Что надо знать про гидроудары в системах водоснабжения и отопления

Что такое гидравлический удар в системе водоснабжения и отопления: последствия и способы защиты

Гидроудар в результате внезапного перекрытия запорного клапана, для иллюстрации использована тяжелая стальная пружина

Гидроудар – это повышение или снижение давления при резком скачке ненаправленного действия.

Когда гидростатический напор начинает влиять на систему, возникает энергия, действующая в трубах водоснабжения и отопления.

При внезапном повышении давления в трубах в трубопроводе происходит:

1. разрыв трубы;
2. разрушение крепежа трубы и элементов системы;
3. повреждения насосов, фундаментов, фитингов и трубопроводной арматуры.

При понижении давления:

1. смятие тонкостенных труб из сшитого полиэтилена и пластика;
2. выкрашивание цементной облицовки внутри труб;
3. подсос загрязненной воды или воздуха в трубопровод через фланцы или соединительные муфты, сальниковые уплотнения начинают засасывать воздух в местах утечек;
4. нарушение сплошности движения потока, который вызывает скачки давления;
5. макрокавитация.

Явление макрокавитации в результате внезапной остановки насоса

Причины возникновения гидроудара

Гидроудар возникает при преобразовании кинетической энергии потока воды в энергию деформации, действующую на стенки труб, на устройства в трубопроводе.

Появление гидроудара вызвано внезапным и быстрым усилением движения потока жидкости.

Например, гидроудар можно вызвать неожиданным перекрытием запорного клапана.

Он может быть, если произошел сбой работы насоса. В этот момент происходит действие силы инерции жидкостного столба на затворный клапанный механизм.

Инерционные свойства жидкости не дают скорости потока её столба подстраиваться под состояние движения. Происходит деформация воды. А деформация возникает одновременно со скачками давления.

Причина опасности гидроудара в том, что он, практически не уменьшая давления, движется стремительно со скоростью звука. А это 1000 м/с. Многие современные материалы, из которых делают трубы систем водоснабжения дома, не выдерживают и разрушаются в частях трубопровода, которых он достигает.

Таким образом, гидроудар может быть вызван основными причинами неустановившегося изменения режима течения жидкости водоснабжения:

1. Аварийная остановка насосного оборудования при отключении электрического питания или перебоя в электроэнергии.
2. Неожиданный пуск или остановка одного или нескольких работающих насосов.
3. Внезапное закрытие или открытие запорной арматуры в трубопроводной системе.
4. Возбуждение резонансных колебаний из-за насосов с нестабильной характеристикой.
5. Изменение уровня жидкости на всасывании.

Как избежать проблемы?

 От проблемы можно избавиться, используя следующие принципы:

• применять компенсирующие устройства для подсасывания жидкости и впуска воздуха;

• использовать устройства для аккумулирования энергии;

• использовать запорный клапан;

• применять алгоритм управления трубопроводной системой

Вариант #1. Плавное закрытие системы трубопровода

Одна из защит от гидроудара – плавное перекрытие отопления. Мощность воздействия энергии воды будет понижаться и минимизирует повреждения.

Вариант #2. Применение автоматических устройств

Можно использовать компенсаторы гидроудара или настроить работу насоса, воздушного бака и трубного стояка. Всё использовать в комплексе, но с применением устройств с электронным управлением и частотным преобразователем.

Аккумулирование воды в доме происходит при использовании мембранных воздушных баков и трубных стояков. Энергия аккумулируется в качестве энергии давления.

При использовании маховика насоса энергия сохраняется в виде инерционной массы. Таким образом, аккумулируемая энергия в воздушном баке в достаточном количестве поддерживает стационарный поток в течение большого отрезка времени. И служит гарантом обеспечения медленного плавного уменьшения скорости потока жидкости.

Резкое падение давления не допускается. Если воздушный бак, трубный стояк встроены в трубопровод задолго до насоса, то защита от гидроудара обеспечена.

Способы комплексной модернизации системы

Обратный клапан двойного действия, выпуск/впуск с приводом от рабочей среды

Применение защитных средств в комплексе защиты водоснабжения многоквартирного и частного дома требует полной оптимизации системы за счет модернизации оборудования.

Способ #1. Применение компенсирующих устройств и амортизаторов

Компенсатор гидроударов не требует настройки, работает автоматически. Из-за веса его нужно закрепить, чтобы снизить нагрузку на трубопровод. Не стоит забывать, что гаситель гидроудара может помочь только на холодной воде, в системе отопления он не спасет. Почему? В отоплении есть обратка и может «рвануть», например, полотенцесушитель.

Способ #2. Установка защитного клапана диафрагменного типа

Высокая надежность возможна, когда на клапанах с электроприводом контролируется время срабатывания привода и точка прерывания отключения.

То есть, на запорных клапанах с гидроприводом должны быть надежные регулирующие устройства. Это может быть ограничительная диафрагма в виде шайбы или клапаны регулировки подачи.

Следует регулярно контролировать время срабатывания привода защиты и смотреть за его надлежащим закрытием/открытием.

Способ #3. Оснащение терморегулирующего клапана шунтом

Основная задача шунтирующего механизма – регулировать и уменьшать давление при возникновении перегрузок. Шунт используют при модернизации автономных систем с трубопроводами, где применяются только новые трубы.

Способ #4. Использование термостата с суперзащитой

Термостат – это предохранительное устройство с контролирующей давление защитой. К ней относится механизм с пружиной между термоголовкой и клапаном. При достижении критической отметки давления происходит срабатывание механизма, который не допускает полное закрытие клапана.

Проведение профилактических работ

Схема воздушного бака компрессорного типа. Чтобы предотвратить образование высокого давления при возврате воды в бак, соединительный трубопровод должен быть оснащен обратным клапаном и дросселированным обводным байпасом

Профилактика оборудования и дополнительные расчёты в проектах помогают избежать гидроудара.

Чтобы убрать проявление макрокавитации после останова насоса, рассчитывают использование системы с воздушным клапаном, установленным в самой высокой точке трубопровода водоснабжения в доме – на выходе.

Применение дополнительных устройств защиты от гидроудара в квартире не гарантирует его отсутствия. На трубы из полиэтилена высокой плотности прилагается недопустимо высокое давление сразу через несколько секунд после торможения насоса. Чтобы исключить повышения, добавляют байпас с запорным клапаном между входом в систему и баком на всасывании насоса.

При одновременной остановке всех насосов клапан автоматически открывается электрогидравлическим сервоприводом с грузовым рычагом.

Выводы

Гидравлический удар способен нанести системе водоснабжения частного и многоквартирного дома значительный вред. Однако, многие недооценивают силу гидроудара, называя его маркетинговым ходом для приобретения различных защитных устройств и прочих гасителей гидроудара. Но с подобным явлением сталкиваются очень часто. Только профессиональные мастера могут сделать правильный монтаж системы водоснабжения и отопления, чтобы ее защитить.