2 причины и методы борьбы с гидроударом в системе водоснабжения. Гидроудары в трубопроводах
Гидроудар в трубопроводе – причины и последствия
Кран с питьевой водой в каждом доме – это не роскошь, а достижение прогресса, но лишиться такого приятного удобства можно в один миг, если образовался гидроудар в трубопроводе. Гидравлический удар может стать причиной не только отсутствия воды, но и привести к затоплению квартиры.
![схема гидравлического удара в трубопроводе Фото: схема гидравлического удара в трубопроводе](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/uploads/2017/11/gidravlicheskogo-udara-v-truboprovode.jpg)
О том, каким образом возникает такое опасное явление и как его избежать, будет подробно рассказано в данной статье.
Краткое содержание статьи
Природа гидравлического удара в трубопроводах
Гидроудар – это ударная волна, которая распространяется по поверхности водопровода, а также по элементам арматуры. Разрушительное действие такого явления связано, прежде всего, с невозможностью жидкости сжиматься.
Если воду можно было, например, как газ сжать в несколько раз, то трубы не разрывались бы от резкого увеличения давления. Чрезмерное давление возникает в том случае, когда движение жидкости резко останавливается, но вызвать гидроудар могут и другие явления в системе водоснабжения .
Причины
![гидравлический удар в трубопроводе Фото: гидравлический удар в трубопроводе](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/uploads/2017/11/gidroudar-v-truboprovode-300x202.jpg)
Причиной гидроудара могут также стать:
- Резкое включение или выключение мощного насоса.
- Воздушные пробки имеющиеся в контуре водопровода или отопления.
Включение и отключение насоса может быть спровоцировано нестабильным электроснабжением объекта, на котором находятся мощные насосные станции для перекачки воды. Воздушные пробки также занимают не последнее место в возникновении такого опасного явления, поэтому прежде чем эксплуатировать замкнутые системы с жидкостью, следует убедиться в полном отсутствии воздуха в них.
Последствия
![разрыв трубы фото - разрыв водопроводной трубы](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/uploads/2017/11/razryv-truby-300x225.jpg)
В результате такого воздействия водоснабжение объектов, к которым подведена водопроводная труба, полностью прекращается. К сожалению, последствия такого явления не ограничиваются только отсутствием воды в кране.
Если разрыв трубы произошёл в многоквартирном доме, то после разрыва трубы и попадания жидкости в жилое помещение будет повреждено имущество владельцев квартиры, а также соседей этажом ниже.
Если разрывается магистральная труба водопровода, по которой снабжается водой целый район города, то авария уже может расцениваться как ЧП.
В результате такого происшествия жильцы десятков многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации, так как все бачки унитазов запитываются от трубы холодного водоснабжения. Воспользоваться душем, даже при неповреждённом трубопроводе с горячей водой, также вряд ли получится.
Если в результате гидравлического удара повреждается труба с горячей водой, то такое происшествие, кроме материального ущерба, может привести к серьёзным ожогам. Особенно опасна может быть разгерметизация системы отопления, в которой теплоноситель всегда находится под значительным давлением, а температура жидкости составляет более +70 градусов.
Смотреть видео
Последствия гидроударов в трубопроводах большого диаметра в черте города, могут быть также весьма плачевными. Кроме возможных травм, которые могут получить пешеходы, находящиеся рядом с местом аварии, значительное истечение жидкости очень часто приводит к парализации участка автодороги, особенно в том случае, когда на данном участке осуществляется перевозка пассажиров транспортом работающем на электрической тяге.
Последствия от возникновения гидроудара, могут привести к значительному ущербу, поэтому так важно научиться предотвращать появление резкого усиления давления в трубопроводах.
Способы защиты
![ремонт водопроводной трубы Фото: ремонт водопроводной трубы](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/uploads/2017/11/remont-vodoprovodnoi-truby-300x158.jpg)
Значительно снизить вероятность возникновения гидравлического удара, можно если следовать следующим правилам при проведении монтажа водопроводов и их эксплуатации.
- При запуске водопровода или отопления в эксплуатацию, запорные элементы арматуры должны открываться очень медленно. Перекрытие подачи жидкости, также должно осуществляться очень плавно. Плавное закрытие и открытие запорной арматуры должно осуществляться не только на промышленных объектах, но и при запуске водоснабжения и отопления в частном доме. Чрезмерное давление при возникновении гидравлического удара способно легко повредить домашние коммуникации, поэтому не стоит пренебрегать правилами технической безопасности, в случае когда вода в частном доме подаётся со значительным давлением.
- Если в системе водопровода или отопления установить автоматические устройства плавного открытия и закрытия запорной арматуры, то можно полностью исключить человеческий фактор при возникновении гидравлического удара. Конечно, при использовании электроники, водопроводные системы становятся зависимыми от электрического тока, но, чтобы полностью исключить вероятность выхода из строя по причине установленных автоматов, необходимо оборудовать такие механизмы резервным источником электроэнергии. Такая подстраховка абсолютно необходима, как на крупном предприятии, так и для нормального функционирования коммуникаций расположенных в частном доме. Автоматической регулировкой рекомендуется оснастить и насосные станции. В этом случае, также можно избежать гидроудара от резкого перепада давления в результате включения или отключения мощного насосного оборудования.
- Применение гидроаккумуляторов и демпферных устройств, также позволяет свести к минимуму последствия резкого увеличения давления в водопроводной сети. Такие устройства обычно состоят из металлического корпуса с расположенной внутри мембраной. При возникновении гидроудара, мембрана перемещается, что позволяет вместить излишек жидкости. Когда угроза разрыва трубопроводаминует и давление уменьшится мембрана будет возвращена в исходное положение за счёт воздуха расположенного с обратной стороны.
- Для уменьшения давления в водопроводных сетях может быть использован предохранительный клапан, который открывается при достижении жидкости определённого значения. Такие устройства также способны предохранить трубопровод от разрушения, но для организации такого вида защиты, потребуется сделать дополнительную отводку от клапана к канализационной системе
- Для защиты от гидроудара в частном доме или квартире можно использовать очень простой способ, в котором компенсация чрезмерного давления осуществляется за счёт растяжения стенок трубопровода. Совсем необязательно производить монтаж отопления или водоснабжения с применением таких материалов, но участок трубопровода выполненный с использованием термостойкого каучука, способен полностью принять на себя гидроудар в небольшой системе.
- Шунтирование термостата, является эффективной мерой борьбы с гидроударом небольшой силы, поэтому такое “улучшение” автономного отопления может быть произведено только в частной системе отопления. Как правило, достаточно сделать отверстие диаметром 0,5 мм в основном клапане, чтобы при возникновении высокого давления излишек жидкости свободно перемещался в контур с холодной водой.
- Термостат с защитой установленный в систему отопления, также позволяет избежать такого опасного явления, как гидроудар. Принцип работы такого устройства заключается в том, что в основном клапане термостата располагается дополнительный небольшой механизм, который открывается вне зависимости от температуры жидкости. Такой внутренний клапан начнёт пропускать жидкость, когда давление теплоносителя приблизится к максимально допустимому значению, тем самым предохраняя трубы от разрыва.
Смотреть видео
Как защитить от гидравлического удара коммуникации в квартире
Разгерметизация водопровода в квартире может привести к очень серьёзным последствиям, особенно в том случае, когда вследствие прорыва, был причинён ущерб соседям, квартира которых расположена этажом ниже, где произошла авария.
На участке водопровода находящегося в квартире, могут быть установлены старые металлические трубы, которые со временем ржавеют и могут разрушаться в процессе эксплуатации, не говоря уже об убийственной” силе гидроудара.
ВАЖНО! Чтобы свести к минимуму вероятность возникновения протечки, рекомендуется установить краны вентильного типа, которые в силу конструктивной особенности не способны мгновенно перекрыть воду. Шаровые рычажные краны, которые так удобны не только на кухне, но и душе, могут стать причиной серьёзной аварии.
Несмотря на то что гидроаккумуляторы наиболее часто используются в частных домах, водоснабжение которых осуществляется посредством насоса находящегося в глубокой скважине, такие изделия помогут защитить и водопровод находящийся в квартире от гидроудара.
![винтовой кран для защиты от гидроудара Фото: винтовой кран для защиты от гидроудара](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/uploads/2017/11/vintovoi-kran-dlia-zashchity-300x284.jpg)
Самовольно устанавливать какие-либо приборы в системе централизованного отопления категорически запрещается. Чтобы защитить жилплощадь от возникновения гидроудара, следует допустить специалиста управляющей компании во время тестового запуска отопления.
Если все воздушные пробки будут вовремя удалены из радиаторов и трубопроводов, то можно будет не опасаться гидроудара, по причине соблюдения всех необходимых мер для предотвращения такого явления в котельной и на пути доставки теплоносителя в квартиру.
Чтобы уменьшить риск разгерметизации систем горячего водоснабжения, рекомендуется также заменить краны на винтовые конструкции, а трубопровод сделать из современных материалов, которые позволяют максимально эффективно справляться с избыточным давлением в трубопроводе.
Несколько слов о теории гидроудара
Возникновение гидравлического удара возможно только по той причине, что жидкость не сжимается настолько, чтобы произошла компенсация резкого скачка давления. При увеличении давления в одном месте его сила распространяется на весь участок трубопровода, и найдя “слабое звено” приводит к деформации либо разрушению материала.
Такой эффект возникающий в трубопроводах высокого давления был впервые обнаружен российским учёным Н. Е. Жуковским в конце XIX века. Жуковским также была выведена формула, по которой можно рассчитать минимальное время необходимое для закрытия крана, чтобы избежать опасного повышения давления в замкнутой системе водопровода.
Смотреть видео
Данная формула имеет следующий вид:
где:
- Dp – увеличение давления в Н/м2;
- р – плотность жидкость кг/м3.
- u0 и u1 – среднее значение скорости жидкости в трубопроводе до и после закрытия крана.
Учёный доказал, что скорость распространения ударной волны зависит прежде всего от диаметра и материала трубы. Также этот показатель зависит от степени сжимаемости жидкости.
Расчёт обязательно следует проводить только после того, как будет экспериментально установлена плотность воды, которая в зависимости от количества растворённый в ней солей может существенно различаться. Скорость распространения гидроудара всегда рассчитывается по следующей формуле:
где:
- с – скорость ударной волны;
- L – длина трубопровода;
- T – время.
Подставляя значения в данную формулу можно точно определить скорость распространения гидравлического удара. Гидравлический удар представляет собой волну, которая имеет колебания с определённой частотой.
Вычислить, при необходимости, количество колебаний в единицу времени также не составит большого труда. Достаточно воспользоваться следующей формулой:
где:
- М – продолжительность цикла колебаний;
- L – длина трубопровода;
- а – скорость волны (м/с).
Для упрощения вычислений ниже будут приведены показатели скорости ударной волны при гидравлическом ударе для труб из следующих материалов:
- Сталь – 900 – 1300 м/с;
- Чугун – 1000 – 1200 м/с;
- Пластик – 300 – 500 м/с.
Подставляя эти значения в формулу можно точно рассчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода определённой длины.
Такова теория гидравлического удара в самых кратких математических описаниях. При проектировании современных инженерных систем, для выполнения подобных расчётов, применяются мощные вычислительные машины, поэтому прибегать к ручному вычислению скорости и силы гидроудара нет никакой необходимости.
Заключение
Гидроудар в водопроводе может стать причиной серьёзных аварий в сфере ЖКХ. Особенно неприятными такие происшествия бывают в зимнее время года. Разрушение трубопровода отопления, может привести к переохлаждению и заболеванию людей, особенно когда без тепла остаются маленькие дети и пожилые граждане.
Смотреть видео
Поэтому чтобы максимально обезопасить себя от такого грозного явления, необходимо применять на практике все советы изложенные в данной статье.
Записи по теме: Опубликовано: Ноябрь 9, 2017![](/800/600/https/trubanet.ru/wp-content/plugins/wp-postratings/images/loading.gif)
trubanet.ru
Что такое гидравлический удар? Причины гидравлического удара в трубах
Гидравлический удар в трубопроводах представляет собой возникающий мгновенно скачок давления. Перепад связан с резким изменением в скорости движения водного потока. Далее подробнее узнаем, как возникает гидравлический удар в трубопроводах.
Основное заблуждение
Ошибочно считается гидравлическим ударом результат заполнения жидкостью надпоршневого пространства в двигателе соответствующей конфигурации (поршневом). Вследствие этого поршень не доходит до мертвой точки и начинает сжатие воды. Это, в свою очередь, приводит к поломке двигателя. В частности, к излому штока либо шатуна, обрыву шпилек в головке цилиндра, разрывам прокладок.
Классификация
В соответствии с направлением скачка давления гидравлический удар может быть:
- Положительным. В этом случае повышение давления происходит вследствие резкого включения насоса либо перекрытия трубы.
- Отрицательным. В данном случае речь идет о падении давления в результате открытия заслонки либо выключения насоса.
В соответствии со временем распространения волны и периодом перекрытия задвижки (либо прочей запорной арматуры), в течение которого образовался гидравлический удар в трубах, его разделяют на:
- Прямой (полный).
- Непрямой (неполный).
В первом случае фронт образовавшейся волны двигается в сторону, обратную первоначальному направлению водяного потока. Дальнейшее движение будет зависеть от элементов трубопровода, которые располагаются до закрытой задвижки. Вполне вероятно, что фронт волны пройдет неоднократно прямое и обратное направление. При неполном гидравлическом ударе поток не только может начать двигаться в другую сторону, но и частично пройти далее через задвижку, если она закрыта не до конца.
Последствия
Самым опасным считается положительный гидравлический удар в системе отопления либо водоснабжения. При слишком высоком скачке давления может повредиться магистраль. В частности, на трубах возникают продольные трещины, что приводит впоследствии к расколу, нарушению герметичности в запорной арматуре. Из-за этих сбоев начинает выходить из строя водопроводное оборудование: теплообменники, насосы. В связи с этим гидравлический удар необходимо предотвращать либо снижать его силу. Давление воды становится максимальным в процессе торможения потока при переходе всей кинетической энергии в работу по растяжению стенок магистрали и сжатия столба жидкости.
Исследования
Экспериментально и теоретически изучал явление в 1899 г. Николай Жуковский. Исследователем были выявлены причины гидравлического удара. Явление связано с тем, что в процессе закрытия магистрали, по которой идет поток жидкости, либо при ее быстром закрытии (при присоединении тупикового канала с источником гидравлической энергии), формируется резкое изменение давления и скорости воды. Оно не одновременно по всему трубопроводу. Если в данном случае произвести определенные измерения, то можно выявить, что изменение скорости происходит по направлению и величине, а давления – как в сторону снижения, так и увеличения относительно исходного. Все это означает, что в магистрали имеет место колебательный процесс. Он характеризуется периодическим понижением и повышением давления. Весь этот процесс отличается быстротечностью и обуславливается упругими деформациями самой жидкости и стенок трубы. Жуковским было доказано, что скорость, с которой осуществляется распространение волны, находится в прямой пропорциональной зависимости от сжимаемости воды. Также значение имеет величина деформации стенок трубы. Она определяется модулем упругости материала. Скорость волны зависит и от диаметра трубопровода. Резкий скачок давления не может возникнуть в магистрали, наполненной газом, поскольку он достаточно легко сжимается.
Ход процесса
В автономной системе водяного снабжения, например загородного дома, для создания давления в магистрали может использоваться скважинный насос. Гидравлический удар возникает при внезапном прекращении потребления жидкости – при перекрытии крана. Водяной поток, совершавший движение по магистрали, неспособен останавливаться мгновенно. Столб жидкости по инерции врезается в водопроводный "тупик", который образовался при закрытии крана. От гидравлического удара реле в данном случае не спасает. Оно только лишь реагирует на скачок, отключая насос после того, как будет перекрыт кран, а давление превысит максимальное значение. Выключение, как и остановка водяного потока, не осуществляется мгновенно.
Примеры
Можно рассмотреть трубопровод с постоянным напором и движением жидкости, имеющим постоянный характер, в котором был резко закрыт клапан или внезапно перекрыта задвижка. В скважинной системе водоснабжения, как правило, гидравлический удар возникает в случае, когда обратный затворный элемент располагается выше, чем статический уровень воды (на 9 метров и более), либо имеет утечку, в то время как находящийся выше следующий клапан удерживает давление. И в том, и в другом случае имеет место частичное разряжение. В следующем пуске насоса протекающая с высокой скоростью вода будет заполнять вакуум. Жидкость соударяется с закрытым обратным клапаном и потоком над ним, провоцируя скачок давления. В результате происходит гидроудар. Он способствует не только образованию трещин и разрушению соединений. При возникновении скачка давления повреждается насос или электродвигатель (а иногда и оба элемента сразу). Такое явление может возникнуть в системах объемного гидравлического привода, когда применяется золотниковый распределитель. При перекрытии золотником одного из каналов нагнетания жидкости возникают процессы, описанные выше.
Защита от гидравлических ударов
Сила скачка будет зависеть от скорости потока до и после перекрытия магистрали. Чем интенсивнее движение, тем сильнее удар при внезапной остановке. Скорость самого потока будет зависеть от диаметра магистрали. Чем больше сечение, тем слабее движение жидкости. Из этого можно сделать вывод о том, что использование крупных трубопроводов снижает вероятность гидроудара или ослабляет его. Еще один способ заключается в увеличении продолжительности перекрытия водопровода либо включения насоса. Для осуществления постепенного перекрытия трубы используются запорные элементы вентильного типа. Специально для насосов применяются комплекты по плавному пуску. Они позволяют не только избежать гидроудара в процессе включения, но и существенно увеличивают эксплуатационный срок насоса.
Компенсаторы
Третий вариант защиты предполагает применение демпферного устройства. Оно представляет собой мембранный расширительный бак, который способен "гасить" возникающие скачки давления. Компенсаторы гидравлического удара работают по определенному принципу. Он заключается в том, что в процессе увеличения давления происходит перемещение поршня жидкостью и сжатие упругого элемента (пружины или воздуха). В результате ударный процесс трансформируется в колебательный. Благодаря рассеиванию энергии последний затухает достаточно быстро без существенного повышения давления. Компенсатор применяют в линии наполнения. Его заряжают сжатым воздухом при давлении 0,8-1,0 МПа. Расчет производится приближенно, в соответствии с условиями поглощения энергии движущего столба воды от наполнительного бака или аккумулятора до компенсатора.
fb.ru
Гидравлический удар в трубопроводах: природа, причины, методы защиты
Трубопровод в случае со снабжение водопровода, и в качестве отопительного элемента дома или квартиры — прочная конструкция, способная выдерживать большие нагрузки и работать десятки лет. Касательно давления, металлические, пластиковые и полипропиленовые трубопроводы спокойно выдерживают внутреннее давление в 4 атмосферы, и даже если это значение по каким-либо причинам кратковременно превышается на 1-2 единицы, ничего страшного не случится.
Гидроудар в системе водоснабжения или отопления
Однако существует такое понятие, как гидравлический удар в трубопроводах, при котором внутреннее давление резко возрастает до 10-20 атмосфер и появляется серьезный риск прорыва труб горячего или холодного снабжения.
Природа гидроудара
Охарактеризовать или описать гидроудар в системе водоснабжения несложно, рабочее воображение и минимальный багаж знаний по физики помогут в этом. Представьте, как по трубопроводу течет вода, она движется с определенной скоростью и оказывает на стенки труб давление в 2-3 атмосферы.
Но вдруг на пути водяного потока возникает препятствие, это может быть:
- Завоздушенность — воздушная пробка, возникающая вследствие неправильной эксплуатации водопровода, его неграмотной конструкции и т.д. (все знают, что нужно открывать клапаны в системах водопровода, чтобы спускать воздух перед подачей воды, обычно речь идет о системах отопления).
- Запорная арматура — элемент крана, вентильного или шарового, перекрывающий трубу с целью остановки воды и препятствования ее дальнейшему течению по системе водоснабжения. Каждая система теплоснабжения и другие водопроводы оснащены такими кранами на определенных участках.
Сталкиваясь с подобным препятствием, водяной поток не может мгновенно снизить свою скорость, а это значит, что при той же скорости на определенном участке возникает попытка увеличения объема жидкости, то есть резкий скачок давления. Труба в такой ситуации испытывается на прочность колоссальным поднятием атмосфер и может не выдержать.
Отсюда вытекает вывод, что гидроудар в трубопроводе — частая причина его разрушения и чем дольше служит система водоснабжения, тем уязвимее она становится, особенно в случае с металлическими трубами, подверженными коррозии.
Возможные причины
То, что причиной гидроудара в водопроводах — резкий скачок атмосферного давления в трубах, мы разобрались
Проблема состоит в том, что причин этому феномену может быть много, но распространенными считаются три:
- Резкое включение или остановка насоса, работающего на высоких оборотах, а также его поломка или экстренное отключение;
- Экстренная остановка жидкости, текущей по трубам, путем перекрытия запорной арматуры;
- Препятствие на пути потока жидкости в идее воздушной пробки.
Случай с работой или неисправностями насоса — наименее вероятным из этого списка. Прорыв канализации или водопровода из-за гидроудара по этой причине происходит реже других пунктов. Объясняется это тем, что у многих насос не установлен вовсе, а если он все же имеется, такое оборудования оснащается защитными системами.
Гидроудар из-за образования в системах отопления и подачи воды воздушной пробки более частое явление. Этот случай опасен тем, что при соприкосновении потока воды с завоздушенностью, скорость жидкости не снижается, а давлению и воздуху в закрытой среде некуда деться, что грозит сильным повышением атмосферного давления. Если 1–2 раза трубопровод выдержит, частые инциденты приведут к тотальным последствиям и прорыв труб неизбежен.
Наиболее частой причиной гидроудара по статистике становится именно резкое закрытие запорной арматуры. Этот фактор сильно усугубился, когда широкое распространение получил шаровый кран. Дело в том, что при вентильном кране, поток воды перекрывался постепенно, путем поэтапного закручивания вентиля и давление в трубах оставалось в допустимых пределах. Но технология шарового крана действует в разы быстрее и движущаяся жидкость внутри трубопроводов врезается в препятствие резко, не сбрасывая скорость, что приводит к сильному износу оборудования из-за повышающихся нагрузок и повышает риск гидроударов. В таких ситуациях даже компенсаторы для трубопроводов спасают не всегда.
Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара
Самые страшные последствия после сильного гидроудара — всевозможные разрушения трубопровода
Дело в том, что в теории, внутреннее давление в трубе может расти без остановки, достигая любой силы. Последствия в таких ситуациях будут следующими:
- Прорыв трубы, разрушение трубопровода или системы подачи тепла;
- Деформация или уничтожение приборов отопления;
- Как следствие — прекращение подачи воды и тепла на время ремонта;
- Получения ожоговых травм жильцами, находившимися в непосредственно близости от тепловых сетей во время гидроудара;
- Гидравлический удар в трубах приводит к затоплениям вашего имущества и соседей, живущих под вами (в случае с квартирами).
Глядя на этот неполный список возможных последствий, хочется узнать о методах защиты от гидроударов. Как обезопасить себя от возможного несчастья?
Первый и самый весомый аргумент в сторону защиты от гидравлических ударов — компенсаторы трубопроводов. Эти специальные приспособления способны принимать в себя часть жидкости из общей системы при возрастании внутреннего давления, снижая его таким образом. Виды компенсаторов водопроводов бывают разными, но наибольшее распространение получили сильфонные, линзовые и сальниковые, ввиду своих эксплуатационных особенностей.
Еще один метод защиты — клапан для защиты от гидравлических ударов. Этот приспособление устанавливается в системах повышенного давления и при использовании насоса. Этакий гаситель гидроударов, клапан открывается и сбрасывает излишнее давление при его резком скачке.
Касательно больших магистралей и длинных участков трубопровода теплоснабжения, для защиты на них устанавливают неподвижные опоры для труб теплоснабжения, которые фиксируют конструкцию, делая ее более жесткой, устойчивой к вибрации и повышениям давления
Обязательно устанавливайте в своих домах и квартирах краны, позволяющие перекрыть подачу воды. Так вы сможете быстро перекрыть воду в аварийных ситуациях и обезопасите себя от возможных последствий, даже если беда произойдет.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Защита трубопроводов обычными методами, а точнее — мерами предосторожности, обязательна. Закрывайте опорную арматуру постепенно, спускайте воздух из труб заблаговременно и установите компенсатор гидроударов, желательно большого объема.
trubexpert.ru
О гидроударе в трубопроводе: причины, как его рассчитать
![Подробно про гидроудар в системе отопления](/800/600/http/kvarremontnik.ru/wp-content/uploads/gidroudar-v-sisteme-200x133.jpg)
Гидроудар в трубопроводе — явление отнюдь не редкое, а последствия от него бывают весьма плачевные. Особенно если такой неприятности подверглась изношенная трубопроводная система.
Термин «гидроудар», где «гидро» — означает жидкость, а «удар» — так и остается ударом, появился вследствие, внезапно возникающего звука в трубопроводе, напоминающего удар.
Гидроударом называют, не что иное, как кратковременное, но резко возникающее давление в трубопроводе, происходящее в результате внезапной остановки движущейся в нем жидкости.
Причины его появления
Появление гидравлического удара возможно в следующих случаях:
- Трубопровод заполняют жидкостью: воздух выпускают через открытый кран, но с меньшим сечением, чем труба, жидкость достигает сечения крана, который не может принять в себя весь поток. В результате внезапной преграды давлению образуется гидравлический удар.
- Подобный эффект можно наблюдать в случае внезапного закрытия запорных устройств на трубопроводе с постоянным давлением за счет чего несжимаемой жидкости внезапно перекрывается путь.
![Почему возникают гидроудары в системе отопления](/800/600/http/kvarremontnik.ru/wp-content/uploads/prichini-gidroudara-300x200.png)
Картинка поясняет причины возникновения гидроудара
Гидроудары в трубопроводе разделяют на отрицательный (когда напор понижается в результате открытия задвижки или выключения насоса) и положительный (напор жидкости возрастает после включения насоса или внезапного перекрытия трубопровода).
Второй вариант гидравлического удара упоминают, как слишком опасный для систем отопления и водоснабжения (подробнее тут). Сильный скачок давления способствует нарушению непроницаемости запорной арматуры, вызывает расколы и трещины, выводит из строя оборудование.
Как рассчитать гидроудар в трубопроводе (качайте все формулы)?
В своих работах теоретик Н. Е. Жуковский детально описал явление гидроудара, где предоставил формулу, позволяющую определить степень повышения давления.
Последствия гидроударов в системах отопления
С приходом отопительного сезона, можно услышать, как в трубах системы отопления периодически что-то стучит и щелкает. Если подобные явления привлекают к себе внимание довольно часто, вероятно, в скором времени придется заняться ремонтом, так как появление гидроударов в системе отопления, может привести к нежелательным последствиям: вплоть до прорыва теплоносителя, выхода из строя расширительного бака или поломки отопительного прибора.
Совет. Точно определить последствия ударной волны возможно лишь после проведения компетентным специалистом анализа всей отопительной системы. Как правило, подобная услуга стоит дорого. Поэтому, еще до начала сезона отопления, необходимо самостоятельно выявить недостатки системы.
В списке возможных проблем, являющихся причиной гидравлического воздействия, первое место обычно занимает совершенно разное сечение труб, используемых в системе отопления.
Читайте очень важный материал: как правильно подобрать сечение труб?
Постоянное сопротивление трубы с меньшим диаметром не позволяет свободно двигаться жидкости по системе. В результате повышается давление на трубы, слышится гудение или щелчки.
В данном случае потребуется капитальный ремонт системы отопления. Иначе через время трубопровод даст о себе знать.
Как избежать возникновения описанных проблем?
Этот вопрос необходимо решать сразу после монтажа или планового ремонта отопительной системы, путем ее грамотной настройки. Только таким способом можно устранить все существующие ошибки, допущенные в процессе проектирования и устройства.
В случае модернизации отопительной системы рекомендуется приобретать комплектующие детали, выполненные из износостойких и прочных материалов. Все подобранные детали должны соответствовать правилам эксплуатации системы.
Избежать нагнетания давления в трубопроводе позволяет дополнение системы специальными компенсаторами (гидроаккумуляторами), которые вбирают в себя излишнюю жидкость, тем самым предотвращают гидроудар.
Также осуществлять контроль давления потока жидкости по системе, можно используя электронасос. Оборудование плавно подает воду в систему, при малейшем изменении давления, регулирует ее подачу.
Еще подробнее об этом явлении и методике расчета смотрите в видео ниже.
Надеемся, что статья не была для вас бесполезной. Будем благодарны, если поделитесь ею в социальных сетях. Кнопки для этого чуточку ниже.
Хорошего вам дня!
kvarremontnik.ru
39. Гидравлический удар в трубопроводах.
Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давленияв какой-либо системе, заполненнойжидкостью, вызванный крайне быстрым изменениемскоростипотока этой жидкости за очень малый промежуток времени.
Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещинвтрубах, что может привести к их расколу, или повреждать другие элементытрубопровода. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаютсяобратные клапаны.
Явление гидравлического удара открыл в 1897-1899г.Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с еготеориейпо формуле:,
где Dp — увеличение давления в Н/м²,ρ — плотностьжидкости вкг/м³,v0 и v1 — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки(запорного клапана) вм/с,с — скорость распространения ударной волнывдоль трубопровода.
Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформациистенок трубопровода, определяемоймодулем упругостиматериалаE, из которого он выполнен, а также от диаметратрубопровода.
Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.
Зависимость между скоростью ударной волны c, её длиной и временем распространения (L и τ соответственно) выражается следующей формулой:
Виды гидравлических ударов
В зависимости от времени распространения ударной волны τ и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры)t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:
При полном гидроударе фронтвозникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.
При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.
Расчет гидравлического удара
Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:
Здесь l - длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, Cu - скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:
где E - модуль объемной упругости жидкости, p - плотность жидкости, - скорость распространения звука в жидкости,Etr - модуль упругости материала стенок трубы, D - диаметр трубы, h - толщина стенок трубы.
Для воды отношение 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 для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б
,
коэффициент армирования кольцевой арматурой (f - площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно a = 0.015 − 0.05 Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:
P = pCuVo
где 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:
Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:
при прямом ударе
при непрямом
Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов
Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.
Пример
Наиболее простым примером возникновения гидравлического удара является пример трубопровода с постоянным напороми установившимся движением жидкости, в котором была резко перекрытазадвижкаили закрытклапан.
studfiles.net
Гидравлический удар в трубах.
Гидравлический удар
Гидравлическим ударом (гидроударом) называется резкое повышение давления в трубопроводе при внезапной остановке движущейся жидкости. Скачок давления вызывает внезапная преграда на пути потока жидкости, и последствия этого явления зависят от энергии, которой обладает поток. Несмотря на то, что по представлению обывателя жидкостью невозможно "ударить", подобное явление может нанести настолько внушительный погром в русле (например, в трубопроводе), которого не всегда удается достигнуть увесистой кувалдой.
Гидравлический удар может иметь место при быстром закрывании различных запорных устройств (задвижек, кранов), при внезапной остановке насоса перекачивающего жидкость, и т.д. Подобное нередко приводит к разрушению трубопроводов, арматуры и гидромашин, поскольку массивы подвижной жидкости, перемещающиеся в напорном режиме, могут нести в себе значительную кинетическую энергию.
Чтобы понять суть процессов, сопровождающих явление гидравлического удара, рассмотрим трубопровод, по которому движется жидкость со скоростью v (рис.1). При этом кинетическая энергия потока прямо пропорциональна квадрату его скорости и массе перемещающейся по трубопроводу жидкости. Если принять условие неразрывности потока, то в длинных трубопроводах массивы движущейся жидкости могут достигать значительной величины, что в совокупности с высокой скоростью придает жидкости колоссальную энергию движения (кинетическую энергию).
Если быстро закрыть установленный на трубопроводе кран, то слой жидкости, находящийся непосредственно у крана, останавливается. При этом кинетическая энергия частиц жидкости превращается в потенциальную и давление быстро возрастает. В результате происходят сжатие ближнего к крану слоя жидкости и деформация трубопровода. В следующий момент остановится соседний слой, затем последующий и так по всей длине трубопровода. Таким образом, жидкость в трубе останавливается не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который определяется соотношением:
Δt = L/C,
где L - длина трубопровода, C - скорость распространения ударной волны.
В момент остановки последнего слоя жидкости (в точке А) или в момент достижения ударной волны входного сечения трубопровода вся жидкость в трубопроводе окажется сжатой, скорости частиц жидкости равны нулю, а давление имеет максимальное значение. При этом через время Δtв точке А давление жидкости слева меньше, чем справа. В этих условиях равновесие жидкости нарушается, и она начинает перемещаться из трубопровода в резервуар, при этом давление в трубопроводе понижается. Через время Δt давление в трубопроводе станет меньше, чем было до закрытия крана, и жидкость из резервуара снова начнет перемещаться в трубопровод. Вследствие действия внутренних сопротивлений колебания давления в трубопроводе будут затухающими. Давление жидкости при гидравлическом ударе определяется по формуле Н.Е. Жуковского:
Δp = Cρv, (1)
где ρ - плотность жидкости. Для чугунных и стальных водопроводных труб скорость распространения ударной волны принимается 1000...1400 м/с.
Из формулы Жуковского следует, что при скорости воды (имеющей плотность ρ ≈ 1000 кг/м3) в трубе v = 1 м/с, в момент резкого перекрытия трубы давление в ней возрастет на величину, равную 100...140 кПа. Гидравлический удар особенно опасен для длинных трубопроводов, в которых движутся значительные массы жидкости с большими скоростями, и внезапное уменьшение скорости (или резкая остановка) этой массы приводит к деформации трубопроводов и их разрушению.
Для предотвращения разрушения гидравлических систем применяются различные конструктивные устройства. Основными из них являются винтовые запорные устройства, предохранительные клапаны и воздушные колпаки (рис. 2).
а - винтовые запорные устройства; б - предохранительные клапаны; в - воздушные колпаки
Винтовые запорные устройства просты, широко распространены для защиты трубопроводов от гидравлических ударов и обеспечивают достаточно продолжительное время перекрытия проходного сечения трубопровода. Если необходимо быстро перекрыть трубопровод, применяются специальные устройства – предохранительные клапаны, воздушные колпаки и др.
***
Использование гидравлического удара в технике
Резкое повышение давления при гидравлическом ударе часто бывает весьма опасно. Однако человеческая мысль нашла применение и этому явлению. В 1796 г. была изобретена водоподъемная машина - гидравлический таран.Гидравлический таран - весьма простое устройство, позволяющее подавать воду с некоторого горизонтального уровня h2на более высокую отметку h3, используя эффект гидравлического удара.
Устройство состоит (рис. 3) из: рабочей камеры 1 с двумя клапанами - ударным 8 и нагнетательным 2, воздушного колпака 5, питательной трубы 3, соединяющей таран с водоемом 4, нагнетательной трубы 6, соединяющей таран с бассейном 7, расположенным выше водоема.
Принцип работы гидравлического тарана
Для упрощения будем считать, что в начальный момент оба клапана тарана закрыты, избыточное давление в воздушном колпаке pr = ρgH, вода в водоеме неподвижна.
Рис. 3. Схема гидравлического тарана
Для запуска гидротарана необходимо открыть ударный клапан 8. Вода начнет вытекать через этот клапан, а скорость течения воды в питательной трубе 3 будет постепенно увеличиваться от нуля до некоторой предельной величины vпр, которая должна соответствовать напору H и гидравлическим сопротивлениям в системе питательная труба - ударный клапан.
Одновременно со скоростным напором v2/2g будет расти и гидродинамическое давление, действующее на ударный клапан снизу. Когда значение этого давления создаст усилие, превышающее вес клапана, последний закроется и произойдет гидравлический удар. Давление в питательной трубе резко возрастет, в результате откроется нагнетательный клапан 2. Вода начнет поступать в воздушный колпак 5, сжимая в нем воздух, а из воздушного колпака по нагнетательному трубопроводу - в приемный бассейн.
В момент закрытия ударного клапана в питательной трубе 3 начнется волновой процесс, который приведет к уменьшению скорости и понижению давления в этой трубе. Поэтому спустя некоторое время после закрытия ударного клапана давление в питательной трубе уменьшится настолько, что нагнетательный клапан 2 закроется, а ударный клапан 8 автоматически откроется, и начнется новый цикл.
Таран работает автоматически, подавая воду порциями, а воздушный колпак сглаживает пульсацию воды в нагнетательной трубе, обеспечивая сравнительно равномерную подачу Q2 ее в верхний бассейн 7. Однако большая часть воды Q1, поступающей из водоема Q = Q1 + Q2, сбрасывается через ударный клапан. Отметим, что:Q1 – расход воды через ударный клапан 8;Q2 – расход воды через нагнетательную трубу 6;Q = Q1 + Q2 - расход воды через питательную трубу 3.
Запишем выражения для следующих мощностей (без учета потерь в соответствующих трубопроводах):
мощность, затрачиваемая на приведение тарана в действие: Nзатр = ρgQh2;
полезная мощность тарана: Nпол = ρgQ2h3,где h3 - полезная высота нагнетания.
Выразим КПД гидравлического тарана. Очевидно, что
h = Nпол / Nзатр = Q2h3 / Qh2, (2)
где Q = Q1 + Q2.
Проанализируем выражение (2). Для данной конструкции тарана величины Q1 и Q2 будут определенными и постоянными, т.е. Q2 = соnst и Q1 = const. Таким образом, формулу (2) можно представить в виде:
h= Ch3/h2.
Можно сделать вывод, что значения КПД тарана зависят от отношения h3/h2. При h3 = 0, h = 0; при h2 → ∞, h → 0; при h3 = h2, h = С = Q2/Q. Из анализа полученных результатов следует, что максимальное значение КПД тарана можно определить по формуле:
hmax = С = Q2/Q = Q2/(Q1 + Q2).
***
Истечение жидкости из отверстий в тонкой стенке
k-a-t.ru
Как избежать гидроудара в водопроводе
Внимательные хозяева наверняка замечали, что в коммуникациях периодически что-то щелкает и стучит, а остальные не обращают на это внимание, поскольку не знают всей серьезности проблемы. Разрушительное действие этих неполадок заметно не сразу, а через время. Гидравлический удар влечет за собой негативные последствия в виде продольных трещин, раскола оборудования и других повреждений. Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо соблюдать правила эксплуатации водопровода, также может спасти модернизация системы.
Откуда появляется гидравлический удар?
Непонятные звуки в водопроводной системе свидетельствуют о произошедшем в ней кратковременном и мощном повышении давления. Такое может произойти из-за резкой остановки циркулирующей жидкости.
Стандартные причины:
- Поломка насоса или его аварийное отключение.
- Оставшийся в системе воздух.
- Резкое закручивание кранов, останавливающих циркулирующий поток.
Последняя причина стала массово распространяться с появлением шаровых кранов. Дело в том, что в этих изделиях со временем раскручивается крановой бюкс, препятствуя плавному их закрытию.
По мнению экспертов, винтовые краны более рациональны, так как практически полностью исключают вероятность повышения давления выше критической отметки.
О том, как избежать гидроудара в водопроводе, мы расскажем ниже.
Примерно тоже творится в системе, если не выпустить воздух. Открывая любое шаровое устройство, мы практически «сталкиваем» два несжимаемых вещества, которые превращаются в пневматический амортизатор.
В обоих случаях мощный поток воды на высокой скорости сталкивается с преградой, которой может быть воздух или запорная арматура. Несомненно, жидкость все-таки сжимается, а трубы имеют свойство растягиваться, но это не может длиться вечно.
Также регулярные щелчки слышат владельцы домов, в которых инженерные коммуникации организованы неграмотно. Причиной тому служит сопряжение труб различных диаметров. При нахождении преграды, пусть она и небольшая, жидкость изменяет объем, и как результат, изменение давления.
Увидеть скачки давления при гидроударе вы можете в этом ролике.
Способы предотвращения гидроудара
Ниже приведено несколько способов, направленных на снижение силы гидроудара или его нейтрализацию.
Плавное перекрытие
Специальные нормативы по эксплуатации водоканала и теплосетей описывают правильное их включение и выключение – оно должно быть плавным. Эти правила, хоть и разработаны для поставщиков тепла и воды, касаются и людей, использующих автономные контуры. Суть данного способа защиты в том, что гидроудар «растягивается» во времени, снижая его силу. Плавное снижение давления, объема и скорости, и такое же их повышение помогают защитить трубопровод от повреждений.
Модернизация системы
Первый способ избежать гидроудара — монтаж амортизирующих устройств, направленных в сторону движения жидкости.
Если по-простому, то это замена трубы, находящейся перед термостатом, на такое же изделие из более мягкого материала: термостойкого армированного каучука или эластичного пластика. Такая характеристика, как эластичность, поможет самопроизвольно снижать силу гидроудара в точке, в которой давление имеет максимальное значение. В основном достаточно для такой манипуляции отрезка в 20-30 см, но можно брать и больше.
Второй способ — в терморегулирующий клапан добавить шунт с максимальным просветом в 0,4 мм.
Со стороны, с которой жидкость попадает в термостат, необходимо поместить трубку с сечением 0,2-0,4 мм. Этот хитрый ход позволяет снизить давление в момент его критического значения, при этом функциональность всей системы не пострадает. Проделать такую работу должен человек, который в доскональности знает конструкцию термостата.
Шунтирование для защиты водопровода от гидроудара можно использовать в автономных сетях, сделанных не так давно и из качественных материалов, поскольку ржавчина и прочий мусор быстро забьют небольшое отверстие.
Монтаж термостата с защитой
Эти устройства имеют пружинные механизмы, находящиеся между термоголовкой и клапаном. Когда повышается давление, пружина не дает клапану закрыться, а при его снижении позволяет самопроизвольно опуститься. Установка таких термостатов должна проводиться строго по указанному на корпусе направлению. Будьте осторожны, ведь не все модели термостатов оснащены такой защитой.
Автоматика
Существуют специальные насосы, плавное открытие и закрытие инженерных систем в которых выполняется автоматически. Правильно запрограммированное устройство способно самостоятельно отслеживать изменения в водопроводе и регулировать их.
Вот мы и рассмотрели несколько способов защиты нашего водопровода от нежелательных воздействий. Используя тот или иной метод, вы предотвратите аварию в будущем.
www.stroitelstvosovety.ru