Природа гидравлического удара в трубопроводах: методы борьбы- обзор +видео

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»).

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)

• 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.

Как предупредить гидроудары?

Исходя из распространенных причин гидроудара в системе водоснабжения, можно предусмотреть защитные меры и следовать им неукоснительно.

Сила гидравлического удара прямо пропорциональна скорости потока теплоносителя или воды

Чем он сильнее, тем гидроудар принесет больше разрушений, поэтому очень важно еще в самом начале закладки водоснабжения или при разводке отопления исключить множественные аварийные стыковки:

• Соединение разных по диаметру труб. Их стык со временем может выступать главным препятствием при движении воды по трубопроводу. Гидроудары в таких соединениях возникают чаще всего.
• Большая протяженность труб. Чем они длиннее, тем больше вероятность появления внутри них воздушных пробок, ведущих к препятствиям потока жидкости.

Предусмотреть эти и другие нюансы смогут разве что профессионалы, и то только при прокладке новых систем водоснабжения. А что же делать с уже установленными? Есть несколько советов, придерживаясь которых можно сохранить работоспособность механизмов и уберечь трубопровод от непредвиденных скачков давления.

Защитить его помогут следующие меры:

Установка в систему компенсаторов. Они исполняют роль гасителей гидравлического удара. Их конструкция представляет собой корпус в виде небольшой бочки, в котором имеется мембрана и встроенный клапан. Компенсатор гидроударов во внутренних системах водоснабжения располагается на определенных участках трубопровода, в которых возможны перепады давления.

Количество устанавливаемых компенсаторов определяется в зависимости от сложных участков. Компенсаторное оборудование помогает предотвратить гидравлический удар, а реле спасает всю систему, если он уже произошел. Оно способно перекрыть поток воды, как только показание давления будет выше критического. Но даже при быстром их срабатывании остановка работы будет не мгновенной, а спустя некоторое время.Установка мономеров для системы отопления. По их показаниям во время запуска или остановки всей обогревательной конструкции можно определить, имеются ли скачки давления. Эти устройства способны защитить систему от гидроудара, заранее предупредив от неожиданных перепадов.

Применение амортизационного устройства. Небольшую часть трубы перед термостатом заменяют эластичным пластиком или термостойким каучуком. В случае высокого давления эти материалы смогут расширяться и без последствий преодолевать гидроудар. В среднем достаточно заменить всего лишь участок в 30 см, но для длинного участка трубопровода может понадобиться и все 50.

Применение шунта в терморегулирующем клапане. Этот метод используется только для новых трубопроводов, которые выполнены из качественных материалов.

Классификация и причины

Гидроудары подразделяются на 2 категории: положительные и отрицательные. Отрицательные образуются в результате поступления воды с высоким давлением в участок трубопровода с пониженным давлением. Положительные гидроудары появляются из-за быстрого увеличения скорости движения или резкого ее останова. Они представляют большую угрозу для трубопроводов по сравнению с отрицательными.

Причины возникновения положительных гидроударов:

• резкое открытие или закрытие трубопроводной арматуры;
• воздушные пробки;
• включение или отключение насосов (в том числе, из-за перепадов напряжения в сети);
• наличие в системе труб разного диаметра.

Вероятность возникновения гидроударов прямо пропорциональна длине участка трубопровода от одной задвижки (или вентиля) до другой. Это объясняется тем, что, чем больший объем жидкости может собраться перед запорной арматурой, тем более вероятно возникновение гидроудара.

Наличие в системе шар-кранов (или пробковых кранов) также способствует возникновению гидравлических ударов. Такой вид арматуры можно открыть в течение короткого промежутка времени. В результате в участок трубопровода, находящийся за шар-краном, быстро поступает большое количество жидкости. Причиной появления гидроударов также может быть соприкосновение жидкостей с разной температурой.

Что делать при гидроударе двигателя

Как понять, был ли гидроудар, и какое решение принять? Первый и достаточно опасный признак — это вода, стоящая в корпусе. Безусловно, водителю транспортного средства паниковать не стоит, ведь такое случается сплошь и рядом. Любая спешка только усугубляет ситуацию. Желательно сразу переставить машину на нейтральной скорости в сухое место и проверить воздушный фильтр. Заводить двигатель повторно не стоит, лучше сразу вызвать эвакуатор.

Нередко водителю везёт. Мотор глохнет до того, как колесо автомобиля попадает в яму и влага проникает в цилиндры. Но она не причиняет существенного вреда, так как сопротивления не возникает. Мокрый воздушный фильтр в этом случае разрешается изъять и выбросить, а корпус тщательно протереть. Также надо выкрутить свечи зажигания, и поработать стартером. Всё эти действия позволят вытолкнуть оставшуюся часть влаги. Однако рекомендуется всё же напоследок заехать в сервисный центр, чтобы исключить отложенный гидроудар. Здесь тщательно проверят двигатель и проведут качественную просушку цилиндров посредством специального оборудования.

Случается, что свечи выкрутить не удаётся. Тогда приходится запастись терпением и ждать, пока вода не стечёт в картер. После этого аккуратно завести мотор и оставить его работать на холостых оборотах.

Ещё одна удачная развязка — заклин ДВС происходит из‐за попадания воды на катушку, проводку или датчики. К примеру — на регулятор положения коленвала. Он должен быть сухим, чтобы автомобиль нормально заводился, а на приборку не выводился значок Chek Engine. Поэтому надо подождать 5 минут и повторить запуск.

Классический способ такой: двигатель разбирается, затем оценивается степень внутреннего разрушения и осуществляются все необходимые работы. Почти всегда внутренние элементы ДВС повреждаются на 30% или более. На вскрытом агрегате бывает хорошо видно следующее:

• в цилиндрах образовался ступенчатый нагар;
• поршень покрылся сажей, опустился ниже требуемого уровня;
• на вкладышах появились блестящие полосы износа;
• коленвал не крутися вручную;
• из свечных колодцев вытекает вода.

Более простой вариант оценки подразумевает демонтаж ГБЦ, выкручивание свечей зажигания и несколько часов (лучше сутки) паузы. Этого времени вполне достаточно, чтобы агрегат подсох.

Сушка двигателя после гидроудара

Затем шприцем в каждое гнездо вливают по 15–20 граммов автола и прокручивают коленвал. При удачной попытке, это будет означать, что никаких серьёзных повреждений нет — шатуны не деформировались, а мотору нужна была лишь качественная просушка. В противном случае, если наблюдаются проблемы с вращением вала, разборка движка неизбежна.

Также крайне важно замерять компрессию силовой установки. При её низких значениях, даже при целостности шатунов, надо разбирать ДВС.. Не исключено, что поломаны другие элементы, не выдержавшие большой нагрузки

Замеряется компрессия так: наконечник компрессометра плотно вставляется в свечное отверстие. Включается стартер и движок прокручивается до тех пор, пока показания манометра не перестанут расти. Обычно на это уходит 2-3 секунды. Крайне важно при проверке, чтобы аккумулятор был заряжён на 70% и выше.

Не исключено, что поломаны другие элементы, не выдержавшие большой нагрузки. Замеряется компрессия так: наконечник компрессометра плотно вставляется в свечное отверстие. Включается стартер и движок прокручивается до тех пор, пока показания манометра не перестанут расти. Обычно на это уходит 2-3 секунды

Крайне важно при проверке, чтобы аккумулятор был заряжён на 70% и выше.

Если мотор в норме, то просушить его можно самостоятельно. Сначала кратковременно прокручивается стартер, после чего машину оставляют сушиться на 24 часа.

К тому же, в центрах обслуживания имеется стационарное оборудование, помогающее выявить разрушения не только по компрессии, но и по другим признакам. После этого движок разбирают, оценивают его состояние и проводят ремонт.

Таким образом, краткий алгоритм действий для водителя, машина которого испытала гидравлический удар:

• остановить автомобиль, включить аварийку;
• выкрутить свечу зажигания и проверить, мокрая ли она;
• разобрать кожух, осмотреть воздушный фильтр на влажность;
• прокрутить коленвал со снятой свечой — если из колодца вытекает вода, а вал не крутится, это подтвердит попадание влаги;
• если вал поддаётся, то кратковременно провернуть стартер.

В заключении можно попробовать продуть цилиндры, вкрутить свечи и заново попытаться запустить движок авто.

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.

Рекомендуем: Применение сильфонных компенсаторов в тепловых сетях, теплоснабжении

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.

Последствия гидравлического удара

Конечно же, в квартирных сетях возникновение гидравлических ударов не влечет таких разрушительных последствий, как на магистральных трубопроводах. Однако и здесь они могут доставить массу хлопот, если не учитывать возможность их появления.

Периодически повторяющиеся гидравлические удары в квартирной водопроводной сети могут стать причиной следующих последствий:

Сокращение срока службы водопроводов. Нормативный срок службы внутренних водопроводов определяется по совокупности характеристик (температура, давление, время), в которых эксплуатируется труба. Даже кратковременные, но часто повторяющиеся, скачки и провалы давления, происходящие при гидравлическом ударе, существенно искажают картину эксплуатационного режима водопровода, сокращая срок его безаварийной эксплуатации. В большей степени это относится к полимерным и многослойным трубам.

Выдавливание прокладок и уплотнителей в арматуре и соединителях трубопроводов. Этому подвержены такие элементы, как поршневые редукторы давления, шаровые краны, вентили и смесители с резиновыми сальниковыми кольцами, уплотнительные кольца обжимных и пресс-соединителей, а также кольца полусгонов («американок»). В квартирных водосчетчиках выдавливание уплотнительного кольца между измерительной камерой и счетным механизмом может привести к попаданию воды в счетный механизм.

Даже однократный гидравлический удар может полностью вывести из строя контрольно-измерительные приборы, установленные в квартире. Например, изгиб стрелки манометра от взаимодействия с ограничительным штифтом – явный признак имевшего место гидравлического удара.

Каждый гидравлический удар в квартирном трубопроводе из полимерных материалов, выполненном на обжимных, прессовых или надвижных соединителях, неизбежно приводит к микроскопическому «сползанию» соединителя с трубопровода. В конце концов, может наступить момент, когда очередной гидроудар станет критическим и труба полностью вылезет из соединителя.

Кавитационные явления, которые могут сопровождать гидравлический удар, нередко являются причиной появления каверн в золотнике и корпусе запорной арматуры. Схлопывание вакуумных пузырьков при кавитации просто «выгрызает» куски металла с поверхности, на которой они образуются. В результате золотник перестает выполнять свою функцию, из-за нарушения герметичности запорного элемента. Да и корпус такой арматуры очень быстро выйдет из строя.

Особую опасность для квартирных трубопроводов, выполненных из многослойных труб, представляет зона разряжения ударной волны при гидравлическом ударе. При клеевом слое низкого качества или наличии непроклеенных участков, образующийся в трубе вакуум отрывает внутренний слой трубы, заставляя его «схлопываться.

При частичном схлопывании труба будет продолжать выполнять свою функцию, но с гораздо большим гидравлическим сопротивлением. Однако может произойти и полное схлопывание. В этом случае труба будет перекрыта своим же внутренним слоем. К сожалению, ГОСТ 53630-2009 «Трубы напорные многослойные» не требует проведения испытания образцов труб при внутреннем давлении ниже атмосферного. Но ряд производителей, зная о подобной проблеме, включают в технические условия обязательный пункт о проверке трубы под разряжением.

Еще одна опасность подстерегает при гидравлическом ударе внутренние трубопроводы горячего водоснабжения. Как известно, температура кипения воды находится в тесной зависимости от давления. Если в квартирный водопровод поступает горячая вода с температурой 70 °С, а в зоне разрежения гидравлического удара давление снижается до абсолютного значения 0,3 атм., то в этой зоне вода превратится в пар. Учитывая, что объем пара при нормальных условиях почти в 1200 раз больше объема такой же массы воды, следует ожидать, что данное явление может привести к еще большему росту давления в зоне сжатия ударной волны (см. табл. «Зависимость температуры кипения воды от давления» ).

Основные причины гидроудара

Гидроудар – кратковременный, но сильный и очень резкий перепад давления в трубопроводе. Его возникновение обусловлено внезапным изменением скорости движения воды в коммуникационной системе. В зависимости от характера этого изменения, гидроудар может быть отрицательным – при уменьшении скорости, и положительным – при ее увеличении. Главную опасность для инженерных сетей представляет второй вариант: с молниеносным увеличением скорости и напора рабочей жидкости соответственным образом повышается и ее давление, а это чревато разрывом труб.

Потенциальных причин гидравлического удара несколько:

• резкая активация или деактивация насосного устройства;
• деформация насоса;
• нестравленный воздух в закрытом контуре;

Шумы в системе должны вызвать настороженность

• проблемы с электропитанием, которые препятствуют нормальному функционированию насоса;
• резкое открывание/закрывание арматурных деталей – задвижек, вентилей и всевозможных кранов.

Последняя причина сегодня особенно актуальна, так как старые трубопроводные задвижки начали массово менять на современные быстродействующие шаровые краны. Их потенциальная опасность объясняется следующим образом: если в системе находится определенный объем воздуха, то при резком открывании шарового крана он неизбежно столкнется с почти несжимаемой рабочей жидкостью, что приведет к скачку давления свыше 10 атм. В то же время винтовые краны – предшественники шаровых устройств – обеспечивают плавное открывание арматуры, тем самым исключая вероятность резкого столкновения воздуха и жидкости.

Что такое гидроудар?

Гидроудар являет собой кратковременный, но существенный скачок давления в наполненной жидкостью системе. Это явление возникает в момент столкновения потока жидкости с возникшим на его пути препятствием. К характерным примерам возникновения подобных преград относят резкое перекрытие запорной арматуры, внезапная остановка насоса, воздушная пробка и т.д.

Столкнувшись с преградой поток воды по инерции продолжает течение с той скоростью, с которой двигался до появления преграды. Контактирующие с препятствием первые слои с той же скоростью уплотняются за счет поступления следующих слоев.

Из-за постоянного нагнетания новых слоев потока давление стремительно возрастает, а жидкость “ищет” способ сбросить свою часть, чтобы его разрядить.

Аналогичная ситуация практически всегда возникает при разрыве потока шаровым краном или задвижкой. На первый взгляд явление может казаться безобидным. А потому многие хозяева не придают ему особого внимания.

Но на самом деле, при обнаружении предпосылок для назревающего дефекта труб и арматуры стоит как можно быстрее его устранить. Ведь из-за гидроудара в системе отопления появляются расколы и трещины, а также повреждения оборудования.

Этой серьезной проблеме могут предшествовать щелчки и стуки, а также посторонний шум в подающих воду трубах, сопровождающийся характерным «рычанием».

Пощелкивание преимущественно возникает в тех местах, где трубы большего размера соединены с патрубками меньшего сечения. Проходящая вдоль их внутренних стенок вода наталкивается на пусть и неполноценное, но все же препятствие.

Регулярное возникновение гидравлического удара негативно сказывается на работе системы, существенно сокращая срок ее эксплуатации

При возникновении аварийных ситуаций от эффекта гидроудара могут пострадать:

• оборудование (нарушается герметичность трубопроводов и разрушаются отопительные приборы);
• имущество (вытекающая из поврежденной сети вода затопит жилье и приведет к порче мебели);
• домочадцы (если нарушение произошло в системе теплоснабжения, есть опасность получить серьезные термические ожоги).

Согласно статистическим данным «львиная доля» аварий трубопровода, составляющая порядка 60%, возникает вследствие гидроудара. Чаще негативные последствия от такого эффекта можно наблюдать у износившихся труб, покрывшихся коррозией.

Последствия регулярных гидродинамических ударов могут быть непредсказуемыми, и самое распространенное среди них – прорыв

Больше всего неприятностей он доставляет протяженным трубопроводам, например, при обустройстве «теплого пола», по контурам которого циркулирует разогретая до определенной температуры жидкость.

Степень повреждения во многом зависит от места возникновения преграды: если она в начале протяженного трубопровода, величина повышенного давления будет незначительной, если же в конце – значительно выше.

Чаще всего эффект проявляется, когда при укладке отопительной системы были задействованы трубы разных диаметров. Если «разнокалиберные» трубы с помощью переходников не приведены к общему «знаменателю», возрастание давления в системе отопления неизбежно. В этой ситуации для защиты системы контур оснащают специальным клапаном – термостатом.

Что такое гидроудар

Гидравлический удар(гидроудар) представляет собой кратковременное, но резкое и сильное повышение(понижение) давления в трубопроводе(в системе водоснабжения) при внезапном торможении(ускорение) двигавшегося по нему потока жидкости.

Гидроудар в системе водоснабжения

Простыми словами гидроудар-это резкий скачок давления в трубах

Гидравлический удар бывает:

• Положительный – когда давления в трубопроводе очень резко повышается. Это может произойти, при быстром закрытие крана(вентиля, задвижки) или включения насоса.
• Отрицательный – когда наоборот, происходит понижение давления в водопроводе, из-за того, что открыли кран или выключили циркуляционный насос.

Наибольшую опасность для водопровода представляет положительный гидроудар. Допустим вы открыли кран и помыли посуду. Закончили мыть, вода вам не нужна, закрыли кран.

При этом в водопроводе происходит следующее. Водный поток некоторое время, по инерции, течёт с прежней скоростью. Потом сталкивается с преградой (кран ведь закрыли). И «ударяясь» об эту преграду, образуется обратная волна. А так как вся система водоснабжения герметична. У этой обратной волны происходит столкновение с водным потоком идущим на встречу. В результате получается гидроудар.

Самые первые признаки гидроудара – глухие стуки и щелчки, слышимые при открытие или закрытие крана. Появления подтеков в местах соединения водопроводных труб или подтекающие краны.

Причины возникновения гидравлического удара

Основными причина , возникновения гидроудара системе водоснабжения:

• Резкое перекрытии запорной арматуры(кранов, вентилей, задвижек.
• Поломка или отключение циркуляционного насоса, насосной станции.
• Воздушные пробки в системе водопровода.
• Перепады сечения водопроводных труб.

В основном, гидроудар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Вода проходит по трубам с постоянным давлением, но когда происходит резкое перекрытие водного потока. Давление воды на стенки труб увеличивается в несколько раз.

И в результате, могут лопнуть трубы или придут в негодность уплотнители резьбовых соединений и запорные элементы.

Трещина в трубе-после гидроудара

Конечно, резко закрытый кран не единственная причина возникновения гидроудара. Похожая ситуация бывает когда в системе остаётся воздух. В тот момент когда открывается кран, вода сталкивается с пробкой из воздуха.

И эта воздушная пробка в условиях замкнутого пространства выступает амортизатором. Вследствие чего с огромной силой выталкивает воду и происходит удар.

Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы

Последствия гидроудара

Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.

От первого гидравлического удара, повреждение водопровода, обычно не происходит. Ведь изделия для водоснабжения изготавливаются с запасом, в случае повышения давления. Но последующие гидроудары будет бить в то же самое, слабое место. И в какой — то момент труба или запорная арматура выйдут из строя.

Если прорыв водопровода произошёл в квартире многоквартирного дома, то произойдет затопление, будет повреждено имущество, вашей квартиры и соседей снизу.

Последствия гидроудара- затопило квартиру

В случае повреждения центрального водопровода Может произойти отключения нескольких домов или района. То это уже чрезвычайное положение. Так как жильцы многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации.

Ну а если в результате гидроудара повреждается труба горячего водоснабжения. То это может привести к серьёзным ожогам.