Гидродинамический удар

Гидравлический удар — ,резкое изменение давления жидкости, вызванное внезапным изменением скорости ее течения в насосах или напорном трубопроводе. Теория гидравлического удара развита Н. Е. Жуковским.
Гидравлическим ударом называется резкий скачок давления, возникающий в трубопроводе. Этот процесс происходит очень быстро и характеризуется чередованием резких пиков и спадов давления, связанных с упругими деформациями гидравлической жидкости и стенок трубопровода. Гидроудар сопровождается сильными акустическими эффектами, иногда – прорывами трубопроводов.

Модуль демпфирования ударов:
а — при открытом гидрораспределителе
б — при закрытом гидрораспределителе Зачастую гидроудары возникают в момент разгрузки предохранительных клапанов, когда жидкость проходит через клапан практически свободно, без давления. Процесс разгрузки проходит очень быстро, т. е. давление в гидросистеме резко падает, что и вызывает гидравлический удар. Для борьбы с гидроударами на практике применяются различные методы: профилирование рабочей поверхности плунжера; применение ослабителей и модулей демпфирования ударов; использование регулируемого пилотного управления. Современные гидрораспределители в качестве опции могут комплектоваться специальными регуляторами времени переключения, позволяющими предотвращать возникновение гидравлических ударов.


Более плавный процесс переключения предохранительного клапана может обеспечить модуль демпфирования ударов. Модуль демпфирования ударов располагается между пилотом предохранительного клапана и электрогидрораспределителем, оборудованным демпфером на линии В. Когда распределитель закрыт, золотник под действием рабочего давления смещается вправо и сжимает пружину, перекрывая соединение . Когда гидрораспределитель открыт, поток рабочей жидкости из линии В поступает в бак, на дросселирующем отверстии при этом поддерживается постоянный перепад давлений. Усилие пружины создает некоторую задержку открытия соединения, таким образом возникновение пиков давления в гидросистеме устраняется.

Наличие модуля демпфирования гидроударов в системе позволяет исключить возникновение акустических ударов, понизить пики давления и исключить зависимость от вязкости рабочей жидкости.

Следует различать гидравлические удары и пульсации давления. Причинами колебаний давления в гидросистеме могут быть неравномерная подача насоса; подключение и отключение различных насосов; работа отсечных и управляющих гидроаппаратов высокого быстродействия и др. Колебания давления и расхода разрушительно действуют на гидроаппаратуру, уменьшая срок службы элементов и приводя к их отказам. Поэтому важно еще на этапе проектирования гидросистемы определить возможную причину возникновения колебаний давления и предусмотреть меры по их компенсации. Зарекомендовавшим себя методам демпфирования колебаний давления является установка гидравлических амортизаторов.


Например, для обеспечения быстрого и мягкого переключения гидрораспределителей (дросселирующих или пропорциональных) рекомендуется до них и после них устанавливать аккумуляторы. При этом одновременно устраняются и удары давления. Установка гидравлических аккумуляторов также позволяет защитить от разрушения элементы, чувствительные к воздействию ударной волны (например, насосы) . Гидроаккумуляторы также применяются в качестве гидравлических пружин для демпфирования колебаний и ударов, при этом сжимаемый в аккумуляторе газ используется в качестве пружинящего элемента. Например, аккумуляторы применяются в натяжных механизмах и в приводах мобильных машин для предотвращения передачи ударов приводной цепью.

otvet.mail.ru

Общие сведения

Явление гидравлического удара открыл в 1897—1899 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:


D_p = rho(v_0 - v_1) c!,,

где D_p — увеличение давления в Н/м²,

rho — плотность жидкости в кг/м³,
v_0 и v_1 — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного клапана) в м/с,
с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала E, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.

Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.

Зависимость между скоростью ударной волны c, её длиной и временем распространения (L и tau соответственно) выражается следующей формулой:

c = 2 L / tau!,

Виды гидравлических ударов


В зависимости от времени распространения ударной волны tau и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

  • Полный (прямой) гидравлический удар, если t < tau
  • Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t > tau

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.

Расчет гидравлического удара


Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

T = frac{2l}{Cu}

Здесь l — длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, Cu — скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

Cu = sqrt { frac{E}{p} } frac{1}{sqrt { 1 + frac{E}{Etr} frac{D}{h} k}}

где E — модуль объемной упругости жидкости, p — плотность жидкости, sqrt { frac{E}{p} } — скорость распространения звука в жидкости, Etr — модуль упругости материала стенок трубы,
D — диаметр трубы, h — толщина стенок трубы.

Для воды отношение frac{E}{Etr} зависит от материала труб и может быть принято; для стальных — 0.01; чугунных — 0.02; ж/б — 0.1-0.14; асбестоцементных — 0.11; полиэтиленовых — 1-1.45

Коэффициент k для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

k=frac{1}{1+9.5a},

a=frac{f}{h} коэффициент армирования кольцевой арматурой (f — площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно a=0.015-0.05 Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

P=pCuVo

где
Vo — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

P=frac{2pVol}{t3}

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе H=frac{CuVo}{g}

при непрямом H=frac{2Vol}{gt3}

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

  • Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.
  • Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора
  • Установка демпфирующих устройств

Примеры

Наиболее простым примером возникновения гидравлического удара является пример трубопровода с постоянным напором и установившимся движением жидкости, в котором была резко перекрыта задвижка или закрыт клапан.


В скважинных системах водоснабжения гидроудар, как правило, возникает, когда ближайший к насосу обратный клапан расположен выше статического уровня воды более, чем на 9 метров, или ближайший к насосу обратный клапан имеет утечку, в то время как расположенный выше следующий обратный клапан держит давление.

В обоих случаях в стояке возникает частичное разрежение. При следующем пуске насоса вода, протекающая с очень большой скоростью, заполняет вакуум и соударяется в трубопроводе с закрытым обратным клапаном и столбом жидкости над ним, вызывая скачок давления и гидравлический удар. Такой гидравлический удар способен вызвать образование трещин в трубах, разрушить трубные соединения и повредить насос и/или электродвигатель.

Гидроудар может возникать в системах объёмного гидропривода, в которых используется золотниковый гидрораспределитель. В момент перекрытия золотником одного из каналов, по которым нагнетается жидкость, этот канал на короткое время оказывается перекрытым, что влечёт за собой возникновение явлений, описанных выше.

Источники

  • «Основы гидравлики и аэродинамики», Калицун В. И., Дроздов Е. В., Комаров А. С., Чижик К. И., «Стройиздат», 2002 г.
  • «Сборник задач по гидравлике», под ред. В.А. Большакова, 1979. 336с.

Ссылки


Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах, 1899

dikc.academic.ru

Гидравлический удар 25-9

Гидравлическим ударом называется скачкообразное повышение давления в трубопроводе (гидросистеме), вызванное резким изменением скорости жидкости.

Название «гидравлический удар» явление получило потому, что резкое изменение давления может сопровождаться сотрясением трубы и появлением звука, сходного со звуком удара молотком по твердому телу.

В конце IXXвека после завершения строительства в Москве Рублевской водонапорной станции участились случаи разрыва труб, заложенных глубоко в земле. Первое время аварии объясняли плохим качеством изготовления водопроводных труб. Однако и после замены разрушенных труб новыми аварии возникали вновь. Это заставило начальника Московского водопровода обратиться за помощью к профессору Н.Е. Жуковскому1, который в то время являлся членом комиссии, решавшей проблему улучшения водоснабжения в г. Москве.

Н.Е. Жуковским была впервые разработана теория гидравлического удара в трубах, основные положения которой изложены в статье «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах» (1898 г.).

Гидродинамический удар


Явление гидравлического удара рассмотрим на примере трубопровода длиной Гидродинамический удар, диаметромГидродинамический удар, в котором под действием напора в бакеГидродинамический удардвижется вода со средней скоростьюГидродинамический удар. Давление водыГидродинамический удар. На конце трубопровода расположено запорное устройство (задвижка, кран, клапан и т.д.).

Примем следующие допущения:

  • размеры резервуара велики, уровень в нем остается постоянным независимо от явлений, происходящих в трубопроводе.

  • начальное давлениев трубопроводе практическипостояннои равноГидродинамический удар;

  • движение воды в трубопроводе считаем одномерным, т.е. все местные скорости считаем равными средней скорости, а давление – одинаковыми во всех точках живого сечения. Характеристики такого движения зависят только от продольной координаты;

  • потери напора и скоростной напор малы, поэтому пьезометрическая линия практически совпадает с горизонтальной линией. Давление водыГидродинамический ударпрактически постоянно по длине трубы

В момент времени Гидродинамический ударзатвор мгновенно закрылся.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар.

Жидкость продолжает двигаться с прежней скоростью. Слои, непосредственно примыкающие к затвору останавливаются (Гидродинамический удар), давление повышается (Гидродинамический удар), происходит сжатие жидкости и деформация стенок трубопровода. Кинетическая энергия движущейся воды переходит в потенциальную энергию сжатия воды и деформации стенок резервуара.

Такой процесс распространяется по всей трубе в сторону резервуара со скоростью Гидродинамический удар.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Процесс повышения давления достиг резервуара.

Мгновенный останов под повышенным давлением

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Это состояние неравновесное (неустойчивое). В трубе давление повышенное, стенки растянуты. Начинается процесс выхода воды обратно в резервуар, снижения давления до первоначального. Потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Процесс распространяется в сторону запорного устройства со скоростью Гидродинамический удар.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Процесс восстановления давления достиг запорного устройства. Деформаций нет. Скорость направлена от запорного в бак.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Инерция движущейся массы воды приведет к понижению давления у запорного устройста. Предполагается, что не происходит нарушения целостности столба воды. Происходит постепенная остановка жидкости и деформация стенок трубопровода. Такой процесс распространяется по всей трубе в сторону резервуара со скоростью Гидродинамический удар.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Процесс понижения давления достиг резервуара.

Мгновенный останов под пониженным давлением

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Это состояние неустойчиво. В трубе давление ниже, чем в резервуаре, стенки сжаты. Начинается процесс входа воды в трубопровод, повышения давления до первоначального и устранения деформации трубопровода. Потенциальная энергия переходит в кинетическую. Процесс распространяется в сторону запорного устройства со скоростью Гидродинамический удар.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Процесс восстановления давления достиг запорного устройства. Деформаций нет. Скорость направлена из бака в сторону запора.

Гидродинамический удар

Гидродинамический удар

Цикл завершен. Восстановлено начальное состояние (см. Гидродинамический удар). Процесс повторяется.

В реальных условиях колебания постепенно затухают.

Определения.

Гидравлический удар –явление резкого изменения давления, возникающее при напорном движении жидкости в трубе вследствие быстрого изменения скорости в одном из сечений.

Скорость ударной волны– скорость распространения волны изменения давления вдоль трубопровода.

Фаза удара– время, за которое волна изменения давления проходит весь трубопровод и возвращается обратно.Гидродинамический удар. Различают фазу повышенного давления и фазу пониженного давления.

Положительный гидравлический удар – начинается с фазы повышения давления. Нами рассмотрен положительный гидроудар, задвижка в конце трубопровода.

Отрицательный гидравлический удар – начинается с фазы понижения давления. Если резко закрыть задвижку в начале трубопровода, то произойдет аналогичный процесс скачкообразного изменения давления, однако он начнется с понижения давления за задвижкой. То же происходит при резкой остановке насоса.

studfiles.net

Доброго времени суток, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru 

В рубрике «Общее» рассмотрим такое довольно грозное физическое явление, которое в гидравлике известно под общим названием гидравлический удар. В системах водоснабжения при включении и выключении насосов (это насосы, как с прямым пуском, так и с пуском звезда/треугольник) может возникать гидравлический удар. Гидравлический удар – это резкое, мгновенное (ударное) повышение или понижение давления в напорном трубопроводе, по которому движется жидкость (вода), ввиду резкого изменения во времени скорости ее движения. Это явление появляется тогда, когда движущаяся в трубопроводе жидкость мгновенно останавливается (например, резко закрыли кран, задвижку или выключили насос). Это явление является самой сильной нагрузкой на трубопровод, в результате чего может произойти его разрыв. Опасность удара зависит от нескольких переменных величин, таких как скорость движения жидкости в трубопроводе, характеристик жидкости и характеристик материала трубопровода. Это явление приводит также к появлению вакуума в трубопроводах, вследствие чего часто бывает смещение или износ уплотнительных колец. Обычно гидравлические удары можно обнаружить только при возникновении шума. Теории и методики расчета гидроударов в трубах впервые были разработаны и решены выдающимся российским ученым Н.Е.Жуковским. Жуковский предложил также формулу для расчета минимального времени необходимого при закрытии запорного устройства, чтобы избежать или максимально снизить эффект гидравлического удара до минимума:

Явление гидравлического удара

Явление гидравлического удара открыл в 1897 — 1899 г. Н.Е. Жуковский. Выяснилось, что явление гидравлического удара объясняется возникновением и распространением вдоль труб ударных волн, вызванных сжатием воды и деформацией стенок труб. Увеличение давления при гидроударе определяется исходя из этой теории по формуле:

Dp0–υ1)

Dp – увеличение давления в Н/м²,

ρ – плотность жидкости в кг/м³,

υ0 и υ1 – средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного крана) в м/с,

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны (с) находится в прямой пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала, из которого трубопровод изготовлен, а также от его диаметра. Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводах, где имеется воздух или газ, так как они легко могут сжиматься. Скорость ударной волны можно определить с помощью следующей формулы;

c=2L/T

c – скорость распространения ударной волны;

L – длина;

Т – время распространения.

Гидроудар представляет собой кратковременное, но резкое повышение давления в трубопроводах при резком торможении движущейся по них потоков жидкости. Такого же эффекта можно достичь при быстром закрытии шарового крана резко перекрывающего поток. Последнее особенно актуально в наши дни, когда на смену старым вентилям с гран буксами которые закрывались плавно за счет большого числа оборотов, и медленно перекрывающих поток, заменяются современными шаровыми кранами, останавливающими поток всего за четверть оборота одним движением руки. Заметнее всего гидравлический удар проявляется только в стальных или чугунных трубопроводах при большой скорости потока. Он происходит тогда, когда движущаяся с некоторой скоростью жидкость вдруг встречает на своём пути жёсткое препятствие, которым бывает заслонка или кран. В результате жидкость останавливается, и её кинетическая энергия превращаются в потенциальную – потенциальную энергию упругого сжатия жидкости, а также потенциальную энергию упругого растяжения стенок трубы. Всё это приводит к тому, что давление в месте остановки стремительно возрастает, значение давления тем больше, чем была выше скорость жидкости и чем меньше ее сжимаемость, а также чем больше жесткость трубопровода. Это повышение давления и является гидравлическим ударом внезапно остановленной жидкости. Когда жидкость ускоряется или замедляется, ударная волна начинает совершать колебания вперед и назад пока не затухнет. Частоту этих колебаний можно рассчитать по следующей формуле:

µ = 2L/а

µ — продолжительность цикла колебаний;

L — длина трубопровода;

а — скорость волны (м/с).

Скорость волны в трубопроводах из различного материала с чистой водой приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Если трубопровод выполнен из эластичных материалов, то это значительно снижают силу гидравлического удара, за счет увеличения объём трубы или шланга в месте остановки жидкости. Если в трубе находится воздух и по мере продвижения жидкости он не успевает полностью покинуть трубопровод с нужной скоростью, то присутствие воздуха также способно предотвратить сильный гидравлический удар. Воздух в этом случае играет роль амортизатора, в котором плавно повышается давление, и потому он оказывает всё большее сопротивление, движению жидкости, постепенно замедляя её. Эти принципы используются в большинстве устройств применяемых для защиты трубопроводов от гидравлических ударов.

 Виды гидравлических ударов 

В зависимости от времени распространения ударной волны и времени закрытия задвижки (заслонки, крана или клапана), в результате которого возникает гидравлический удар, можно отметить два вида ударов:

  • Полный гидравлический удар, при котором ударная волна движется в направлении, обратном первоначальному направлению протока жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно также несколько циклов повторного прохождения ударной волны в прямом и обратном направлениях. Полный удар возникает тогда когда время на закрытие задвижки или другой запорной арматуры меньше чем время движения ударной волны.
  • Неполный гидравлический удар при котором фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит дальше сквозь не до конца закрытую задвижку или другую запорную арматуру. Неполный удар возникает тогда когда время на закрытие задвижки или другой запорной арматуры больше чем время движения ударной волны

 Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов при эксплуатации оборудования 

Поговорим о том, как можно предотвратить гидравлический удар. Гидравлический удар может вызвать порывы трубопроводов, разрушения деталей приборов и другого оборудования, неправильную отработку отдельных устройств (реле давления, реле времени, датчиков давления и других устройств). На практике приходилось сталкиваться со следующим случаем. В системе водоснабжения установлен скважинный погружной насос, реле давления и гидроаккумулятор. При отсутствии разбора воды реле давления должно отключить насос, а на самом деле идет дребезг контактов 3-4 и даже больше раз реле включается и выключается. Причина ложных срабатываний реле давления заключалась в том, что гидроаккумулятор и реле находились друг от друга на значительном расстоянии. При такой схеме монтажа гидроаккумулятор не успевал компенсировать гидравлические удары при отключениях насоса. Для предотвращения ложных отработок реле давления необходимо чтобы всегда реле или датчик находились как можно ближе к гидроаккумулятору. А сам гидроаккумулятор должен быть подсоединен е системе водоснабжения трубой или шлангом того же диаметра что и подсоединительный патрубок на самом баке. Сила гидравлического удара снижается за счет увеличения времени срабатывания запорных устройств, а вблизи возможных мест возникновения гидравлических ударов монтируются предохранительные и обратные клапана,  вибровставки или компенсаторы, и специальные вставки с воздушной подушкой принимающие на себя удар. Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидравлическом ударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или для его полного предотвращения необходимо:

  • уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, за счет увеличения его диаметра;
  • установить демпфирующие устройства (так называемые «хлопушки») в местах возможного появления ударов;
  • увеличить время закрытия клапанов и задвижек, смонтированных на системе;
  • повысить прочность слабых элементов гидравлической системы.

Очень наглядным примером гидравлических ударов является кавитация. При возникновении кавитации, каждое схлопывание пузырька воздуха на поверхности рабочего колеса сопровождается микро гидравлическим ударом. Такие микро удары, происходящие на рабочих поверхностях в миллионных количествах в течение длительно времени способны разрушить поверхность рабочих элементов насоса. Сопровождается кавитация повышенной шумностью в работе оборудования.

И в заключении хотелось отметить следующее. При соблюдении всех выше перечисленных условий по снижению силы гидравлических ударов, система водоснабжения и все установленное в ней оборудование могут работать надежно и плодотворно  в течение длительного срока эксплуатации.

Спасибо за внимание.

P.S. Не упустите возможность сделать доброе дело: нажмите на кнопки социальных сетей расположенных ниже, в которых вы зарегистрированы, чтобы и другие люди тоже получили пользу от этого поста. БОЛЬШОЕ СПАСИБО!

nasos-pump.ru

Что такое гидроудар?

Гидроудар являет собой кратковременный, но существенный скачок давления в наполненной жидкостью системе. Это явление возникает в момент столкновения потока жидкости с возникшим на его пути препятствием. К характерным примерам возникновения подобных преград относят резкое перекрытие запорной арматуры, внезапная остановка насоса и т.д.

Столкнувшись с преградой поток воды по инерции продолжает течение с той скоростью, с которой двигался до появления преграды. Контактирующие с препятствием первые слои с той же скоростью уплотняются за счет поступления следующих слоев. Из-за постоянного нагнетания новых слоев потока давление стремительно возрастает, а жидкость «ищет» способ сбросить свою часть, чтобы его разрядить.

Аналогичная ситуация практически всегда возникает при разрыве потока задвижкой или краном. На первый взгляд явление может казаться безобидным. А потому многие хозяева не придают ему особого внимания.

Но на самом деле, при обнаружении предпосылок для назревающего дефекта труб и арматуры стоит как можно быстрее его устранить. Ведь из-за гидроудара в системе отопления появляются расколы и трещины, а также повреждения оборудования.

Этой серьезной проблеме могут предшествовать щелчки и стуки, а также посторонний шум в подающих воду трубах, сопровождающийся характерным «рычанием».

Пощелкивание преимущественно возникает в тех местах, где трубы большего размера соединены с патрубками меньшего сечения. Проходящая вдоль их внутренних стенок вода наталкивается на пусть и неполноценное, но все же препятствие.

При возникновении аварийных ситуаций от эффекта гидроудара могут пострадать:

  • оборудование (нарушается герметичность трубопроводов и разрушаются отопительные приборы);
  • имущество (вытекающая из поврежденной сети вода затопит жилье и приведет к порче мебели);
  • домочадцы (если нарушение произошло в системе теплоснабжения, есть опасность получить серьезные термические ожоги).

Согласно статистическим данным «львиная доля» аварий трубопровода, составляющая порядка 60%, возникает вследствие гидроудара. Чаще негативные последствия от такого эффекта можно наблюдать у износившихся труб, покрывшихся коррозией.

Больше всего неприятностей он доставляет протяженным трубопроводам, например, при обустройстве «теплого» пола, по контурам которого циркулирует разогретая до определенной температуры жидкость.

Степень повреждения во многом зависит от места возникновения преграды: если она в начале протяженного трубопровода, величина повышенного давления будет незначительной, если же в конце – значительно выше.

Чаще всего эффект проявляется, когда при укладке отопительной системы были задействованы трубы разных диаметров. Если «разнокалиберные» трубы с помощью переходников не приведены к общему «знаменателю», возрастание давления в системе отопления неизбежно. В этой ситуации для защиты системы контур оснащают специальным клапаном – термостатом.

Причины возникновения гидроудара

Физическая природа этого явления кроется в полной утрате или существенным снижением пропускной способности водопроводов, вследствие которой и повышается давление жидкости в системе.

В домах, где были неграмотно спроектированы и обустроены инженерные коммуникации, нередко можно услышать в трубопроводе характерное постукивание и щелчки.

Они являются внешним проявлением гидроудара и возникают, когда в замкнутой системе внезапно прекратилась циркуляция жидкости, а затем также внезапно возобновилось ее движение.

Если на пути движущегося с определенной скоростью потока воды возникает препятствие, его скорость перемещения замедляется, а объем продолжает увеличиваться. Не находя выхода, он формирует обратную волну, которая, сталкиваясь с основной водной массой, повышает давление в системе. Иногда оно может достигать порога в 20 Атм.

Ввиду герметичности магистрали скопившемуся объему деваться некуда, но мощная энергия все равно стремится найти выход во внешнюю среду. Возникающая в результате такого столкновения сила удара и создает опасность разрыва трубы, которая не обладает достаточным запасом прочности.

По этой причине для обустройства системы необходимо использовать адаптированные под водные сети бесшовные водо-газопроводные трубы, соответствующие ГОСТу 3262-75, либо напорные металлопластиковые аналоги, произведенные согласно ГОСТу 18599.

Основными факторами, провоцирующими возникновение гидроудара в трубах, являются:

  • перебои в работе или выход из строя циркуляционного насоса;
  • присутствие воздуха в замкнутом контуре системы;
  • перебои с подачей электроэнергии;
  • при внезапном перекрытии запорной арматуры.

Кратковременное повышение давления в замкнутом контуре вследствие нагнетания жидкости свыше положенной нормы может возникнуть, если при включении насоса крыльчатка начинает свое движение с больших оборотов.

В последнее время при обустройстве автономной системы отопления вместо старых вентилей и задвижек все чаще применяют шаровые краны, устройство которых не предусматривает плавный ход.

Их способность оказывать быстродействующий эффект имеет обратную сторону, являясь одной из самых распространенных причин гидроудара.

В плане безопасности винтовые краны являются более предпочтительными, поскольку за счет поэтапного раскручивания буксы обеспечивают плавное открывание/перекрывание запорной арматуры.

Аналогичная ситуация возникает и когда перед запуском системы из контура не выпущен воздух. В момент открытия крана вода сталкивается с воздушной пробкой, которая в условиях замкнутой системы выступает своего рода пневматическим амортизатором.

Как избежать проблемы?

Уменьшить интенсивность и нейтрализовать влияние избыточного давления поможет грамотная защита системы водоснабжающих трубопроводов.

Для профилактики создания избыточного давления разового и перманентного характера как на отдельном участке контура, так и всей системе в целом, применяют ряд основных мер.

Вариант #1. Плавное перекрытие системы

Это одно из основных требований при запуске и отключении систем трубопроводов, которое четко прописано в нормативных документах.

Дело в том, что энергия гидравлического удара в связи с упругостью стенок трубы действует единовременно не всей своей силой. За счет компенсации упругих деформаций она разделена на несколько временных интервалов.

А потому при одинаковой суммарной силе удара мощность воздействия на определенный момент будет существенно понижаться.

Посредством плавного включения можно продлить во времени процесс нарастания давления, сведя к минимуму существенные повреждения системы.

Краны, конструкция которых предусматривает большой промежуток до момента перекрытия воды, устанавливают еще на этапе монтажа оборудования.

Вариант #2. Применение автоматических устройств

Автоматика должна быть настроена на плавную коррекцию статического давления в системе. Достичь желаемого эффекта помогает установка насосов с автоматическим изменением числа оборотов либо же агрегатов с электронным управлением, которые оснащены встроенными частотными преобразователями.

Насосы, оснащенные автоматической регулировкой оборотов электродвигателя, способны плавно увеличивать/понижать давление в системе. При этом программное обеспечение одновременно выполняет две задачи: отслеживает изменение давления в водопроводе и автоматически регулирует напор.

Способы комплексной модернизации системы

Комплексная модернизация системы предполагает установку оборудования, направленного на нейтрализацию воздействия избыточного давления.

Способ #1. Применение компенсаторов и амортизаторов

Гасители и гидроаккумуляторы одновременно выполняют три функции: собирают жидкость, устраняя при этом ее лишний объем из системы, а также способствуют предотвращению нежелательного явления.

Компенсирующее устройство, роль которого выполняет гидроаккумулятор, устанавливают по направлению движения воды на тех промежутках отопительного контура, где велика вероятность колебания давления в системе.

Гидроаккумулятор или гаситель представляет собой стальную колбу объемом до 30 литров, включающую две разделенные резиновой или каучуковой мембраной секции.

При повышении давления гидравлические удары «скидываются» в резервуар. За счет изгибания резиновой мембраны в сторону воздушной камеры в момент поднятия водяного столба и достигается эффект искусственного увеличения объема контура.

В качестве амортизирующих устройств используют трубы, выполненные из термостойкого армированного каучука или эластичного пластика.

Для достижения желаемого эффекта достаточно использовать изделие длиной в 20-30 см. Если же трубопровод имеет большую протяженность, участок амортизатора увеличивают еще на 10 см.

Способ #2. Установка защитного клапана диафрагменного типа

Защитный клапан диафрагменного типа размещают на отводе трубопровода рядом с насосом с тем, чтобы выпускать заданное количество воды при избытке давления.

В зависимости от производителя и типа модели защитный клапан приводится в движение посредством электрической команды контроллера, либо же с помощью пилотного устройства быстрого действия.

Устройство срабатывает, когда давление превышает безопасный уровень, защищая насосную станцию при внезапной остановке оборудования. В момент опасного всплеска давления он полностью открывается, а при падении его до нормального уровня – регулятор медленно закрывается.

Способ #3. Оснащение терморегулирующего клапана шунтом

Шунт представляет собой узкую трубку с просветом в 0,2-0,4 мм, которую устанавливают по направлению циркуляции теплоносителя. Основная задача элемента – при появлении перегрузок постепенно понижать давление.

Метод шунтирования применяют при обустройстве автономных систем, трубопровод которых выполнен только из новых труб. Это обусловлено тем, что наличие ржавчины и осадка в старых трубах способно свести эффективность шунтирования на «нет». По этой причине при использовании шунта на входе в отопительный контур рекомендуется устанавливать эффективные водяные фильтры.

Способ #4. Использование термостата с суперзащитой

Это своего рода предохранитель, который отслеживает давление в системе и не позволяет ей работать после того, как показатель достигнет критической отметки. Устройство оснащено пружинным механизмом, размещенным между термоголовкой и клапаном. Пружинный механизм срабатывает при избыточном давлении, не позволяя клапану полностью закрыться.

Такие термостаты устанавливают строго по обозначенному на корпусе направлению.

Профилактические работы

Помимо строго соблюдения правил эксплуатации трубопроводов предотвратить аварию помогает своевременное проведение профилактических мероприятий. Ведь все процессы в системе водоснабжения взаимосвязаны. И гидроудар является лишь завершающей деструктивной «каплей», способной привести к негативным последствиям на фоне неудовлетворительного технического состояния водопровода.

Вибрации трубопровода и изменения величины давления способствуют образованию микротрещин в структуре металла. Образовавшиеся со временем дефекты при наступлении гидроудара моментально проявляются на участках повышенного внутреннего напряжения: механических соединениях, изгибах и сварочных швах.

Основной комплекс работ, выполняемых при профилактике:

  • проверка работоспособности группы безопасности: предохранительного клапана, воздухоотводчика и манометра;
  • периодическая проверка давления за мембраной расширительного бака, а при обнаружении неудовлетворительных результатов и его корректировка;
  • тестирование системы на наличие утечек и проверка степени износа труб;
  • отслеживание положения вентилей запорно-регулирующей арматуры на течь;
  • регулярная проверка состояния фильтров, задерживающих накипь, песок и частицы ржавчины, при необходимости – прочистка и промывка элементов;

Профилактика, направленная на поддержание исправного состояния системы, включает простые виды работ. Но игнорировать их не стоит. Ведь это может привести к существенным тратам денег и времени на проведение полноценных ремонтных работ.

Перечисленные меры защиты наиболее эффективны, если их применять комплексно. Но благодаря комплексному подходу решения проблемы, вы сможете нейтрализовать негативные последствия и продлить тем самым срок службы системы.

Выводы и полезное видео по теме

Гидроудар, как это происходит:

Тест эффективности применения гасителя:

Гидравлический удар в системе водоснабжения – нередкое явление, способное нанести серьезный вред. И ваша задача – как можно быстрее устранить проблему. Ведь при повторении ситуации элементы системы скоро выйдут из строя. И ремонт после этого обойдется намного дороже.

sovet-ingenera.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector