Гідравлічний удар (гідроудар) - це стрибок тиску, що відбувається у водопровідній системі або інших гідросистемах у разі різкої зміни швидкості та напрямку руху води. Гідроудар трубопроводу часто стає джерелом серйозних ускладнень. Рідина створює хвилі тиску, які буквально можуть «вдарити» по стінках труб, фітингах та інших елементах системи, що призводить до руйнування трубопроводу.
Гідравлічний удар прийнято розділяти на два види.
- Позитивний - тиск різко підвищується. Це відбувається під час швидкого закриття водопровідного крана або ввімкнення насоса.
- Негативний - падіння тиску через відкриття крана або вимкнення насоса.
Розглянемо докладніше гідроудар першого типу, оскільки він становить найбільшу небезпеку для системи водопостачання.
Уявіть, що ви щойно відкрили водопровідний кран і використовували воду для своїх цілей (вимили посуд, вмилися тощо). Коли вода більше не потрібна, ви, природно, закриваєте кран.
Що при цьому відбувається в системі водопостачання? Вода за інерцією якийсь час тече трубами з колишньою швидкістю потоку, при цьому стикається з перешкодою (кран закритий). І, «спотикаючись» об перешкоду, потік збуджує зворотну хвилю. А оскільки система водопостачання герметична, зворотна хвиля стикається з водною масою, що йде назустріч. У результаті виходить удар певної сили, який шукає виходу в навколишньому середовищі (тобто в трубах).
За невеликої сили поштовху удар гаситься трубопроводом. У разі потужного гідроудару або старого стану системи відбувається аварія, розрив водопроводу.
Серед інших причин гідроудару - різке ввімкнення насоса, перебої в електропостачанні, аварійне вимкнення насоса, спрацьовування систем захисту трубопроводу. У всіх цих випадках тиск у водопроводі різко змінюється, що тягне за собою деформацію труб, аж до їхнього розриву. Треба сказати, що навіть процеси корозії та інші надзвичайні обставини не мають такого впливу на водопровід, як гідроудари.
Чим загрожує гідроудар у системі водопостачання?
Крім руйнування водопровідної системи, яка завжди виливається у великі грошові витрати, гідроудар загрожує затопленням житла, псуванням майна, побутових приладів, і, найстрашніше, опіковим травматизмом. Саме тому рекомендуємо вам уважно поставитися до проблеми гідроударів у системі водопостачання і максимально убезпечити себе і своїх домочадців.
Як дізнатися, чи є гідроудари в системі?
Діагностувати наявність гідроударів у системі просто. Перші ознаки - клацання, постукування та інший шум, який буде чути під час відкриття і закриття крана. Більшість із нас не звертають уваги на ці звуки, але ж саме вони першими свідчать про надмірні навантаження системи.
Розрахунок гідравлічного удару
Розрахувати гідравлічний удар дуже важливо під час проєктування та обслуговування систем водопостачання та опалення. Розрахунок спрямований на запобігання аварійним ситуаціям, захист обладнання та забезпечення безпеки в системах, де циркулює рідина під тиском. Для розрахунку гідроудару в системі водопостачання використовуються кілька ключових параметрів і математичних формул:
- Тиск (Dp). Показник тиску в системі, вимірюваний у Ньютонах на квадратний метр (Н/м²). Тиск змінюється внаслідок гідроудару і обчислюється з використанням спеціальних рівнянь.
- Щільність рідини (p). Вимірюється в кілограмах на кубічний метр (кг/м³). Цей параметр враховується при розрахунках тиску.
- Швидкість рідини (u0 і u1). Швидкість руху рідини до і після зміни умов у системі.
Ці значення також відіграють важливу роль у розрахунках. Крім основних параметрів, для більш точних розрахунків і прогнозів гідравлічного удару враховуються додаткові фактори. Це діаметр і матеріал трубопроводу, а також рівень стисливості рідини. Параметри можуть варіюватися залежно від конкретних умов у системі. Для аналізу і передбачення гідравлічного удару використовують формули, що описують зміну тиску і швидкості поширення ударної хвилі.
Наприклад, формула Жуковського бере за основу густину рідини і швидкість її руху:
ΔPуд = ρ * Δv * c,
де: ΔPуд - стрибок тиску;
ρ - питома густина води;
Δv - зазначена зміна швидкості (при повній зупинці - швидкість потоку перед зупинкою);
с - швидкість поширення ударної хвилі.
Формули також включені в програмне забезпечення для проєктування гідравлічних систем. Розуміння цих формул і параметрів дає змогу інженерам і фахівцям розробляти заходи для запобігання гідроударам.
Як запобігти гідроударам?
Існує кілька видів захисту системи водопостачання від гідроударів. Розглянемо основні.
- Плавне закриття крана. Якщо споживач закриває кран поступово, тиск у системі водопостачання плавно вирівнюється і зворотна хвиля формується невеликої сили, що знижує потужність гідроударів. Однак завжди плавно закривати кран не вийде. Адже тепер більшість кранів оснащені кульовою конструкцією, а не вентильною (коли доводилося крутити вентилі, щоб закрити кран). З кульовою конструкцією один ненавмисний різкий рух - і кран закритий. Крім того, діти або ваші гості можуть не знати, як правильно закривати кран.
- Використання труб великого діаметра. Що більший діаметр труб, то нижча швидкість потоку води, і, відповідно, гідроудар. Але цей метод захисту вимагає підвищених грошових вкладень (на труби, їхнє прокладання і теплоізоляцію) і не завжди має естетичний вигляд.
- Встановлення амортизаційного пристрою за напрямком потоку води. Перед термостатом замість жорсткої труби встановлюється шматок з еластичного пластику або каучуку. При гідроударі ця ділянка розтягується і частково гасить силу удару.
- Використання компенсаторного обладнання. Гідроакумулятор - це бак, куди під час гідроудару скидатиметься зайва вода до нормалізації тиску системи. Реле тиску - елемент, який не врятує від гідроудару, але відключить насос, коли ви перекриєте кран і тиск перевищить певне значення. При цьому треба враховувати, що вимкнення насоса не відбудеться миттєво.
Важливо правильно проєктувати систему водопостачання або опалення, враховуючи фактори, які можуть спричинити гідроудари. Це вибір правильних діаметрів труб, встановлення відповідних клапанів і пристроїв для згладжування тиску, а також врахування довгострокових змін у системі.
