Гидроудар в системе водоснабжения или отопления: что это такое

Что такое гидроудар в системе водоснабжения

Гидроударом называется кратковременное мощное повышение давления жидкости, которая циркулирует в трубах. Давление увеличивается из-за изменения скорости течения.

Знак изменения давления влияет на тип гидроудара:

БК 1хБет выпустила приложение, теперь уже официально скачать 1xBet на Андроид можно перейдя по активной ссылке бесплатно и без каких либо регистраций.

• положительный – при котором давление повышается вследствие резкого закрытия задвижки или включения насосного агрегата;
• отрицательный – при котором давление увеличивается из-за остановки насоса.

По законам физики, даже при резком закрывании крана, вода продолжает движение. Останавливается только поток, ближайший к вентилю, остальные слои продолжают течь. Столкновение остановившегося и движущегося слоев и вызывает повышение давления. Если представить, что перед движущейся толпой резко закрыли вход, то первые ряды уже остановились – следующие на них натыкаются, продолжая идти, получается давка. Вода действует также, отчего возникает гидравлический удар.

Давление повышается в моментальном режиме, уровень возрастает на несколько десятков атмосфер. Последствий избежать не удастся.

Теория гидроудара

Возникновение явления возможно только по причине отсутствия компенсации перепадов давления. Скачок в одном месте вызывает распространение силы по всей протяженности трубопровода. Если в системе есть слабая точка, материал может деформироваться или разрушается полностью, образуется дыра в системе.

Впервые эффект был обнаружен в конце XIX века российским ученым Н.Е. Жуковским. Он же вывел формулу, по которой следует рассчитывать период времени, необходимый для закрывания крана, чтобы избежать неприятных последствий. Формула выглядит так: Dp = p(u0-u1), где:

• Dp – увеличение давления в Н/м2;
• p – плотность жидкости в кг/м3;
• u0, u1 – средние показатели скорости воды в трубопроводе до и после закрывания кранов.

Чтобы знать, как доказать гидроудар в системе водоснабжения, необходимо знать диаметр и материал трубы, а также степень сжимаемости воды. Все расчеты проводятся после установления параметра плотности воды. Она различается по количеству растворенных солей. Определение скорости распространения гидравлического удара производится по формуле c = 2L/T, где:

• c – обозначение скорости ударной волны;
• L – длина трубопровода;
• T – время.

Простота формулы позволяет быстро выявить скорость распространения удара, который, по сути, является волной с колебаниями заданной частоты. А теперь о том, как выяснить колебания за единицу времени.

Для этого пригодится формула M = 2L/a, где:

• M – продолжительность цикла колебаний;
• L – длина трубопровода;
• a – скорость волны в м/с.

Упростить все расчеты позволит знание показателей скорости ударной волны при ударе для труб из самых популярных материалов:

• сталь = 900-1300 м/с;
• чугун = 1000-1200 м/с;
• пластик = 300-500 м/с.

Теперь нужно подставить значения в формулу и просчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода заданной длины. Теория гидроудара поможет быстро доказать возникновение явления и предупредить возможные риски, планируя строительство дома или замену водопроводной, отопительной системы.

Основные меры профилактики

Кроме строгого соблюдения всех установленных эксплуатационных правил, предотвратить возникновение аварии можно, если своевременно и регулярно проводить ряд профилактических действий. Вся причина в том, что в главной системе обогрева или водоснабжения абсолютно все процессы тесно связаны между собой. Непредвиденный пользователем гидроудар является всего лишь финальным деструктивным этапом, который вполне может привести к различным негативным последствиям. Все это происходит на фоне относительно плохого технического состояния годами используемых труб.

Перепады величины давления и возникающих вибраций только способствуют образованию различных трещин в толще металла. Со временем возникают более серьезные дефекты, которые после наступления гидроудара мгновенно проявляются на участках слишком высокого внутреннего напряжения. Это могут быть различные места изгибов, механические соединения и даже сварочные швы.

Профилактические манипуляции включают в себя следующие этапы:

1. Своевременная проверка давления за эластичной мембраной эксплуатируемого расширительного сосуда. Если в ходе этой процедуры мастер обнаружит неудовлетворительные результаты, то без качественной корректировки эксплуатировать систему запрещено.
2. Проверка работоспособности задействованных групп безопасности. Это касается отводчика воздуха, предохранительного клапана, а также классического манометра.
3. Контроль положения вентилей задействованной запорно-регулирующей металлической арматуры.
4. Периодическая проверка состояния всех фильтров. Эти элементы отвечают за задержку мелкого песка, классической накипи, фрагментов ржавчины. В случае необходимости мастеру нужно выполнить прочистку и последующую промывку фильтров.
5. Тестирование используемой системы на наличие утечек. Также нужно проверить степень износа всех элементов.

Многие эксперты рекомендуют заменить классическую жесткую трубу пластиковым изделием. Оно более эластично в применении и способно быстро расширяться под воздействием давления. Но нужно быть аккуратными, так как не исключена разгерметизация стыков.

Профессиональный подход к профилактике, которая направлена на всеобщее поддержание оптимального состояния отопительной и водонагревательной системы, обязательно включает в себя элементарные виды работ. Оставлять без внимания этот этап не рекомендуется. Это связано с тем, что ремонт отопления в частном доме влечет за собой большие траты финансов и свободного времени. Все описанные меры защиты будут эффективными в том случае, если подходить к работе комплексно. Только в такой ситуации можно нейтрализовать различные нежелательные последствия и продлить срок слаженной работы системы.

Установка высококачественного промывного фильтра

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.

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.

На основании выводов комиссии были приняты меры, главной из которых, стало постепенное закрытие и открытие задвижек.

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.

Защита от гидроудара

В числе прочего следует также позаботиться об установке защитных автоматических приспособлений. В частности, для особняка подойдет циркуляционный насос с плавным запуском-остановкой. Он обеспечит постепенное нагнетание давления и его медленное снижение. Регулировка параметров производится путем ввода необходимых значений в электронный программатор.

Если трубы стоят уже давно, то важной мерой профилактики гидроудара является регулярный тщательный их осмотр на предмет выявления протечек и поврежденных мест. Металлические коммуникации рекомендуется заменить на пластиковые со сварными соединениями. В квартире наверняка поможет замена смесителей

Современные краны почти все имеют шаровой запорный механизм. С одной стороны, это удобно, поскольку позволяет перекрывать подачу воды одним движением. С другой, как уже ранее говорилось, они не слишком хороши для системы в целом, из-за скачков давления появляющихся при их использовании

В квартире наверняка поможет замена смесителей. Современные краны почти все имеют шаровой запорный механизм. С одной стороны, это удобно, поскольку позволяет перекрывать подачу воды одним движением. С другой, как уже ранее говорилось, они не слишком хороши для системы в целом, из-за скачков давления появляющихся при их использовании.

Вентильные конструкции (типа советских «кареток») данного недостатка лишены напрочь. Продаются они практически в каждом сантехническом магазине и зачастую стоят дешевле шаровых.

В особняках спасет от гидроудара компенсатор в виде особой резиновой перемычки. При образовании скачка она просто растянется и поглотит разрушительную силу. Благодаря эластичности стенок ей самой скачок нагрузки никакого вреда не причиняет.

Настройка системы отопления

После завершения монтажа, ремонта отопительную систему настраивают или, другими словами, балансируют. Допущенные в процессе проектирования и строительства ошибки нужно устранить до ввода теплового контура в эксплуатацию, чтобы в дальнейшем не случилась авария, инициированная гидроударом.

• замеры наружных диаметров и протяженности труб на каждом участке, при отклонениях от проекта ошибки устраняют;
• выявление присутствия в замкнутом контуре воздушных пробок, их ликвидация;
• проверка уровня жидкости при запуске отопительного трубопровода с расширительным баком.

Настройка помогает сделать систему надежной с рациональным расходованием тепла. Особенно чутко на недочеты реагирует тепловой контур с естественной циркуляцией. Иногда прочистка фильтра на входе жидкости в котел нормализует водооборот.

Для балансировки обогрева на входе каждой батареи ставят вентиль особой конструкции или регулируют степень нагрева установкой шайб различного диаметра.

Это является одним из обязательных этапов работ по созданию обогрева.  Настройка должна выполняться и после монтажа, и когда проведен ремонт отопления в частном доме. В ходе всех этих работ возможны разные ситуации, и отнестись к ним надо очень внимательно. Задача, как настроить систему отопления, во многом связана с устранением недостатков и ошибок, допущенных при проектировании и выполнении монтажа. В конечном итоге благодаря этому   система станет более экономичной, долговечной и легко управляемой.

Балансировка системы отопления

На первом этапе необходимо проверить и при необходимости изменить толщину труб в разводке. С этим достаточно просто ошибиться, особенно если применяется естественная циркуляция.  Когда система уже работает, то такие изменения выполняются при модернизации или в случаях, предусматривающих серьезный ремонт системы отопления.

В тех случаях, когда происходит плохая циркуляция в системе отопления, порой достаточно просто прочистить фильтр перед отопительным котлом, чаще всего это решает проблему. Такой результат в первом приближении позволяет считать, что система работает, и можно приступать к ее балансировке и регулировке температуры.

Правильный монтаж, использование соответствующего оборудования и выполнение несложных требований эксплуатации системы отопления обеспечат ей долгий срок службы и позволят избежать неприятностей, связанных с сопутствующими явлениями, например таким, как гидроудар.

Возможные причины

То, что причиной гидроудара в водопроводах — резкий скачок атмосферного давления в трубах, мы разобрались

Проблема состоит в том, что причин этому феномену может быть много, но распространенными считаются три:

1. Резкое включение или остановка насоса, работающего на высоких оборотах, а также его поломка или экстренное отключение;
2. Экстренная остановка жидкости, текущей по трубам, путем перекрытия запорной арматуры;
3. 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.

Причины возникновения и последствия

Произошедший в отопительной системе гидроудар проявляется в звуке — стуке, щелчках и вибрациях, ощущаемых прикосновением к трубе. Жидкость, находящаяся в контуре, обладает массой, инерцией движения и несжимаема.

Где может возникать гидроудар

При возникновении на пути воды преграды происходит накопление энергии движения, выражающееся в резком повышении давления в замкнутой системе — ударе. Противодействие заставляет ударную волну двигаться в направлении меньшего давления с нарастающей скоростью.

По достижении слабой точки энергия удара высвобождается, разрывая дефектный участок трубы, если для этого хватает мощности волны, или вызывая вибрации трубопровода. Часто повторяющиеся гидроудары через некоторое время приведут к необходимости проведения ремонта.

Причинами скачка давления могут быть:

• попадание воздуха в систему обусловлено неправильным монтажом трубопроводов, удаляются воздушные пробки при заполнении теплового контура через специальные краны;
• быстрое перекрывание потока жидкости вентилем: шаровый кран для этих целей использовать нельзя;
• смена режима циркуляции: пуск или остановка сетевого насоса при нарушениях электроснабжения объекта;
• сужение проходного сечения трубы за счет накипи, наростов иных отложений на коротких участках;
• соединение трубопроводов разных диаметров.

Величина повышения давления зависит от расположения препятствия на магистрали: в начале пути жидкости — удар слабый, с удалением пробки от истока мощность ударной волны нарастает. Последствия импульсного гидравлического воздействия: порча уплотнений на стыках, прокладок между фланцами, запорной арматуры, насоса, отопительного котла. Случается даже разрыв ребра отопительной батареи.

Разрушение отдельных элементов системы приводит к порче имущества при затоплении помещения, если вода горячая с температурой ≥70ºС, то к травмам и ожогам людей. Вторая существенная неприятность — значительные затраты на приведение отопительной системы и обстановки квартиры в исправное состояние.

Когда это происходит достаточно часто и система не обладает необходимым запасом прочности, то вполне возможно, вам скоро потребуется ремонт отопления в доме. Конкретной причиной возникновения гидроудара может быть:

• поломка или отключение циркуляционного насоса;
• появление в системе воздуха;
• быстрое закрытие вентилей, останавливающее поток жидкости.

Приведенный ниже рисунок поможет понять возможные причины его возникновения, причем последняя из приведенных встречается наиболее часто. Стоит отметить, что использование шаровых кранов для перекрытия труб недопустимо.

Причины возникновения гидроудара

Как нейтрализовать гидроудар

Вернуться к старым технологиям не вариант, и пользоваться советскими кранами тоже. Выходит, единственное, что остается предпринять – это попытаться как-то компенсировать всплески давления. Для этого в контур устанавливаются гасители гидроударов. Они отличаются по конструкции:

• мембранный;
• пружинный;
• поршневой.

Перечень элементов системы отопления, способных нейтрализовать гидроудары:

гаситель гидроударов мембранный.

Это маленький металлический полый шар, состоящий из двух половинок. Между ними гибкая прокладка. Обычно мембранный гаситель гидроударов устанавливается на торце контура. Или вспомните те маленькие бочонки, которые стоят на водоснабжении. Все это герметичные гасители. Чтобы знать, что пора принимать меры по нейтрализации гидроударов, надо их распознать пока дело не дошло до аварии, после которой системе отопления потребуется ремонт. Первый признак – это появление звуков в виде щелчков или более сильного стука. Второй – скачки стрелки на манометре;

предохранительные клапаны.

Клапан гаситель гидроудара

Также применяются для сглаживания волн давления при гидроударе. При повышении давления клапан гаситель гидроудара срабатывает и происходит выброс. Основная задача не вызвать повторного гидроудара. Поэтому клапан должен быть чувствительным к перепадам давления и резко срабатывать, при этом должен работать равномерно. После того как происходит резкий сброс давления, клапан закрывается в унисон с затуханием волны удара;

воздушные клапаны.

Те самые, которые срабатывают автоматически и выводят воздух из контура. В них встраивается защита от гидроударов. Дистрибьюторами в качестве мест установки такого гасителя гидравлического удара рекомендуются участки после насоса, в пиковой точке контура. Нелишним такой клапан будет и в местах, где теплоноситель меняет вектор движения;

редуктор давления;

Редуктор давления

Если у вас застучали трубы отопления, значит, возможны гидроудары. Помимо того, установки компенсирующего оборудования, можно бороться с причиной гидроудара. Для этого нужно провести настройку системы отопления частного дома. В ее ходе проверяется:

• соответствие рабочего давления котла и контура;
• правильность настройки расширительного бака системы отопления;
• правильность настройки мембранного гасителя. Давление в воздушной камере должно на пол-атмосферы превышать рабочее. Производителем нагнетается 3,5 атмосферы;
• отсутствие воздушных карманов;
• совместимость параметров элементов контура.

Гидроудар – что это? И его последствия

Гидроудар может возникать в любой коммуникации (не только в водопроводе) по причине практической несжимаемости воды. Для перекрытия водяного потока, который изливается из смесителя на кухне, достаточно просто повернуть кран. При этом вода наткнется на неожиданную преграду и образует обратную волну. Ввиду герметичности магистрали деваться воде больше некуда, следовательно, ее энергия будет сталкиваться со встречными потоками, ведомыми пресловутой инерции. Сама сила удара, возникающая в результате подобного столкновения, обуславливается тем, что сжатие неспособно поглотить энергию, возникающую при взаимодействии потоков. Хотя если говорить о водопроводах незначительного диаметра, то в них такие явления проявляются по минимуму.

Фото — последствия гидроудара в системе водоснабжения и отопления

Другое дело – большие (как по диаметру, так и по длине) жесткие трубы, большая скорость потока или же внезапное перекрытие просвета на определенном отрезке магистрали. В принципе, такие удары могут сглаживаться специальными компенсаторами либо эластичностью того материала, из которого выполнен трубопровод. Более того, даже воздушные пробки, находящиеся в контуре, способны амортизировать подобные скачки. Хотя энергия удара во всех случаях останется прежней, она будет только меньше воздействовать, чего более чем достаточно, дабы избежать повреждений.

Обратите внимание! В основе большей части защитных механизмов и оборудования лежит как раз сглаживание силы точка водяной массы

Угрозы гидравлического удара в водопроводе

Как мы уже выяснили, преграда, создаваемая на пути движения воды, образует давление, которое с теоретической точки зрения предельных критических показателей не имеет. Проще говоря, несколько десятков атмосфер могут преобразоваться в более существенную цифру. Жесткие элементы системы, резьбы, да и сам трубопровод со временем будут разрушаться (медленно или быстро) от перманентного воздействия водной инерции.

Обратите внимание! Больше других от гидроударов страдают именно длинные контуры – например, водный «теплый пол», по трубам которого циркулирует разогретая жидкость. И для защиты системы от ударов контур, находящийся под напольным покрытием, оборудуется специальным клапаном-термостатом. Что характерно, данное устройство способно спасти системы только при условии грамотной установки, в остальных же случаях оно способно создавать даже дополнительную угрозу

Что характерно, данное устройство способно спасти системы только при условии грамотной установки, в остальных же случаях оно способно создавать даже дополнительную угрозу.

Как только клапан-термостат, находящийся на подаче жидкости в контур, будет перекрыт, вода под действием инерции будет двигаться еще некоторое время. В результате на данном участке образуется вакуум, хотя разница в показателях очень малая – не более одной атмосферы. А ввиду того что контур рассчитывается на все четыре атмосферы, никаких проблем быть не должно. Клапан же на выходе также перекрывает движение жидкости. Но столкнувшись с таким барьером, жидкость будет подперта очередной порцией и начнет растягивать, рушить стенки трубопровода, имея напор свыше десяти атмосфер. Но мы немного отвлеклись, вернемся к водоснабжению.

Как сделать водяное отопление своими руками

Советуем ознакомится с нашим руководством самостоятельному монажу и установке водяного отопления в доме. Все подробности смотрите тут

Последствия постоянных гидроударов в системе могут быть самыми непредсказуемыми. Наиболее распространенное из них – это прорыв. И еще ничего, если такой прорыв образуется на доступном участке магистрали, то есть в том месте, где с его устранением не будет никаких трудностей. Но иногда трубы прокладываются и в стенах, а это, конечно же, прибавляет головной боли.

Как бы то ни было, даже если вследствие гидроудара в системе водоснабжения появились лишь мелкие повреждения, причину столь неприятного инцидента нужно найти. Ведь рано или поздно это приведет к более серьезным последствиям.