Способы предотвращения гидравлических ударов
Избавиться от периодического появления избыточного давления в трубопроводе практически невозможно, поэтому основные меры направлены на уменьшение его интенсивности и создание эффективной защиты для труб и прочих элементов системы.
Плавная регулировка
Наиболее простой и недорогой способ предотвратить гидродинамический удар – использовать плавную регулировку. Эта рекомендация прописана в нормативной документации для эксплуатации объектов, обслуживаемых централизованной подачей воды и тепла.
Данный принцип можно использовать не только в многоквартирных домах, но и в частном секторе, где обычно применяются автономные отопительные системы. За счет плавности использования запорной арматуры внезапное повышение давления не происходит: это процесс как бы растягивается во времени. В результате при сохранении суммарной силы удара достигается снижение его мощности.
Удобнее всего реализовывать подобный метод кранами с постепенным перекрыванием потока.
Автоматическая защита
Не всегда есть возможность достигать постепенности коррекции внутреннего давления ручным способом. Более удобными и надежными в эксплуатации являются автоматические гасители гидроударов, которые ставят на насосы в принудительных системах.
Автоматика дает возможность плавно наращивать скорость оборотов двигателя при включении, а при выключении – так же плавно ее снижать. Таким образом, внутреннее давление выходит на свой максимум не сразу, а спустя некоторое время. При этом вместе с отслеживанием показателей давления электроника самостоятельно регулирует напор.
Использование компенсаторов
Задачей гидрокомпенсатора (его еще называют демпфером и гидроаккумулятором) является накапливание жидкости и вбирание ее избытка из контура, что способствует снижению уровня внутреннего давления. В результате это позволяет гасить возникающие гидроудары.
Конструкция компенсатора состоит из герметичного стального бака, эластичной мембраны из каучука и вмонтированного в нее воздушного клапана. Местом его установки выступают участки отопительного контура с наибольшей вероятностью скачков давления.
Защитный клапан
Местом установки защитного клапана с диафрагмой выступает участок трубы в непосредственной близости к насосу, сразу после обратного предохранителя (это позволяет стравливать необходимый объем жидкости в случае возникновения избыточного давления). В различных моделях устройств их активизация может осуществляться или электрическим контроллером, или пилотным быстродействующим приспособлением.
Срабатывание клапана происходит при превышении давлением безопасной границы, что обеспечивает надежную защиту циркуляционного насоса в случае его резкой остановки. Когда опасное внутреннее напряжение достигает своего максимума, приспособление открывается на 100%. После нормализации ситуации происходит постепенное закрывание регулятора. Так удается избежать гидроудара и обеспечить стабильную скорость циркуляции жидкости в системе.
Амортизирующие приспособления
Еще одним эффективным методом защиты водопроводов является применение амортизирующих компенсаторов гидроударов.
Чаще всего речь идет о пластиковых или термостойких каучуковых трубах. Их расположение должно совпадать с направлением движения теплоносителя (термостат находится сразу за такой трубой). Благодаря эластичности изделие способно самостоятельно убрать энергию гидравлического удара. В среднем длину амортизационного участка берут в пределах 20-30 см. Для очень продолжительных контуров длину армированной каучуковой трубы можно увеличить до 40 см.
Защитный термостат
В отдельных ситуациях избежать гидравлического удара помогает термостат, оснащенный специальной защитой от скачков напряжения.
Внутри прибора имеется пружинная начинка, разделяющая клапан и термоголовку. Во время скачка давления сработавший механизм препятствует полному закрыванию клапана. По мере снижения мощности гидроудара происходит постепенное закрывание выпускного отверстия
При монтаже защитного термостата важно не перепутать стрелку на корпусе и направление движения жидкой среды в трубе
Возможность шунтирования
Сделать защитный термостат можно и самостоятельно, оснастив терморегулирующий клапан специальным шунтом. Речь идет о тонкой трубке диаметром 0,2-0,4 мм или об отверстии схожего сечения. Если система не испытывает перегрузок, термостат будет работать в штатном режиме. В случае появления внутреннего напряжения оно будет плавно снято.
Способы защиты от гидроудара
Чтобы свести к минимуму вероятность возникновения гидроудара необходимо соблюдать правила монтажа водопроводных и отопительных коммуникаций. Но, только этого недостаточно. Для более полной уверенности необходим комплексный подход, соблюдение правил безопасности и технических инструкций.
Проще говоря, чтобы защитить трубопроводные системы от гидроудара необходимо:
Плавно закрывать и открывать запорную арматуру.
При плавном закрывании крана давление в трубопроводе будет постепенно выравниваться. Ударная волна, возникающая при этом процессе будет иметь незначительную силу, и следовательно, мощность гидравлического удара будет минимальной. Плавное открывание и закрывание запорной арматуры необходимо выполнять не только на промышленных объектах, но когда запускается водоснабжение и отопление в частном доме.
Использовать в системе амортизирующее устройство.
Такое устройство представляет из себя отрезок трубы из эластичного пластика либо каучука, которым заменяется часть жёсткой трубы. Монтируется оно перед термостатом по направлению движения рабочей жидкости. В случае возникновения гидравлического удара происходит растяжение стенок эластичного отрезка трубы, и сила гидроудара значительно гасится.
Использовать гидроаккумуляторы и демпферные устройства.
Гидравлический аккумулятор применяется для поддержания стабильного давления жидкости в трубопроводной системе. Такие устройства выполнены в виде металлического герметичного бака с расположенными внутри эластичной мембраной и воздушным клапаном. В момент возникновения гидроудара, эластичная мембрана перемещается – это позволяет вместить излишек жидкости. Когда давление нормализуется, уменьшается, то мембрана возвращается в исходное положение под воздействием воздуха, расположенного с обратной стороны.
Специальные регуляторы, частотные преобразователи и прочие подобные приборы позволяют плавно регулировать снижение или увеличение скорости вращения насосных валов, которые влияют на скорость движения рабочей среды. Это позволяет уменьшить силу воздействия и снизить риск появления гидроударов. Чтобы обеспечить плавный пуск и остановку насосов в современных системах применяются специальные клапаны, работающие под управлением электричества.
Также запорная арматура может закрываться автоматически, поэтому применяются автоматические устройства плавного открытия и закрытия арматуры. Конечно вся эта электроника позволяет исключить человеческий фактор, но ставит всю систему в зависимость от электричества. Такие системы необходимо оборудовать резервным источником электроэнергии.
Использовать байпас.
Байпас – это дополнительный участок трубопровода, который монтируется в качестве обходного канала и служит для регулирования пропускной способности трубопроводной системы.
Защитный клапан реагирует на скачки давления и предохраняет систему от гидроударов. Принцип работы таких устройств достаточно прост. Как только давление рабочей среды в местах установки клапанов превышает допустимое, то клапан сразу открывается и происходит сброс давления. Как только давление уменьшается и приходит в норму – клапан закрывается.
Также эти клапаны надо устанавливать рядом с насосом. Предохранительный клапан защищает насосное оборудование в случае непредвиденной остановки в момент отключения электричества.
Применять воздушные клапаны (воздухоотводчики).
Данные устройства необходимы для успешной борьбы с воздушными пробками, которые являются одной из причин возникновения гидравлических ударов. Воздушные клапаны отводят газы из трубопроводной системы, образовавшиеся в процессе работы.
Скорость движения рабочей среды в трубопроводе большего диаметра меньше, чем в трубах с маленьким диаметром. Следовательно, уменьшается возможность возникновения гидроудара. Однако, этот способ гораздо затратнее, так как стоимость труб большего диаметра гораздо выше.
Чтобы избежать последствий, возникающих после гидроударов, необходимо выполнять все рекомендации специалистов. Тем самым защитить всю трубопроводную систему от возникновения гидравлических ударов. Это позволит обеспечить бесперебойную и эффективную работу системы на протяжении длительного времени.
Природа гидравлического удара ↑
Стук и щелчки, сигнализирующие о произошедшем в замкнутой системе резком, мощном, кратковременном повышении давления, происходят в результате внезапного торможения циркулирующей по контуру жидкости.
Гидравлический удар, разрушающий стенки трубопровода
- аварийное отключение или поломка насосного агрегата;
- не выведенный из контура воздух, который перед включением заполняемой жидкостью инженерной системы обязательно нужно выпускать через специальные краны;
- резкое закрытие вентилей, перекрывающих циркулирующий поток.
Последняя из причин с появлением шаровых кранов наиболее распространена. При отключении и при запуске жидкости в контур с помощью устаревших устройств винтового типа плавная подача и перекрытие были обоснованы постепенным раскручиванием крановых бюкс. С точки зрения эксплуатационной безопасности винтовые краны были более рациональным решением, исключающим вероятность превышения критических значений давления.
Аналогичная физическая картина происходит в контуре с неотведенным перед включением воздухом. Резко открывая шаровое устройство, мы «сталкиваем» поток практически несжимаемой жидкости с воздушной массой, превращающейся в данном случае в пневматический амортизатор. Абсолютно напрасно нас не пугает хлопок, регулярно испытывающий на прочность наши коммуникации. В конечном итоге они могут просто не выдержать давления, значения которого могут возрасти до нескольких десятков атмосфер.
Снижение давления при гидроударе за счет установки демфера
В обеих ситуациях сильный поток воды (либо другой жидкости) с высокой скоростью врезается в преграду. Барьером может быть, как столб воздуха, так и запорная арматура. При столкновении жидкость все же слегка сжимается, немного растягиваются даже металлические трубы. Но следует осознать, что их «терпение» не бесконечно.
Регулярное «пощелкивание» наверняка слышат владельцы коттеджей с неграмотно организованными инженерными коммуникациями. Происходят они зачастую в местах сопряжения труб большого диаметра с трубами, сечение которых существенно меньше. Циркулирующий по контуру с заданной скоростью поток жидкости «упирается» пусть и не в полноценную, но все же преграду. Скорость остается прежней, разгрузка замедляется, объем жидкости увеличивается, опосредованно увеличивая давление. Если в этом месте не происходит разгрузка жидкости по разным реестрам, из-за превышения давления в данной точке может произойти прорыв.
Правила эксплуатации инженерных коммуникаций
Созданный на пути движения потока жидкости барьер формирует давление, теоретически не имеющее конечных критических значений. То есть, пара десятков атмосфер может перерасти в более серьезную величину. Жесткие детали оборудования, резьбовые соединения, трубопровод от постоянного воздействия инерции воды будет быстро или постепенно разрушаться.
1а; 1б — устройства защиты от гидравлических ударов и засорения коммуникаций
От гидравлических ударов больше всего страдают длинные трубопроводы, такие, например, как «теплый пол» с циркулирующей по трубам водой. Для того чтобы обезопасить систему от гидравлического удара «подпольный» отопительный контур оснащают термостатическим клапаном. Но он спасет пол только в случае правильной установки, в противном случае это регулирующее устройство создать дополнительную угрозу.
После перекрытия термостатического клапана, вмонтированного на входе теплоносителя в систему, вода продолжает передвижение по инерции еще какой-то отрезок времени. В участке контура, расположенном после клапана возникает вакуум, но разница в значениях давления довольно не существенна, не больше одой атмосферы. А так как оборудование рассчитано на стандарты в 4 атмосферы, вреда трубопроводу от этих перепадов нет. Установленный на выходе из системы клапан тоже перекроет движение потока теплоносителя. Только врезаясь в «барьер» жидкость, подпираемая следующей порцией, будет растягивать, ломать, крушить стенки трубопровода напором в 10 и более атмосфер.
Термостатический клапан устанавливают на входе теплоносителя
Перепады и их причины
Скачки давления свидетельствуют о неправильной работе системы. Расчет потерь давления в системе отопления определяется суммированием потерь на отдельных промежутках, из которых состоит весь цикл. Своевременное выявление причины и ее устранение может предотвратить более серьезные проблемы, которые приводят к дорогостоящему ремонту.
Если падает давление в системе отопления, это может быть вызвано такими причинами:
- появление течи;
- сбой настроек расширительного бака;
- выход из строя насосов;
- появление микротрещин в теплообменнике котла;
- отключение электричества.
Как повысить давление в системе отопления?
Расширительный бачок регулирует перепады давления
В случае появления течи надо проверить все места соединений. Если причина визуально не выявлена, надо обследовать каждый участок по отдельности. Для этого поочередно перекрываются клапаны кранов. По манометрам будет видно изменение давления после отсекания того или иного участка. Обнаружив проблемное соединение, его нужно поджать, предварительно дополнительно уплотнив. В случае необходимости узел или часть трубы заменяется.
Расширительный бачок регулирует перепады вследствие нагревания и охлаждения жидкости. Признаком неисправности бачка или недостаточного его объёма является повышение давления и дальнейший спад.
К полученному результату следует добавить зазор в 1,25%. Нагретая жидкость, расширившись, вытеснит воздух из бака через клапан в воздушном отсеке. После того как вода остынет, она уменьшится в объёме и давление в системе будет меньше необходимого. Если расширительный бачек меньше необходимого, его следует заменить.
Повышение давления может быть вызвано повреждением мембраны или неправильной настройкой регулятора давления системы отопления. При повреждении мембраны надо заменить ниппель. Это быстро и легко. Чтобы настроить бачек, его нужно отсоединить от системы. Затем насосом накачать необходимое количество атмосфер в воздушную камеру и установить его обратно.
Определить неисправность насоса можно, отключив его. Если после отключения ничего не произошло, значит, насос не работает. Причиной может быть неисправность его механизмов или отсутствие питания. Нужно убедиться в том, что он подключен к сети.
Если возникли проблемы с теплообменником, то его нужно заменить. В процессе эксплуатации могут появляться микротрещины в структуре металла. Это устранить нельзя, только замена.
Почему повышается давление в системе отопления?
Причинами такого явления может быть неправильная циркуляция жидкости или полная ее остановка вследствие:
- образования воздушной пробки;
- засорения трубопровода или фильтров;
- работы регулятора давления отопления;
- непрекращающейся подпитки;
- перекрытия запорной арматуры.
Как устранить перепады?
Воздушная пробка в системе не пропускает жидкость. Воздух можно только стравить. Для этого во время монтажа следует предусмотреть установку регулятора давления системы отопления – пружинного воздухоотводчика. Он работает в автоматическом режиме. Радиаторы нового образца укомплектованы похожими элементами. Они находятся вверху батареи и работают в ручном режиме.
Почему растет давление в системе отопления при скоплении грязи и накипи в фильтрах и на стенках труб? Потому что затрудняется проток жидкости. Фильтр воды можно почистить, вынув фильтрующий элемент. Избавиться от накипи и засорения в трубах сложнее. В некоторых случаях помогает промывка специальными средствами. Иногда устранить неполадку можно только путем замены участка трубы.
Регулятор давления отопления в случае повышения температуры перекрывает клапаны, по которым жидкость поступает в систему. Если это необоснованно с технической точки зрения, то устранить неполадку можно путем регулировки. В случае невозможности данной процедуры следует заменить узел. В случае выхода из строя системы электронного управления подпитки, ее следует отрегулировать или поменять.
Пресловутый человеческий фактор еще никто не отменял. Поэтому на практике случается перекрытие запорной арматуры, которое приводит к появлению повышенного давления в системе отопления. Чтобы нормализовать этот показатель, нужно просто открыть вентили.
Краткое описание
Весьма распространенный гидравлический удар в обустроенной системе качественного отопления представляет собой своеобразное явление, которое базируется на нормах динамики разных веществ. Само проявление отличается тем, что при периодическом изменении скорости движении потока рабочей жидкости наблюдается повышение показателей давления. В качестве главного теплоносителя выступает вода, основным показателем которой является несжимаемость. В период циркуляции заправленного теплоносителя по трубопроводам и нагревательным элементам на его пути могут возникать различные гидравлические препятствия. В большинстве случаев это повороты, резкие перепады диаметра трубопроводов, а также арматура запорно-регулирующего типа.
В созданных неблагоприятных условиях теплоноситель может повредить те элементы, которые представляют потоку сильное гидравлическое сопротивление. Это могут быть конвекторы, повороты труб, различные приборы, радиаторы и даже теплообменники котлов.
Авария вполне может возникнуть в результате постепенного износа эксплуатируемой конструкции и ее элементов либо в результате внезапного воздействия сильного скачка показателей. Во всех ситуациях последствия гидроудара влекут за собой материальные растраты на ликвидацию протечки. Чтобы самому не оказаться в такой ситуации следует понимать базовые причины образования гидроудара. Последствия аварии всегда непредсказуемые, начиная от самой обычной поломки циркуляционного насоса и заканчивая масштабным затоплением всего дома. Все зависит от качества и мощности системы.
Самые распространенные последствия воздействия гидроудара
Настройка и балансировка теплоснабжения
Профилактические действия способны не только снизить последствия аварии, но и не допустить возникновение неполадок в работе оборудования, как в обыкновенной квартире, так и в случае, если у вас установлена альтернативная система отопления частного дома.
Необходимо следить за состоянием кранов Маевского (устройство), термостатов, циркуляционного насоса, запорной арматуры (про смесители для гидромассажных ванн на борту ванной прочитайте здесь).
В случаях обнаружения протечек, затруднений в работе, оборудование подлежит замене, а соединения либо перебираются, либо заменяются на новые.
Для обеспечения бесперебойной работы насоса следует устанавливать источники резервного питания.
Это вместе с байпасом (про установку для полотенцесушителя написано здесь) позволит избежать повышения давления в период отключения электроэнергии.
ВАЖНО! Нарушения циркуляции жидкости вызывается несколькими причинами. Среди них засор фильтра грубой очистки, завоздушивание системы (как удалить), нехватка воды. Необходимо, постоянно следить за уровнем жидкости и прогревом отопительных приборов
Необходимо, постоянно следить за уровнем жидкости и прогревом отопительных приборов.
Если радиатор не прогревается или прогревается не полностью, то в системе образовался воздух, который удаляется при помощи крана Маевского.
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
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.
