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
Как избежать гидроударов
Защитный клапан от гидроудара
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.
Гидроудар: определение и причины возникновения
В результате столкновения жидкости с препятствием возникает резкое повышение давления, которое (по физическим законам) стремится вернуться в исходное состояние, а для этого жидкость ищет наиболее уязвимое место в области возникновения гидроудара, чтобы его компенсировать. В результате на внутренней части водопровода возникают дефекты, которые впоследствии могут привести к аварии. Негативное влияние так же оказывается и на расположенное в системе оборудование. Аварийной ситуации может предшествовать появления посторонних звуков в системе («стук» и «щелчки»).
То, насколько серьёзны последствия гидроудара можно узнать, обратясь к статистике:
Наибольшей уязвимостью к гироударам обладают системы со следующими характеристиками:
- Старые металлические трубы, подверженные воздействию коррозии
- Трубопроводные системы большой протяжённости, к примеру, трубы «тёплого пола«
- Соединение труб существенно разных диаметров, без использования специальных переходников. Для решения проблемы в данной ситуации, необходимо использовать в системе особый клапан — термостат
- Гидроудары возникают в домах, где изначально были неграмотно оборудованы коммуникации. Внешне такую ситуацию можно выявить по щелчкам и стукам в трубопроводе
Для минимизации риска возникновения дефектов или разрыва трубопровода необходимо использовать специальные водные или газопроводные трубы без швов (ГОСТ 3262-75). Так же оптимальным вариантом станут трубы из металлопласта (ГОСТ 18599)
Факторами риска является следующее:
- Неравномерность работы системы, либо выход из строя насосного оборудования
- В схеме присутствует воздух
- Неравномерность подачи электроэнергии
- Резкое закрытие запорной арматуры. Например перекрытие шаровых кранов, конструкция которых не обеспечивает плавное перекрытие тока жидкости. В данном плане винтовые краны будут более оптимальным вариантом.
Общие сведения о гидроударах
Гидроудары делятся на:
- Положительные. Повышение давления. Возникает в следствии включения насосов или резком закрытие задвижек
- Отрицательные. Остановка насосного агрегата.
Каковы последствия гидроудара
Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.
Происходит разрыв труб не от первого гидроудара, обычно производители изготавливают изделия с расчетом повышения давления. Каждый последующий удар будет бить в одно и то же самое слабое место. В какой — то момент труба не выдержит и лопнет.
Что такое – прорвало трубу, знает каждый. Затопило соседей, испортилась мебель, обои отклеились и т.д. Нервы потрепаны, бюджет пострадал.
В случае гидравлического удара в теплоснабжении последствия куда плачевние. Человек получит ожоги. Урон жилью поток горячей воды нанесет колоссальный. Устранение последствий потребует серьезных материальных и физических затрат.
В случае возникновения аварии в мороз, произойдет прекращение подачи тепла и замерзание всей системы вместе с котлом.
Потери можно предупредить, чем устранить последствия.
Причины гидроудара
В 60% случаев прорыв труб происходят из-за гидроудара. В своем большинстве авария случается на отрезке со старыми трубами.
Сила удара напрямую зависит от длины трубы, чем больше отрезок, тем сильнее гидроудар. В длинной трубе воды больше, ее вес вызывает ощутимый скачок давления. Чем дальше кран перекрытия, тем серьезней гидравлический удар.
Для купирования гидроудара в обогреваемых полах, обязательна правильна установка термостатических клапанов. Остановка движения воды по трубам должна осуществляться на входе системы в пол. Перекрытие воды, не влечет последствий. Движение продолжается, но по убывающей.
Вентиля старого образца, гораздо безопаснее в плане гидроударов. Для перекрытия потока требуется несколько оборотов, давление спадает медленно. Резко перекрыть при огромном желании не получится, что не скажешь о шаровых кранах.
Для закрытия шарового крана надо один раз повернуть ручку на 90 градусов. Не знающие пользователи делают это быстро и резко, что категорически запрещено. Перекрытие следует осуществлять плавно.
Конечно, резко закрытый вентиль не единственная причина. В системе отопления разрыв трубы может произойти из-за остатков воздуха в трубах. Воздух имеет свойство под напором давления сжиматься, когда сильный поток воды на него воздействует, он срабатывает как буфер, создавая препятствие.
Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы.
https://youtube.com/watch?v=dAZB_2XMvAU
Способы комплексной модернизации системы
Комплексная модернизация системы предполагает установку оборудования, направленного на нейтрализацию воздействия избыточного давления.
Способ #1. Применение компенсаторов и амортизаторов
Гасители и гидроаккумуляторы одновременно выполняют три функции: собирают жидкость, устраняя при этом ее лишний объем из системы, а также способствуют предотвращению нежелательного явления.
Компенсирующее устройство, роль которого выполняет гидроаккумулятор, устанавливают по направлению движения воды на тех промежутках отопительного контура, где велика вероятность колебания давления в системе.
Гидроаккумулятор или гаситель представляет собой стальную колбу объемом до 30 литров, включающую две разделенные резиновой или каучуковой мембраной секции.
При возникновении в системе избыточного давления водяной столб первой секции начинает давить на разделительную мембрану, за счет чего она изгибается в направлении воздушной камеры
При повышении давления гидравлические удары «скидываются» в резервуар. За счет изгибания резиновой мембраны в сторону воздушной камеры в момент поднятия водяного столба и достигается эффект искусственного увеличения объема контура.
В качестве амортизирующих устройств используют трубы, выполненные из термостойкого армированного каучука или эластичного пластика.
Эластичный материал амортизирующих приспособлений самопроизвольно гасит энергию гидравлического удара в точке, где давление достигло критического значения
Для достижения желаемого эффекта достаточно использовать изделие длиной в 20-30 см. Если же трубопровод имеет большую протяженность, участок амортизатора увеличивают еще на 10 см.
Способ #2. Установка защитного клапана диафрагменного типа
Защитный клапан диафрагменного типа размещают на отводе трубопровода рядом с насосом с тем, чтобы выпускать заданное количество воды при избытке давления.
Защитный клапан, оснащенный жестким уплотнителем, который выполняет функцию быстрого сброса давления, является надежным предохранителем автономной системы
В зависимости от производителя и типа модели защитный клапан приводится в движение посредством электрической команды контроллера, либо же с помощью пилотного устройства быстрого действия.
Устройство срабатывает, когда давление превышает безопасный уровень, защищая насосную станцию при внезапной остановке оборудования. В момент опасного всплеска давления он полностью открывается, а при падении его до нормального уровня – регулятор медленно закрывается.
Способ #3. Оснащение терморегулирующего клапана шунтом
Шунт представляет собой узкую трубку с просветом в 0,2-0,4 мм, которую устанавливают по направлению циркуляции теплоносителя. Основная задача элемента – при появлении перегрузок постепенно понижать давление.
Узкую трубку, диапазон сечения которой не превышает 0,2-0,4 мм, размещают со стороны, откуда жидкость попадает в термостат
Метод шунтирования применяют при обустройстве автономных систем, трубопровод которых выполнен только из новых труб. Это обусловлено тем, что наличие ржавчины и осадка в старых трубах способно свести эффективность шунтирования на «нет». По этой причине при использовании шунта на входе в отопительный контур рекомендуется устанавливать эффективные водяные фильтры.
Способ #4. Использование термостата с суперзащитой
Это своего рода предохранитель, который отслеживает давление в системе и не позволяет ей работать после того, как показатель достигнет критической отметки. Устройство оснащено пружинным механизмом, размещенным между термоголовкой и клапаном. Пружинный механизм срабатывает при избыточном давлении, не позволяя клапану полностью закрыться.
Такие термостаты устанавливают строго по обозначенному на корпусе направлению.
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.
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.
Настройка системы отопления
После завершения монтажа, ремонта отопительную систему настраивают или, другими словами, балансируют. Допущенные в процессе проектирования и строительства ошибки нужно устранить до ввода теплового контура в эксплуатацию, чтобы в дальнейшем не случилась авария, инициированная гидроударом.
- замеры наружных диаметров и протяженности труб на каждом участке, при отклонениях от проекта ошибки устраняют;
- выявление присутствия в замкнутом контуре воздушных пробок, их ликвидация;
- проверка уровня жидкости при запуске отопительного трубопровода с расширительным баком.
Настройка помогает сделать систему надежной с рациональным расходованием тепла. Особенно чутко на недочеты реагирует тепловой контур с естественной циркуляцией. Иногда прочистка фильтра на входе жидкости в котел нормализует водооборот.
После отладки оборудования и арматуры системы производят балансировку теплового режима, регулировку нагрева носителя. Если этого не сделать, ближние к отопительному котлу радиаторы будут горячими, дальние — холодными. При этом режим работы отопителя будет неэкономичным.
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.
Последствия гидроудара двигателя
При движении через лужу на приличной скорости вода может попасть в двигатель и произойдет гидроудар. При этом двигатель не остановится мгновенно, его коленвал будет вращаться еще некоторое время по инерции. Создается ситуация, когда снизу на шатун давит коленвал, а сверху заклинивший поршень. Если гидроудар произошел на больших оборотах, то у двигателя будет достаточно энергии, чтобы сломать шатун. Осколок шатуна упрется в стенку цилиндра и пробьет его. Эту поломку называют «кулак дружбы».
Если двигатель в момент гидроудара работал на малых оборотах, то силы инерции не хватит, чтобы сломать шатун. Двигатель просто заглохнет. После чего иногда мотор удается сразу завести. Случается, что после гидроудара поршень немного перекосится. Тогда стартер не в состоянии прокрутить двигатель. Но «с толкача» можно завести и такой двигатель. Получается обойтись даже без выкручивания свечей – попавшая в цилиндр вода стечет в поддон.
Последствия гидроудара двигателя могут проявиться не сразу. Силовой агрегат проработает еще некоторое время – обычно не более 10 000 км. Однако рано или поздно серьезные поломки мотора будут неизбежны.
Причиной тому является поврежденный во время гидроудара шатун. Этот элемент двигателя постоянно испытывает нагрузки на растяжение и сжатие. Вследствие гидроудара ось шатуна деформируется, поэтому он начинает испытывать нагрузку на изгиб, причем также в две стороны. Такие нагрузки со временем вызывают усталостное разрушение металла шатуна в деформированном месте. В среднем для разрушения нужен миллион усилий растяжения-сжатия. Миллион ходов поршня эквивалентно примерно 10 000 пробега.
Отсюда следует вывод, что двигатель после гидроудара способен обеспечить пробег автомобилю не более 10 тыс. км, после чего мотор неминуемо разрушится.
От гидроудара сильно изнашивается или выходит из строя механизм газораспределения. Происходит это по причине вращения распредвала при заклинившем двигателе. Рекомендуется в процессе устранения последствий гидроудара заменить также все элементы газораспределительного механизма. А именно, замене подлежат ролики, механизм натяжения ремня и сам ремень или цепь. Игнорирование этой рекомендации может повлечь в будущем обрыв ремня или цепи ГРМ. И вместо одного дорогостоящего ремонта владельцу автомобиля нужно будет сделать и второй – заменить клапаны с последующей их притиркой.
Резюмируя, можно сказать, что ремонт двигателя после гидроудара – мероприятие очень затратное. Все поврежденные детали – шатуны, ролики ГРМ, блок цилиндров – приходится менять на новые. Поэтому многие автомобилисты предпочитают вместо такого ремонта купить новый или бывший в употреблении двигатель. Если покупать не весь мотор, а только нижнюю часть – блок цилиндров без головки – то это действительно дешевле, чем ремонт поврежденного силового агрегата. Единственный нюанс в том, что нужно быть бдительным, чтобы не купить совсем изношенный мотор.
Стоимость ремонта после гидроудара напрямую зависит от количества поврежденных элементов двигателя. Диапазон цен варьируется от 100 до 400 долларов и более.
Головка блока цилиндров после гидроудара тоже должна быть осмотрена на предмет появления трещин. При их наличии лучше обратиться за ремонтом в СТО.
