Современный человек просто обязан знать не только про нормальную работу разной техники, но и про нежелательные ситуации. В частности, о том, что такое гидроудар, какие последствия он может повлечь. Разберёмся поэтапно с разными факторами и обстоятельствами!
Гидроудар это
Под таким названием известен резкий подъём давления внутри трубопровода, провоцируемый стремительной переменой скорости потока. Физическая суть процесса связана с условной несжимаемостью жидкостей. Это свойство полезно в различных прессах и других механизмах, а вот в трубах причиняет один вред.
Проблема характерна как для магистрального водопровода, так и для скважинных систем. Обычно это связано с неоправданно высоким расположением обратных клапанов на нисходящих трубах или с течами в этих клапанах; оба сценария подразумевают частичное разряжение в полости.
Может показаться удивительным, но очень долго представление о гидроударе было смутным. Ясно было, что «что-то» происходит, однако суть процесса оставалась неясной. В XIX веке с появлением крупных сетей водопровода они начали рваться, а почему — инженеры ответить не могли.
Загадку раскрыл выдающийся исследователь Николай Жуковский в 1898 г. Помимо качественного описания ситуации, он выработал формулы, которыми пользуются все специалисты мира по сей день. Теперь возможно выстроить безаварийную работу водопроводных сетей.
Положительный
Никакого позитивного значения такое событие не имеет, название условно. Подразумевается, что поток неоправдано быстро тормозится, задвижку закрывают слишком быстро. Давление повышается.
Отрицательный
Такой гидроудар происходит, если задвижку или кран открывают. Напор, соответственно, снижается.
Причины гидроудара в трубах
Могут спросить: почему же возникновение таких ситуаций возможно даже при отсутствии манипуляций с вентилями или иной арматурой? Дело в иных факторах, запускающих тот же механизм. Например, при включении или остановке насоса напор стремительно меняется.
Частым источником сбоев выступает резкая неоднородность сечения труб. На сужениях и расширениях гидроудар возникает даже при отсутствии других проблем.
Иногда могут возникать разные препятствия на пути жидкости. Это, к примеру, пробки воздуха, противоположный ход и другие неприятности. Предусмотреть заранее все варианты нелегко.
Последствия гидроудара
Описать их кратко можно так: любые компоненты трубопровода и его инфраструктуры неизбежно пострадают. Внешних проявлений может не быть, но долговечность эксплуатации обязательно упадёт, техника станет менее надёжной.
| Рост давления | Воздействует на все составные части |
| Уплотнители резьб, прокладки фланцев | Могут полностью прийти в негодность |
| Запорная арматура | Одной из первых принимает на себя гидравлический удар |
Зона особого риска — участки, расположенные сразу за арматурой. Также трудности могут возникнуть там, где сопротивление движению воды особенно велико (радиаторы, изгибы, тупики). Ударяясь о препятствие, бурный жидкостный фронт выделяет много энергии.
Степень разрушений зависит от того, насколько велико избыточное давление. Вода почти не сжимается по сравнению с другими жидкостями, поэтому давит особенно интенсивно. Также важную роль играет скорость перемещения вещества и длительность контакта с поверхностью сантехнических деталей.
Также надо учитывать, насколько жёсткие материалы принимают на себя удар. Поток жидкости не может моментально преобразовать свою энергию в силу сжатия либо в деформацию каких-либо предметов. Именно по такой причине рост давления или его сокращение происходит крайне быстро.
Фактически, возникает ударная волна — почти такая же, как при взрыве. Ну а дальше работает уже чисто механическая логика. Если давление внутри трубопроводной системы превзойдёт критическую величину, прорыв почти неизбежен.
Смоделируем простейшую аварийную ситуацию. Пусть имеется прямой участок трубы, соединённый со стояком и с узлом потребления (например, краном). На первой стадии развития ЧП никаких негативных проявлений нет. Но вот кто-то слишком активно завернул вентиль или произошло ещё что-то…
Появляется зона высокого давления, стремящаяся растянуть стенки трубы, и, одновременно, сжать остальную жидкость. За счёт ограниченной сжимаемости вода может вбирать энергию, которая затем высвободится.
Вот фронт сжатия доходит до стояка, и наступает третья стадия процесса. Сжата уже вся жидкость, стенки подвергнуты деформации (расширяются). Этот краткий момент сопровождается равновесием всех сил.
Поскольку стояк крупнее и воды в нём больше, воздействие там не может обычно повлечь никаких негативных последствий. Подчеркнём: речь идёт об исправной, не изношенной и грамотно спроектированной системе!
На чётвёртом этапе вода уходит из сжатой области. Возникает и активно нарастает противоток. Жидкость выжимается в коллектор.
На следующей фазе давления выравниваются («нулевая точка»), но движение не прекращается.
Шестой этап — унос зоны разрежения в стояк.
Проблемный участок стремительно удлиняется. Потом:
- вакуумная зона достигает коллектора, который вновь гасит процесс, движение прекращается, на домашнем отрезке стенки опадают;
- возникает течение от стояка (коллектора) в сторону крана, поскольку давление должно выравниваться;
- стенки труб возвращаются в исходную форму;
- появляется обратная ударная волна.
Такие завершающие циклы повторяются несколько раз. Но амплитуда уже неизбежно падает, как и сила воздействия. Сложно поверить неспециалистам, но решительно всё сказанное, с первого до последнего этапа, укладывается в десятые и даже сотые доли секунды.
Ударная волна идёт практически со скоростью звука (порядка 1,5 км/с). Поэтому неудивительно, что могут случаться поломки труб, перебои с водоснабжением и поступлением тепла, прорывы и затопления. Если происшествие уже случилось, справиться с ним нельзя, можно лишь заняться профилактикой.
Как избежать гидроудара в трубах
Правильная защита позволяет значительно снизить вероятность неполадок.
В обычных полипропиленовых
Очень важно:
- плавно открывать и закрывать краны, чтобы ослабить ударную волну;
- ставить трубы более крупного сечения (трудный и дорогой путь);
- поменять шаровые краны на более гибкие модели с градацией степени закрытия;
- поставить амортизатор (кусок трубы из эластичного материала);
- установить гидравлический компенсатор;
- использовать насосы с плавной регулировкой скорости;
- предусмотреть резервные источники питания для насосов и автоматики;
- регулировать пропускную способность за счёт байпасов;
- монтировать защитные клапаны.
С повышенной защитой от гидроудара
Использование таких труб позволяет застраховаться от многих проблем. Однако совсем отказаться от дополнительных мер нельзя. Последствия ошибок и нарушений неизбежно оказываются неприятны. Чем ниже модуль упругости и толще стенки, тем устойчивее магистраль.
