Причина и защита от гидроударов в трубопроводах

Производители, характеристики, цены

Лучше всего компенсатор гидроудара покупать известных фирм. Это не тот участок, где уместно экономить. Наибольшей популярностью пользуется несколько фирм:

• FAR. Компенсатор этой фирмы — без мембраны, с пружиной и запорным диском. Подсоединительная резьба 1/2″, максимальное давление 50 Бар, номинальное — 10 Бар. Температуру выдерживает до 100°C. Цена от 30 $.
• Uni Fitt. Та же конструкция с подпружиненным диском. Есть два варианта корпуса: латунный и латунный с никелевым покрытием. Подключение 1/2 дюйма. Максимальная температура 90°C, номинальное давление — 10 Бар, пиковое — 20 Бар. Длинна защищаемого трубопровода — 10 м. Цена от 15 $.

  Одни и те же модели в разных магазинах продаются по разной цене

• Valtec (Валтек). Это гаситель гидроударов мембранного типа. Есть модели с подключенным через небольшой шаровой кран с манометром. При необходимости, открываем шаровый кран, проверяем давление в компенсаторе. Давление в камере 3,5 Бар, максимальное рабоче давление 10 Бар, максимальное компенсируемое — 20 Бар. Цена от 25$.
• CALEFFI (Калеффи). Эта фирма выпускает тарельчатые компенсаторы. Есть они обычные — с подключением 1/2 дюйма, есть под мойку 3/8″. Параметры можно назвать хорошими: рабочее давление не более 10 Бар, компенсировать могут до 40 Бар (под мойку до 30 Бар).

Есть и другие фирмы, но они не так популярны. некоторый из-за слишком завышенной цены, другие не завоевали доверие. Во всяком случае, пока.

Как избежать гидроударов

Без переустройства водного контура единственной защитой от гидравлического удара является плавное перекрытие запорного элемента. Если кран закрывается туго, допустимо передвигать рукоятку небольшими рывками. Такой способ можно применять к кранам в быту и на производстве.

Частично модернизировать домашний водопровод можно за счет подключения насосного оборудования с автоматизированным блоком управления. Плавной корректировки напора в сети добиваются монтажом приборов с автоматическим изменением количества оборотов или со встроенными частотными преобразователями.

Комплексная защита от гидроудара в системе водоснабжения квартиры осуществляется такими методами:

• Установка труб большого диаметра. Это способствует снижению вероятности гидроудара. Скорость продвижения воды в широких магистралях всегда ниже, в отличие от узких.
• Врезка амортизирующих эластичных вставок перед перекрывающим элементом, расширяющихся при повышении напора, отчасти снижая его. Чтобы достигнуть необходимого результата, вполне хватит амортизаторов длиной в 20–30 см. Если же водопровод тянется на большое расстояние, размер вставки увеличивается на 10 см.
• Монтаж защитного клапана диафрагменного типа. Его устанавливают на отводе водоснабжающей линии рядом с насосом, чтобы сбрасывать заданный объем жидкости при повышении давления.

Подобный компенсатор гидроударов во внутренних системах водоснабжения приводится в движение при помощи электрокоманды контроллера или посредством пилотного устройства быстрого реагирования. Защитный элемент срабатывает, когда напор увеличивается больше безопасного уровня, обеспечивая защиту насосному оборудованию при неожиданной остановке. В момент избыточного повышения давления происходит полное открытие регулятора, а при снижении напора до допустимого значения – клапан медленно закрывается.

Применение гидроаккумукляторов в качестве компенсаторов также способствует сведению последствий резкого повышения давления в водоснабжающей системе к минимуму. Конструкция установки представляет собой корпус из металла с расположенной внутри резиновой диафрагмой. При гидравлическом ударе, мембранная деталь смещается, благодаря чему гидробак принимает в себя избыток воды. Когда угроза прорыва водопровода пройдет, и напор снизится, диафрагма вернется в первоначальное положение за счет давления воздуха, находящегося с другой стороны.

Избежать мощного гидроудара в сети горячего водообеспечения либо отопления можно, оборудовав клапан терморегуляции шунтом – узкой трубкой с внутренним сечением от 0,2 до 0,4 мм, которую ставят в направлении перемещения теплоносителя.

Шунтирование используют при обустройстве независимых систем, в которых применялись лишь новые трубы. Ржавчина и осадок в старых трубопроводах сведет эффективность шунта к нулю. Поэтому когда трубка ставится на входе в систему, советуют выполнить монтаж эффективных водяных фильтрующих элементов.

Также в сетях, где циркулирует кипяток, устанавливают защитные термостаты. Они отслеживают напор в сети и не позволяют ей функционировать после достижения опасного значения. Агрегат оборудован пружинным механизмом, который размещается между термоголовкой и клапаном. Срабатывание пружинного механизма происходит при повышенном давлении, препятствуя полному закрытию клапана. Монтаж термостатов выполняется в строгом соответствии с указанным на корпусе направлением.

Как предупредить гидроудары?

• Соединение разных по диаметру труб. Их стык со временем может выступать главным препятствием при движении воды по трубопроводу. Гидроудары в таких соединениях возникают чаще всего.
• Большая протяженность труб. Чем они длиннее, тем больше вероятность появления внутри них воздушных пробок, ведущих к препятствиям потока жидкости.

• Установка в систему компенсаторов. Они исполняют роль гасителей гидравлического удара. Их конструкция представляет собой корпус в виде небольшой бочки, в котором имеется мембрана и встроенный клапан. Компенсатор гидроударов во внутренних системах водоснабжения располагается на определенных участках трубопровода, в которых возможны перепады давления.

  Количество устанавливаемых компенсаторов определяется в зависимости от сложных участков. Компенсаторное оборудование помогает предотвратить гидравлический удар, а реле спасает всю систему, если он уже произошел. Оно способно перекрыть поток воды, как только показание давления будет выше критического. Но даже при быстром их срабатывании остановка работы будет не мгновенной, а спустя некоторое время.

• Установка мономеров для системы отопления. По их показаниям во время запуска или остановки всей обогревательной конструкции можно определить, имеются ли скачки давления. Эти устройства способны защитить систему от гидроудара, заранее предупредив от неожиданных перепадов.

• Применение амортизационного устройства. Небольшую часть трубы перед термостатом заменяют эластичным пластиком или термостойким каучуком. В случае высокого давления эти материалы смогут расширяться и без последствий преодолевать гидроудар. В среднем достаточно заменить всего лишь участок в 30 см, но для длинного участка трубопровода может понадобиться и все 50.

• Применение шунта в терморегулирующем клапане. Этот метод используется только для новых трубопроводов, которые выполнены из качественных материалов.

  Для осуществления этого метода в термостат со стороны потока жидкости вставляется трубочка диаметром, не превышающем 0,4 мм. Под нее предварительно выполняется отверстие. Встроенный шунт срабатывает, как только происходит гидроудар – он поможет плавно снизить давление. Этот способ устранения гидроудара не подойдет для старых квартир, так как сантехника у них содержит много ржавчины и посторонних включений, которые быстро забьют такое маленькое отверстие.

• Использование центробежных насосов. Они имеют автоматическую регулировку и плавный запуск. Благодаря автоматике насос постепенно увеличивает обороты системы и поток воды совместно с давлением. Такие насосы способны самостоятельно регулировать потоки жидкости и понижать их при достижении в системе критического значения.
• Плавное закрытие крана. Новые модели смесителей оснащены шаровой системой закрытия, которая при резком перекрытии способствует образованию гидроудара. Чтобы защитить систему водоснабжения, нужно плавно закрывать кран.

Причины его появления

Появление гидравлического удара возможно в следующих случаях:

1. Трубопровод заполняют жидкостью: воздух выпускают через открытый кран, но с меньшим сечением, чем труба, жидкость достигает сечения крана, который не может принять в себя весь поток. В результате внезапной преграды давлению образуется гидравлический удар.
2. Подобный эффект можно наблюдать в случае внезапного закрытия запорных устройств на трубопроводе с постоянным давлением за счет чего несжимаемой жидкости внезапно перекрывается путь.

Картинка поясняет причины возникновения гидроудара

Гидроудары в трубопроводе разделяют на отрицательный (когда напор понижается в результате открытия задвижки или выключения насоса) и положительный (напор жидкости возрастает после включения насоса или внезапного перекрытия трубопровода).

Второй вариант гидравлического удара упоминают, как слишком опасный для систем отопления и водоснабжения (подробнее тут). Сильный скачок давления способствует нарушению непроницаемости запорной арматуры, вызывает расколы и трещины, выводит из строя оборудование.

Как рассчитать гидроудар в трубопроводе (качайте все формулы)?

В своих работах теоретик Н. Е. Жуковский детально описал явление гидроудара, где предоставил формулу, позволяющую определить степень повышения давления.

Последствия гидроударов в системах отопления

С приходом отопительного сезона, можно услышать, как в трубах системы отопления периодически что-то стучит и щелкает

Если подобные явления привлекают к себе внимание довольно часто, вероятно, в скором времени придется заняться ремонтом, так как появление гидроударов в системе отопления, может привести к нежелательным последствиям: вплоть до прорыва теплоносителя, выхода из строя расширительного бака или поломки отопительного прибора

В списке возможных проблем, являющихся причиной гидравлического воздействия, первое место обычно занимает совершенно разное сечение труб, используемых в системе отопления.

Постоянное сопротивление трубы с меньшим диаметром не позволяет свободно двигаться жидкости по системе. В результате повышается давление на трубы, слышится гудение или щелчки.

В данном случае потребуется капитальный ремонт системы отопления. Иначе через время трубопровод даст о себе знать.

Как избежать возникновения описанных проблем?

Этот вопрос необходимо решать сразу после монтажа или планового ремонта отопительной системы, путем ее грамотной настройки. Только таким способом можно устранить все существующие ошибки, допущенные в процессе проектирования и устройства.

В случае модернизации отопительной системы рекомендуется приобретать комплектующие детали, выполненные из износостойких и прочных материалов. Все подобранные детали должны соответствовать правилам эксплуатации системы.

Избежать нагнетания давления в трубопроводе позволяет дополнение системы специальными компенсаторами (гидроаккумуляторами), которые вбирают в себя излишнюю жидкость, тем самым предотвращают гидроудар.

Также осуществлять контроль давления потока жидкости по системе, можно используя электронасос. Оборудование плавно подает воду в систему, при малейшем изменении давления, регулирует ее подачу.

Еще подробнее об этом явлении и методике расчета смотрите в видео ниже.

Опасный потенциал

Гидроудар в системах вызывает нарушение целостности труб, повреждение крыльчаток насосов, перегрузку источников электроснабжения и т.д.

Масштабы таких аварий на коммунальных сетях – огромны.

Яркими примерами последствий гидроударов могут служить:

• Затопление Люблинской канализационной насосной станции 12.09.1998 г., ставшее результатом гидроудара, возникшего из-за аварийного отключения насосов;
• Выход из строя трубы Кызылской ТЭЦ 18.12.2005 г.;
• Образование воронки с диаметром несколько метров и 30-метрового столба горячего пара на Манхэттене 19.07.2017 г.
  Результате повреждения гидроударом теплотрассы стала остановка пяти линий метро и парализация движения в центре Нью-Йорка, практически, на сутки.

 В домашних сетях последствия гидроударов не столь разрушительны, однако, и здесь экономический ущерб для владельцев квартир может достигать сумм в десятки тысяч, а то и миллионов рублей.

О щелчках в водопроводе

Периодическое «пощелкивание» в трубах слышат владельцы домов, где коммуникации организованы неправильно. И щелкает оно преимущественно в тех местах, где трубы большего диаметра соединены с трубами, имеющими меньшее сечение. При этом вода, движущаяся по магистрали с конкретной скоростью, наталкивается на препятствие (пусть и неполноценное). Скорость впоследствии не меняется, интенсивность разгрузки падает, количество жидкости растет, а вместе с ним растет и давление. И если в таких местах соединений вода не распределяется по нескольким реестрам, то из-за избытка давления может случиться разрыв труб.

Профилактические работы

Помимо строго соблюдения правил эксплуатации трубопроводов предотвратить аварию помогает своевременное проведение профилактических мероприятий. Ведь все процессы в системе водоснабжения взаимосвязаны. И гидроудар является лишь завершающей деструктивной «каплей», способной привести к негативным последствиям на фоне неудовлетворительного технического состояния водопровода.

Вибрации трубопровода и изменения величины давления способствуют образованию микротрещин в структуре металла. Образовавшиеся со временем дефекты при наступлении гидроудара моментально проявляются на участках повышенного внутреннего напряжения: механических соединениях, изгибах и сварочных швах.

Профилактика заключается в балансировке отопительной системы, которую выполняют после завершения монтажа или выполнения ремонта отопления в частном доме

Основной комплекс работ, выполняемых при профилактике:

• проверка работоспособности группы безопасности: предохранительного клапана, воздухоотводчика и манометра;
• периодическая проверка давления за мембраной расширительного бака, а при обнаружении неудовлетворительных результатов и его корректировка;
• тестирование системы на наличие утечек и проверка степени износа труб;
• отслеживание положения вентилей запорно-регулирующей арматуры на течь;
• регулярная проверка состояния фильтров, задерживающих накипь, песок и частицы ржавчины, при необходимости – прочистка и промывка элементов;

Профилактика, направленная на поддержание исправного состояния системы, включает простые виды работ. Но игнорировать их не стоит. Ведь это может привести к существенным тратам денег и времени на проведение полноценных ремонтных работ.

Перечисленные меры защиты наиболее эффективны, если их применять комплексно. Но благодаря комплексному подходу решения проблемы, вы сможете нейтрализовать негативные последствия и продлить тем самым срок службы системы.

Способы защиты от гидроудара

Наиболее эффективный вариант защиты от гидроударов – модернизация трубопроводной системы. Здесь вам помогут следующие устройства:

Компенсатор – гидроаккумулятор или демпфер. Имеет вид герметичного бака с эластичной мембраной и воздушным клапаном. Отвечает сразу за три задачи: накапливает рабочую жидкость, уменьшает давление системы путем забора из нее лишней воды, гасит гидроудары любой мощности.

Для предупреждения гидроудара можно принять профилактические меры

Амортизатор – гибкая трубка из каучука или пластика. Ею заменяют часть жесткой трубы перед термостатическим прибором: в случае резкого повышения давления в системе эластичная амортизаторная трубка растягивается и гасит гидроудар без каких-либо негативных последствий для основного трубопровода.

Совет. Длина амортизатора должна быть не менее 30 см.

Шунт – узкая трубка, устанавливаемая в термоклапан. Элемент диаметром не более 0,4 мм монтируется по направлению движения рабочей жидкости. Когда система функционирует без сбоев, шунт никак не дает о себе знать, но как только возникает гидроудар, он плавно уменьшает давление в трубопроводе.

Таким образом, гидроудар – опасное явление, которое может спровоцировать серьезные разрушения трубопровода. Чтобы не допустить дисфункции коммуникационных сетей, не пренебрегайте предложенными защитными мерами – они уберегут вас от аварийных ситуаций и непредвиденных затрат.

Основные причины гидроудара

Гидроудар – кратковременный, но сильный и очень резкий перепад давления в трубопроводе. Его возникновение обусловлено внезапным изменением скорости движения воды в коммуникационной системе. В зависимости от характера этого изменения, гидроудар может быть отрицательным – при уменьшении скорости, и положительным – при ее увеличении. Главную опасность для инженерных сетей представляет второй вариант: с молниеносным увеличением скорости и напора рабочей жидкости соответственным образом повышается и ее давление, а это чревато разрывом труб.

Потенциальных причин гидравлического удара несколько:

• резкая активация или деактивация насосного устройства;
• деформация насоса;
• нестравленный воздух в закрытом контуре;

Шумы в системе должны вызвать настороженность

• проблемы с электропитанием, которые препятствуют нормальному функционированию насоса;
• резкое открывание/закрывание арматурных деталей – задвижек, вентилей и всевозможных кранов.

Последняя причина сегодня особенно актуальна, так как старые трубопроводные задвижки начали массово менять на современные быстродействующие шаровые краны. Их потенциальная опасность объясняется следующим образом: если в системе находится определенный объем воздуха, то при резком открывании шарового крана он неизбежно столкнется с почти несжимаемой рабочей жидкостью, что приведет к скачку давления свыше 10 атм. В то же время винтовые краны – предшественники шаровых устройств – обеспечивают плавное открывание арматуры, тем самым исключая вероятность резкого столкновения воздуха и жидкости.

Варианты совершенствования всей системы в целом

Усовершенствование всей системы подразумевает монтаж устройств по полному устранению переизбытков давления.

Гаситель гидроудара и гидроаккумуляторы

Гидроаккумулятор монтируется в наиболее вероятном месте перепадов давления по ходу движение воды в системе. Внешне данные устройства представляют колбы из стали, имеющие объём до 30 литров. Внутри конструкция поделена на две части при помощи мембраны из резины или каучука. Во время колебаний давления гидроудары «направляются» в бак, где за счёт гибкой мембраны происходит их компенсация. Так же для амортизации гидроударов применяют трубы изготовленные из эластичного пластика, либо армированного каучука. Причём достаточно применение участка такой амортизирующей трубы длиной всего около 0,2-0,3 метра. В случае, когда система более протяжённа, можно добавить ещё 0,1 м амортизатора.

Диафрагменный клапан

Монтаж этого элемента производиться вблизи насоса на отводе трубы. При увеличении давления с его помощью удаляется переизбыток жидкости. Клапан может приводиться в движение одним из двух способов:

1. При помощи контроллёра
2. При помощи пилотного устройства. В момент возникновения повышенного давления элемент целиком открывается. А в период нормализации постепенно закрывается.

Шунт для клапана терморегуляции

Конструкция устройства представлена трубкой диаметром 0,2 — 0,5 мм. Шунт монтируется по ходу движения жидкости в трубопроводе. Чаще всего шунт устанавливается в абсолютно новом трубопроводе, так ка различные отложения на внутренней поверхности давно используемых труб могут свести его работу на нет. При его установке в старый трубопровод обязательно применение фильтров для воды.

Термостат с супер защитой

Данный механизм отключает систему при достижении давлением максимально допустимой отметки. В конструкции элемента представлен пружинный механизм, который не позволит закрыться клапану при вероятности гидроудара.

Защита систем теплоснабжения при гидравлическом ударе

Гидравлическим ударом называется явление, возникающее в трубопроводе при быстром изменении скорости движения жидкости. Гидравлический удар характеризуется мгновенными повышениями и понижениями давления, которые могут привести к разрушению трубопровода. Вероятность возникновения гидравлических ударов возрастает с увеличением мощности теплоисточников, увеличением диаметров и длины тепловых сетей, оснащения сети регуляторами, клапанами и задвижками.

Причинами возникновения гидравлических ударов являются: внезапный останов насосов на теплоисточнике или насосной станции при прекращении подачи электроэнергии; внезапное включение насосов; вскипание теплоносителя в котле в случае снижения расхода теплоносителя и последующей конденсации; быстрое закрытие регулирующих клапанов и задвижек на теплоисточнике, насосных станциях и тепловой сети.

Защита от гидравлических ударов может быть осуществлена за счет применения ряда специальных устройств.

На насосных станциях может быть рекомендовано устройство противоударной перемычки между обратным и подающим трубопроводами с установкой на ней обратного клапана (рис. 1). При внезапной остановке насосов, когда давление в обратном трубопроводе превышает давление в подающем, открывается обратный клапан на противоударной перемычке, что приводит к выравниванию давлений в трубопроводах и затуханию ударной волны.

В котельных для предотвращения гидравлического удара используются гидрозатворы, подключаемые к обратному коллектору, Гидрозатвор представляет собой установленную вертикально «трубу в трубе» высотой примерно на 3 м больше напора в обратном коллекторе. Внутренняя труба гидрозатвора врезана в обратный коллектор тепловой сети, внешняя — служит для приема выброса теплоносителя при срабатывании гидрозатвора и подключается либо к приемной емкости, либо к системе канализации.

Рис. 1. Схема устройства противоударной перемычки:

1 — насос; 2 — противоударная перемычка; 3 — обратный клапан; 4 — тепловая сеть; 5 — потребители тепла

К системе обеспечения надежности и защиты относятся и защитно-регулирующие клапаны (ЗРК) РК-1 с регуляторами типа РД-3а трехсильфонной сборки и импульсными клапанами ИК-25 для аварийного отключения котельной от системы. Кроме того, ЗРК укомплектованы регуляторами РД-3а односильфонной сборки, что позволяет регулировать давление сетевой воды в подающей и обратной магистралях (рис. 2). В системе применена гидравлическая автоматика, работа которой не зависит от наличия электроэнергии. При отключении электроэнергии и внезапной остановке насосов повышается давление перед насосом, что приводит к срабатыванию импульсного клапана ИК, в результате регуляторы РК-1 закрываются, отсекая оборудование котельной. Гидравлический удар гасится в результате срабатывания гидрозатвора. Комбинация защит «Гидрозатвор-ЗРК» обеспечивает защиту оборудования котельной, тепловой сети и систем отопления.

Рис. 2. Схема установки защитных устройств:

1 — насос; 2 — регулятор РД-3а; 3 — котел; 4 — импульсный клапан ИК-25; 5 — клапан РК-1; 6 — гидрозатвор; 7 — потребители тепла

В качестве быстродействующих сбросных устройств для систем теплоснабжения могут использоваться: гидрозатвор, сбросной клапан конструкции СКВ ВТИ, разрывные выпуклые мембраны, разрывные плоские мембраны, сбросной клапан конструкции «Союзтехэнерго».

При давлении в обратной магистрали в пределах 0,1-0,25 МПа наиболее целесообразно устанавливать гидрозатвор. При давлении в обратной магистрали более 0,25 МПа в сетевых насосах с электродвигателем, имеющими маховый момент более 150 кг x м2 (например насосы типа СЭ2500-180, 20Д-6 и др.), возможна установка сбросного клапана. При давлении в обратной магистрали более 0,25 МПа для сетевых насосов с электродвигателями, имеющими маховый момент менее 150 кг x м2, наиболее целесообразна установка мембранных предохранительных устройств, имеющих время срабатывания примерно 0,05 с.