Гидравлический удар в системе водоснабжения как доказать. Что такое гидроудар в трубопроводе – причины и следствия

В трубопроводах представляет собой возникающий мгновенно скачок давления. Перепад связан с резким изменением в скорости движения водного потока. Далее подробнее узнаем, как возникает гидравлический удар в трубопроводах.

Основное заблуждение

Ошибочно считается гидравлическим ударом результат заполнения жидкостью надпоршневого пространства в двигателе соответствующей конфигурации (поршневом). Вследствие этого поршень не доходит до мертвой точки и начинает сжатие воды. Это, в свою очередь, приводит к поломке двигателя. В частности, к излому штока либо шатуна, обрыву шпилек в головке цилиндра, разрывам прокладок.

Классификация

В соответствии с направлением скачка давления гидравлический удар может быть:

В соответствии со временем распространения волны и периодом перекрытия задвижки (либо прочей запорной арматуры), в течение которого образовался гидравлический удар в трубах, его разделяют на:

• Прямой (полный).
• Непрямой (неполный).

В первом случае фронт образовавшейся волны двигается в сторону, обратную первоначальному направлению водяного потока. Дальнейшее движение будет зависеть от элементов трубопровода, которые располагаются до закрытой задвижки. Вполне вероятно, что фронт волны пройдет неоднократно прямое и обратное направление. При неполном гидравлическом ударе поток не только может начать двигаться в другую сторону, но и частично пройти далее через задвижку, если она закрыта не до конца.

Последствия

Самым опасным считается положительный гидравлический удар в системе отопления либо водоснабжения. При слишком высоком скачке давления может повредиться магистраль. В частности, на трубах возникают продольные трещины, что приводит впоследствии к расколу, нарушению герметичности в запорной арматуре. Из-за этих сбоев начинает выходить из строя водопроводное оборудование: теплообменники, насосы. В связи с этим гидравлический удар необходимо предотвращать либо снижать его силу. становится максимальным в процессе торможения потока при переходе всей кинетической энергии в работу по растяжению стенок магистрали и сжатия столба жидкости.

Исследования

Экспериментально и теоретически изучал явление в 1899 г. Исследователем были выявлены причины гидравлического удара. Явление связано с тем, что в процессе закрытия магистрали, по которой идет поток жидкости, либо при ее быстром закрытии (при присоединении тупикового канала с источником гидравлической энергии), формируется резкое изменение давления и скорости воды. Оно не одновременно по всему трубопроводу. Если в данном случае произвести определенные измерения, то можно выявить, что изменение скорости происходит по направлению и величине, а давления - как в сторону снижения, так и увеличения относительно исходного. Все это означает, что в магистрали имеет место колебательный процесс. Он характеризуется периодическим понижением и повышением давления. Весь этот процесс отличается быстротечностью и обуславливается упругими деформациями самой жидкости и стенок трубы. Жуковским было доказано, что скорость, с которой осуществляется распространение волны, находится в прямой пропорциональной зависимости от сжимаемости воды. Также значение имеет величина деформации стенок трубы. Она определяется модулем упругости материала. Скорость волны зависит и от диаметра трубопровода. Резкий скачок давления не может возникнуть в магистрали, наполненной газом, поскольку он достаточно легко сжимается.

Ход процесса

В автономной системе водяного снабжения, например загородного дома, для создания давления в магистрали может использоваться скважинный насос. возникает при внезапном прекращении потребления жидкости - при перекрытии крана. Водяной поток, совершавший движение по магистрали, неспособен останавливаться мгновенно. Столб жидкости по инерции врезается в водопроводный "тупик", который образовался при закрытии крана. От гидравлического удара реле в данном случае не спасает. Оно только лишь реагирует на скачок, отключая насос после того, как будет перекрыт кран, а давление превысит максимальное значение. Выключение, как и остановка водяного потока, не осуществляется мгновенно.

Примеры

Можно рассмотреть трубопровод с постоянным напором и движением жидкости, имеющим постоянный характер, в котором был резко закрыт клапан или внезапно перекрыта задвижка. В скважинной системе водоснабжения, как правило, гидравлический удар возникает в случае, когда обратный затворный элемент располагается выше, чем статический уровень воды (на 9 метров и более), либо имеет утечку, в то время как находящийся выше следующий клапан удерживает давление. И в том, и в другом случае имеет место частичное разряжение. В следующем пуске насоса протекающая с высокой скоростью вода будет заполнять вакуум. Жидкость соударяется с закрытым обратным клапаном и потоком над ним, провоцируя скачок давления. В результате происходит гидроудар. Он способствует не только образованию трещин и разрушению соединений. При возникновении скачка давления повреждается насос или электродвигатель (а иногда и оба элемента сразу). Такое явление может возникнуть в системах объемного гидравлического привода, когда применяется золотниковый распределитель. При перекрытии золотником одного из каналов нагнетания жидкости возникают процессы, описанные выше.

Защита от гидравлических ударов

Сила скачка будет зависеть от скорости потока до и после перекрытия магистрали. Чем интенсивнее движение, тем сильнее удар при внезапной остановке. Скорость самого потока будет зависеть от диаметра магистрали. Чем больше сечение, тем слабее движение жидкости. Из этого можно сделать вывод о том, что использование крупных трубопроводов снижает вероятность гидроудара или ослабляет его. Еще один способ заключается в увеличении продолжительности перекрытия водопровода либо включения насоса. Для осуществления постепенного перекрытия трубы используются запорные элементы вентильного типа. Специально для насосов применяются комплекты по плавному пуску. Они позволяют не только избежать гидроудара в процессе включения, но и существенно увеличивают эксплуатационный срок насоса.

Компенсаторы

Третий вариант защиты предполагает применение демпферного устройства. Оно представляет собой мембранный расширительный бак, который способен "гасить" возникающие скачки давления. Компенсаторы гидравлического удара работают по определенному принципу. Он заключается в том, что в процессе увеличения давления происходит перемещение поршня жидкостью и сжатие упругого элемента (пружины или воздуха). В результате ударный процесс трансформируется в колебательный. Благодаря рассеиванию энергии последний затухает достаточно быстро без существенного повышения давления. Компенсатор применяют в линии наполнения. Его заряжают сжатым воздухом при давлении 0,8-1,0 МПа. Расчет производится приближенно, в соответствии с условиями поглощения энергии движущего столба воды от наполнительного бака или аккумулятора до компенсатора.

По статистике около 60% всех разрушений (прорывов) трубопроводов возникают из-за гидроудара, который представляет собой кратковременный, резкий и значительный скачок давления в трубе, возникающий в результате внезапного изменения скорости потока жидкости. Обычные признаки, сопровождающие эту серьезную неприятность – щелчки, стук и прочий шум, который возникает в коммуникациях, снабжающих нас водой и теплом. Многие даже не обращают на них внимания, а ведь гидроудар в системе водоснабжения приводит к повреждению оборудования, появлению трещин, расколу труб. Предотвратить аварийную ситуацию поможет четкое соблюдение правил эксплуатации трубопроводов и проведение модернизации инженерных сетей.

Природа гидроудара, возможные причины

Владельцы частных домов с неграмотно устроенными инженерными коммуникациями часто слышат характерное пощелкивание и стук, которые сигнализируют о том, что в замкнутой системе произошло кратковременное резкое повышение давления в результате внезапного прекращения движения жидкости по контуру или внезапного возобновления ее циркуляции.

Когда поток жидкости, двигающийся с определенной скоростью, сталкивается с преградой (воздухом или запорной арматурой), скорость его меняется не сразу, а вот объем быстро увеличивается, давление растет и иногда достигает 10 и более атмосфер. Если «излишкам» деваться некуда, то возникает риск разрыва трубы.

Возможные причины гидроудара:

• запуск, остановка и поломка насоса или его аварийное отключение;
• воздух в системе;
• резкая остановка потока жидкости в контуре, вызванная быстрым открытием-закрытием запорной арматуры: кранов, задвижек и т.д.

Последняя причина наиболее типична с тех самых пор, как вентильные краны, с их плавным ходом, заменили более современные и «резкие» шаровые собратья.

В случае если из системы не выведен воздух, то при открытии шарового крана происходит столкновение воздушной массы и практически несжимаемой жидкости, в итоге значение давления может возрасти до нескольких десятков атмосфер. Такая регулярная «проверка на прочность» очень негативно сказывается на состоянии системы в целом и труб в частности, итог предсказать нетрудно.

Заводушенность системы отопления - нередкая проблема. О том, как спускать воздух из батарей, узнаете в нашей статье: .

Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара

Барьер, неожиданно возникающий на пути потока жидкости, формирует давление, которое, теоретически, может расти бесконечно. При этом жесткие элементы системы испытывают сильнейшие нагрузки и постепенно или резко разрушаются.

Последствия гидроудара могут быть плачевными, особенно для старых трубопроводов

Аварии, которые вызывает гидроудар в системе отопления, сопровождаются рядом характерных неприятностей:

• разрушением трубопроводов и оборудования тепловых сетей;
• разрывом отопительных приборов;
• ожоговым травматизмом;
• длительным прекращением тепло- и водоснабжения;
• затоплением жилища и порчей имущества.

Наиболее уязвимы для гидравлических ударов длинные трубопроводы, например, теплый пол. Чтобы обезопасить «подпольную» систему, ее оснащают термостатическим клапаном, установку которого нужно доверить хорошим специалистам, иначе появится еще один фактор риска в системе.

Грамотная защита систем отопления или водоснабжения от гидроударов направлена на снижение их интенсивности и нейтрализацию воздействия избыточного давления.

Без резких движений

Самый простой способ обезопасить себя от гидроудара – плавное включение и выключение запорной арматуры. Этот нюанс четко прописан в нормативах по эксплуатации объектов централизованного водоснабжения и теплосетей. Правило без каких-либо оговорок можно распространить и на автономные сети.

Суть в том, что плавное включение и отключение растягивают во времени процесс повышения давления. Энергия гидроудара действует не всей своей силой за раз, а распределяется на несколько временных отрезков. При этом, хоть суммарная сила удара и остается прежней, но мощность уменьшается.

Вариант с использованием автоматики

Плавный запуск и остановку инженерной системы можно вполне доверить автоматике. Насосы с автоматической регулировкой оборотов электродвигателя плавно поднимают давление в трубах после запуска, и так же планомерно действуют в обратном порядке. Программное оборудование не просто отслеживает изменение давления, но и совершает автоматическую регулировку напора.

Наилучший эффект дает комплексная модернизация системы, которая поможет предотвратить гидроудар в трубах. Она включает в себя ряд различных мероприятий.

Компенсаторы гидроудара, демпферы, гидроаккумуляторы

Важным элементом в системах отопления и водоснабжения является компенсатор гидроудара (он же демпфер, он же ) – устройство, которое выполняет сразу три важных задачи: накапливает (аккумулирует) жидкость; принимает избыток жидкости из системы, тем самым способствует снижению давления в ней; соответственно, способствует гашению гидроудара, если он возникает.

Компенсатор гидроудара (демпфер) устанавливают в самых «опасных» местах

Компенсатор представляет собой герметичный стальной бак с эластичной мембраной и встроенным воздушным клапаном. Объем может быть как совершенно незначительным, так и довольно большим.

Интересно! В Европе, если в сети не установлен гидрокомпенсатор, гарантия на бытовую технику, например, стиральную машинку, бойлер или посудомоечную машину, не выдается.

Для защиты насосной станции, в случае внезапной остановки насоса, например, применяют специальный клапан защиты от гидроудара диафрагменного типа с жестким уплотнителем. Он приводится в действие давлением жидкости и имеет очень полезную функцию быстрого сброса давления. Устанавливают его после обратного клапана, на отводе от трубопровода, рядом с насосом.

Клапан является надежным предохранителем в системах, находящихся под давлением.

Установка амортизирующего устройства

Установка амортизирующего устройства (трубы из пластика или термостойкого каучука) по направлению циркуляции жидкости, перед термостатом, является эффективным методом защиты. Эластичный материал самопроизвольно гасит энергию гидроудара. Достаточная длина – 20-30 см, для очень длинного трубопровода амортизатор можно увеличить на 10 см.

Шунтирование в домашних условиях

Тот, кто хорошо знаком с конструкцией термостата, может установить в терморегулирующем клапане шунт с просветом 0,4 мм или просто проделать отверстие такого же диаметра. При нормальном режиме работы, подобное нововведение никак не отразится на системе, а вот при перегрузках плавно снизит давление.

Важно! Шунтирование как метод защиты от гидроудара применим лишь к автономным сетям с новыми трубами. Осадок и ржавчина центральных коммуникаций делают его совершенно неэффективным.

Термостат с суперзащитой

Иногда применяют термостат со спецзащитой от гидроудара. Подобные устройства имеют пружинный механизм, установленный между клапаном и термоголовкой. При избыточном давлении пружина срабатывает и не позволяет клапану полностью закрыться, как только мощность гидроудара снижается, клапан плавно закрывается. Устанавливают такой термостат строго по направлению стрелки на корпусе.

Гидроудар в системах водо- и теплоснабжения – явление довольно частое и опасное, но существует немало способов, с помощью которых можно нейтрализовать неприятные последствия этого явления и продлить срок жизни бытовой техники и труб.

Трубопровод в случае со снабжение водопровода, и в качестве отопительного элемента дома или квартиры - прочная конструкция, способная выдерживать большие нагрузки и работать десятки лет. Касательно давления, металлические, пластиковые спокойно выдерживают внутреннее давление в 4 атмосферы, и даже если это значение по каким-либо причинам кратковременно превышается на 1-2 единицы, ничего страшного не случится.

Однако существует такое понятие, как гидравлический удар в трубопроводах, при котором внутреннее давление резко возрастает до 10-20 атмосфер и появляется серьезный риск прорыва труб горячего или холодного снабжения.

Природа гидроудара

Охарактеризовать или описать гидроудар несложно, рабочее воображение и минимальный багаж знаний по физики помогут в этом. Представьте, как по трубопроводу течет вода, она движется с определенной скоростью и оказывает на стенки труб давление в 2-3 атмосферы.

Но вдруг на пути водяного потока возникает препятствие, это может быть:

• Завоздушенность - , возникающая вследствие неправильной эксплуатации водопровода, его неграмотной конструкции и т.д. (все знают, что нужно открывать клапаны , чтобы спускать воздух перед подачей воды, обычно речь идет о системах отопления).
• Запорная арматура - элемент крана, вентильного или шарового, перекрывающий трубу с целью остановки воды и препятствования ее дальнейшему течению по системе водоснабжения. Каждая и другие водопроводы оснащены такими кранами на определенных участках.

Сталкиваясь с подобным препятствием, водяной поток не может мгновенно снизить свою скорость, а это значит, что при той же скорости на определенном участке возникает попытка , то есть резкий скачок давления. Труба в такой ситуации испытывается на прочность колоссальным поднятием атмосфер и может не выдержать.

Отсюда вытекает вывод, что гидроудар в трубопроводе - частая причина его разрушения и чем дольше служит система водоснабжения, тем уязвимее она становится, особенно в случае с металлическими трубами, подверженными коррозии.

Возможные причины

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

1. Резкое включение или остановка насоса, работающего , 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 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 . 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 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 спасают не всегда.

Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара

Дело в том, что в теории, внутреннее давление в трубе может расти без остановки, достигая любой силы. Последствия в таких ситуациях будут следующими:

• Прорыв трубы, разрушение трубопровода или системы подачи тепла;
• Деформация или уничтожение приборов отопления;
• Как следствие - прекращение и тепла на время ремонта;
• Получения ожоговых травм жильцами, находившимися в непосредственно близости от во время гидроудара;
• Гидравлический удар в трубах приводит к затоплениям вашего имущества и соседей, живущих под вами (в случае с квартирами).

Глядя на этот неполный список возможных последствий, хочется узнать о методах защиты от гидроударов. Как обезопасить себя от возможного несчастья?

Первый и самый весомый аргумент в сторону защиты от гидравлических ударов - компенсаторы трубопроводов. Эти специальные приспособления способны принимать в себя часть жидкости из общей системы при возрастании внутреннего давления, снижая его таким образом. Виды компенсаторов водопроводов бывают разными, но наибольшее распространение получили сильфонные, линзовые и сальниковые, ввиду своих эксплуатационных особенностей.

Еще один метод защиты - клапан для защиты от гидравлических ударов. Этот приспособление устанавливается в системах повышенного давления и при использовании насоса. Этакий гаситель гидроударов, клапан открывается и сбрасывает излишнее давление при его резком скачке.

Обязательно устанавливайте в своих домах и квартирах краны, позволяющие перекрыть подачу воды. Так вы сможете быстро перекрыть воду в аварийных ситуациях и обезопасите себя от возможных последствий, даже если беда произойдет.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Защита трубопроводов обычными методами, а точнее - мерами предосторожности, обязательна. Закрывайте опорную арматуру постепенно, спускайте воздух из труб заблаговременно и установите компенсатор гидроударов, желательно большого объема.

Гидроудар - кратковременный скачок давления в системе, наполненной жидкостью. Подобное явление происходит, если поток жидкости неожиданно сталкивается с возникающим на его пути препятствием. Это случается, когда, к примеру, резко перекрывается запорная арматура, либо внезапно останавливается нагнетательный насос.

После столкновения с преградой поток воды продолжает инерционное течение с прежней скоростью, однако происходит нагнетание новых слоев потока, уплотняющих уже столкнувшиеся с препятствием слои. От этого стремительно возрастает давление в трубах, которые расширяются и могут прорваться в любой момент. Возникновению проблемы могут предшествовать посторонние шумы, щелчки и стуки в трубах, а также характерное гудение.

Если труба все же лопается, создается крайне опасная аварийная ситуация, от которой могут пострадать:

• оборудование (трубопроводы и отопительные приборы);
• имущество (затапливается помещение, портятся мебель и другие вещи);
• люди, находящиеся в квартире (разрыв системы теплоснабжения грозит серьезными термическими ожогами).

Причины возникновения гидроудара

В новых системах отопления и водоснабжения вероятность повышения давления и возникновения гидроудара крайне мала. Это объясняется тем, что факторы, приводящие к этому явлению, формируются постепенно. Одним из них становится засорение труб твердыми частицами, которые представляют собой содержащиеся в воде химические вещества, подвергшиеся минерализации, а также грязь и ржавчину. Другим видом препятствия на пути воды становится скопление воздуха, возникающее из-за перебоев с подачей электроэнергии, нарушения работы циркуляционного насоса или ошибок при монтаже компонентов системы.

Давление в замкнутом контуре может возрастать из-за повышенного нагнетания жидкости, которое происходит, если подключенный к системе насос работает на слишком больших оборотах. Также при монтаже отопительных и водопроводных систем нередко применяют трубы разного диаметра. Подобная технология допустима, но требует приведения «разнокалиберных» компонентов к «общему знаменателю» при помощи специальных переходников, а также защиты системных стыков специальным термостатным клапаном.

Гидроудар чаще возникает в тех системах, где вместо классических задвижек и вентилей используют шаровые краны, не отличающиеся плавностью хода. Любое неаккуратное перекрытие воды может привести к значительным колебаниям давления, поэтому данную операцию (например, во время ремонта или замены комплектующих) следует проводить под руководством специалистов в области сантехники и инженерии.

Основные способы защиты от гидроудара

Для уменьшения избыточного давления в трубопроводах и его нейтрализации необходимо соблюдать ряд особых мер. Наиболее простым способом защиты системы от гидроудара становится ее плавное перекрытие. Данный момент всегда указывается в нормативных документах. Перед установкой трубопровода клапана системы плавно закрываются. Во время отладочных работ производится их постепенно открытие, позволяющее стабилизировать давление и обеспечить постоянную скорость потока.

Следующим моментом становится использование специализированных автоматических устройств. В качестве них выступают насосы, настроенные на плавную коррекцию статического давления в трубопроводе. Эти приборы способны автоматически изменять число рабочих оборотов, отслеживая любые колебания в системе, либо оснащаются блоками управления с табло, посредством которых пользователь имеет возможность самостоятельно отрегулировать силу и скорость потока.

Комплексная модернизация системы

Максимальная стабилизация системы (например, в домах со старыми и ненадежными водопроводными и отопительными системами) требует установки оборудования, эффективно нейтрализующего избыточное давление в трубах. Сюда можно отнести следующие виды устройств:

1. Компенсаторы и амортизаторы. В качестве амортизаторов выступают мощные гидроаккумуляторы, способные собирать лишнюю жидкость, устраняя негативные последствия ее скопления. Компенсирующим устройством становится гидроаккумулятор, устанавливаемый по направлению движения воды на участках отопительного контура, где наблюдается наивысшая вероятность колебаний давления в системе. Внешне гидроаккумуляторы выглядят как стальные колбы объемом до 30 литров, состоящие из двух секций, которые разделены каучуковой либо резиновой мембраной.
2. Защитный диафрагменный клапан. Данное устройство размещается на отводе трубопровода для выпуска жидкости при избытке давления. В настоящее время большинство радиаторов отопительных систем комплектуются этим приспособлением. Обычно клапан задействуется при помощи контроллера либо определенного устройства быстрого реагирования. Последнее срабатывает в случае превышения безопасного уровня давления, защищая систему от гидроудара. При опасном всплеске давления клапан полностью открывается, а когда оно понижается до нормального уровня, происходит медленное закрытие регулятора.
3. Термостат с максимальной защитой. Это особый предохранитель, отслеживающий давление в системе и приостанавливающий ее работу до момента достижения показателем критической отметки. Прибор имеет пружинный механизм, размещенный между клапаном и термоголовкой. Система срабатывает при обнаружении избыточного давления и не позволяет клапану полностью закрываться. Данные приспособления устанавливаются строго по указанному на корпусе направлению.

Профилактика систем водоснабжения и отопления

Вместе со строгим соблюдением правил эксплуатации водопроводных систем необходимо 1-2 раза в год проводить особые профилактические мероприятия. Обслуживание оборудования помогает избежать не только гидроудара, но и других деструктивных процессов, приводящих водопровод в неудовлетворительное техническое состояние.

Постоянный поток воды вызывает неизбежные вибрации трубопровода, незначительно изменяя давление в системе. Это необязательно приведет к гидроудару, однако будет способствовать образованию микротрещин в структуре металлической оболочки труб. Если же впоследствии гидроудар все же возникнет, труба может лопнуть именно в местах микротрещин. Особое внимание нужно уделять участкам повышенного внутреннего напряжения, к которым относятся изгибы, механические соединения и сварочные швы.

Профилактика включает в себя следующие мероприятия:

• проверка состояния группы защитных устройств (предохранительного клапана, манометра и воздухоотводчика);
• проверка давления и его корректировка за мембраной расширительного бака;
• проверка степени износа комплектующих и тестирование системы на наличие возможных утечек;
• проверка положения запорно-регулирующих вентилей на течь;
• проверка внешнего вида и функциональности фильтров, задерживающих песок, накипь и мелкие частицы ржавчины с прочисткой и промывкой элементов при необходимости.

Все эти меры предосторожности вполне реализуемы в домашних условиях без привлечения специалистов. Если же в процессе профилактики были обнаружены существенные изъяны тех или иных компонентов, наблюдается течь, либо слышны посторонние шумы, необходимо как можно скорее обратиться в специализированные службы для более тщательного анализа всей системы и ее возможного ремонта.

Трубопровод отопления и водоснабжения часто издает странные звуки, но на них не всегда обращают внимание. Щелчки, стуки, хлюпанье – все это признаки гидравлического удара. А что такое гидроудар в системе водоснабжения причины и последствия явления – об этом стоит поговорить подробнее. И еще узнать меры предупреждения неприятности.

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:

• 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.

Причины возникновения гидроудара

Самая главная причина – резкое закрытие запорной арматуры. Если вода течет тонкой струйкой, риск минимальный, но при резких открываниях/закрываниях крана, опасность максимально повышается.

Почему еще происходит гидроудар в системе водоснабжения:

1. При резких включениях мощных насосов. Возникает при нестабильности электроснабжения объектов, оснащенных мощными насосными станциями.
2. При наличии воздушных пробок в системе водоснабжения, отопления. Поэтому прежде, чем подключать в эксплуатацию замкнутые системы с жидким носителем, следует предварительно согнать воздух.

Сегодня гидроудары считаются самыми распространенными факторами выхода из строя систем водоснабжения. Связано это с появлением новой запорной арматуры, не требующей долгих поворотов вентиля (крана) для открывания/закрывания воды.

Стоит знать! Особенно опасно перекрывать мощные струи воды – даже при исправной системе водопроводов, это рано или поздно приведет к гидроудару.

Возможные последствия гидроудара и его опасность

Распознать признаки явления можно по посторонним звукам в системе: щелчки, стуки, схлопывания. Также помогут визуальные признаки: подтекающие краны, смесители, обжимные фитинги-соединители с резиновыми прокладками.

Когда система водоснабжения подвергается частым гидроударам даже слабой силы, прокладки, уплотнители выдавливаются первыми. Нарушение герметичности системы может привести к появлению очагов деформации и разрыву труб.

В результате повышения давления нарушается подача воды. Но это не единственная неприятность. Если гидроудар привел к полному разрыву трубы, например, в многоквартирном доме, все строение остается без воды. Поток жидкости портит имущество владельцев квартиры, затапливаются соседи нижних этажей. В итоге – работы по ремонту и восстановлению нескольких объектов жилья.

Гидроудар в системе горячего водоснабжения грозит кроме окончательной порчи имущества, ожогами. Опасность грозит при разгерметизации системы отопления, где носитель поддерживает температуру +70С и постоянно находится под давлением. Разрыв батареи или трубопровода в зимний отопительный сезон выведет из строя систему. Морозы доделают разрушительное дело – трубопровод придется менять.

Методы борьбы и предотвращения гидроударов в системе

Скачки давления в системах вызывают до 60% всех аварий на трубопроводе. Особой опасности подвергаются старые и длинные трубопроводы. Изношенные системы имеют много слабых точек, где минимальный скачок давления воды спровоцирует разрыв. И еще один факт – чем длиннее и прямее труба, тем сильнее будет гидроудар. Связано это с тем, что в длинных трубах помещается больше воды, а значит, масса носителя велика и способна вызвать сильнейший перепад давления.

Совет! Если частный дом оснащен шаровыми кранами, соблазн быстрого включения-выключения велик. Одно движение поворота и кран закрыт. Делать этого категорически нельзя. Результат резкой остановки жидкости скоро проявится в выдавливании резиновых уплотнителей, а затем в разрыве системы.

А есть ли защита от гидроудара в системе водоснабжения квартиры, частного строения? Да. Первая и главная – не испытывать систему на прочность резкими переключениями давления. Разберем еще несколько вариантов, как избежать гидроударов в системе водоснабжения.

Плавное закрытие крана

Самый простой способ предупредить неприятность. Закрывать вентиль нужно плавно, без рывков. Если запорная арматура тугая, допустимо перемещать рукоятку небольшими рывками. Действие применительно как к бытовым, так и промышленным кранам.

Гидроудар при закрытии все равно будет, но один мощный разбивается на несколько маломощных. Энергия воздействия на трубопровод при однократном резком движении разбивается на несколько небольших, при этом перепады давления успевают компенсироваться, за счет чего снижается опасность выхода системы из строя.

Амортизирующие устройства

Для защиты трубопроводов с термостатами применяются амортизаторы. Это эластичные части трубы, которыми заменяется жесткая деталь перед точкой монтажа клапана термостата. Материал для амортизирующего устройства: каучук с высокими качествами термостойкости или же армированный пластик. Свойство растягиваться и принимать на себя силу повышенного давления помогает избежать гидроудар.

Принцип простой: при повышении давления мягкая часть трубы расширяется в диаметре, работая как гаситель, таким образом давление перед закрытым клапаном снижается. Чтобы предупредить гидроудар, хватает отрезка трубы 20-30 см, если система очень длинная, эластичный амортизирующий элемент можно увеличить до 40 см.

Шунтирование

Потребуется ручная доработка термоклапанов. Пригодится знание конструктивных особенностей, иначе элемент можно повредить Шунт – это тонкая трубочка диаметра 0,2-0,4 мм, которую вставляют в клапан в направлении движения жидкости. Шунт не влияет на функциональность системы при работе, но при скачках давления стравливает его в трубопровод за клапаном.

Совет! Шунтирование поможет, если стоит задача, как убрать гидроудар в системе водоснабжения новых трубопроводов. Ветхие трубы с коррозией не шунтируют, ржавчина быстро забивает отверстие. В этом случае вместо установки трубочки хватает высверленного отверстия нужного диаметра.

Защитные термостаты

Это специальные приборы, которые дополнительно снабжены защитой от гидроударов. Выглядит защита как пружина, смонтированная в точке соединения клапана и термоголовки. Свойство защиты описывается в технической документации.

Принцип работы простой – при скачках давления пружина растягивается, что мешает клапану плотно закрыться. Избыточное давление сбрасывается также в участок трубы за клапаном. При нормализации давления, клапан закрывается.

Совет! Монтаж термостатов, имеющих защиту от гидроударов, должен производиться в направлении, указанном стрелкой на корпусе.

Предохранительные клапаны

Простой предохранительный клапан от гидроудара работает по системе сброса давления. Ставится предохранительный клапан в зонах, наиболее подверженных опасности гидроудара. Приборы могут работать как самостоятельно, так и принимать команды контроллера.

В последнем случае контроллер должен управлять всей работой системы и иметь данные о давлении на всей протяженности трубопровода. При повышении уровня давления в зоне установки клапана, устройство открывается и сбрасывает излишки воды наружу. Как только давление снижается, клапан закрывается и принимает исходное положение.

Компенсаторы

Применяется компенсатор гидроударов во внутренних системах водоснабжения, отопления. Прибор выглядит как резервуар, разделенный на две части мембраной из резины, каучука. Нижняя часть соединяется с водопроводом, поэтому там постоянно находится вода. В верхней – воздух под давлением. Если компенсатор является элементом отопительной системы, то монтируется в зоны высокого риска появления гидроударов.

Принцип работы: при увеличении давления жидкий носитель давит мембрану аккумулятора, воздух сжимается, мембрана смещается. Увеличение объема резервуара способствует компенсации избыточного давления. Как только скачок устраняется, мембрана принимает исходное положение.

Приборы автоматического регулирования

Применяются агрегаты в системах, оснащенных насосами. Чем мощнее стоит насос, тем сильнее будет гидроудар. Уровень повышения давления определяется скоростью двигателя, при подаче напряжения электропривод запускается мгновенно. Единственная возможность избежать гидроудара, сделать наращивание оборотов плавным. Применение приборов автоматического регулирования позволяет воздействовать на частотные преобразователи и устройства плавного запуска.

Изменение частоты, как и постепенный запуск двигателя в работу, минимизирует риск возникновения гидроударов. Частотные преобразователи к тому же регулируют производительность насоса с поддержанием оптимального режима работы оборудования.

Зная, что такое гидроудар, последствия явления, и как устранить неприятность, нелишним будет модернизировать трубопровод или хотя бы избегать резкого закрывания вентилей, кранов. Приборы стоят недорого, служат долго и продлят срок эксплуатации всей системы водопровода, отопления.