Природа гидроудара в системах водоснабжения и отопления + методы защиты от него

Что такое гидроудар в трубопроводе, причины возникновения

Гидроудар — это резкое повышение давления в системах транспортирующих жидкость, которое возникает при резком изменении скорости движения жидкости. Скачок давления может стать причиной разрушения некоторых элементов системы. Разрушения происходят, если превышен предел прочности соединения или материала.

Если говорить о наших домах и квартирах, гидроудары возникают в системах отопления и водоснабжения. В системах отопления частных домов — при старте или остановке циркуляционного насоса. Да, сам по себе он давления не создает. Но резкое ускорение или останов теплоносителя и является той нагрузкой, которая действует на стенки труб и близлежащие устройства. В системах отопления закрытого типа стоит расширительный бак. Он компенсирует гидроудар, если насос находится рядом. В этом случае дополнительные устройства могут и не понадобиться. Проверить необходимость установки компенсатора можно по манометру. Если стрелка не движется или движется едва заметно, все нормально.

kompensator-gidroudarov-6-600x300.jpg
Наиболее распространенная причина появления гидроудара — резкое закрытие крана

В централизованных системах отопления, гидроудар возникает при резком закрытии заслонки, когда быстро открывают краны для заполнения системы после ремонта/профилактики. По правилам надо делать это медленно и постепенно, но на практике случается иначе…

В водоснабжении гидроудар возникает даже при резком закрытии крана или другой запорной арматуры. Более выраженные «эффекты» получаем в завоздушенных системах. Вода при движении ударяется в воздушные пробки, что создает дополнительные ударные нагрузки. Мы можем при этом слышать щелчки или потрескивание. А если водопровод разведен пластиковыми трубами, во время эксплуатации можно заметить, как эти трубы сотрясаются. Так они реагируют на гидроудары. Вы, наверное, замечали, как дергается шланг в металлической оплетке. Причина та же — скачки давления. Рано или поздно они приведут к тому, что либо труба лопнет в самом слабом месте, либо соединение потечет (что более вероятно и чаще встречается).

kompensator-gidroudarov-10-600x413.jpg
Гидроудар может нанести серьезный ущерб

Почему же раньше это явление не отмечалось? Потому что сейчас большая часть кранов имеют шаровую заслонку и поток перекрывается/открывается очень резко. Раньше краны были вентильного типа и заслонка опускалась медленно и постепенно.

Как же бороться с гидроударами в отоплении и водоснабжении? Можно, конечно, приучить обитателей квартиры или дома не крутить резко краны. Но стиральную или посудомоечную машину не научишь бережному отношению к трубам. И циркуляционный насос не замедлишь в процессе старта и останова. Поэтому в систему отопления или водоснабжения добавляют компенсаторы гидроударов. Их же называют гасителями, амортизаторами.

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

  • Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.
  • Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора
  • Установка демпфирующих устройств

Что такое гидроудар в системе водоснабжения

Гидроударом называется кратковременное мощное повышение давления жидкости, которая циркулирует в трубах. Давление увеличивается из-за изменения скорости течения.

гидроудар в системе водоснабжения

Знак изменения давления влияет на тип гидроудара:

БК 1хБет выпустила приложение, теперь уже официально скачать 1xBet на Андроид можно перейдя по активной ссылке бесплатно и без каких либо регистраций.

  • положительный – при котором давление повышается вследствие резкого закрытия задвижки или включения насосного агрегата;
  • отрицательный – при котором давление увеличивается из-за остановки насоса.

По законам физики, даже при резком закрывании крана, вода продолжает движение. Останавливается только поток, ближайший к вентилю, остальные слои продолжают течь. Столкновение остановившегося и движущегося слоев и вызывает повышение давления. Если представить, что перед движущейся толпой резко закрыли вход, то первые ряды уже остановились – следующие на них натыкаются, продолжая идти, получается давка. Вода действует также, отчего возникает гидравлический удар.

Давление повышается в моментальном режиме, уровень возрастает на несколько десятков атмосфер. Последствий избежать не удастся.

Теория гидроудара

Возникновение явления возможно только по причине отсутствия компенсации перепадов давления. Скачок в одном месте вызывает распространение силы по всей протяженности трубопровода. Если в системе есть слабая точка, материал может деформироваться или разрушается полностью, образуется дыра в системе.

Впервые эффект был обнаружен в конце XIX века российским ученым Н.Е. Жуковским. Он же вывел формулу, по которой следует рассчитывать период времени, необходимый для закрывания крана, чтобы избежать неприятных последствий. Формула выглядит так: Dp = p(u0-u1), где:

  • Dp – увеличение давления в Н/м2;
  • p – плотность жидкости в кг/м3;
  • u0, u1 – средние показатели скорости воды в трубопроводе до и после закрывания кранов.

теория гидроудара

Чтобы знать, как доказать гидроудар в системе водоснабжения, необходимо знать диаметр и материал трубы, а также степень сжимаемости воды. Все расчеты проводятся после установления параметра плотности воды. Она различается по количеству растворенных солей. Определение скорости распространения гидравлического удара производится по формуле c = 2L/T, где:

  • c – обозначение скорости ударной волны;
  • L – длина трубопровода;
  • T – время.

Простота формулы позволяет быстро выявить скорость распространения удара, который, по сути, является волной с колебаниями заданной частоты. А теперь о том, как выяснить колебания за единицу времени.

Для этого пригодится формула M = 2L/a, где:

  • M – продолжительность цикла колебаний;
  • L – длина трубопровода;
  • a – скорость волны в м/с.

Упростить все расчеты позволит знание показателей скорости ударной волны при ударе для труб из самых популярных материалов:

  • сталь = 900-1300 м/с;
  • чугун = 1000-1200 м/с;
  • пластик = 300-500 м/с.

Теперь нужно подставить значения в формулу и просчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода заданной длины. Теория гидроудара поможет быстро доказать возникновение явления и предупредить возможные риски, планируя строительство дома или замену водопроводной, отопительной системы.

Расчет гидравлического удара

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь — длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, — скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н. Е. Жуковского, м/с:

где — модуль объемной упругости жидкости, — плотность жидкости, — скорость распространения звука в жидкости, — модуль упругости материала стенок трубы, — диаметр трубы, — толщина стенок трубы.

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято; для стальных — 0.01; чугунных — 0.02; ж/б — 0.1—0.14; асбестоцементных — 0.11; полиэтиленовых — 1—1.45

Коэффициент для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

,

коэффициент армирования кольцевой арматурой ( — площадь сечения кольцевой арматуры на 1 м длины стенки трубы). Обычно a=0.015—0.05.

Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом

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 .

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий