Гидроудар в трубопроводе: в системе отопления и водоснабжении, защита компенсатора в квартире, как такое избежать

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

Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара

Барьер, неожиданно возникающий на пути потока жидкости, формирует давление, которое, теоретически, может расти бесконечно. При этом жесткие элементы системы испытывают сильнейшие нагрузки и постепенно или резко разрушаются.

Последствия гидроудара могут быть плачевными, особенно для старых трубопроводов

Аварии, которые вызывает гидроудар в системе отопления, сопровождаются рядом характерных неприятностей:

разрушением трубопроводов и оборудования тепловых сетей;
разрывом отопительных приборов;
ожоговым травматизмом;
длительным прекращением тепло- и водоснабжения;
затоплением жилища и порчей имущества.

Наиболее уязвимы для гидравлических ударов длинные трубопроводы, например, теплый пол. Чтобы обезопасить «подпольную» систему, ее оснащают термостатическим клапаном, установку которого нужно доверить хорошим специалистам, иначе появится еще один фактор риска в системе.

Без резких движений

Самый простой способ обезопасить себя от гидроудара – плавное включение и выключение запорной арматуры. Этот нюанс четко прописан в нормативах по эксплуатации объектов централизованного водоснабжения и теплосетей. Правило без каких-либо оговорок можно распространить и на автономные сети.

Суть в том, что плавное включение и отключение растягивают во времени процесс повышения давления. Энергия гидроудара действует не всей своей силой за раз, а распределяется на несколько временных отрезков. При этом, хоть суммарная сила удара и остается прежней, но мощность уменьшается.

Вариант с использованием автоматики

Плавный запуск и остановку инженерной системы можно вполне доверить автоматике. Насосы с автоматической регулировкой оборотов электродвигателя плавно поднимают давление в трубах после запуска, и так же планомерно действуют в обратном порядке. Программное оборудование не просто отслеживает изменение давления, но и совершает автоматическую регулировку напора.

Наилучший эффект дает комплексная модернизация системы, которая поможет предотвратить гидроудар в трубах. Она включает в себя ряд различных мероприятий.

Компенсаторы гидроудара, демпферы, гидроаккумуляторы

Важным элементом в системах отопления и водоснабжения является компенсатор гидроудара (он же демпфер, он же гидроаккумулятор) – устройство, которое выполняет сразу три важных задачи: накапливает (аккумулирует) жидкость; принимает избыток жидкости из системы, тем самым способствует снижению давления в ней; соответственно, способствует гашению гидроудара, если он возникает.

Компенсатор представляет собой герметичный стальной бак с эластичной мембраной и встроенным воздушным клапаном. Объем может быть как совершенно незначительным, так и довольно большим.

Клапан защиты от гидроудара

Для защиты насосной станции, в случае внезапной остановки насоса, например, применяют специальный клапан защиты от гидроудара диафрагменного типа с жестким уплотнителем. Он приводится в действие давлением жидкости и имеет очень полезную функцию быстрого сброса давления. Устанавливают его после обратного клапана, на отводе от трубопровода, рядом с насосом.

Клапан является надежным предохранителем в системах, находящихся под давлением.

Установка амортизирующего устройства

Установка амортизирующего устройства (трубы из пластика или термостойкого каучука) по направлению циркуляции жидкости, перед термостатом, является эффективным методом защиты. Эластичный материал самопроизвольно гасит энергию гидроудара. Достаточная длина – 20-30 см, для очень длинного трубопровода амортизатор можно увеличить на 10 см.

Шунтирование в домашних условиях

Тот, кто хорошо знаком с конструкцией термостата, может установить в терморегулирующем клапане шунт с просветом 0,4 мм или просто проделать отверстие такого же диаметра. При нормальном режиме работы, подобное нововведение никак не отразится на системе, а вот при перегрузках плавно снизит давление.

Термостат с суперзащитой

Иногда применяют термостат со спецзащитой от гидроудара. Подобные устройства имеют пружинный механизм, установленный между клапаном и термоголовкой. При избыточном давлении пружина срабатывает и не позволяет клапану полностью закрыться, как только мощность гидроудара снижается, клапан плавно закрывается. Устанавливают такой термостат строго по направлению стрелки на корпусе.

Гидроудар в системах водо- и теплоснабжения – явление довольно частое и опасное, но существует немало способов, с помощью которых можно нейтрализовать неприятные последствия этого явления и продлить срок жизни бытовой техники и труб.

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.

Чем опасен гидроудар в системе водоснабжения

Закон сохранения энергии подсказывает нам, что энергия движения воды в напорном трубопроводе при резкой её остановке никуда не исчезнет. Прежде всего она перейдет в энергию деформации трубы. При положительном гидроударе трубу будет распирать, при отрицательном труба будет стараться схлопнуться.

Во-вторых, в кинетическую энергию самой трубы, то есть труба при гидроударе резко дёрнется.

В-третьих, обратное движение воды от задвижки создаст разряжение в трубопроводе и труба от расширения перейдёт к сжатию.

Такие переходы энергии могут быть негативными для водопровода, а именно:

Разорвать трубопровод и места его подсоединения к задвижке;
Оторвать крепление трубопровода;
Вывести из строя счетчики воды, насосы и другую арматуру;
Разрушить перекрывающие вентили;
Тонкостенный трубопровод, например, медный, может схлопнутся;
Воздух может всосаться в трубопровод через фланцевые соединения.

Причины возникновения гидравлического удара

Выделяют несколько главных причин возникновения гидроударов в структуре комплекса отопления:

Образование воздушных пробок;
Радикальное изменение диаметра (сужение) с последующим изменением направления потока;
Мгновенные (неплавные) манипуляции с запорно-регулирующей арматурой;
Изменение режима функционирования насосного оборудования;
Изгиб трубопровода отопления.

Появление воздушных пробок в сетях (трубопроводах) и приборах отопления – частое явление. Оно вызвано освобождением системы от воды в межсезонье, несоблюдением уклонов при строительстве комплекса и так далее. При пуске отопления сеть изобилует воздушной массой. Жидкость при циркуляции сбивает отдельные небольшие объемы в «мешки», образуя естественные препятствия на направлении циркуляции.

Движение теплоносителя прекращается, давление перед пробкой воздуха начинает расти. Воздух постепенно сдавливается водой и прорывается при достижении определенного значения давления. Теплоноситель начинает резкое движение, скорость вырастает, возникают многочисленные гидроудары.

При некачественной разработке проекта отопления на некоторых участках закладываются резкие сужения диаметров труб. Эти точки также являются местом вероятного возникновения гидравлических отклонений. При уменьшении диаметра скорость воды сильно повышается. Особенно опасным является сочетание сужения и последующего изгиба трубопровода – изгиб постоянно будет подвергаться излишнему давлению.

Частая причина возникновения гидроударов – резкое открытие или закрытие (манипуляции) запорной арматуры. Особенно это касается шаровых кранов, которые закрываются одним поворотом в отличие от вентилей. В обоих случаях – при открытии и закрытии – режим движения изменяется мгновенно. При закрытии повышенное давление повреждает арматуру и материалы уплотнений, при открытии – находящиеся за краном элементы в результате скачкообразного увеличения скорости.

Изменение (резкое) режима работы насосного агрегата – причина гидроударов в централизованной системе отопления. Насосы автономных систем обладают небольшой мощностью, включать их следует на первой скорости – вероятность гидроудара в таких условиях минимальна. Насосы центральной системы отопления обладают высокой мощностью, создают большое давление нагнетания. При нарушении гидравлического режима, резком включении насоса возникают сильные гидроудары.

Закрытая система отопления

Если трубопровод сделать герметичным, то при нагревании жидкости резко начнет повышаться давление, из-за чего могут трубы или соединения начать разрушаться. Однако давление, превышающее атмосферное, дает немало преимуществ.

Как известно, повышается температура кипения, следовательно, можно более эффективно использовать носитель.
При повышенном давлении увеличивается эффективность работы гидронасоса.
Герметичная система не нуждается в периодической подпитке.

Регулятор давления в системе закрытого типа совмещает в себе функции мембранного компенсатора и расширителя. Он представляет собой емкость, разделенную на две части эластичной перегородкой.

В одной части находится воздух под давлением, а другая его часть соединена с магистралью. При тепловом расширении жидкость давит на мембрану, вследствие чего она прогибается в зону, наполненную воздухом. При уменьшении объема воздуха его давление возрастает и начинает компенсировать избыточное давление жидкости.

Когда квартирная система отопления находится в рабочем состоянии, то мембранный компенсатор пребывает в динамическом равновесии. Каждому увеличению давления со стороны жидкости сопутствует возрастание давления воздуха. Но оказывается, такая система не только способна гасить тепловые расширения, но работает как гаситель гидроударов.

Способы защиты от гидроудара

Чтобы обезопасить от разрушения трубы и оборудование, избежать возможного получения ожогов при разрыве коммуникаций, следует применять комплекс мер по защите. Основными мероприятиями по предотвращению гидроударов являются:

Применение расширительных баков мембранного типа;
Монтаж амортизирующих вставок;
Применение шунтированной арматуры;
Реализация управления насосом датчиком давления;
Соблюдение профилактических правил.

Экспанзоматы с резиновой мембраной – отличное решение для компенсации скачков давления.

При повышении давления воды в определенной области сети мембрана изгибается, расширительный бак принимает в себя излишек теплоносителя. При этом общее давление в сети выравнивается, при исчезновении препятствия не возникает разрушительного скоростного движения воды, приводящего к гидравлическим ударам. Применение расширительных баков актуально для автономных систем отопления. Для централизованной схемы самостоятельная установка экспанзомата бесполезна – объем всей системы слишком велик.

Амортизирующие вставки – небольшие участки труб, врезанные в местах изгиба стальных трубопроводов. В качестве вставок используют полимерные трубы (полипропилен, полиэтилен), обладающие высокой гибкостью и упругостью. При возникновении гидроударов трубы из пластика изгибаются, при этом не разрушаются, компенсируют силу удара.

На радиаторы (конвекторы) устанавливают терморегулирующую арматуру с капиллярным шунтом. Капилляр постепенно пропускает воду за арматуру, не позволяя достигать давлению критических значений.

Некоторые модели циркуляционных насосов оснащаются системой управления по величине давления в трубопроводах. Датчик устанавливается на трубу, при увеличении давления теплоносителя он подает сигнал на уменьшение частоты вращения рабочего колеса насосного агрегата (так называемое частотное регулирование).

Кроме установки указанного оборудования и устройств важным фактором является выполнение профилактических мероприятий:

Своевременное, постоянное освобождение оборудование от воздуха;
Плавное (ступенчатое) управление работой насоса, медленная регулировка запорной арматуры;
Контроль за величиной давления воздуха после мембраны расширительного бака;
Внешний осмотр на предмет герметичности труб, резьбовых уплотнений, оборудования;
Качественный монтаж отопления – соблюдение уклонов, отсутствие резких сужений и изгибов;
Применение при сооружении комплекса отопления воздухоотводчиков, предохранительных клапанов.

Соблюдение мер профилактики, применение современного безопасного оборудования позволяет избежать гидроударов. Предотвращение гидравлических ударов в отоплении сохраняет в целости коммуникации, исключает возможность травмирования жильцов частных домов и квартир многоэтажного жилого сектора.

Причины, последствия и устранение: гидроудара в трубопроводе

Способы защиты от гидроудара

Природа гидравлического удара ↑