Гидроудар в трубопроводе

Если вы часто слышите какие-то щелчки и удары в водопроводных трубах, это, скорее всего, возникающие при закрытии кранов гидроудары в системе водоснабжения. Явление очень распространенное, и часто приводящее к частичному или полному выходу системы из строя.

Остаться на какое-то время без воды – это ещё не самая большая проблема. Хуже, если прорыв случается в отсутствие хозяев, вызывая потоп в вашей, и нижерасположенных квартирах. Поэтому знать, почему возникает гидроудар, что это такое и как его предотвратить, должен каждый собственник жилья.

Природа возникновения гидроудара

Для начала, давайте разберемся, что такое гидравлический удар. Все просто: это резкий скачок давления воды в трубах в ту или иную сторону.

• Когда давление резко повышается при включении насоса или перекрытии крана, сначала возникает положительный гидроудар, так как вода по инерции продолжает течь с прежней скоростью, но встречает на своем пути внезапно возникшее препятствие. При этом в области непосредственно около препятствия (например, запорной арматуры (см. Арматура для водоснабжения: виды, назначение, нюансы подбора)), образуется избыточное давление на стенки трубы. Воде деваться некуда, сжимается она плохо, поэтому стенки трубы растягиваются.

• Столкнувшись с преградой, водяной поток отбрасывается назад и сталкивается с волной, все ещё текущей навстречу. Опять-таки, при этом оказывается давление на стенки герметичного трубопровода.
• При резком оттоке водяной массы от преграды, рядом с ней образуется область пониженного давления, в которой стенки трубы теперь уже сжимаются. Это отрицательный гидроудар.

Ударная волна затихает не сразу, она накатывает и отступает несколько раз с уменьшающейся силой и амплитудой. Все это происходит за доли секунды, в течение которых трубы испытывают попеременно то положительную, то отрицательную нагрузку.

Есть и другие причины, вызывающие гидроудар. Это воздушные пробки в трубопроводе, резкие повороты или сопряжения труб разных диаметров, резкие включения насоса. Любая преграда на пути скоростного потока жидкости, изменяет её объем и, как следствие – давление.

Последствия и способы предотвращения гидроударов

Теперь давайте посмотрим, к чему могут привести частые гидравлические удары в домашней системе водопровода, как определить, что они есть, и как их устранить.

К чему может привести резкое повышение давления в трубах

Начнем с того, что первым признаком возникновения гидроударов является шум в системе: стук, щелчки, глухие удары. Определить их можно и по визуальным признакам. Это, в первую очередь, текущие краны и смесители, а также обжимные фитинги-соединители с резиновыми прокладками.

Когда на водоснабжение дома гидроудары воздействуют с достаточной силой, эти прокладки и уплотнители выдавливаются первыми. Герметичность системы нарушается.

Для справки. Скачки давления могут вывести из строя и счетчики воды, манометры и другие контрольно-измерительные приборы.

Но самое неприятное — это разрыв трубопровода. Слабые толчки ему не страшны, а вот регулярное воздействие мощных ударов, может привести к разгерметизации даже нового водопровода.

Одним словом, подобные явления серьезно влияют на целостность трубопроводов и срок их безаварийной службы. Подчас мы своими руками создаем себе проблемы, доверяя монтаж водопровода неквалифицированным специалистам, или занимаясь им самостоятельно без знаний и опыта.

Обратите внимание! Результатом могут стать затопление квартиры, порча мебели и бытовой техники, серьезные затраты на восстановление системы водоснабжения. А иногда и серьезные травмы и ожоги, если происходит прорыв трубы отопления или подачи горячей воды.

Что делать, чтобы исключить гидроудары и их последствия

Защита от гидроудара в системе водоснабжения квартиры, может производиться разными способами. Но первое, что нужно сделать, это провести ревизию всей системы на предмет обнаружения протечек, слабых мест и вообще — возраста и пригодности трубопровода к эксплуатации.

Старые трубы лучше полностью заменить на новые пластиковые, со сварными соединениями. Это самый надежный и долговечный вариант.

Совет. Если смонтировать систему из труб большего диаметра, чем прежде, это значительно ослабит силу гидроударов за счет снижения скорости потока.

Теперь предлагаем изучить несколько способов, как убрать это явление или ослабить его воздействие на вашу водопроводную систему. Одни из них пригодятся в квартирах, другие в загородных домах с автономным снабжением. Но большинство – универсальны.

С них и начнем:

• Замена кранов. Большинство смесителей в наших домах имеют шаровую конструкцию, которая позволяет перекрывать воду одним движением. Это очень удобно для потребителя, но не очень хорошо для системы, потому что именно резкое возникновение препятствия на пути потока приводит к скачку давления. Если заменить шаровые краны вентильными, давление в трубопроводе при их закрытии будет меняться постепенно, и более растянуто во времени.

• Установка амортизаторов. Это может быть специальная резиновая вибровставка, либо эластичный шланг из пластика или каучука, врезанный в трубопровод на одном из участков. При возникновении ударной волны, амортизаторы растягиваются или сжимаются в зависимости от того, повысилось давление в системе или понизилось, и моментально гасят её. Их эластичные стенки при этом не деформируются — в отличие от жестких стенок труб.

• Установка компенсаторов. Это вкручиваемые в трубопровод пружинные детали, принимающие избыточное давление на себя, и уменьшающие вибрацию и шум. Расположенная внутри воздушной камеры стальная пружина, соединена с пластиковым диском. Когда давление в трубе повышается, диск давит на пружину, заставляя её сжиматься и освобождать место для погашения ударной волны.

На устройстве таких компенсаторов и правилах их монтажа, стоит остановиться подробнее.

На следующей картинке можно увидеть устройство детали в разрезе, где:

• 1 – крышка корпуса;
• 2 – пружина;
• 3 – уплотнительное кольцо;
• 4 – пластиковый диск;
• 5 – нижняя часть корпуса;
• 6 – зажимное кольцо;
• 7 – уплотнение.

На приведенных выше схемах, показаны примеры правильной установки компенсаторов. Они могут монтироваться горизонтально или вертикально, на коллекторах холодной и горячей воды, либо на любом участке трубопровода, ведущего к конечной точке потребления воды.

Главное – не допускать застоя воды у входа в компенсатор, иначе в системе могут начать размножаться бактерии. По этой причине, инструкция не допускает его установку в верхней части стояка.

Что касается технических характеристик, то у данного конкретного устройства они следующие:

Номинальное давление	10 бар
Максимальное давление	50 бар
Размер присоединения	1/2″ (16 мм)
Максимальная температура	1000С

Это те параметры, по которым подбирается устройство. Они могут отличаться.

Если ваше жилище снабжается водой из автономного источника с помощью насосного оборудования, для предотвращения гидравлических ударов можно использовать следующие методы:

• Установка гидроаккумулятора (см. Гидроаккумуляторы для водоснабжения: обзор разновидностей, нюансы подбора и настройки). Он входит в состав насосных станций и представляет собой бак с резиновой мембраной, делящей его на две камеры – воздушную и водяную. При гидроударе избыток воды будет сбрасываться в этот бак, пока давление в системе не нормализуется.

• Использование насоса с частотным преобразователем, автоматически регулирующим его работу и обеспечивающим плавный пуск и остановку. При этом резкое повышение давления, которое и приводит к гидроудару, исключается.

Это самые распространенные методы, позволяющие надежно защитить внутридомовую систему водоснабжения от деформации и разрушения.

Заключение

Согласно статистике, больше половины аварий на трубопроводах возникает не из-за коррозии или усталости материалов. Их причиной становятся гидроудары в системе водоснабжения. Но, как вы уже убедились, их вполне можно избежать, если сразу монтировать систему по всем правилам, и оснащать её специальными устройствами, гасящими ударную волну.

Что может произойти, если этого не сделать, смотрите на видео в этой статье.

Источник: moikolodets.ru

Защита от гидроудара

Чтобы защитить трубопровод от гидравлических ударов, нужно:

• Плавно открывать/закрывать запорные элементы

При плавном закрывании крана давление в трубопроводе будет постепенно выравниваться. При этом ударная волна будет иметь незначительную силу, а следовательно, мощность гидравлического удара будет минимальной. Но не во всех случаях возможно обеспечить плавное закрывание крана. Далеко не у всех моделей вентильная конструкция, многие современные краны имеют шаровую систему – достаточно одного неосторожного резкого поворота и кран придёт в положение "закрыто".

• Использовать трубы большого диаметра

В трубопроводах большого диаметра рабочая среда движется с меньшей скоростью, чем в системах с более маленьким диаметром. А чем скорость перемещения потока жидкости меньше, тем слабее сила гидроудара. Однако данный способ гораздо затратнее. Расходы увеличиваются за счёт более высокой стоимости труб и теплоизоляции.

• Установить амортизирующее устройство

Данное устройство располагается по направлению движения рабочей жидкости. В качестве амортизатора используется отрезок трубы из эластичного пластик либо каучука, которым заменяется часть жёсткой трубы перед термостатом. При возникновении гидравлического удара происходит растяжение эластичного отрезка и частичное гашение силы удара.

• Использовать компенсаторное оборудование

Для сбрасывания лишней жидкости до момента нормализации давления в трубопроводе используется гидравлический аккумулятор. Данное оборудование выполнено в виде герметичного бака, оснащённого мембраной и воздушным клапаном. Мембрана изготавливается из эластичного материала, бак – из стали.

• Использовать автоматику насосов

Одной из причин появления гидравлических ударов в трубопроводе является насосное оборудование. Движение рабочей среды зависит от того, насколько быстро вращаются насосные валы. Следовательно, плавное снижение/увеличение скорости вращения позволяет уменьшить силу воздействия и снизить риск появления гидроударов.

На производствах для управления насосным оборудованием используются специальные регуляторы, частотные преобразователи и прочие подобные приборы. Данное оборудование также подходит для использования в бытовых условиях.

Гидравлические удары в коммуникациях появляются при остановке насосного оборудования, например, при исчезновении сети питания. На производствах и в сфере коммунального хозяйства резервные источники используются давно и не раз доказали свою эффективность. Предупреждение аварийных ситуаций и сокращение расходов на ремонтные работы приводят к существенной экономии средств. Включение домашнего насосного оборудования через устройство защиты от гидроударов (стабилизаторы и источники резервного питания) поможет обезопасить внутренние коммуникационные системы.

• Использовать байпас

Байпас представляет собой дополнительный участок трубопровода, который используется в качестве обходного канала и служит для регулирования пропускной способности сети отопления. Такие устройства можно монтировать, как в новые системы, так и в уже существующие.

• Гаситель гидроударов

Это простое, но эффективное изобретение, работающее по принципу расширительного бака отопительных коммуникаций. При резком перепаде давления жидкость перемещается в мембранный гаситель. После того, как давление в трубопроводе упадёт до рабочей величины, произойдёт выталкивание жидкости обратно в систему. Возвращение воды обеспечивается благодаря избыточному давлению воздуха, находящегося с противоположной стороны мембраны.

• Защитный клапан

Клапан защиты от гидроудара располагается в трубопроводной системе рядом с наносом. Он реагирует на скачки давления, принимая обратную волну и предотвращая гидравлические удары. Клапан оснащён специальным регулятором, который при перепаде давления плавно открывает его. Таким образом, когда обратный поток рабочей среды доходит до насосного агрегата, клапан уже находится в открытом состоянии. В результате этого происходит сбрасывание воды, а следовательно, снижение давления до допустимой величины. После нормализации давления регулятор закрывает клапан, чтобы предотвратить опустошение системы.

Источник: agpipe.ru

Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давленияв какой-либо системе, заполненнойжидкостью, вызванный крайне быстрым изменениемскоростипотока этой жидкости за очень малый промежуток времени.

Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещинвтрубах, что может привести к их расколу, или повреждать другие элементытрубопровода. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаютсяобратные клапаны.

Явление гидравлического удара открыл в 1897-1899г.Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с еготеориейпо формуле:,

где D_p — увеличение давления в Н/м²,ρ — плотностьжидкости вкг/м³,v₀ и v₁ — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки(запорного клапана) вм/с,с — скорость распространения ударной волнывдоль трубопровода.

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформациистенок трубопровода, определяемоймодулем упругостиматериалаE, из которого он выполнен, а также от диаметратрубопровода.

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 τ соответственно) выражается следующей формулой:

Виды гидравлических ударов

В зависимости от времени распространения ударной волны τ 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 < τ

• Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t > τ

При полном гидроударе фронтвозникшей 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:

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:

где E – модуль объемной упругости жидкости, p – плотность жидкости, – скорость распространения звука в жидкости,Etr – модуль упругости материала стенок трубы, D – диаметр трубы, h – толщина стенок трубы.

Для воды отношение 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

,

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:

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

при прямом ударе

при непрямом

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

Пример

Наиболее простым примером возникновения гидравлического удара является пример трубопровода с постоянным напороми установившимся движением жидкости, в котором была резко перекрытазадвижкаили закрытклапан.

Источник: StudFiles.net

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.

Источник: santeh-uslugi.ru