Гидроудар в системе водоснабжения и отопления: причины + профилактические меры

Что значит гидроудар

Гидравлический удар (гидроудар) – физическое явление, характеризующееся резким повышением гидравлического давления на отдельном участке жидкостной системы, вызванном значительным изменением скорости потока.

В системах отопления основным видом теплоносителя является вода. Вода является несжимаемой по определению, как и подавляющее большинство жидкостей. При движении потока на его пути могут образоваться препятствия. Причем для возникновения гидроудара препятствие должно возникнуть неожиданно. При возникновении преграды жидкость теряет скорость, градиент которой стремится к нулю.

При остановке объема жидкости на него продолжает действовать сила нагнетания устройства, осуществляющего циркуляцию воды. Под воздействием силы нагнетания на участке поднимается гидравлическое давление жидкости. Давление воздействует на стенки трубопроводов, сосудов.

При резком устранении преграды движения жидкость устремляется в зону наименьшего сопротивления и давления. При этом она приобретает огромную скорость за счет разницы давлений в точке высокого давления и в свободной зоне. Жидкость двигается с большой скоростью, при этом за счет своей несжимаемости может повредить элементы и конструкции системы отопления. Сила нанесенного удара зачастую намного превышает силу удара молотком наотмашь. Поэтому сильные гидроудары могут разрушить металлические изделия и устройства. При этом происходит разгерметизация коммуникаций и возникает опасность получения ожогов горячей водой.

Теория гидроудара

Возникновение явления возможно только по причине отсутствия компенсации перепадов давления. Скачок в одном месте вызывает распространение силы по всей протяженности трубопровода. Если в системе есть слабая точка, материал может деформироваться или разрушается полностью, образуется дыра в системе.

Впервые эффект был обнаружен в конце XIX века российским ученым Н.Е. Жуковским. Он же вывел формулу, по которой следует рассчитывать период времени, необходимый для закрывания крана, чтобы избежать неприятных последствий. Формула выглядит так: Dp = p(u0-u1), где:

• Dp – увеличение давления в Н/м2;
• p – плотность жидкости в кг/м3;
• u0, u1 – средние показатели скорости воды в трубопроводе до и после закрывания кранов.

Чтобы знать, как доказать гидроудар в системе водоснабжения, необходимо знать диаметр и материал трубы, а также степень сжимаемости воды. Все расчеты проводятся после установления параметра плотности воды. Она различается по количеству растворенных солей. Определение скорости распространения гидравлического удара производится по формуле c = 2L/T, где:

• c – обозначение скорости ударной волны;
• L – длина трубопровода;
• T – время.

Простота формулы позволяет быстро выявить скорость распространения удара, который, по сути, является волной с колебаниями заданной частоты. А теперь о том, как выяснить колебания за единицу времени.

Для этого пригодится формула M = 2L/a, где:

• M – продолжительность цикла колебаний;
• L – длина трубопровода;
• a – скорость волны в м/с.

Упростить все расчеты позволит знание показателей скорости ударной волны при ударе для труб из самых популярных материалов:

• сталь = 900-1300 м/с;
• чугун = 1000-1200 м/с;
• пластик = 300-500 м/с.

Теперь нужно подставить значения в формулу и просчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода заданной длины. Теория гидроудара поможет быстро доказать возникновение явления и предупредить возможные риски, планируя строительство дома или замену водопроводной, отопительной системы.

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.

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

Способ защиты «реконструкция»

Терморегулирующие клапаны

Для того чтобы не возникало гидравлического удара, необходимо придерживаться определенных правил по реконструкции систем:

Заменить жесткую трубу перед термостатом куском трубы, сделанной из эластичного пластика или армированного термостойкого каучука.

Эти материалы имеют свойство растягиваться, поэтому будут самостоятельно снижать энергию гидравлического удара, в случае возникновения высокого давления.

Для амортизатора потребуется эластичная труба длиною приблизительно в 20-30 см. Если трубопровод очень длинный, то трубу для амортизатора нужно брать еще на 10 см. длиннее.

Шунт с просветом до 0,4 мм в терморегулирующем клапане.

Узкая трубка с сечением от 0,2 мм до 0, 4 мм вставляется в термостат со стороны движения жидкости. Можно самостоятельно сделать отверстие заданного диаметра. Если система работает нормально, то шунт никак не влияет на ее функционирование.

В случае, если давление повышается, он способен плавно снизить объём, превышающий критическую норму. Конечно же, привести в действие этот метод можно только тогда, когда вы отлично разбираетесь в конструкции термостата. В противном случае браться за это дело не рекомендуется.

Эти устройства имеют специальные пружины, которые находятся между клапаном и термоголовкой. Пружина срабатывает в тот момент, когда повышается давление. Таким образом, она не позволяет клапану полностью закрыться.

Когда сила гидроудара снижается, клапан самостоятельно плавно закрывается

Чтобы правильно установить термостаты с устройством защиты, необходимо обращать внимание на то, куда направлена стрелка на их корпусе. Производить монтировку нужно строго следуя направлению стрелки

Схема подключение термолегулирующих клапанов

Стоить обратить внимание на то, что не все модели термостатов имеют средства защиты от гидроудара. О том, оснащено ли устройство данной функцией, можно узнать, прочитав техническую документацию, которая прилагается к изделию

Способ защиты «центробежные насосы»

Центробежный насос

Для того чтобы плавно запускать и останавливать инженерную систему, необходимо использовать центробежные насосы, имеющие автоматическую регулировку.

С помощью автоматики происходит плавное увеличение оборотов электродвигателей насосного оборудования. Кроме этого, давление в трубах после пуска поднимается также планомерно. Такой же механизм действий характерен и для обратного порядка.

Насосы запрограммированы таким образом, что способны самостоятельно наблюдать за изменениями давления, происходящими в инженерных сетях. Регулировка параметров напора осуществляется автоматически.

Природу возникновения гидравлического удара понять не так сложно. Действие происходит в двух случаях:

• Когда не соблюдаются правила использования коммуникаций;
• Когда сети спроектированы неграмотно.

Если не обращать внимания на щелчки и неприятный шум, то домочадцев ожидают весьма неприятные последствия.

Намного разумнее будет разобраться с причинами возникновения шумовых эффектов и устранить их, чем заниматься впоследствии ремонтом трубопроводной системы, не выдержавшей мощного давления.

Избегаем гидроударов – основные правила

Люди, столкнувшиеся с гидроударами и не понаслышке знающие об их губительном воздействии, интересуются: а можно ли всего этого избежать? Вариантов существует сразу несколько, ознакомимся с каждым из них.

• В первую очередь, действуйте аккуратно и мягко. Не закрывайте резко шаровой кран, иначе возникнет удар. Во избежание его появления арматуру закрывайте плавно, спешить при этом не стоит. Удосужьтесь потратить несколько лишних секунд – это не так много по сравнению с предстоящим ремонтом водопровода.
• Для уменьшения данного эффекта можно несколько усовершенствовать систему. Как уже отмечалось, для этого устанавливаются гидроаккумуляторы (их еще называют демпферами), накапливающие воду в случае повышения давления в контуре.

Если удары возникают вследствие прекращения работы насоса, то можете поставить специальный клапан для защиты. Такие устройства срабатывают исключительно при ударе и снижают нарастающее давление в магистрали. Этот клапан крайне надежен. Он устанавливается рядом с насосом.
Автоматика – еще один возможный вариант решения проблемы. Благодаря специальным блокам управления активизация и остановка системы будут предельно плавными. Насос при необходимости будет увеличивать или уменьшать давление, из-за чего риск гидравлического удара практически сводится к нулю.
Наконец, если гидроудары возникают по причине неправильного планирования всей системы, то единственный выход – полностью ее переделать.

Обратите внимание! Если не устранить проблемы сразу же после появления ударов, то систему в любом случае рано или поздно переделывать все же придется. Ведь если ситуация все время повторяется, то все элементы – в том числе трубы – вскоре выйдут из строя

После этого ремонт будет стоить намного больше.

Трубы с повышенной защитой от гидроудара

Важный момент: среди ряда предложенных выше методов защиты и предотвращения гидравлического удара, так же имеют значительную актуальность технические характеристики самой трубопроводной системы, такие как модуль упругости и толщина стенки.

Низкий модуль упругости труб aquatherm GmbH, а так же увеличенная толщина стенки (по сравнению с металлическими трубами) обеспечивает более высокую устойчивость к импульсному давлению, возникающему в критической ситуации гидроудара.

aquatherm green pipe

Полипропиленовые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для систем горячего и холодного водоснабжения и отопления, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

aquatherm blue pipe

Полипропиленовые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.

Редуктор давления, предохранительный клапан, гаситель гидроударов — что где ставить?

1. Редуктор давления Ставьте обязательно, но насчет его работоспособности и повреждений больше следует озаботиться тем, что в трубах течет (про гаситель гидроударов см. ниже). Для редуктора важнее чистота рабочей среды (воды в трубе). Если хотите, чтобы редуктор долго вам служил, то рекомендуется поставить передним фильтр механической очистки с сеткой 100 мкм (например, .) Себе домой поставила такой же самопромывной фильтр с манометром Tiemme.

2. Гаситель гидроударов

Даже не заморачивайтесь.

Если у вас в квартире есть гибкая подводка, хоть где-то, тогда эти шланги будут срабатывать, как гасители гидроударов. Например, у вас на кухне однорукий смеситель, и вы закрываете воду резким рывком/ударом рычага, то возникает гидроудар. Тогда гибкая подводка к смесителю (резиновый шланг в оплетке) дёргается от резкого повышения давления воды. Для другой арматуры особых проблем не возникает. Так как сначала гидроудар получает подводка/шланг, и в нём все гаснет. В конце концов, у вас больше шансов, что шланг порвется, чем пострадает редуктор или другая установленная на трубе арматура. Лечится данная проблема элементарно: строгим внушением любителям резко закрывать смеситель. В общем, объясните членам семьи, что краны надо закрывать плавно, тогда и гидроударов не будет. Если внушение не подействует, тогда придется заморочиться насчет установки к смесителям жесткой подводки (медные трубки или труба из гофрированной нержавейки). Мне больше нравятся медные трубки (на вид приятнее и надежнее).

В общем, если хотите поставить гаситель гидроударов, то ставьте. Но не заморачивайтесь с регулировкой. Оставьте заводскую – 3,5 бар. Просто отрегулируйте редукторы на 3,5 бара и всё. Для внутриквартирной разводки вам давления 3,5 бар хватит.

3. Предохранительный клапан. Вот это вам в квартире точно НЕ требуется. Смотрите их характеристики и предназначение (например, клапан)): «Предназначен для установки на водогрейных котлах, водонагревателях, сосудах под давлением, трубопроводах…»

Клапан не для квартиры. (Для дома — да, но не для квартиры) При срабатывании клапана происходит аварийный сброс воды (в случае повышении давления в системе). Поэтому требуется подсоединение к канализации, естественно с разрывом струи, т.е. через специальный сифон (либо ведерко надо ставить ). При этом, надо учесть два момента: 1) Постоянное повышение давления в системе будет приводить к систематическому срабатыванию клапана. То есть вода будет сливаться через клапан постоянно. И ведерко уже не спасет, так как поток воды будет лить без перерыва. Так что разоритесь на воды. 2) Если вы поставите редуктор, то в квартире после редуктора давление будет стабильным. Предохранительный клапан тогда будтет излишеством. И единственное что может возникать в системен, так это гидроудары, но это уже другая проблема и другое решение (см выше. п.2)

Схема установки После счетчика воды ставите самопромывной фильтр, потом редуктор. После идет коллектор, а в торец коллектора — гаситель гидроударов.

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.

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.

Как вам статья?