Останнім часом все частіше з'являються повідомлення про руйнування деяких елементів опалення або водопроводу. Причина поломки – гідроудар. Рятує від таких неприємностей компенсатор (гасник) гідроудару. Що це за пристрій такий, як і де його встановлювати читайте в цій статті. Гідроудар — це різке підвищення тиску в системах, що транспортують рідину, яке виникає при різкій зміні швидкості руху рідини. Стрибок тиску може стати причиною руйнування деяких елементів системи. Руйнування відбуваються, якщо перевищена межа міцності з'єднання або матеріалу. Якщо говорити про наші будинки та квартири, гідроудари виникають у системах опалення та водопостачання. У системах опалення приватних будинків – при старті чи зупинці циркуляційного насоса. Так, сам собою він тиску не створює. Але різке прискорення або зупинка теплоносія і є тим навантаженням, яке діє на стінки труб та прилеглі пристрої. У системах опалення закритого типу стоїть розширювальний бак. Він компенсує гідроудар, якщо насос знаходиться поряд. У цьому випадку додаткові пристрої можуть не знадобитися. Перевірити необхідність встановлення компенсатора можна за манометром. Якщо стрілка не рухається або рухається ледь помітно, то все нормально. Найбільш поширена причина появи гідроудару - різке закриття крана У централізованих системах опалення гідроудар виникає при різкому закритті заслінки, коли швидко відкривають крани для заповнення системи після ремонту/профілактики.За правилами треба робити це повільно та поступово, але на практиці трапляється інакше… У водопостачанні гідроудар виникає навіть при різкому закритті крана або іншої запірної арматури. Більше виражені «ефекти» отримуємо в заповітних системах. Вода під час руху вдаряється у повітряні пробки, що створює додаткові ударні навантаження. Ми можемо при цьому чути клацання чи потріскування. А якщо водопровід розведений пластиковими трубами, під час експлуатації можна побачити, як ці труби трясуть. Так вони реагують на гідроудари. Ви, напевно, помічали, як сіпається шланг у металевому обплетенні. Причина та сама — стрибки тиску. Рано чи пізно вони призведуть до того, що або труба лусне в найслабшому місці, або з'єднання потече (що ймовірніше і частіше зустрічається). Гідроудар може завдати серйозної шкоди Чому ж раніше це явище не наголошувалося? Тому що зараз більшість кранів мають кульову заслінку і потік перекривається/відкривається дуже різко. Раніше крани були вентильного типу і заслінка опускалася повільно та поступово. Як же боротися з гідроударами в опаленні та водопостачанні? Можна, звичайно, привчити мешканців квартири чи будинку не крутити різко крани. Але пральну чи посудомийну машину не навчиш дбайливого ставлення до труб. І циркуляційний насос не сповільниш у процесі старту та зупинки. Тому до системи опалення або водопостачання додають компенсатори гідроударів. Їх називають гасителями, амортизаторами. Компенсатор гідроудару є двох типів: мембранний і з пружним клапаном.Вони виконують ту саму функцію: приймають надлишки рідини, знижуючи цим навантаження інші елементи системи. Так як ці пристрої мають невеликі розміри, вони захищають ті прилади, які розташовані в безпосередній близькості. Компенсатор гідроудару – невеликий пристрій, але картину значно змінює Мембранний компенсатор гідроудару – це ємність, яку поділяє на дві частини еластична мембрана. Одна із частин заповнена повітрям, друга, у нормальному стані порожня. Повітря у заповненій частині закачується під певним тиском. Для перевірки/підкачування тиску в цій частині корпусу є золотник (ніпель). З заводу вироби поставляються з вихідним тиском 3 Бар. Це «стандартне» значення більшості систем опалення одноповерхових приватних будинків. Якщо тиск потрібно змінити, до ніпелю під'єднують насос і доводять його до необхідного значення. Це значення — на 20-30% вище за робітника в конкретній системі. Але воно має бути значно нижчим за межу працездатності самого компенсатора. Мембранний амортизатор гідравлічних ударів у системах опалення та водопостачання Поки тиск у системі не перевищує тиск у цій частині резервуара, нічого не відбувається. У разі гідроудару, під впливом зростання тиску мембрана розтягується, частина рідини надходить у резервуар. У міру нормалізації, еластична мембрана прагнути зайняти свій нормальний стан, виштовхуючи рідину назад у систему. Тим самим стрибок згладжується. Другий тип компенсаторів гідроударів працює за тим самим принципом: у корпус при підвищенні тиску пропускається рідина.Ось тільки доступ до ємності перекриває пластиковий диск, який підпирається пружиною. Тиск, у якому рідина починає надходити всередину, залежить від сили пружності пружини. Регулювати його ніяк не можна (принаймні поки що регульовані моделі не траплялися), так що доводиться підбирати пристрій з відповідними параметрами. Пристрій компенсатора гідроудару пружинного/тарілчастого типу Принцип роботи цього гасника аналогічний вищеописаному. Поки тиск у системі гаразд, пружина притискає диск до корпусу. У разі гідроудару, вона стискається, вода входить у корпус. У міру зниження тиску воно стає менше, ніж сила пружності пружини. Вона поступово розтискається, повертаючи рідину в трубопровід. Як бачите, обидва пристрої працюють за схожим принципом. Більш надійними прийнято вважати пружинні моделі, так як робочі елементи в них менше схильні до зносу (металева пружина і міцний пластик). Але мембрани також виготовляються з матеріалів, які тривалий час не втрачають своєї еластичності. Додатковий плюс - можливість виставити тиск, у якому мембрана почне розтягуватися. Але мінусом можна вважати необхідність регулярної перевірки тиску і, за необхідності, підкачування. Компенсатор гідроударів має невеликі розміри, корпус може поміститися лише невелика кількість води (менше 200 мл зазвичай). Встановлюється він у безпосередній близькості перед джерелом появи гідроудару: кульовим краном, водяним гребінцем, на шлангу до пральної або посудомийної машини, після циркуляційного насоса, на гребінці теплої підлоги. Компенсатор гідроударів встановлюється поблизу споживачів або на гребінці. Кріпити його можна в будь-якому положенні: вгору, вниз, убік. Для мембранних моделей важливо, щоб був вільний доступ до ніпелю. Незалежно від конструкції, не рекомендується ставити пристрій на довгих відведеннях від магістралі. Відрізок труби, що підводить, повинен бути максимально коротким. Правила монтажу компенсатора гідравлічного удару При виборі зверніть увагу на максимальний робочий та компенсований тиск. Другий момент – діаметр підключення. Зазвичай це 1/2 дюйми, але є і на 3/4 і дюймові. При підключенні пральної та/або посудомийної машини на шланг встановлюється трійник. Один вільний вихід трійника йде на машину, другий встановлюють компенсатор гідроудару. Один із можливих варіантів нейтралізації гідроудару вже озвучували — крани закривати плавно. Але це не панацея, та й незручно у наш стрімкий час. І є ще побутова техніка, її не навчиш. Хоча деякі виробники враховують цей момент, і останні моделі роблять із клапаном, який плавно перекриває воду. Ось тому компенсатори та нейтралізатори стають такими популярними. Компенсатор гідроудару – невеликий пристрій (порівняння з латунним кульовим краном) Боротися з гідроударом можна й іншими методами: Гідроудар – справді небезпечна для закритої системи річ. Він ламає радіатори, розриває труби. Щоб уникнути проблем, краще продумати заходи боротьби наперед. Якщо все вже працює, але виникли проблеми, розумніше і найпростіше встановити компенсатори. Так, вони недешеві, але ремонт обійдеться дорожче. Найкраще компенсатор гідроудару купувати відомих фірм. Це не та ділянка, де доречно економити. Найбільшою популярністю користується кілька фірм: Є й інші фірми, але вони не такі популярні. деякий через надто завищену ціну, інші не завоювали довіру. Принаймні поки що. Гідравлічний удар – це стрибкоподібна зміна тиску рідини, що протікає в напірному трубопроводі, що виникає при різкій зміні швидкості потоку. У більш розгорнутому сенсі, гідравлічний удар є швидкоплинним чергуванням «стрибків» і «провалів» тиску, що супроводжується деформацією рідини і стінок труби, а також акустичним ефектом, схожим на удар молотком по сталевій трубі. При слабких гідравлічних ударах звук проявляється у вигляді «металевих» клацань, проте навіть за таких, здавалося б, незначних ударів тиск у трубопроводі може зростати дуже значно. Стадії гідравлічного удару можна проілюструвати на наступному прикладі (рис.1): нехай на кінці квартирного трубопроводу, приєднаного до будинкового стояка, встановлено одноважільний кран або змішувач (саме такі змішувачі дозволяють відносно швидко перекривати потік). Рис.1. Стадії гідравлічного удару При перекритті крана відбуваються такі процеси: на рис. 2 стадії гідравлічного удару показані у графічному вигляді. Мал. 2. Графіки зміни тиску при гідравлічному ударі. Графік на рис. 2а показує розвиток гідравлічного удару, коли тиск рідини в зоні розрядження ударної хвилі не падає нижче за атмосферний (лінія 0). Графік на рис. 2б відображає ударну хвилю, зона розрядження якої знаходиться нижче за атмосферний тиск, але гідравлічна суцільність середовища не порушується.В цьому випадку тиск рідини в зоні розряджання нижче атмосферного, але ефект кавітації не спостерігається. Графік на рис .2в відображає випадок, коли порушується гідравлічна нерозривність потоку, тобто утворюється кавітаційна зона, наступне схлопування якої призводить до зростання тиску у відбитій ударній хвилі. Різновиди гідравлічних ударів та основні розрахункові положення Залежно від швидкості, з якою відбувається закриття запірного органу на трубопроводі, гідравлічний удар може бути "прямим" і непрямим. "Прямим" називається удар, при якому перекриття потоку відбувається за час менший, ніж період удару, тобто виконується умова: де Т3 - Час закриття запірного органу, с; L - Довжина трубопроводу від запірного пристрою до точки, в якій підтримується постійний тиск (у квартирі - до стояка), м; з - Швидкість ударної хвилі, м / с. Інакше гідравлічний удар називається непрямим. При непрямому ударі стрибок тиску значно менше за величиною, так як частина енергії потоку демпфується частковим витоком через запірний орган. Залежно від ступеня перекриття потоку гідравлічний удар може бути повним та неповним. Повним є удар, у якому запірний орган повністю перекриває потік. Якщо цього не відбувається, тобто частина потоку продовжує протікати через запірний орган, то гідравлічний удар буде неповним. У цьому випадку розрахунковою швидкістю визначення величини гідравлічного удару стане різниця швидкостей потоку до і після перекриття. Величину підвищення тиску при прямому повному гідравлічному ударі можна визначити за формулою Н.Є.Жуковського (у західній технічній літературі формула приписується Alievi та Michaud): Δp = ρ · ν · c, Па, де ρ – щільність рідини, що транспортується, кг/м 3 ; ν - Швидкість транспортованої рідини до моменту раптового гальмування, м / с; з - Швидкість поширення ударної хвилі, м / с. У свою чергу швидкість поширення ударної хвилі визначається за формулою: де c0 - швидкість поширення звуку в рідині (для води – 1425 м/с, для інших рідин можна приймати по табл. 1); D - Діаметр трубопроводу, м; δ - Товщина стінки труби, м; Еж - об'ємний модуль пружності рідини (можна приймати по табл. 2), Па; Ест – модуль пружності матеріалу стінок труби, Па (можна приймати по табл. 3). Таблиця 1. Характеристики рідин Об'ємний модуль пружності, Па Таблиця 2. Характеристики матеріалів стін труб Модуль пружності, Па Якщо врахувати, що швидкість руху води в квартирних системах не повинна перевищувати 3 м/с (п.7.6. СНиП 2.04.01), то для трубопроводів із різних матеріалів можна обчислити величину підвищення тиску при можливому прямому повному гідравлічному ударі. Такі зведені дані з деяких труб представлені в табл. 3. Таблиця 3. Підвищення тиску при гідравлічному ударі при швидкості потоку 3 м/с Матеріал та габарити труб Швидкість ударної хвилі, м/с Сталь (ВГП нормальні труби) При непрямому гідравлічному ударі підвищення тиску розраховується за такою формулою: У табл. 4 наведено середній час спрацьовування основної квартирної арматури. Для кожного типу цієї арматури розрахована довжина трубопроводу, більш як гідравлічний удар перестає бути прямим. Таблиця 4. Довжина ділянки прямого удару для водозапірної арматури Тип квартирної арматури Час спрацьовування, з Довжина ділянки прямого удару, м Для неметалевого трубопроводу Для металевого трубопроводу Важельний кран або змішувач Душовий перемикач (дивертер) Електромагнітний клапан пральної машини Електромагнітний клапан посудомийної машини Електромагнітний клапан системи захисту від протікання (1/2") Заливний клапан унітазу Можливі наслідки гідравлічних ударів У квартирних мережах виникнення гідравлічних ударів, звичайно, не тягне за собою таких масштабних руйнівних наслідків, як на магістральних трубопроводах великого діаметру. Однак і тут вони можуть завдати маси клопоту та збитків, якщо не враховувати можливість їх появи. Гідравлічні удари, що періодично повторюються, в квартирній трубній розводці можуть стати причиною наступних неприємностей: - Скорочення терміну служби трубопроводів. Нормативний термін служби внутрішніх трубопроводів визначається за сукупністю характеристик (температура, тиск, час), у яких експлуатується труба. Навіть настільки короткочасні, але часто повторювані, знакозмінні стрибки і провали тиску, що відбуваються при гідравлічному ударі, істотно спотворюють картину експлуатаційного режиму трубопроводу, скорочуючи термін його безаварійної експлуатації. Більшою мірою це стосується полімерних і багатошарових трубопроводів; – видавлювання прокладок та ущільнювачів в арматурі та з'єднувачах трубопроводів. Цьому схильні такі елементи, як поршневі редуктори тиску, кульові крани, вентилі та змішувачі з гумовими сальниковими кільцями, кільця ущільнювачів обтискних і прес-з'єднувачів їй, а також кільця напівзгонів («американок»).У квартирних водолічильниках видавлювання кільця ущільнювача між вимірювальною камерою і рахунковим механізмом може призвести до попадання води в рахунковий механізм (рис.3); Мал. 3. Попадання води в лічильний механізм водолічильника внаслідок видавлювання прокладки – навіть одноразовий гідравлічний удар може повністю вивести з ладу контрольно-вимірювальні прилади, встановлені у квартирі. Наприклад, вигин стрілки манометра від взаємодії з обмежувальним штифтом - явна ознака гідравлічного удару, що мав місце (рис. 4); Мал. 4. Характерне ушкодження манометра гідравлічним ударом - кожен гідроудар у квартирному трубопроводі з полімерних матеріалів, виконаному на обтискних, пресових або насувних з'єднувачах, неминуче призводить до мікроскопічного з'єднування з трубопроводу. Зрештою, може настати момент, коли черговий гідроудар стане критичним – труба повністю виповзе з з'єднувача (рис. 5); Мал. 5. Порушення обтискної сполуки МПТ внаслідок дії гідроудару - кавітаційні явища, які можуть супроводжувати гідравлічний удар, нерідко є причиною появи каверн у золотнику та корпусі запірної арматури. Схлопування вакуумних бульбашок при кавітації просто «вигризає» шматки металу з поверхні, де вони утворюються. В результаті золотник перестає виконувати свою функцію, тобто герметичність запірного органу порушується. Та й корпус такої арматури дуже швидко вийде з ладу (рис. 6); Мал. 6. Кавітаційне руйнування внутрішньої поверхні згону перед електромагнітним клапаном - особливу небезпеку для квартирних трубопроводів, виконаних з багатошарових труб, представляє зона розрядження ударної хвилі при гідравлічному ударі. 8). 7. Багатошарова поліпропіленова труба, що постраждала від гідравлічного удару Рис. 8. «Схлопнувшаяся» металополімерна труба При частковому схлопывании труба буде продовжувати виконувати свою функцію, але з набагато більшим гідравлічним опором. випробування зразків труб при внутрішньому тиску нижче атмосферного. Однак ряд виробників, знаючи про подібну проблему, включають в технічні умови обов'язковий пункт про перевірку труби під розрядженням. 8 бар надлишкового). Після чого за допомогою компресора через трубу проганяється пінополістирол. ий кулька з діаметром, трохи меншим за проектний внутрішній діаметр труби, через які кулька не змогла пройти, нещадно бракуються і знищуються; - ще одна небезпека підстерігає при гідравлічному ударі внутрішні трубопроводи гарячого водопостачання. Як відомо, температура кипіння води знаходиться в тісній залежності від тиску (табл.). Таблиця 5. Залежність температури кипіння від тиску Абсолютний тиск, атм Якщо, припустимо, у квартирний трубопровід надходить гаряча вода з температурою 70 °С, а в зоні розрідження гідроудару тиск знижується до абсолютного значення 0,3 атм, то в цій зоні вода перетвориться на пару. Враховуючи, що об'єм пари за нормальних умов майже в 1200 разів більший за об'єм такої ж маси води, слід очікувати, що дане явище може призвести до ще більшого зростання тиску в зоні стиснення ударної хвилі. Способи захисту від гідроударів у квартирних системах Найдієвішим і найнадійнішим способом захисту від гідравлічного удару є збільшення часу перекриття потоку запірним органом. Саме цей спосіб використовується на магістральних трубопроводах. Плавне закриття засувки не викликає жодних руйнівних обурень у потоці і дозволяє позбутися необхідності встановлення громіздких і дорогих пристроїв, що демпфірують. У квартирних системах такий спосіб який завжди прийнятний, т.к. у наш побут міцно увійшли і «однорукі» важільні змішувачі, електромагнітні клапани побутової техніки та інша арматура, здатна перекрити потік у короткий проміжок часу. У зв'язку з цим квартирні інженерні системи вже на стадії проекту повинні обов'язково проектуватися з урахуванням небезпеки гідроудару. Конструктивні заходи, такі як використання еластичних вставок, компенсаційних петель та розширювачів, широкого поширення не набули. Найбільшою популярністю нині користується спеціально розроблена з цією метою арматура – пневматичні (поршневі, рис. 9а, і мембранні, рис. 9б) чи пружинні (рис.9в) гасники гідроударів. Мал. 9. Типи гасників гідроударів У пневматичному гаснику кінетична енергія потоку рідини гаситься енергією стиснення повітря, тиск якого змінюється по адіабаті з показником К = 1,4. де P0 - Початковий тиск у повітряній камері, РДо – кінцевий (граничний) тиск у повітряній камері У наведеній формулі ліва частина є виразом для кінетичної енергії потоку рідини, а права – енергії стиснення повітря. Параметри пружин для пружинних компенсаторів знаходять із виразу: де Dпр – середній діаметр пружини, I – число витків пружини, G – модуль зсуву, Fдо – кінцева сила, що діє на пружину, F0 - Початкова сила, що діє на пружину. У середовищі проектувальників і монтажників існує думка, що зворотні клапани і редуктори тиску теж мають здатність до гасіння гідроударів. Зворотні клапани, дійсно, відсікаючи частину трубопроводу в момент різкого перекриття потоку, зменшують розрахункову довжину трубопроводу, перетворюючи прямий удар на непряму, меншу енергію. нього. У стадії розрядження клапан знову відкривається, причому, залежно від співвідношення довжин труб до клапана і після Його, може настати такий момент, коли ударні хвилі двох ділянок складуться, посиливши стрибок тиску. зміна тиску.Крім того, такі редуктори самі потребують захисту від гідроударів, що викликають видавлювання ущільнювальних кілець із гнізд поршнів. Здатність частково поглинати енергію гідроударів мають мембранні редуктори тиску, проте вони розраховані зовсім на інші силові впливи, тому робота з гасіння частих гідроударів швидко виведе їх з ладу. Крім того, різке перекриття редуктора при ударній хвилі призводить, як у випадку зі зворотним клапаном, до ударної хвилі на ділянці до редуктора, не захищеному мембраною. Крім усього іншого, квартирні гасники гідроударів, крім виконання свого основного завдання, виконують ще кілька функцій, важливих для безпечної експлуатації квартирних трубопроводів. Ці функції будуть розглянуті на прикладі мембранного гасника гідроударів VALTEC VT.CAR19 (рис. 10). Гасник гідроударів VT.CAR19 Мал. 10. Гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19 Квартирний гасник гідроударів VALTEC VT.CAR19 конструктивно складається (рис. 11) із кулястого корпусу, виконаного з нержавіючої сталі AISI 304L (1), із завальцованою мембраною з EPDM (2). Завдяки невеликим опуклостям на поверхні мембрани забезпечуються її нещільне примикання до корпусу і максимальна площа контакту мембрани з середовищем, що транспортується. Повітряна камера гасника знаходиться під заводським тиском 3,5 бар, що забезпечує захист квартирних трубопроводів, тиск в яких не перевищує 3 бар. Гаситель може захищати трубопроводи з робочим тиском до 10 бар, але в цьому випадку необхідно за допомогою насоса, що приєднується до ніпеля (3) збільшити тиск у повітряній камері до значення 10,5 бар. У разі, коли робочий тиск у квартирній мережі нижче 3 бар, рекомендується через ніпель (3) Випустити частину повітря з камери до значення Рраб + 0,5 бар. Рис.11. Конструкція гасника VALTEC VT.CAR19 Технічні характеристики та габаритні розміри гасника наведені в табл. 6. Таблиця 6. Технічні характеристики VALTEC VT.CAR19Захист від гідроударів системи домашнього опалення та водопостачання
Що таке гідроудар у трубопроводі, причини виникнення
Що таке компенсатор гідроудару: види, конструкція, принцип роботи
Як влаштований та працює мембранний компенсатор
Особливості пружинного гасника гідроудару
Де і як встановлювати: рекомендації щодо монтажу
Інші способи боротьби з гідроударом
Виробники, характеристики, ціни
Квартирний гасник гідравлічних ударів