Гидроудар в системе водоснабжения и отопления — причины и их устранение

Гидроудар в системе отопления.

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.

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.

Причины возникновения

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.

Первопричины возникновения гидроудара и последствия этого явления

Внешним проявлением того факта, что случился гидроудар в водопроводе отопительной системе станут доносящиеся стуки и щелчки. Возникают они по причине появления препятствий на пути свободного движения воды. Она, как и любая другая жидкость, является почти что несжимаемой и характеризуется некоторыми величинами, а именно — массой и инерцией. В том случае, если на ее пути появляется препятствие, то по причине отсутствия возможности свободно продвигаться дальше (а мгновенная остановка воды невозможна априори), может резко возрасти величина давления.

Когда это случается с довольно частой периодичность, и система не может, в силу тех или иных причин, обеспечить должный запас прочности, то велика вероятность того, что вскоре возникнет необходимость ремонта отопления в доме.

Конкретной первопричиной появления гидроудара может стать:

• Выход из строя или отключение насоса (циркуляционного);
• Появление в коммуникационной системе воздушных пузырей;
• Скорое закрытие вентилей, в результате которого происходит резкая остановка потока жидкости.

Ознакомившись с приведенным ниже рисунком можно понять вероятные причины возникновения гидроудара, причем последняя причины из приведенного списка случается наиболее часто. Важно отметить, что применение шаровых кранов для перекрывания труб категорически запрещается.

Величина, на которую повысится уровень давления в системе определяет степень вероятного повреждения. Соответственно, стоимость и объем предстоящего ремонта отопления в квартире или доме определяется местом возникновения порыва и длиной трубопровода. Если это случится в начале участка большой продолжительностью, то интенсивность повышения давления будет несколько меньше, если же это произойдет в его конце – то больше.

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 частного дома: причины и предупреждение.

Неверно спроектированная система отопления в большинстве случаев приводит к неправильной работе. Характерный признак сбоев – перепады давления теплоносителя или гидроудар.

Если жидкость в трубопроводе распределяется неравномерно, создаётся дополнительная нагрузка на все узлы системы – высокое давление приводит к разгерметизации батарей, труб и поломке котла. Поэтому важно знать причины гидравлического удара, чтобы предотвратить это явление ещё на этапе монтажа отопительной системы.

Почему это происходит?

Резкое, но непродолжительное нарастание давления в трубах характеризуется появлением характерных щелчков и стуков. На эти звуки большинство хозяев попросту не обращает внимания. Хотя это и есть первый тревожный сигнал, свидетельствующий о неисправности отопления.

Посторонние звуки указывают на торможение теплоносителя в магистрали – давление препятствует нормальной циркуляции и она замедляется.

Основные причины замедления – это:

• перекрытие вентилей, регулирующих поток воды или антифриза;
• наличие воздушного препятствия — пробки (удалять её нужно ещё при первом заполнении системы теплоносителем путём открытия специальных кранов);
• аварийная остановка или отключение циркуляционного насоса.

Самой распространённой является первая причина. В настоящее время чаще используются шаровые краны, которые перекрывают трубы резко. Краны старого образца с винтовым строением были лишены этого опасного для системы недостатка.

Если в трубах присутствует воздух, любые манипуляции с шаровым краном только усугубляют ситуацию. Происходит сильное столкновение рабочей жидкости с пробкой. При этом давление может достигать отметки в несколько атмосфер! А это губительно для всех узлов отопительной системы. Ведь любое столкновение рабочей жидкости с препятствием вызывает расширение труб. Если нагрузка слишком высока, последствия могут быть самыми плачевными для хозяев.

Как только были отмечены первые щелчки в системе, хозяевам стоит задуматься о её правильном монтаже. Иногда причиной проблемы может являться неправильный подбор труб по диаметру.

Жидкость циркулирует по контуру с определённой скоростью, а сужение труб приводит к замедлению и нарастанию давления.

Исключить такую грубую ошибку в этой инженерной коммуникации поможет разгрузка теплоносителя по разным реестрам, которая производится в месте сужения трубопровода.

Чем грозят скачки давления

По-сути избыточное давление не имеет никаких ограничений. Несколько десятков атмосфер могут легко превратиться в большую величину. Ситуация усугубляется, если тепловая магистраль имеет существенную протяжённость.

Например, в тёплых полах уложены десятки метров труб. И решить проблему с перепадами давления в такой конструкции частично поможет установка термостата – он не позволит полу перегреваться. Но при этом термостат не поможет устранить допущенные в монтаже ошибки — неверный диаметр труб, отсутствие уклона. Дело в том, что после перекрытия клапана термостата вода некоторое время продолжает двигаться по инерции, создавая нагрузку на трубы.

Чтобы защитить отопление от таких разовых или регулярных гидроударов, необходимо нейтрализовать их силу или воздействие.

Инерция воды и постоянные нагрузки на любую систему приводят к износу резьбовых, жёстких соединений и всего трубопровода в целом.

Наиболее частые последствия:

• выброс горячего теплоносителя в жилые помещения;
• выход из строя основных узлов – котла, насоса, расширительного бака;
• термические ожоги и ранения жильцов.

Основные способы защиты

Монтаж автоматической системы, способной регулировать давление без контроля со стороны человека. В частности использование насосов с автоматической регулировкой работы. Автоматика позволяет плавно увеличивать обороты насосного оборудования и так же постепенно их снижать при отключении этого узла. В дорогих котлах всегда присутствуют насосы, работающие в автоматическом режиме.

Реконструкция уже имеющейся системы с учетом основных правил монтажа:

1. Если в системе имеется терморегулятор, необходимо жёсткий участок контура перед ним заменить эластичным пластиком или армированным термостойким каучуком. Такая врезка имеет свойство растягиваться и частично компенсировать давление. Длина самодельного амортизатора от 20 до 40 см, в зависимости от магистрали – чем она длиннее, тем больше отрезок пластиковой трубы.
2. В терморегулирующий клапан по ходу движения жидкости вставляется шунт – трубка с сечением 0,2-0,4 миллиметра. Такая вставка снижает объём воды в случае повышения давления в системе. А при нормальной работе отопления она никак не влияет на его правильное функционирование. При подключении к центральному отоплению использовать этот метод нельзя – трубка очень быстро засорится ржавчиной. Автономные системы позволяют использовать шунт без ограничений (здесь присутствуют магистрали из новых качественных труб, а теплоноситель чистый).
3. Также можно использовать термостат с пружиной, не позволяющей клапану полностью закрыться при возникновении избыточной нагрузки. Монтаж такого устройства осуществляется с учётом стрелки на корпусе, которая показывает направление движения воды или антифриза. Следует отметить, что не все модели термостатов имеют подобную защиту от гидравлических ударов.
4. Обязательно монтируется резервный бак или гидроаккумулятор. Это компенсирующее устройство позволяет успешно справиться с расширением теплоносителя при повышении давления. Его резиновая мембрана или груша растягивается в сторону воздушной камеры, позволяя вытолкнуть во второй рабочий отсек определённый объём жидкости (её количество зависит от параметров резервного бака – они определяются исходя из объёмов самой системы и котла).
5. Запорная арматура в системе должна быть с плавной регулировкой – у таких кранов относительно небольшой промежуток перекрытия теплоносителя.

Все перечисленные технические условия отлично действуют комплексно – защита отопления от разрушения будет обеспечена качественно и надолго.

Гидроудар в системе отопления — причины и меры предосторожности.

Зачастую причиной выхода из строя отопительного оборудования становится образование гидравлического удара в системе. Что же такое гидроудар, и как можно его предупредить.

Как бороться с гидроударами

Для защиты от воздействия гидравлических ударов на системы водо- и теплоснабжения применяется целый ряд мер. Некоторые из них показательны к применению повсеместно, некоторые же используются для трубопроводов определенного назначения.

Плавное перекрытие

От соблазна побыстрее справиться с такой простой задачей, как открытие или перекрытие вентиля, нужно избавляться. Делать это нужно медленно и плавно. Если вентиль тугой, то допускается выполнять перемещение его рукоятки небольшими рывками. Так принято на промышленных предприятиях, но показательно к исполнению и в быту.

Во избежание гидроудара рекомендуется производить закрытие шарового крана плавно

Гидроудар при этом все равно происходит. Но он разбивается на несколько небольших по силе. Энергия, которая воздействует на трубы однократно при резком закрытии вентиля, разбивается на порции, не создающие сильных перепадов давления. А поэтому – не опасных.

Амортизация

При ручном управлении движением потоков жидкости можно реализовать их плавное перекрытие или открытие. Но вот термостаты, управляющие процессом работы отопительной системы автоматически, не способны на это.

Чтобы смягчить гидроудар в системе, в ней устанавливаются амортизирующие устройства. Перед местом установки клапана термостата часть жесткого трубопровода заменяется на эластичный. В качестве материалов для этого применяются либо термостойкий каучук, либо армированный пластик.

Поскольку эти материалы могут растягиваться, то в момент гидроудара они примут на себя его силу. Кратковременно увеличившись в диаметре, амортизатор сработает, как гаситель, и сбросит давление перед закрывшимся клапаном.

Для большинства систем достаточно установки отрезка эластичной трубы порядка 20 – 30 см. Для протяженных труб можно увеличить его еще на 10 см.

Шунтирование

Метод подразумевает ручную доработку термоклапанов. Для его реализации необходимы знания их конструкции, в противном случае устройству можно только навредить.

Шунт представляет собой тонкую трубочку диаметром 0,2 – 0,4 мм. Ее вставляют в клапан по ходу движения жидкости. При работе она никак не сказывается на работоспособности системы, а вот при резком повышении давления поможет стравить его в трубопровод за клапаном.

На заметку: Такие меры помогут только в системах, состоящих из новых трубопроводов, и желательно – не из металла. Наличие ржавчины сводит на нет все усилия и ухищрения, так как она быстро забьет отверстие.

Вместо установки трубки бывает достаточно просверлить отверстие соответствующего диаметра.

Защищенные термостаты

Промышленностью выпускаются термостаты, снабженные устройством защиты от гидравлических ударов. У них между клапаном и термоголовкой установлен пружинный механизм. О наличии этого устройства при покупке термостата можно узнать из его технической документации.

При превышении давления пружина, растягиваясь, мешает клапану полностью закрыться. Происходит тот же самый процесс, что и при шунтировании – избыток давления сбрасывается в трубопровод за клапаном. Когда гидроудар прекратится, пружина полностью закроет клапан.

Важно: Термостаты, оснащенные системой защиты от гидроударов, устанавливаются в систему строго в одном направлении, указанном стрелкой на корпусе.

Компенсаторы

Одно из компенсирующих устройств, применяемых в системах отопления (для водопровода оно тоже подходит) для защиты от гидравлических ударов – это гидроаккумулятор. Он представляет собой резервуар, разделенных на две части гибкой мембраной из резины или каучука.

В нижней части резервуара, соединенной с системой, находится вода. Верхняя содержит воздух под давлением. Изделие похожей конструкции входит в состав автоматической насосной станции и служит там для отключения насоса при достижении номинального давления в системе.

В составе же отопительной системы компенсатор присоединяется к местам возможного возникновения гидроударов. В момент его увеличивающееся давление жидкости давит на мембрану аккумулятора. Находящийся над ней воздух сжимается, мембрана смещается в его сторону. За счет увеличения объема, занимаемого жидкостью, давление в ней падает.

Как только воздействие гидроудара закончится, мембрана возвращается на свое место. Применение гидроаккумуляторов попутно позволяет убрать лишний объем жидкости из системы.

Для создания амортизирующего эффекта в водопроводных системах посимо гидроаккумуляторов используют специальные гасители.

Устройство компенсатора

Защитные клапаны

Когда-то врачи при повышенном давлении устраивали пациенту кровопускание. Меньше жидкости – меньше давление. По такому же принципу работают и защитные клапаны.

Их размещают в наиболее опасных местах, подверженных гидроударам. Работают они либо как самостоятельные устройства, либо от команды контроллера, управляющего работой системы и имеющего информацию о давлении в ней в заданных точках.

Как только давление в месте установки защитного клапана превысит пороговый уровень, он откроется и выбросит излишки жидкости наружу. Естественно, это происходит там, где они не принесут никому вреда или дискомфорта.

По мере уменьшения давления клапан закроется, приходя в исходное состояние.

Сбросной предохранительный клапан

Что такое гидроудар в системе отопления

Регулярное повышение давления в системе отопления может привести к неприятному явлению — гидравлическому удару. Он может стать причиной выхода из строя целой системы и серьёзных травм всех жителей дома.

Гидроудар в системе отопления образуется из-за резкого нагнетания давления на определенном участке, что приводит к уменьшению скорости потока теплоносителя, роль которого чаще выполняет водопроводная вода. Она, как известно, не имеет свойства сжиматься, как другие рабочие жидкости. И если что-то препятствует её продвижению, а сила нагнетания давления по-прежнему продолжает действовать, это приводит к разрушению стенок радиаторов и других элементов отопительной системы. В результате гидравлического удара происходит аварийная разгерметизация инженерных коммуникаций.

В чем опасность гидроудара

Любое повышение давления в трубопроводе сверх расчетного опасно как для самих труб, так и для их соединений. Также может пострадать и запорная арматура.

Это произойдет не сразу, ведь изначально все инженерные системы без исключения выполняются с запасом прочности. Но каждый гидроудар методично и безжалостно ищет слабое место в трубопроводе, постепенно готовя его к разрушению. И в какой-то момент терпению труб настает предел, и они лопаются.

Пример последствия гидроудара

Последствия прорывов широко известны. Это испорченная мебель, обои, ковры. Залитые водой соседи, нервно требующие все исправить в кратчайший срок с последующей выплатой компенсации за причиненный ущерб.

А произошел гидроудар в системе отопления, то возможны и нематериальные жертвы. Горячий теплоноситель способен причинить серьезные ожоги людям, которым не повезло попасть под его струю. Да и материальные потери от воздействия горячей воды серьезнее, чем от холодной.

Если же авария случилась в лютый мороз (а поломки никогда к месту не бывают), то остановка теплоснабжения повлечет за собой и остановку котла с полной заморозкой системы.

Убытки проще предотвратить, чем компенсировать. Для этого нужно понять, как избежать их. Итак, гидроудар в системе водоснабжения, причины его появления.

Причины появления

Образование гидравлического может возникнуть по ряду причин:

• наличие воздушных пробок в системе;
• внезапное открытие или закрытие запорных клапанов;
• сужение просвета в трубопроводе;
• неправильное проектирование, в результате чего появляется изгиб трубопроводов;
• резкое изменение настроек насосного оборудования, например, слишком быстрый запуск или остановка системы;
• изношенный и старый трубопровод, который давно нуждается в замене — по этой причине возникает около 60% всех гидроударов;
• использование в системе труб разного калибра, что часто связано с экономией на монтаже системы отопления.

Что делать

Как предупредить появление гидравлического удара в системе отопления? Защититься от подобных неприятностей помогут следующие рекомендации:

• Уделяйте внимание качеству запорной арматуры при монтаже отопительной системы, отдавайте предпочтение клапанам с плавным ходом.
• Доверяйте проектирование инженерных коммуникаций и установку оборудования и элементов профессионалам.
• Для компенсации давления в системе используйте специальные приспособления, например, гидравлические аккумуляторы.
• Не применяйте гибкие шланги и другие ненадежные элементы.

Следуя этим несложным правилам, вы в разы увеличите срок службы отопительного оборудования и предупредите образование гидравлических ударов в системе.

Модернизация и изменение системы отопления

Для начала хотелось бы напомнить, что комплектующие должны полностью соответствовать правилам эксплуатации отопительной гидросистемы. При монтаже оборудования шаровые краны могут абсолютно не подойти. Все детали должны быть прочными и износостойкими.

Установка специальных кранов

Для того, чтобы контролировать давление потока жидкости, устанавливаются электрические насосы, которые могут контролировать давление жидкости и реагировать на его изменение, путем регулировки подачи воды в систему. При помощи таких насосов автоматически производится плавная подача жидкости.

Существуют компенсаторы, которые гасят гидроудар, они называются гидроаккумуляторами. Это так называемые бочки, которые забирают в себя излишки жидкости, при возникновении ее переизбытка в системе, тем самым они предотвращают нагнетание высокого давления трубопроводе. При аварийной ситуации – это незаменимое устройство предотвращения гидроудара.

Устройство гидроаккумулятора

Клапаны защиты от гидроударов устанавливаются в системах, которые находятся под давлением. Принцип его работы заключается в том, чтобы выбросить во внешнюю среду переизбыток давления в самой системе. Для защиты системы можно использовать гофрированную трубу, она будет амортизирующим механизмом при возникновении гидроудара. Эта трубка изготовлена из гибких материалов, при возникновении проблемы, может растягиваться, благодаря этому компенсировать силу напора жидкости.