О гидроударах в системе водоснабжения обычно никто не задумывается до тех пор, пока не появляются протечки или другие аварии по их вине. Затем, когда начинают разбираться в причинах проблемы, становится понятно: либо система водоснабжения была неправильно спроектирована и собрана, либо оборудование в ней было настроено с ошибками, либо ею просто неправильно пользовались. Про гидроудары в трубопроводе нужно помнить всегда – и при разработке, и при монтаже, и при эксплуатации системы. Рассмотрим, что такое гидроудар, разберемся в физике этого явления, узнаем, чем он опасен, как его распознать. А самое главное, выясним, как избежать гидроударов заранее, в каких случаях стоит купить компенсаторы гидроударов, гидроаккумуляторы, редукторы и другое оборудование.
Что такое гидроудар
Гидроудар – это резкое повышение давления в системе водопровода. Это происходит как в централизованном водопроводе, где одна станция обеспечивает водой несколько домов, так и в индивидуальном, когда один насос качает воду из скважины только для одного дома.
Гидроудар возникает из-за двух физических явлений – инерции и сжатия. Инерция – это остаточная энергия любого предмета, который двигался под действием определенной силы, а затем ее действие прекратилось. Например, если покатить по полу мяч, приложив к нему силу, он продолжит некоторое время двигаться, даже без приложения силы.
Явление сжатия также можно объяснить на простом примере. Допустим, если нажать на губку пальцами, она легко сожмется, изменит форму, потому что она мягкая, ее плотность невелика. А если нажимать пальцами на толстый кусок металла, то он не поддастся, а будет сопротивляться. Коэффициент сжатия и плотность у металла велики, эти вещества могут выдерживать серьезные нагрузки и не деформироваться.
Природа возникновения гидроудара
Как инерция и сжатие создают гидроудар в водопроводе? Все просто. Вода, как и любое вещество, обладает инерцией. Это можно увидеть в водоеме – если бросить камень в воду, от места падения пойдут круги, волны. То есть на поверхность воды была приложена сила в виде падения камня, и даже когда камень ушел под воду, волны продолжили двигаться.
Вода также имеет высокий коэффициент сжатия. Несмотря на то, что она жидкая, она плотная. Конечно, не такая плотная, как металл, но плотнее губки. Это можно представить на примере шприца – чтобы выдавить воду из шприца, нужно приложить значительное усилие. А если выходное отверстие будет перекрыто, то толкая поршень пальцами, воду сжать не получится совсем.
Итак, вода обладает инерцией и плохо сжимается. Что происходит с ней в трубах? В трубопроводе вода движется, течет под воздействием насоса. Если резко остановить это воздействие, то на воду начинает действовать инерция – сначала она текла под воздействием насоса, а затем по инерции, остаточной энергии. Если сантехническая арматура или другое препятствие становится на пути воды под давлением, она ударяется о него. Поскольку, как мы выяснили, вода не сжимается, она ударяется о препятствие достаточно сильно, не деформируется под действием удара, а стремится деформировать все вокруг. Поскольку водопровод – это замкнутая система, то избыток энергии приводит к повышению давления в десятки раз выше рабочего. Возникает гидроудар в скважине и трубах. Из-за этого образуются повреждения, поломки – трубы, стыки, арматура и все остальное не выдерживают такого давления.
Пример, характеризующий гидроудар. Представьте грузовик, который едет с большой скоростью. Если он резко останавливается, то водитель и груз в кузове испытывают нагрузку, по инерции продолжают двигаться вперед. В результате водитель, груз в кузове могут получить травмы и повреждения.
Виды гидроударов
Гидроудар может быть полным и неполным. Полный гидроудар хорошо показывает пример с резким торможением грузовика. Неполный гидроудар можно изобразить как его плавную остановку – в этот момент люди и груз испытывают определенную нагрузку, но не такую сильную, как при резкой остановке. В результате повреждения травмы не происходят. В трубопроводе полный гидроудар возникает при резком перекрытии потока воды. А плавный – при постепенном, медленном перекрытии.
Гидроудар может произойти не только в системе водоснабжения. Он бывает в любом трубопроводе, где есть насосы, запорная арматура и другое оборудование, способное остановить поток. Например, гидроудар в канализации может произойти, если работа канализационного насоса резко прекращается. Также может произойти гидроудар в системе отопления – циркуляционный насос резко остановится.
Чем опасен гидроудар – водопровод испытывает значительные нагрузки
Мы выяснили, что вода, движущаяся по трубе под давлением насоса, при резкой остановке не сжимается перед препятствием, а стремится разрушить и деформировать его. Таким образом, гидроудар имеет серьезные негативные последствия для трубопровода и его компонентов. Вот что может произойти после гидроудара:
- повреждение накопительных и проточных электрических и газовых водонагревателей;
- разрывы труб, особенно в местах стыков и поворотов;
- деформации труб, особенно пластиковых;
- повреждение соединений, протечки;
- повреждение запорной арматуры, кранов;
- повреждения компонентов насоса;
- образование микротрещин, которые при частых гидроударах будут увеличиваться.
Таким образом, гидроудар воздействует на все компоненты водопровода, по которым течет вода. Его последствиями будет либо резкая поломка, требующая немедленного вмешательства и ремонта, либо постепенно развивающееся снижение срока службы любого оборудования. Обратите внимание, что повреждение из-за гидроудара такого оборудования, как проточные и накопительные водонагреватели, производителями считается фактом неправильного подключения, а не гарантийным случаем. По этой причине централизованное ГВС может быть выгоднее бойлера – на стороне пользователя забот меньше.
Как распознать гидроудар в системе водоснабжения
Если система водоснабжения подвержена гидроудару, то это желательно распознать как можно раньше и принять необходимые меры. Приборы, измеряющие давление, не понадобятся. Даже если в системе работает редуктор с манометром, гидроудар он не покажет на своей шкале, поскольку это явление происходит слишком резко. Признаки гидроудара следующие:
- Металлические стуки при закрытии кранов. Это тот самый звук, с которым вода бьет по запорной арматуре.
- Вибрации труб. Когда ударная волна от воды исходит от места удара, она может отражаться от различных компонентов трубопровода и приводить к вибрациям.
- Шум в трубах. Распространение ударной волны от воды приводит к шуму в трубопроводе.
- Резкие перепады давления. Вода текла спокойно, а затем напор резко увеличился, потом снова стал как прежде. В этот момент произошел гидроудар, на каком-то другом участке водопровода.
- Появление протечек. Если произошел гидроудар, сантехника на это реагирует. В местах стыков могут пойти протечки.
Если вы в своей системе замечаете такие явления, значит она работает неправильно, происходит гидроудар, последствия проявятся в перспективе. Это приведет к серьезным поломкам, поэтому нужно принять меры – установить дополнительное оборудование или настроить уже имеющееся.
Способы предотвращения гидроудара в трубопроводе
Для исключения гидроударов в трубопроводе, нужно подойти к проблеме с трех сторон:
- правильно спроектировать систему;
- правильно настроить оборудование;
- правильно им пользоваться.
Применение гидроаккумулятора
Лучший способ, как не поймать гидроудар в индивидуальных системах водоснабжения – использовать гидроаккумулятор. Цена на это устройство зависит от его объема, а он рассчитывается из количества пользователей воды и производительности насоса. В частности, для обеспечения защиты от скачков давления важна именно производительность насоса, поскольку именно этот параметр определяет силу прокачки и количество воды, которая составляет силу гидроудара.
Гидроаккумулятор – это не просто металлический бак для хранения накачанной насосом воды. Его функционал и значение немного больше. Он состоит из двух камер, между которыми находится мембрана. Нижняя камера заполнена газом. В бытовых – обычным воздухом, а в промышленных – может использоваться азот.
Нижняя заполненная газом камера играет роль подушки. Когда водяной поток резко прекращается, например, если электро насосы прекращают работу при отключении электричества или перекрывается кран, то вода не ударяется по компонентам трубопровода. Она попадает в гидроаккумулятор и воздействует силой на газовую подушку, которая гасит удар.
Работу гидроаккумулятора можно представить на простом примере. Если стучать молотком по трубе, то она скоро повредится и сломается. А если положить на трубу подушку и стучать через нее, то труба продержится дольше, а возможно даже вообще не повредится – подушка гасит удар. Так и газовая подушка гидроаккумулятора, которая является эластичной, принимает на себя удар воды.
Другое назначение гидроаккумулятора заключается именно в аккумуляторной миссии – он хранит воду, которую накачал насос, и отдает ее пользователям. Это исключает частые пуски и остановки насоса, что продлевает срок его эксплуатации, делает давление стабильным. Гидроаккумуляторы обычно устанавливаются сразу после насоса.
Важно периодически проверять давление газовой подушки гидроаккумулятора. Если оно не в норме, то устройство не гасит гидроудар. Тогда давление нужно восстановить.
Установка компенсаторов гидроудара
Гидроудары можно гасить с помощью компенсаторов, которые по конструкции схожи с гидроаккумуляторами. Компенсаторы также работают по принципу сжатия газа и состоят из двух камер – газовой и водяной. Вода под давлением попадает в свою камеру и давит на вторую, сжимая газ. Когда давление нормализуется после удара, газ постепенно расширяется и выталкивает воду. Но у компенсатора с гидроаккумулятором есть значительная разница:
- если у гидроаккумулятора между камерами всегда только гибкая мембрана, то у компенсатора чаще всего вода давит на поршень;
- гидроаккумулятор, кроме того, что гасит гидроудары, накапливает воду, а компенсатор только гасит гидроудар в трубопроводах.
Гидроаккумулятор устанавливается в индивидуальном водоснабжении, а компенсатор может быть использован и в централизованном тоже, а также в отоплении. Кроме того, если компенсатор не накапливает воду, то он намного меньше по размеру.
Компенсаторы устанавливаются на подачу воды и исключают гидроудар в бойлере, посудомоечной, стиральной машине, смесителях и других устройствах. Обратите внимание, что в магазине также доступны редукторы для воды, которые не являются компенсаторами и не гасят резкие скачки давления. Редукторы могут погасить только незначительный гидроудар в воде и не полностью. От сильных они сами могут повредиться, поэтому компенсаторы часто устанавливаются перед ними. Если задача компенсатора погасить резкий гидроудар, то редуктор должен нормализовать, уменьшить давление воды.
Например, если подключается накопительный водонагреватель, рассчитанный на 2 бара, и после проверки выяснилось, что норма давление в водопроводе – 3 бара, то на подаче воды устанавливается редуктор, который уменьшает давление. Он не защищает от гидроударов, поэтому перед ним желательно установить компенсатор, который защитит и редуктор, и бойлер.
Плавная настройка автоматики насоса
Исключить гидроудар можно с помощью плавной остановки насоса. Это можно применить не только в водоснабжении, но и во всех системах с насосом. Для плавной остановки насос оснащается частотно-регулируемым приводом. Возвращаясь к нашему примеру с грузовиком, можно сказать, что частотно-регулируемый привод позволяет остановить машину не резко, а плавно. Если насос плавно прекращает прокачку воды, то гидроудар становится незаметным. Насос может быть укомплектован частотно-регулируемым приводом или его можно установить отдельно.
У такого способа есть два недостатка. Во-первых, частотно-регулируемый привод – это сложное электронное устройство, значит вероятность выхода из строя выше. Во-вторых, если отключится электричество, то такой привод не остановит насос плавно, он резко прекратит работу и гидроудар в трубах все же произойдет.
Избавление от воздушных пробок
Гидроудар возникает также из-за наличия воздушных пробок. Когда пузырьки воздуха появляются в воде, они делают давление нестабильным, а его рывки могут не выдержать некоторые компоненты. Для удаления воздуха нужно устанавливать на магистралях труб воздушные клапаны.
Плавность в регулировке потока воды
Еще один способ защиты от гидроудара — использовать плавную запорную арматуру, которая не позволяет сделать резкое перекрытие потока воды. Таким эффектом могут оснащаться обычные краны в смесителе, общие шаровые краны, перекрывающие воду, автоматическая арматура с электроприводом, обратные клапаны и прочее. Плавное перекрытие создаст неполный гидроудар, который имеет более мягкое воздействие. Если в доме установлена сантехника без плавного закрытия, то можно самому взять за привычку закрывать кран плавно.
Гидроудар в водопроводе – профилактика
Даже если в системе установлено все необходимое защитное оборудование, не забывайте о профилактических мерах. Они помогут сэкономить значительные средства на ремонте техники. Наш опыт показал, что достаточно делать следующее:
- Прислушивайтесь к работе трубопровода. При появлении звуков, характеризующих гидроудар, проведите диагностику.
- Проверяйте состояние работы оборудования, защищающего от гидроудара. Контролируйте давление в гидроаккумуляторе, осматривайте компенсаторы, следите за работой насоса.
- При обнаружении протечек, трещин в компонентах трубопровода, не просто устраните неполадку, а исключите гидроудар.
Теперь вы знаете, как происходит защита от гидроудара в системе водоснабжения, какое влияние это оказывает на компоненты трубопровода. Необходимо заранее организовать эту защиту, чтобы исключить серьезные поломки.
