Природа гидравлического удара в трубопроводах: методы борьбы- Обзор +Видео

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 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.

Во время шторма на море волны, ударяющие в стену набережной, вызывают всплески высотой, в десятки раз больше высоты волн на море.

Что такое гидроудар

Гидравлический удар(гидроудар) представляет собой кратковременное, но резкое и сильное повышение(понижение) давления в трубопроводе(в системе водоснабжения) при внезапном торможении(ускорение) двигавшегося по нему потока жидкости.

Гидроудар в системе водоснабжения

Простыми словами гидроудар-это резкий скачок давления в трубах

Гидравлический удар бывает:

  • Положительный – когда давления в трубопроводе очень резко повышается. Это может произойти, при быстром закрытие крана(вентиля, задвижки) или включения насоса.
  • Отрицательный – когда наоборот, происходит понижение давления в водопроводе, из-за того, что открыли кран или выключили циркуляционный насос.

Наибольшую опасность для водопровода представляет положительный гидроудар. Допустим вы открыли кран и помыли посуду. Закончили мыть, вода вам не нужна, закрыли кран.

При этом в водопроводе происходит следующее. Водный поток некоторое время, по инерции, течёт с прежней скоростью. Потом сталкивается с преградой (кран ведь закрыли). И «ударяясь» об эту преграду, образуется обратная волна. А так как вся система водоснабжения герметична. У этой обратной волны происходит столкновение с водным потоком идущим на встречу. В результате получается гидроудар.

Самые первые признаки гидроудара – глухие стуки и щелчки, слышимые при открытие или закрытие крана. Появления подтеков в местах соединения водопроводных труб или подтекающие краны.

Причины возникновения гидравлического удара

Основными причина , возникновения гидроудара системе водоснабжения:

  • Резкое перекрытии запорной арматуры(кранов, вентилей, задвижек.
  • Поломка или отключение циркуляционного насоса, насосной станции.
  • Воздушные пробки в системе водопровода.
  • Перепады сечения водопроводных труб.

В основном, гидроудар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Вода проходит по трубам с постоянным давлением, но когда происходит резкое перекрытие водного потока. Давление воды на стенки труб увеличивается в несколько раз.

И в результате, могут лопнуть трубы или придут в негодность уплотнители резьбовых соединений и запорные элементы.

Трещина в трубе-после гидроудара

Конечно, резко закрытый кран не единственная причина возникновения гидроудара. Похожая ситуация бывает когда в системе остаётся воздух. В тот момент когда открывается кран, вода сталкивается с пробкой из воздуха.

И эта воздушная пробка в условиях замкнутого пространства выступает амортизатором. Вследствие чего с огромной силой выталкивает воду и происходит удар.

Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы

Последствия гидроудара

Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.

От первого гидравлического удара, повреждение водопровода, обычно не происходит. Ведь изделия для водоснабжения изготавливаются с запасом, в случае повышения давления. Но последующие гидроудары будет бить в то же самое, слабое место. И в какой — то момент труба или запорная арматура выйдут из строя.

Если прорыв водопровода произошёл в квартире многоквартирного дома, то произойдет затопление, будет повреждено имущество, вашей квартиры и соседей снизу.

Последствия гидроудара- затопило квартиру

В случае повреждения центрального водопровода Может произойти отключения нескольких домов или района. То это уже чрезвычайное положение. Так как жильцы многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации.

Ну а если в результате гидроудара повреждается труба горячего водоснабжения. То это может привести к серьёзным ожогам.

Какие последствия гидроудара

Последствия удара поршня об прокладку в цилиндре бывают разные, так если машина стояла, и мотор работал исключительно на холостом ходе, он просто может заглохнуть. Если автомобиль во время гидроударя двигался, последствия будут более серьёзными, поскольку давление на поршень со стороны КШМ будет продолжаться, создавая большие усилия. В данном случае может произойти деформация и разрушение вкладышей, шатунов, колец и коленчатого вала.

Когда происходит обратный ход поршня мелкие обломки деталей, попадая в имеющийся зазор между стенкой цилиндра и поршня, могут пробить стенку или заклинить поршень, после чего двигатель уже восстановлению не подлежит. Это самое тяжёлое последствие от гидроудара двигателя, которое наиболее опасно для дизельных агрегатов, поскольку у них объём камеры сгорания значительно меньше, а степень сжатия гораздо выше.

Когда машина едет с невысокой скоростью и силы инерции на детали КШМ не столь велики, то импульс гидравлического удара не будет резким, что поможет сохранить узлы от разрушения.

Кроме этого последствия гидроудара двигателя сказываются и на других деталях мотора. Существуют случаи, когда сильное давление влияло на деформацию головки цилиндра. Внезапная остановка коленвала при работе силового агрегата приводит к высокому механическому напряжению, которое действует на приводные ремни и цепи, а также на регуляторы их натяжения. По этой причине они могут растянуться или порваться, что потребует их замены.

В таких случаях в последнюю очередь страдает коленчатый вал. Он может деформироваться или сломаться уже вследствие разрушения поршня или шатунной передачи. Разрушение головки шатуна после гидроудара, как правило, не носит следов побежалости и перегрева. Её вид остаётся обычным.

Последствия гидроудара

  • 1. Если вы форсировали лужу или брод на приличных оборотах, то усилия коленвала может хватить на изгиб шатуна, а также более страшный вариант – разрушение поршня. Дальше может быть только хуже. Погнутый шатун, достигая своей нижней мертвой точки скорее всего либо заденет коленвал, либо стенку цилиндра и начнет их разбивать ( именно поэтому, если вы заглохли, то не пытайтесь сразу же заводиться).
    Кстати, при хорошем усилии, может лопнуть и сам коленвал.
  • 2. Если все же вы ехали медленно и на низких оборотах, то двигатель может просто остановиться. В такой ситуации лучше не пробовать заводить двигатель. Ниже рассмотрим порядок действий по определению степени урона, нанесенного гидроударом.

Причины гидроудара двигателя

Наиболее распространенным случаем получения гидроудара, является проезд по глубоким лужам или бродам. Наверное все меняли в своем автомобиле воздушный фильтр и видели откуда происходит забор воздуха. Так вот, как только уровень воды превысит высоту, на которой расположен воздухозабор, то в ближайшие секунды двигатель скорее всего заглохнет, что будет свидетельствовать о гидроударе.

Дело в том, что вода попадающая в камеру сгорания вместо воздуха не даст поршню дойти до его верхней мертвой точки (ВМТ). Отсюда следует, что коленчатый вал не сможет полностью провернуться, а вот здесь есть несколько путей развития проблемы.

Как предотвратить гидроудары?

Существует несколько видов защиты системы водоснабжения от гидроударов. Рассмотрим основные:

  1. Плавно закрывать кран. Если потребитель закрывает кран постепенно, давление в системе водоснабжения плавно выравнивается и обратная волна формируется небольшой силы, что снижает мощность гидроударов. Однако всегда плавно закрывать кран не получится. Ведь теперь большинство кранов оснащены шаровой конструкцией, а не вентильной (когда приходилось крутить вентили, чтобы закрыть кран). С шаровой конструкцией — одно нечаянное резкое движение и кран закрыт. Кроме того, дети или ваши гости могут не знать, как правильно закрывать кран.

  2. Использование труб большого диаметра. Чем больше диаметр труб, тем ниже скорость потока воды, а, соответственно, и гидроудар. Но этот метод защиты требует повышенных денежных вложений (на трубы, их проведение и теплоизоляцию) и не всегда эстетично выглядит.

  3. Установка амортизирующего устройства по направлению потока воды. Перед термостатом вместо жесткой трубы устанавливается кусок из эластичного пластика или каучука. При гидроударе этот участок растягивается и частично гасит силу удара.

  4. Использование компенсаторного оборудования. Гидроаккумулятор – это бак, куда при гидроударе будет сбрасываться излишняя вода до нормализации давления системы. Реле давление — элемент, который не спасет от гидроудара, но отключит насос, когда вы перекроете кран, и давление превысит определенное значение. При этом надо учитывать, что выключение насоса не произойдет мгновенно.

5.Система водоснабжения Ermangizer. Если гидравлический удар спровоцирован включением насоса, то наилучшим решением будет комплекс Эрманджайзер. Основной элемент системы – частотный преобразователь, который регулирует работу насоса и обеспечивает плавный пуск. При этом исключается резкое повышение давление в системе, вызывающее гидроудар. Кроме того, частотный преобразователь Ermangizer обеспечивает бесперебойный стабильный напор воды в кране, независимо от объема водопотребления, а так же увеличивает срок службы насоса. Установка системы Эрманджайзер является наиболее эффективным решением.

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 возникновении в системе избыточного давления водяной столб первой секции начинает давить на разделительную мембрану, за счет чего она изгибается в направлении воздушной камеры

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.

Эластичный материал амортизирующих приспособлений самопроизвольно гасит энергию гидравлического удара в точке, где давление достигло критического значения

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.

Защитный клапан, оснащенный жестким уплотнителем, который выполняет функцию быстрого сброса давления, является надежным предохранителем автономной системы

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.

Узкую трубку, диапазон сечения которой не превышает 0,2-0,4 мм, размещают со стороны, откуда жидкость попадает в термостат

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.

Как избежать проблемы?

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

Защитные механизмы для автономных систем против гидроудара в большинстве случаев направлены на сглаживание силы потока водяной массы

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.

При выборе запорной арматуры предпочтение стоит отдавать изделиям, которые имеют относительно большой промежуток перекрытия воды

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.

Задействование автоматических систем позволит контролировать поток жидкости, а также считывать показания ее давления в трубопроводе

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.

Галерея изображений
Фото из
Системы автоматического управления насосным оборудованием в автономных водопроводных сетях работают только в тандеме с гидроаккумуляторами

Включенный в схему гидробак с эластичной мембраной внутри позволяет создать запас воды и сформировать компенсирующую воздушную камеру, которая сгладит последствия превышения давления

В системах закрытого отопления предотвратить гидроудар позволяет мембранный бак — экспанзомат. Он красного цвета, конструктивно схож с гидробаком, но выполняет исключительно работу по компенсации давления при расширении теплоносителя

Если в систему водоснабжения включают дополнительные насосные станции, предназначенные для перекачки воды из накопителя к потребителю, обязанности по сокращению действия гидроударов частично возложены на них

Гидроаккумулятор против гидроударов

Действие мембранного бака

Мембранный бак для закрытого отопления

Дополнительная насосная станция

Последствия

Если отрицательный гидроудар в трубопроводе приводит к отсутствию воды в кране, то положительный реально грозит затоплением квартиры, что часто происходит при резком закрытии задвижек или вентилей. В этом случае давление воды увеличивается в несколько раз, в результате чего наблюдается разрыв трубы и повреждение деталей запорной арматуры.

При этом диагнозе в многоэтажном доме пострадает также квартира нижнего этажа, а разрыв трубы магистральных коммуникаций оставит без водоснабжения и канализации большое количество зданий.

Если от гидроудара пострадают трубы крупного диаметра на территории города, то это чревато получением травм пешеходами и блокированием движения транспорта, особенно троллейбусов и трамваев, которые питаются от электроэнергии.

Масштабы ущербов таких аварий значительны и складываются из технических простоев и дорогостоящего ремонта оборудования. Примерами значительных гидравлических ударов в трубопроводах и их последствий можно назвать:

  • затопление Люблинской насосной станции (г. Москва);
  • повреждение трубы Кызылской ТЭЦ (крупное энергопредприятие в республике Тува);
  • остановка движения автотранспорта и нескольких линий метро на сутки в Нью-Йорке в результате аварии на трубопроводе в районе Манхэттен.

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.

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.

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.

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.

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.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий