Причина и защита от гидроударов в трубопроводах

Что такое компенсатор гидроудара: виды, конструкция, принцип работы

Компенсатор гидроудара есть двух типов: мембранный и с подпружиненным клапаном. Они выполняют одну и ту же функцию: принимают излишки жидкости, снижая тем самым нагрузку на другие элементы системы. Так как эти устройства имеют небольшие размеры, защищают они те приборы, которые расположены в непосредственной близости.

Как устроен и работает мембранный компенсатор

Мембранный компенсатор гидроудара — это емкость, которую делит на две части эластичная мембрана. Одна из частей заполнена воздухом, вторая, в нормальном состоянии пуста. Воздух в заполненной части закачивается под определенным давлением. Для проверки/подкачки давления в этой части корпуса имеется золотник (ниппель). С завода изделия поставляются с исходным давлением в 3 Бар. Это «стандартное» значение для большинства систем отопления одноэтажных частных домов. Если давление требуется изменить, к ниппелю подсоединяют насос и доводят его до требуемого значения. Это значение — на 20-30% выше рабочего в конкретной системе. Но оно должно быть значительно ниже предела работоспособности самого компенсатора.

Пока давление в системе не превышает давление в этой части резервуара, ничего не происходит. При возникновении гидроудара, под действием возросшего давления мембрана растягивается, часть жидкости поступает в резервуар. По мере нормализации, эластичная мембрана стремиться занять свое нормальное состояние, выталкивая жидкость обратно в систему. Тем самым скачок сглаживается.

Особенности пружинного гасителя гидроудара

Второй тип компенсаторов гидроударов работает по тому же принципу: в корпус при повышении давления пропускается жидкость. Вот только доступ в емкость перекрывает пластиковый диск, который подпирается пружиной. Давление, при котором жидкость начинает поступать внутрь, зависит от силы упругости пружины. Регулировать его никак нельзя (во всяком случае пока регулируемые модели не попадались), так что приходится подбирать устройство с подходящими параметрами.

Принцип работы этого гасителя аналогичен вышеописанному. Пока давление в системе в норме, пружина прижимает диск к корпусу. При возникновении гидроудара, она сжимается, вода заходит в корпус. По мере понижения давления, оно становится меньше, чем сила упругости пружины. Она постепенно разжимается, возвращая жидкость в трубопровод.

Как видите, оба устройства работают по схожему принципу. Более надежными принято считать пружинные модели, так как рабочие элементы в них меньше подвержены износу (металлическая пружина и прочный пластик). Но мембраны также делаются из материалов, которые длительное время не теряют своей эластичности. Дополнительный плюс — возможность выставить давление, при котором мембрана начнет растягиваться. Но минусом можно считать необходимость регулярной проверки давления и, при необходимости, подкачки.

Причины возникновения гидроудара

Физическая природа этого явления кроется в полной утрате или существенным снижением пропускной способности водопроводов, вследствие которой и повышается давление жидкости в системе.

В домах, где были неграмотно спроектированы и обустроены инженерные коммуникации, нередко можно услышать в трубопроводе характерное постукивание и щелчки.

Они являются внешним проявлением гидроудара и возникают, когда в замкнутой системе внезапно прекратилась циркуляция жидкости, а затем также внезапно возобновилось ее движение.

В роли естественных препятствий трубопровода часто выступают воздушные пробки, переходники с большего диаметра на меньший, либо установленная запорная арматура

Если на пути движущегося с определенной скоростью потока воды возникает препятствие, его скорость перемещения замедляется, а объем продолжает увеличиваться. Не находя выхода, он формирует обратную волну, которая, сталкиваясь с основной водной массой, повышает давление в системе. Иногда оно может достигать порога в 20 Атм.

Ввиду герметичности магистрали скопившемуся объему деваться некуда, но мощная энергия все равно стремится найти выход во внешнюю среду. Возникающая в результате такого столкновения сила удара и создает опасность разрыва трубы, которая не обладает достаточным запасом прочности.

По этой причине для обустройства системы необходимо использовать адаптированные под водные сети бесшовные водо-газопроводные трубы, соответствующие ГОСТу 3262-75, либо напорные металлопластиковые аналоги, произведенные согласно ГОСТу 18599.

От перманентного воздействия водной энергии и сам трубопровод, и жесткие элементы системы постепенно или быстро станут разрушаться

Основными факторами, провоцирующими возникновение гидроудара в трубах, являются:

• перебои в работе или выход из строя циркуляционного насоса;
• присутствие воздуха в замкнутом контуре системы;
• перебои с подачей электроэнергии;
• при внезапном перекрытии запорной арматуры.

Кратковременное повышение давления в замкнутом контуре вследствие нагнетания жидкости свыше положенной нормы может возникнуть, если при включении насоса крыльчатка начинает свое движение с больших оборотов.

В последнее время при обустройстве автономной системы отопления вместо старых вентилей и задвижек все чаще применяют шаровые краны, устройство которых не предусматривает плавный ход.

Их способность оказывать быстродействующий эффект имеет обратную сторону, являясь одной из самых распространенных причин гидроудара.

Если при запуске системы из нее не выпустили воздух, в момент открытия шарового крана возникает столкновение воздуха с практически несжимаемой жидкостью

В плане безопасности винтовые краны являются более предпочтительными, поскольку за счет поэтапного раскручивания буксы обеспечивают плавное открывание/перекрывание запорной арматуры.

Аналогичная ситуация возникает и когда перед запуском системы из контура не выпущен воздух. В момент открытия крана вода сталкивается с воздушной пробкой, которая в условиях замкнутой системы выступает своего рода пневматическим амортизатором.

Причины возникновения гидроудара

В новых системах отопления и водоснабжения вероятность повышения давления и возникновения гидроудара крайне мала. Это объясняется тем, что факторы, приводящие к этому явлению, формируются постепенно. Одним из них становится засорение труб твердыми частицами, которые представляют собой содержащиеся в воде химические вещества, подвергшиеся минерализации, а также грязь и ржавчину. Другим видом препятствия на пути воды становится скопление воздуха, возникающее из-за перебоев с подачей электроэнергии, нарушения работы циркуляционного насоса или ошибок при монтаже компонентов системы.

Давление в замкнутом контуре может возрастать из-за повышенного нагнетания жидкости, которое происходит, если подключенный к системе насос работает на слишком больших оборотах. Также при монтаже отопительных и водопроводных систем нередко применяют трубы разного диаметра. Подобная технология допустима, но требует приведения «разнокалиберных» компонентов к «общему знаменателю» при помощи специальных переходников, а также защиты системных стыков специальным термостатным клапаном.

Гидроудар чаще возникает в тех системах, где вместо классических задвижек и вентилей используют шаровые краны, не отличающиеся плавностью хода. Любое неаккуратное перекрытие воды может привести к значительным колебаниям давления, поэтому данную операцию (например, во время ремонта или замены комплектующих) следует проводить под руководством специалистов в области сантехники и инженерии.

Что представляет собой гидроудар

Гидроудар — кратковременный скачок давления в системе, наполненной жидкостью. Подобное явление происходит, если поток жидкости неожиданно сталкивается с возникающим на его пути препятствием. Это случается, когда, к примеру, резко перекрывается запорная арматура, либо внезапно останавливается нагнетательный насос.

После столкновения с преградой поток воды продолжает инерционное течение с прежней скоростью, однако происходит нагнетание новых слоев потока, уплотняющих уже столкнувшиеся с препятствием слои. От этого стремительно возрастает давление в трубах, которые расширяются и могут прорваться в любой момент. Возникновению проблемы могут предшествовать посторонние шумы, щелчки и стуки в трубах, а также характерное гудение.

Если труба все же лопается, создается крайне опасная аварийная ситуация, от которой могут пострадать:

• оборудование (трубопроводы и отопительные приборы);
• имущество (затапливается помещение, портятся мебель и другие вещи);
• люди, находящиеся в квартире (разрыв системы теплоснабжения грозит серьезными термическими ожогами).

Возможные последствия гидроудара и его опасность

Распознать признаки явления можно по посторонним звукам в системе: щелчки, стуки, схлопывания. Также помогут визуальные признаки: подтекающие краны, смесители, обжимные фитинги-соединители с резиновыми прокладками.

Когда система водоснабжения подвергается частым гидроударам даже слабой силы, прокладки, уплотнители выдавливаются первыми. Нарушение герметичности системы может привести к появлению очагов деформации и разрыву труб.

В результате повышения давления нарушается подача воды. Но это не единственная неприятность. Если гидроудар привел к полному разрыву трубы, например, в многоквартирном доме, все строение остается без воды. Поток жидкости портит имущество владельцев квартиры, затапливаются соседи нижних этажей. В итоге – работы по ремонту и восстановлению нескольких объектов жилья.

Гидроудар в системе горячего водоснабжения грозит кроме окончательной порчи имущества, ожогами. Опасность грозит при разгерметизации системы отопления, где носитель поддерживает температуру +70С и постоянно находится под давлением. Разрыв батареи или трубопровода в зимний отопительный сезон выведет из строя систему. Морозы доделают разрушительное дело – трубопровод придется менять.

Можно ли предотвратить удары?

Дабы в будущем не ломать голову над тем, как исправить ситуацию и избавиться от гидравлических ударов, систему водоснабжения следует тщательно спланировать и выполнить заранее. Для проверки ее работоспособности используйте специальное приспособление – прибор, способный сымитировать гидроудар в системе водоснабжения. Благодаря такому прибору можно выявить слабые места контура и исправить ситуация до того, как система будет введена в эксплуатацию.

В качестве заключения

Для водопровода гидравлический удар может стать весьма серьезной проблемой. Поэтому будьте предельно внимательными, занимаясь планировкой системы и монтажом ее элементов. Более того, если из водопровода слышны посторонние шумы, то это является явным «симптомом» наличия проблемы, которую желательно решать немедленно, не затягивая.

Видео – Гидроудар в трубах

Надеемся, сегодняшний материал был полезным для вас. Заранее спасибо за его распространение в соц. сетях, удачи в работе и теплых зим!

Комплексная модернизация системы

Максимальная стабилизация системы (например, в домах со старыми и ненадежными водопроводными и отопительными системами) требует установки оборудования, эффективно нейтрализующего избыточное давление в трубах. Сюда можно отнести следующие виды устройств:

1. Компенсаторы и амортизаторы. В качестве амортизаторов выступают мощные гидроаккумуляторы, способные собирать лишнюю жидкость, устраняя негативные последствия ее скопления. Компенсирующим устройством становится гидроаккумулятор, устанавливаемый по направлению движения воды на участках отопительного контура, где наблюдается наивысшая вероятность колебаний давления в системе. Внешне гидроаккумуляторы выглядят как стальные колбы объемом до 30 литров, состоящие из двух секций, которые разделены каучуковой либо резиновой мембраной.
2. Защитный диафрагменный клапан. Данное устройство размещается на отводе трубопровода для выпуска жидкости при избытке давления. В настоящее время большинство радиаторов отопительных систем комплектуются этим приспособлением. Обычно клапан задействуется при помощи контроллера либо определенного устройства быстрого реагирования. Последнее срабатывает в случае превышения безопасного уровня давления, защищая систему от гидроудара. При опасном всплеске давления клапан полностью открывается, а когда оно понижается до нормального уровня, происходит медленное закрытие регулятора.
3. Термостат с максимальной защитой. Это особый предохранитель, отслеживающий давление в системе и приостанавливающий ее работу до момента достижения показателем критической отметки. Прибор имеет пружинный механизм, размещенный между клапаном и термоголовкой. Система срабатывает при обнаружении избыточного давления и не позволяет клапану полностью закрываться. Данные приспособления устанавливаются строго по указанному на корпусе направлению.

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.

Последствия и профилактика

Гидравлические удары могут являться причиной нарушения герметичности и разрушения трубопроводов и сосудов системы отопления и водоснабжения. Также может пострадать имущество, находящееся рядом с трубопроводами. Особую опасность представляют гидроудары в системах горячего водоснабжения и отопления (из-за высокой температуры воды).

В результате гидроударов может произойти затопление помещений, разрушение конструкций зданий и сооружений (особенно в холодное время года). Может произойти прекращения электроснабжение и, как следствие, выйти из строя насосное оборудование (а это, в свою очередь, повлечет за собой прекращение подачи воды). Гидроудары даже могут стать причиной пожаров (из-за короткого замыкания в системе электроснабжения).

Для предотвращения возникновения гидравлических гидроударов необходимо избегать резкого поступления жидкости с большим давлением в участок трубопровода с меньшим давлением. Также нужно избегать быстрого смешивания жидкостей с разной температурой в системах водоснабжения и отопления. Для этого необходимо открывать водопроводную арматуру плавно, чтобы вода в участок трубопровода, находящийся за задвижкой или вентилем, поступала медленно.

О щелчках в водопроводе

Периодическое «пощелкивание» в трубах слышат владельцы домов, где коммуникации организованы неправильно. И щелкает оно преимущественно в тех местах, где трубы большего диаметра соединены с трубами, имеющими меньшее сечение. При этом вода, движущаяся по магистрали с конкретной скоростью, наталкивается на препятствие (пусть и неполноценное). Скорость впоследствии не меняется, интенсивность разгрузки падает, количество жидкости растет, а вместе с ним растет и давление. И если в таких местах соединений вода не распределяется по нескольким реестрам, то из-за избытка давления может случиться разрыв труб.

Как предупредить гидроудары?

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

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

  Количество устанавливаемых компенсаторов определяется в зависимости от сложных участков. Компенсаторное оборудование помогает предотвратить гидравлический удар, а реле спасает всю систему, если он уже произошел. Оно способно перекрыть поток воды, как только показание давления будет выше критического. Но даже при быстром их срабатывании остановка работы будет не мгновенной, а спустя некоторое время.

• Установка мономеров для системы отопления. По их показаниям во время запуска или остановки всей обогревательной конструкции можно определить, имеются ли скачки давления. Эти устройства способны защитить систему от гидроудара, заранее предупредив от неожиданных перепадов.

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

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

  Для осуществления этого метода в термостат со стороны потока жидкости вставляется трубочка диаметром, не превышающем 0,4 мм. Под нее предварительно выполняется отверстие. Встроенный шунт срабатывает, как только происходит гидроудар – он поможет плавно снизить давление. Этот способ устранения гидроудара не подойдет для старых квартир, так как сантехника у них содержит много ржавчины и посторонних включений, которые быстро забьют такое маленькое отверстие.

• Использование центробежных насосов. Они имеют автоматическую регулировку и плавный запуск. Благодаря автоматике насос постепенно увеличивает обороты системы и поток воды совместно с давлением. Такие насосы способны самостоятельно регулировать потоки жидкости и понижать их при достижении в системе критического значения.
• Плавное закрытие крана. Новые модели смесителей оснащены шаровой системой закрытия, которая при резком перекрытии способствует образованию гидроудара. Чтобы защитить систему водоснабжения, нужно плавно закрывать кран.

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:

1. Резкое включение или остановка насоса, работающего на высоких оборотах, а также его поломка или экстренное отключение;
2. Экстренная остановка жидкости, текущей по трубам, путем перекрытия запорной арматуры;
3. 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.

Ошибки установки и возможные проблемы

Одна из главных проблем в работе дефлектора – низкая эффективность, отсутствие тяги или поступление дыма и газов в помещение. Это означает, что дефлектор подобран неправильно, либо были допущены ошибки в установке.

При выборе типа дефлектора необходимо учитывать климат и погодные условия местности. Например, вращающийся или флюгерный тип не подходит для районов с холодными и снежными зимами, т.к. покрываются льдом и забиваются снегом.

Для таких районов лучше остановиться на дефлекторе ЦАГИ или Григоровича. Если для местности характерны порывистые ветра, для установки на дымоход подойдет Н-образный дефлектор.

Другие ошибки в установке, снижающие эффективность работы устройства:

• монтаж в т.н. аэродинамической тени деревьев или высоких зданий, которые снижают силу и скорость ветра;
• установка ниже уровня конька кровли, из-за чего возникает препятствие для воздушных потоков.

Еще одна частая проблема случается в работе дефлекторов, сделанных самостоятельно из листовой стали. Несмотря на то, что изготовить насадку на дымоход своими руками несложно, ошибки в расчетах диаметра и высоты диффузора могут снизить эффективность работы устройства.

Специалисты рекомендуют использовать универсальные формулы для расчета параметров дефлектора. Так, высота наружного цилиндра должна быть равна диаметру трубы дымохода, умноженному на 1,6. Ширина диффузора – диаметр трубы, умноженный на 1,3. Ширина защитного колпака должна быть равна диаметру дымохода, умноженному на 1,7-1,9.

Основная информация

Современный дом представляет собой сложную систему коммуникаций, автоматизация агрегатов позволяет свести вмешательство в их работу к минимуму. Несмотря на это владельцы отопительных систем сталкиваются с рядом проблем. Специалистами выделяются пять основных причин падения давления в закрытой отопительной системе:
выход из строя радиатора;
ошибки при установке;
несоответствие мощности котла «родному» трубопроводу;
разгерметизация и появление течи;
перебои/скачки при подаче газа.

Осуществление контроля

Согласно современным стандартам, модели отопительных приборов снабжаются контрольными датчиками. Их задача — следить за уровнем давления и при скачках временно или полностью блокировать работу агрегата и системы. Благодаря выводу кода ошибки на информационный дисплей котла пользователь может ознакомиться с информацией в инструкции или найти ответ на официальном сайте производителя.
Наиболее известные модели газовых котлов поддерживают работу в пределах 1,5–2 атм. Агрегаты брендов «Bosch», «Ariston», «Baxi», котел фирмы Навьен — все они выпускаются с системой принудительного движения жидкости и насосом, падение давления контролируется программой.

Принцип работы

Как работает давление в газовых котлах? Рассмотрим подробно процесс функционирования оборудования.
Включение агрегата запускает работу датчиков, и с первых секунд начинается фиксация температуры теплоносителя.
Наружный термостат, если он предусмотрен комплектацией модели, автоматически срабатывает, и вы видите, как зажигается стрелка и выполняется нагрев.
По мере температурного роста поднимаются показатели давления, происходит нагрев воды и ее расширение. Периодически включается предохранительный клапан, который сбрасывает излишки в канализацию.
В работе может произойти сбой, если слишком много воды уходит в слив — это приводит к падению напора.
Котел автоматически отключается в результате достижения назначенной программой температуры.
Что происходит внутри расширительного бака? Он состоит из двух частей, разделенных диафрагмой. В одной части скапливается лишняя жидкость, а во второй — азот. Теплоноситель заполняет бак настолько, насколько велика разница показателей азота и значения системы. Достигнув установленной программой температуры, азот выталкивает воду из бака путем деформации мембраны — нагрев прекращается.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Гидроудар, как это происходит:

Видео #2. Тест эффективности применения гасителя:

Гидравлический удар в системе водоснабжения – нередкое явление, способное нанести серьезный вред. И ваша задача – как можно быстрее устранить проблему. Ведь при повторении ситуации элементы системы скоро выйдут из строя. И ремонт после этого обойдется намного дороже.

Задавайте вопросы и пишите, пожалуйста, комментарии в ниже расположенном блоке. Мы ждем ваши рассказы о том, как вы зафиксировали гидроудар в системе или заметили его последствия. Интересно ваше мнение о представленной информации.