов от гидравлических ударов направлена на уменьшение их интенсивности и нейтрализацию влияния избыточного давления. Прокладка труб должна обязательно выполняться с учётом требований безопасности.

Плавное перекрытие системы трубопроводов

Одним из основных требований тепловых сетей при запуске или отключении систем трубопроводов является плавное перекрытие запорной арматуры. Это правило чётко прописано в нормативах по эксплуатации объектов централизованного водообеспечения и теплосетей. Это требование касается не только промышленных предприятий, но и владельцев частных домов.

Суть требования состоит в том, чтобы с помощью плавного включения и отключения движения жидкости продлить во времени процесс увеличения давления. Энергия гидравлического удара действует не всей своей силой единовременно, а распределяется на несколько промежутков времени. Поэтому, при одинаковой суммарной силе удара, мощность его воздействия в определённый момент времени уменьшается.

Использование автоматических устройств

С помощью автоматических устройств также можно выполнять плавный запуск и остановку систем трубопроводов. Насосы, в которых имеется автоматическая регулировка оборотов электродвигателя, плавно увеличивают давление в системе после включения, и также постепенно снижают его после выключения. Программное обеспечение не просто фиксирует изменение давления, но и выполняет автоматическое регулирование напора. Самого лучшего эффекта можно достичь, проведя комплексную модернизацию системы. Это даст возможность не допустить в ней возникновения гидравлического удара. Она заключается в применении следующего оборудования.

Компенсаторы гидравлического удара (демпферы, гидроаккумуляторы)

Важной составляющей систем отопления и водоснабжения является компенсатор гидравлического удара (демпфер, гидроаккумулятор). Данное устройство выполняет одновременно 3 важных задачи:

• в нём скапливается жидкость;
• забирает лишний объём жидкости из системы, что приводит к снижению давления в ней;
• способствует предотвращению гидравлического удара в случае возникновения аварийной ситуации.

Компенсатор внешне напоминает герметичный стальной бак. Он оснащён встроенным воздушным клапаном и эластичной мембраной. Бак компенсатора может иметь самый различный объём.

В странах Европы наличие компенсатора в системе является обязательным условием. Если это устройство в сети не установлено, вам не выдадут гарантию на бытовую технику, к примеру, на бойлер, посудомоечную или стиральную машинку.

Клапан защиты от гидравлического удара

Чтобы защитить насосную станцию в случае, если произойдёт, к примеру, внезапная остановка насоса, применяют специальный клапан защиты от гидравлического удара диафрагменного типа с жёстким уплотнителем. Он срабатывает под давлением жидкости и имеет крайне необходимую функцию быстрого сброса давления. Данное устройство устанавливается после обратного клапана, на отводе от трубопровода, рядом с насосным оборудованием. Клапан защиты от гидравлического удара - это надёжный предохранитель в системах, которые находятся под давлением.

Клапан защиты от гидроударов

Использование амортизирующего устройства

В целях защиты системы можно использовать амортизирующую трубку из гибкого пластика или армированного термостойкого каучука. Её устанавливают перед термостатом вместо жёсткой трубы. Для амортизатора подойдёт труба длиной 20 – 30 см. Если трубопровод имеет значительную длину, можно брать трубку на 10 см длиннее. Благодаря тому, что эти материалы могут растягиваться, такие трубки будут самостоятельно уменьшать энергию гидроудара.

Установка шунта в терморегулирующем клапане

Если вы хорошо разбираетесь в конструкции термостата, вы можете вставить в терморегулирующий клапан по направлению циркуляции жидкости шунт в виде узкой трубки с просветом 0,2 – 0,4 мм или просто проделать отверстие таких же размеров. Если система будет работать в обычном режиме, это новшество не повлияет на её работу, а при появлении перегрузок плавно уменьшит давление.

При этом следует помнить, что метод шунтирования для защиты от гидравлического удара применяют только в том случае, когда в автономных системах имеются новые трубы. В противном случае, осадок и ржавчина систем трубопроводов не позволят получить желаемый эффект

Применение термостата с суперзащитой

В некоторых случаях используют термостат со специальной защитой от гидравлического удара. В данном устройстве имеется пружинный механизм, который установлен между клапаном и термоголовкой. Если в системе возникло избыточное давление, срабатывает пружина, которая не позволяет клапану закрыться полностью. Ну а если мощность гидравлического удара уменьшается, клапан плавно закрывается. Термостат устанавливают строго по направлению стрелки на корпусе.

Владельцам частных домов хорошо известны проблемы, которые возникают с обычной системой водоснабжения:

• Нестабильный напор воды.
• Резкое повышение давления воды в системе (гидроудары), приводящие к появлению протечек.
• Скачки напряжения в электросети при каждом включении-выключении насоса.
• Раздражающий шум от работы насоса.
• Большой гидроаккумулятор порождает сразу несколько проблем:
• Вода застаивается и появляется неприятный запах
• Занимает много места
• По статистике чаще выходит из строя, в сравнении с гидробаками меньшего размера, из-за технологических проблем с герметизацией резиновой груши большого объема

Долгое время с этими неприятностями приходилось мириться, так как не было никакой альтернативы.

И вот, наконец-то, решение найдено и имя ему – ERMANGIZER.

Система "ERMANGIZER" - это российская разработка. Изготовлением и продажей занимается ООО Конструкторское Бюро "АГАВА" г.Екатеринбург.

ERMANGIZER - это автономная система водоснабжения, созданная специально для использования на даче или в загородном доме. При производстве мы применяем новейшие разработки. Гарантируем качество европейского уровня, высокую эффективность и экономичность.

Теперь все проблемы с водой в коттедже и на даче решаются очень просто и не требуют больших денежных и временных затрат. Система автономного водоснабжения частного дома предполагает легкий монтаж, который можно осуществить самостоятельно или с помощью наших мастеров.

Хотите качественно улучшить условия жизни в загородном доме - закажите ERMANGIZER.

Видео

Независимый обзор «Эрманджайзер». От Урал Гидро

Обзор системы «Эрманджайзер»

АДМ-100 - преобразователь давления используемый в системе «Эрманджайзер»

В пределах квартиры и частного дома нередко слышны посторонние стуки и похожие на них звуки, которые идут от системы водоснабжения или отопления. Большинство людей считают, что это временная неприятность и этому способствует чужеродный предмет, случайно попавший в трубы. Но чаще всего виновником выступает гидроудар. Он может повлечь за собой серьезные повреждения водопроводного оборудования и вызвать трещины в трубопроводе.

Что такое гидроудар в системе отопления?

В зависимости от направления скачка гидроудар подразделяют на два вида:

• Отрицательный . Происходит в результате падения давления. Оно может стать результатом открытия специальной заслонки или выключения насоса.
• Положительный . Появляется после включения насоса или резкого перекрытия трубопровода.

Причины образования гидроудара

• Поломка или незапланированное отключение насоса;
• Резкое закрывание запорных кранов;
• Перед запуском воды в системе не стравили воздух. Для этих целей обязательно должны быть предусмотрены специальные краны.

Последствия гидравлического удара

• Изменение структуры трубопроводного материала;
• Потеря герметичности труб;
• Прорыв системы, особенно это опасно в квартирах – можно залить соседей;
• Поломка отопительных и водяных агрегатов (насосов, обогревателей, расширительных баков, котлов);
• Получение травм и ожогов человеком, если он будет находиться поблизости во время поломки деталей системы;
• Намокание мебели. Она распухнет и вряд ли вернется в прежний вид.

Самым опасным из всех вышеперечисленных уронов будет угроза жизни человека. Чтобы избежать столь плачевных последствий, необходимо заранее продумать защиту от гидравлического удара.

Как предупредить гидроудары?

Сила гидравлического удара прямо пропорциональна скорости потока теплоносителя или воды. Чем он сильнее, тем гидроудар принесет больше разрушений, поэтому очень важно еще в самом начале закладки водоснабжения или при разводке отопления исключить множественные аварийные стыковки:

• Соединение разных по диаметру труб. Их стык со временем может выступать главным препятствием при движении воды по трубопроводу. Гидроудары в таких соединениях возникают чаще всего.
• Большая протяженность труб. Чем они длиннее, тем больше вероятность появления внутри них воздушных пробок, ведущих к препятствиям потока жидкости.

Защитить его помогут следующие меры:

Согласно статистике, причиной большинства аварий трубопроводов является гидравлический удар, спровоцированный резкими перепадами внутреннего давления. Последствия такого явления могут быть самыми различными, вплоть до полного выхода системы из строя. Чтобы обезопасить себя от перебоев отопления или подачи воды, необходимо принять меры защиты.

Что называют гидроударом и почему он возникает

Понятие гидравлического удара применяется для обозначения значительного изменения давления в трубе с жидкой средой в очень сжатом временном отрезке.

Чаще всего это происходит из-за резкого изменения скорости потока, когда на его пути возникает то или иное препятствие (воздушная пробка, задвижка арматуры и пр.). Встретив преграду, жидкость сохраняет инерцию движения, что приводит к уплотнению находящегося возле препятствия слоя. Если этот процесс не остановить, продолжающееся нагнетание среды спровоцирует стремительный скачок давления.

Подобные ситуации почти всегда сопровождают перекрывание потока с помощью задвижки или крана. Может показаться, что это явление не несет никакой опасности, что побуждает многих хозяев не относиться к нему с должным вниманием. Однако, как рекомендуют специалисты, при появлении малейших предпосылок необходимо принять соответствующие меры для их скорейшего устранения.

Чаще всего гидроудар возникает в следующих ситуациях:

• при запуске и остановке насосного оборудования, а также в случае его поломки;
• если в замкнутом контуре появляются воздушные пробки. Перед запуском системы необходимо почистить ее от скопившегося воздуха. Делается это при помощи специальных кранов;
• в случае отключения электроэнергии (это справедливо для систем с принудительной циркуляцией);
• когда резко закрывается запорная арматура (вентили, задвижки, краны и т.п.).

Последняя причина гидроудара в системе водоснабжения является наиболее распространенной. Особенно это касается периода времени, когда старые задвижки начали массово заменяться современными быстродействующими кранами шарового типа.

При наличии в контуре воздушных скоплений каждое открывание шарового крана будет провоцировать прямой контакт воздуха со сжатой до предела жидкостью. Из-за этого давление может подскочить до нескольких десятков атмосфер. Если не применять соответствующие меры, рано или поздно это приведет к весьма печальным последствиям.

Как ни парадоксально это звучит, но применение винтовых кранов старой конструкции гарантирует большую безопасность, так как они способны плавно регулировать потоки жидкости.

Чем это чревато

Из-за внезапного появления препятствия на пути движения жидкости внутреннее давление в замкнутом контуре может достигать громадных значений. Это приводит к разрушающим нагрузкам на входящие в состав системы элементы и узлы. Опаснее всего гидроудары для трубопроводов значительной длины (например, теплые полы в квартире).

Наиболее вероятные последствия гидравлического удара:

1. выход из строя труб и оборудования;
2. разрушение батарей отопления;
3. гидроудар в системе отопления может привести к серьёзным ожогам;
4. перебои с подачей воды и тепла;
5. порча имущества (своего и соседского) из-за протекания.

Особенно часто такие аварии происходят на ржавых износившихся трубопроводах. На масштабы повреждений большое влияние имеет участок, где появилась преграда: чем ближе к началу трубопровода, тем последствия будут меньшими.

Нередко подобное явление возникает в системах отопления, сооруженных из труб разных диаметров. Если не была проведена адаптация разнокалиберных участков специальными переходниками, скачки давления произойдут обязательно.

Способы предотвращения гидравлических ударов

Избавиться от периодического появления избыточного давления в трубопроводе практически невозможно, поэтому основные меры направлены на уменьшение его интенсивности и создание эффективной защиты для труб и прочих элементов системы.

Плавная регулировка

Наиболее простой и недорогой способ предотвратить гидродинамический удар – использовать плавную регулировку. Эта рекомендация прописана в нормативной документации для эксплуатации объектов, обслуживаемых централизованной подачей воды и тепла.

Данный принцип можно использовать не только в многоквартирных домах, но и в частном секторе, где обычно применяются автономные отопительные системы. За счет плавности использования запорной арматуры внезапное повышение давления не происходит: это процесс как бы растягивается во времени. В результате при сохранении суммарной силы удара достигается снижение его мощности.

Удобнее всего реализовывать подобный метод кранами с постепенным перекрыванием потока.

Автоматическая защита

Не всегда есть возможность достигать постепенности коррекции внутреннего давления ручным способом. Более удобными и надежными в эксплуатации являются автоматические гасители гидроударов, которые ставят на насосы в принудительных системах.

Автоматика дает возможность плавно наращивать скорость оборотов двигателя при включении, а при выключении – так же плавно ее снижать. Таким образом, внутреннее давление выходит на свой максимум не сразу, а спустя некоторое время. При этом вместе с отслеживанием показателей давления электроника самостоятельно регулирует напор.

Использование компенсаторов

Задачей гидрокомпенсатора (его еще называют демпфером и гидроаккумулятором) является накапливание жидкости и вбирание ее избытка из контура, что способствует снижению уровня внутреннего давления. В результате это позволяет гасить возникающие гидроудары.

Обратите внимание! Согласно европейским нормам, оснащение систем водоснабжения и отопления гидроаккумуляторами является обязательным условием.

Конструкция компенсатора состоит из герметичного стального бака, эластичной мембраны из каучука и вмонтированного в нее воздушного клапана. Местом его установки выступают участки отопительного контура с наибольшей вероятностью скачков давления.

Защитный клапан

Местом установки защитного клапана с диафрагмой выступает участок трубы в непосредственной близости к насосу, сразу после обратного предохранителя (это позволяет стравливать необходимый объем жидкости в случае возникновения избыточного давления). В различных моделях устройств их активизация может осуществляться или электрическим контроллером, или пилотным быстродействующим приспособлением.

Срабатывание клапана происходит при превышении давлением безопасной границы, что обеспечивает надежную защиту циркуляционного насоса в случае его резкой остановки. Когда опасное внутреннее напряжение достигает своего максимума, приспособление открывается на 100%. После нормализации ситуации происходит постепенное закрывание регулятора. Так удается избежать гидроудара и обеспечить стабильную скорость циркуляции жидкости в системе.

Амортизирующие приспособления

Еще одним эффективным методом защиты водопроводов является применение амортизирующих компенсаторов гидроударов.

Чаще всего речь идет о пластиковых или термостойких каучуковых трубах. Их расположение должно совпадать с направлением движения теплоносителя (термостат находится сразу за такой трубой). Благодаря эластичности изделие способно самостоятельно убрать энергию гидравлического удара. В среднем длину амортизационного участка берут в пределах 20-30 см. Для очень продолжительных контуров длину армированной каучуковой трубы можно увеличить до 40 см.

Защитный термостат

В отдельных ситуациях избежать гидравлического удара помогает термостат, оснащенный специальной защитой от скачков напряжения.

Внутри прибора имеется пружинная начинка, разделяющая клапан и термоголовку. Во время скачка давления сработавший механизм препятствует полному закрыванию клапана. По мере снижения мощности гидроудара происходит постепенное закрывание выпускного отверстия. При монтаже защитного термостата важно не перепутать стрелку на корпусе и направление движения жидкой среды в трубе.

Возможность шунтирования

Сделать защитный термостат можно и самостоятельно, оснастив терморегулирующий клапан специальным шунтом. Речь идет о тонкой трубке диаметром 0,2-0,4 мм или об отверстии схожего сечения. Если система не испытывает перегрузок, термостат будет работать в штатном режиме. В случае появления внутреннего напряжения оно будет плавно снято.

Внимание! Следует иметь в виду, что таким способом разрешается комплектовать только автоматические контуры с новыми трубами (если в жидкой среде есть твердые примеси или ржавчина, они быстро забьют трубку).

Профилактические меры

Параллельно с оснащением системы специальными защитными приспособлениями снизить вероятность появления гидравлического удара помогут несложные профилактические мероприятия.

Для этого необходимо:

• контролировать эффективность группы безопасности (предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр).
• время от времени проверять давление внутри расширительного бака, корректируя его при необходимости;
• проверять, не появились ли в контуре протечки, устраняя все обнаруженные дефекты;
• отслеживать, как расположены запорные вентили по отношению к движению теплоносителя;
• регулярно прочищать фильтры, предназначенные для задержки накипи, песка и ржавчины.

Наибольшая эффективность перечисленных защитных мер наблюдается при их комплексном применении. Такой подход позволит добиться полномасштабной нейтрализации негативных последствий преизбыточного давления в системе.

Основанием для возникновения гидроударов в любой инженерной сети является свойство практической несжимаемости жидкости. Поток воды изливающийся из обычного кухонного смесителя можно перекрыть одним поворотом ручки. Натыкаясь на появившееся препятствие, вода возбуждает упругую обратную волну. Поскольку деваться ей некуда (трубопровод герметичен), то её энергетика сталкивается с идущим по инерции навстречу потоком жидкости. Собственно сила удара при таком столкновении определяется именно невозможностью поглощения энергии взаимодействия частей потока сжатием среды. Но в трубах малого диаметра подобные процессы минимальны.

Ощутимо же оно проявляется при больших скоростях потока, жёстком трубопроводе больших размеров (длинна, диаметр) и резком перекрытии рабочего просвета на отдельном отрезке. Вообще гидроудары в системе водоснабжения могут быть сглажены эластичностью трубного материала или наличием компенсаторов. Кроме того, амортизировать такие толчки могут оказавшиеся в напорном контуре воздушные пробки. Правда в любом случае энергия толчка будет прежней. Просто её воздействие станет значительно меньше, чего вполне хватает для предотвращения разрывов в реальных прецедентах.

Именно принцип сглаживания резкости толчка водной массы лежит в основании большинства защитных конструкций и оборудования.

Основным вариантом противодействия гидравлическим ударам принято считать сокращение скорости перекрытия потока воды. Для этого применяют задвижки с длинным штоком, благодаря чему процесс закрытия замедляется. Но для подобной арматуры необходимо увеличить пропускной диаметр трубопроводов.

Устранить угрозу гидроудара можно посредством переделки напорного контура, его модернизации. Одним из решений может стать врезка в жёсткий водопровод участка из более эластичного вещества. Таковым может быть пластик или металлопластик. Для получения желаемого результата достаточно 300-400 мм материала. Кроме этого, на прямой (стояковый) участок трубопровода монтируют компенсатор в виде буквы "П", что также сокращает скорость жидкости. В горячем водоснабжении подобную роль может выполнять полотенцесушитель.

Более продвинутым методом защиты является предохранительный клапан, который выпускает заданное количество воды при резком увеличении давления/напора. Тем самым снижается нагрузка на материал и оборудование водоснабжения. Важно отрегулировать функцию клапана, при которой он будет начинать действовать. При слишком высоком параметре открытия гидравлические удары предотвратить не получится.

В современных локальных водопроводах для частного сектора защита от гидроударов возлагается на гидроаккумуляторы разных типов и конструкций. Как правило, эти резервуары уже входят в комплект насосной станции. Сам накопитель обычно исполнен в виде емкости объёмом в 30 и более литров, которая внутри разделена мощной каучуковой мембраной на водную и воздушную зоны. В первую под избыточным давлением (когда оно имеется) периодически закачивается жидкость (вода), во вторую - воздух под расчетным давлением. При этом гидроудары в системе водоснабжения тоже «сбрасываются» в эту емкость. После нормализации напора воды упругая перемычка выдавливает растянувшую её жидкость назад в трубы.

Практика показывает, что привлечение именно гидроаккумулятора служит наиболее эффективной защитой от гидравлических толчков в напорном контуре водоснабжения.