Что такое гидроудар в трубопроводе – причины и следствия. Квартирный гаситель гидравлических ударов Клапан от гидроудара

27.11.2023

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.

О том, каким образом возникает такое опасное явление и как его избежать, будет подробно рассказано в данной статье.

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

Наиболее часто гидравлический удар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Когда вода течёт по трубам и выливается из крана, то в системе водопровода сохраняется постоянное значение давления, но в момент резкого перекрытия арматуры, это значение может увеличиться в несколько раз, в результате чего, стенки трубы не выдерживают напора и лопаются.

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

При многократном воздействии высокого давления, которое возникает в результате гидравлического удара, даже очень надёжные системы могут потерять герметичность. Разрыв трубопровода может произойти и от однократного, но сильного гидравлического удара .

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

Соблюдение правил монтажа водопроводных и отопительных коммуникаций позволяет свести к минимуму вероятность возникновения такого опасного явления, как гидравлический удар, но полностью исключить его только правильно спроектированными системами не получится. Для избегания такой неприятной ситуации необходим комплексный подход и соблюдение правил безопасности и технических инструкций.

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 трубопровода
минует 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.

Кроме этого, накопленная жидкость в таких устройствах, можно будет использовать в случае временного отключения водоснабжения. Защитить водопровода от гидроудара можно также с помощью специальных гасителей, которые устанавливаются в трубу холодного или горячего водоснабжения.

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:

Dp=p(u0-u1)

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:

c=2L/T.

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:

М = 2L/a

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.

Многие из нас слышали периодические щелчки в коммуникациях водоснабжения. Но немногие видят в этом серьезную угрозу, поскольку не знают, насколько разрушительными могут быть последствия. А ситуация такова, что гидравлический удар способен привести не только к поломкам оборудования, но и к образованию трещин и расколов на трубах. Дабы предотвратить это, необходимо четко следовать всем правилам эксплуатации инженерных коммуникаций. Итак, тема сегодняшней статьи – гидроудар в системе водоснабжения.

Гидроудар в системе водоснабжения

Гидроудар – что это? И его последствия

Гидроудар может возникать в любой коммуникации (не только в водопроводе) по причине практической несжимаемости воды. Для перекрытия водяного потока, который изливается из смесителя на кухне, достаточно просто повернуть кран. При этом вода наткнется на неожиданную преграду и образует обратную волну. Ввиду герметичности магистрали деваться воде больше некуда, следовательно, ее энергия будет сталкиваться со встречными потоками, ведомыми пресловутой инерции. Сама сила удара, возникающая в результате подобного столкновения, обуславливается тем, что сжатие неспособно поглотить энергию, возникающую при взаимодействии потоков. Хотя если говорить о водопроводах незначительного диаметра, то в них такие явления проявляются по минимуму.

Фото — последствия гидроудара в системе водоснабжения и отопления

Другое дело – большие (как по диаметру, так и по длине) жесткие трубы, большая скорость потока или же внезапное перекрытие просвета на определенном отрезке магистрали. В принципе, такие удары могут сглаживаться специальными компенсаторами либо эластичностью того материала, из которого выполнен трубопровод. Более того, даже воздушные пробки, находящиеся в контуре, способны амортизировать подобные скачки. Хотя энергия удара во всех случаях останется прежней, она будет только меньше воздействовать, чего более чем достаточно, дабы избежать повреждений.

Обратите внимание! В основе большей части защитных механизмов и оборудования лежит как раз сглаживание силы точка водяной массы.

Причины возникновения гидравлического удара

Таковых существует несколько:

неисправность насоса либо непредвиденное его выключение;
внезапное закрытие кранов;
воздух, который до активации магистрали, наполняемой жидкостью, в обязательном порядке следует удалять, остается в контуре.

Стадии гидроудара

Что же касается внезапного закрытия, то с созданием шаровых устройств она стала самой распространенной. Ведь когда жидкость подается или перекрывается посредством морально устаревших винтовых кранов, то плавность движения обеспечивается тем, что бюкс раскручивается поэтапно. И с технологической точки зрения устройства винтового типа более рациональны, так как исключают возможность критического роста давления.

Аналогичная ситуация и тогда, когда перед запуском из контура не был удален воздух. При резком открытии шарового крана вода сталкивается с воздухом, становящимся здесь своего рода пневматическим амортизатором. И хлопки, которые мы периодически слышим и которые проверяют трубопровод на прочность, игнорируются совершенно напрасно. Рано или поздно гидроудар в системе водоснабжения, способный достигать десятков атмосфер, станет причиной разрушения оборудования.

График стадий гидроудара

И в том, и в другом случае водный поток сталкивается с препятствием – запорной арматурой или банальным воздушным потоком. Вода во время столкновения немного сдавливается, да и трубопровод (в том числе железный) чуть-чуть растягивается. Но не забывайте, что всему есть предел.

Длина участка прямого удара для водозапорной арматуры

№	Тип квартирной арматуры	Время срабатывания, с	Длина участка прямого удара, м
№	Тип квартирной арматуры	Время срабатывания, с	Для неметаллического трубопровода	Для металлического трубопровода
1	Рычажный кран или смеситель	0,05	8,5	30
2	Душевой переключатель (дивертер)	0,03	5,2	18
3	Электромагнитный клапан стиральной машины	0,01	1,7	6
4	Электромагнитный клапан посудомоечной машины	0,01	1,7	6
5	Электромагнитный клапан системы защиты от протечек (1/2")	0,05	8,5	30
6	Заливной клапан унитаза	0,06	10,5	36

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.

Угрозы гидравлического удара в водопроводе

Как мы уже выяснили, преграда, создаваемая на пути движения воды, образует давление, которое с теоретической точки зрения предельных критических показателей не имеет. Проще говоря, несколько десятков атмосфер могут преобразоваться в более существенную цифру. Жесткие элементы системы, резьбы, да и сам трубопровод со временем будут разрушаться (медленно или быстро) от перманентного воздействия водной инерции.

Обратите внимание! Больше других от гидроударов страдают именно длинные контуры – например, водный «теплый пол», по трубам которого циркулирует разогретая жидкость. И для защиты системы от ударов контур, находящийся под напольным покрытием, оборудуется специальным клапаном-термостатом. Что характерно, данное устройство способно спасти системы только при условии грамотной установки, в остальных же случаях оно способно создавать даже дополнительную угрозу.

Как только клапан-термостат, находящийся на подаче жидкости в контур, будет перекрыт, вода под действием инерции будет двигаться еще некоторое время. В результате на данном участке образуется вакуум, хотя разница в показателях очень малая – не более одной атмосферы. А ввиду того что контур рассчитывается на все четыре атмосферы, никаких проблем быть не должно. Клапан же на выходе также перекрывает движение жидкости. Но столкнувшись с таким барьером, жидкость будет подперта очередной порцией и начнет растягивать, рушить стенки трубопровода, имея напор свыше десяти атмосфер. Но мы немного отвлеклись, вернемся к водоснабжению.

Последствия постоянных гидроударов в системе могут быть самыми непредсказуемыми. Наиболее распространенное из них – это прорыв. И еще ничего, если такой прорыв образуется на доступном участке магистрали, то есть в том месте, где с его устранением не будет никаких трудностей. Но иногда трубы прокладываются и в стенах, а это, конечно же, прибавляет головной боли.

Как бы то ни было, даже если вследствие гидроудара в системе водоснабжения появились лишь мелкие повреждения, причину столь неприятного инцидента нужно найти. Ведь рано или поздно это приведет к более серьезным последствиям.

Как правильно бороться с гидроударами?

Чтобы защитить трубы водоснабжения от гидравлических ударов (как разового, так и перманентного характера), необходимо нейтрализовать их негативное воздействие или хотя бы минимизировать его. Ознакомимся с несколькими эффективными способами.

Плавно перекрывать воду – поможет ли?

Согласно требованиям центрального водоканала отключать/включать следует только плавно. И правила, созданные для поставщиков промышленных масштабов, применимы и для обычных пользователей. В принципе, такое вот плавное включение или выключение продлевает длительность ударов.

Сила ударов остается прежней, но воздействует она не кратковременно, а как бы поэтапно, распределяясь на определенное количество отрезков времени. Как результат – суммарная сила гидроудара не меняется, в то время как его мощность заметно снижается. И если мы будем понижать/повышать показатель давления, объем или скорость движения воды плавно, то защитим тем самым контур от возможных повреждений.

Другой способ – модернизируем систему

Приведенные ниже действия, направленные на реконструкцию системы, помогут избавиться от постоянных гидравлических ударов.

По направлению движения воды устанавливаются специальные амортизирующие приборы. Другими словами, участок трубы, находящийся перед термостатом, меняется на аналогичный пластиковый участок (пластик, как известно, эластичен) или же их армированного каучука, стойкого к высоким температурам. Длина участка под замену обычно не превышает 30-ти сантиметров – этого вполне достаточно. Если длина трубопровода достаточно большая, то можете увеличить амортизатор примерно на 10 сантиметров.
В клапан-терморегулятор вводится шунт, просвет которого не превышает 0,4 миллиметра. Со стороны циркуляции воды в термостат ставится узкая труба с диаметром в 0,2-0,4 миллиметра. И если система будет работать нормально, то шунт никаким образом влиять на работу не будет, а вот если давление повысится, то он плавно снизит показатель. Разумеется, сделать все это сможет только специалист, отлично разбирающийся в термостатах. Людям неопытным браться за это не нужно.

Обратите внимание! Шунтирование применимо исключительно для систем с новыми трубами, выполненными из качественного материала. А вот различные примеси и ржавчина очень быстро засорят небольшое отверстие.

Видео – Гидроудары

Как мы выяснили, гидравлические удары возникают, если система спроектирована неправильно или же не соблюдаются эксплуатационные нормы. И пусть шум вас не настораживает, но негативные последствия, описанные в приведенном ниже видео, насторожить просто обязаны. Поэтому причины лучше устранять заранее – так вы немало сэкономите на ремонте.

Избегаем гидроударов – основные правила

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

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

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!

Согласно статистике, причиной большинства аварий трубопроводов является гидравлический удар, спровоцированный резкими перепадами внутреннего давления. Последствия такого явления могут быть самыми различными, вплоть до полного выхода системы из строя. Чтобы обезопасить себя от перебоев отопления или подачи воды, необходимо принять меры защиты.

Что называют гидроударом и почему он возникает

Понятие гидравлического удара применяется для обозначения значительного изменения давления в трубе с жидкой средой в очень сжатом временном отрезке.

Чаще всего это происходит из-за резкого изменения скорости потока, когда на его пути возникает то или иное препятствие (воздушная пробка, задвижка арматуры и пр.). Встретив преграду, жидкость сохраняет инерцию движения, что приводит к уплотнению находящегося возле препятствия слоя. Если этот процесс не остановить, продолжающееся нагнетание среды спровоцирует стремительный скачок давления.

Подобные ситуации почти всегда сопровождают перекрывание потока с помощью задвижки или крана. Может показаться, что это явление не несет никакой опасности, что побуждает многих хозяев не относиться к нему с должным вниманием. Однако, как рекомендуют специалисты, при появлении малейших предпосылок необходимо принять соответствующие меры для их скорейшего устранения.

Чаще всего гидроудар возникает в следующих ситуациях:

при запуске и остановке насосного оборудования, а также в случае его поломки;
если в замкнутом контуре появляются воздушные пробки. Перед запуском системы необходимо почистить ее от скопившегося воздуха. Делается это при помощи специальных кранов;
в случае отключения электроэнергии (это справедливо для систем с принудительной циркуляцией);
когда резко закрывается запорная арматура (вентили, задвижки, краны и т.п.).

Последняя причина гидроудара в системе водоснабжения является наиболее распространенной. Особенно это касается периода времени, когда старые задвижки начали массово заменяться современными быстродействующими кранами шарового типа.

При наличии в контуре воздушных скоплений каждое открывание шарового крана будет провоцировать прямой контакт воздуха со сжатой до предела жидкостью. Из-за этого давление может подскочить до нескольких десятков атмосфер. Если не применять соответствующие меры, рано или поздно это приведет к весьма печальным последствиям.

Как ни парадоксально это звучит, но применение винтовых кранов старой конструкции гарантирует большую безопасность, так как они способны плавно регулировать потоки жидкости.

Чем это чревато

Из-за внезапного появления препятствия на пути движения жидкости внутреннее давление в замкнутом контуре может достигать громадных значений. Это приводит к разрушающим нагрузкам на входящие в состав системы элементы и узлы. Опаснее всего гидроудары для трубопроводов значительной длины (например, теплые полы в квартире).

Наиболее вероятные последствия гидравлического удара:

выход из строя труб и оборудования;
разрушение батарей отопления;
гидроудар в системе отопления может привести к серьёзным ожогам;
перебои с подачей воды и тепла;
порча имущества (своего и соседского) из-за протекания.

Особенно часто такие аварии происходят на ржавых износившихся трубопроводах. На масштабы повреждений большое влияние имеет участок, где появилась преграда: чем ближе к началу трубопровода, тем последствия будут меньшими.

Нередко подобное явление возникает в системах отопления, сооруженных из труб разных диаметров. Если не была проведена адаптация разнокалиберных участков специальными переходниками, скачки давления произойдут обязательно.

Способы предотвращения гидравлических ударов

Избавиться от периодического появления избыточного давления в трубопроводе практически невозможно, поэтому основные меры направлены на уменьшение его интенсивности и создание эффективной защиты для труб и прочих элементов системы.

Плавная регулировка

Наиболее простой и недорогой способ предотвратить гидродинамический удар – использовать плавную регулировку. Эта рекомендация прописана в нормативной документации для эксплуатации объектов, обслуживаемых централизованной подачей воды и тепла.

Данный принцип можно использовать не только в многоквартирных домах, но и в частном секторе, где обычно применяются автономные отопительные системы. За счет плавности использования запорной арматуры внезапное повышение давления не происходит: это процесс как бы растягивается во времени. В результате при сохранении суммарной силы удара достигается снижение его мощности.

Удобнее всего реализовывать подобный метод кранами с постепенным перекрыванием потока.

Автоматическая защита

Не всегда есть возможность достигать постепенности коррекции внутреннего давления ручным способом. Более удобными и надежными в эксплуатации являются автоматические гасители гидроударов, которые ставят на насосы в принудительных системах.

Автоматика дает возможность плавно наращивать скорость оборотов двигателя при включении, а при выключении – так же плавно ее снижать. Таким образом, внутреннее давление выходит на свой максимум не сразу, а спустя некоторое время. При этом вместе с отслеживанием показателей давления электроника самостоятельно регулирует напор.

Использование компенсаторов

Задачей гидрокомпенсатора (его еще называют демпфером и гидроаккумулятором) является накапливание жидкости и вбирание ее избытка из контура, что способствует снижению уровня внутреннего давления. В результате это позволяет гасить возникающие гидроудары.

Обратите внимание! Согласно европейским нормам, оснащение систем водоснабжения и отопления гидроаккумуляторами является обязательным условием.

Конструкция компенсатора состоит из герметичного стального бака, эластичной мембраны из каучука и вмонтированного в нее воздушного клапана. Местом его установки выступают участки отопительного контура с наибольшей вероятностью скачков давления.

Защитный клапан

Местом установки защитного клапана с диафрагмой выступает участок трубы в непосредственной близости к насосу, сразу после обратного предохранителя (это позволяет стравливать необходимый объем жидкости в случае возникновения избыточного давления). В различных моделях устройств их активизация может осуществляться или электрическим контроллером, или пилотным быстродействующим приспособлением.

Срабатывание клапана происходит при превышении давлением безопасной границы, что обеспечивает надежную защиту циркуляционного насоса в случае его резкой остановки. Когда опасное внутреннее напряжение достигает своего максимума, приспособление открывается на 100%. После нормализации ситуации происходит постепенное закрывание регулятора. Так удается избежать гидроудара и обеспечить стабильную скорость циркуляции жидкости в системе.

Амортизирующие приспособления

Еще одним эффективным методом защиты водопроводов является применение амортизирующих компенсаторов гидроударов.

Чаще всего речь идет о пластиковых или термостойких каучуковых трубах. Их расположение должно совпадать с направлением движения теплоносителя (термостат находится сразу за такой трубой). Благодаря эластичности изделие способно самостоятельно убрать энергию гидравлического удара. В среднем длину амортизационного участка берут в пределах 20-30 см. Для очень продолжительных контуров длину армированной каучуковой трубы можно увеличить до 40 см.

Защитный термостат

В отдельных ситуациях избежать гидравлического удара помогает термостат, оснащенный специальной защитой от скачков напряжения.

Внутри прибора имеется пружинная начинка, разделяющая клапан и термоголовку. Во время скачка давления сработавший механизм препятствует полному закрыванию клапана. По мере снижения мощности гидроудара происходит постепенное закрывание выпускного отверстия. При монтаже защитного термостата важно не перепутать стрелку на корпусе и направление движения жидкой среды в трубе.

Возможность шунтирования

Сделать защитный термостат можно и самостоятельно, оснастив терморегулирующий клапан специальным шунтом. Речь идет о тонкой трубке диаметром 0,2-0,4 мм или об отверстии схожего сечения. Если система не испытывает перегрузок, термостат будет работать в штатном режиме. В случае появления внутреннего напряжения оно будет плавно снято.

Внимание! Следует иметь в виду, что таким способом разрешается комплектовать только автоматические контуры с новыми трубами (если в жидкой среде есть твердые примеси или ржавчина, они быстро забьют трубку).

Профилактические меры

Параллельно с оснащением системы специальными защитными приспособлениями снизить вероятность появления гидравлического удара помогут несложные профилактические мероприятия.

Для этого необходимо:

контролировать эффективность группы безопасности (предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр).
время от времени проверять давление внутри расширительного бака, корректируя его при необходимости;
проверять, не появились ли в контуре протечки, устраняя все обнаруженные дефекты;
отслеживать, как расположены запорные вентили по отношению к движению теплоносителя;
регулярно прочищать фильтры, предназначенные для задержки накипи, песка и ржавчины.

Наибольшая эффективность перечисленных защитных мер наблюдается при их комплексном применении. Такой подход позволит добиться полномасштабной нейтрализации негативных последствий преизбыточного давления в системе.

По статистике около 60% всех разрушений (прорывов) трубопроводов возникают из-за гидроудара, который представляет собой кратковременный, резкий и значительный скачок давления в трубе, возникающий в результате внезапного изменения скорости потока жидкости. Обычные признаки, сопровождающие эту серьезную неприятность – щелчки, стук и прочий шум, который возникает в коммуникациях, снабжающих нас водой и теплом. Многие даже не обращают на них внимания, а ведь гидроудар в системе водоснабжения приводит к повреждению оборудования, появлению трещин, расколу труб. Предотвратить аварийную ситуацию поможет четкое соблюдение правил эксплуатации трубопроводов и проведение модернизации инженерных сетей.

Природа гидроудара, возможные причины

Владельцы частных домов с неграмотно устроенными инженерными коммуникациями часто слышат характерное пощелкивание и стук, которые сигнализируют о том, что в замкнутой системе произошло кратковременное резкое повышение давления в результате внезапного прекращения движения жидкости по контуру или внезапного возобновления ее циркуляции.

Когда поток жидкости, двигающийся с определенной скоростью, сталкивается с преградой (воздухом или запорной арматурой), скорость его меняется не сразу, а вот объем быстро увеличивается, давление растет и иногда достигает 10 и более атмосфер. Если «излишкам» деваться некуда, то возникает риск разрыва трубы.

Возможные причины гидроудара:

запуск, остановка и поломка насоса или его аварийное отключение;
воздух в системе;
резкая остановка потока жидкости в контуре, вызванная быстрым открытием-закрытием запорной арматуры: кранов, задвижек и т.д.

Последняя причина наиболее типична с тех самых пор, как вентильные краны, с их плавным ходом, заменили более современные и «резкие» шаровые собратья.

В случае если из системы не выведен воздух, то при открытии шарового крана происходит столкновение воздушной массы и практически несжимаемой жидкости, в итоге значение давления может возрасти до нескольких десятков атмосфер. Такая регулярная «проверка на прочность» очень негативно сказывается на состоянии системы в целом и труб в частности, итог предсказать нетрудно.

Заводушенность системы отопления - нередкая проблема. О том, как спускать воздух из батарей, узнаете в нашей статье: .

Неприятные последствия и методы защиты от гидроудара

Барьер, неожиданно возникающий на пути потока жидкости, формирует давление, которое, теоретически, может расти бесконечно. При этом жесткие элементы системы испытывают сильнейшие нагрузки и постепенно или резко разрушаются.

Последствия гидроудара могут быть плачевными, особенно для старых трубопроводов

Аварии, которые вызывает гидроудар в системе отопления, сопровождаются рядом характерных неприятностей:

разрушением трубопроводов и оборудования тепловых сетей;
разрывом отопительных приборов;
ожоговым травматизмом;
длительным прекращением тепло- и водоснабжения;
затоплением жилища и порчей имущества.

Наиболее уязвимы для гидравлических ударов длинные трубопроводы, например, теплый пол. Чтобы обезопасить «подпольную» систему, ее оснащают термостатическим клапаном, установку которого нужно доверить хорошим специалистам, иначе появится еще один фактор риска в системе.

Грамотная защита систем отопления или водоснабжения от гидроударов направлена на снижение их интенсивности и нейтрализацию воздействия избыточного давления.

Без резких движений

Самый простой способ обезопасить себя от гидроудара – плавное включение и выключение запорной арматуры. Этот нюанс четко прописан в нормативах по эксплуатации объектов централизованного водоснабжения и теплосетей. Правило без каких-либо оговорок можно распространить и на автономные сети.

Суть в том, что плавное включение и отключение растягивают во времени процесс повышения давления. Энергия гидроудара действует не всей своей силой за раз, а распределяется на несколько временных отрезков. При этом, хоть суммарная сила удара и остается прежней, но мощность уменьшается.

Вариант с использованием автоматики

Плавный запуск и остановку инженерной системы можно вполне доверить автоматике. Насосы с автоматической регулировкой оборотов электродвигателя плавно поднимают давление в трубах после запуска, и так же планомерно действуют в обратном порядке. Программное оборудование не просто отслеживает изменение давления, но и совершает автоматическую регулировку напора.

Наилучший эффект дает комплексная модернизация системы, которая поможет предотвратить гидроудар в трубах. Она включает в себя ряд различных мероприятий.

Компенсаторы гидроудара, демпферы, гидроаккумуляторы

Важным элементом в системах отопления и водоснабжения является компенсатор гидроудара (он же демпфер, он же ) – устройство, которое выполняет сразу три важных задачи: накапливает (аккумулирует) жидкость; принимает избыток жидкости из системы, тем самым способствует снижению давления в ней; соответственно, способствует гашению гидроудара, если он возникает.

Компенсатор гидроудара (демпфер) устанавливают в самых «опасных» местах

Компенсатор представляет собой герметичный стальной бак с эластичной мембраной и встроенным воздушным клапаном. Объем может быть как совершенно незначительным, так и довольно большим.

Интересно! В Европе, если в сети не установлен гидрокомпенсатор, гарантия на бытовую технику, например, стиральную машинку, бойлер или посудомоечную машину, не выдается.

Для защиты насосной станции, в случае внезапной остановки насоса, например, применяют специальный клапан защиты от гидроудара диафрагменного типа с жестким уплотнителем. Он приводится в действие давлением жидкости и имеет очень полезную функцию быстрого сброса давления. Устанавливают его после обратного клапана, на отводе от трубопровода, рядом с насосом.

Клапан является надежным предохранителем в системах, находящихся под давлением.

Установка амортизирующего устройства

Установка амортизирующего устройства (трубы из пластика или термостойкого каучука) по направлению циркуляции жидкости, перед термостатом, является эффективным методом защиты. Эластичный материал самопроизвольно гасит энергию гидроудара. Достаточная длина – 20-30 см, для очень длинного трубопровода амортизатор можно увеличить на 10 см.

Шунтирование в домашних условиях

Тот, кто хорошо знаком с конструкцией термостата, может установить в терморегулирующем клапане шунт с просветом 0,4 мм или просто проделать отверстие такого же диаметра. При нормальном режиме работы, подобное нововведение никак не отразится на системе, а вот при перегрузках плавно снизит давление.

Важно! Шунтирование как метод защиты от гидроудара применим лишь к автономным сетям с новыми трубами. Осадок и ржавчина центральных коммуникаций делают его совершенно неэффективным.

Термостат с суперзащитой

Иногда применяют термостат со спецзащитой от гидроудара. Подобные устройства имеют пружинный механизм, установленный между клапаном и термоголовкой. При избыточном давлении пружина срабатывает и не позволяет клапану полностью закрыться, как только мощность гидроудара снижается, клапан плавно закрывается. Устанавливают такой термостат строго по направлению стрелки на корпусе.

Гидроудар в системах водо- и теплоснабжения – явление довольно частое и опасное, но существует немало способов, с помощью которых можно нейтрализовать неприятные последствия этого явления и продлить срок жизни бытовой техники и труб.

Общие сведения о гидравлическом ударе

Гидравлический удар – это скачкообразное изменение давление жидкости, протекающей в напорном трубопроводе, возникающее при резком изменении скорости потока. В более развернутом смысле, гидравлический удар представляет собой быстротечное чередование «скачков» и «провалов» давления, сопровождающееся деформацией жидкости и стенок трубы, а также акустическим эффектом, похожим на удар молотком по стальной трубе. При слабых гидравлических ударах звук проявляется в виде «металлических» щелчков, однако даже при таких, казалось бы, незначительных ударах давление в трубопроводе может возрастать весьма значительно.

Стадии гидравлического удара можно проиллюстрироват ь на следующем примере (рис.1 ): пусть на конце квартирного трубопровода, присоединенного к домовому стояку, установлен однорычажный кран или смеситель (именно такие смесители позволяют относительно быстро перекрывать поток).

Рис.1. Стадии гидравлического удара

При перекрытии крана происходят следующие процессы:

Пока кран открыт, жидкость движется по квартирному трубопроводу со скоростью «ν ». При этом в стояке и квартирном трубопроводе давление одинаковое (p ).
При перекрытии крана и резком торможении потока кинетическая энергия потока переходит в работу деформации стенок трубы и жидкости. Стенки трубы растягиваются, а жидкость сжимается, что ведет к увеличению давления на величинуΔp (ударное давление). Зона, в которой произошло увеличение давления называется зоной сжатия ударной волной, а ее крайнее сечение называется фронтом ударной волны. Фронт ударной волны распространяется в сторону стояка со скоростью «с». Здесь хотелось бы отметить, что допущение о несжимаемости воды, принимаемое при гидравлических расчетах, в данном случае не применяется, т.к. реальная вода – сжимаемая жидкость, имеющая коэффициент объемного сжатия 4,9х10 -10 1/Па. То есть при давлении 20 400 бар (2040 МПа) объем воды уменьшается в два раза.
Когда фронт ударной волны дойдет до стояка, вся жидкость в квартирном трубопроводе окажется сжатой, а стенки квартирного трубопровода – растянутыми.
Объем жидкости в домовой системе гораздо больше, чем в квартирной разводке, поэтому, когда фронт ударной волны доходит до стояка, избыточное давление жидкости большей частью сглаживается за счет расширения сечения и включения в работу общего объема жидкости в домовой системе. Давление в квартирном трубопроводе начинает выравниваться со стояковым давлением. Но при этом квартирный трубопровод за счет упругости материала стенок восстанавливает свое первоначальное сечение, сжимая жидкость и выдавливая ее в стояк. Зона снятия деформации со стенок трубопровода распространяется к крану со скоростью «с ».
В момент, когда давление в квартирном трубопроводе будет равно первоначальному, также как и скорость жидкости, направление потока будет обратное («нулевая точка»).
Теперь жидкость в трубопроводе со скоростью «ν » стремится «оторваться» от крана. Возникает «зона разряжения ударной волны». В этой зоне скорость потока нулевая, а давление жидкости становится ниже первоначального, что приводит к сжатию стенок трубы (уменьшению диаметра). Фронт зоны разряжения передвигается к стояку со скоростью «с ». При значительной первоначальной скорости потока разряжение в трубе может привести к снижению давления ниже атмосферного, а также к нарушению неразрывности потока (кавитации). В этом случае в трубопроводе около крана появляется кавитационный пузырь, схлопывание которого приводит к тому, что давление жидкости в зоне отраженной ударной волны становится больше, чем этот же показатель в прямой ударной волне.
При достижении фронта сжатия ударной волны стояка скорость потока в квартирном трубопроводе нулевая, а давление жидкости – ниже первоначального и ниже, чем давление в стояке. Стенки трубопровода сжаты.
Перепад давлений между жидкостью в стояке и квартирном трубопроводе вызывает поступление жидкости в квартирный трубопровод и выравниванию давлений до первоначального значения. В связи с этим стенки трубы также начинают приобретать первоначальные очертания. Так образовывается отраженная ударная волна, и циклы снова повторяются до полного угасания. При этом промежуток времени, в течение которого проходят все стадии и циклы гидравлического удара, не превышает, как правило, 0,001–0,06 с. Количество циклов может быть различным и зависит от характеристик системы.

На рис. 2 стадии гидравлического удара показаны в графическом виде.

Рис. 2. Графики изменения давления при гидравлическом ударе.

График на рис. 2а показывает развитие гидравлического удара, когда давление жидкости в зоне разряжения ударной волны не падает ниже атмосферного (линия 0).

График на рис. 2б отображает ударную волну, зона разряжения которой находится ниже атмосферного давления, но гидравлическая сплошность среды не нарушается. В этом случае давление жидкости в зоне разряжения ниже атмосферного, но эффект кавитации не наблюдается.

График на рис.2в отображает случай, когда нарушается гидравлическая неразрывность потока, то есть образуется кавитационная зона, последующее схлопывание которой приводит к возрастанию давления в отраженной ударной волне.

Разновидности гидравлических ударов и основные расчетные положения

В зависимости от скорости, с которой происходит закрытие запорного органа на трубопроводе, гидравлический удар может быть «прямым» и непрямым». «Прямым» называется удар, при котором перекрытие потока происходит за время меньшее, чем период удара, то есть выполняется условие:

Т 3 ≤ 2L/c,

где Т 3 – время закрытия запорного органа, с; L – длина трубопровода от запорного устройства до точки, в которой поддерживается постоянное давление (в квартире – до стояка), м; с – скорость ударной волны, м/с.

В противном случае гидравлический удар называется непрямым. При непрямом ударе скачок давления значительно меньше по величине, так как часть энергии потока демпфируется частичной утечкой через запорный орган.

В зависимости от степени перекрытия потока гидравлический удар может быть полным и неполным. Полным является удар, при котором запорный орган полностью перекрывает поток. Если же этого не происходит, то есть часть потока продолжает протекать через запорный орган, то гидравлический удар будет неполным. В этом случае расчетной скоростью для определения величины гидравлического удара станет разница скоростей потока до и после перекрытия. Величину повышения давления при прямом полном гидравлическом ударе можно определить по формуле Н.Е. Жуковского (в западной технической литературе формула приписывается Alievi и Michaud):

Δp = ρ · ν · c, Па ,

где ρ – плотность транспортируемой жидкости, кг/м 3 ; ν – скорость транспортируемой жидкости до момента внезапного торможения, м/с; с – скорость распространения ударной волны, м/с.

В свою очередь скорость распространения ударной волны с определяется по формуле:

где c 0 - скорость распространения звука в жидкости (для воды – 1425 м/с, для других жидкостей можно принимать по табл. 1 ); D – диаметр трубопровода, м; δ – толщина стенки трубы, м; Е ж – объемный модуль упругости жидкости (можно принимать по табл. 2 ), Па; Е ст – модуль упругости материала стенок трубы, Па (можно принимать по табл. 3 ).

Таблица 1. Характеристики жидкостей

Таблица 2. Характеристики материалов стенок труб

Если учесть, что скорость движения воды в квартирных системах не должна превышать 3 м/с (п.7.6. СНиП 2.04.01), то для трубопроводов из различных материалов можно вычислить величину повышения давления при возможном прямом полном гидравлическом ударе. Такие сводные данные по некоторым трубам представлены в табл. 3 .

Таблица 3. Повышение давление при гидравлическом ударе при скорости потока 3 м/с

Материал и габариты труб	Скорость ударной волны, м/с	Δр , бар
Металлополимер






Полиэтилен







Полипропилен



















Сталь (ВГП нормальные трубы)

При непрямом гидравлическом ударе повышение давления рассчитывается по формуле:

В табл. 4 приведено среднее время срабатывания основной квартирной арматуры. Для каждого типа этой арматуры рассчитана длина трубопровода, более которой гидравлический удар перестает быть прямым.

Таблица 4. Длина участка прямого удара для водозапорной арматуры

Возможные последствия гидравлических ударов

В квартирных сетях возникновение гидравлических ударов, конечно, не влечет таких масштабных разрушительных последствий, как на магистральных трубопроводах большого диаметра. Однако и здесь они могут доставить массу хлопот и убытков, если не учитывать возможность их появления.

Периодически повторяющиеся гидравлические удары в квартирной трубной разводке могут стать причиной следующих неприятностей:

– сокращение срока службы трубопроводов. Нормативный срок службы внутренних трубопроводов определяется по совокупности характеристик (температура, давление, время), в которых эксплуатируется труба. Даже столь кратковременные, но часто повторяющиеся, знакопеременные скачки и провалы давления, происходящие при гидравлическом ударе, существенно искажают картину эксплуатационног о режима трубопровода, сокращая срок его безаварийной эксплуатации. В большей степени это относится к полимерным и многослойным трубопроводам;

– выдавливание прокладок и уплотнителей в арматуре и соединителях трубопроводов. Этому подвержены такие элементы, как поршневые редукторы давления, шаровые краны, вентили и смесители с резиновыми сальниковыми кольцами, уплотнительные кольца обжимных и пресс-соединител ей, а также кольца полусгонов («американок»). В квартирных водосчетчиках выдавливание уплотнительного кольца между измерительной камерой и счетным механизмом может привести к попаданию воды в счетный механизм (рис.3);

Рис. 3 . Попадание воды в счетный механизм водосчетчика в результате выдавливания прокладки

– даже однократный гидравлический удар может полностью вывести из строя контрольно-измер ительные приборы, установленные в квартире. Например, изгиб стрелки манометра от взаимодействия с ограничительным штифтом – явный признак имевшего место гидравлического удара (рис. 4);

Рис. 4. Характерное повреждение манометра гидравлическим ударом

– каждый гидроудар в квартирном трубопроводе из полимерных материалов, выполненном на обжимных, прессовых или надвижных соединителях, неизбежно приводит к микроскопическом у «сползанию» соединителя с трубопровода. В конце концов, может наступить момент, когда очередной гидроудар станет критическим – труба полностью «выползет» из соединителя (рис. 5);

Рис. 5. Нарушение обжимного соединения МПТ в результате воздействия гидроудара

– кавитационные явления, которые могут сопровождать гидравлический удар, нередко являются причиной появления каверн в золотнике и корпусе запорной арматуры. Схлопывание вакуумных пузырьков при кавитации просто «выгрызает» куски металла с поверхности, на которой они образуются. В результате золотник перестает выполнять свою функцию, то есть, герметичность запорного органа нарушается. Да и корпус такой арматуры очень быстро выйдет из строя (рис. 6);

Рис. 6. Кавитационное разрушение внутренней поверхности сгона перед электромагнитным клапаном

– особую опасность для квартирных трубопроводов, выполненных из многослойных труб, представляет зона разряжения ударной волны при гидравлическом ударе. При клеевом слое низкого качества или наличии непроклеенных участков, образующийся в трубе вакуум отрывает внутренний слой трубы, заставляя его «схлопываться» (рис.7, 8).

Рис. 7. Многослойная полипропиленовая труба, пострадавшая от гидравлического удара

Рис. 8. «Схлопнувшаяся» металлополимерна я труба

При частичном схлопывании труба будет продолжать выполнять свою функцию, но с гораздо большим гидравлическим сопротивлением. Однако может произойти и полное схлопывание – в этом случае труба будет перекрыта своим же внутренним слоем. К сожалению, ГОСТ 53630-2009 «Трубы напорные многослойные» не требует проведения испытания образцов труб при внутреннем давлении ниже атмосферного. Однако ряд производителей, зная о подобной проблеме, включают в технические условия обязательный пункт о проверке трубы под разряжением. В частности, каждый рулон многослойных труб VALTEC подключается к вакуумному насосу, доводящему абсолютное давление в трубе до 0,2 атм (–0,8 бар избыточного). После чего с помощью компрессора через трубу прогоняется пенополистирольн ый шарик с диаметром, чуть меньшим проектного внутреннего диаметра трубы. Рулоны, через которые шарик не смог пройти, беспощадно бракуются и уничтожаются;

– еще одна опасность подстерегает при гидравлическом ударе внутренние трубопроводы горячего водоснабжения. Как известно, температура кипения воды находится в тесной зависимости от давления (табл. 5 ).

Таблица 5. Зависимость температуры кипения воды от давления

Если, допустим, в квартирный трубопровод поступает горячая вода с температурой 70 °С, а в зоне разрежения гидроудара давление снижается до абсолютного значения 0,3 атм, то в этой зоне вода превратится в пар. Учитывая, что объем пара при нормальных условиях почти в 1200 раз больше объема такой же массы воды, следует ожидать, что данное явление может привести к еще большему росту давления в зоне сжатия ударной волны.

Способы защиты от гидроударов в квартирных системах

Самым действенным и надежным способом защиты от гидравлического удара является увеличение времени перекрытия потока запорным органом. Именно этот способ используется на магистральных трубопроводах. Плавное закрытие задвижки не вызывает никаких разрушительных возмущений в потоке и позволяет избавиться от необходимости установки громоздких и дорогих демпфирующих устройств. В квартирных системах такой способ не всегда приемлем, т.к. в наш обиход прочно вошли и «однорукие» рычажные смесители, электромагнитные клапаны бытовой техники, и прочая арматура, способная перекрыть поток в короткий промежуток времени. В связи с этим квартирные инженерные системы уже на стадии проекта должны обязательно проектироваться с учетом опасности возникновения гидроудара. Конструктивные мероприятия, такие как использование эластичных вставок, компенсационных петель и расширителей, широкого распространения не получили. Наибольшей популярностью в настоящее время пользуется специально разработанная для этой цели арматура – пневматические (поршневые, рис. 9а, и мембранные, рис. 9б) или пружинные (рис.9в) гасители гидроударов.

Рис. 9. Типы гасителей гидроударов

В пневматических гасителе кинетическая энергия потока жидкости гасится энергией сжатия воздуха, давление которого изменяется по адиабате с показателем К = 1,4. Объем воздушной камеры пневматического гасителя определяется из выражения:

где P 0 – начальное давление в воздушной камере, Р К – конечное (предельное) давление в воздушной камере. В приведенной формуле левая часть представляет собой выражение для кинетической энергии потока жидкости, а правая – энергии сжатия воздуха.

Параметры пружин для пружинных компенсаторов находят из выражения:

где D пр – средний диаметр пружины, I – число витков пружины, G – модуль сдвига, F к – конечная сила, действующая на пружину, F 0 – начальная сила, действующая на пружину.

В среде проектировщиков и монтажников бытует мнение, что обратные клапаны и редукторы давления тоже обладают способностью к гашению гидроударов.

Обратные клапаны, действительно, отсекая часть трубопровода в момент резкого перекрытия потока, уменьшают расчетную длину трубопровода, превращая прямой удар в непрямой, меньшей энергии. Однако, резко закрываясь под воздействием стадии сжатия ударной волны, клапан сам превращается в причину гидроудара в трубопроводе, расположенном до него. В стадии разряжения клапан снова открывается, причем, в зависимости от соотношения длин труб до клапана и после него, может настать такой момент, когда ударные волны двух участков сложатся, усилив скачок давления. Поршневые редукторы давления не могут служить гасителями гидравлических ударов в силу своей высокой инерционности – из-за работы сил трения в уплотнителях поршней, они просто не успевают отреагировать на мгновенное изменение давления. Кроме того, такие редукторы сами нуждаются в защите от гидроударов, вызывающих выдавливание уплотнительных колец из гнезд поршней.

Способностью частично поглощать энергию гидроударов обладают мембранные редукторы давления, однако они рассчитаны совсем на другие силовые воздействия, поэтому работа по гашению частых гидроударов быстро выведет их из строя. Кроме того, резкое перекрытие редуктора при ударной волне приводит, как в случае с обратным клапаном, к возникновению ударной волны на участке до редуктора, не защищенном мембраной.

Помимо всего прочего, квартирные гасители гидроударов кроме выполнения своей основной задачи выполняют еще несколько функций, немаловажных для безопасной эксплуатации квартирных трубопроводов. Эти функции будут рассмотрены на примере мембранного гасителя гидроударов VALTEC VT.CAR19 (рис. 10).

Гаситель гидроударов VT.CAR19

Рис. 10. Гаситель гидроударов VALTEC VT.CAR19

Квартирный гаситель гидроударов VALTEC VT.CAR19 конструктивно состоит (рис. 11) из шаровидного корпуса, выполненного из нержавеющей стали AISI 304L (1 ), с завальцованной мембраной из EPDM (2 ). Благодаря небольшим выпуклостям на поверхности мембраны обеспечиваются ее неплотное примыкание к корпусу и максимальная площадь контакта мембраны с транспортируемой средой. Воздушная камера гасителя находится под заводским давлением 3,5 бара, что обеспечивает защиту квартирных трубопроводов, давление в которых не превышает 3 бар. Гаситель может защищать и трубопроводы с рабочим давлением до 10 бар, но в этом случае необходимо с помощью насоса, присоединяемого к ниппелю (3 ) увеличить давление в воздушной камере до значения 10,5 бара. В случае, когда рабочее давление в квартирной сети ниже 3 бар, рекомендуется через ниппель (3 ) выпустить часть воздуха из камеры до значения Рраб + 0,5 бар.

Рис.11. Конструкция гасителя VALTEC VT.CAR19

Технические характеристики и габаритные размеры гасителя приведены в табл. 6 .

Таблица 6. Технические характеристики VALTEC VT.CAR19

Наименование характеристики		Значение
Рабочий объем
Заводское значение предварительного давления в воздушной камере
Максимальное давление при гидроударе

Максимальное рабочее давление в защищаемом квартирном трубопроводе
Диапазон температур рабочей среды

Размеры (см. эскиз):
Н – высота
O – диаметр
G – присоединительна я резьба
Материал:
	Нержавеющая сталь AISI 304L
Мембрана

Гаситель способен защищать трубопроводы от гидроударов, давление при которых возрастает до 20 бар, поэтому перед установкой гасителя необходимо проверить, какой величины гидравлический удар может произойти в конкретном квартирном трубопроводе. Расчет возможного давления при гидроударе Р гу можно рассчитать по формуле:

, бар.

Отношение Eводы/Ест для трубопроводов из разных материалов принимается по табл. 2 .

Надежно защищая квартирные трубопроводы от гидроударов, гаситель VT.CAR19 в силу своих конструктивных особенностей способен воспринимать излишек воды, образующийся при нагревании поступившей холодной воды в период перерыва в водопользовании. Например, если в квартиру, оборудованную на вводе редуктором или обратным клапаном поступила вода с температурой +5°С, и за ночь она нагрелась до 25°С (обычная температура воздуха в санузле), то давление в отсеченном участке трубопровода возрастет на:

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

В приведенной формуле β t – коэффициент температурного расширения воды, а β v – коэффициент объемного сжатия воды (величина, обратная модулю упругости). Формула не учитывает температурное расширение материала самой трубы, но практика показывает, что каждый градус повышения температуры воды в трубопроводе повышает давление от 2 до 2,5 бара.

Здесь-то и востребуется вторая функция мембранного гасителя гидроударов. Приняв в себя часть воды из нагревающегося трубопровода, он избавит его от чрезмерной нагрузки и поможет избежать аварийной ситуации. В табл. 7 приведены предельные длины трубопроводов, защищаемые гасителем VT.CAR19 от температурного расширения жидкости.

Таблица 7. Предельная длина трубопроводов, защищаемых от температурного расширения (при ΔТ = 20°C)

Что касается квартирных трубопроводов горячего водоснабжения, то и здесь гаситель VT.CAR19 выполняет важную задачу по предотвращению вскипания воды в зоне разряжения ударной волны. Поглощая энергию гидравлического удара, гаситель ликвидирует и эту опасность.

Наибольшая эффективность гасителя гидроударов достигается при его установке непосредственно перед защищаемой арматурой. В этом случае возможность появления гидроудара полностью исключается (рис. 12).

Рис. 12. Установка гасителей непосредственно перед защищаемыми приборами

В квартирных системах, где трубопроводы не имеют значительной протяженности, допускается устанавливать один гаситель на группу приборов. В этом случае следует проверить, чтобы общая длина защищаемых одним гасителем участков трубопроводов не превышала значений, изложенных в табл. 8 .

Таблица 8. Длина защищаемых одним гасителем участков трубопроводов

При превышении указанных в таблице значений необходимо устанавливать не один, а несколько гасителей. В случае, когда расчетное давление при гидравлическом ударе превышает максимально допустимое давление для данного гасителя (20 бар для VT.CAR19), следует выбрать другой тип прибора с более высокими прочностными характеристиками.

В соответствии с п.7.1.4. СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий», положения которого вступили в силу с 1 января 2013 года, конструкция водоразборной и запорной арматуры должна обеспечивать плавное открывание и закрывание потока воды. Но это требование навряд ли будет выполняться, т.к. торговля предлагает жильцам огромный ассортимент арматуры и приборов, в которых плавное регулирование невозможно. Учитывая это, ведущие проектные и строительные организации нашей страны уже сейчас предусматривают в проектах установку квартирных гасителей гидравлических ударов. Например, ДСК-1 города Москвы перестраивает производство на выполнение узлов ввода квартирного водопровода по схеме, отображенной на рис. 13.

Рис. 13. Узел квартирного ввода водопровода ДСК-1