Прямой гидравлический удар в трубопроводах — понятие и причины
Одно из самых опасных явлений в трубопроводах, по которым транспортируется жидкая среда — гидравлический удар.
Характерное пощелкивание в трубопроводах водо- и теплоснабжения свидетельствует о возникновении этого негативного явления.
Потребители зачастую не уделяют ему внимания, хотя последствия могут оказаться разрушительными.
Содержание статьи:
Природа возникновения
Жидкость, под давлением, движется в водопроводе (в деревенском доме из колодца) с высокой скоростью.
При появлении препятствия, движение прекращается или тормозится.
Кинетическая энергия движущейся массы стремится перейти в другие виды – энергию сжатия жидкости и деформации стенок трубопровода (деталей приборов).
В месте остановки образуется локальная область высокого давления. Величина его тем больше, чем ниже показатель сжимаемости жидкости.
Действие области высокого давления распространяется во все стороны:
- на стенки труб,
- детали запорной арматуры или насосного оборудования.
При этом, чем выше давление, тем интенсивнее растет нагрузка на элементы трубопроводной системы.
Практическое замечание! Сила гидроудара зависит от энергии движущейся жидкости, поэтому возрастает с увеличением длины магистралей.
Вместе с тем, в трубопроводах малого сечения, за счет небольшого единичного объема движущейся среды, энергия удара меньше, чем в магистралях большого диаметра!
А вам известно, какую купить мойку высокого давления для эксплуатации в домашних условиях? В полезной статье описаны технические характеристики и указана потребляемая мощность различных аппаратов.
Как сделать кессон для скважины из бетонных колец написано на этой странице.
Распространяется воздействие и в сторону, противоположную направлению тока жидкости.
Область высокого давления становится препятствием для всего остального объема, продолжающего движение по инерции.
Место гидроудара начинает перемещаться со скоростью, практически равной скорости движения звука в среде.
При этом, возникают гидродинамические колебания (волны), усугубляющие негативное воздействие на детали системы.
Важно! Интенсивность гидроудара тем выше, чем меньше сжимаемость жидкости.
В этом отношении, вода, практически, не сжимаемая, является идеальной средой для этого негативного явления!
Препятствием для движения жидкости являются:
- Запорная арматура;
Накопленный в трубах локальный объем воздуха, который в этом случае становится пневматическим амортизатором;- Жидкость, движущаяся с меньшей скоростью, например, в местах отводов — соединений трубопроводов меньшего диаметра с магистральными.
Развитие процесса продолжается до тех пор, пока, вся энергия движения потока жидкости не будет поглощена:
- демпфирующими элементами,
- стенками трубопроводов,
- поверхностями деталей оборудования,
- потоком среды, движущейся с меньшей скоростью.
Причины повышения давления
Исходя из механизма развития процесса, рассматривают следующие причины возникновения гидроударов:
- Перебои в работе насосного оборудования, подача воды в трубопровод «толчком», например, при включении насоса без демпферных устройств (гидроаккумуляторов);
- Скопление в трубопроводах воздуха;
- Высокая скорость срабатывания запорной и регулирующей арматуры.
А вы знаете, что такое коллекторная группа для теплого пола? Про особенности запорно-регулирующей арматуры распределения теплоносителя при отоплении дома или квартиры написано в полезной статье.
При какой температуре замерзают батареи отопления зимой узнаете здесь.
На странице: https://ru-canalizator.com/santehnika/s-oborudovanie/protochnyj.html прочитайте советы перед тем, как решиться купить проточный водонагреватель электрический для душа.
Повсеместно, применяемые в качестве запорных устройств шаровые вентили и термостаты (про подбор для теплого пола прочитайте здесь) способствуют распространению явления.
Связано это с их высокой скоростью срабатывания.
На заметку! Считающиеся устаревшими винтовые краны, с точки зрения эксплуатации, – безопаснее.
В них, за несколько оборотов механизма, проходное сечение уменьшается плавно, препятствуя мгновенному локальному росту давления.
Опасность, которой он заряжен
Чем выше скорость движения жидкости и жесткость стенок трубы, тем интенсивнее гидроудар, и тем на большее расстояние он распространяется.
К примеру, при резком закрытии шарового крана на водопроводе (время срабатывания 0,05 с), гидравлический удар в стальном трубопроводе распространяется на расстояние до 30 м, а в полиэтиленовом, имеющим большую упругость, расстояние воздействия составляет 8,5 м.
Теоретически, при столкновении с препятствием, рост давления жидкости в локальной области ничем не ограничен.
Превышение составляет десятки атмосфер, в некоторых случаях отмечается рост давления в десятки раз.
[warning]Такое воздействие на детали оборудования и стенки трубопроводов с высокими коэффициентами жесткости вызывает их постепенное или мгновенное разрушение.[/warning]
Значительной опасности подвергаются места соединений, где прочностные характеристики материалов снижены.
Способы защиты от перегрузок
Чтобы обезопасить трубопроводы от гидравлических ударов, необходимо снижать их силу и интенсивность или сглаживать последствия их возникновения.
На этих принципах основаны способы защиты водопроводных и отопительных сетей.
Плавное срабатывание запорной арматуры и изменение давления
Нормативные документы по эксплуатации систем отопления и водоснабжения предусматривают плавное включение и отключение запирающих устройств.
В этом случае, гидроудар в системе не исчезает, но процесс растягивается во времени.
Выделение энергии удара в месте возникновения препятствия распределяется на несколько временных промежутков.
В результате:
- снижается мощность воздействия на трубопроводы и детали приборов,
- улучшаются условия их эксплуатации,
- снижается риск разрушения.
Практический совет! Чтобы снизить силу гидроударов в водопроводе и магистралях отопления, установленные шаровые вентили открывают или закрывают, постепенно, тем самым, плавно изменяя давление и скорость жидкости.
Замена шаровых вентилей на многооборотные винтовые, так же является эффективным методом защиты от этого негативного явления.
Автоматическое регулирование скорости насосов
Циркуляционные насосы в системах теплоснабжения и водопроводные насосные станции — становятся источником периодических гидроударов в системах.
Для того, чтобы уменьшить их силу, совместно с насосами, используют системы автоматического регулирования, обеспечивающие плавный пуск и остановку устройств, например, термостат для радиатора отопления (написано здесь).
Поскольку, скорость жидкости и давление на выходе зависит от скорости вращения вала насоса, такое регулирование исключает значительные перепады скорости движения среды в трубопроводах.
Соответственно, снижается вероятность возникновения и интенсивность гидроударов.
Шунтирование запорной арматуры
В клапанах, работающих на перекрытие потока жидкости, предусматривают шунты.
Они представляют собой трубки малого диаметра, оставляющие путь для протекания жидкости в случае резкого уменьшения проходного сечения клапана до нуля.
На нормальную работу устройства наличие шунта не влияет.
При перекрытии клапана, жидкость направляется в трубку, которая принимает на себя избыточное давление.
С уменьшением локального превышения давления, снижается интенсивность гидроудара.
Один из наиболее распространённых источников гидроударов в системе отопления — термостаты на радиаторах и других отопительных приборов.
Шунтировать термостат можно и собственными силами – простейший шунт представляет отверстие диаметром 0,2- 0,4 мм.
Осторожно! Для этой работы необходимо отлично знать конструкцию прибора, в противном случае, не исключен выход термостата из строя.
Практический совет! Для установки во внутриквартирных сетях отопления лучше приобрести термостаты с установленным производителем шунтом.
Такие устройства предлагают многие компании, сведения о наличии шунта указываются в паспорте устройства.
Важное замечание!
Шунтирование термостатов – эффективный способ борьбы с гидроударами только в автономных системах отопления или в новых внутриквартирных сетях, подключенных к централизованному теплоснабжению.
В теплоносителе стальных трубопроводов, эксплуатирующихся несколько лет, содержание грязи и ржавчины повышено (возможно, вам понадобится средство для промывки системы отопления).
Частицы загрязнений откладываются в тонкой трубке шунта и препятствуют его работе.
Применение сборок с компенсаторами
На рынке предлагаются автоматические устройства, регулирующие и запирающие, со встроенными компенсаторами.
Компенсатор представляет собой сосуд малого диаметра с эластичными стенками.
При повышении давления он отбирает избыток жидкости. Такой механизм позволяет избежать гидроудара при закрытии или открытии клапанов.
К сведению! В европейских странах применение арматуры без компенсаторов считается основанием для отказа в гарантийном обслуживании приборов отопления и водоснабжения!
Эксплуатация демпфирующих устройств
Демпфирующие устройства работают на предотвращение колебаний давления системы, или на устранение последствий их возникновения.
К первому виду относятся накопительные емкости, например, гидроаккумуляторы насосных станций.
Такие устройства:
- поддерживают давление в системе или на ее участках стабильным,
- предотвращают кратковременные броски при включении насосов,
- демпфируют при открывании и закрывании вентилей.
Вторые, за счет собственных физических свойств гасят энергию перемещающейся жидкости и возникающих при этом колебаний.
Для устранения последствий гидроударов в длинных трубопроводах, часть стальной трубы заменяют отрезком эластичного пластика или армированного каучука.
Благодаря упругости материалов, фронт ударной волны, возникающей при гидроударе, будет отдавать свою энергию на стенки амортизационного участка.
Там удар гасится, переходя в энергию упругой деформации.
Практический совет!
Для безопасности внутриквартирной сети отопления или водоснабжения достаточно амортизирующего участка длиной 20-30 см.
При значительной протяженности внутренних трубопроводов потребуется увеличить длину амортизирующего отрезка на 10 см.
Профилактические меры
Одним из самых эффективных методов борьбы с гидравлическими ударами, является их профилактика при проектировании и монтаже инженерных систем и коммуникаций в зданиях (написано здесь).
Во время подготовки к монтажу трубопровода, насосного и запорного оборудования определяют возможные источники и места появления гидроударов.
Оборудование, которое может привести к возникновению этих негативных явлений, монтируют с использованием перечисленных выше методов защиты.
В системах, в обязательном порядке, предусматривает установку устройств для отведения скопившегося в трубопроводах и приборах воздуха — краны Маевского.
После монтажа системы, ее тестируют на возникновение гидроударов с помощью специальных приборов, имитирующих это явление.
По результатам тестов определяют опасные участки, на которые устанавливают амортизирующие устройства.
[note]Этот комплекс мероприятий повышает стоимость системы, однако значительно сокращает расходы на ремонт за счет устранения возможных причин аварийных ситуаций.[/note]
В предлагаемом видео посмотрите, к чему может привести гидравлический удар в трубопроводах систем водоснабжения.
