Гидроудар системы отопления и как его избежать. Гидроудар в трубопроводе

Лекция 11. Гидравлический удар в трубопроводах

Скорость распространения гидравлической ударной волны в трубопроводе

Ударное давление

Протекание гидравлического удара во времени

Разновидности гидроудара

Теоретическое и экспериментальное исследование гидравлического удара в трубопроводах впервые было проведено известным русским учёным Николаем Егоровичем Жуковским в 1899 году. Это явление связано с тем, что при быстром закрытии трубопровода, по которому течёт жидкость, или быстром его открытии (т.е. соединении тупикового трубопровода с источником гидравлической энергии) возникает резкое, неодновременное по длине трубопровода изменение скорости и давления жидкости. Если в таком трубопроводе измерять скорость жидкости и давление, то обнаружится, что скорость меняется как по величине, так и по направлению, а давление - как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения по отношению к начальному. Это означает, что в трубопроводе возникает колебательный процесс, характеризующийся периодическим повышением и понижением давления. Такой процесс очень быстротечен и обусловлен упругими деформациями стенок трубы и самой жидкости.

Подробно рассмотрим его картину для случая полного и прямого гидравлического удара.

Будем считать, что в исходном состоянии трубопровод открыт. Жидкость движется по трубе со скоростью V>0. Давление в жидкости равноРо.

Трубопровод мгновенно закрывается. Слои жидкости, натолкнувшись на заслонку крана, останавливаются. Кинетическая энергия жидкости переходит в деформацию стенок трубы (труба у заслонки расширится), и жидкости (давление у заслонки повысится на величину Р). На остановившиеся у заслонки слои жидкости будут набегать следующие, вызывая сжатие жидкости и рост давления, который будет с некоторой скоростью распространяться в сторону противоположную направлению скорости движения жидкости. Переходная область в сечении A-A называется ударной волной. Скорость перемещения сечения A-A(фронта волны) называется скоростью распространения ударной волны и обозначается буквойа. Такой процесс проходит в период времени .

В момент времени весь трубопровод окажется расширенным, а жидкость сжатой и неподвижной. Но такое состояние неравновесное. Поскольку у источника давление Ро, а в трубе Р = Ро+Р, то жидкость начнёт двигаться в сторону меньшего давления, т.е. из трубы в резервуар.

Этот процесс начинается от начала трубы. Жидкость будет вытекать из трубы в резервуар с некоторой скоростьюV. Сечение A-A (ударная волна) начнёт перемещаться к концу трубы со скоростью а. При этом давление в трубе будет снижаться до P0.

Этот процесс будет происходить в период времени .

Энергия деформации жидкости переходит в кинетическую энергию, и жидкость приобретает некоторую скоростьV, но направленную в обратную сторону. Во всём трубопроводе устанавливается давление Ро. По инерции жидкость продолжает двигаться к началу трубы и начинает испытывать деформации растяжения, что приводит к уменьшению давления вблизи заслонки.

Возникает отрицательная ударная волна, движущаяся от конца трубы к началу со скоростьюа, и за фронтом волны остается сжатая труба. Кинетическая энергия снова превращается в энергию деформации (сжатия).

В момент времени вся труба окажется сжатой, а волна достигает начала трубы. Давление вблизи источника выше, чем во фронте. Из-за этого слои жидкости под действием перепада давления начинают двигаться к концу трубы (к заслонке) с некоторой скоростью V>0, а давление поднимается до Ро.

Поэтому период временипроисходит процесс выравнивания давления в трубопроводе. При этом происходит движение ударной волны со скоростью а от начала трубы к её концу.

В момент времени ударная волна достигает конца трубы.

Далее весь процесс начинается сначала. При исследовании этого процесса возникает три основных вопроса. Первый - какова скорость протекания этого колебательного процесса и от чего она зависит? Второй вопрос – как сильно меняется давление в трубопроводе за счёт описанного процесса? И третий – как долго может протекать этот процесс?

studfiles.net

Гидравлический удар | Насосы и принадлежности

Доброго времени суток, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

Гидравлический удар

В рубрике «Общее» рассмотрим такое довольно грозное физическое явление, которое в гидравлике известно под общим названием гидравлический удар. В системах водоснабжения при включении и выключении насосов (это насосы, как с прямым пуском, так и с пуском звезда/треугольник) может возникать гидравлический удар. Гидравлический удар – это резкое, мгновенное (ударное) повышение или понижение давления в напорном трубопроводе, по которому движется жидкость (вода), ввиду резкого изменения во времени скорости ее движения. Это явление появляется тогда, когда движущаяся в трубопроводе жидкость мгновенно останавливается (например, резко закрыли кран, задвижку или выключили насос). Это явление является самой сильной нагрузкой на трубопровод, в результате чего может произойти его разрыв. Опасность удара зависит от нескольких переменных величин, таких как скорость движения жидкости в трубопроводе, характеристик жидкости и характеристик материала трубопровода. Это явление приводит также к появлению вакуума в трубопроводах, вследствие чего часто бывает смещение или износ уплотнительных колец. Обычно гидравлические удары можно обнаружить только при возникновении шума. Теории и методики расчета гидроударов в трубах впервые были разработаны и решены выдающимся российским ученым Н.Е.Жуковским. Жуковский предложил также формулу для расчета минимального времени необходимого при закрытии запорного устройства, чтобы избежать или максимально снизить эффект гидравлического удара до минимума:

Явление гидравлического удара

Явление гидравлического удара открыл в 1897 — 1899 г. Н.Е. Жуковский. Выяснилось, что явление гидравлического удара объясняется возникновением и распространением вдоль труб ударных волн, вызванных сжатием воды и деформацией стенок труб. Увеличение давления при гидроударе определяется исходя из этой теории по формуле:

Dp=ρ(υ0–υ1)

Dp – увеличение давления в Н/м²,

ρ – плотность жидкости в кг/м³,

υ0 и υ1 – средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного крана) в м/с,

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны (с) находится в прямой пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала, из которого трубопровод изготовлен, а также от его диаметра. Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводах, где имеется воздух или газ, так как они легко могут сжиматься. Скорость ударной волны можно определить с помощью следующей формулы;

c=2L/T

c – скорость распространения ударной волны;

L – длина;

Т – время распространения.

Гидроудар представляет собой кратковременное, но резкое повышение давления в трубопроводах при резком торможении движущейся по них потоков жидкости. Такого же эффекта можно достичь при быстром закрытии шарового крана резко перекрывающего поток. Последнее особенно актуально в наши дни, когда на смену старым вентилям с гран буксами которые закрывались плавно за счет большого числа оборотов, и медленно перекрывающих поток, заменяются современными шаровыми кранами, останавливающими поток всего за четверть оборота одним движением руки. Заметнее всего гидравлический удар проявляется только в стальных или чугунных трубопроводах при большой скорости потока. Он происходит тогда, когда движущаяся с некоторой скоростью жидкость вдруг встречает на своём пути жёсткое препятствие, которым бывает заслонка или кран. В результате жидкость останавливается, и её кинетическая энергия превращаются в потенциальную – потенциальную энергию упругого сжатия жидкости, а также потенциальную энергию упругого растяжения стенок трубы. Всё это приводит к тому, что давление в месте остановки стремительно возрастает, значение давления тем больше, чем была выше скорость жидкости и чем меньше ее сжимаемость, а также чем больше жесткость трубопровода. Это повышение давления и является гидравлическим ударом внезапно остановленной жидкости. Когда жидкость ускоряется или замедляется, ударная волна начинает совершать колебания вперед и назад пока не затухнет. Частоту этих колебаний можно рассчитать по следующей формуле:

µ = 2L/а

µ — продолжительность цикла колебаний;

L — длина трубопровода;

а — скорость волны (м/с).

Скорость волны в трубопроводах из различного материала с чистой водой приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Материал трубопровода	Скорость волны (м/с)
Сталь	900-1300
Чугун	1000-1200
Пластик	300-500

Если трубопровод выполнен из эластичных материалов, то это значительно снижают силу гидравлического удара, за счет увеличения объём трубы или шланга в месте остановки жидкости. Если в трубе находится воздух и по мере продвижения жидкости он не успевает полностью покинуть трубопровод с нужной скоростью, то присутствие воздуха также способно предотвратить сильный гидравлический удар. Воздух в этом случае играет роль амортизатора, в котором плавно повышается давление, и потому он оказывает всё большее сопротивление, движению жидкости, постепенно замедляя её. Эти принципы используются в большинстве устройств применяемых для защиты трубопроводов от гидравлических ударов.

Виды гидравлических ударов

В зависимости от времени распространения ударной волны и времени закрытия задвижки (заслонки, крана или клапана), в результате которого возникает гидравлический удар, можно отметить два вида ударов:

Полный гидравлический удар, при котором ударная волна движется в направлении, обратном первоначальному направлению протока жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно также несколько циклов повторного прохождения ударной волны в прямом и обратном направлениях. Полный удар возникает тогда когда время на закрытие задвижки или другой запорной арматуры меньше чем время движения ударной волны.
Неполный гидравлический удар при котором фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит дальше сквозь не до конца закрытую задвижку или другую запорную арматуру. Неполный удар возникает тогда когда время на закрытие задвижки или другой запорной арматуры больше чем время движения ударной волны

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов при эксплуатации оборудования

Поговорим о том, как можно предотвратить гидравлический удар. Гидравлический удар может вызвать порывы трубопроводов, разрушения деталей приборов и другого оборудования, неправильную отработку отдельных устройств (реле давления, реле времени, датчиков давления и других устройств). На практике приходилось сталкиваться со следующим случаем. В системе водоснабжения установлен скважинный погружной насос, реле давления и гидроаккумулятор. При отсутствии разбора воды реле давления должно отключить насос, а на самом деле идет дребезг контактов 3-4 и даже больше раз реле включается и выключается. Причина ложных срабатываний реле давления заключалась в том, что гидроаккумулятор и реле находились друг от друга на значительном расстоянии. При такой схеме монтажа гидроаккумулятор не успевал компенсировать гидравлические удары при отключениях насоса. Для предотвращения ложных отработок реле давления необходимо чтобы всегда реле или датчик находились как можно ближе к гидроаккумулятору. А сам гидроаккумулятор должен быть подсоединен е системе водоснабжения трубой или шлангом того же диаметра что и подсоединительный патрубок на самом баке. Сила гидравлического удара снижается за счет увеличения времени срабатывания запорных устройств, а вблизи возможных мест возникновения гидравлических ударов монтируются предохранительные и обратные клапана, вибровставки или компенсаторы, и специальные вставки с воздушной подушкой принимающие на себя удар. Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидравлическом ударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или для его полного предотвращения необходимо:

уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, за счет увеличения его диаметра;
установить демпфирующие устройства (так называемые «хлопушки») в местах возможного появления ударов;
увеличить время закрытия клапанов и задвижек, смонтированных на системе;
повысить прочность слабых элементов гидравлической системы.

Очень наглядным примером гидравлических ударов является кавитация. При возникновении кавитации, каждое схлопывание пузырька воздуха на поверхности рабочего колеса сопровождается микро гидравлическим ударом. Такие микро удары, происходящие на рабочих поверхностях в миллионных количествах в течение длительно времени способны разрушить поверхность рабочих элементов насоса. Сопровождается кавитация повышенной шумностью в работе оборудования.

И в заключении хотелось отметить следующее. При соблюдении всех выше перечисленных условий по снижению силы гидравлических ударов, система водоснабжения и все установленное в ней оборудование могут работать надежно и плодотворно в течение длительного срока эксплуатации.

Спасибо за внимание.

P.S. Не упустите возможность сделать доброе дело: нажмите на кнопки социальных сетей расположенных ниже, в которых вы зарегистрированы, чтобы и другие люди тоже получили пользу от этого поста. БОЛЬШОЕ СПАСИБО!

Еще похожие посты по данной теме:

nasos-pump.ru

ТЕМА 5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБОПРОВОДАХ — Мегаобучалка

Гидравлическим ударом называется резкое изменение давления в напорном трубопроводе вследствие внезапного изменения скорости движения жидкости в нем по причине полного или частичного закрытия задвижки, включения или выключения насоса.

Теоретическое обоснование явления гидравлического удара в трубах и разработка метода его расчета принадлежат крупнейшему русскому гидромеханику Н.Е. Жуковскому.

При мгновенном закрытии крана непосредственно возле задвижки образуется область возмущения А вследствие перехода кинетической энергии остановившихся слоев жидкости в потенциальную энергию, которая вызывает расширение стенок трубопровода и сжатие жидкости (рис. 5.1). Таким образом, с учетом деформации стенок трубопровода и сжимаемости жидкости, явление гидравлического удара можно назвать упругим ударом, сопровождающимся волновым характером изменения давления вдоль трубы (рис. 5.2).


А – область возмущения; ро – начальное давление в трубе; - ударное повышение давления Рисунок 5.1 – К понятию гидравлического удара	Рисунок 5.2 – График изменения давления во времени при гидравлическом ударе

Указанная упругая деформация жидкости и трубы, распространяющаяся в направлении от крана к баку, происходит с очень большой скоростью , называемой скоростью ударной волны. Величину определяют по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

(5.1)

где – модули упругости соответственно жидкости и материала трубопровода (см. Приложение 7), Па;

d – диаметр потока (внутренний диаметр трубы), мм;

– толщина стенки трубы, мм.

Явление гидравлического удара характеризуется еще одним основным параметром , называемым ударным повышением давления. Его величина зависит от вида гидравлического удара:

- при полном гидравлическом ударе:

(5.2)

где ρ – плотность жидкости, кг/м3;

– средняя скорость движения жидкости до закрытия задвижки, м/с;

– скорость распространения ударной волны, м/с.

Этот вид удара имеет место при выполнении неравенства:

	(5.3)
	(5.4)

где l – длина трубопровода, равная расстоянию от задвижки до бака;

ауд – скорость распространения ударной волны;

Т – фаза гидравлического удара, с;

- при неполном гидравлическом ударе:

(5.5)

Вследствие резкого повышения давления при гидроударе могут возникать осложнения в нормальной работе трубопровода вплоть до разрыва его стенок и аварий оборудования насосных станций. Поэтому для предотвращения нежелательных последствий гидроудара необходимо соблюдение неравенства:

(5.6)

где – допустимое для материала напряжение на разрыв, Па;

– величина расчетного значения напряжения в стенках

трубопровода, равного:

(5.7)

где – полное избыточное давление в трубопроводе, Па;

d и – соответственно внутренний диаметр и толщина стенок

трубопровода, мм;

– соответственно начальное и атмосферное давление, Па.

Таким образом, гидроудар в трубе является нежелательным процессом, который надо всячески избегать и не допускать. И если нельзя полностью исключить его, то по мере возможностей избегать ситуацию прямого (полного) гидроудара. Как видно из анализа формулы (5.5) это можно сделать за счет увеличения времени закрытия крана tзакр и уменьшения длины рассматриваемого напорного трубопровода l.

Пример 15

Рисунок 5.3 – К примеру 15

Трубопровод (рис. 5.3), имеющий длину l = 20 м и внутренний диаметр d = 50 мм мгновенно закрывается задвижкой (tзакр 0). Определить ударное повышение давления в трубе, если глубина погружения центра тяжести проходного сечения трубы под свободную поверхность жидкости в открытом резервуаре равна h = 4 м. Толщина стенки стальной трубы = 6 мм. Жидкость – вода. Принять гидравлический коэффициент трения λ = 0,03.

Дано: d = 50 мм; l = 20 м; tзакр 0; h = 4 м; = 6 мм; λ = 0,03.

Решение

Поскольку трубопровод является простым, начальную скорость в трубе найдем по формуле

где по условию задачи

располагаемый напор

Имеем

Из Приложения 10 принимаем ρж = 1000кг/м3; Еж = 2,06·109 Па и Етр = 206·109 Па.

Находим скорость распространения ударной волны

Ударное повышение давления в трубе

Ответ: = 3,44 МПа

Пример 16

По стальному трубопроводу длиной l = 2 км, диаметром d = 300 мм и толщиной стенки = 10 мм подается вода. Определить силу давления на запорный диск задвижки, установленной в конце трубы, если время ее закрытия tзакр = 3 с, а объемный расход = 0,1 м3/с; диаметр запорного диска D = 0,35 м.

Дано: l = 2 км = 2000 м; d = 300 мм; = 10 мм;

tзакр = 3 с; = 0,1 м3/с; D = 0,35 м;

жидкость – вода; материал стенок – сталь

Найти: F и .

Решение

Определяем среднюю скорость в трубе до закрытия задвижки

По приложению 7 для пары «вода + сталь» принимаем ρж = 1000кг/м3; Еж = 2,06·109 Па и Етр = 206·109 Па.

Находим скорость распространения ударной волны

Вычисляем фазу гидравлического удара:

Так как выполняется условие tзакр < Т, то имеет место полный гидравлический удар.

Повышение давления при полном гидроударе вычисляем по формуле Н.Е. Жуковского:

Находим величину силы давления, действующей на запорный диск:

Определяем напряжение в стенке трубы

Допустимое напряжение на разрыв стали, из которой изготовлен трубопровод Неравенство (5.6) выполнено.

Ответ: F = 1,7 · 105 = 26,7 МПа.

Задача 86. По трубопроводу, имеющему от напорного бассейна до затвора длину ℓ, диаметр d и толщину δ, проходит вода в количестве . Начальное давление перед затвором р0. Какое будет полное давление р в трубопроводе в его конце при внезапном закрытии затвора и через какое время t это давление распространится до напорного бассейна? Исходные данные к задаче приведены в табл. 86

Таблица 86

Исходные данные	Ед. изм	Значения для вариантов

ℓ	м
d	мм
δ	мм
,10-3	м3/с
р0	кПа	196,2
Виды труб		Сталь углер.	Сталь легир.	Чугун белый	Асбесто-цемент.	Чугун черн.

Задача 87. Трубопровод, имеющий размеры: диаметр d, толщину стенок δ и длину ℓ от напорного бака до задвижки, пропускает расход жидкости . Определить, в течение какого времени tзакр надо закрыть задвижку, чтобы максимальное повышение давления в трубопроводе было в 3 раза меньше, чем при мгновенном закрытии задвижки. Исходные данные к задаче приведены в табл. 87

Таблица 87

Исходные данные	Ед. изм	Значения для вариантов

d	мм
δ	мм			1,5	4,5	2,5
ℓ	м
,10-3	м3/с		6,3	0,2
Виды труб		Сталь углер.	Орг. стекло	Сталь легир.	Сталь углер	Латунь
Вид жидкости		Вода	Спирт	Диз. топливо	Нефть	Керосин

Задача 88. Определить ударное давление в трубопроводе с размерами: диаметр d, толщина стенок δ и длина ℓ в случае мгновенного закрытии затвора, расположенного в конце трубопровода. Начальная скорость движения жидкости υ0, начальное давление pо. В течение какого времени tзакр следует закрыть затвор, чтобы повышение давления при ударе не превышало р1. Исходные данные к задаче приведены в табл. 88

Таблица 88

Исходные данные	Ед. изм.	Значения для вариантов

d	мм
δ	мм
ℓ	м
υ0	м/с	0,95	1,6		1,4	1,2
pо	МПа	0,6	0,5	0,52	0,35	0,6
р1	МПа	0,8	0,65	0,7	0,5	0,75
Вид жидкости		Вода	Керосин	Диз. топл	Бензин	Вода
Виды труб		Чугун белый	Сталь углер	Чугун черн.	Сталь углер	Чугун белый

Задача 89. Определить толщину стенок трубопровода, чтобы напряжение в них от повышения давления при мгновенном закрытии затвора не превышало σ. Диаметр трубопровода d, скорость движения жидкости в нем до закрытия затвора υ0. Задачу решить методом последовательного приближения, задавшись ориентировочно скоростью ударной волны в интервале 400…450 м/с для труб из полиэтилена и 900…1300 м/с для труб из других материалов. Исходные данные к задаче приведены в табл. 89

Таблица 89

Исходные данные	Ед. изм.	Значения для вариантов

σ	МПа	14,7	2,6	13,5	1,8	22,5
υ0	м/с	1,5	0,85	1,1	0,75	1,3
d	мм
Вид жидкости		Вода	Бензин	Вода	Керосин	Вода
Виды труб		Чугун белый	Алюм. вальц.	Сталь легир.	Поли-этил	Сталь углер.

Задача 90. Трубопровод с размерами: диаметром d, толщиной стенок δ и длиной ℓ пропускает расход жидкости при давлении р0. Определить, через сколько секунд при резком закрытии затвора ударное давление руд возле него будет наибольшим, а также величину этого давления. Затвор закрывается в течении времени tзакр. Исходные данные к задаче приведены в табл. 90

Таблица 90

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

d	мм
δ	мм
ℓ	м
,10-3	м3/с	4,7	9,8	9,0	56,5
pо	МПа	0,12	0,15	0,14	0,45
tзакр	с	1,0	0,5	0,5	1,0
Вид жидкости		Бензин	Керосин	Спирт	Турбин 30
Виды труб		Сталь углеродистая	Сталь легированная

Задача 91. Жидкость поступает из бака в трубопровод, имеющий внутренний диаметр d, толщину стенки δ, длину ℓ и движется в нем равномерно, при этом расход равен , давление перед затвором, установленным на конце трубопровода, pо .

Определить повышение давления и напряжение в стенке трубы перед затвором при резком закрытии последнего в течение времени tзакр . Исходные данные к задаче приведены в табл. 91.

Таблица 91

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

ℓ	м
d	мм
δ	мм			2.0	2.5
	л/с
pо	МПа	0.20	0.20	0.15	0.14
tзакр	с	1.1	2.0	0.5	0.2
Материал трубы	Чугун белый	Сталь углер..
Вид жидкости	Вода	Минер. масло

Задача 92. Определить ударное и полное значение избыточного давления в трубопроводе при внезапном закрытии задвижки. Исходные данные к задаче приведены в табл. 92.

Таблица 92

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

δ	мм			5.5
d	мм
υ	м/с	1.3	1.6	1.9	1.4
pо	МПа	0.15	0.25	1.5	0.14
Вид жидкости	Вода	Керосин
Материал трубы	Сталь легир.	Чугун черн.

Задача 93. Определить начальную скорость u0 движения жидкости в трубопроводе с задвижкой, в которой имеет место гидравлический удар. Установить также вид гидравлического удара. Исходные данные к задаче приведены в табл. 93.

Таблица 93

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

ℓ	м
d	мм
pо	МПа	0.12	0.15	0.2	0.16
σ	МПа
δ	мм				5.5
tзакр	с	0.2	0.1	0.5	0.8
Вид жидкости		Глицерин	Бензин
Виды труб		Полиэтилен	Латунь

Задача 94. Определить ударное повышение давления и напряжение в стенке трубы s перед задвижкой при резком ее закрытии. Исходные данные к задаче приведены в табл. 94.

Таблица 94

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

d	мм
,10-3	м3/с	4.0	6.0
δ	мм			4.5
р0	МПа	0.13	0.2	0.3	0.23
Вид жидкости		Масло инд. 50	Нефть
Виды труб		Асбестоцем.	Чугун белый

Задача 95. Какой вид гидравлического удара будет происходить в трубопроводе, оснащенного задвижкой, при резком ее закрытии? Чему равно ударное повышение давления? Исходные данные к задаче приведены в табл. 95.

Таблица 95

Исходные данные	Единицы измерения	Значения для вариантов

ℓ	м
δ	мм
d	мм
tзакр.	с	0.2	1.5	0.1	1.1
u0	м/с	1.1	1.14	2.4	1.9
р0	МПа	0.12	0.3	0.15	0.2
Вид жидкости		Дизельное топливо	Спирт
Виды труб		Резина	Сталь легир.

megaobuchalka.ru

Гидроудар в трубопроводе | Защита от гидроудара

Здравствуйте, друзья! Одной из частых причин аварий трубопроводов тепловодоснабжения является гидроудар. В результате резкого снижения скорости течения жидкости в трубах значительно возрастает давление. Происходит это, когда жидкость во время движения сталкивается с преградой на своём пути. Такими преградами могут быть воздушная пробка или запорная арматура. В результате скорость течения фронтовой части потока жидкости значительно снижается, а вот тыльная часть продолжает двигаться с той же скоростью, в результате чего происходит местное увеличение объема жидкости и возрастание давления в трубе. Сопровождается это процесс, как правило, стуками, щелчками, шумом.

Гидроудар

Величина давления в этот момент может увеличиться в несколько десятков раз. При этом элементы системы испытывают существенные нагрузки, которые неизбежно приводят к авариям и поломкам трубопроводов. Сопровождается это длительными перебоями в тепло и водоснабжении, порчей имущества и незапланированными расходами. Причиной изменения скорости течения жидкости в системе также может быть резкое закрытие-открытие вентилей, кранов, задвижек (современная сантехника позволяет это сделать).

Поэтому простейшим способом защитить себя от гидроудара является плавное отключение и включение водопроводных и отопительных систем. Это приводит к тому, что давление в трубах увеличивается постепенно. И не смотря на то, что в итоге величина его не уменьшается, интенсивность воздействия на стенки трубопровода снижается. Если в системе находится воздух, то при открытии крана (вентиля) происходит его столкновение с жидкостью, в результате чего она сжимается. Это приводит к резкому возрастанию давления и, как следствие, различного рода поломкам и авариям.

Наиболее подвержены гидроударам системы с протяженным по длине трубопроводом. Такой системой является «теплый пол». Чтобы застраховаться от возможных неприятностей, лучше доверить установку термостатического клапана специалистам. Защититься от гидроудара можно также установив центробежные насосы с автоматической регулировкой. С помощью программного обеспечения они самостоятельно регулируют напор жидкости и давление в системе.

Важнейшим элементом систем тепло- и водоснабжения является демпфер или, как его ещё называют, гидроаккумулятор, или компенсатор гидроудара. Он представляет собой герметичную чаще стальную емкость, снабженную эластичной мембраной и стальным клапаном. Демпфер отводит лишнюю жидкость и, тем самым, снижает давление в системе, а значит, защищает от гидроудара. Наличие в системе гидроаккумулятора существенно продляет срок службы стиральной и посудомоечной машин.

Для того, чтобы защитить систему от резкой остановки насоса, её необходимо оснастить специальным клапаном диафрагменного типа с жестким уплотнителем (клапаном гидроудара). Он устанавливается за обратным клапаном на отводе от трубопровода возле насоса. Клапан приводится в действие давлением жидкости и является надёжной защитой от гидроудара.

Замена части жесткой трубы перед термостатом на пластиковую длиной порядка 20-30 мм также поможет снизить риск воздействия на трубопровод гидроудара. Пластик сам по себе является довольно эластичным материалом, способным самопроизвольно гасить воздействие гидроудара. Особенно это актуально для длинного трубопровода. В этом случае размер пластиковой трубы следует увеличить на 10 см.

Есть ещё один вариант защиты: применение термостата со специальной защитой от гидроудара. Принцип его работы состоит в том, что в случае возникновения в системе избыточного давления срабатывает пружина, установленная между клапаном и термоголовкой. Она не дает клапану полностью закрыться, а как только воздействие гидроудара уменьшается, клапан самопроизвольно перекрывается.

Последствиями гидроудара являются выход из строя оборудования, трещины и прорывы трубопровода. Предотвратить это явление можно, своевременно производя ремонт и модернизацию инженерных систем, а также правильно эксплуатируя канализационные, отопительные и водопроводные трубопроводы.

teplosniks.ru

Гидроудар системы отопления и как его избежать

Гидроудар в системе отопления из медных труб

Содержание:

Явление гидравлического удара уже давно привлекало внимание многих ученых разных страх.

Особый интерес к этому вопросу в свое время проявил ученый Н.Е. Жуковский. Его работа, рассказывающая о природе возникновения гидроудара, считается по праву классической. С началом внедрения электронно-вычислительных машин произошел явный прогресс в методике вычисления гидравлического удара. Методика проведения расчетов значительно улучшилась.

Каждому из нас знакомы возникающие иногда щелчки и стуки в трубах системы отопления. Это может быть связано с тем, что стали все чаще отключать электроэнергию. Поэтому вопросу защиты от гидроудара необходимо уделять особое внимание.

В основном же люди не придают этому большого значения и не видят серьезных угроз. Однако последствия данного факта могут быть плачевными.

Гидроудар в системе водоснабжения может привести к повреждению и раскопу оборудования. Кроме этого, возможно образование трещин в трубопроводе. Чтобы избежать аварийных ситуаций, достаточно соблюдать простые правила эксплуатации и модернизации инженерной сети.

Основные причины возникновения

Причины возникновения

Когда в системе водоснабжения происходит резкое, но мощное и непродолжительное повышение давления, тогда и возникают характерные стуки и щелчки в трубах.

Это является следствием того, что жидкость, циркулирующая по контуру, резко приостанавливается, и происходит ее торможение.

Существует несколько причин, которые приводят к возникновению гидравлического удара. Рассмотрим их подробнее:

В случае поломки насосного агрегата или же его аварийного отключения;
Когда из контура не выводиться воздух. Перед тем, как включить систему и заполнить его жидкостью, воздух обязательно нужно выпустить через специальные краны;
Когда вентили, перекрывающие циркулирующий поток, резко закрываются.

Самой распространенной считается последняя причина. Это связано с появлением шаровых кранов. Когда отключалась или запускалась жидкость в контуре, старые устройства обеспечивали плавную подачу и перекрытие.

Это осуществлялось с помощью ритмичного раскручивания крановых бюкс. Винтовые краны считаются более безопасными, так как они не позволяют подниматься давлению выше критической нормы.

Смотрите видео-фильм о причинах возникновения гидроударов и всех процессах, происходящих в это время в трубах:

То же самое происходит в контуре, если перед включением в нем не выведен воздух. Шаровое устройство открывается и, таким образом, возникает столкновение запускаемой жидкости с воздушным потоком.

В данном случае воздух можно сравнить с пневматическим амортизатором. Поэтому, если в своей системе коммуникаций вы услышите хлопки или щелчки, то обязательно обратите на это внимание.

В противном случае может случиться так, что ваша система водоснабжения просто не выдержит давления, так как его уровень может возрасти до отметки нескольких десятков атмосфер.

Демфер как способ защиты

Когда сильный поток воды с большой скоростью движется по коммуникационной системе, то на его пути возникает барьер, в который он врезается. В качестве преграды может выступать либо воздушный столб, либо же запорная арматура.

Столкнувшись с воздухом, происходит сжимание жидкости. Трубы в свою очередь тоже немного растягиваются, что может привести к негативным последствиям.

Когда появились щелчки в трубопроводах

Если в своем доме вы часто слышите щелчки и стуки, то это значит, что ваша инженерная коммуникация организована совершенно неграмотно.

Это возникает из-за того, что большие трубы сопрягаются с трубами, диаметр которых значительно меньше.

Таким образом, когда жидкость циркулирует по контуру с определенной скоростью, то на ее пути возникает преграда, в которую она упирается.

Скорость не меняется, но происходит замедление разгрузки и увеличение объёма жидкости, вследствие чего и увеличивается давление.

В этом месте должна осуществляться разгрузка воды по разным реестрам. Если этого не происходит, то высокое давление может привести к прорыву.

Что будет с системой после гидроудара?

Последствия гидравлического удара — разрыв радиаторов

Как вы уже поняли, барьер, встречающийся на пути движущейся жидкости, создает давление.

Фактически оно не имеет определенных критических значений. Несколько десятков атмосфер может превратиться в гораздо большую величину.

Инерция воды, постоянно воздействуя на систему коммуникаций, может привести к разрушению жестких деталей оборудования, резьбовых соединений и трубопровода в целом.

Больше всего неприятностей гидравлические удары доставляют длинным трубопроводам. Например, «теплый пол» имеет длинные трубы.

Чтобы предотвратить возникновение гидравлического удара в системе, необходимо прикрепить термостатический клапан к «подпольному» отопительному контуру.

Эта деталь выполняет функцию регулирующего устройства. Однако он защитит ваш пол только в том случае, если будет правильно установлен. Если же установка будет произведена неправильно, то термостатический клапан создаст только внеочередную угрозу.

Термостатический клапан монтируется на входе теплоносителя в систему. Когда происходит его перекрытие, то вода еще определенное время продолжает двигаться по инерции.

После клапана расположен участок контура, в котором возникает вакуум. Однако разница давления в нем не выходит за рамки одной атмосферы. Перепады не наносят вред трубопроводу, ведь стандарты оборудования составляют 4 атмосферы. Перекрытие движения потока осуществляется также клапаном, который установлен на выходе из системы.

Смотрите короткое видео, которое наглядно и схематично, на примере резиновой трубки и лейки, покажет что возникает в трубах с воздухом при гидравлическом ударе:

Когда жидкость сталкивается с барьером, то на нее давит следующая порция воды. Таким образом, происходит растягивание, ломка и крушение стенок трубопровода. Напор составляет 10, а иногда и больше атмосфер.

Для того чтобы защитить трубопровод от разовых, или периодических гидроударов, необходимо нейтрализовать их действия или снизить силу.

Способ защиты «плавное перекрытие»

Снижение давления возле заглушки

Согласно стандартам эксплуатации теплосетей включать и отключать систему нужно плавно.

Эти правила разработаны не только для промышленных поставщиков, но и для индивидуальных пользователей. Если отключение и включение осуществляется плавно, то возникает замедление во времени гидравлического удара.

Таким образом, действие энергия гидроудара в зоне барьера не является кратковременным.

Происходит перераспределение энергии на несколько отрезков времени. Вследствие этого, мощность удара не такая сильная.

Вывод: Чтобы защитить свой трубопровод от повреждений и разрушений, необходимо плавно повышать и снижать давление, скорость и объём теплоносителя.

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.

Помните: Метод шунтирования используется только в автономных сетях, где установлены новые трубопроводы, сделанные из качественных материалов. Центральные городские коммуникации имеют много ржавчин и осадков. Все это приведет к быстрому засорению отверстия.

Термостат со специальной защитой.

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.

otoplenievdoma.ru

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

Гидроудар — это кратковременный, резкий и существенный скачок давления в системе, заполненной жидкостью

Не заметить такое коммунальное бедствие, как гидроудар в водопроводе, очень трудно. Он сопровождается щелчком, шумами, стуком в трубе. И слышат эти непонятные звуки все, но всегда принимают меры. А ведь это опасно – оборудование повреждается, образуются трещины, трубы раскалываются. Потому нужно делать все, чтобы избежать удара, а также вовремя модернизировать оборудование.

Причины гидроудара в системе отопления

Инженерные коммуникации в системе частного дома могут быть изначально устроены не совсем верно. Если в них слышны стук и щелчки, то огромная вероятность, что этот тот самый удар, кратковременное повышение давления. Случается оно от внезапно прекращенного движения жидкости по контуру и, наоборот, от внезапного возобновления движения воды.

Поток жидкости всегда движется с какой-то скоростью, и тут он сталкивается с некой преградой. Это воздух или запорная арматура. Скорость движения меняется не тут же, но объем-то увеличивается очень быстро. Получается, что давление растет, и достигается 10 атмосфер. Бывают и большие показатели. И куда деваться этим «излишкам»? Вот и выходит, что труба ничего более иногда не может, как разорваться.

Причины гидроудара в трубопроводе:

Остановка, поломка, запуск насоса, и, что тоже бывает, его аварийное отключение;
Воздух в самой системе;
Резкая остановка водного потока в контуре.

В последнем случае произойти это может из-за быстрого открытия и закрытия запорных элементов, задвижек, кранов и прочее. И это случается все чаще, потому что вентильные краны с «старомодным» плавным ходом практически вытеснили шаровые устройства, более резкие, так сказать. В этом плане эффективность вентильных кранов выше.

Последствия гидроудара в системе водоснабжения

Если на потоке жидкости возникает какой-то барьер, формируется давление, расти оно, чисто теоретически, может бесконечно. И жесткие элементы, как несложно догадаться, подвергаются огромным нагрузкам. Потому они разрушаются: либо резко, либо постепенно. То есть самое главное последствие такого удара – это разрушение трубы.

Разрушается и оборудование тепловых сетей, разрываются сами отопительные приборы, долгое время может отсутствовать водоснабжение и теплоснабжение. Сам человек рискует в момент аварии получить ожог. Наконец, может случиться затопление квартиры, ее имущества и т.д.

Самые уязвимые, если произойдет гидравлический удар, являются длинные трубы. Тот же теплый пол, который сегодня устраивают и в частых домах, и в жилищах многоквартирного дома. И чтобы такую систему уберечь, следует устанавливать специальный термостатический клапан. Только пусть его устанавливают грамотные специалисты, процесс этот ответственный.

Простая защита от гидроудара в условиях квартиры

Все, что вы точно всегда в силах сделать сами – это правильно включать и выключать запорную арматуру. Это касается и квартир, и домов, это правила эксплуатации. Никаких резких движений, ничего такого, что будет «стрессом» для системы.

Почему так важно плавное включение/выключение:

Они растягивают во временном отношении процесс повышения давления;
Выходит так, что энергия гидроудара не идет со всей своей силой за один раз, она распределена на временные отрезки;
Да, суммарная сила удара не изменится, но вот мощность значительно уменьшится.

Всегда то, что делается вручную, можно доверить автоматике. Ну или почти всегда. Программное оборудование к тому же отслеживает состояние давления, что позволяет ему автоматически регулировать напор. А если вы решитесь на комплексную модернизацию системы, то лучшего решения просто не найти. Это оптимальная профилактика гидроудара.

Понятие компенсатора гидроудара, гидроаккумулятора, демпфера

Компенсатор гидроудара иначе называется демпфер. Можно встретить и название «гидрокомпенсатор», «гидроаккумулятор». Это такой многофункциональный гаситель, умеющий справляться сразу с тремя задачами – аккумулировать жидкость, принимать ее избыток из системы (снижая тем самым давление в системе), и гасить гидроудар, если тот неминуем.

А выглядит компенсатор как стальной герметичный бак, имеющий эластичную мембрану, со встроенным воздушным клапаном. Он может быть совсем маленьким, или иметь довольно внушительные габариты. У нас его имеют далеко не во всех квартирах, а во многих странах Европы вам просто не выдадут гарантию на бытовую технику, если не установлен гидрокомпенсатор.

А для защиты насосной станции используют специальный клапан. Он «умеет» быстро сбрасывать давление, устанавливают его уже после обратного клапана рядом с насосом. Можно с уверенностью сказать, что это надежный предохранитель системы, вследствие чего гидродинамический удар не страшен.

Как обнаружить гидроудар в трубопроводе (видео)

Для многих хозяев те процессы, что происходят в котле и трубах, темный лес. Но иногда стоит вникнуть поглубже в простейшие бытовые процессы, механизмы функционирования коммуникаций, чтобы не стать жертвой коммунальной аварии.

Будьте предусмотрительны!

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

homeli.ru