Защита от гидроудара в системе водоснабжения квартиры

Из-за чего происходит гидроудар в системе водоснабжения и к чему он может привести

Такое неблагоприятное явление как гидроудар возникло вместе с изобретением водопроводной системы. Было замечено, что резкие скачки давления в трубопроводах часто приводят к их разрыву. Чтобы этого не случилось у вас, опишем, как возникает гидроудар в системе водоснабжения квартиры и загородного дома, ознакомимся с возможными последствиями и методами устранения аварий.

Винтовой кран поможет минимизировать риск возникновения гидроудара

Если не вывести воздух с магистральных трубопроводов, то он соприкоснётся с жидкостью, что увеличит давление в несколько раз. Частые образования воздушных пробок могут привести к разрыву труб.

В доме с гидроаккумулятором

В населённых пунктах без центрального водоснабжения многие владельцы частных домов пользуются глубинными насосами. Подобное оборудование берёт воду из скважины, причём некоторая часть жидкости сохраняется в специальном расширительном бачке (гидроаккумуляторе). Из этой ёмкости вода под определённым давлением поступает в систему.

Разрушение радиатора отопления вследствие гидроудара

Последствиями гидравлического удара могут быть:

• Разрушения теплового оборудования и трубопроводов;
• Появление трещин и дальнейшее разрушение материала отопительных приборов;
• Возможность получения сильных ожогов при авариях отопительной системы;
• Прекращение тепло- и водоснабжения загородного дома;
• Возможность подтопления соседей.

Как устранить

Основным методом устранения гидравлических ударов считается уменьшение скорости потока воды в системе. В данном случае необходимо использовать специальные задвижки, имеющие длинный шток, а также увеличить диаметр трубопроводов.

Гидроудара можно избежать врезкой в металлическую магистраль участка из пластиковой или металлопластиковой трубы. Для компенсации возникающих нагрузок достаточно участка длиной 30-40 сантиметров. Скорость жидкости можно уменьшить методом установки на стояк отрезка трубы, выполненного в виде символа «П». В отопительной системе подобные функции может взять на себя полотенцесушитель.

П-образный отрезок трубы поможет предотвратить гидроудар

Одним из самых эффективных способов устранения гидроудара считается использование специального предохранительного клапана. Подобное оборудование пропускает через себя определённое количество воды при повышении давления, что снижает нагрузку на установленное оборудование и систему в целом. В данном случае необходимо правильно отрегулировать работу клапана, так как высокие параметры открытия механизма не дадут возможности предотвратить гидроудар.

Устранение повышенного давления в локальных водопроводах предполагает использование гидроаккумуляторов, которые монтируются в непосредственной близости к насосной станции. Минимальная ёмкость резервуара составляет 30 литров. Прибор разделён на две части (водную и воздушную) специальной перегородкой. При избыточном давлении происходит растягивание груши, во время компенсации нагрузки вода из гидроаккумулятора возвращается в систему.

Защита от гидроудара квартиры и загородного дома

Защита загородной недвижимости, а также городских квартир от возможного гидроудара подразумевает нейтрализацию избыточного давления в водопроводе и отопительной системы. Основным требованием в работе тепловых сетей считается плавное перекрытие или открытие запорной арматуры при запуске отопления.

• Скопление лишней жидкости в резервуаре;
• Уменьшение давления в системе путём растягивания мембраны (груши);
• Предотвращения аварийных ситуаций.

Причины и последствия гидроудара в системе водоснабжения

О таком явлении, как гидроудар в системе водоснабжения, стали говорить еще в 19 веке, когда промышленность развивалась достаточно быстро, и стало повсеместно использоваться оборудование для перекачки жидкостей. И это явления стали сразу же изучать, потому что оно было негативным. Современная статистика утверждает, что 60% поломок трубопроводов с жидкостями – это и есть гидроудар в них.

Что такое гидроудар? Это резкий скачок давления внутри трубопровода. А причина банальна – изменение скорости движения жидкости. Поэтому еще на стадии разработки водопровода, необходимо учитывать данное явление, которое будет определять надежность системы водоснабжения. Это явление сопровождается различными шумами внутри труб, щелчками, постукиваниями. Казалось бы, вроде бы ничего опасного, поэтому многие звукам не придают особого значения, но на деле все иначе. Гидроудар в водопроводной системе приводит к растрескиванию труб, к выходу из строя оборудования и запорной арматуры.

Причины возникновения гидроудара и его особенности

Итак, основная причина гидроудара – это изменение скорости потока жидкости в трубе. При этом перепад должен быть скачкообразный, то есть, резким. К примеру, отключился насос подачи воды, или, наоборот, он резко включился. Особенно это будет чувствоваться в местах, где поток воды встречается с какой-либо преградой: воздушным пузырем или запорной арматурой. Через задвижки и вентиля жидкость проходит без проблем, здесь ее скорость практически не изменяется, но увеличивается перед ними ее объем.

А увеличение массы – это увеличение давления на данном участке, которое при разных обстоятельствах может превышать 10 атм. Такой избыточный объем должен куда-то выйти, а так как водопроводная система отчасти закрытая, то появляется большая вероятность, что труба на этом участке, особенно в стыке с запорной арматурой, разорвется.

Пластиковая труба после неоднократных гидроударов

Причины появления гидроудара

Итак, об основной причине уже упоминалось – включение или выключение насоса. Теперь остальные причины.

• Воздушные пробки, которые образуются внутри трубной разводки водопровода. Поэтому от них надо избавляться еще до начала работы. Правда, необходимо отметить, что такая причина не является основной, когда дело касается водоснабжения. Чаще воздух становится причиной гидроударов в системах отопления.
• Если резко закрыть вентиль или задвижку на магистральном контуре подачи воды. Кстати, в настоящее время специалисты отмечают, что данная причина становится основной, потому что в водопроводные схемы стали устанавливать быстро закрывающиеся элементы, такие как шаровые краны. И если внутри трубы окажется воздушная пробка, то давление при закрытии крана может резко подняться от 1 до 10. Конечно, надо отдать должное производителям труб, они могут выдержать и не такие нагрузки. Но многократное давление может вывести из строя даже их.
• Конечно, перебои с подачей электроэнергии становится, во-первых, причинами резкого отключения насосного оборудования. А уже, во-вторых, резкой остановкой скорости потока жидкости. Соответственно все то же самое произойдет и с включением.

Как правильно закрывать запорную арматуру

Последствия гидроударов

Безопасность системы водоснабжения основана на правильном подходе к ее проектированию. Поэтому очень важно, создавая водопровод, учитывать все нюансы, касающиеся причин возникновения гидравлических ударов. И самое основное – это постараться создать такую трубную разводку, в которой вода при движении не встречала преград, а точнее, их должно быть как можно меньше.

Но даже установленный вентиль на пути движения воды не всегда будет той преградой, которая создаст большое давление. Ведь все будет зависеть от объема жидкости, которая начнет собираться перед ним. К примеру, короткий трубопровод или труба с малым диаметром. На таких участках гидравлические удары большая редкость.

Что касается последствий, то неприятных моментов, созданных гидроударом достаточно много.

• Разрушаются трубные разводки.
• Выходит из строя запорная арматура и насос.
• Затапливаются помещения.
• Портится мебель и другие предметы интерьера.
• Требуется ремонт водопровода с полной или частичной заменой труб.
• На какое-то время прекращается подача воды в дом.

Последствия гидравлического удара в водопроводной трубе

Как защититься от гидравлического удара

Есть несколько способов, которые помогут избавиться от такого явления, как гидроудар в системе водоснабжения. Некоторые специалисты считают, что комплексный подход использования нескольких методов поможет избежать больших неприятностей.

• Плавное закрытие запорной арматуры. Такая остановка жидкости связана с плавным увеличением давления. При этом не образуется обратная волна, которая противотоком увеличивает плотность воды.
• Чем больше диаметр труб, тем меньше риск образования гидравлического удара. Потому что скорость движения в большом сечение всегда меньше, чем в малом.
• Можно использовать эластичные вставки перед запорной арматурой, которые при увеличении давления будут расширяться, частично гася его.
• Установка компенсаторов. К примеру, эту роль может выполнять гидроаккумулятор, его емкость (объем) достаточна для того, чтобы принять излишки воды, выброшенные из трубопровода высоким давлением. Можно в водопровод установить так называемое реле давления. Оно от гидравлического удара не спасает, но отключает насос, если давление в сети начинает превышать определенный уровень. Обратите внимание, что реле сразу насосную установку не отключает.
• Один из самых эффективных способов избавиться от гидроудара – это установка специального клапана. Внутри него установлена диафрагма жесткого типа, которая при увеличении давления в водопроводной сети начинает расширяться, то есть, увеличивает объем пространства для расширяющейся жидкости. Этот защитный элемент обычно устанавливают рядом с насосом после обратного клапана.

Есть еще один момент, который касается чисто юридической стороны вопроса. Все инженерные коммуникации многоквартирного дома относятся к управляющим компаниям, которые их обслуживают и за них отвечают. Так вот эксплуатируя эти сети, необходимо проводить оценку системы водоснабжения и остальных в том числе. Все дело в том, что в таких домах слишком много потребителей, к каждому из которых должна быть подана вода под определенным давлением. И это обозначено в законодательных документах.

Стояк водопровода многоэтажного дома

То есть, получается так, что на последнем этаже, скажем двадцатиэтажного дома, вода из крана должна течь так же, как и в квартире первого этажа. Поэтому внутри водопровода создается насосами избыточное давление, чтобы уравновесить его показатели по высоте стояка. Теперь представьте, что случится, если одномоментно отключится большое количество потребителей, что обычно и происходит в ночное время. В стояке быстро повысится давление, которое и приводит к гидравлическим ударам. Поэтому именно управляющие компании отвечают за установку компенсаторов или других приборов, сдерживающих гидроудар.

Отсюда вывод, если компания не выполнила проверку водоснабжения дома, если системы защиты работают плохо или не работают вовсе, то за все несет ответственность руководитель этой компании. К нему все жалобы и претензии. И если управление только отписывается, то смело можно идти в суд, который примет сторону потребителей, то есть, жильцов дома.

Защита от гидроудара в системе водоснабжения квартиры

Гидравлический удар – резкий скачок давления в трубопроводе, причина которого быстрое изменение скорости потока воды. Положительный гидроудар возникает из-за резкого закрытия задвижки, а отрицательный гидроудар – из-за резкого открытия. Очень нежелателен для систем отопления и водоснабжения положительный гидроудар.

Последствиями могут стать – трещины в трубах, выход из строя насоса, теплообменника, счётчика воды, манометра и другого оборудования, работающего под давлением, и конечно прекращение водо- и теплоснабжения дома, затопление соседей в квартире с нижних этажей. Самое неприятное – разрыв трубопровода. Постоянное воздействие ударов может привести к разгерметизации даже нового водопровода.

Причины возникновения гидроудара

• Резкое закрытие/открытие запорной арматуры
• Наличие воздуха в трубах(необходимо стравливать воздух из системы)
• Перебои в работе или выход из строя насоса
• Ошибки при монтаже системы

В современной системе вместо резьбовых вентилей, которые предусматривают плавное перекрытие потока воды, чаще применяют шаровые краны , которые резко перекрывают систему. Они удобны и надёжны в использовании, но количество гидроударов возрастает с их использованием в системе.

Если система водоснабжения неправильно смонтирована, то гидроудары могут возникать и с использованием вентилей. Основная причина – резкие переходы в диаметре труб . Когда жидкость перемещается под давлением по трубе большого диаметра и доходит до места, где труба «сужается» – это тоже может стать причиной для возникновения проблем, так как любая преграда на пути жидкости, двигающейся со скоростью, изменяет её объём и, соответственно, давление. Также это относится к резким поворотам и изгибам трубопровода . Меньше всего от такого удара защищены трубопроводы с диаметром труб до 100 мм и разводкой на большие расстояния.

Гидравлический удар возникает и из-за образования воздушных пустот, особенно на изгибе трубы.

На нижеприведённом рисунке наглядно видно, что происходит с трубой при резко закрытом кране – гидроудар:

Способы предотвращения гидроударов

Защитить систему водоснабжения дома или квартиры можно по-разному:

• Сначала необходимо осмотреть всю систему на предмет обнаружения протечек и вообще пригодности к эксплуатации, степени износа труб. Старые трубы лучше заменить на новые. Надёжность системы зависит от качества материалов и правильного монтажа.
• Установка запорной арматуры вентильного типа. Плавно закрывать кран, чтобы давление в системе водоснабжения выравнивалась плавно.
• Использование труб большего диаметра . Диаметр труб выбирайте более 100 мм. Чем больше диаметр труб, тем ниже скорость потока воды и соответственно гидроудар.
• Избегайте длинных участков прокладки труб и без резких изгибов, тогда в них не будут образовываться воздушные пробки.
• Не допускайте резкого перепада температур в водопроводной трубе. При проектировании дома необходимо учитывать, чтобы трубы шли по тем местам и помещениям, где перепад температуры будет минимален. Делать теплоизоляцию труб.
• Постоянно выполняйте профилактику:

1. Проверяйте работу группы безопасности: манометра, воздухоотводчика, предохранительного клапана.
2. Регулярно проверяйте состояние фильтров, которые задерживают песок, ржавчину.

• Используйте компенсаторное оборудование.

Компенсаторы и гасители гидроударов

Компенсаторы и гасители гидроударов – специальные приспособления, которые способны принимать в себя часть жидкости из общей системы, когда возрастает давление, снижая его таким образом.

Если ваш дом снабжается водой из автономного источника при помощи насосного оборудования, то используйте гидроаккумулятор. Он входит в состав насосных станций и представляет собой бак с резиновой мембраной, куда при гидроударе будет сбрасываться излишняя вода до нормализации давления системы. Реле давления – элемент, который не спасёт от гидроудара, но отключит насос, когда вы перекроете кран, и давление превысит определённое значение. При этом надо учитывать, что выключение насоса не произойдёт мгновенно. Используйте насос с частотным преобразователем, который автоматически регулирует его работу и обеспечивает плавный пуск и остановку. Резкое повышение давления в системе, которое приводит к гидроудару, исключается.

В качестве амортизатора можно использовать трубу из эластичного пластика или термостойкого армированного каучука, который будет гасить энергию гидравлического удара.

Наиболее уязвимы для гидравлических ударов длинные трубопроводы, например, тёплый пол. Чтобы обезопасить такую систему, её оснащают термостатическим клапаном.

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.

Схема устройства компенсатора гидроударов

На вышеприведённых схемах показаны примеры, как нужно правильно устанавливать компенсаторы. Они могут монтироваться горизонтально или вертикально, на коллекторах холодной и горячей воды или на любом участке трубопровода, ведущего к конечной точке потребления воды.

Здесь необходимо обратить внимание на то, что нельзя допускать застой воды у входа в компенсатор, иначе в системе могут начать размножаться бактерии. Поэтому инструкция не допускает его установку в верхней части стояка.

Согласно статистике, больше половины аварий на трубопроводах возникает не из-за коррозии или усталости материалов. Их причиной становятся гидроудары в системе водоснабжения. Но их вполне можно избежать, если сразу монтировать систему по всем правилам, и оснащать её специальными устройствами, гасящими ударную волну.

Перечисленные выше меры защиты будут более эффективными, если их применять комплексно, и всегда можно нейтролизовать неприятные последствия гидроудара и продлить срок эксплуатации труб и бытовой техники.

Форум по ремонту квартир и строительству домов

Всё, что вы хотели знать о ремонте и строительстве

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение ДенДеныч » 01 май 2016, 21:21

Гидравли?ческий уда?р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором – отрицательным. Особо опасен положительный гидроудар.

Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением.

Металопластиковая труба, в которой произошёл гидроудар, это хорошо видно по “шышечкам”.

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение Евгений-ремонт » 02 май 2016, 10:43

Для борьбы с гидроударом в частном доме применяют гидроаккумулятор, который выглядит внешне вот так:

Принцип действия гидроаккумулятора состоит в накоплении гидравлической энергии с последующим ее задействованием для регулирования системы водоснабжения.

Внутрь гидроаккумулятора поступает вода и, попадая на мембрану, способствует её расширению. В результате чего, газ, которым заполнено внутреннее пространство бака, начинает сжиматься. Давление воздуха на мембрану постепенно увеличивается, после чего, вода «выталкивается» в систему. Затем, давление снижается. Включается насос, который «заправляет» гидроаккумулятор. После достижения давлением заданного уровня, насос автоматически выключается

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение Архар » 06 май 2016, 22:58

В квартире против гидроудара можно использовать гораздо более компактные устройства. Типа такого – “устройство против гидроудара S119”, Мощностью 0-16 литров, Диаметр присоединения 1/2

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение ДенДеныч » 09 май 2016, 12:23

Сегодня вот такое устройство против гидроудара монтировали в систему водопровода. У него вход и выход, не нужен тройник.

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение Евгений-ремонт » 11 май 2016, 10:38

Очень популярная картинка, которая наглядно демонстрирует что происходит в трубе при гидроударе. Здесь причиной гидроудара стал резко закрытый кран. В жизни такое бывает достаточно часто, особенно при появлении однорычаговых смесителей.

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение ДенДеныч » 13 май 2016, 02:31

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение Евгений » 14 май 2016, 12:12

Гидравлический удар в трубопроводах возникает также в следствии образования воздушных пустот, особенно на изгибе трубы.

Гидроудар в водопроводе. Как избежать.

Сообщение ДенДеныч » 16 май 2016, 18:01

Гидравлический удар, вызванный высокой скоростью конденсата

Лучистые и конвективные теплопотери провоцируют конденсацию пара в паропроводах. В начале паропровода конденсат появляется в виде тумана, далее частички увеличиваются до размера капель, часть из них, соприкасаясь со стенками трубопровода, стекают в нижнюю его часть, при этом уже образуется частичное заполнение паропровода конденсатом.

Поскольку жидкость более вязкая, чем пар, трение о стенки трубопровода замедляет поток конденсата, а высокая скорость пара на его поверхности, образует волну. Вначале она появляется в виде ряби, а далее увеличивается до образования гребней.

Воспринимая высокую скорость потока пара, поток конденсата приобретает значительную кинетическую энергию и оказывает разрушительное воздействие на препятствия в виде изменения профиля трубопровода, арматуры или оборудования.

2 причины и методы борьбы с гидроударом в системе водоснабжения

Трубопровод в случае со снабжение водопровода, и в качестве отопительного элемента дома или квартиры — прочная конструкция, способная выдерживать большие нагрузки и работать десятки лет. Касательно давления, металлические, пластиковые и полипропиленовые трубопроводы спокойно выдерживают внутреннее давление в 4 атмосферы, и даже если это значение по каким-либо причинам кратковременно превышается на 1-2 единицы, ничего страшного не случится.

Однако существует такое понятие, как гидравлический удар в трубопроводах, при котором внутреннее давление резко возрастает до 10-20 атмосфер и появляется серьезный риск прорыва труб горячего или холодного снабжения.

Природа гидроудара

Охарактеризовать или описать гидроудар в системе водоснабжения несложно, рабочее воображение и минимальный багаж знаний по физики помогут в этом. Представьте, как по трубопроводу течет вода, она движется с определенной скоростью и оказывает на стенки труб давление в 2-3 атмосферы.

Но вдруг на пути водяного потока возникает препятствие, это может быть:

• Завоздушенность — воздушная пробка, возникающая вследствие неправильной эксплуатации водопровода, его неграмотной конструкции и т.д. (все знают, что нужно открывать клапаны в системах водопровода, чтобы спускать воздух перед подачей воды, обычно речь идет о системах отопления).
• Запорная арматура — элемент крана, вентильного или шарового, перекрывающий трубу с целью остановки воды и препятствования ее дальнейшему течению по системе водоснабжения. Каждая система теплоснабжения и другие водопроводы оснащены такими кранами на определенных участках.

Сталкиваясь с подобным препятствием, водяной поток не может мгновенно снизить свою скорость, а это значит, что при той же скорости на определенном участке возникает попытка увеличения объема жидкости, то есть резкий скачок давления. Труба в такой ситуации испытывается на прочность колоссальным поднятием атмосфер и может не выдержать.

Отсюда вытекает вывод, что гидроудар в трубопроводе — частая причина его разрушения и чем дольше служит система водоснабжения, тем уязвимее она становится, особенно в случае с металлическими трубами, подверженными коррозии.

Возможные причины

Проблема состоит в том, что причин этому феномену может быть много, но распространенными считаются три:

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

Случай с работой или неисправностями насоса — наименее вероятным из этого списка. Прорыв канализации или водопровода из-за гидроудара по этой причине происходит реже других пунктов. Объясняется это тем, что у многих насос не установлен вовсе, а если он все же имеется, такое оборудования оснащается защитными системами.

Гидроудар из-за образования в системах отопления и подачи воды воздушной пробки более частое явление. Этот случай опасен тем, что при соприкосновении потока воды с завоздушенностью, скорость жидкости не снижается, а давлению и воздуху в закрытой среде некуда деться, что грозит сильным повышением атмосферного давления. Если 1–2 раза трубопровод выдержит, частые инциденты приведут к тотальным последствиям и прорыв труб неизбежен.

Наиболее частой причиной гидроудара по статистике становится именно резкое закрытие запорной арматуры. Этот фактор сильно усугубился, когда широкое распространение получил шаровый кран. Дело в том, что при вентильном кране, поток воды перекрывался постепенно, путем поэтапного закручивания вентиля и давление в трубах оставалось в допустимых пределах. Но технология шарового крана действует в разы быстрее и движущаяся жидкость внутри трубопроводов врезается в препятствие резко, не сбрасывая скорость, что приводит к сильному износу оборудования из-за повышающихся нагрузок и повышает риск гидроударов. В таких ситуациях даже компенсаторы для трубопроводов спасают не всегда.

Квартирный гаситель гидравлических ударов

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:

1. Пока кран открыт, жидкость движется по квартирному трубопроводу со скоростью «ν ». При этом в стояке и квартирном трубопроводе давление одинаковое (p).
2. 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.
3. Когда фронт ударной волны дойдет до стояка, вся жидкость в квартирном трубопроводе окажется сжатой, а стенки квартирного трубопровода – растянутыми.
4. 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».
5. В момент, когда давление в квартирном трубопроводе будет равно первоначальному, также как и скорость жидкости, направление потока будет обратное («нулевая точка»).
6. 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.
7. 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.
8. 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:

где Т₃ – 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):

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:

, м/c,

где c – 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).

Читайте далее: