Последствия скачков давления в системах отопления: почему возникает гидроудар и как его предупредить?

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.

Последствия гидравлических ударов

Любые инциденты с водопроводом сопряжены не только с материальным ущербом для него самого, но и расходами на устранение последствий воздействия воды находящиеся рядом предметы. Особенно, это усугубляется для трубопроводов с горячей водой и находящихся под большим давлением. В этих ситуациях возникает даже опасность для здоровья и жизни людей, домашних животных. Они могут быть ошпарены или травмированы. В частности, за данным негативным явлением может последовать следующее:

• разрушение трубных разводок;
• затопление жилых, административных и хозяйственных помещений;
• выход из строя насосного оборудования и запорной арматуры;
• порча мебели, бытовой техники, компьютеров и тому подобного;
• прекращение водоснабжения;
• разрушение конструкций зданий и сооружений (особенно зимой, за счет силы расширения при замораживании влаги);
• прекращение электрического снабжения;
• пожары из-за короткого замыкания электрической проводки.

Опасность последствий повреждения отопления и водоснабжения из-за гидроударов Источник formp3life.ru Аварии на магистральных сетях могут стать причиной транспортных заторов, в зимний период гололедица, вызванная порывами, обычно полностью блокирует движение автомобилей на некоторое время.

Что такое гидроудар в трубопроводе, причины возникновения

Если говорить о наших домах и квартирах, гидроудары возникают в системах отопления и водоснабжения. В системах отопления частных домов — при старте или остановке циркуляционного насоса. Да, сам по себе он давления не создает. Но резкое ускорение или останов теплоносителя и является той нагрузкой, которая действует на стенки труб и близлежащие устройства. В системах отопления закрытого типа стоит расширительный бак. Он компенсирует гидроудар, если насос находится рядом. В этом случае дополнительные устройства могут и не понадобиться. Проверить необходимость установки компенсатора можно по манометру. Если стрелка не движется или движется едва заметно, все нормально.

Наиболее распространенная причина появления гидроудара — резкое закрытие крана

В централизованных системах отопления, гидроудар возникает при резком закрытии заслонки, когда быстро открывают краны для заполнения системы после ремонта/профилактики. По правилам надо делать это медленно и постепенно, но на практике случается иначе…

В водоснабжении гидроудар возникает даже при резком закрытии крана или другой запорной арматуры. Более выраженные «эффекты» получаем в завоздушенных системах. Вода при движении ударяется в воздушные пробки, что создает дополнительные ударные нагрузки. Мы можем при этом слышать щелчки или потрескивание. А если водопровод разведен пластиковыми трубами, во время эксплуатации можно заметить, как эти трубы сотрясаются. Так они реагируют на гидроудары. Вы, наверное, замечали, как дергается шланг в металлической оплетке. Причина та же — скачки давления. Рано или поздно они приведут к тому, что либо труба лопнет в самом слабом месте, либо соединение потечет (что более вероятно и чаще встречается).

Гидроудар может нанести серьезный ущерб

Почему же раньше это явление не отмечалось? Потому что сейчас большая часть кранов имеют шаровую заслонку и поток перекрывается/открывается очень резко. Раньше краны были вентильного типа и заслонка опускалась медленно и постепенно.

Как же бороться с гидроударами в отоплении и водоснабжении? Можно, конечно, приучить обитателей квартиры или дома не крутить резко краны. Но стиральную или посудомоечную машину не научишь бережному отношению к трубам. И циркуляционный насос не замедлишь в процессе старта и останова. Поэтому в систему отопления или водоснабжения добавляют компенсаторы гидроударов. Их же называют гасителями, амортизаторами.

Причины возникновения гидроудара

Физическая природа этого явления кроется в полной утрате или существенным снижением пропускной способности водопроводов, вследствие которой и повышается давление жидкости в системе.

В домах, где были неграмотно спроектированы и обустроены инженерные коммуникации, нередко можно услышать в трубопроводе характерное постукивание и щелчки.

Они являются внешним проявлением гидроудара и возникают, когда в замкнутой системе внезапно прекратилась циркуляция жидкости, а затем также внезапно возобновилось ее движение.

В роли естественных препятствий трубопровода часто выступают воздушные пробки, переходники с большего диаметра на меньший, либо установленная запорная арматура

Если на пути движущегося с определенной скоростью потока воды возникает препятствие, его скорость перемещения замедляется, а объем продолжает увеличиваться. Не находя выхода, он формирует обратную волну, которая, сталкиваясь с основной водной массой, повышает давление в системе. Иногда оно может достигать порога в 20 Атм.

Ввиду герметичности магистрали скопившемуся объему деваться некуда, но мощная энергия все равно стремится найти выход во внешнюю среду. Возникающая в результате такого столкновения сила удара и создает опасность разрыва трубы, которая не обладает достаточным запасом прочности.

По этой причине для обустройства системы необходимо использовать адаптированные под водные сети бесшовные водо-газопроводные трубы, соответствующие ГОСТу 3262-75, либо напорные металлопластиковые аналоги, произведенные согласно ГОСТу 18599.

От перманентного воздействия водной энергии и сам трубопровод, и жесткие элементы системы постепенно или быстро станут разрушаться

Основными факторами, провоцирующими возникновение гидроудара в трубах, являются:

• перебои в работе или выход из строя циркуляционного насоса;
• присутствие воздуха в замкнутом контуре системы;
• перебои с подачей электроэнергии;
• при внезапном перекрытии запорной арматуры.

Кратковременное повышение давления в замкнутом контуре вследствие нагнетания жидкости свыше положенной нормы может возникнуть, если при включении насоса крыльчатка начинает свое движение с больших оборотов.

В последнее время при обустройстве автономной системы отопления вместо старых вентилей и задвижек все чаще применяют шаровые краны, устройство которых не предусматривает плавный ход.

Их способность оказывать быстродействующий эффект имеет обратную сторону, являясь одной из самых распространенных причин гидроудара.

Если при запуске системы из нее не выпустили воздух, в момент открытия шарового крана возникает столкновение воздуха с практически несжимаемой жидкостью

В плане безопасности винтовые краны являются более предпочтительными, поскольку за счет поэтапного раскручивания буксы обеспечивают плавное открывание/перекрывание запорной арматуры.

Аналогичная ситуация возникает и когда перед запуском системы из контура не выпущен воздух. В момент открытия крана вода сталкивается с воздушной пробкой, которая в условиях замкнутой системы выступает своего рода пневматическим амортизатором.

Как защититься от гидравлического удара

Есть несколько способов, которые помогут избавиться от такого явления, как гидроудар в системе водоснабжения. Некоторые специалисты считают, что комплексный подход использования нескольких методов поможет избежать больших неприятностей.

Плавное закрытие запорной арматуры. Такая остановка жидкости связана с плавным увеличением давления. При этом не образуется обратная волна, которая противотоком увеличивает плотность воды.
Чем больше диаметр труб, тем меньше риск образования гидравлического удара. Потому что скорость движения в большом сечение всегда меньше, чем в малом.
Можно использовать эластичные вставки перед запорной арматурой, которые при увеличении давления будут расширяться, частично гася его.
Установка компенсаторов. К примеру, эту роль может выполнять гидроаккумулятор, его емкость (объем) достаточна для того, чтобы принять излишки воды, выброшенные из трубопровода высоким давлением. Можно в водопровод установить так называемое реле давления. Оно от гидравлического удара не спасает, но отключает насос, если давление в сети начинает превышать определенный уровень

Обратите внимание, что реле сразу насосную установку не отключает.
Один из самых эффективных способов избавиться от гидроудара – это установка специального клапана. Внутри него установлена диафрагма жесткого типа, которая при увеличении давления в водопроводной сети начинает расширяться, то есть, увеличивает объем пространства для расширяющейся жидкости

Этот защитный элемент обычно устанавливают рядом с насосом после обратного клапана.

Есть еще один момент, который касается чисто юридической стороны вопроса. Все инженерные коммуникации многоквартирного дома относятся к управляющим компаниям, которые их обслуживают и за них отвечают. Так вот эксплуатируя эти сети, необходимо проводить оценку системы водоснабжения и остальных в том числе. Все дело в том, что в таких домах слишком много потребителей, к каждому из которых должна быть подана вода под определенным давлением. И это обозначено в законодательных документах.

Стояк водопровода многоэтажного дома

То есть, получается так, что на последнем этаже, скажем двадцатиэтажного дома, вода из крана должна течь так же, как и в квартире первого этажа. Поэтому внутри водопровода создается насосами избыточное давление, чтобы уравновесить его показатели по высоте стояка. Теперь представьте, что случится, если одномоментно отключится большое количество потребителей, что обычно и происходит в ночное время. В стояке быстро повысится давление, которое и приводит к гидравлическим ударам. Поэтому именно управляющие компании отвечают за установку компенсаторов или других приборов, сдерживающих гидроудар.

Отсюда вывод, если компания не выполнила проверку водоснабжения дома, если системы защиты работают плохо или не работают вовсе, то за все несет ответственность руководитель этой компании. К нему все жалобы и претензии. И если управление только отписывается, то смело можно идти в суд, который примет сторону потребителей, то есть, жильцов дома.

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

Угрозы гидравлического удара в водопроводе

Как мы уже выяснили, преграда, создаваемая на пути движения воды, образует давление, которое с теоретической точки зрения предельных критических показателей не имеет. Проще говоря, несколько десятков атмосфер могут преобразоваться в более существенную цифру. Жесткие элементы системы, резьбы, да и сам трубопровод со временем будут разрушаться (медленно или быстро) от перманентного воздействия водной инерции.

Обратите внимание! Больше других от гидроударов страдают именно длинные контуры – например, водный «теплый пол», по трубам которого циркулирует разогретая жидкость. И для защиты системы от ударов контур, находящийся под напольным покрытием, оборудуется специальным клапаном-термостатом. Что характерно, данное устройство способно спасти системы только при условии грамотной установки, в остальных же случаях оно способно создавать даже дополнительную угрозу

Что характерно, данное устройство способно спасти системы только при условии грамотной установки, в остальных же случаях оно способно создавать даже дополнительную угрозу.

Как только клапан-термостат, находящийся на подаче жидкости в контур, будет перекрыт, вода под действием инерции будет двигаться еще некоторое время. В результате на данном участке образуется вакуум, хотя разница в показателях очень малая – не более одной атмосферы. А ввиду того что контур рассчитывается на все четыре атмосферы, никаких проблем быть не должно. Клапан же на выходе также перекрывает движение жидкости. Но столкнувшись с таким барьером, жидкость будет подперта очередной порцией и начнет растягивать, рушить стенки трубопровода, имея напор свыше десяти атмосфер. Но мы немного отвлеклись, вернемся к водоснабжению.

Как сделать водяное отопление своими руками

Советуем ознакомится с нашим руководством самостоятельному монажу и установке водяного отопления в доме. Все подробности смотрите тут

Последствия постоянных гидроударов в системе могут быть самыми непредсказуемыми. Наиболее распространенное из них – это прорыв. И еще ничего, если такой прорыв образуется на доступном участке магистрали, то есть в том месте, где с его устранением не будет никаких трудностей. Но иногда трубы прокладываются и в стенах, а это, конечно же, прибавляет головной боли.

Как бы то ни было, даже если вследствие гидроудара в системе водоснабжения появились лишь мелкие повреждения, причину столь неприятного инцидента нужно найти. Ведь рано или поздно это приведет к более серьезным последствиям.

Постепенное перекрытие системы

Это одно из самых главных требований при старте и последующем отключении обогревательной установки. Все оптимальные параметры подробно описаны в базовых сопроводительных документах. Вся причина в том, что накопленная энергия гидроудара в связи с повышенной прочностью стенок труб может воздействовать не всей своей мощностью.

Эта особенность достигается за счет молниеносного изгибания в нужную сторону. При равной итоговой силе удара показатель мощности влияния на определенный участок системы будет существенно снижаться. Благодаря плавному включению специалистам удается существенно продлить по времени скорость нарастания давления, минимизировав вероятность повреждения отопительной системы коттеджа или многоквартирного дома.

Классический прорыв трубы

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

Защита от гидроудара

Чтобы защитить трубопровод от гидравлических ударов, нужно:

Плавно открывать/закрывать запорные элементы

При плавном закрывании крана давление в трубопроводе будет постепенно выравниваться. При этом ударная волна будет иметь незначительную силу, а следовательно, мощность гидравлического удара будет минимальной. Но не во всех случаях возможно обеспечить плавное закрывание крана

Далеко не у всех моделей вентильная конструкция, многие современные краны имеют шаровую систему – достаточно одного неосторожного резкого поворота и кран придёт в положение «закрыто»

Использовать трубы большого диаметра

В трубопроводах большого диаметра рабочая среда движется с меньшей скоростью, чем в системах с более маленьким диаметром. А чем скорость перемещения потока жидкости меньше, тем слабее сила гидроудара. Однако данный способ гораздо затратнее. Расходы увеличиваются за счёт более высокой стоимости труб и теплоизоляции.

Установить амортизирующее устройство

Данное устройство располагается по направлению движения рабочей жидкости. В качестве амортизатора используется отрезок трубы из эластичного пластик либо каучука, которым заменяется часть жёсткой трубы перед термостатом. При возникновении гидравлического удара происходит растяжение эластичного отрезка и частичное гашение силы удара.

Использовать компенсаторное оборудование

Для сбрасывания лишней жидкости до момента нормализации давления в трубопроводе используется гидравлический аккумулятор. Данное оборудование выполнено в виде герметичного бака, оснащённого мембраной и воздушным клапаном. Мембрана изготавливается из эластичного материала, бак – из стали.

Использовать автоматику насосов

Одной из причин появления гидравлических ударов в трубопроводе является насосное оборудование. Движение рабочей среды зависит от того, насколько быстро вращаются насосные валы. Следовательно, плавное снижение/увеличение скорости вращения позволяет уменьшить силу воздействия и снизить риск появления гидроударов.

На производствах для управления насосным оборудованием используются специальные регуляторы, частотные преобразователи и прочие подобные приборы. Данное оборудование также подходит для использования в бытовых условиях.

Гидравлические удары в коммуникациях появляются при остановке насосного оборудования, например, при исчезновении сети питания. На производствах и в сфере коммунального хозяйства резервные источники используются давно и не раз доказали свою эффективность. Предупреждение аварийных ситуаций и сокращение расходов на ремонтные работы приводят к существенной экономии средств. Включение домашнего насосного оборудования через устройство защиты от гидроударов (стабилизаторы и источники резервного питания) поможет обезопасить внутренние коммуникационные системы.

Использовать байпас

Байпас представляет собой дополнительный участок трубопровода, который используется в качестве обходного канала и служит для регулирования пропускной способности сети отопления. Такие устройства можно монтировать, как в новые системы, так и в уже существующие.

Гаситель гидроударов

Это простое, но эффективное изобретение, работающее по принципу расширительного бака отопительных коммуникаций. При резком перепаде давления жидкость перемещается в мембранный гаситель. После того, как давление в трубопроводе упадёт до рабочей величины, произойдёт выталкивание жидкости обратно в систему. Возвращение воды обеспечивается благодаря избыточному давлению воздуха, находящегося с противоположной стороны мембраны.

Защитный клапан

Клапан защиты от гидроудара располагается в трубопроводной системе рядом с наносом. Он реагирует на скачки давления, принимая обратную волну и предотвращая гидравлические удары. Клапан оснащён специальным регулятором, который при перепаде давления плавно открывает его. Таким образом, когда обратный поток рабочей среды доходит до насосного агрегата, клапан уже находится в открытом состоянии. В результате этого происходит сбрасывание воды, а следовательно, снижение давления до допустимой величины. После нормализации давления регулятор закрывает клапан, чтобы предотвратить опустошение системы.

Заключение

Формируемый гидроудар считается частым явлением, в результате которого может серьезно пострадать вся установка. Основная задача специалиста – постараться быстрее и качественнее устранить возникшую проблему. Повторный гидроудар чреват тем, что установленные ответственные агрегаты быстро выйдут из строя, из-за чего на ремонт придется потратить гораздо больше личных сбережений.

Только соблюдение мер профилактики, и установка высококачественного современного оборудования позволяет минимизировать вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций. Благодаря этому сохраняются в целостности все коммуникации, а также исключается вероятность травмирования жильцов квартир и частных домов.

Больше интересной информации можно узнать из видеоролика: