Про гідроудари в системі водопостачання зазвичай ніхто не замислюється до тих пір, поки не з'являються протікання або інші аварії з їх вини. Потім, коли починають розбиратися в причинах проблеми, стає зрозуміло: або система водопостачання була неправильно спроектована і зібрана, або обладнання в ній було налаштоване з помилками, або нею просто неправильно користувалися. Про гідроудари в трубопроводі потрібно пам'ятати завжди – і при розробці, і при монтажі, і при експлуатації системи. Розглянемо, що таке гідроудар, розберемося у фізиці цього явища, дізнаємося, чим він небезпечний, як його розпізнати. А найголовніше, з'ясуємо, як уникнути гідроударів заздалегідь, в яких випадках варто купити компенсатори гідроударів, гідроакумулятори, редуктори та інше обладнання.
Що таке гідроудар
Гідроудар – це різке підвищення тиску в системі водопроводу. Це відбувається як в централізованому водопроводі, де одна станція забезпечує водою кілька будинків, так і в індивідуальному, коли один насос качає воду зі свердловини тільки для одного будинку.
Гідроудар виникає через два фізичні явища – інерцію і стиснення. Інерція – це залишкова енергія будь-якого предмета, який рухався під дією певної сили, а потім її дія припинилася. Наприклад, якщо покотити по підлозі м'яч, приклавши до нього силу, він продовжить деякий час рухатися, навіть без прикладання сили.
Явище стиснення також можна пояснити на простому прикладі. Припустимо, якщо натиснути на губку пальцями, вона легко стиснеться, змінить форму, тому що вона м'яка, її щільність невелика. А якщо натискати пальцями на товстий шматок металу, то він не піддасться, а буде чинити опір. Коефіцієнт стиснення і щільність у металу великі, ці речовини можуть витримувати серйозні навантаження і не деформуватися.
Природа виникнення гідроудару
Як інерція і стиснення створюють гідроудар у водопроводі? Все просто. Вода, як і будь-яка речовина, має інерцію. Це можна побачити у водоймі – якщо кинути камінь у воду, від місця падіння підуть кола, хвилі. Тобто на поверхню води була прикладена сила у вигляді падіння каменю, і навіть коли камінь пішов під воду, хвилі продовжили рухатися.
Вода також має високий коефіцієнт стиснення. Попри те що вона рідка, вона щільна. Звичайно, не така щільна, як метал, але щільніша за губку. Це можна уявити на прикладі шприца – щоб видавити воду зі шприца, потрібно докласти значне зусилля. А якщо вихідний отвір буде перекритий, то штовхаючи поршень пальцями, воду стиснути не вийде зовсім.
Отже, вода має інерцію і погано стискається. Що відбувається з нею в трубах? У трубопроводі вода рухається, тече під впливом насоса. Якщо різко зупинити цей вплив, то на воду починає діяти інерція – спочатку вона текла під впливом насоса, а потім за інерцією, залишковою енергією. Якщо сантехнічна арматура або інша перешкода стає на шляху води під тиском, вона вдаряється об неї. Оскільки, як ми з'ясували, вода не стискається, вона вдаряється об перешкоду досить сильно, не деформується під дією удару, а прагне деформувати все навколо. Оскільки водопровід – це замкнута система, то надлишок енергії призводить до підвищення тиску в десятки разів вище робочого. Виникає гідроудар у свердловині та трубах. Через це утворюються пошкодження, ламання – труби, стики, арматура і все інше не витримують такого тиску.
Приклад, що характеризує гідроудар. Уявіть вантажівку, яка їде з великою швидкістю. Якщо вона різко зупиняється, то водій і вантаж в кузові відчувають навантаження, за інерцією продовжують рухатися вперед. В результаті водій, вантаж в кузові можуть отримати травми та пошкодження.
Види гідроударів
Гідроудар може бути повним і неповним. Повний гідроудар добре показує приклад з різким гальмуванням вантажівки. Неповний гідроудар можна зобразити як його плавну зупинку – в цей момент люди та вантаж відчувають певне навантаження, але не таке сильне, як при різкій зупинці. В результаті пошкодження травми не відбуваються. У трубопроводі повний гідроудар виникає при різкому перекритті потоку води. А плавний – при поступовому, повільному перекритті.
Гідроудар може статися не тільки в системі водопостачання. Він буває в будь-якому трубопроводі, де є насоси, запірна арматура та інше обладнання, здатне зупинити потік. Наприклад, гідроудар в каналізації може статися, якщо робота каналізаційного насоса різко припиняється. Також може статися гідроудар в системі опалення – циркуляційний насос різко зупиниться.
Чим небезпечний гідроудар – водопровід зазнає значних навантажень
Ми з'ясували, що вода, яка рухається по трубі під тиском насоса, при різкій зупинці не стискається перед перешкодою, а прагне зруйнувати та деформувати її. Таким чином, гідроудар має серйозні негативні наслідки для трубопроводу і його компонентів. Ось що може статися після гідроудару:
- пошкодження накопичувальних і проточних електричних і газових водонагрівачів;
- розриви труб, особливо в місцях стиків і поворотів;
- деформації труб, особливо пластикових;
- пошкодження з'єднань, протікання;
- пошкодження запірної арматури, кранів;
- пошкодження компонентів насоса;
- утворення мікротріщин, які при частих гідроударах будуть збільшуватися.
Таким чином, гідроудар впливає на всі компоненти водопроводу, по яких тече вода. Його наслідками буде або різке ламання, що вимагає негайного втручання і ремонту, або поступове зниження терміну служби будь-якого обладнання. Зверніть увагу, що пошкодження через гідроудар такого обладнання, як проточні та накопичувальні водонагрівачі, виробниками вважається фактом неправильного підключення, а не гарантійним випадком. З цієї причини централізоване ГВП може бути вигіднішим за бойлер – на стороні користувача турбот менше.
Як розпізнати гідроудар в системі водопостачання
Якщо система водопостачання схильна до гідроудару, то це бажано розпізнати якомога раніше і вжити необхідних заходів. Прилади, що вимірюють тиск, не знадобляться. Навіть якщо в системі працює редуктор із манометром, гідроудар він не покаже на своїй шкалі, оскільки це явище відбувається занадто різко. Ознаки гідроудару наступні:
- Металеві стуки при закритті кранів. Це той самий звук, з яким вода б'є по запірній арматурі.
- Вібрації труб. Коли ударна хвиля від води виходить від місця удару, вона може відбиватися від різних компонентів трубопроводу і призводити до вібрацій.
- Шум в трубах. Поширення ударної хвилі від води призводить до шуму в трубопроводі.
- Різкі перепади тиску. Вода текла спокійно, а потім напір різко збільшився, потім знову став як раніше. У цей момент стався гідроудар, на якійсь іншій ділянці водопроводу.
- Поява протікань. Якщо стався гідроудар, сантехніка на це реагує. У місцях стиків можуть піти протікання.
Якщо ви у своїй системі помічаєте такі явища, значить вона працює неправильно, відбувається гідроудар, наслідки проявляться в перспективі. Це призведе до серйозних несправностей, тому потрібно вжити заходів – встановити додаткове обладнання або налаштувати вже наявне.
Способи запобігання гідроудару в трубопроводі
Для виключення гідроударів в трубопроводі, потрібно підійти до проблеми з трьох сторін:
- правильно спроєктувати систему;
- правильно налаштувати обладнання;
- правильно ним користуватися.
Застосування гідроакумулятора
Кращий спосіб, як не зловити гідроудар в індивідуальних системах водопостачання – використовувати гідроакумулятор. Ціна на цей пристрій залежить від його обсягу, а він розраховується з кількості користувачів води та продуктивності насоса. Зокрема, для забезпечення захисту від стрибків тиску важлива саме продуктивність насоса, оскільки саме цей параметр визначає силу прокачування і кількість води, яка складає силу гідроудару.
Гідроакумулятор – це не просто металевий бак для зберігання накачаної насосом води. Його функціонал і значення трохи більше. Він складається з двох камер, між якими знаходиться мембрана. Нижня камера заповнена газом. У побутових – звичайним повітрям, а в промислових – може використовуватися азот.
Нижня заповнена газом камера відіграє роль подушки. Коли водяний потік різко припиняється, наприклад, якщо електронасоси припиняють роботу при відключенні електрики або перекривається кран, то вода не вдаряється по компонентах трубопроводу. Вона потрапляє в гідроакумулятор і впливає силою на газову подушку, яка гасить удар.
Роботу гідроакумулятора можна уявити на простому прикладі. Якщо стукати молотком по трубі, то вона скоро пошкодиться і зламається. А якщо покласти на трубу подушку і стукати через неї, то труба протримається довше, а можливо навіть взагалі не пошкодиться – подушка гасить удар. Так і газова подушка гідроакумулятора, яка є еластичною, бере на себе удар води.
Інше призначення гідроакумулятора полягає саме в акумуляторній місії – він зберігає воду, яку накачав насос, і віддає її користувачам. Це виключає часті пуски та зупинки насоса, що подовжує термін його експлуатації, робить тиск стабільним. Гідроакумулятори зазвичай встановлюються відразу після насоса.
Важливо періодично перевіряти тиск газової подушки гідроакумулятора. Якщо він не в нормі, то пристрій не гасить гідроудар. Тоді тиск потрібно відновити.
Встановлення компенсаторів гідроудару
Гідроудари можна гасити за допомогою компенсаторів, які за конструкцією схожі з гідроакумуляторами. Компенсатори також працюють за принципом стиснення газу і складаються з двох камер – газової та водяної. Вода під тиском потрапляє у свою камеру і тисне на другу, стискаючи газ. Коли тиск нормалізується після удару, газ поступово розширюється і виштовхує воду. Але у компенсатора з гідроакумулятором є значна різниця:
- якщо у гідроакумулятора між камерами завжди тільки гнучка мембрана, то у компенсатора найчастіше вода тисне на поршень;
- гідроакумулятор, крім того, що гасить гідроудари, накопичує воду, а компенсатор тільки гасить гідроудар в трубопроводах.
Гідроакумулятор встановлюється в індивідуальному водопостачанні, а компенсатор може бути використаний і в централізованому теж, а також в опаленні. Крім того, якщо компенсатор не накопичує воду, то він набагато менше за розміром.
Компенсатори встановлюються на подачу води та виключають гідроудар в бойлері, посудомийній, пральній машині, змішувачах та інших пристроях. Зверніть увагу, що в магазині також доступні редуктори для води, які не є компенсаторами та не гасять різкі скачки тиску. Редуктори можуть погасити тільки незначний гідроудар у воді та не повністю. Від сильних вони самі можуть пошкодитися, тому компенсатори часто встановлюються перед ними. Якщо завдання компенсатора погасити різкий гідроудар, то редуктор повинен нормалізувати, зменшити тиск води.
Наприклад, якщо підключається накопичувальний водонагрівач, розрахований на 2 бари, і після перевірки з'ясувалося, що норма тиску у водопроводі – 3 бари, то на подачі води встановлюється редуктор, який зменшує тиск. Він не захищає від гідроударів, тому перед ним бажано встановити компенсатор, який захистить і редуктор, і бойлер.
Плавне налаштування автоматики насоса
Виключити гідроудар можна за допомогою плавної зупинки насоса. Це можна застосувати не тільки у водопостачанні, але та у всіх системах з насосом. Для плавної зупинки насос оснащується частотно-регульованим приводом. Повертаючись до нашого прикладу з вантажівкою, можна сказати, що частотно-регульований привід дозволяє зупинити машину не різко, а плавно. Якщо насос плавно припиняє прокачування води, то гідроудар стає непомітним. Насос може бути укомплектований частотно-регульованим приводом або його можна встановити окремо.
У такого способу є два недоліки. По-перше, частотно-регульований привід – це складний електронний пристрій, а значить ймовірність виходу з ладу вище. По-друге, якщо відключиться електрика, то такий привід не зупинить насос плавно, він різко припинить роботу і гідроудар в трубах все ж відбудеться.
Позбавлення від повітряних пробок
Гідроудар виникає також через наявність повітряних пробок. Коли бульбашки повітря з'являються у воді, вони роблять тиск нестабільним, а його ривки можуть не витримати деякі компоненти. Для видалення повітря потрібно встановлювати на магістралях труб повітряні клапани.
Плавність у регулюванні потоку води
Ще один спосіб захисту від гідроудару — використовувати плавну запірну арматуру, яка не дозволяє зробити різке перекриття потоку води. Таким ефектом можуть бути оснащені звичайні крани в змішувачі, загальні кульові крани, що перекривають воду, автоматична арматура з електроприводом, зворотні клапани та інше. Плавне перекриття створить неповний гідроудар, який має більш м'який вплив. Якщо в будинку встановлена сантехніка без плавного закриття, то можна самому взяти за звичку закривати кран плавно.
Гідроудар у водопроводі – профілактика
Навіть якщо в системі встановлено все необхідне захисне обладнання, не забувайте про профілактичні заходи. Вони допоможуть заощадити значні кошти на ремонті техніки. Наш досвід показав, що достатньо робити наступне:
- Прислухайтеся до роботи трубопроводу. При появі звуків, що характеризують гідроудар, проведіть діагностику.
- Перевіряйте стан роботи обладнання, що захищає від гідроудару. Контролюйте тиск в гідроакумуляторі, оглядайте компенсатори, стежте за роботою насоса.
- При виявленні протікань, тріщин в компонентах трубопроводу, не просто усуньте неполадку, а виключіть гідроудар.
Тепер ви знаєте, як відбувається захист від гідроудару в системі водопостачання, який вплив це має на компоненти трубопроводу. Необхідно заздалегідь організувати цей захист, щоб виключити серйозного ламання.
