Гідроудар у системах водопостачання та опалення. Компенсатор гідроударів у внутрішніх системах водопостачання FAR Що таке гідроудар у трубопроводі, причини виникнення

Загальні відомості про гідравлічний удар

Гідравлічний удар – це стрибкоподібна зміна тиску рідини, що протікає в напірному трубопроводі, що виникає при різкій зміні швидкості потоку. У більш розгорнутому сенсі, гідравлічний удар є швидкоплинним чергуванням «стрибків» і «провалів» тиску, що супроводжується деформацією рідини і стінок труби, а також акустичним ефектом, схожим на удар молотком по сталевій трубі. При слабких гідравлічних ударах звук проявляється у вигляді «металевих» клацань, проте навіть за таких, здавалося б, незначних ударів тиск у трубопроводі може зростати дуже значно.

Стадії гідравлічного удару можна проілюструвати на наступному прикладі ( рис.1): нехай на кінці квартирного трубопроводу, приєднаного до будинкового стояка, встановлено одноважільний кран або змішувач (саме такі змішувачі дозволяють відносно швидко перекривати потік).

Рис.1. Стадії гідравлічного удару

При перекритті крана відбуваються такі процеси:

1. Поки кран відкритий, рідина рухається квартирним трубопроводом зі швидкістю. ν ». При цьому в стояку та квартирному трубопроводі тиск однаковий ( p).
2. При перекритті крана та різкому гальмуванні потоку кінетична енергія потоку переходить у роботу деформації стінок труби та рідини. Стінки труби розтягуються, а рідина стискається, що призводить до збільшення тиску на величину Δp(Ударний тиск). Зона, в якій відбулося збільшення тиску, називається зоною стиснення ударною хвилею, а її крайній переріз називається фронтом ударної хвилі. Фронт ударної хвилі поширюється на бік стояка зі швидкістю «с». Тут хотілося б відзначити, що припущення про несжимаемость води, прийняте при гідравлічних розрахунках, у разі не застосовується, т.к. реальна вода – рідина, що стискається, має коефіцієнт об'ємного стиснення 4,9х10 -10 1/Па. Тобто при тиску 20400 бар (2040 МПа) обсяг води зменшується вдвічі.
3. Коли фронт ударної хвилі дійде до стояка, вся рідина у квартирному трубопроводі виявиться стисненою, а стінки квартирного трубопроводу – розтягнутими.
4. Обсяг рідини в домовій системі набагато більше, ніж у квартирній розводці, тому, коли фронт ударної хвилі доходить до стояка, надлишковий тиск рідини згладжується здебільшого за рахунок розширення перерізу і включення в роботу загального обсягу рідини в домовій системі. Тиск у квартирному трубопроводі починає вирівнюватися зі стояковим тиском. Але при цьому квартирний трубопровід за рахунок пружності матеріалу стін відновлює свій первісний переріз, стискаючи рідину та видавлюючи її у стояк. Зона зняття деформації зі стінок трубопроводу поширюється до крана зі швидкістю. з».
5. У момент, коли тиск у квартирному трубопроводі дорівнюватиме початковому, так само як і швидкість рідини, напрямок потоку буде зворотний («нульова точка»).
6. Тепер рідина у трубопроводі зі швидкістю « ν » прагне «відірватись» від крана. Виникає «зона розряджання ударної хвилі». У цій зоні швидкість потоку нульова, а тиск рідини стає нижчим за початковий, що призводить до стиснення стінок труби (зменшення діаметра). Фронт зони розрядження пересувається до стояка зі швидкістю. з». При значній початковій швидкості потоку розрядження в трубі може призвести до зниження тиску нижче атмосферного, а також порушення нерозривності потоку (кавітації). У цьому випадку в трубопроводі біля крана з'являється кавітаційний міхур, схлопування якого призводить до того, що тиск рідини в зоні відбитої ударної хвилі стає більшим, ніж цей показник у прямій ударній хвилі.
7. При досягненні фронту стиснення ударної хвилі стояка швидкість потоку в квартирному трубопроводі нульова, а тиск рідини – нижчий за початковий і нижчий, ніж тиск у стояку. Стіни трубопроводу стиснуті.
8. Перепад тисків між рідиною в стояку та квартирному трубопроводі викликає надходження рідини у квартирний трубопровід та вирівнюванню тисків до початкового значення. У зв'язку з цим стінки труби також починають набувати початкових обрисів. Так утворюється відбита ударна хвиля, і цикли знову повторюються до згасання. При цьому проміжок часу, протягом якого проходять усі стадії та цикли гідравлічного удару, не перевищує, як правило, 0,001-0,06 с. Кількість циклів може бути різним і залежить від параметрів системи.

На Рис. 2стадії гідравлічного удару показані у графічному вигляді.

Рис. 2. Графіки зміни тиску за гідравлічного удару.

Графік на Рис. 2апоказує розвиток гідравлічного удару, коли тиск рідини в зоні розрядження ударної хвилі не падає нижче за атмосферний (лінія 0).

Графік на Рис. 2бвідображає ударну хвилю, зона розрядження якої знаходиться нижче за атмосферний тиск, але гідравлічна суцільність середовища не порушується. В цьому випадку тиск рідини в зоні розряджання нижче атмосферного, але ефект кавітації не спостерігається.

Графік на рис.2ввідображає випадок, коли порушується гідравлічна нерозривність потоку, тобто утворюється кавітаційна зона, подальше хлопування якої призводить до зростання тиску у відбитій ударній хвилі.

Різновиди гідравлічних ударів та основні розрахункові положення

Залежно від швидкості, з якою відбувається закриття запірного органу на трубопроводі, гідравлічний удар може бути "прямим" і непрямим. "Прямим" називається удар, при якому перекриття потоку відбувається за час менший, ніж період удару, тобто виконується умова:

Т 3 ≤ 2L/c,

де Т 3- Час закриття запірного органу, с; L- Довжина трубопроводу від запірного пристрою до точки, в якій підтримується постійний тиск (у квартирі - до стояка), м; з- Швидкість ударної хвилі, м / с.

Інакше гідравлічний удар називається непрямим. При непрямому ударі стрибок тиску значно менше за величиною, так як частина енергії потоку демпфується частковим витоком через запірний орган.

Залежно від ступеня перекриття потоку гідравлічний удар може бути повним та неповним. Повним є удар, у якому запірний орган повністю перекриває потік. Якщо цього не відбувається, тобто частина потоку продовжує протікати через запірний орган, то гідравлічний удар буде неповним. У цьому випадку розрахунковою швидкістю визначення величини гідравлічного удару стане різниця швидкостей потоку до і після перекриття. Величину підвищення тиску при прямому повному гідравлічному ударі можна визначити за формулою Н.Є. Жуковського (у західній технічній літературі формула приписується Alievi та Michaud):

Δp = ρ · ν · c, Па,

де ρ - щільність рідини, що транспортується, кг/м 3 ; ν – швидкість рідини, що транспортується, до моменту раптового гальмування, м/с; з- Швидкість поширення ударної хвилі, м / с.

У свою чергу швидкість поширення ударної хвилі визначається за формулою:

де з 0- швидкість поширення звуку в рідині (для води – 1425 м/с, для інших рідин можна приймати по табл. 1); D- Діаметр трубопроводу, м; δ - Товщина стінки труби, м; Їж- об'ємний модуль пружності рідини (можна приймати по табл. 2), Па; Є ст– модуль пружності матеріалу стінок труби, Па (можна приймати по табл. 3).

Таблиця 1. Характеристики рідин

Таблиця 2. Характеристики матеріалів стін труб

Якщо врахувати, що швидкість руху води в квартирних системах не повинна перевищувати 3 м/с (п.7.6. СНиП 2.04.01), то для трубопроводів із різних матеріалів можна обчислити величину підвищення тиску при можливому прямому повному гідравлічному ударі. Такі зведені дані з деяких труб представлені в табл. 3.

Таблиця 3. Підвищення тиску при гідравлічному ударі при швидкості потоку 3 м/с

При непрямому гідравлічному ударі підвищення тиску розраховується за такою формулою:

В табл. 4наведено середній час спрацьовування основної квартирної арматури. Для кожного типу цієї арматури розрахована довжина трубопроводу, більш як гідравлічний удар перестає бути прямим.

Таблиця 4. Довжина ділянки прямого удару для водозапірної арматури

Можливі наслідки гідравлічних ударів

У квартирних мережах виникнення гідравлічних ударів, звичайно, не тягне за собою таких масштабних руйнівних наслідків, як на магістральних трубопроводах великого діаметру. Однак і тут вони можуть завдати маси клопоту та збитків, якщо не враховувати можливість їх появи.

Гідравлічні удари, що періодично повторюються, в квартирній трубній розводці можуть стати причиною наступних неприємностей:

- Скорочення терміну служби трубопроводів. Нормативний термін служби внутрішніх трубопроводів визначається за сукупністю параметрів (температура, тиск, час), в яких експлуатується труба. Навіть настільки короткочасні, але часто повторювані, знакозмінні стрибки і провали тиску, що відбуваються при гідравлічному ударі, істотно спотворюють картину експлуатаційного режиму трубопроводу, скорочуючи термін його безаварійної експлуатації. Більшою мірою це відноситься до полімерних та багатошарових трубопроводів;

– видавлювання прокладок та ущільнювачів в арматурі та з'єднувачах трубопроводів. Цьому схильні такі елементи, як поршневі редуктори тиску, кульові крани, вентилі та змішувачі з гумовими сальниковими кільцями, кільця ущільнювачів обтискних і прес-з'єднувачів їй, а також кільця напівзгонів («американок»). У квартирних водолічильниках видавлювання кільця ущільнювача між вимірювальною камерою і рахунковим механізмом може призвести до попадання води в рахунковий механізм (рис.3);

Рис. 3. Попадання води в лічильний механізм водолічильника внаслідок видавлювання прокладки

– навіть одноразовий гідравлічний удар може повністю вивести з ладу контрольно-вимірювальні прилади, встановлені у квартирі. Наприклад, вигин стрілки манометра від взаємодії з обмежувальним штифтом - явна ознака гідравлічного удару, що мав місце (рис. 4);

Рис. 4. Характерне ушкодження манометра гідравлічним ударом

– кожен гідроудар у квартирному трубопроводі з полімерних матеріалів, виконаному на обтискних, пресових або насувних з'єднувачах, неминуче призводить до мікроскопічного зповзання з'єднувача з трубопроводу. Зрештою, може настати момент, коли черговий гідроудар стане критичним – труба повністю виповзе з з'єднувача (рис. 5);

Рис. 5. Порушення обтискної сполуки МПТ внаслідок дії гідроудару

- кавітаційні явища, які можуть супроводжувати гідравлічний удар, нерідко є причиною появи каверн у золотнику та корпусі запірної арматури. Схлопування вакуумних бульбашок при кавітації просто «вигризає» шматки металу з поверхні, де вони утворюються. В результаті золотник перестає виконувати свою функцію, тобто герметичність запірного органу порушується. Та й корпус такої арматури дуже швидко вийде з ладу (рис. 6);

Рис. 6. Кавітаційне руйнування внутрішньої поверхні згону перед електромагнітним клапаном

– особливу небезпеку для квартирних трубопроводів, виконаних з багатошарових труб, є зона розрядження ударної хвилі при гідравлічному ударі. При клейовому шарі низької якості або наявності непроклеєних ділянок, що утворюється в трубі, вакуум відриває внутрішній шар труби, змушуючи його «схлопуватися» (рис.7, 8).

Рис. 7. Багатошарова поліпропіленова труба, що постраждала від гідравлічного удару

Рис. 8. «Схлопнувшаяся» металополімерна труба

При частковому схлопывании труба продовжуватиме виконувати свою функцію, але з набагато більшим гідравлічним опором. Однак може статися і повне схлопування - у цьому випадку труба буде перекрита своїм внутрішнім шаром. На жаль, ГОСТ 53630-2009 "Труби напірні багатошарові" не вимагає проведення випробування зразків труб при внутрішньому тиску нижче атмосферного. Однак ряд виробників, знаючи про подібну проблему, включають до технічних умов обов'язковий пункт про перевірку труби під розрядженням. Зокрема, кожен рулон багатошарових труб VALTEC підключається до вакуумного насоса, що доводить абсолютний тиск у трубі до 0,2 атм (-0,8 бар надлишкового). Після чого за допомогою компресора через трубу проганяється пінополістирольна кулька з діаметром, трохи меншим за проектний внутрішній діаметр труби. Рулони, через які кулька не змогла пройти, нещадно бракуються і знищуються;

– ще одна небезпека підстерігає за гідравлічного удару внутрішні трубопроводи гарячого водопостачання. Як відомо, температура кипіння води знаходиться в тісній залежності від тиску ( табл. 5).

Таблиця 5. Залежність температури кипіння від тиску

Якщо, припустимо, у квартирний трубопровід надходить гаряча вода з температурою 70 ° С, а зоні розрідження гідроудару тиск знижується до абсолютного значення 0,3 атм, то цій зоні вода перетвориться на пару. Враховуючи, що обсяг пари за нормальних умов майже в 1200 разів більший за обсяг такої ж маси води, слід очікувати, що дане явище може призвести до ще більшого зростання тиску в зоні стиснення ударної хвилі.

Способи захисту від гідроударів у квартирних системах

Найдієвішим і найнадійнішим способом захисту від гідравлічного удару є збільшення часу перекриття потоку запірним органом. Саме цей спосіб використається на магістральних трубопроводах. Плавне закриття засувки не викликає жодних руйнівних обурень у потоці і дозволяє позбавитися необхідності установки громіздких і дорогих демпфуючих пристроїв. У квартирних системах такий спосіб який завжди прийнятний, т.к. у наш побут міцно увійшли і «однорукі» важільні змішувачі, електромагнітні клапани побутової техніки, та інша арматура, здатна перекрити потік у короткий проміжок часу. У зв'язку з цим квартирні інженерні системи вже на стадії проекту повинні обов'язково проектуватися з огляду на небезпеку виникнення гідроудару. Конструктивні заходи, такі як використання еластичних вставок, компенсаційних петель та розширювачів, широкого поширення не набули. Найбільшою популярністю нині користується спеціально розроблена для цієї мети арматура – ​​пневматичні (поршневі, рис. 9а, та мембранні, рис. 9б) або пружинні (рис. 9в) гасники гідроударів.

Рис. 9. Типи гасників гідроударів

У пневматичному гаснику кінетична енергія потоку рідини гаситься енергією стиснення повітря, тиск якого змінюється по адіабаті з показником К = 1,4. Об'єм повітряної камери пневматичного гасника визначається з виразу:

де P 0 - Початковий тиск у повітряній камері, Р К - кінцевий (граничний) тиск у повітряній камері. У наведеній формулі ліва частина є виразом для кінетичної енергії потоку рідини, а права – енергії стиснення повітря.

Параметри пружин для пружинних компенсаторів знаходять із виразу:

де D пр – середній діаметр пружини, I – число витків пружини, G – модуль зсуву, F к – кінцева сила, що діє на пружину, F 0 – початкова сила, що діє на пружину.

У середовищі проектувальників і монтажників існує думка, що зворотні клапани і редуктори тиску теж мають здатність до гасіння гідроударів.

Зворотні клапани, дійсно, відсікаючи частину трубопроводу в момент різкого перекриття потоку, зменшують розрахункову довжину трубопроводу, перетворюючи прямий удар на непряму, меншу енергію. Однак, різко закриваючись під впливом стадії стиснення ударної хвилі, клапан сам перетворюється на причину гідроудару у трубопроводі, розташованому до нього. У стадії розрядження клапан знову відкривається, причому, залежно від співвідношення довжин труб до клапана і після нього, може настати такий момент, коли ударні хвилі двох ділянок складуться, посиливши стрибок тиску. Поршневі редуктори тиску не можуть служити гасниками гідравлічних ударів через свою високу інерційність - через роботу сил тертя в ущільнювачах поршнів, вони просто не встигають відреагувати на миттєву зміну тиску. Крім того, такі редуктори самі потребують захисту від гідроударів, що викликають видавлювання ущільнювальних кілець з гнізд поршнів.

Здатністю частково поглинати енергію гідроударів мають мембранні редуктори тиску, проте вони розраховані зовсім на інші силові впливи, тому робота з гасіння частих гідроударів швидко виведе їх із ладу. Крім того, різке перекриття редуктора при ударній хвилі призводить, як у випадку зі зворотним клапаном, до виникнення ударної хвилі на ділянці до редуктора, не захищеному мембраною.

Крім іншого, квартирні гасники гідроударів, крім виконання свого основного завдання, виконують ще кілька функцій, важливих для безпечної експлуатації квартирних трубопроводів. Ці функції будуть розглянуті на прикладі мембранного гасника гідроударів VALTEC VT.CAR19 (рис. 10).

Гасник гідроударів VT.CAR19

Рис. 10. Гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19

Квартирний гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19 конструктивно складається (рис. 11) із кулястого корпусу, виконаного з нержавіючої сталі AISI 304L ( 1 ), із завальцьованою мембраною з EPDM ( 2 ). Завдяки невеликим опуклостям на поверхні мембрани забезпечуються її нещільне примикання до корпусу і максимальна площа контакту мембрани з середовищем, що транспортується. Повітряна камера гасника знаходиться під заводським тиском 3,5 бар, що забезпечує захист квартирних трубопроводів, тиск в яких не перевищує 3 бар. Гаситель може захищати трубопроводи з робочим тиском до 10 бар, але в цьому випадку необхідно за допомогою насоса, що приєднується до ніпеля ( 3 ) збільшити тиск у повітряній камері до значення 10,5 бар. У випадку, коли робочий тиск у квартирній мережі нижчий за 3 бар, рекомендується через ніпель ( 3 ) випустити частину повітря із камери до значення Рраб + 0,5 бар.

Рис.11. Конструкція гасника VALTEC VT.CAR19

Технічні характеристики та габаритні розміри гасника наведені в табл. 6.

Таблиця 6. Технічні характеристики VALTEC VT.CAR19

Гаситель здатний захищати трубопроводи від гідроударів, тиск при яких зростає до 20 бар, тому перед установкою гасника необхідно перевірити, який гідравлічний удар може статися в конкретному квартирному трубопроводі. Розрахунок можливого тиску при гідроударі Р гу можна розрахувати за такою формулою:

, бар.

Відношення Eводи/Єст для трубопроводів з різних матеріалів приймається за табл. 2.

Надійно захищаючи квартирні трубопроводи від гідроударів, гаситель VT.CAR19 в силу своїх конструктивних особливостей здатний сприймати надлишок води, що утворюється при нагріванні холодної води, що надійшла в період перерви у водокористуванні. Наприклад, якщо у квартиру, обладнану на введенні редуктором або зворотним клапаном надійшла вода з температурою +5°С, і за ніч вона нагрілася до 25°С (звичайна температура повітря у санвузлі), то тиск у відсіченій ділянці трубопроводу зросте на:

ΔP = β t · Δt/β v = 0,00015 · (25 - 5) / 4,9 · 10 -9 = 61,2 бара.

У наведеній формулі β t- Коефіцієнт температурного розширення води, а β v – коефіцієнт об'ємного стиснення води (величина, обернена до модуля пружності). Формула не враховує температурне розширення матеріалу самої труби, але практика показує, що кожен градус підвищення температури води у трубопроводі підвищує тиск від 2 до 2,5 бар.

Тут і потрібна друга функція мембранного гасника гідроударів. Прийнявши в себе частину води з трубопроводу, що нагрівається, він позбавить його від надмірного навантаження і допоможе уникнути аварійної ситуації. В табл. 7наведено граничні довжини трубопроводів, що захищаються гасником VT.CAR19 від температурного розширення рідини.

Таблиця 7. Гранична довжина трубопроводів, що захищаються від температурного розширення (при ΔТ = 20°C)

Що стосується квартирних трубопроводів гарячого водопостачання, то і тут гаситель VT.CAR19 виконує важливе завдання щодо запобігання закипанню води в зоні розрядження ударної хвилі. Поглинаючи енергію гідравлічного удару, гасник ліквідує цю небезпеку.

Найбільша ефективність гасника гідроударів досягається при його установці безпосередньо перед арматурою, що захищається. І тут можливість появи гідроудару повністю виключається (рис. 12).

Рис. 12. Встановлення гасників безпосередньо перед приладами, що захищаються.

У квартирних системах, де трубопроводи немає значної протяжності, допускається встановлювати один гаситель на групу приладів. У цьому випадку слід перевірити, щоб загальна довжина ділянок трубопроводів, що захищаються одним гасником, не перевищувала значень, викладених у табл. 8.

Таблиця 8. Довжина ділянок трубопроводів, що захищаються одним гасником.

При перевищенні вказаних у таблиці значень необхідно встановлювати не один, а кілька гасників. У випадку, коли розрахунковий тиск при гідравлічному ударі перевищує максимально допустимий тиск для даного гасника (20 бар для VT.CAR19), слід вибрати інший тип приладу з більш високими характеристиками міцності.

Відповідно до п.7.1.4. СП 30.13330.2012 «Внутрішній водопровід та каналізація будівель», положення якого набули чинності з 1 січня 2013 року, конструкція водорозбірної та запірної арматури має забезпечувати плавне відкривання та закривання потоку води. Але це вимога навряд чи виконуватиметься, т.к. торгівля пропонує мешканцям величезний асортимент арматури та приладів, у яких плавне регулювання неможливе. З огляду на це провідні проектні та будівельні організації нашої країни вже зараз передбачають у проектах встановлення квартирних гасників гідравлічних ударів. Наприклад, ДСК-1 міста Москви перебудовує виробництво виконання вузлів введення квартирного водопроводу за схемою, відображеної на рис. 13.

Рис. 13. Вузол квартирного введення водопроводу ДСК-1

Останнім часом все частіше з'являються повідомлення щодо руйнування деяких елементів системи опалення або водопроводу. Причина поломки – гідроудар. Рятує від подібних негараздів компенсатор (гасник) гідроудару. Що це за пристрій такий, як і де його встановлювати читайте в цій статті.

Що таке гідроудар у трубопроводі, причини виникнення

Гідроудар— це різке підвищення тиску в системах, що транспортують рідину, яке виникає при різкій зміні швидкості руху рідини. Стрибок тиску може стати причиною руйнування деяких елементів системи. Руйнування відбуваються, якщо перевищено межу міцності з'єднання або матеріалу.

Якщо говорити про наші будинки та квартири, гідроудари виникають у системах опалення та водопостачання. У системах опалення приватних будинків – при старті чи зупинці циркуляційного насоса. Так, сам собою він тиску не створює. Але різке прискорення або зупинка теплоносія і є тим навантаженням, яке діє на стінки труб та прилеглі пристрої. У системах опалення закритого типу стоїть. Він компенсує гідроудар, якщо насос знаходиться поруч. У цьому випадку додаткові пристрої можуть не знадобитися. Перевірити необхідність встановлення компенсатора можна за манометром. Якщо стрілка не рухається або рухається ледь помітно, то все нормально.

Найбільш поширена причина появи гідроудару – різке закриття крана

У централізованих системах опалення гідроудар виникає при різкому закритті заслінки, коли швидко відкривають крани для заповнення системи після ремонту/профілактики. За правилами треба робити це повільно та поступово, але на практиці трапляється інакше…

У водопостачанні гідроудар виникає навіть при різкому закритті крана або іншої запірної арматури. Більше виражені «ефекти» отримуємо в заповітних системах. Вода під час руху вдаряється в повітряні пробки, що створює додаткові ударні навантаження. Ми можемо при цьому чути клацання чи потріскування. А якщо водогін розведений пластиковими трубами, під час експлуатації можна побачити, як ці труби трясуть. Так вони реагують на гідроудари. Ви, напевно, помічали, як сіпається шланг у металевому обплетенні. Причина та ж — стрибки тиску. Рано чи пізно вони призведуть до того, що або труба лусне в найслабшому місці, або з'єднання потече (що ймовірніше і частіше зустрічається).

Чому ж раніше це явище не наголошувалося? Тому що зараз більшість кранів мають кульову заслінку і потік перекривається/відкривається дуже різко. Раніше крани були вентильного типу і заслінка опускалася повільно та поступово.

Як же боротися з гідроударами в опаленні та водопостачанні? Можна, звичайно, привчити мешканців квартири чи будинку не крутити різко крани. Але пральну чи посудомийну машину не навчиш дбайливого ставлення до труб. І циркуляційний насос не забариться в процесі старту і зупинки. Тому до системи опалення або водопостачання додають компенсатори гідроударів. Їх називають гасителями, амортизаторами.

Що таке компенсатор гідроудару: види, конструкція, принцип роботи

Компенсатор гідроудару є двох типів: мембранний і з пружним клапаном. Вони виконують ту саму функцію: приймають надлишки рідини, знижуючи цим навантаження інші елементи системи. Так як ці пристрої мають невеликі розміри, вони захищають ті прилади, які розташовані в безпосередній близькості.

Компенсатор гідроудару – невеликий пристрій, але картину значно змінює

Як влаштований та працює мембранний компенсатор

Мембранний компенсатор гідроудару – це ємність, яку поділяє на дві частини еластична мембрана. Одна із частин заповнена повітрям, друга, у нормальному стані порожня. Повітря у заповненій частині закачується під певним тиском. Для перевірки/підкачування тиску в цій частині корпусу є золотник (ніпель). З заводу вироби поставляються з вихідним тиском 3 Бар. Це «стандартне» значення більшості систем опалення одноповерхових приватних будинків. Якщо тиск потрібно змінити, до ніпелю під'єднують насос і доводять його до необхідного значення. Це значення — на 20-30% вище за робітника в конкретній системі. Але воно має бути значно нижчим за межу працездатності самого компенсатора.

Поки тиск у системі не перевищує тиск у цій частині резервуара, нічого не відбувається. У разі гідроудару, під впливом збільшеного тиску мембрана розтягується, частина рідини надходить у резервуар. У міру нормалізації, еластична мембрана прагне зайняти свій нормальний стан, виштовхуючи рідину назад у систему. Тим самим стрибок згладжується.

Особливості пружинного гасника гідроудару

Другий тип компенсаторів гідроударів працює за тим самим принципом: у корпус при підвищенні тиску пропускається рідина. Ось тільки доступ до ємності перекриває пластиковий диск, який підпирається пружиною. Тиск, у якому рідина починає надходити всередину, залежить від сили пружності пружини. Регулювати його ніяк не можна (принаймні поки що регульовані моделі не траплялися), так що доводиться підбирати пристрій з відповідними параметрами.

Принцип роботи цього гасника аналогічний до вищеописаного. Поки тиск у системі гаразд, пружина притискає диск до корпусу. У разі гідроудару, вона стискається, вода заходить у корпус. У міру зниження тиску воно стає менше, ніж сила пружності пружини. Вона поступово розтискається, повертаючи рідину в трубопровід.

Як бачите, обидва пристрої працюють за схожим принципом. Більш надійними прийнято вважати пружинні моделі, так як робочі елементи в них менше схильні до зносу (металева пружина і міцний пластик). Але мембрани також виготовляються з матеріалів, які тривалий час не втрачають своєї еластичності. Додатковий плюс - можливість виставити тиск, у якому мембрана почне розтягуватися. Але мінусом можна вважати необхідність регулярної перевірки тиску і, за необхідності, підкачування.

Компенсатор гідроударів має невеликі розміри, корпус може поміститися лише невелика кількість води (менше 200 мл зазвичай). Встановлюється він у безпосередній близькості перед джерелом появи гідроудару: кульовим краном, водяним гребінцем, на шлангу до пральної або посудомийної машини, після циркуляційного насоса, на гребінці теплої підлоги.

Кріпити його можна в будь-якому положенні: вгору, вниз, убік. Для мембранних моделей важливо, щоб був вільний доступ до ніпелю. Незалежно від конструкції, не рекомендується ставити пристрій на довгі відведення від магістралі. Відрізок труби, що підводить, повинен бути максимально коротким.

При виборі зверніть увагу на максимальний робочий тиск, що компенсується. Другий момент – діаметр підключення. Зазвичай це 1/2 дюйми, але є і на 3/4 і дюймові.

При підключенні пральної та/або посудомийної машини на шланг встановлюється трійник. Один вільний вихід трійника йде на машину, другий встановлюють компенсатор гідроудару.

Інші способи боротьби з гідроударом

Один із можливих варіантів нейтралізації гідроудару вже озвучували — крани закривати плавно. Але це не панацея, та й незручно у наш стрімкий час. І є ще побутова техніка, її не навчиш. Хоча деякі виробники враховують цей момент, і останні моделі роблять із клапаном, який плавно перекриває воду. Ось тому компенсатори та нейтралізатори стають такими популярними.

Компенсатор гідроудару – невеликий пристрій (порівняння з латунним кульовим краном)

Боротися із гідроударом можна й іншими методами:

• При розведенні або реконструкції водопроводу або опалення перед джерелом гідроудару вставляти шматок еластичної труби. Це армований термостійкий каучук або PPS. Довжина еластичної вставки - 20-40 см. Чим довша труба, тим довша вставка.
• Купівля побутової техніки та запірно-регулюючої арматури з плавним ходом клапана. Якщо говорити про опалення, часто спостерігаються проблеми з опаленням. Не всі сервомотори плавно працюють при закритті потоку. Вихід - ставити термостати / терморегулятори з плавним ходом поршня.
• Використовувати насоси з плавним пуском та зупинкою.

Гідроудар – справді небезпечна для закритої системи річ. Він ламає радіатори, розриває труби. Щоб уникнути проблем, краще продумати заходи боротьби наперед. Якщо все вже працює, але виникли проблеми, розумніше і найпростіше встановити компенсатори. Так, вони недешеві, але ремонт обійдеться дорожче.

Виробники, характеристики, ціни

Найкраще компенсатор гідроудару купувати відомих фірм. Це не та ділянка, де доречно економити. Найбільшою популярністю користується кілька фірм:

Є й інші фірми, але вони не такі популярні. деякий через надто завищену ціну, інші не завоювали довіру. У всякому разі, поки що.

(VT.CAR19.I) Мембранний гасник гідроударів VT.CAR 19 призначений для компенсації стрибків тиску, що виникають при різкому відкритті або закритті запірної арматури у квартирних системах водопостачання. Пристрій також грає роль розширювального бака, що приймає надлишок об'єму води, який виникає в трубах при природному нагріванні без водорозбору. Компенсатор гідроударів VT.CAR 19 є мініатюрним баком з нержавіючої сталі марки AISI 304L з внутрішньою розділювальною мембраною з еластомеру EPDM. Невеликі опуклості на поверхні мембрани забезпечують її нещільне примикання до корпусу і максимальну площу контакту мембрани з середовищем, що транспортується. Ємність гасника гідравлічних ударів VT.CAR 19 – 0,162 л, заводське налаштування тиску в повітряній камері – 3,5 бара, максимальний робочий тиск у квартирному водопроводі – 10 бар, граничний тиск при гідроударі – 20 бар, максимальна робоча температура – ​​10 . Діаметр приєднувального різьблення – 1/2". Розміри (висота х діаметр) виробу – 112 х 88, мм. Заводське налаштування забезпечує захист трубопроводів з номінальним робочим тиском 3 бари. тиск у повітряній камері перевищував номінальний на 0,5 бара.

Загальні відомості про гідравлічний удар

Гідравлічний удар – це стрибкоподібна зміна тиску рідини, що протікає в напірному трубопроводі, що виникає при різкій зміні швидкості потоку. У більш розгорнутому сенсі, гідравлічний удар є швидкоплинним чергуванням «стрибків» і «провалів» тиску, що супроводжується деформацією рідини і стінок труби, а також акустичним ефектом, схожим на удар молотком по сталевій трубі. При слабких гідравлічних ударах звук проявляється у вигляді «металевих» клацань, проте навіть за таких, здавалося б, незначних ударів тиск у трубопроводі може зростати дуже значно.

Стадії гідравлічного удару можна проілюструвати на наступному прикладі ( рис.1): нехай на кінці квартирного трубопроводу, приєднаного до будинкового стояка, встановлено одноважільний кран або змішувач (саме такі змішувачі дозволяють відносно швидко перекривати потік).

Рис.1. Стадії гідравлічного удару

При перекритті крана відбуваються такі процеси:

1. Поки кран відкритий, рідина рухається квартирним трубопроводом зі швидкістю. ν ». При цьому в стояку та квартирному трубопроводі тиск однаковий ( p).
2. При перекритті крана та різкому гальмуванні потоку кінетична енергія потоку переходить у роботу деформації стінок труби та рідини. Стінки труби розтягуються, а рідина стискається, що призводить до збільшення тиску на величину Δp(Ударний тиск). Зона, в якій відбулося збільшення тиску, називається зоною стиснення ударною хвилею, а її крайній переріз називається фронтом ударної хвилі. Фронт ударної хвилі поширюється на бік стояка зі швидкістю «с». Тут хотілося б відзначити, що припущення про несжимаемость води, прийняте при гідравлічних розрахунках, у разі не застосовується, т.к. реальна вода – рідина, що стискається, має коефіцієнт об'ємного стиснення 4,9х10 -10 1/Па. Тобто при тиску 20400 бар (2040 МПа) обсяг води зменшується вдвічі.
3. Коли фронт ударної хвилі дійде до стояка, вся рідина у квартирному трубопроводі виявиться стисненою, а стінки квартирного трубопроводу – розтягнутими.
4. Обсяг рідини в домовій системі набагато більше, ніж у квартирній розводці, тому, коли фронт ударної хвилі доходить до стояка, надлишковий тиск рідини згладжується здебільшого за рахунок розширення перерізу і включення в роботу загального обсягу рідини в домовій системі. Тиск у квартирному трубопроводі починає вирівнюватися зі стояковим тиском. Але при цьому квартирний трубопровід за рахунок пружності матеріалу стін відновлює свій первісний переріз, стискаючи рідину та видавлюючи її у стояк. Зона зняття деформації зі стінок трубопроводу поширюється до крана зі швидкістю. з».
5. У момент, коли тиск у квартирному трубопроводі дорівнюватиме початковому, так само як і швидкість рідини, напрямок потоку буде зворотний («нульова точка»).
6. Тепер рідина у трубопроводі зі швидкістю « ν » прагне «відірватись» від крана. Виникає «зона розряджання ударної хвилі». У цій зоні швидкість потоку нульова, а тиск рідини стає нижчим за початковий, що призводить до стиснення стінок труби (зменшення діаметра). Фронт зони розрядження пересувається до стояка зі швидкістю. з». При значній початковій швидкості потоку розрядження в трубі може призвести до зниження тиску нижче атмосферного, а також порушення нерозривності потоку (кавітації). У цьому випадку в трубопроводі біля крана з'являється кавітаційний міхур, схлопування якого призводить до того, що тиск рідини в зоні відбитої ударної хвилі стає більшим, ніж цей показник у прямій ударній хвилі.
7. При досягненні фронту стиснення ударної хвилі стояка швидкість потоку в квартирному трубопроводі нульова, а тиск рідини – нижчий за початковий і нижчий, ніж тиск у стояку. Стіни трубопроводу стиснуті.
8. Перепад тисків між рідиною в стояку та квартирному трубопроводі викликає надходження рідини у квартирний трубопровід та вирівнюванню тисків до початкового значення. У зв'язку з цим стінки труби також починають набувати початкових обрисів. Так утворюється відбита ударна хвиля, і цикли знову повторюються до згасання. При цьому проміжок часу, протягом якого проходять усі стадії та цикли гідравлічного удару, не перевищує, як правило, 0,001-0,06 с. Кількість циклів може бути різним і залежить від параметрів системи.

На Рис. 2стадії гідравлічного удару показані у графічному вигляді.

Рис. 2. Графіки зміни тиску за гідравлічного удару.

Графік на Рис. 2апоказує розвиток гідравлічного удару, коли тиск рідини в зоні розрядження ударної хвилі не падає нижче за атмосферний (лінія 0).

Графік на Рис. 2бвідображає ударну хвилю, зона розрядження якої знаходиться нижче за атмосферний тиск, але гідравлічна суцільність середовища не порушується. В цьому випадку тиск рідини в зоні розряджання нижче атмосферного, але ефект кавітації не спостерігається.

Графік на рис.2ввідображає випадок, коли порушується гідравлічна нерозривність потоку, тобто утворюється кавітаційна зона, подальше хлопування якої призводить до зростання тиску у відбитій ударній хвилі.

Різновиди гідравлічних ударів та основні розрахункові положення

Залежно від швидкості, з якою відбувається закриття запірного органу на трубопроводі, гідравлічний удар може бути "прямим" і непрямим. "Прямим" називається удар, при якому перекриття потоку відбувається за час менший, ніж період удару, тобто виконується умова:

Т 3 ≤ 2L/c,

де Т 3- Час закриття запірного органу, с; L- Довжина трубопроводу від запірного пристрою до точки, в якій підтримується постійний тиск (у квартирі - до стояка), м; з- Швидкість ударної хвилі, м / с.

Інакше гідравлічний удар називається непрямим. При непрямому ударі стрибок тиску значно менше за величиною, так як частина енергії потоку демпфується частковим витоком через запірний орган.

Залежно від ступеня перекриття потоку гідравлічний удар може бути повним та неповним. Повним є удар, у якому запірний орган повністю перекриває потік. Якщо цього не відбувається, тобто частина потоку продовжує протікати через запірний орган, то гідравлічний удар буде неповним. У цьому випадку розрахунковою швидкістю визначення величини гідравлічного удару стане різниця швидкостей потоку до і після перекриття. Величину підвищення тиску при прямому повному гідравлічному ударі можна визначити за формулою Н.Є. Жуковського (у західній технічній літературі формула приписується Alievi та Michaud):

Δp = ρ · ν · c, Па,

де ρ - щільність рідини, що транспортується, кг/м 3 ; ν – швидкість рідини, що транспортується, до моменту раптового гальмування, м/с; з- Швидкість поширення ударної хвилі, м / с.

У свою чергу швидкість поширення ударної хвилі визначається за формулою:

де з 0- швидкість поширення звуку в рідині (для води – 1425 м/с, для інших рідин можна приймати по табл. 1); D- Діаметр трубопроводу, м; δ - Товщина стінки труби, м; Їж- об'ємний модуль пружності рідини (можна приймати по табл. 2), Па; Є ст– модуль пружності матеріалу стінок труби, Па (можна приймати по табл. 3).

Таблиця 1. Характеристики рідин

Таблиця 2. Характеристики матеріалів стін труб

Якщо врахувати, що швидкість руху води в квартирних системах не повинна перевищувати 3 м/с (п.7.6. СНиП 2.04.01), то для трубопроводів із різних матеріалів можна обчислити величину підвищення тиску при можливому прямому повному гідравлічному ударі. Такі зведені дані з деяких труб представлені в табл. 3.

Таблиця 3. Підвищення тиску при гідравлічному ударі при швидкості потоку 3 м/с

При непрямому гідравлічному ударі підвищення тиску розраховується за такою формулою:

В табл. 4наведено середній час спрацьовування основної квартирної арматури. Для кожного типу цієї арматури розрахована довжина трубопроводу, більш як гідравлічний удар перестає бути прямим.

Таблиця 4. Довжина ділянки прямого удару для водозапірної арматури

Можливі наслідки гідравлічних ударів

У квартирних мережах виникнення гідравлічних ударів, звичайно, не тягне за собою таких масштабних руйнівних наслідків, як на магістральних трубопроводах великого діаметру. Однак і тут вони можуть завдати маси клопоту та збитків, якщо не враховувати можливість їх появи.

Гідравлічні удари, що періодично повторюються, в квартирній трубній розводці можуть стати причиною наступних неприємностей:

- Скорочення терміну служби трубопроводів. Нормативний термін служби внутрішніх трубопроводів визначається за сукупністю параметрів (температура, тиск, час), в яких експлуатується труба. Навіть настільки короткочасні, але часто повторювані, знакозмінні стрибки і провали тиску, що відбуваються при гідравлічному ударі, істотно спотворюють картину експлуатаційного режиму трубопроводу, скорочуючи термін його безаварійної експлуатації. Більшою мірою це відноситься до полімерних та багатошарових трубопроводів;

– видавлювання прокладок та ущільнювачів в арматурі та з'єднувачах трубопроводів. Цьому схильні такі елементи, як поршневі редуктори тиску, кульові крани, вентилі та змішувачі з гумовими сальниковими кільцями, кільця ущільнювачів обтискних і прес-з'єднувачів їй, а також кільця напівзгонів («американок»). У квартирних водолічильниках видавлювання кільця ущільнювача між вимірювальною камерою і рахунковим механізмом може призвести до попадання води в рахунковий механізм (рис.3);

Рис. 3. Попадання води в лічильний механізм водолічильника внаслідок видавлювання прокладки

– навіть одноразовий гідравлічний удар може повністю вивести з ладу контрольно-вимірювальні прилади, встановлені у квартирі. Наприклад, вигин стрілки манометра від взаємодії з обмежувальним штифтом - явна ознака гідравлічного удару, що мав місце (рис. 4);

Рис. 4. Характерне ушкодження манометра гідравлічним ударом

– кожен гідроудар у квартирному трубопроводі з полімерних матеріалів, виконаному на обтискних, пресових або насувних з'єднувачах, неминуче призводить до мікроскопічного зповзання з'єднувача з трубопроводу. Зрештою, може настати момент, коли черговий гідроудар стане критичним – труба повністю виповзе з з'єднувача (рис. 5);

Рис. 5. Порушення обтискної сполуки МПТ внаслідок дії гідроудару

- кавітаційні явища, які можуть супроводжувати гідравлічний удар, нерідко є причиною появи каверн у золотнику та корпусі запірної арматури. Схлопування вакуумних бульбашок при кавітації просто «вигризає» шматки металу з поверхні, де вони утворюються. В результаті золотник перестає виконувати свою функцію, тобто герметичність запірного органу порушується. Та й корпус такої арматури дуже швидко вийде з ладу (рис. 6);

Рис. 6. Кавітаційне руйнування внутрішньої поверхні згону перед електромагнітним клапаном

– особливу небезпеку для квартирних трубопроводів, виконаних з багатошарових труб, є зона розрядження ударної хвилі при гідравлічному ударі. При клейовому шарі низької якості або наявності непроклеєних ділянок, що утворюється в трубі, вакуум відриває внутрішній шар труби, змушуючи його «схлопуватися» (рис.7, 8).

Рис. 7. Багатошарова поліпропіленова труба, що постраждала від гідравлічного удару

Рис. 8. «Схлопнувшаяся» металополімерна труба

При частковому схлопывании труба продовжуватиме виконувати свою функцію, але з набагато більшим гідравлічним опором. Однак може статися і повне схлопування - у цьому випадку труба буде перекрита своїм внутрішнім шаром. На жаль, ГОСТ 53630-2009 "Труби напірні багатошарові" не вимагає проведення випробування зразків труб при внутрішньому тиску нижче атмосферного. Однак ряд виробників, знаючи про подібну проблему, включають до технічних умов обов'язковий пункт про перевірку труби під розрядженням. Зокрема, кожен рулон багатошарових труб VALTEC підключається до вакуумного насоса, що доводить абсолютний тиск у трубі до 0,2 атм (-0,8 бар надлишкового). Після чого за допомогою компресора через трубу проганяється пінополістирольна кулька з діаметром, трохи меншим за проектний внутрішній діаметр труби. Рулони, через які кулька не змогла пройти, нещадно бракуються і знищуються;

– ще одна небезпека підстерігає за гідравлічного удару внутрішні трубопроводи гарячого водопостачання. Як відомо, температура кипіння води знаходиться в тісній залежності від тиску ( табл. 5).

Таблиця 5. Залежність температури кипіння від тиску

Якщо, припустимо, у квартирний трубопровід надходить гаряча вода з температурою 70 ° С, а зоні розрідження гідроудару тиск знижується до абсолютного значення 0,3 атм, то цій зоні вода перетвориться на пару. Враховуючи, що обсяг пари за нормальних умов майже в 1200 разів більший за обсяг такої ж маси води, слід очікувати, що дане явище може призвести до ще більшого зростання тиску в зоні стиснення ударної хвилі.

Способи захисту від гідроударів у квартирних системах

Найдієвішим і найнадійнішим способом захисту від гідравлічного удару є збільшення часу перекриття потоку запірним органом. Саме цей спосіб використається на магістральних трубопроводах. Плавне закриття засувки не викликає жодних руйнівних обурень у потоці і дозволяє позбавитися необхідності установки громіздких і дорогих демпфуючих пристроїв. У квартирних системах такий спосіб який завжди прийнятний, т.к. у наш побут міцно увійшли і «однорукі» важільні змішувачі, електромагнітні клапани побутової техніки, та інша арматура, здатна перекрити потік у короткий проміжок часу. У зв'язку з цим квартирні інженерні системи вже на стадії проекту повинні обов'язково проектуватися з огляду на небезпеку виникнення гідроудару. Конструктивні заходи, такі як використання еластичних вставок, компенсаційних петель та розширювачів, широкого поширення не набули. Найбільшою популярністю нині користується спеціально розроблена для цієї мети арматура – ​​пневматичні (поршневі, рис. 9а, та мембранні, рис. 9б) або пружинні (рис. 9в) гасники гідроударів.

Рис. 9. Типи гасників гідроударів

У пневматичному гаснику кінетична енергія потоку рідини гаситься енергією стиснення повітря, тиск якого змінюється по адіабаті з показником К = 1,4. Об'єм повітряної камери пневматичного гасника визначається з виразу:

де P 0 - Початковий тиск у повітряній камері, Р К - кінцевий (граничний) тиск у повітряній камері. У наведеній формулі ліва частина є виразом для кінетичної енергії потоку рідини, а права – енергії стиснення повітря.

Параметри пружин для пружинних компенсаторів знаходять із виразу:

де D пр – середній діаметр пружини, I – число витків пружини, G – модуль зсуву, F к – кінцева сила, що діє на пружину, F 0 – початкова сила, що діє на пружину.

У середовищі проектувальників і монтажників існує думка, що зворотні клапани і редуктори тиску теж мають здатність до гасіння гідроударів.

Зворотні клапани, дійсно, відсікаючи частину трубопроводу в момент різкого перекриття потоку, зменшують розрахункову довжину трубопроводу, перетворюючи прямий удар на непряму, меншу енергію. Однак, різко закриваючись під впливом стадії стиснення ударної хвилі, клапан сам перетворюється на причину гідроудару у трубопроводі, розташованому до нього. У стадії розрядження клапан знову відкривається, причому, залежно від співвідношення довжин труб до клапана і після нього, може настати такий момент, коли ударні хвилі двох ділянок складуться, посиливши стрибок тиску. Поршневі редуктори тиску не можуть служити гасниками гідравлічних ударів через свою високу інерційність - через роботу сил тертя в ущільнювачах поршнів, вони просто не встигають відреагувати на миттєву зміну тиску. Крім того, такі редуктори самі потребують захисту від гідроударів, що викликають видавлювання ущільнювальних кілець з гнізд поршнів.

Здатністю частково поглинати енергію гідроударів мають мембранні редуктори тиску, проте вони розраховані зовсім на інші силові впливи, тому робота з гасіння частих гідроударів швидко виведе їх із ладу. Крім того, різке перекриття редуктора при ударній хвилі призводить, як у випадку зі зворотним клапаном, до виникнення ударної хвилі на ділянці до редуктора, не захищеному мембраною.

Крім іншого, квартирні гасники гідроударів, крім виконання свого основного завдання, виконують ще кілька функцій, важливих для безпечної експлуатації квартирних трубопроводів. Ці функції будуть розглянуті на прикладі мембранного гасника гідроударів VALTEC VT.CAR19 (рис. 10).

Гасник гідроударів VT.CAR19

Рис. 10. Гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19

Квартирний гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19 конструктивно складається (рис. 11) із кулястого корпусу, виконаного з нержавіючої сталі AISI 304L ( 1 ), із завальцьованою мембраною з EPDM ( 2 ). Завдяки невеликим опуклостям на поверхні мембрани забезпечуються її нещільне примикання до корпусу і максимальна площа контакту мембрани з середовищем, що транспортується. Повітряна камера гасника знаходиться під заводським тиском 3,5 бар, що забезпечує захист квартирних трубопроводів, тиск в яких не перевищує 3 бар. Гаситель може захищати трубопроводи з робочим тиском до 10 бар, але в цьому випадку необхідно за допомогою насоса, що приєднується до ніпеля ( 3 ) збільшити тиск у повітряній камері до значення 10,5 бар. У випадку, коли робочий тиск у квартирній мережі нижчий за 3 бар, рекомендується через ніпель ( 3 ) випустити частину повітря із камери до значення Рраб + 0,5 бар.

Рис.11. Конструкція гасника VALTEC VT.CAR19

Технічні характеристики та габаритні розміри гасника наведені в табл. 6.

Таблиця 6. Технічні характеристики VALTEC VT.CAR19

Гаситель здатний захищати трубопроводи від гідроударів, тиск при яких зростає до 20 бар, тому перед установкою гасника необхідно перевірити, який гідравлічний удар може статися в конкретному квартирному трубопроводі. Розрахунок можливого тиску при гідроударі РГУ можна розрахувати за такою формулою:

, бар.

Відношення Eводи/Єст для трубопроводів з різних матеріалів приймається за табл. 2.

Надійно захищаючи квартирні трубопроводи від гідроударів, гаситель VT.CAR19 в силу своїх конструктивних особливостей здатний сприймати надлишок води, що утворюється при нагріванні холодної води, що надійшла в період перерви у водокористуванні. Наприклад, якщо у квартиру, обладнану на введенні редуктором або зворотним клапаном надійшла вода з температурою +5°С, і за ніч вона нагрілася до 25°С (звичайна температура повітря у санвузлі), то тиск у відсіченій ділянці трубопроводу зросте на:

ΔP = β t · Δt/β v = 0,00015 · (25 - 5) / 4,9 · 10 -9 = 61,2 бара.

У наведеній формулі β t- Коефіцієнт температурного розширення води, а β v – коефіцієнт об'ємного стиснення води (величина, обернена до модуля пружності). Формула не враховує температурне розширення матеріалу самої труби, але практика показує, що кожен градус підвищення температури води у трубопроводі підвищує тиск від 2 до 2,5 бар.

Тут і потрібна друга функція мембранного гасника гідроударів. Прийнявши в себе частину води з трубопроводу, що нагрівається, він позбавить його від надмірного навантаження і допоможе уникнути аварійної ситуації. В табл. 7наведено граничні довжини трубопроводів, що захищаються гасником VT.CAR19 від температурного розширення рідини.

Таблиця 7. Гранична довжина трубопроводів, що захищаються від температурного розширення (при ΔТ = 20°C)

Що стосується квартирних трубопроводів гарячого водопостачання, то і тут гаситель VT.CAR19 виконує важливе завдання щодо запобігання закипанню води в зоні розрядження ударної хвилі. Поглинаючи енергію гідравлічного удару, гасник ліквідує цю небезпеку.

Найбільша ефективність гасника гідроударів досягається при його установці безпосередньо перед арматурою, що захищається. І тут можливість появи гідроудару повністю виключається (рис. 12).

Рис. 12. Встановлення гасників безпосередньо перед приладами, що захищаються.

У квартирних системах, де трубопроводи немає значної протяжності, допускається встановлювати один гаситель на групу приладів. У цьому випадку слід перевірити, щоб загальна довжина ділянок трубопроводів, що захищаються одним гасником, не перевищувала значень, викладених у табл. 8.

Таблиця 8. Довжина ділянок трубопроводів, що захищаються одним гасником.

При перевищенні вказаних у таблиці значень необхідно встановлювати не один, а кілька гасників. У випадку, коли розрахунковий тиск при гідравлічному ударі перевищує максимально допустимий тиск для даного гасника (20 бар для VT.CAR19), слід вибрати інший тип приладу з більш високими характеристиками міцності.

Відповідно до п.7.1.4. СП 30.13330.2012 «Внутрішній водопровід та каналізація будівель», положення якого набули чинності з 1 січня 2013 року, конструкція водорозбірної та запірної арматури має забезпечувати плавне відкривання та закривання потоку води. Але це вимога навряд чи виконуватиметься, т.к. торгівля пропонує мешканцям величезний асортимент арматури та приладів, у яких плавне регулювання неможливе. З огляду на це провідні проектні та будівельні організації нашої країни вже зараз передбачають у проектах встановлення квартирних гасників гідравлічних ударів. Наприклад, ДСК-1 міста Москви перебудовує виробництво виконання вузлів введення квартирного водопроводу за схемою, відображеної на рис. 13.

Рис. 13. Вузол квартирного введення водопроводу

Гідравлічний удар - різкий стрибок тиску в трубопроводі, причина якого - швидка зміна швидкості потоку води. Позитивний гідроудар виникає через різке закриття засувки, а негативний гідроудар - через різке відкриття. Дуже небажаний для систем опалення та водопостачання позитивний гідроудар.

Наслідками можуть стати – тріщини в трубах, вихід з ладу насоса, теплообмінника, лічильника води, манометра та іншого обладнання, що працює під тиском, і, звичайно, припинення водо- та теплопостачання будинку, затоплення сусідів у квартирі з нижніх поверхів. Найнеприємніше – розрив трубопроводу. Постійна дія ударів може призвести до розгерметизації навіть нового водопроводу.

Причини виникнення гідроудару

• Різке закриття/відкриття запірної арматури
• Наявність повітря в трубах (необхідно стравлювати повітря із системи)
• Перебої в роботі або виходу з ладу насоса
• Помилки під час монтажу системи

У сучасній системі замість різьбових вентилів, які передбачають плавне перекриття потоку води, найчастіше застосовують шарові крани, що різко перекривають систему. Вони зручні та надійні у використанні, але кількість гідроударів зростає з їх використанням у системі.

Якщо система водопостачання неправильно змонтована, гідроудари можуть виникати і з використанням вентилів. Основна причина - різкі переходи в діаметрі труб. Коли рідина переміщається під тиском по трубі великого діаметра і доходить до місця, де труба «звужується» - це також може стати причиною виникнення проблем, оскільки будь-яка перешкода на шляху рідини, що рухається зі швидкістю, змінює її обсяг і, відповідно, тиск. Також це відноситься до різких поворотів та вигинам трубопроводу. Найменше від такого удару захищені трубопроводи з діаметром труб до 100 мм та розведенням на великі відстані.

Гідравлічний удар виникає і через утворення повітряних порожнин, особливо на згині труби.

На наведеному малюнку наочно видно, що відбувається з трубою при різко закритому крані - гідроудар:

Способи запобігання гідроударам

Захистити систему водопостачання будинку чи квартири можна по-різному:

• Спочатку необхідно оглянути всю систему на предмет виявлення протікання та взагалі придатності до експлуатації, ступеня зносу труб. Старі труби краще замінити на нові. Надійність системи залежить від якості матеріалів та правильного монтажу.
• Встановлює запірну арматуру вентильного типу. Плавно закривати кран, щоб тиск у системі водопостачання вирівнювався плавно.
• Використання труб більшого діаметру . Діаметр труб вибирайте понад 100 мм. Чим більший діаметр труб, тим нижче швидкість потоку води і відповідно гідроудар.
• Уникайте довгих ділянок прокладки труб і без різких вигинів, тоді в них не утворюватимуться повітряні пробки.
• Не допускайте різкого перепаду температур у водопровідній трубі. При проектуванні будинку необхідно враховувати, щоб труби йшли тими місцями і приміщеннями, де перепад температури буде мінімальним. Робити теплоізоляцію труб.
• Постійно виконуйте профілактику:

1. Перевіряйте роботу групи безпеки: манометра, відвідника повітря, запобіжного клапана.
2. Регулярно перевіряйте стан фільтрів, які затримують пісок, іржу.

• Використовуйте компенсаторне обладнання.

Компенсатори та гасники гідроударів- спеціальні пристрої, які здатні приймати в себе частину рідини із загальної системи, коли зростає тиск, знижуючи його таким чином.

Якщо ваш будинок забезпечується водою з автономного джерела за допомогою насосного обладнання, використовуйте гідроакумулятор. Він входить до складу насосних станцій і є бак з гумовою мембраною, куди при гідроударі буде скидатися зайва вода до нормалізації тиску системи. Реле тиску – елемент, який не врятує від гідроудару, але відключить насос, коли ви перекриєте кран, і тиск перевищить певне значення. При цьому слід враховувати, що вимкнення насоса не відбудеться миттєво. Використовуйте насос із частотним перетворювачем, який автоматично регулює його роботу та забезпечує плавний пуск та зупинку. Різке підвищення тиску у системі, що призводить до гідроудару, виключається.

Як амортизатор можна використовувати трубу з еластичного пластику або термостійкого армованого каучуку, який гаситиме енергію гідравлічного удару.

Найбільш уразливі для гідравлічних ударів довгі трубопроводи, наприклад, тепла підлога. Щоб убезпечити таку систему, її оснащують термостатичним клапаном.

Термостат із суперзахистом. Іноді застосовують термостат із спецзахисту від гідроудару. Подібні пристрої мають пружинний механізм, встановлений між клапаном та термоголовкою. При надмірному тиску пружина спрацьовує і дозволяє клапану повністю закритися, як тільки потужність гідроудару знижується, клапан плавно закривається. Встановлюють такий термостат строго у напрямку стрілки на корпусі.

Схема пристрою компенсатора гідроударів

На наведених вище схемах показані приклади, як потрібно правильно встановлювати компенсатори. Вони можуть монтуватися горизонтально або вертикально, на колекторах холодної та гарячої води або на будь-якій ділянці трубопроводу, що веде до кінцевої точки споживання води.

Тут необхідно звернути увагу, що не можна допускати застій води біля входу в компенсатор, інакше в системі можуть почати розмножуватися бактерії. Тому інструкція не допускає його встановлення у верхній частині стояка.

Згідно зі статистикою, більше половини аварій на трубопроводах виникає не через корозію чи втому матеріалів. Їх причиною стають гідроудари у системі водопостачання. Але їх можна уникнути, якщо відразу монтувати систему за всіма правилами, і оснащувати її спеціальними пристроями, що гасять ударну хвилю.

Перелічені вище заходи захисту будуть ефективнішими, якщо їх застосовувати комплексно, і завжди можна нейтролізувати неприємні наслідки гідроудару та продовжити термін експлуатації труб та побутової техніки.