Воден удар във водоснабдителната и отоплителната система: Причини + Превантивни мерки

Какво означава "воден удар"?

Водният удар е физическо явление, което се характеризира с рязко повишаване на хидравличното налягане в отделен участък на течна система, причинено от значителна промяна в скоростта на потока.

В отоплителните системи водата е основният вид топлоносител. Водата е несвиваема по дефиниция, както и по-голямата част от флуидите. По време на движението на потока по пътя му могат да се образуват препятствия. За да възникне воден удар, препятствието трябва да се появи неочаквано. Когато възникне препятствие, течността губи скорост, чийто градиент клони към нула.

Когато обемът на течността спре, изпомпващата сила на устройството за циркулация на водата продължава да действа върху нея. Хидравличното налягане на течността се повишава в резултат на силата на изхвърляне на мястото. Налягането действа върху стените на тръбите и съдовете.

Когато бариерата пред движението се премахне внезапно, течността се втурва в зоната на най-малкото съпротивление и налягане. Същевременно то придобива огромна скорост поради разликата в наляганията в точката на високо налягане и в свободната зона. Флуидът се движи с висока скорост и поради своята несвиваемост може да повреди компонентите и конструкциите на отоплителната система. Силата на удара често е много по-голяма от тази на удар с чук. Поради това силните водни удари могат да разрушат метални изделия и устройства. Това може да доведе до течове в комуналните услуги и риск от изгаряне с гореща вода.

Теорията на водния удар

Появата на явлението е възможна само поради липсата на компенсация на налягането. Скокът в една точка води до разпространение на силата по цялата дължина на тръбопровода. Ако в системата има слаба точка, материалът може да се деформира или да се разруши напълно, образувайки дупка в системата.

Ефектът е открит за първи път в края на XIX в. от руския учен Н.Е. Жуковски. Той извежда и формула, по която изчислява периода от време, необходим за затваряне на крана, за да се избегнат неприятни последици. Формулата е следната: Dp = p(u0-u1), където:

• Dp - увеличение на налягането в N/m2;
• p - плътност на течността в kg/m3;
• u0, u1 - средната скорост на водата в тръбопровода преди и след затварянето на клапаните.

За да знаете как да докажете водния удар във водоснабдителната система, е необходимо да знаете диаметъра и материала на тръбата, както и степента на сгъстяване на водата. Всички изчисления се извършват след установяване на параметъра на плътността на водата. Разграничава се по количеството на разтворените соли. Скоростта на разпространение на хидравличния удар се определя по формулата c = 2L/T, където

• c е обозначението на скоростта на ударната вълна;
• L е дължината на тръбопровода;
• T - време.

Простотата на формулата позволява бързо да се определи скоростта на разпространение на удара, който по същество е вълна с трептения с определена честота. А сега как да определим трептенията за единица време.

Формулата M = 2L/a, където:

• M е продължителността на цикъла на трептене;
• L - дължина на тръбата;
• a - скоростта на вълната в m/s.

Познаването на скоростта на удара за тръбите от най-популярните материали ще опрости изчисленията.

• стомана = 900-1300 m/s;
• чугун = 1000-1200 m/s;
• пластмаса = 300-500 m/s.

Сега заместете стойностите във формулата и изчислете честотата на колебателния воден удар в участък от водопроводна тръба с дадена дължина. Теорията за водния удар ще помогне за бързото доказване на появата на явлението и за предотвратяване на възможни рискове при планирането на строителството на къща или подмяната на водопроводна и отоплителна система.

Заплахи от воден удар във водопроводната система

Както вече разбрахме, бариерата, създадена по пътя на движението на водата, формира налягане, което от теоретична гледна точка няма критични граници. Казано по-просто, няколко десетки атмосфери могат да се превърнат в по-значителна цифра. Твърдите елементи на системата, резбите и дори самият тръбопровод ще се влошат (бавно или бързо) поради постоянното въздействие на инерцията на водата с течение на времето.

Обърнете внимание! Дългите вериги са тези, които страдат най-много от водния удар - например при водно подово отопление, където нагрятата течност циркулира през тръбите. А за да се предпази системата от сътресения, веригата под настилката е снабдена със специален термостатичен вентил. Характерно е, че това устройство може да спаси системите само ако е правилно инсталирано, но в други случаи то може да представлява дори допълнителна заплаха.

Характерно е, че това устройство може да спаси системите само ако е правилно инсталирано; в други случаи то може дори да представлява допълнителен риск.

Щом термостатичният вентил, който се намира на входа на течността в кръга, бъде затворен, водата ще продължи да се движи известно време поради инерцията. В резултат на това в тази област се създава вакуум, въпреки че разликата в стойностите е много малка - не повече от една атмосфера. И тъй като веригата е проектирана за четирите атмосфери, не би трябвало да има проблем. Клапанът на изхода също прекъсва потока на флуида. Но когато се сблъска с подобна преграда, течността ще бъде изтласкана нагоре от следващата партида и ще започне да се разтяга, разрушавайки стените на тръбопровода, с налягане от над десет атмосфери. Но сме малко разсеяни, така че нека се върнем към загряването на водата.

Как да си направите собствено отопление на вода

Съветваме ви да прочетете нашето ръководство за монтаж и инсталиране на отоплителна инсталация за топла вода в дома ви. Можете да научите повече тук.

Последиците от водните щети могат да бъдат много непредсказуеми. Най-често срещаният е пробивът. И все пак нищо, ако такъв пробив се образува в достъпен участък от мрежата, т.е. на място, където няма да е трудно да се поправи. Понякога обаче тръбите се полагат и в стените, а това, разбира се, увеличава главоболието.

Както и да е, дори и да има само незначителни повреди във водопроводната система, причината за този неприятен инцидент трябва да се открие. В края на краищата, рано или късно това ще доведе до по-сериозни последици.

Основни превантивни мерки

В допълнение към стриктното спазване на всички установени правила за работа, настъпването на произшествие може да бъде предотвратено чрез навременно и редовно изпълнение на редица превантивни мерки. Причината за това е, че в главната отоплителна или водоснабдителна система абсолютно всички процеси са тясно свързани помежду си. Неочакваният от потребителя воден удар е само последният разрушителен етап, който може да доведе до различни негативни последици. Това се случва на фона на сравнително лошото техническо състояние на тръбите, които се използват от години.

Колебанията на налягането и произтичащите от тях вибрации само допринасят за образуването на различни пукнатини в дебелината на метала. С течение на времето се появяват по-сериозни дефекти, които след появата на водния удар веднага се проявяват в областите с твърде високи вътрешни напрежения. Това могат да бъдат различни точки на огъване, механични съединения и дори заваръчни шевове.

Превантивната манипулация включва следните стъпки:

1. Навременна проверка на налягането зад еластичната мембрана на разширителния съд по време на работа. Ако тази процедура покаже незадоволителни резултати, системата не трябва да се експлоатира без качествена корекция.
2. Проверете функционалността на съответните групи за безопасност. Това се отнася за въздушния разпределител, предпазния клапан, както и за класическия манометър.
3. Проверка на положението на клапаните на съответните метални спирателни и регулиращи вентили.
4. Периодична проверка на всички филтри. Тези елементи са отговорни за задържането на фин пясък, класически котлен камък и фрагменти от ръжда. Ако е необходимо, капитанът трябва да извърши почистване и последващо промиване на филтрите.
5. Проверете използваната система за течове. Трябва да се провери и степента на износване на всички елементи.

Много експерти препоръчват класическата твърда тръба да се замени с пластмасов продукт. Той е по-гъвкав при употреба и може бързо да се разширява под налягане. Но трябва да се внимава, тъй като ставите не могат да бъдат изключени.

Професионалният подход към превантивната поддръжка, насочен към поддържане на оптималното състояние на отоплителната и водогрейната система, задължително включва елементарни видове работа. Оставянето на тази стъпка без надзор не се препоръчва. Това се дължи на факта, че ремонтът на отоплителната инсталация в частен дом е свързан с голяма загуба на средства и свободно време. Всички описани мерки за защита ще бъдат ефективни, ако към работата се подходи комплексно. Само в такава ситуация могат да се неутрализират различни нежелани ефекти и да се удължи безпроблемното функциониране на системата.

Монтаж на висококачествен промивен филтър

Метод на защита "реконструкция"

Термостатични разширителни вентили

За да се избегне водният удар, при реконструкцията на системите трябва да се спазват определени правила:

Заменете твърдата тръба пред термостата с парче тръба, изработено от гъвкава пластмаса или подсилена топлоустойчива гума.

Тези материали имат свойството да се разтягат, така че самостоятелно намаляват енергията на хидравличния удар в случай на високо налягане.

Амортисьорът се нуждае от еластична тръба с дължина приблизително 20-30 cm. Ако тръбопроводът е много дълъг, тръбата за амортисьора трябва да е с още 10 см по-дълга.

Шунт с междина до 0,4 mm в термостатичния разширителен вентил.

В термостата откъм страната на потока се вкарва тясна тръбичка със сечение от 0,2 до 0,4 mm. Възможно е сами да направите отвор с даден диаметър. Ако системата работи правилно, шунтът не оказва влияние върху нейната функция.

Ако налягането се повиши, той може плавно да намали обема над критичната граница. Разбира се, този метод може да бъде приложен само ако отлично познавате дизайна на термостата. В противен случай не е препоръчително да го приемате.

Тези устройства имат специални пружини, които се намират между клапана и главата на термостата. Пружината се задейства, когато налягането се повиши. Това не позволява на клапана да се затвори напълно.

Когато силата на удара намалее, клапанът се затваря плавно от само себе си.

За да се монтират правилно термостатите с предпазно устройство, трябва да се спазва посоката на стрелката върху корпуса на термостата. Монтажът трябва да се извършва стриктно по посока на стрелката.

Схема на свързване на термостатични разширителни вентили

Важно е да се отбележи, че не всички модели термостати са оборудвани с устройство за защита от издухване. Можете да разберете дали устройството е оборудвано с тази функция, като прочетете техническата документация, предоставена с продукта.

Метод на защита "Центробежни помпи"

Центробежна помпа

За плавното пускане и спиране на инженерната система трябва да се използват центробежни помпи, които се регулират автоматично.

С помощта на автоматиката се постига плавно увеличаване на скоростта на електродвигателите на помпеното оборудване. Освен това налягането в тръбите се повишава плавно след пускане в експлоатация. Същият механизъм на действие е характерен и за обратния ред.

Помпите са програмирани по такъв начин, че да могат самостоятелно да следят промените в налягането, настъпващи в комуналните услуги. Регулирането на главата е автоматично.

Същността на водния удар не е трудна за разбиране. Това се случва в два случая:

• Когато комуналните услуги не се използват правилно;
• Когато мрежите са зле проектирани.

Ако се пренебрегват щракания и неприятни шумове, последиците за собствениците на жилища са много неприятни.

Много по-разумно е да се справим с причините за шумовите ефекти и да ги отстраним, отколкото по-късно да ремонтираме тръбна система, която не може да издържи на високото налягане.

Избягване на водния удар - основни правила

Хората, които се сблъскват с водния удар и знаят от първа ръка за неговите разрушителни последици, се чудят: може ли всичко това да се избегне? Има няколко възможности, нека разгледаме всяка от тях.

• Преди всичко действайте внимателно и деликатно. Не затваряйте внезапно сферичния кран, защото в противен случай ще получите удар. За да го избегнете, затваряйте клапана плавно, но не бързайте. Не забравяйте да отделите няколко допълнителни секунди - те не са много в сравнение с времето, което ще ви отнеме ремонтът на водопроводната инсталация.
• За да се намали този ефект, системата може да бъде донякъде подобрена. Както вече беше споменато, хидроакумулаторите (наричани още клапи) се монтират, за да акумулират вода в случай на повишаване на налягането във веригата.

Ако спирането на помпата причинява сътресения, можете да поставите специален клапан за защита. Тези устройства се задействат изключително при удар и намаляват нарастването на налягането в главния път. Този клапан е изключително надежден. Той се монтира в близост до помпата.
Друго възможно решение е автоматизацията. Благодарение на специалните блокове за управление активирането и спирането на системата ще бъде изключително плавно. Помпата ще увеличава или намалява налягането според нуждите, така че рискът от воден удар е практически елиминиран.
И накрая, ако водният удар се появи поради неправилно планиране на цялата система, единственото решение е тя да се преработи изцяло.

Моля, обърнете внимание! Ако проблемите не бъдат отстранени веднага след появата им, рано или късно системата ще трябва да бъде преработена. В края на краищата, ако ситуацията продължи да се повтаря, всички елементи - включително тръбите - скоро ще се повредят.

Тогава ремонтът ще струва много по-скъпо.

Тръби с повишена защита срещу воден удар

Важен момент: сред редица от предложените по-горе методи за защита и предотвратяване на водния удар, техническите характеристики на самата тръбна система, като модул на еластичност и дебелина на стената, също са от съществено значение.

Ниският модул на еластичност на тръбите aquatherm GmbH, както и по-голямата дебелина на стените (в сравнение с металните тръби) осигуряват по-висока устойчивост на импулсивно налягане, което възниква в критичната ситуация на воден удар.

зелена тръба aquatherm

Полипропиленови тръби, произведени в Германия, с широк спектър от приложения.

Системата е отлична за водоснабдяване и отопление с топла и студена вода, както за частни, така и за промишлени нужди. Използва се и за транспортиране на химикали.

синя тръба aquatherm

Полипропиленови тръби, произведени в Германия, за широк спектър от приложения.

Тръбна система от иновативния материал fusiolen, специално проектирана за охлаждане, отопление на повърхности, транспортиране на агресивни среди и сгъстен въздух, както и за геотермални енергийни системи.

Редуктор на налягането, предпазен клапан, абсорбатор на ударни вълни - къде да го поставим?

1. Редукторът на налягането е задължителен, но по-загрижен за функционалността и повредите трябва да бъде течът в тръбите (вж. по-долу за демпфер на чука). Чистотата на средата (водата в тръбата) е по-важна за редуктора. Ако искате редукторът да издържи дълго време, се препоръчва да инсталирате преден механичен филтър с размер на окото 100 µm (напр. .) В дома си инсталирах същия самопочистващ се филтър с манометър Tiemme.

2. Абсорбатор на удари

Дори не си правете труда.

Ако поне някъде в апартамента ви има гъвкава връзка, тези маркучи ще действат като амортисьори. Например имате кран с една ръка в кухнята и затваряте водата с рязко дръпване/удар на лоста, тогава се появява воден удар. След това гъвкавият маркуч към крана (гумен маркуч в оплетка) потрепва от внезапното повишаване на налягането на водата. При другите фитинги няма особени проблеми. Тъй като захранващият тръбопровод/маркуч първо получава хидростатичен удар и всичко излиза от него. В крайна сметка има по-голям шанс да се спука маркучът, отколкото да се повреди редукторът или други фитинги, монтирани на тръбата. Лекарството за този проблем е елементарно: строга индоктринация на онези, които обичат да затварят рязко кранчето. Като цяло обяснете на членовете на семейството, че крановете трябва да се затварят плавно и тогава няма да има удар на водата. Ако предложението не проработи, тогава ще трябва да помислите два пъти за инсталиране на смесители с твърда конструкция (медни тръби или гофрирани тръби от неръждаема стомана). Харесвам повече медните тръби (изглеждат по-хубави и по-надеждни).

Като цяло, ако искате да поставите амортисьор, тогава го поставете. Но не си правете труда да регулирате. Оставете фабричната настройка - 3,5 бара. Просто настройте редукторите на 3,5 бара и готово. Ще се справите с 3,5 бара за вътрешната инсталация.

3. Предпазен клапан. Точно от това НЕ се нуждаете в жилището си. Вижте спецификациите и предназначението им (напр. клапан): "Предназначен за монтаж на бойлери за гореща вода, водонагреватели, съдове под налягане, тръбопроводи...".

Вентилът не е предназначен за плоскости. (За къщи - да, но не и за апартаменти) Когато клапанът се задейства, се извършва аварийно изпускане на вода (в случай на повишено налягане в системата). Затова е необходима връзка с канализацията, разбира се, с прекъсване на потока, т.е. чрез специален сифон (или кофа, която да се постави). Трябва да се вземат предвид две неща: 1) Постоянното повишаване на налягането в системата ще доведе до систематично действие на клапана. Това означава, че водата ще се източва през вентила през цялото време. И кофата няма да ви спаси, тъй като водният поток ще се излива без прекъсване. Така че отидете на вода. 2) Ако инсталирате редуктор на налягането, налягането в апартамента след редуктора на налягането ще бъде стабилно. В такъв случай предпазният клапан би бил излишен. Единственото нещо, което може да възникне в системата, е воден удар, но това е друг проблем и друго решение (вж. точка 2 по-горе).

След водомера се поставя самопочистващ се филтър, а след това редуктор на налягането. След това идва колекторът и потискател на пренапрежението в края на колектора.

Колебания на налягането и техните причини

Колебанията в налягането са признак за неправилно функциониране на системата. Изчисляване на загубата на налягане в отоплителната система се определя чрез сумиране на загубите през отделните интервали, които съставляват целия цикъл. Навременното идентифициране на причината и нейното отстраняване могат да предотвратят по-сериозни проблеми, които водят до скъпи ремонти.

Ако налягането в отоплителната система спадне, причината може да е

• изтичане;
• Неизправност в разширителния съд;
• Повреда на помпите;
• Микропукнатини в топлообменника на котела;
• прекъсване на захранването.

Как да увеличим налягането в отоплителната система?

Разширителният съд регулира диференциалното налягане

В случай на течове проверете всички връзки. Ако причината не може да се открие визуално, всяка секция трябва да се провери поотделно. За целта затворете клапаните един след друг. Манометрите показват промяната в налягането след изключване на дадена секция. Ако се открие проблемна връзка, тя трябва да се затегне чрез нанасяне на допълнителен уплътнител. Ако е необходимо, сглобката или част от тръбата се подменя.

Разширителният съд регулира разликата в налягането, причинена от нагряването и охлаждането на флуида. Индикация за дефектен или недостатъчен обем на резервоара е повишаването на налягането и последващото му намаляване.

Към резултата трябва да се добави въздушна междина от 1,25%. Нагрятата течност се разширява, като изтласква въздуха от резервоара през клапана в отделението за въздух. След като водата се охлади, нейният обем ще намалее и налягането в системата ще бъде по-ниско от необходимото. Ако разширителният съд е по-малък от необходимото, той трябва да се смени.

Повишаването на налягането може да бъде причинено от повредена мембрана или неправилна настройка на регулатора на налягането на отоплителната система. Ако мембраната е повредена, нипелът трябва да се смени. Това става бързо и лесно. За да регулирате казанчето, то трябва да бъде изключено от системата. След това използвайте помпа, за да вкарате необходимия брой атмосфери във въздушната камера, и я монтирайте отново.

Можете да определите дали помпата е повредена, като я изключите. Ако след изключването не се случи нищо, помпата не работи. Това може да се дължи на неизправни машини или липса на захранване. Уверете се, че е свързан към електрическата мрежа.

Ако има проблем с топлообменника, той трябва да се смени. По време на работа могат да се появят микропукнатини в металната структура. Той не може да бъде поправен, а само заменен.

Защо се повишава налягането в отоплителната система?

Това може да се дължи на неправилна циркулация на течността или на пълно спиране на течността поради

• образуване на шлюзове;
• запушени тръби или филтри;
• неизправност на регулатора на отоплителното налягане;
• Непрекъснатост на водата за доливане;
• блокиране на спирателния клапан.

Как да премахна капките?

Въздушният шлюз в системата не позволява преминаването на течност. Въздухът може да се изпуска само навън. За тази цел по време на монтажа трябва да се монтира регулатор на налягането за отоплителната система - пружинен въздушен отвор. Това става автоматично. Новите радиатори са снабдени с подобни елементи. Те са разположени в горната част на радиатора и работят в ръчен режим.

Защо налягането в отоплителната система се повишава, ако във филтрите и по стените на тръбите има натрупани замърсявания и котлен камък? Защото потокът на течността е възпрепятстван. Водният филтър може да се почиства, като се извади филтърният елемент. По-трудно е да се отървете от варовика и запушванията в тръбите. В някои случаи промиването със специални продукти може да помогне. Понякога проблемът може да бъде решен само чрез замяна на част от тръбата.

Ако температурата се повиши, регулаторът на отоплителното налягане затваря клапаните, които отвеждат течността в системата. Ако това не е технически обосновано, проблемът може да бъде решен чрез регулиране на регулатора. Ако тази процедура не е възможна, устройството трябва да се замени. Ако електронната система за контрол на доливането се повреди, тя трябва да се регулира или да се смени.

Прословутият човешки фактор все още не е отменен. Затова на практика спирателните вентили могат да бъдат блокирани и да предизвикат свръхналягане в отоплителната система. За да се нормализира, трябва просто да се отворят клапаните.

Начини за цялостно модернизиране на системата

Цялостната модернизация на системата включва инсталирането на оборудване, което има за цел да неутрализира въздействието на свръхналягането.

Метод #1. Използване на демпфери и амортисьори

Компенсаторите и акумулаторите изпълняват едновременно три функции: те събират течността, като извеждат излишния ѝ обем от системата, а също така помагат за предотвратяване на нежелани явления.

Балансиращо устройство, което представлява акумулатор на налягане, се монтира по посока на водния поток в онези части на отоплителния кръг, където има голяма вероятност от колебания на налягането в системата.

Хидроакумулаторът или абсорберът представлява стоманена колба с вместимост до 30 литра, състояща се от две секции, разделени от гумена или каучукова мембрана.

Когато в системата възникне свръхналягане, водният стълб в първата секция се притиска към разделителната мембрана, което я кара да се огъне към въздушната камера.

Когато налягането се повиши, хидравличните удари се "изхвърлят" в резервоара. Чрез огъване на гумената мембрана към въздушната камера, когато водният стълб се покачва, се постига ефект на изкуствено увеличаване на обема на кръга.

Като демпфериращи устройства се използват тръби, изработени от устойчив на температура подсилен каучук или еластична пластмаса.

Еластичният материал на демпфериращите устройства автоматично потиска енергията на хидравличния удар в момента, в който налягането достигне критична стойност.

Дължина от 20-30 см е достатъчна за постигане на желания ефект. Ако дължината на тръбопровода е голяма, дължината на амортисьора трябва да се увеличи с 10 cm.

Метод #2. Монтаж на мембранен предпазен клапан

Предпазен клапан от мембранен тип се поставя в тръбен клон в близост до помпата, за да изпуска определено количество вода в случай на свръхналягане.

Предпазният клапан, оборудван с твърдо уплътнение, което изпълнява функцията за бързо освобождаване на налягането, е надежден предпазител за автономната система.

В зависимост от производителя и типа на модела предпазният клапан се задейства с електрическа команда от контролера или с бързодействащо пилотно устройство.

Устройството се задейства, когато налягането превиши безопасно ниво, като предпазва помпената станция в случай на внезапно спиране. В момента на опасно повишаване на налягането той се отваря напълно, а когато налягането спадне до нормално ниво, регулаторът се затваря бавно.

Метод #3. Оборудване на термостатичния разширителен вентил с шунт

Шънтът представлява тясна тръбичка от 0,2-0,4 mm, която се поставя по посока на циркулацията на течностите. Основната задача на елемента е постепенно да намалява налягането при претоварване.

От страната, от която течността се влива в термостата, се поставя тясна тръбичка, чието напречно сечение не надвишава 0,2-0,4 mm.

Методът на байпасиране се използва в автономни системи с тръбопроводи, изградени само от нови тръби. Това е така, защото наличието на ръжда и утайки в старите тръби може да намали ефективността на байпаса до нула. Поради тази причина при използване на байпас се препоръчва на входа на отоплителния кръг да се монтират ефективни водни филтри.

Метод № 4. Използване на термостат със суперзащита

Това е вид предпазител, който следи налягането в системата и предотвратява работата ѝ, когато стойността му достигне критична точка. Устройството има пружинен механизъм, разположен между главата на термостата и клапана. Пружинният механизъм се задейства при свръхналягане, като не позволява на клапана да се затвори напълно.

Тези термостати се монтират стриктно в посоката, отбелязана върху корпуса.