Как избежать гидроударов в системе отопления

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.

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.

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.

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.

Меры устранения гидроударов

Главным способом предотвращения гидравлических ударов считается уменьшение скорости закрытия потока воды, а также способы уменьшить давление в системе водоснабжения. Для таких целей используют задвижки с удлиненным штоком. Это позволяет замедлить процедуру перекрытия напора воды. Но для аналогичного оборудования требуется увеличение проходного диаметра системы труб.

Меры устранения гидроударов

Предотвратить гидравлический удар можно посредством модернизации напорного контура, его переделки. Одним из методов решений стало подключение в жесткую систему труб элемента, изготовленного из эластичного материала – металлопластика или пластика. Для создания требуемого результата необходимо около 400 мм этого материала. Также, на прямолинейный участок трубы устанавливают специальный компенсатор в форме «П», что тоже снижает скоростной поток воды. В системе горячей воды аналогичную роль может играть полотенцесушитель.

Наиболее прогрессивным способом защиты является обратный клапан в системе водоснабжения, который пропускает некоторый объем воды при сильном и внезапном повышении давления. Ввиду этого уменьшается нагрузка на оборудование и материал системы трубопроводов. Важным фактором является регулировка функции этого клапана, когда он будет начинать функционировать. При очень большой характеристике открытия гидроудары предотвратить очень сложно.

Какие последствия гидроудара

Последствия удара поршня об прокладку в цилиндре бывают разные, так если машина стояла, и мотор работал исключительно на холостом ходе, он просто может заглохнуть. Если автомобиль во время гидроударя двигался, последствия будут более серьёзными, поскольку давление на поршень со стороны КШМ будет продолжаться, создавая большие усилия. В данном случае может произойти деформация и разрушение вкладышей, шатунов, колец и коленчатого вала.

Когда происходит обратный ход поршня мелкие обломки деталей, попадая в имеющийся зазор между стенкой цилиндра и поршня, могут пробить стенку или заклинить поршень, после чего двигатель уже восстановлению не подлежит. Это самое тяжёлое последствие от гидроудара двигателя, которое наиболее опасно для дизельных агрегатов, поскольку у них объём камеры сгорания значительно меньше, а степень сжатия гораздо выше.

Когда машина едет с невысокой скоростью и силы инерции на детали КШМ не столь велики, то импульс гидравлического удара не будет резким, что поможет сохранить узлы от разрушения.

Кроме этого последствия гидроудара двигателя сказываются и на других деталях мотора. Существуют случаи, когда сильное давление влияло на деформацию головки цилиндра. Внезапная остановка коленвала при работе силового агрегата приводит к высокому механическому напряжению, которое действует на приводные ремни и цепи, а также на регуляторы их натяжения. По этой причине они могут растянуться или порваться, что потребует их замены.

В таких случаях в последнюю очередь страдает коленчатый вал. Он может деформироваться или сломаться уже вследствие разрушения поршня или шатунной передачи. Разрушение головки шатуна после гидроудара, как правило, не носит следов побежалости и перегрева. Её вид остаётся обычным.

Производители, характеристики, цены

Лучше всего компенсатор гидроудара покупать известных фирм. Это не тот участок, где уместно экономить. Наибольшей популярностью пользуется несколько фирм:

• FAR. Компенсатор этой фирмы — без мембраны, с пружиной и запорным диском. Подсоединительная резьба 1/2″, максимальное давление 50 Бар, номинальное — 10 Бар. Температуру выдерживает до 100°C. Цена от 30 $.

• Uni Fitt. Та же конструкция с подпружиненным диском. Есть два варианта корпуса: латунный и латунный с никелевым покрытием. Подключение 1/2 дюйма. Максимальная температура 90°C, номинальное давление — 10 Бар, пиковое — 20 Бар. Длинна защищаемого трубопровода — 10 м. Цена от 15 $.

• Valtec (Валтек). Это гаситель гидроударов мембранного типа. Есть модели с подключенным через небольшой шаровой кран с манометром. При необходимости, открываем шаровый кран, проверяем давление в компенсаторе. Давление в камере 3,5 Бар,  максимальное рабоче давление 10 Бар, максимальное компенсируемое — 20 Бар. Цена от 25$.
• CALEFFI (Калеффи). Эта фирма выпускает тарельчатые компенсаторы. Есть они обычные — с подключением 1/2 дюйма, есть под мойку 3/8″. Параметры можно назвать хорошими: рабочее давление не более 10 Бар, компенсировать могут до 40 Бар (под мойку до 30 Бар).

Есть и другие фирмы, но они не так популярны. некоторый из-за слишком завышенной цены, другие не завоевали доверие. Во всяком случае, пока.

Расчет гидравлического удара

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

T=2lCu{\displaystyle T={\frac {2l}{Cu}}}

Здесь l{\displaystyle l} — длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, Cu{\displaystyle Cu} — скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

Cu=Ep11+EEtrDhk{\displaystyle Cu={\sqrt {\frac {E}{p}}}{\frac {1}{\sqrt {1+{\frac {E}{Etr}}{\frac {D}{h}}k}}}}

где E{\displaystyle E} — модуль объемной упругости жидкости, p{\displaystyle p} — плотность жидкости, Ep{\displaystyle {\sqrt {\frac {E}{p}}}} — скорость распространения звука в жидкости, Etr{\displaystyle Etr} — модуль упругости материала стенок трубы, D{\displaystyle D} — диаметр трубы, h{\displaystyle h} — толщина стенок трубы.

Для воды отношение EEtr{\displaystyle {\frac {E}{Etr}}} зависит от материала труб и может быть принято; для стальных — 0.01; чугунных — 0.02; ж/б — 0.1-0.14; асбестоцементных — 0.11; полиэтиленовых — 1-1.45

Коэффициент k{\displaystyle k} для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

k=11+9.5a{\displaystyle k={\frac {1}{1+9.5a}}},

a=fh{\displaystyle a={\frac {f}{h}}} коэффициент армирования кольцевой арматурой (f{\displaystyle f} — площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно a=0.015−0.05{\displaystyle a=0.015-0.05}
Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

P=pCuVo{\displaystyle P=pCuVo}

где Vo{\displaystyle Vo} — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

P=2pVolt3{\displaystyle P={\frac {2pVol}{t3}}}

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе H=CuVog{\displaystyle H={\frac {CuVo}{g}}}

при непрямом H=2Volgt3{\displaystyle H={\frac {2Vol}{gt3}}}

Основные меры профилактики

Кроме строгого соблюдения всех установленных эксплуатационных правил, предотвратить возникновение аварии можно, если своевременно и регулярно проводить ряд профилактических действий. Вся причина в том, что в главной системе обогрева или водоснабжения абсолютно все процессы тесно связаны между собой. Непредвиденный пользователем гидроудар является всего лишь финальным деструктивным этапом, который вполне может привести к различным негативным последствиям. Все это происходит на фоне относительно плохого технического состояния годами используемых труб.

Перепады величины давления и возникающих вибраций только способствуют образованию различных трещин в толще металла. Со временем возникают более серьезные дефекты, которые после наступления гидроудара мгновенно проявляются на участках слишком высокого внутреннего напряжения. Это могут быть различные места изгибов, механические соединения и даже сварочные швы.

Профилактические манипуляции включают в себя следующие этапы:

1. Своевременная проверка давления за эластичной мембраной эксплуатируемого расширительного сосуда. Если в ходе этой процедуры мастер обнаружит неудовлетворительные результаты, то без качественной корректировки эксплуатировать систему запрещено.
2. Проверка работоспособности задействованных групп безопасности. Это касается отводчика воздуха, предохранительного клапана, а также классического манометра.
3. Контроль положения вентилей задействованной запорно-регулирующей металлической арматуры.
4. Периодическая проверка состояния всех фильтров. Эти элементы отвечают за задержку мелкого песка, классической накипи, фрагментов ржавчины. В случае необходимости мастеру нужно выполнить прочистку и последующую промывку фильтров.
5. Тестирование используемой системы на наличие утечек. Также нужно проверить степень износа всех элементов.

Многие эксперты рекомендуют заменить классическую жесткую трубу пластиковым изделием. Оно более эластично в применении и способно быстро расширяться под воздействием давления. Но нужно быть аккуратными, так как не исключена разгерметизация стыков.

Профессиональный подход к профилактике, которая направлена на всеобщее поддержание оптимального состояния отопительной и водонагревательной системы, обязательно включает в себя элементарные виды работ. Оставлять без внимания этот этап не рекомендуется. Это связано с тем, что ремонт отопления в частном доме влечет за собой большие траты финансов и свободного времени. Все описанные меры защиты будут эффективными в том случае, если подходить к работе комплексно. Только в такой ситуации можно нейтрализовать различные нежелательные последствия и продлить срок слаженной работы системы.

Установка высококачественного промывного фильтра