Водоснабжение частного дома. Что такое гидравлический удар? Причины гидравлического удара в трубах Почему возникают гидроудары в системе водоснабжения

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.

Бывают случаи, когда в трубопроводах резко подскакивает давление. Такое явление называют гидравлическим ударом, оно возникает после повышения скорости подачи воды с большим напором.

Трубы в такой момент начинают издавать звук, напоминающий скрежет.

Скачок давления может происходить в сторону уменьшения или увеличения. В первом случае наблюдается отрицательный вид гидроудара.

Он может произойти резкого слива через открытую заслонку или после резкой остановки насоса. А второй случай может возникнуть после запуска насоса или перекрытия воды в трубопроводе.

Для систем водоснабжения и отопления представляет опасность второй вариант гидравлического удара. Его последствия могут стать разрушительными для труб и всей системы, могут выйти из строя насос и теплообменник.

Наименее защищены от такого удара трубопроводы с диаметром труб до 100 мм и разводкой на большие расстояния. При малой длине труб в системе ощутимого эффекта от гидроудара не будет.

Причины появления

Он может возникнуть если:

  • пришлось внепланово отключить насос;
  • забыли перед включением системы первый раз стравить воздух;
  • запорные краны были резко перекрыты.

Последний случай чаще всего становится причиной возникновения гидроудара. Старые смесители были только винтовые, и в процессе открытия вода поступала постепенно.

Сейчас часто используют шаровые краны, а они могут способствовать резкому изменению давления в трубопроводе.

Последствия возникновения

Последствия такого явления могут быть самыми разными. Наиболее вероятны:

  • разгерметизация труб;
  • прорыв в трубе;
  • выход из строя насоса, котла и других элементов системы;
  • получение увечий людьми, которые находились в непосредственной близости в момент нарушения работы системы;
  • намокание мебели и других деревянных предметов, которые в результате придут в негодность.

Особую опасность несет в себе угроза жизни людей. Поэтому о защите системы от гидравлического удара нужно позаботиться своевременно.

Способы защиты

Зная о причинах возникновения гидравлического удара можно предпринять защитные меры заранее и следовать необходимым правилам эксплуатации систем водоснабжения. Сила гидроудара на прямую будет зависеть от скорости подачи воды или другого теплоносителя.

Исходя из этого нужно при установке системы отопления правильно учесть все соединения труб. В этих местах чаще всего и возникают гидроудары.

Нужно избегать длинных участков прокладки труб, тогда в них не будут возникать воздушные пробки, которые мешают потокам жидкости. Профессионалам такие нюансы хорошо известны, и они учтут их при проектировании новых систем.

Для уже существующих систем можно воспользоваться несколькими советами. Один из самых простых - использование компенсаторов. Они погасят гидроудар в случае его возникновения.

Их устанавливают в некоторых местах внутреннего трубопровода. Поможет предотвратить гидроудар и установка мономера, по его показания помогут отследить перепады давления.

Использование в системе центробежного насоса позволит производить плавный запуск и регулировать потоки воды в автоматическом режиме.

Ну и при закрытии смесителей нужно помнить о плавном перекрытии воды.

Фото гидроудара в системе водоснабжения


О таком термине, как «гидроудар» в трубопроводе слышали многие, однако, не каждый знает определенно, что это такое. Настоящая статья расскажет о том, что такое гидравлический удар в трубопроводах, по каким причинам он может возникать, и каковы последствия данного явления для всей системы водоснабжения.

Под гидравлическим ударом в трубах понимают явление, при котором жидкость внутри них внезапно останавливается и провоцирует резкий подъем давления в системе, сопровождающийся громким звуком, напоминающим удар. Хотя это и краткосрочное событие, однако, последствия у него могут быть весьма плачевными, особенно, если это старые трубы, у которых срок эксплуатации на исходе.

Возможные причины возникновения

Существует несколько основных причин гидроудара в трубопроводе:

  1. В процессе заполнения системы водой, находящийся в ней воздух обычно спускают через открытый вентиль. Если сечение вентиля меньше, чем у основной трубы, его пропускная способность не позволяет справиться сразу со всем потоком воды. В таком случае создается повышенное давление в месте задержки, и возникает гидроудар.
  2. В системах, где вода циркулирует с постоянным давлением, при некоторых обстоятельствах могут перекрывать запорные устройства. Тогда несжимаемая до этого жидкость начинает оказывать повышенное давление на стенки трубы, вследствие чего происходит гидроудар.

Различают два типа гидроудара в трубопроводе: отрицательный – происходит снижение напора из-за выключения насоса или открытия задвижки; положительный – давление в системе резко поднимается в результате перекрытия задвижек или включения подкачки.


Стоит отметить, что наиболее опасным для безопасной эксплуатации системы отопления и водоснабжения является положительный гидравлический удар в трубопроводах. Из-за резкого подъема давления, запорные арматурные элементы, со временем, теряют свою непроницаемость, на них могут образовываться трещины, расколы, так что может пострадать вся система в целом.

Для того чтобы рассчитать мощность гидроудара в трубах, теоретиком Н. Е. Жуковским был разработан целый ряд формул. Он не только подробно расписал, что такое гидроудар в трубопроводе, но и определил, как можно вычислить степень роста давления в системе в той или иной ситуации.

Какие последствия гидроудара могут быть для системы отопления

Довольно часто после запуска системы отопления с приходом холодов в трубах можно услышать периодические щелчки и стук. Обратите внимание, что если подобные явления возникают слишком часто, это может привести к необходимости проведения срочного ремонта системы отопления. Связана такая необходимость может быть с тем, что гидроудар в трубах иногда приводит к прорыву теплоносителя, неисправности отопительного оборудования или повреждениям расширительного бачка.


Поскольку самостоятельно определить возможные результаты воздействия ударной волны на систему довольно сложно, обычно для этих целей приглашают специалистов, чьи услуги стоят достаточно дорого. Поэтому настоятельно рекомендуем перед началом отопительного сезона провести диагностику отопительного контура и выявить все возможные недостатки.

Наиболее распространенной причиной гидроударов в отопительном контуре является различное сечение используемых труб. Поскольку на участке трубопровода с меньшим диаметром создается постоянное повышенное трение, оно мешает теплоносителю свободно двигаться по системе. Следовательно, в трубах постоянно слышится гудение, шипение или щелчки из-за повышенного давления.

Если в вашей системе отопления присутствует такая проблема, ее придется переделывать. В противном случае, по прошествии времени неприятности с ней возникнут снова.

Способы предотвращения гидроударов

Сразу после проведения установки или капитального ремонта системы отопления следует позаботиться о недопущении гидроударов. Добиться этого можно с помощью корректной настройки работы контура. Если все сделать правильно, вы минимизируете последствия ошибок монтажа или планировки всей системы.


Если вы планируете провести обновление и усовершенствование отопления в доме, для этих целей стоит выбирать прочные и износостойкие комплектующие и расходные материалы. При этом нужно обращать внимание на эксплуатационные характеристики деталей.

Чтобы не допустить резкого роста давления в трубах, следует дополнить отопительный контур компенсаторными устройствами – гидроаккумуляторами. Они поглощают излишний объем воды, предотвращая образование пробок и гидроударов.


Кроме того, удобным устройством, контролирующим уровень давления внутри системы, является электрический насос. Он позволяет подавать воду в трубопровод постепенно, регулируя напор в случае малейших колебаний давления.

Итак, мы рассказали об основных причинах и последствиях гидравлических ударов в трубопроводах. Надеемся, что данная информация позволит вам избежать возможных проблем и материальных затрат.


Одним из ключевых рабочих параметров систем водоснабжения является давление. Оно напрямую определяет возможности контура и силового оборудования перекачивать воду в заданных показателях напора и объема. В качестве простейшего примера можно привести насосную станцию, которая может автоматически поддерживать оптимальное давление. Функцию своего рода регулятора выполняет гаситель гидроударов, представляющий собой буферный резервуар.

Что такое гидроудар?

В общем понимании гидроударом считается любое воздействие водной среды, которое приводит к авариям в обслуживающей инфраструктуре. В системах водопровода это явление происходит чаще всего, и причин ему может быть несколько. К примеру, закрытие клапана или может резко повысить давление в контуре, что приведет к разрыву трубы или поломке силового перекачивающего оборудования - это будут последствия гидроудара. Реже встречаются подобные аварии при резком понижении давления. Это бывает, если, например, пользователь водопровода полностью без выдержки технологического интервала отключил насос или открыл кран. Для обеих ситуаций нужна защита от гидроудара, которая может выражаться и в установке частотного преобразователя, и в применении рассматриваемого компенсатора давления.

Устройство компенсатора и его задача

Внешне гаситель гидрологического удара представляет собой расширительный бак для накопления воды. Ее забор необходим для разгрузки контура, в котором повышается давление. Распределение воды происходит в автоматическом режиме и регулируется мембраной. Сам резервуар может иметь разные формы, выбор делается исходя из условий эксплуатации, возможностей монтажа и т. д. Например, это может быть баллонный или плоский бак, но в любом случае он будет иметь прочный металлический корпус. Внутреннее устройство резервуара можно представить как секционный блок, в разных секторах которого находится воздух, иногда газовая среда и выбранная из контура вода. Чтобы гидроудар в системе водоснабжения компенсировался в условиях естественного для конкретного трубопровода уровня давления, в камере работает мембрана. Ее функция заключается в регуляции объема накапливаемой воды в соответствии с оптимальным распределением нагрузки. Иными словами, если давление в системе находится в норме, то бак не будет наполняться; забор производится только при фиксации перегрузок в обслуживаемом контуре.

Разновидности компенсаторов

Принципиальное разделение компенсаторов происходит по типу мембраны. Она может быть диафрагменной, баллонной и шаровой. Основная конкуренция происходит между первыми двумя типами, так как шаровые устройства считаются устаревшими и малоэффективными. жестко фиксируется по периметру сечения резервуара и не предусматривает изъятия. Она делит бак на секцию с водной средой и воздухом, образуемая прослойка выполняет роль компенсатора достаточного давления. Обычно верхние стены таких конструкций покрываются эмалью, а поверхности, контактирующие с водой, влагостойкой эпоксидной краской. Баллонный гаситель гидроударов предусматривает возможность замены мембраны. Также к его особенностям относится исключение прямого контакта между внутренними стенами бака и водой.

Установка компенсатора

Монтаж осуществляется на окончании трубопровода в узлах соединения с непосредственными потребителями. Например, коммуникации бака могут быть введены в кранов, моторизованных клапанов, коллекторов и т. д. Подключение осуществляется с помощью комплектной фурнитуры. На линиях подводки обычно крепится и автоматическая система управления с приборами измерения. Но даже если после установки компенсатора гидроудар в системе водоснабжения будет предотвращен, стоит предусмотреть и защиту от других негативных факторов. Важно, чтобы расширительный бак не создавал областей с застоем воды. Это может привести к размножению бактерий.

Модель компенсатора FAR

Компания FAR предлагает недорогую, но надежную версию расширительного бака модификации FAR FA 2895 12. Этот компенсатор гидроударов предназначен для устранения риска аварий на внутренних системах водопровода. То есть подойдет для частного применения в домах и квартирах. Диапазон контролируемых давлений у этого агрегата составляет 10-50 бар, а температурный максимум - до 100 °C.

Конструкционно модель представляет собой традиционное решение. Нижняя и верхняя части корпуса выполнены из латунного сплава, а диск - из высокопрочного пластика. В процессе работы стальная пружина регулирует объем воздушной камеры, которая поглощает избыточное давление. К особенностям гасителя гидроударов от FAR относятся компактные размеры. Скромные габариты дают возможность интегрировать устройство в тесных условиях с дополнением в виде механических защитных приспособлений. Что касается ценника, то он составляет лишь 1,5 тыс. руб.

Модель Valtec Car 19

Данный агрегат предназначен для устранения скачков давления при управлении запорной арматурой в условиях квартирного водоснабжения. Конструкция может использоваться и в качестве полноценного расширительного бака, принимая избыток воды, образуемый при повышении температуры. Корпус изготовлен из нержавеющего сплава, а мембрана выполнена на основе эластомера. При выборе этого решения важно учитывать и ограничения. Максимум гаситель гидроударов этой модификации способен принимать 0,162 л. По уровням давления рамки составляют 10-20 бар. По умолчанию бак настроен на работу с давлением 3 бара, поэтому в случае использования устройства в системах с иными рабочими параметрами потребуется перенастройка.

Мембранный расширительный бак Reflex

Производитель Reflex предлагает целую линейку мембранных баков DE, модели которой могут использоваться в профессиональных целях. Уже в начальном сегменте серии, к примеру, можно найти компенсатор с пиковым давлением 10 бар, располагающий объемом 100 л. Максимальная температура при этом может составлять 70 °С. Как видно, главное достоинство этой версии заключается в способности принимать большие объемы теплоносителя. Использовать мембранный расширительный бак Reflex можно и в составе водоснабжающих линий, и в качестве гидроаккумуляторного блока конкретно для страховки насосной станции. В основе конструкции используется углеродистая сталь, поэтому допускается и комбинированная работа с промышленными перекачивающими установками.

Заключение

До недавнего времени использование дополнительных средств защиты систем водоснабжения от гидроударов практиковалось в основном на крупных производственных предприятиях, работающих при высоких нагрузках в инженерных сетях. Сегодня по мере активного вхождения мощного насосного оборудования в сферу бытового обслуживания все актуальнее становится использование компенсатора гидроударов и в частном хозяйстве. Такого рода защита может требоваться не только в системах домашних трубопроводов. Если на даче планируется организация многоуровневой системы полива или скважинного забора воды с доставкой на 5-10 м по высоте, то и в этом случае потребуется поддержка насосного оборудования расширительным баком или специальным гидроаккумулятором. К слову, современные нередко уже в базовом комплекте поставляются с защитной арматурой и страхующими резервуарами.

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.

Рекомендуем почитать