Гидроудар в системе водоснабжения

Гидроудар в системе водоснабжения возникает при отсутствии пропускной способности трубы в результате её закупорки воздушным пузырём или твёрдым предметом, снижающим проходимость жидкости на определённом участке. Работающий нагнетательный насос способствует росту давления жидкости до критических показателей. В результате чего происходит разгерметизация трубопровода в результате разрыва трубы или разъединения стыкующих элементов.

Серьёзными последствиями грозят повреждения трубопровода в следствии гидроудара:

• необходимость ремонта дефектного участка;
  
• длительное просушивание помещения;
  
• замену деревянной мебели;
  
• замену облицовочных древесных материалов, гипсокартонных переборок.
  

Гидроудар в циркуляционной системе коммуникаций является сопутствующим явлением при запуске насоса, перекачивающего жидкость. Вибрация, как при ручном, так и автоматическом запуске нагнетающего насоса, передаётся трубам, что так же служит причиной разгерметизации систем жизнеобеспечения дома.

Примерно такие же перегрузки испытывают стенки канализации при начале слива воды из стиральной или посудомоечной машины и автономная система отопления при очередном цикле подачи жидкости к радиаторам. Разница заключается в силе давления на стенки труб при запуске и при постоянном цикле подачи.

Гидроудар – неполадка или неизбежность?

Гидроудар в системе водоснабжения бывает двух видов, в сторону увеличения или понижения давления. Это можно сравнить с артериальным давлением человека. При отрицательном гидравлическом давлении жидкости на стенки труб угрозы не существует, в этот момент наблюдается снижение напора воды.

Много серьёзнее обстоят дела при значительном повышении давления в водопроводе, спровоцированном затором на одном или нескольких участках. Причиной этого могут стать:

• резко открытая заглушка, запорный кран;
  
• скопившийся в процессе простоя системы воздух;
  
• разгерметизация, получившаяся в результате неправильной консервации системы перед перерывом в её эксплуатации.
  

Определить эту неполадку можно на слух, трубы начинают издавать устрашающие звуки. Характеристики и громкость звуков отличаются в зависимости от материала, из которого изготовлены трубы.

Как услышать и предотвратить угрозу

В металлопластиковых и полипропиленовых трубах есть звукоизоляционный слой. Чрезмерное давление внутри системы – борьба воды с воздушной пробкой, по восприятию на слух больше напоминает громкое урчание сытого кота или раздражённого кишечника. Металлические и медные трубы усиливают звук, транслируя его по всей системе. Чем дальше от его источника, тем сильнее и протяжнее скрежетание.

Лучшим способом снятия напряжения с внутренней поверхности стенок трубопровода можно считать открытый кран, если причиной слабой проходимости воды стала воздушная пробка, образовавшаяся при резкой приостановке подачи воды. При выходе жидкость будет насыщена пузырьками воздуха.

Внимание! Чем больше запорных кранов в системе, тем надёжнее защита. Перекрытие прохода жидкости к повреждённому участку, а не по всей протяжённости трубопровода сокращает зону риска для гидроудара.

Уязвимость труб при гидроударе

Не открытый вовремя кран или не отключённый в экстренной ситуации нагнетающий насос – это предпосылка к тому, что вода дырочку найдёт и расширит. У каждого вида труб есть свои слабые места.

• Бесшовные металлические  чаще повреждаются на сгибах, чем круче угол, тем сильнее риск.
  
• Швы на металлопрокатных изделиях не рассчитаны на давление, превышающее то, что указано в маркировке.
  
• В металлопластиковых водопроводах зоны риска находятся в местах стыков с фитингами – тройниками, запорными кранами и угловыми соединениями.
  
• Полипропиленовые более устойчивы за счёт большего диаметра и паяных углов, но зоны риска те же, что и в металлопластиковом водопроводе.
  

Наиболее подвержены повреждениям при гидроударе трубы с внутренним диаметром меньше 10 мм.

Слабое место сварных систем из нержавеющей стали – края соединяемых элементов, на которые воздействовала плазма. Ухудшение технических данных металла – это более весомый аргумент в отказе от использования нержавейки в монтаже автономного водопровода, чем высокая стоимость материала. Радужные разводы, относимые профессионалами к цветам побежалости, не всегда свидетельствуют о перегреве стали. Большую опасность представляют выделяющиеся оксиды. В местах их выделения даже нержавеющая сталь подвергается коррозии.

Возможные причины нарастания гидравлического давления, как его избежать

Эксплуатация автономного водопровода в режиме non-stop практически не производится. Насос запускается автоматически при необходимости подачи очередной порции воды в дом. Если перед этим не было никаких аварийных ситуаций, то перегрузка будет кратковременной. Повреждение может вызвать только естественный износ трубопровода.

Если предыдущее отключение насоса было произведено в аварийном режиме, то это может повлечь образование преграды воде в виде воздушной пробки. Тоже происходит и при резком перекрытии запорной арматуры. Когда мастер предлагает установить барашковый кран вместо шарового, в этом есть свой резон.

Краны старого образца дают реальную возможность плавно перекрыть воду и также постепенно открыть её доступ в систему при последующем включении насоса после проведения профилактических или ремонтных работ. Пожалуй, это лучшая защита труб от повышенного давления на стенки.

При длительном перерыве в работе водопровода, частично находящегося за пределами здания, в трубах может оказаться лёд. Эта преграда вполне материальна и более опасна, чем воздух. Сход снега с полей – не критерий того, что вода, находящаяся под землёй, полностью растаяла.

При сильном понижении температуры воздуха приводит к замерзанию воды внутри труб даже в действующих автономных водопроводах. Защита от гидроудара в системе водоснабжения, при пуске в сильные морозы, заключается в ее максимальном утеплении. В районах с умеренным климатом для защиты бывает достаточно установки утеплённых коробов, препятствующих промерзанию. В районах, где этой меры может оказаться недостаточно, используется электрический кабель для подогрева. Прокладывается он по всей длине подземной части водопровода.

Защита водопровода от перегрузок внутри дома

Основной защитой длинного участка от повреждений внутри дома стали компенсаторы сильфонного типа. Этот элемент конструкции, за счёт предусмотренного изготовителем растяжения, предотвращает деформацию и разрыв труб при гидроударе. Особенность компенсаторов заключается в соединительной функции основных деталей трубопровода и герметизации системы водоснабжения.

Если есть возможность сделать водопровод с меньшим количеством стыков, врезок, то мастера пользуются способом самокомпенсации системы. Он заключается в изгибах трубы, что естественным образом гасит давление нагнетаемой насосом жидкости. Метод защиты от гидроударов в системе водоснабжения, без использования дополнительных деталей, хорошо работает на участках трубопровода малого метража. Там, где нет больших температурных перепадов, деформация от сжатия или растяжения материалов трубам не грозит.

Для участков труб, контактирующих с горячей водой, используются и другие компенсаторы гидравлического давления:

• п-образные;
  
• линзовые;
  
• сальниковые.
  

Подбор компенсаторов и методов гашения гидроудара производится на стадии составления проекта. Но и в процессе эксплуатации всегда есть возможность усовершенствования автономных систем, водоснабжения и отопления. Что чаще всего это бывает в процессе установки дополнительных сантехнических точек.

Главная защита – соблюдение правил эксплуатации

Не обязательно знать, что такое гидроудар в системе водоснабжения, главное уметь его предотвратить:

1. Перед первичным запуском водопровода необходимо стравить воздух.
   
2. После зимнего периода, если скважина подачи воды не использовалась, нужно обезопасить её от разрыва под воздействием льда. Для этого в колонку, к которой подключен насос, заливают горячую воду.
   
3. Чтобы избежать воздушной пробки при подключении оборудования после длительного перерыва, при стабильно плюсовой температуре, повысить уровень до рабочего состояния можно холодной водой.
   
4. Перед запуском насоса требуется проверить, все ли перекрывающие краны (вентили) открыты.
   
5. Если конструкция электродвигателя позволяет регулировать режим подачи, этим следует воспользоваться, повышая давление в системе постепенно.

К поломкам в системе водопровода приводит гидроудар, вибрация, неправильная сборка трубопровода, неверно проведённые расчёты при подборе диаметра к мощности оборудования, обеспечивающего циркуляцию жидкости. Статистика показывает, что 60% повреждений вызваны систематическими или разовыми резкими скачками давления в трубах.

Пузыри на трубе

Характерное потрескивание в водопроводных трубах – это сигнал о неполадке. В системе есть предпосылка к разгерметизации. Возможно, что пластик имела механическое повреждение, невидимое до момента установки. Вибрация, создаваемая насосом, способствует её расширению. Достаточно небольшого увеличения давления в трубопроводе, для того, чтобы проблема стала явной.

Появление на многослойных трубах холодного водоснабжения пузырей напрямую указывает на слабое звено в системе. Участок, на котором проявились последствия подскакивания давления, подлежит срочной замене. Карман, созданный водой, непременно прорвётся. Значительно проще заменить отрезок трубопровода, не дожидаясь потопа при котором придётся экстренно перекрывать задвижки в аварийном режиме, что может послужить причиной следующего гидроудара.

Пузыри на трубах горячего водоснабжения могут вообще не говорить о повреждении, если при монтаже использовались армированные трубы из полимера. Особенности строения армированной трубы заключаются в том, что главную часть и внешний слой разделяет металлическая фольга, зафиксированная двумя слоями игольчатого клея.

При нагревании материалы дают разную степень растяжения. Внешний слой проницаем для воздуха, а при неоднократном остывании его материал подвергается деформации, создавая карманы для образовавшегося между ним и фольгой конденсата. Опасности разрыва, при штатном давлении, в этом случае не существует.

Для чего нужен проект водопровода

Протяжённость водопровода даже в частных домах разная. Каждый метр на прямой траектории добавляет углу наклона трубы определённый градус. В первую очередь это необходимо для того, чтобы вода не застаивалась.

Прямой и тупой угол изгиба с разной степенью эффективности гасит гидроудар, который может стать причиной поломки дорогостоящего оборудования:

• силового агрегата;
  
• водонагревателя;
  
• 2-контурного котла, обеспечивающего не только подачу воды к умывальнику, но и к системе «тёплый пол».
  

Чёткая геометрия хороша для исполнения декоративной отделки. При подключении сантехнических точек прямые линии труб не всегда актуальны. Каждый изгиб и угол наклона неоднократно просчитывается и выверяется проектировщиками.

Стоимость проекта дома с коммуникационными развязками незначительно дороже того, в котором удобства не предусмотрены. Во многих частных домах закладка трубопровода начинается ещё при закладке фундамента. Поэтапная сборка всех узлов в строгом соответствии со строительным планом – это лучшая защита дома от преждевременного разрушения, а водопровода от гидроудара. На расчётах экономить не рекомендуется, равно как и на найме профессиональных сантехников.

Если уж случилась беда, и произошла разгерметизация трубы отопления или теплого пола, то необходимо срочно произвести ремонт поврежденного участка. Обнаружить скрытую протечку в полу, стене или в земле можно с помощью тепловизора. Компания «Sohranim-teplo» занимается поиском утечек в системе отопления и на протяжении более чем десяти лет успешно помогает людям в решении данной проблемы.

 

Гидроудар в трубопроводе – причины и последствия

Кран с питьевой водой в каждом доме – это не роскошь, а достижение прогресса, но лишиться такого приятного удобства можно в один миг, если образовался гидроудар в трубопроводе. Гидравлический удар может стать причиной не только отсутствия воды, но и привести к затоплению квартиры.

О том, каким образом возникает такое опасное явление и как его избежать, будет подробно рассказано в данной статье.

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 .

Причины

Наиболее часто гидравлический удар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Когда вода течёт по трубам и выливается из крана, то в системе водопровода сохраняется постоянное значение давления, но в момент резкого перекрытия арматуры, это значение может увеличиться в несколько раз, в результате чего, стенки трубы не выдерживают напора и лопаются.

Причиной гидроудара могут также стать:

• Резкое включение или выключение мощного насоса.
• Воздушные пробки имеющиеся в контуре водопровода или отопления.

Включение и отключение насоса может быть спровоцировано нестабильным электроснабжением объекта, на котором находятся мощные насосные станции для перекачки воды. Воздушные пробки также занимают не последнее место в возникновении такого опасного явления, поэтому прежде чем эксплуатировать замкнутые системы с жидкостью, следует убедиться в полном отсутствии воздуха в них.

Последствия

При многократном воздействии высокого давления, которое возникает в результате гидравлического удара, даже очень надёжные системы могут потерять герметичность. Разрыв трубопровода может произойти и от однократного, но сильного гидравлического удара.

В результате такого воздействия водоснабжение объектов, к которым подведена водопроводная труба, полностью прекращается. К сожалению, последствия такого явления не ограничиваются только отсутствием воды в кране.

Если разрыв трубы произошёл в многоквартирном доме, то после разрыва трубы и попадания жидкости в жилое помещение будет повреждено имущество владельцев квартиры, а также соседей этажом ниже.

Если разрывается магистральная труба водопровода, по которой снабжается водой целый район города, то авария уже может расцениваться как ЧП.

В результате такого происшествия жильцы десятков многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации, так как все бачки унитазов запитываются от трубы холодного водоснабжения. Воспользоваться душем, даже при неповреждённом трубопроводе с горячей водой, также вряд ли получится.

Если в результате гидравлического удара повреждается труба с горячей водой, то такое происшествие, кроме материального ущерба, может привести к серьёзным ожогам. Особенно опасна может быть разгерметизация системы отопления, в которой теплоноситель всегда находится под значительным давлением, а температура жидкости составляет более +70 градусов.

Смотреть видео

Последствия гидроударов в трубопроводах большого диаметра в черте города, могут быть также весьма плачевными. Кроме возможных травм, которые могут получить пешеходы, находящиеся рядом с местом аварии, значительное истечение жидкости очень часто приводит к парализации участка автодороги, особенно в том случае, когда на данном участке осуществляется перевозка пассажиров транспортом работающем на электрической тяге.

Последствия от возникновения гидроудара, могут привести к значительному ущербу, поэтому так важно научиться предотвращать появление резкого усиления давления в трубопроводах.

Способы защиты

Соблюдение правил монтажа водопроводных и отопительных коммуникаций позволяет свести к минимуму вероятность возникновения такого опасного явления, как гидравлический удар, но полностью исключить его только правильно спроектированными системами не получится. Для избегания такой неприятной ситуации необходим комплексный подход и соблюдение правил безопасности и технических инструкций.

Значительно снизить вероятность возникновения гидравлического удара, можно если следовать следующим правилам при проведении монтажа водопроводов и их эксплуатации.

• При запуске водопровода или отопления в эксплуатацию, запорные элементы арматуры должны открываться очень медленно. Перекрытие подачи жидкости, также должно осуществляться очень плавно. Плавное закрытие и открытие запорной арматуры должно осуществляться не только на промышленных объектах, но и при запуске водоснабжения и отопления в частном доме. Чрезмерное давление при возникновении гидравлического удара способно легко повредить домашние коммуникации, поэтому не стоит пренебрегать правилами технической безопасности, в случае когда вода в частном доме подаётся со значительным давлением.
• Если в системе водопровода или отопления установить автоматические устройства плавного открытия и закрытия запорной арматуры, то можно полностью исключить человеческий фактор при возникновении гидравлического удара. Конечно, при использовании электроники, водопроводные системы становятся зависимыми от электрического тока, но, чтобы полностью исключить вероятность выхода из строя по причине установленных автоматов, необходимо оборудовать такие механизмы резервным источником электроэнергии. Такая подстраховка абсолютно необходима, как на крупном предприятии, так и для нормального функционирования коммуникаций расположенных в частном доме. Автоматической регулировкой рекомендуется оснастить и насосные станции. В этом случае, также можно избежать гидроудара от резкого перепада давления в результате включения или отключения мощного насосного оборудования.
• Применение гидроаккумуляторов и демпферных устройств, также позволяет свести к минимуму последствия резкого увеличения давления в водопроводной сети. Такие устройства обычно состоят из металлического корпуса с расположенной внутри мембраной. При возникновении гидроудара, мембрана перемещается, что позволяет вместить излишек жидкости. Когда угроза разрыва трубопровода
  минует и давление уменьшится мембрана будет возвращена в исходное положение за счёт воздуха расположенного с обратной стороны.
• Для уменьшения давления в водопроводных сетях может быть использован предохранительный клапан, который открывается при достижении жидкости определённого значения. Такие устройства также способны предохранить трубопровод от разрушения, но для организации такого вида защиты, потребуется сделать дополнительную отводку от клапана к канализационной системе
• Для защиты от гидроудара в частном доме или квартире можно использовать очень простой способ, в котором компенсация чрезмерного давления осуществляется за счёт растяжения стенок трубопровода. Совсем необязательно производить монтаж отопления или водоснабжения с применением таких материалов, но участок трубопровода выполненный с использованием термостойкого каучука, способен полностью принять на себя гидроудар в небольшой системе.
• Шунтирование термостата, является эффективной мерой борьбы с гидроударом небольшой силы, поэтому такое “улучшение” автономного отопления может быть произведено только в частной системе отопления. Как правило, достаточно сделать отверстие диаметром 0,5 мм в основном клапане, чтобы при возникновении высокого давления излишек жидкости свободно перемещался в контур с холодной водой.
• Термостат с защитой установленный в систему отопления, также позволяет избежать такого опасного явления, как гидроудар. Принцип работы такого устройства заключается в том, что в основном клапане термостата располагается дополнительный небольшой механизм, который открывается вне зависимости от температуры жидкости. Такой внутренний клапан начнёт пропускать жидкость, когда давление теплоносителя приблизится к максимально допустимому значению, тем самым предохраняя трубы от разрыва.

Смотреть видео

Как защитить от гидравлического удара коммуникации в квартире

Разгерметизация водопровода в квартире может привести к очень серьёзным последствиям, особенно в том случае, когда вследствие прорыва, был причинён ущерб соседям, квартира которых расположена этажом ниже, где произошла авария.

На участке водопровода находящегося в квартире, могут быть установлены старые металлические трубы, которые со временем ржавеют и могут разрушаться в процессе эксплуатации, не говоря уже об убийственной” силе гидроудара.

ВАЖНО! Чтобы свести к минимуму вероятность возникновения протечки, рекомендуется установить краны вентильного типа, которые в силу конструктивной особенности не способны мгновенно перекрыть воду. Шаровые рычажные краны, которые так удобны не только на кухне, но и душе, могут стать причиной серьёзной аварии.

Несмотря на то что гидроаккумуляторы наиболее часто используются в частных домах, водоснабжение которых осуществляется посредством насоса находящегося в глубокой скважине, такие изделия помогут защитить и водопровод находящийся в квартире от гидроудара.

Кроме этого, накопленная жидкость в таких устройствах, можно будет использовать в случае временного отключения водоснабжения. Защитить водопровода от гидроудара можно также с помощью специальных гасителей, которые устанавливаются в трубу холодного или горячего водоснабжения.

Самовольно устанавливать какие-либо приборы в системе централизованного отопления категорически запрещается. Чтобы защитить жилплощадь от возникновения гидроудара, следует допустить специалиста управляющей компании во время тестового запуска отопления.

Если все воздушные пробки будут вовремя удалены из радиаторов и трубопроводов, то можно будет не опасаться гидроудара, по причине соблюдения всех необходимых мер для предотвращения такого явления в котельной и на пути доставки теплоносителя в квартиру.

Чтобы уменьшить риск разгерметизации систем горячего водоснабжения, рекомендуется также заменить краны на винтовые конструкции, а трубопровод сделать из современных материалов, которые позволяют максимально эффективно справляться с избыточным давлением в трубопроводе.

Несколько слов о теории гидроудара

Возникновение гидравлического удара возможно только по той причине, что жидкость не сжимается настолько, чтобы произошла компенсация резкого скачка давления. При увеличении давления в одном месте его сила распространяется на весь участок трубопровода, и найдя “слабое звено” приводит к деформации либо разрушению материала.

Такой эффект возникающий в трубопроводах высокого давления был впервые обнаружен российским учёным Н. Е. Жуковским в конце XIX века. Жуковским также была выведена формула, по которой можно рассчитать минимальное время необходимое для закрытия крана, чтобы избежать опасного повышения давления в замкнутой системе водопровода.

Смотреть видео

Данная формула имеет следующий вид:

где:

• Dp – увеличение давления в Н/м2;
• р – плотность жидкость кг/м3.
• u0 и u1  – среднее значение скорости жидкости в трубопроводе до и после закрытия крана.

Учёный доказал, что скорость распространения ударной волны зависит прежде всего от диаметра и материала трубы. Также этот показатель зависит от степени сжимаемости жидкости.

Расчёт обязательно следует проводить только после того, как будет экспериментально установлена плотность воды, которая в зависимости от количества растворённый в ней солей может существенно различаться. Скорость распространения гидроудара всегда рассчитывается по следующей формуле:

где:

• с – скорость ударной волны;
• L – длина трубопровода;
• T – время.

Подставляя значения в данную формулу можно точно определить скорость распространения гидравлического удара. Гидравлический удар представляет собой волну, которая имеет колебания с определённой частотой.

Вычислить, при необходимости, количество колебаний в единицу времени также не составит большого труда. Достаточно воспользоваться следующей формулой:

где:

• М – продолжительность цикла колебаний;
• L – длина трубопровода;
• а – скорость волны (м/с).

Для упрощения вычислений ниже будут приведены показатели скорости ударной волны при гидравлическом ударе для труб из следующих материалов:

• Сталь – 900 – 1300 м/с;
• Чугун – 1000 – 1200 м/с;
• Пластик – 300 – 500 м/с.

Подставляя эти значения в формулу можно точно рассчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода определённой длины.

Такова теория гидравлического удара в самых кратких математических описаниях. При проектировании современных инженерных систем, для выполнения подобных расчётов, применяются мощные вычислительные машины, поэтому прибегать к ручному вычислению скорости и силы гидроудара нет никакой необходимости.

Заключение

Гидроудар в водопроводе может стать причиной серьёзных аварий в сфере ЖКХ. Особенно неприятными такие происшествия бывают в зимнее время года. Разрушение трубопровода отопления, может привести к переохлаждению и заболеванию людей, особенно когда без тепла остаются маленькие дети и пожилые граждане.

Смотреть видео

Поэтому чтобы максимально обезопасить себя от такого грозного явления, необходимо применять на практике все советы изложенные в данной статье.