Трубы отопительной и водопроводной системы, особенно частного дома, иногда издают странные звуки. Порой их замечают, но оставляют без внимания. А зря. Щелчки и стуки в трубопроводах могут обозначать и гидроудар в системе водоснабжения. Возможно, пора принимать меры по их предотвращению, пока не возник вопрос: кто виноват во внезапном прорыве трубы.
Что такое гидроудар
Гидроудар – это мощное кратковременное повышение давления жидкости, циркулирующей в трубах, возникающее вследствие резкого изменения скорости ее движения. В зависимости от знака изменения давления гидроудары подразделяются на:
- положительные, направленные на повышение давления, которые возникают при резком закрытии задвижек или включения насосных агрегатов;
- отрицательные, связанные с остановкой насосов.
Рассмотрим, что это такое – гидроудар, и в чем природа этого явления. При резком закрытии задвижки поток воды останавливается не весь, и не сразу. Ближайшие к вентилю слои воды останавливаются, остальные же продолжают движение по инерции. Они сталкиваются с замершим на месте слоем, с ними сталкиваются идущие следом.
То же самое происходит, если в метро резко закрыть вход на эскалатор в момент прохождения потока людей. Первые ряды останавливаются, на них напирают другие, на них – следующие. Возникает давка. Точно также происходит и при гидроударе.
Важно: При резкой остановке потока жидкости давление в трубопроводе мгновенно возрастает в разы, достигая десятков атмосфер. Расчет на то, что это останется без последствий, вряд ли оправдается.
Давайте разберемся, чем же опасен гидроудар.
В чем опасность гидроудара
Любое повышение давления в трубопроводе сверх расчетного опасно как для самих труб, так и для их соединений. Также может пострадать и запорная арматура.
Это произойдет не сразу, ведь изначально все инженерные системы без исключения выполняются с запасом прочности. Но каждый гидроудар методично и безжалостно ищет слабое место в трубопроводе, постепенно готовя его к разрушению. И в какой-то момент терпению труб настает предел, и они лопаются.
Последствия прорывов широко известны. Это испорченная мебель, обои, ковры. Залитые водой соседи, нервно требующие все исправить в кратчайший срок с последующей выплатой компенсации за причиненный ущерб.
А произошел гидроудар в системе отопления, то возможны и нематериальные жертвы. Горячий теплоноситель способен причинить серьезные ожоги людям, которым не повезло попасть под его струю. Да и материальные потери от воздействия горячей воды серьезнее, чем от холодной.
Если же авария случилась в лютый мороз (а поломки никогда к месту не бывают), то остановка теплоснабжения повлечет за собой и остановку котла с полной заморозкой системы.
Убытки проще предотвратить, чем компенсировать. Для этого нужно понять, как избежать их. Итак, гидроудар в системе водоснабжения, причины его появления.
Причины гидроударов
На долю гидроударов приходится около 60% всех аварий на трубопроводах, произошедших при их непосредственном участии. Большая часть из них приходится на изношенные старые трубы, у которых всегда найдется слабое место.
Чем длиннее труба, тем сильнее гидроудар. Это следует из его природы: в протяженном трубопроводе воды умещается больше, вес ее способен вызвать более серьезный перепад давления. Поэтому, чем дальше находится перекрываемый вентиль, тем ощутимее гидроудар в трубопроводе. В этом отношении наиболее уязвимы трубопроводы водяных теплых полов, протяженность которых велика.
Чтобы избавить теплые полы от повреждений вследствие гидравлических ударов, термостатические клапаны, управляющие их работой, должны быть правильно установлены. Перекрытие циркуляции должно выполняться на входе трубопровода в пол. В этом случае после закрытия клапана вода, хоть и продолжает движение по инерции, но всего лишь создает за клапаном разрежение, не опасное для трубопровода. Практикуется одновременное перекрытие выхода трубопровода еще одним клапаном.
В былые времена при засилье винтовых вентилей гидроудары возникали значительно реже. Закрытие запорной арматуры нельзя было выполнить мгновенно, для этого требовался не один оборот рукоятки. С точки зрения безопасной эксплуатации это правильно.
Появление шаровых кранов привело к возможности выполнить ту же операцию значительно быстрее. Легкость движения рукоятки и достижение поставленной цели ее поворотом всего на 90 градусов вызывает соблазн поупражняться в скорости закрытия вентиля, что делать нельзя категорически. В результате резкая остановка потока жидкости испытывает трубопроводную систему на прочность.
Но вентиль не обязательно резко закрыть, чтобы получить гидроудар. Если из системы отопления плохо вытеснен воздух, то при взаимодействии воды с ним открытии крана приводит к аналогичному явлению. Вода трудно поддается сжатию, в отличие от воздуха. Последний при резком столкновении с находящейся под давлением жидкостью выполняет роль своеобразного амортизатора, упругого препятствия на ее пути.
Появлению гидравлических ударов способствует наличие в системе «разнокалиберных» труб. Если трубопроводы различного диаметра не «приведены к общему знаменателю» с помощью соответствующих переходников, скачки давления в процессе их эксплуатации неизбежны.
Как бороться с гидроударами
Для защиты от воздействия гидравлических ударов на системы водо- и теплоснабжения применяется целый ряд мер. Некоторые из них показательны к применению повсеместно, некоторые же используются для трубопроводов определенного назначения.
Плавное перекрытие
От соблазна побыстрее справиться с такой простой задачей, как открытие или перекрытие вентиля, нужно избавляться. Делать это нужно медленно и плавно. Если вентиль тугой, то допускается выполнять перемещение его рукоятки небольшими рывками. Так принято на промышленных предприятиях, но показательно к исполнению и в быту.
Гидроудар при этом все равно происходит. Но он разбивается на несколько небольших по силе. Энергия, которая воздействует на трубы однократно при резком закрытии вентиля, разбивается на порции, не создающие сильных перепадов давления. А поэтому – не опасных.
Амортизация
При ручном управлении движением потоков жидкости можно реализовать их плавное перекрытие или открытие. Но вот термостаты, управляющие процессом работы отопительной системы автоматически, не способны на это.
Чтобы смягчить гидроудар в системе, в ней устанавливаются амортизирующие устройства. Перед местом установки клапана термостата часть жесткого трубопровода заменяется на эластичный. В качестве материалов для этого применяются либо термостойкий каучук, либо армированный пластик.
Поскольку эти материалы могут растягиваться, то в момент гидроудара они примут на себя его силу. Кратковременно увеличившись в диаметре, амортизатор сработает, как гаситель, и сбросит давление перед закрывшимся клапаном.
Для большинства систем достаточно установки отрезка эластичной трубы порядка 20 – 30 см. Для протяженных труб можно увеличить его еще на 10 см.
Шунтирование
Метод подразумевает ручную доработку термоклапанов. Для его реализации необходимы знания их конструкции, в противном случае устройству можно только навредить.
Шунт представляет собой тонкую трубочку диаметром 0,2 – 0,4 мм. Ее вставляют в клапан по ходу движения жидкости. При работе она никак не сказывается на работоспособности системы, а вот при резком повышении давления поможет стравить его в трубопровод за клапаном.
На заметку: Такие меры помогут только в системах, состоящих из новых трубопроводов, и желательно – не из металла. Наличие ржавчины сводит на нет все усилия и ухищрения, так как она быстро забьет отверстие.
Вместо установки трубки бывает достаточно просверлить отверстие соответствующего диаметра.
Защищенные термостаты
Промышленностью выпускаются термостаты, снабженные устройством защиты от гидравлических ударов. У них между клапаном и термоголовкой установлен пружинный механизм. О наличии этого устройства при покупке термостата можно узнать из его технической документации.
При превышении давления пружина, растягиваясь, мешает клапану полностью закрыться. Происходит тот же самый процесс, что и при шунтировании – избыток давления сбрасывается в трубопровод за клапаном. Когда гидроудар прекратится, пружина полностью закроет клапан.
Важно: Термостаты, оснащенные системой защиты от гидроударов, устанавливаются в систему строго в одном направлении, указанном стрелкой на корпусе.
Компенсаторы
Одно из компенсирующих устройств, применяемых в системах отопления (для водопровода оно тоже подходит) для защиты от гидравлических ударов – это гидроаккумулятор. Он представляет собой резервуар, разделенных на две части гибкой мембраной из резины или каучука.
В нижней части резервуара, соединенной с системой, находится вода. Верхняя содержит воздух под давлением. Изделие похожей конструкции входит в состав автоматической насосной станции и служит там для отключения насоса при достижении номинального давления в системе.
В составе же отопительной системы компенсатор присоединяется к местам возможного возникновения гидроударов. В момент его увеличивающееся давление жидкости давит на мембрану аккумулятора. Находящийся над ней воздух сжимается, мембрана смещается в его сторону. За счет увеличения объема, занимаемого жидкостью, давление в ней падает.
Как только воздействие гидроудара закончится, мембрана возвращается на свое место. Применение гидроаккумуляторов попутно позволяет убрать лишний объем жидкости из системы.
Для создания амортизирующего эффекта в водопроводных системах посимо гидроаккумуляторов используют специальные гасители.
Защитные клапаны
Когда-то врачи при повышенном давлении устраивали пациенту кровопускание. Меньше жидкости – меньше давление. По такому же принципу работают и защитные клапаны.
Их размещают в наиболее опасных местах, подверженных гидроударам. Работают они либо как самостоятельные устройства, либо от команды контроллера, управляющего работой системы и имеющего информацию о давлении в ней в заданных точках.
Как только давление в месте установки защитного клапана превысит пороговый уровень, он откроется и выбросит излишки жидкости наружу. Естественно, это происходит там, где они не принесут никому вреда или дискомфорта.
По мере уменьшения давления клапан закроется, приходя в исходное состояние.
Устройства автоматического регулирования
Не стоит зацикливаться только на вентилях и клапанах. Запуск и остановка насосов тоже провоцирует гидравлические удары в системе водоснабжения. Чем мощнее насос – тем сильнее окажется гидроудар.
Давление, создаваемое насосным агрегатом, зависит от скорости вращения его электропривода – двигателя. При подаче напряжения на него он разгоняется практически мгновенно. Если же заставить его делать это плавно, то гидроудара при включении насоса в работу можно избежать.
Скорость вращения электродвигателя зависит от напряжения или частоты питающей сети. Изменяя величину напряжения, регулировать обороты вряд ли получится. А вот изменение частоты помогает добиться нужного эффекта.
Для этой цели используются специальные устройства управления электродвигателями: частотные преобразователи и устройства плавного пуска. И те и другие при получении команды на запуск плавно наращивают частоту питания электродвигателя, выводя его на номинальные обороты за время, заранее установленное при наладке системы. Гидроудары исчезают.
Но у частотных преобразователей есть еще одно преимущество. Они позволяют и при работе насоса регулировать его производительность таким образом, чтобы поддерживался оптимальный режим его работы. Изменение напора жидкости можно производить уже не степенью открытия вентиля на выходе, а частотой вращения электромотора.
Для этого к частотному преобразователю подключаются датчики давления или любого другого параметра, который он будет поддерживать в заданных пределах, изменяя частоту вращения насоса. При этом появляется еще и экономическая выгода: снижается расход электроэнергии, так как насос будет потреблять из сети ровно столько энергии, сколько необходимо.
Недостатки частотного преобразователя: большая стоимость и необходимость выполнения наладочных работ специалистом.
Если ваша система отопления либо водоснабжения еще не снабжена ни одним из вышеописанных устройств, а в ней наблюдаются признаки гидравлических ударов – пора браться за ее модернизацию. В противном случае когда-нибудь придется взяться за ремонт.
okanalizacii.ru
Причины происхождения гидроудара
Вода, в отличие от воздуха, абсолютно не подлежит сжатию. Поэтому попадание жидкости в рабочее пространство цилиндров негативно отражается на работе силового агрегата. Соприкосновение поршня с несжимаемым объектом (в рассматриваемом случае представленным водой) приводит к разнообразным неисправностям двигателя автомобиля, вплоть до полной поломки.
Следует отметить, что подобная неприятность случается даже при появлении жидкости в топливно-воздушной смеси одного из цилиндров.
Поскольку приближающийся к верхней мертвой точке поршень не способен сжать неподдающуюся воду, его движение сопровождается ударом металлического рычага о несжимаемую влагу. Плачевным результатом является недопустимая деформация важных функциональных деталей ДВС. Последствиями подобной ситуации могут стать два варианта:
- Согнутый непомерной нагрузкой шатун моментально ломается, пробивая отверстие в блоке цилиндров. Бывалые автомеханики называют подобную неисправность «рукой дружбы», показываемой двигателем;
- Такой же печальный исход, предполагающий замену цилиндров, ожидает автомобиль, прошедший некоторое, порой весьма значительное расстояние после гидравлического удара. Разумеется, уберечь двигатель от непредвиденного капитального ремонта способна неусыпная бдительность владельца, своевременно заменившего деформированные детали.
Итак, установленной причиной гидроудара в автомобильном моторе является появление жидкости в рабочем пространстве камеры сгорания. Вода проникает в цилиндры из внешней среды, беспрепятственно минуя воздуховод.
По каким признакам определяется гидроудар
Пробитая шатуном дыра в блоке цилиндров может являться результатом недостаточно плотного прилегания крышки, защищающей металлический рычаг снизу. Это происходит благодаря раскручиванию крепежных деталей.
Исходя из понятия, что такое гидроудар двигателя, определяются симптомы этого довольно неприятного явления. Наличие следов воды хотя бы в одном из цилиндров свидетельствует о свершившемся факте. Опытные водители способны распознать признаки гидроудара по следующим симптомам:
- влага, обнаруженная во впускном коллекторе, обычно сопровождается заметной деформацией фильтрующего элемента воздуховода;
- значительное увеличение полосы нагара в цилиндре;
- неравномерность нагара, некоторая его «затертость» с одной стороны;
- на поршне появляется косая потертость;
- чрезмерное искривление и недопустимый изгиб шатуна;
- на головке цилиндра, пострадавшего от гидроудара, наблюдается более плотный слой нагара, чем на остальных деталях;
- на краях шатунных вкладышей коленчатого вала появляются специфические затертости.
Следует отметить, что перечисленные выше признаки могут сочетаться. Выявление сразу нескольких симптомов является неоспоримым доказательством того, что автомобиль пострадал от гидроудара двигателя, а что такое неприятное событие влечет за собой, об этом поведает следующий раздел предлагаемой публикации.
Последствия проникновения жидкости в рабочее пространство цилиндров автомобильного мотора
Гидравлический удар двигателя считается достаточно серьезной неисправностью. Однако, существенных неприятностей мотору, работающему на холостом ходу, он не доставляет. Единственной проблемой является то, что автомобиль может неожиданно заглохнуть. Обычно в подобной ситуации обходятся без серьезных повреждений.
В двигателе едущей машины в результате гидравлического удара образуются существенные неисправности. Это обусловлено тем, что инерция движения создает невероятно большие нагрузки на поршень со стороны поврежденного от контакта с жидкостью шатуна. Такая ситуация грозит автомобилю деформацией и разрушением вкладышей, неисправностями шатунов и колец, поломкой коленчатого вала.
Самое тяжелое последствие гидроудара двигателя подстерегает машину при обратном ходе поршня. Частицы поврежденных деталей вполне способны привести к разрушению поршня или образованию дыры в стенке цилиндра. Такой мотор не подлежит реконструкции, требуя полной замены.
Медленное движение автомобиля снижает резкость импульса, создаваемого гидравлическим ударом. Это сохраняет функциональные узлы от повреждения, отражаясь лишь на целостности шатуна. Он может подвергаться деформации или просто изгибаться.
Незначительный изгиб уменьшает рабочую длину шатуна, вызывая удар поршня в нижней точке о противовесы коленвала, и через некоторое время он разрушается. Сильно изогнутый шатун, касаясь стенки цилиндра, в конечном итоге заклинивает внутри камеры.
Порядок действий после гидроудара двигателя
Если не удалось уберечь мотор от попадания жидкости, и машина неожиданно заглохла, не следует пытаться вновь завести ее стартером. При выключенном зажигании рекомендуется проверить состояние воздушного фильтра. Присутствие в нем воды свидетельствует о свершившемся гидравлическом ударе двигателя.
Для удаления жидкости из цилиндров следует убрать свечи зажигания и принудительно провернуть коленвал ручкой. При попадании воды в картер мотора необходимо срочно заменить смазку. Если не удается высушить воздушный фильтр, следует поставить новый.
Свободное проворачивание коленчатого вала свидетельствует о недостаточно серьезной деформации шатуна. Это позволяет избежать неприятных последствий гидроудара, удаляя жидкость через места фиксации свечей зажигания. Из этих отверстий вода под действием поршней покидает камеру сгорания.
Далее следует просушить цилиндры, продувая их насосом через те же свечные отверстия. После этого можно осторожно попробовать завести двигатель. Если работающий мотор не издает посторонних звуков, наподобие стука, допускается дальнейшее движение автомобиля.
Однако, не помешает внимательно контролировать температуру, одновременно наблюдая за давлением масла. При обнаружении малейших отклонений от нормы следует незамедлительно остановить машину, заглушив пострадавший от гидроудара мотор.
Если же ручное вращение коленвала вызывает затруднения или при его прокручивании раздается отчетливо слышимый стук, заводить двигатель категорически запрещено. Нарушение этой рекомендации может обернуться дырой в блоке цилиндров. Автомобиль следует доставить на буксире или эвакуатором в ближайшую мастерскую, где профессиональные механики проведут тщательную диагностику и окажут необходимую помощь пострадавшему мотору.
Рекомендуемые меры по предупреждению гидравлического удара
Для обеспечения безопасности воздухозаборника от попадания жидкости, прежде всего не следует допускать погружения автомобиля в воду глубже допустимого уровня, то есть максимум до середины колес. Если возникает частая необходимость преодоления серьезных водных препятствий, рекомендуется оборудовать машину специальным приспособлением, называемым шноркелем.
При отсутствии данного устройства в случае поднятия воды до капота следует незамедлительно остановить автомобиль, заглушив двигатель. Помимо того, особого внимания требует исправное состояние резиновых воздуховодов.
Основными функциями шноркеля, представленного особой двухканальной трубой, являются подача воздуха в камеру сгорания параллельно отводу отработанных газов. Это вертикально расположенное приспособление предназначается для защиты входа воздухозаборника от случайного проникновения жидкости в двигатель. Также оно оберегает от воды и выход глушителя.
Способность шноркеля выполнять свои защитные функции обеспечивается благодаря увеличению высоты расположения вышеуказанных деталей. Следует отметить, что воздухозаборник автомобиля стандартной комплектации обычно размещен под передними крыльями на расстоянии 0.8-1.0 м от поверхности земли.
Кстати, вода способна заглушить бензиновый двигатель не только из-за гидроудара, но также благодаря отсутствию искрообразования в свечах зажигания, вызываемому намоканием трамблера. Обычный компрессор поможет справиться с нежелательной влагой в электрической системе и в моторном отсеке автомобиля.
Предусмотрительный водитель, намеревающийся форсировать водные преграды, заблаговременно оборачивает катушку с трамблером влагонепроницаемой пленкой.
avtodvigateli.com
Природа гидроудара
Охарактеризовать или описать гидроудар в системе водоснабжения несложно, рабочее воображение и минимальный багаж знаний по физики помогут в этом. Представьте, как по трубопроводу течет вода, она движется с определенной скоростью и оказывает на стенки труб давление в 2-3 атмосферы.
Но вдруг на пути водяного потока возникает препятствие, это может быть:
- Завоздушенность — воздушная пробка, возникающая вследствие неправильной эксплуатации водопровода, его неграмотной конструкции и т.д. (все знают, что нужно открывать клапаны в системах водопровода, чтобы спускать воздух перед подачей воды, обычно речь идет о системах отопления).
- Запорная арматура — элемент крана, вентильного или шарового, перекрывающий трубу с целью остановки воды и препятствования ее дальнейшему течению по системе водоснабжения. Каждая система теплоснабжения и другие водопроводы оснащены такими кранами на определенных участках.
Сталкиваясь с подобным препятствием, водяной поток не может мгновенно снизить свою скорость, а это значит, что при той же скорости на определенном участке возникает попытка увеличения объема жидкости, то есть резкий скачок давления. Труба в такой ситуации испытывается на прочность колоссальным поднятием атмосфер и может не выдержать.
Отсюда вытекает вывод, что гидроудар в трубопроводе — частая причина его разрушения и чем дольше служит система водоснабжения, тем уязвимее она становится, особенно в случае с металлическими трубами, подверженными коррозии.
Возможные причины
Проблема состоит в том, что причин этому феномену может быть много, но распространенными считаются три:
- Резкое включение или остановка насоса, работающего на высоких оборотах, а также его поломка или экстренное отключение;
- Экстренная остановка жидкости, текущей по трубам, путем перекрытия запорной арматуры;
- Препятствие на пути потока жидкости в идее воздушной пробки.
Случай с работой или неисправностями насоса — наименее вероятным из этого списка. Прорыв канализации или водопровода из-за гидроудара по этой причине происходит реже других пунктов. Объясняется это тем, что у многих насос не установлен вовсе, а если он все же имеется, такое оборудования оснащается защитными системами.
Гидроудар из-за образования в системах отопления и подачи воды воздушной пробки более частое явление. Этот случай опасен тем, что при соприкосновении потока воды с завоздушенностью, скорость жидкости не снижается, а давлению и воздуху в закрытой среде некуда деться, что грозит сильным повышением атмосферного давления. Если 1–2 раза трубопровод выдержит, частые инциденты приведут к тотальным последствиям и прорыв труб неизбежен.
Наиболее частой причиной гидроудара по статистике становится именно резкое закрытие запорной арматуры. Этот фактор сильно усугубился, когда широкое распространение получил шаровый кран. Дело в том, что при вентильном кране, поток воды перекрывался постепенно, путем поэтапного закручивания вентиля и давление в трубах оставалось в допустимых пределах. Но технология шарового крана действует в разы быстрее и движущаяся жидкость внутри трубопроводов врезается в препятствие резко, не сбрасывая скорость, что приводит к сильному износу оборудования из-за повышающихся нагрузок и повышает риск гидроударов. В таких ситуациях даже компенсаторы для трубопроводов спасают не всегда.
Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара
Дело в том, что в теории, внутреннее давление в трубе может расти без остановки, достигая любой силы. Последствия в таких ситуациях будут следующими:
- Прорыв трубы, разрушение трубопровода или системы подачи тепла;
- Деформация или уничтожение приборов отопления;
- Как следствие — прекращение подачи воды и тепла на время ремонта;
- Получения ожоговых травм жильцами, находившимися в непосредственно близости от тепловых сетей во время гидроудара;
- Гидравлический удар в трубах приводит к затоплениям вашего имущества и соседей, живущих под вами (в случае с квартирами).
Глядя на этот неполный список возможных последствий, хочется узнать о методах защиты от гидроударов. Как обезопасить себя от возможного несчастья?
Первый и самый весомый аргумент в сторону защиты от гидравлических ударов — компенсаторы трубопроводов. Эти специальные приспособления способны принимать в себя часть жидкости из общей системы при возрастании внутреннего давления, снижая его таким образом. Виды компенсаторов водопроводов бывают разными, но наибольшее распространение получили сильфонные, линзовые и сальниковые, ввиду своих эксплуатационных особенностей.
Еще один метод защиты — клапан для защиты от гидравлических ударов. Этот приспособление устанавливается в системах повышенного давления и при использовании насоса. Этакий гаситель гидроударов, клапан открывается и сбрасывает излишнее давление при его резком скачке.
Обязательно устанавливайте в своих домах и квартирах краны, позволяющие перекрыть подачу воды. Так вы сможете быстро перекрыть воду в аварийных ситуациях и обезопасите себя от возможных последствий, даже если беда произойдет.
Защита трубопроводов обычными методами, а точнее — мерами предосторожности, обязательна. Закрывайте опорную арматуру постепенно, спускайте воздух из труб заблаговременно и установите компенсатор гидроударов, желательно большого объема.
trubexpert.ru
Опасный потенциал
Гидроудар в системах вызывает нарушение целостности труб, повреждение крыльчаток насосов, перегрузку источников электроснабжения и т.д.
Масштабы таких аварий на коммунальных сетях – огромны.
Яркими примерами последствий гидроударов могут служить:
- Затопление Люблинской канализационной насосной станции 12.09.1998 г., ставшее результатом гидроудара, возникшего из-за аварийного отключения насосов;
- Выход из строя трубы Кызылской ТЭЦ 18.12.2005 г.;
- Образование воронки с диаметром несколько метров и 30-метрового столба горячего пара на Манхэттене 19.07.2017 г.
Результате повреждения гидроударом теплотрассы стала остановка пяти линий метро и парализация движения в центре Нью-Йорка, практически, на сутки.
В домашних сетях последствия гидроударов не столь разрушительны, однако, и здесь экономический ущерб для владельцев квартир может достигать сумм в десятки тысяч, а то и миллионов рублей.
Понятие и причины возникновения
Гидравлический удар в трубопроводах – изменение давления (повышение или снижение) в трубопроводе, по которому движется поток жидкости, из-за значительного изменения скорости ее движения в короткий промежуток времени.
А вы знаете, как установить сиденье на унитаз для инвалидов? Способы монтажа различных аксессуаров на сантехнику описаны в полезной статье.
Чем можно заменить моющее средство для посудомоечной машины, прочитайте на этой странице.
Причинами гидроударов (в отоплении) служат:
- быстрое перекрытие или открывание запорной арматуры;
- мгновенная остановка или быстрый разгон насоса;
- скачкообразное изменение площади сечения трубопровода;
- появление препятствий движению жидкости в виде потока другого направления или скопления воздуха и т.д.
При этом, величина избыточного давления зависит от:
- сжимаемости жидкости (вода, практически, не сжимаема),
- скорости ее движения,
- времени развития процесса.
Играет роль и жесткость материалов, подвергающихся воздействию: чем она выше, тем сильнее оказываемое явлением воздействие.
Связано явление с невозможностью быстрого преобразования энергии движущейся жидкости в другие виды, например, в потенциальную энергию сжатия самой жидкости или деформации стенок трубы.
В результате, давление в точке появления препятствия (расширения) скачкообразно увеличивается (снижается), порождая ударную волну.
При превышении давлением допустимых значений для материала трубопровода, происходит его разрушение.
К сведению! Гидроудар не всегда захватывает весь объем жидкости.
К примеру, при работе крыльчаток насосного оборудования, например, станции для повышения давления воды для частного дома (написано здесь), в зонах турбулентности возникают кавитационные пузырьки.
Их схлопывание порождает локальный (микро) гидроудар с энергией, не приводящей к глобальным разрушениям.
Однако, ее хватает для того, чтобы привести к микроповреждениям поверхности деталей насосов, что при постоянном воздействии выводит их из строя.
Несколько слов о теории
О возникновении ударных явлений в напорных трубопроводах при перекрытии запорной арматуры стало известно с началом их эксплуатации.
Применявшиеся, изначально, пробковые краны мгновенно перекрывали поток воды, инициируя гидроудар.
Чем убрать накипь в стиральной машине написано здесь.
На странице: http://ru-canalizator.com/kanalizatsiya/vygrebnaya-yama/zhiroulovitel.html написано про устройство жироуловителя канализации.
Разрушения труб централизованного водопровода, вследствие этого явления, происходили, практически, в каждом городе.
В разной степени работы по исследованию гидроудара велись и в России, и за рубежом, в частности:
- братьями Монгольфье,
- швейцарским изобретателем Э. Арганом,
- М. Бультоном,
- профессором Казанского университета И.С.Громекой.
Массовое разрушение водопроводных труб в Москве конца XIX века вынудило, действовавшее в то время Управление городским хозяйством, организовать комиссию для выяснения причин и разработки методов борьбы с этим явлением.
По приглашению Главного инженера Московского водопровода Н. П. Зимина в ее работе принял участие профессор механики Московского высшего технического училища Николай Егорович Жуковский.
Исследования проводились на базе Алексеевской водокачки.
Для работы использовались манометры и самопишущие аппараты, установленные на участках, путем врезки в чугунную трубу водопровода (как сделать, прочитайте здесь).
Отрезки трубопроводов диаметром 2, 4 и 6 дюймов были проложены по поверхности и соединены с водоводом, отвечавшим за подачу в город.
Предметом исследования стала динамика движения жидкости, изменения давления в трубах при срабатывании заслонок.
Результаты подтвердили, что причиной разрушения водопровода стала ударная волна, появляющаяся и распространяющаяся при быстром срабатывании запорной арматуры.
Собранный материал позволил Н.Е.Жуковскому получить соотношение для времени срабатывания арматуры, которое полностью исключало гидроудар, или сводило его последствия к минимальным:
- t = L*v/75P.
В формулу входят величины:
- t – время срабатывания задвижки в секундах;
- L – длина участка трубопровода в саженях;
- v – скорость движения потока жидкости в трубопроводе в футах, в секунду;
P – допустимое давление для материала трубы в атмосферах.
Это соотношение и другие результаты исследований вошли в работу Н.Е. Жуковского «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах», материалы которой были представлены в докладе в Политехническом обществе 26.09.1897 г.
Способы защиты
Теория развития гидравлического удара устанавливает главные факторы, отвечающие за опасность явления для оборудования:
- время развития процесса, определяющее мощность воздействия;
- коэффициент сжимаемости жидкости, влияющий на величину избыточного давления;
- жесткость материалов, на основании которой устанавливается их способность поглотить энергию гидроудара без нарушения целостности.
Защита водопроводных, канализационных и отопительных сетей от негативных последствий этого явления связана с влиянием на эти характеристики.
За счет влияния на динамику процессов
Сегодня, нормативные документы, регламентирующие эксплуатацию систем отопления и водоснабжения, устанавливают время отпирания и запирания арматуры.
Распределение процесса во времени снижает мощность воздействия, устраняя негативные последствия гидроудара и повышая безопасность эксплуатации систем.
На промышленных и коммунальных сетях для этой цели применяют автоматическую арматуру с управляемым временем срабатывания.
В случае, если открывание и закрывание осуществляется вручную, используют винтовые механизмы, которые обеспечивают постепенное уменьшение (увеличение) эффективного сечения участков трубопроводов.
Практический совет! В домашних условиях защиту внутренних сетей от гидроударов обеспечат многооборотные запорные вентили, использующиеся вместо шаровых.
Для уже установленных шаровых запорных кранов, например, на батарею отопления (описаны здесь), желательно, придерживаться простого правила – открывать и закрывать их постепенно, плавно снижая (увеличивая) скорость потока воды в трубах.
Автоматика для насосного оборудования
Источником гидроударов в системе становится и насосное оборудование. Динамика потока жидкости зависит от скорости вращения валов насосов.
Соответственно, плавное регулирование скорости вращения (в том числе, при пуске) снизит интенсивность воздействия и вероятность возникновения гидроударов.
В промышленных условиях для управления работой насосов используют полупроводниковые и трансформаторные регуляторы, преобразователи частоты и другие аналогичные устройства.
Не помешает подобное оборудование и в домашних условиях.
Наиболее, просто, вопрос решается для частных домов с установленными автономными системами водоснабжения, отопления и канализации.
Гидроудар в системе возникает и при остановке насоса, например, в случае пропадания питающей сети.
Опыт использования резервных источников на коммунальных и промышленных предприятиях свидетельствует об эффективности этого метода.
Экономия от предотвращения аварийных ситуаций и снижения затрат на ремонт составляет десятки миллионов рублей.
Циркуляционные и водозаборные насосы в домашних условиях, включенные через стабилизаторы и источники бесперебойного питания, обезопасят внутренние коммуникации.
За счет снижения избыточного давления
Один из источников гидроударов – установленные в системах клапаны — байпасы.
Причем, для большинства из них, высокая скорость срабатывания – важная характеристика, обеспечивающая защиту оборудования.
Устранить возникающее противоречие позволяют способы снижения избыточного давления в момент срабатывания клапана.
Примером могут служить полностью управляемые устройства, обеспечивающие быстрое перекрытие основного сечения и постепенную доводку до полного запирания.
В этом случае, избыточное давление стравливается за счет остающегося в работе (до полного закрытия) канала.
Поток жидкости через него не влияет на работу защищаемого оборудования, при этом, снижается опасность гидроудара.
По этому принципу работают многие приборы для бытового применения, например, клапаны с шунтированием или компенсаторами.
Наиболее распространенными устройствами с шунтированием стали термостаты для радиаторов отопления.
К сведению! В европейских странах применение арматуры с компенсаторами, практически, обязательно.
В противном случае, может последовать отказ от гарантийного обслуживания систем.
Демпфирование нагрузок
Различные характеристики материалов трубопроводов обеспечивают различную способность к противостоянию гидроударам.
К примеру, при прочих, равных, максимум давления при запирании арматуры на полиэтиленовом трубопроводе меньше, чем в стальном, в несколько раз, в стеклопластиковом – на 65%, в трубопроводе ПВХ – на 50%.
С этими свойствами связано применение демпферов – отрезков трубопровода с высокой эластичностью на участках магистралей, где опасность появления гидроударов повышена.
Практический совет! Для домашних систем водоснабжения или отопления, достаточно, установить в разрыв стальной трубы отрезок трубы из полиэтилена, армированного каучука или аналогичных материалов длиной 20-30 см!
Посмотрите, к каким последствиям может привести гидравлический удар в водопроводе.
ru-canalizator.com