Гидроудары в системе отопления: Гидравлический удар в системах водоснабжения и отопления

Гидроудар в системе отопления частного и многоквартирного дома

Жители частных домов и квартир в многоэтажных домах часто слышат в трубопроводах отопления глухие или резкие, отчетливые удары, стук. Казалось бы – этому явлению можно не уделять особого внимания. На самом деле последствия этого явления могут не только разрушить трубопроводы и радиаторы, но и нанести травмы самим жильцам. Гидроудар в системе отопления служит причиной большинства поломок и разрушения теплотехнического оборудования. Что же делать, как избавиться от гидравлических ударов в системе отопления? Решение этого вопроса имеет огромное значение для сохранности оборудования и коммуникаций комплекса отопления. Если в централизованном отоплении меры по локализации этого явления предпринять сложно, то гидроудары в системе отопления жилого частного дома можно предотвратить.

Содержание

• 1 Что значит гидроудар
• 2 Причины возникновения
• 3 Основные способы защиты

Что значит гидроудар

Гидравлический удар (гидроудар) – физическое явление, характеризующееся резким повышением гидравлического давления на отдельном участке жидкостной системы, вызванном значительным изменением скорости потока.

В системах отопления основным видом теплоносителя является вода. Вода является несжимаемой по определению, как и подавляющее большинство жидкостей. При движении потока на его пути могут образоваться препятствия. Причем для возникновения гидроудара препятствие должно возникнуть неожиданно. При возникновении преграды жидкость теряет скорость, градиент которой стремится к нулю.

При остановке объема жидкости на него продолжает действовать сила нагнетания устройства, осуществляющего циркуляцию воды. Под воздействием силы нагнетания на участке поднимается гидравлическое давление жидкости. Давление воздействует на стенки трубопроводов, сосудов.

При резком устранении преграды движения жидкость устремляется в зону наименьшего сопротивления и давления. При этом она приобретает огромную скорость за счет разницы давлений в точке высокого давления и в свободной зоне.

Жидкость двигается с большой скоростью, при этом за счет своей несжимаемости может повредить элементы и конструкции системы отопления. Сила нанесенного удара зачастую намного превышает силу удара молотком наотмашь. Поэтому сильные гидроудары могут разрушить металлические изделия и устройства. При этом происходит разгерметизация коммуникаций и возникает опасность получения ожогов горячей водой.

Причины возникновения

Сужение трубопровода

Различают несколько основных причин возникновения гидроударов в системе отопления, среди них можно выделить следующие:

1. Резкое открытие (закрытие) запорной арматуры;
2. Наличие в системе воздушных пробок;
3. Резкое сужение трубопровода;
4. Изгиб трубопровода;
5. Резкое изменение режима работы насоса – пуск или остановка.

Резкие манипуляции с запорной арматурой – открытие или закрытие – приводят к мгновенному изменению давления в зоне устройства. При закрытии повышается давление на арматуру и ее соединительные элементы. При этом часто повреждаются уплотнения резьбовых соединений, межфланцевые прокладки, а при высоком давлении – элементы запорного устройства.

При быстром открытии в зоне за арматурой имеется область низкого давления. Жидкость мгновенно устремляется в нее, приобретая большую скорость. В этом случае разрушению подвержены элементы, расположенные после арматуры. Особенно подвержены гидроударам участки с большим гидравлическим сопротивлением – изгибы трубопроводов, отопительные приборы (радиаторы, конвекторы и так далее).

Наличие воздушных пробок в системе обусловлено ее неверной конфигурацией, ошибками при монтаже. В результате ошибок монтажа не соблюдается нормативный уклон коммуникаций, образуются «мешки» и «мертвые зоны». На этих участках часто образуются воздушные пробки.

Жидкость останавливается перед пробкой, давление начинает расти. Жидкость постепенно сжимает воздушный объем и при достижении определенной величины давления прорывает препятствие. После этого она движется с большой скоростью в зону пониженного давления, нанося повреждения элементам системы.

При резком сужении трубопровода вода также приобретает высокую скорость. Сужение может быть создано при сооружении сети или в результате образования прочных отложений (накипи и так далее). Изменение диаметров трубопроводов отопления должно происходить плавно по длине.

Частая причина гидроударов – смена режима работы циркуляционного насоса. Особенно часто гидроудары происходят при пуске насоса (особенно на высокой скорости). При этом жидкость приобретает скорость и движется по коммуникациям, имевшим до этого гидростатическое давление. При пуске вода приобретает динамическую составляющую давления, это увеличивает ее скорость.

При остановке насос становится естественным препятствием на пути воды. Давление перед ним увеличивается, происходит проброс порций рабочей среды через рабочее колесо.

Гидроудары – постоянное явление в системах парового отопления. Они обусловлены разным фазовым состоянием пара и воды. Поэтому коммуникации паровых комплексов выполняются из металлов с повышенной толщиной стенки.

Основные способы защиты

Для защиты материалов, оборудования и коммуникаций от гидравлических ударов применяются следующие способы:

1. Установка терморегуляторов со встроенным шунтом;
2. Вставки из пластичного материала;
3. Установка мембранных устройств;
4. Управление режимами работы насоса по данным датчика давления в системе;
5. Общие профилактические мероприятия.

В качестве запорной арматуры устанавливают терморегуляторы со встроенным шунтом. Шунт – трубка малого диаметра, пропускает излишки теплоносителя при повышении давления.

Стальные элементы чаще всего подвержены разрушению от гидроударов вследствие жесткости конструкции, отсутствии амортизирующего эффекта. Для создания амортизатора часто врезают небольшие участки из полимерных труб, обладающих хорошей гибкостью. При гидроударе они компенсируют ударное усилие изгибом, при этом не повреждаются.

Гидроаккумуляторы и расширительные баки также неплохо справляются с повышением давления, принимая его излишек на себя. Мембрана, выполненная из резины или полимера, изгибается, сжимает воздух воздушной камеры. В освободившееся пространство поступает вода из отопления, снижается общее напряжение в системе по давлению.

Циркуляционные насосы оснащают системой управления работой по давлению. Датчик контролирует давление воды в сети. При повышении значения он подает команду на снижение числа оборотов насоса. Такая система применима для насосов с частотным регулированием скорости вращения рабочего колеса.

Общие профилактические мероприятия по предотвращению гидроударов и их последствий:

• Производить плавное управление запорной арматурой;
• Включение насосов производить на низкой скорости;
• Проверять работоспособность воздухоотводчиков и предохранительных клапанов;
• Своевременно, регулярно стравливать воздух из оборудования;
• Регулярно производить визуальный осмотр на предмет целостности конструктивных элементов отопления;
• Контролировать целостность мембраны экспанзоматов.

Гидравлические удары – частое и опасное явление в сетях отопления. Своевременное их предотвращения спасет отопительные коммуникации и оборудование от повреждений, сохранит их целостность и работоспособность.

Гидроудар в системе отопления, предупреждение и ремонт течи

Отопление нельзя отнести к простейшим устройствам. Его работа основана на  различных физических законах, в системе используются разнообразные по функциональному назначению приборы и механизмы, и для получения нужного результата необходимо обеспечить их согласование между собой. Одной из особенностей работы водяного обогрева является такой эффект, как гидроудар в системе отопления – резкое, пусть и кратковременное, повышение давления в системе.

Гидроудар

• Причины его возникновения и последствия
• Немного о ремонте системы
• Модернизация и изменение системы
• Настройка системы отопления

Причины его возникновения и последствия

Внешним проявлением гидроудара в системе отопления будут стуки и щелчки. Причиной этого служит возникновение препятствий на пути движения воды. Как и всякая жидкость, она  является практически несжимаемой и обладает определенной массой и инерцией. Если на ее пути возникает препятствие, то из-за отсутствия возможности двигаться дальше, а вода не может остановиться мгновенно, в системе резко повышается давление.

Когда это происходит достаточно часто и система не обладает необходимым запасом прочности, то вполне возможно, вам скоро потребуется ремонт отопления в доме. Конкретной причиной возникновения гидроудара может быть:

• поломка или отключение циркуляционного насоса;
• появление в системе воздуха;
• быстрое закрытие вентилей, останавливающее поток жидкости.

Приведенный ниже рисунок поможет понять возможные причины его возникновения, причем последняя из приведенных встречается наиболее часто. Стоит отметить, что использование шаровых кранов для перекрытия труб недопустимо.

Причины возникновения гидроудара

На сколько повысится давление, степень возможного повреждения и, значит, какой потребуется ремонт системы отопления, будет зависеть от места возникновения препятствия и длины трубопровода. Если это произойдет в начале длинного участка, то величина повышенного давления будет меньше, если в его конце – то больше.

Немного о ремонте системы

При постоянном  возникновении перенапряжений в системе, как уже говорилось, возможно ее повреждение. Большую нагрузку будут испытывать жесткие детали системы, резьбовые соединения и сам трубопровод. Итогом этого может быть как утечка воды из системы отопления через резьбовые соединения, так и разрушения трубопровода и элементов отопления, например такие, как показанные на фото ниже.

И если устранение течи в системе отопления, приведенное на первом рисунке, осуществляется достаточно просто, то от разрушений, показанных на втором, можно избавиться только заменой радиатора. Существуют определенные правила эксплуатации, позволяющие отстрочить ремонт системы отопления в загородном доме, а то и вовсе его избежать. Самым простейшим приемом является плавное перекрытие кранов. За счет этого общая энергия гидроудара, растягиваясь во времени, не способна нанести существенных повреждений системе.

Модернизация и изменение системы

Многие проблемы, связанные с гидроударом, вызваны недостатками самой системы. Одной из причин, например, может быть стыковка труб большого размера с трубами меньшего диаметра. Возникающее при этом сопротивление препятствует свободному прохождению жидкости и способствует повышению давления. Устранить подобное можно, если выполнить капитальный ремонт системы отопления. В ходе его проведения надо предусмотреть ряд мер, значительно улучшающих ее возможности противостоять гидроудару. Среди них стоит отметить:

• амортизирующие устройства, представляющие собой отрезки эластичного пластика, устанавливаемые перед термостатом вместо жесткой трубы;

Гаситель гидроударов Valtec CAR-19

• введение шунта со специально выполненными  отверстиями, позволяющего уменьшить возникающее давление;
• использование специальных термостатов с защитой от гидравлических ударов.

Это лишь некоторые меры, позволяющие снизить последствия и возможность возникновения гидроудара. Определившись с ними, может быть составлена смета на ремонт системы отопления.

Настройка системы отопления

Это является одним из обязательных этапов работ по созданию обогрева.   Настройка должна выполняться и после монтажа, и когда проведен ремонт отопления в частном доме. В ходе всех этих работ возможны разные ситуации, и отнестись к ним надо очень внимательно. Задача, как настроить систему отопления, во многом связана с устранением недостатков и ошибок, допущенных при проектировании и выполнении монтажа. В конечном итоге благодаря этому   система станет более экономичной, долговечной и легко управляемой.

Балансировка системы отопления

На первом этапе необходимо проверить и при необходимости изменить толщину труб в разводке. С этим достаточно просто ошибиться, особенно если применяется естественная циркуляция.  Когда система уже работает, то такие изменения выполняются при модернизации или в случаях, предусматривающих серьезный ремонт системы отопления. Кроме того, проверяются остальные элементы системы, а также соответствие и правильное использование оборудования и заполнение системы нужным количеством воды.

Если нет циркуляции в системе отопления, то скорее всего, где-то образовалась воздушная пробка. После ее устранения все должно работать в штатном режиме.

В тех случаях, когда происходит плохая циркуляция в системе отопления, порой достаточно просто прочистить фильтр перед отопительным котлом, чаще всего это решает проблему. Такой результат в первом приближении позволяет считать, что система работает, и можно приступать к ее балансировке и регулировке температуры.

Правильный монтаж, использование соответствующего оборудования и выполнение несложных требований эксплуатации системы отопления обеспечат ей долгий срок службы и позволят избежать неприятностей, связанных с сопутствующими явлениями, например таким, как гидроудар.

ГИДРОУДАР В ГИДРОННЫХ СИСТЕМАХ | Калеффи

Гидравлические удары представляют собой сильные удары, которые происходят в быстрой последовательности в закрытых каналах, когда жидкость замедляется или ускоряется за очень короткое время, например, при быстром закрытии крана или запуске или остановке насоса. Они вызваны энергией, добавляемой к жидкости или вычитаемой из нее при изменении ее скорости. Эффект заключается в распространении избыточного и пониженного давления
вдоль труб, что может привести к шуму и повреждению всей системы.

Название этого физического явления происходит от древней военной машины, называемой тараном, которая использовалась для разрушения стен или выбивания дверей последовательными сильными ударами, сравнимыми с описанными выше гидравлическими ударами. В самом простом виде таранная боевая машина состояла из длинной прочной деревянной балки, один конец которой был укреплен железной головкой-молотом. Более развитым типом был таран с подвесной балкой и крышей для защиты солдат. Интенсивность ударов, наносимых этими машинами, зависела исключительно от силы и умения маневрирующих ими лиц.

 

 

Интенсивность гидроударов , напротив, зависит от комплексных факторов, подлежащих определению и увязке между собой. Тем не менее (учитывая, что нас, инженеров ОВиК, в основном интересует порядок величин в игре), мы можем сказать, что максимальное избыточное давление, вызванное гидравлическим ударом, можно рассчитать следующим образом:

P* = 2 v l / g t

где:
P* = избыточное давление гидравлического удара (м водяного столба)
v = скорость воды (м/с)
l = длина трубы (м)  
g = ускорение свободного падения (9,81 м/с2)
t = время закрытия клапана (с)

Пример расчета:
 

Определение давление, создаваемое в трубе при быстром закрытии клапана. Учитывая:
v = 2,5 м/с (скорость воды)
l = 80 м (длина трубы)
t = 0,5 с (время закрытия клапана)
Pes = 35 м вод. ст. (рабочее давление)
Избыточное давление, вызванное гидравлическим ударом, рассчитывается по формуле: P* = (2 · 2,5 · 80) / 90,81 · 0,5 = 82 м вод. ст.
Таким образом, общее давление, создаваемое в трубе, равно: P = Pes + P* = 35 + 82 = 117 м водяного столба.
Как видите, давление очень высокое.

• Негативное воздействие гидравлического удара+

  В системах кондиционирования воздуха эти воздействия, как правило, весьма ограничены и, следовательно, незначительны. Наоборот, в санитарно-технических системах они могут быть весьма значительными и вызывать:

   

  • Поломку или сильную деформацию материалов с низкой механической прочностью (баки-аккумуляторы горячей воды, пластиковые трубы, редукторы давления, вентили и т.п.)
  • Износ соединений и сварных швов
  • Сильный шум и вибрация
  • Износ нагнетательного крана

  Нас, как специалистов по гидротехнике, часто просили оценить эти повреждения и найти способы их устранения.
  Сначала мы не могли понять, почему самые серьезные случаи, т.е. поломки, происходили в основном в небольших системах. Нам казалось более логичным обратное, т. е. разрушение должно происходить в основном в крупных или средне-крупных системах, где задействованные скорости и длины (основные факторы, определяющие интенсивность гидроударов) несомненно имеют более высокие значения.
  Тогда мы придумали такое объяснение: даже если в малых системах нет таких длин или скоростей, которые вызывали бы сильные гидравлические удары, их можно импортировать прямо из водопровода. А гидравлические удары, поступающие из водопроводных сетей, легче справляются с крупными и средне-крупными системами, поскольку их более разветвленные сети облегчают рассеивание и поглощение.
   
  Как специалисты по гидротехнике, нам также пришлось столкнуться с тем фактом, что гидравлические удары часто не воспроизводимы, особенно когда они поступают из водопроводной сети. Таким образом, в этих случаях их существование и виновность могут быть доказаны только косвенными доказательствами.
  И косвенные доказательства могут быть слабыми, когда сталкиваются с экспертами, которые, пытаясь возложить вину за поломку материала на установщика или производителя, даже отрицают доказательственные доказательства.

   

• Возможные способы устранения+

  Формула на странице сбоку ясно показывает, что для устранения или хотя бы значительного смягчения гидроударов нужно уменьшить скорость жидкости и увеличить время закрытия клапана. Однако трудно что-то сделать со временем закрытия, так как сегодня обычно используются быстрозакрывающиеся клапаны. Таким образом, чтобы гарантировать, что гидравлический удар находится под контролем, целесообразно принять разрядники, которые могут быть типа:

  — вода-воздух
  — поршень
  — мембрана
  — пружина.

  В целом следует избегать водовоздушных разрядников, поскольку они требуют постоянного обновления воздушной подушки, которая имеет тенденцию растворяться в воде.

• Ограничители гидравлических ударов, устанавливаемые в верхней части стояков+

  Это традиционное решение, принятое для больших и средних и крупных систем с формированием стояков. Разрядники размещаются (в осматриваемых коробках или каналах) в верхней части стояков холодной и горячей воды. Стояки рециркуляции напрямую соединены со стояками горячей воды.
  Это решение позволяет добиться эффективных результатов в отношении ослабления гидравлического удара. На самом деле разрядники находятся недалеко от кранов, то есть источников гидравлического удара.
  Однако этот раствор также имеет противопоказания в отношении безопасности против легионелл.
   
  Противопоказания связаны с тем, что горячая вода не может циркулировать в некоторых зонах системы. Поэтому в этих так называемых мертвых зонах нельзя проводить тепловую дезинфекцию .
  В данном случае существует два типа мертвых зон: первый – это участки труб (над штуцерами рециркуляции), которые соединяют стояки горячей воды с разрядниками;
  вторые — зоны застоя воды внутри пламегасителей.
  Учитывая возрастающую важность проблемы Legionella, вполне вероятно, что все это приведет к критическому пересмотру исследуемой системы. Возможным альтернативным решением, несомненно, является описанное ниже.

• Ограничители гидравлического удара, установленные на распределительных коллекторах+

  Это решение заключается в установке небольших пружинных ограничителей на коллекторах, тем самым перенося действие демпфирования гидравлического удара с верхней части стояков внутрь распределительных коробок. На практике демпфирующее действие меняется с полуцентрализованного на периферийное, что дает преимущество в том, что гасители работают в непосредственной близости от кранов, т.е. в местах, где в основном возникают гидравлические удары.

   

  Схема системы показана ниже. Смесительные клапаны против ожогов используются для обеспечения возможности и безопасности как непрерывной, так и периодической термообработки против легионеллы. Распределительные коллекторы также оснащены запорной арматурой на отдельных ответвлениях. Это важная функция, так как в случае утечки можно перекрыть только ответственный кран.

• Устройство защиты от гидроударов+

  Устройство защиты от гидроударов при установке в непосредственной близости от однорычажных смесителей, электромагнитных клапанов, шаровых кранов и т. д. предотвращает такие негативные эффекты (шум и повреждение всей системы). Нажмите здесь, чтобы узнать больше о серии Caleffi 525.

Как устранить гидроудар и успокоить трубы (руководство «Сделай сам»)

Фото: istockphoto. com

В: Когда вода достигает уровня заполнения в моей стиральной машине и начинается цикл перемешивания, я всегда слышу серию громких ударов в трубах за стеной. Чем это вызвано? Не повредит ли это трубам?

A: Грохот, который вы слышите, называется «гидравлический удар». Это форма гидравлического удара, возникающая, когда запорный клапан на линии подачи воды под высоким давлением внезапно закрывается. Когда ваша стиральная машина наполняется водой, вода быстро течет по трубам в вашем доме до тех пор, пока, когда барабан не заполнится, клапан стиральной машины резко не закроется. Деваться некуда, быстро движущийся водопровод ударяется о стенку трубы с интенсивным скачком давления, в результате чего трубы дергаются и ударяются о стены или другие трубы. В результате вы слышите серию громких ударов и, возможно, даже чувствуете давление, сотрясающее дом.

Некоторые работы лучше доверить профессионалам.

Получите бесплатные оценки от лицензированных сантехников рядом с вами без каких-либо обязательств.

Найти профессионалов сейчас

+

Гидравлический удар не только создает раздражающий шум, но и может повредить соединения и стыки труб, что приведет к утечкам и дорогостоящему ремонту. Или, что еще хуже, шум может также указывать на более серьезную проблему, такую ​​как избыточное давление в ваших водопроводных линиях или ослабление трубопровода. К счастью, домовладельцы обычно могут недорого устранить гидравлический удар без помощи профессионала. Просто следуйте инструкциям ниже, чтобы провести собственное расследование этого вопроса.

Устраните неполадки в воздушной камере водопровода, чтобы уменьшить гидравлический удар.

Эта вертикальная труба, расположенная рядом с водяным клапаном, помогает уменьшить гидравлический удар, действуя как подушка. Воздушная камера поглощает удары воды после закрытия клапана, предотвращая громкий удар воды о стенки труб. Во многих домах в стенах установлены воздушные камеры, но иногда воздушная камера может перестать работать должным образом, если она заболочена.

Чтобы решить эту проблему, домовладельцам необходимо слить воду из водопроводной системы: перекрыть главный водопроводный кран, открыть самый верхний кран в доме и слить воду из самого нижнего крана (обычно в подвале или на первом этаже).

Воздушная камера снова наполнится воздухом вместо воды, что, возможно, решит проблему гидравлического удара. Если в вашем доме нет воздушной камеры, подумайте о том, чтобы ее установил профессионал.

Фото: Supplyhouse.com

В качестве альтернативы установите гасители гидравлического удара, чтобы исключить стук.

Предохранители от гидравлических ударов представляют собой заполненные воздухом цилиндры, которые поглощают толчки при внезапном повышении давления воды при закрытии клапана.

Большинство гасителей гидравлических ударов, доступных сегодня, просты в установке, и они оснащены соединителями винтового типа, которые крепятся между линией подачи воды и запорным клапаном (см. пример на Amazon).

Обязательно установите два: один на линии подачи горячей воды и один на линии подачи холодной воды. Однако, если вы не знакомы с основными сантехническими соединениями, не стесняйтесь вызвать сантехника для установки разрядников.

Отрегулируйте редукционный клапан давления воды.

Иногда избыточное давление воды в ваших трубах вызывает гидравлический удар, и в этом случае опорожнение воздушной камеры от воды или установка гидрозатвора дает лишь временную помощь.

Чтобы отрегулировать давление, домовладельцы должны отрегулировать свой редукционный клапан. Эти клапаны в настоящее время есть в большинстве домов, часто они расположены на входе в главный водопровод дома.

В зависимости от производителя некоторые клапаны имеют ручку для регулировки, а для других требуется гаечный ключ или отвертка. Используйте правильную технику, чтобы настроить клапан на значение ниже 50 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм), что является достаточным значением для большинства домов.

В качестве бонуса снижение давления воды в вашем доме экономит энергию, способствует экономии воды и потенциально продлевает срок службы ваших автоматических приборов (включая более дорогостоящие инвестиции, такие как стиральные машины, туалеты и посудомоечные машины).

Уменьшить избыточное давление воды на счетчике.

Если в вашем доме нет редукционного клапана, рассмотрите возможность попросить муниципалитет, который контролирует систему водоснабжения в вашем районе, проверить давление воды в вашем доме. Муниципальные системы водоснабжения часто поддерживают воду в своих линиях под давлением около 200 фунтов на квадратный дюйм, но жилые водопроводы не предназначены для безопасного выдерживания такого высокого давления. Муниципалитет, как правило, бесплатно проверяет давление воды и при необходимости может снизить его.

Стабилизировать незакрепленные линии подачи воды, чтобы предотвратить удары.

При строительстве дома сантехник использует U-образные хомуты для крепления водопроводных труб к деревянным балкам или стойкам с помощью шурупов. Если ремни недостаточно тугие или если несколько ремней отсутствуют, трубы могут стучать и создавать шум.

Чтобы предотвратить стук, затяните ослабленные хомуты с помощью отвертки или установите дополнительные хомуты для дополнительной устойчивости. Большинство хомутов для труб отлиты из тонкого металла или пластика, но вы также можете найти мягкие хомуты для труб, которые обеспечивают дополнительное снижение вибрации.

Имейте в виду, что домовладельцы никогда не должны использовать оцинкованные или стальные хомуты на медных трубах, так как сочетание материалов вызывает электролиз и протечки в водопроводе.

Водопроводы амортизирующие с трубной изоляцией.

Изоляция труб, доступная в пенопластовых трубках, предназначена для установки вокруг водопроводных труб, чтобы предотвратить их замерзание. Но они также отлично подходят для амортизации болтающихся труб.

Трубки из пеноматериала предварительно прорезаны от конца до конца, поэтому все, что вам нужно сделать, это провести пальцем по прорези, чтобы открыть трубку, а затем надеть ее на линию подачи воды.