Гидроудары в котле причины

Общие сведения о гидроударах

  • Положительные. Повышение давления. Возникает в следствии включения насосов или резком закрытие задвижек
  • Отрицательные. Остановка насосного агрегата.

Давление выше допустимой нормы критично для труб и их соединений. Запорная арматура тоже может выйти из строя.

Происходит разрыв труб не от первого гидроудара, обычно производители изготавливают изделия с расчетом повышения давления. Каждый последующий удар будет бить в одно и то же самое слабое место. В какой — то момент труба не выдержит и лопнет.

Что такое – прорвало трубу, знает каждый. Затопило соседей, испортилась мебель, обои отклеились и т.д. Нервы потрепаны, бюджет пострадал.

В случае гидравлического удара в теплоснабжении последствия куда плачевние. Человек получит ожоги. Урон жилью поток горячей воды нанесет колоссальный. Устранение последствий потребует серьезных материальных и физических затрат.

В случае возникновения аварии в мороз, произойдет прекращение подачи тепла и замерзание всей системы вместе с котлом.

Потери можно предупредить, чем устранить последствия.

Причины гидроудара

В 60% случаев прорыв труб происходят из-за гидроудара. В своем большинстве авария случается на отрезке со старыми трубами.

Сила удара напрямую зависит от длины трубы, чем больше отрезок, тем сильнее гидроудар. В длинной трубе воды больше, ее вес вызывает ощутимый скачок давления.  Чем дальше кран перекрытия, тем серьезней гидравлический удар.

Гидроудары в котле причины

Для купирования гидроудара в обогреваемых полах, обязательна правильна установка термостатических клапанов. Остановка движения воды по трубам должна осуществляться на входе системы в пол. Перекрытие воды, не влечет последствий. Движение продолжается, но по убывающей.

Вентиля старого образца, гораздо безопаснее в плане гидроударов. Для перекрытия потока требуется несколько оборотов, давление спадает медленно. Резко перекрыть при огромном желании не получится, что не скажешь о шаровых кранах.

Для закрытия шарового крана надо один раз повернуть ручку на 90 градусов. Не знающие пользователи делают это быстро и резко, что категорически запрещено. Перекрытие следует осуществлять плавно.

Конечно, резко закрытый вентиль не единственная причина. В системе отопления разрыв трубы может произойти из-за остатков воздуха в трубах. Воздух имеет свойство под напором давления сжиматься, когда сильный поток воды на него воздействует, он срабатывает как буфер, создавая препятствие.

Также появление гидроударов могут спровоцировать трубы разного диаметра. Перепады давления, если трубы не приведены к общему знаменателю, гарантированы.

Мощный гидроудар - выход из строя работы паропровода

Мощный гидроудар — настолько , что способны полностью выход из строя работы паропровода

При вводе в работу и прогреве тепловой сети в паропроводах также могут возникнуть гидравлические скачки. Для снижения вероятности возникновения этого отрицательного явления необходимо равномерно прогревать весь тепловой контур. Для этого используются обводные линии, спускные вентили, циклонные сепараторы для осушения пара и дренажные карманы для конденсата с отводом конденсируемой жидкости.

При прогреве не допускается резкое перекрытие вентилей. При монтаже паропроводов необходимо обеспечить их правильный уклон. Он должен быть по направлению перемещения пара.

Расчёт гидроудара

Гидроудары в котле причины

Впервые расчёт водяного удара произвёл русский учёный Николай Егорович Жуковский. Согласно разработанной им теории, повышение давления в трубах равно произведению плотности жидкости на волновую скорость и на разницу средних скоростей движения воды до и после перекрытия крана.

Бывают полные (прямые) и неполные (непрямые) гидроудары. Первый из них возникает, если процесс закрытия крана меньше по продолжительности перемещения аварийной волны в системе. При неполном ударе часть воды успевает пройти через ещё незакрытую задвижку за промежуток одной фазы этого явления. Согласно расчёту гидроудара период фазы равен отношению двух длин трубы от точки удара до поперечного среза трубы, где установлено постоянное определённое давление к скорости перемещения волны.

Чем грозит гидроудар в системе отопления?

Чтобы не произошло гидроудара в трубах отопления и системе водоснабжения используются несколько методов.

Если вентиль идет туго, то допустимо его передвижение малыми рывками.

Удар происходит, но разбитый на несколько слабых. Что не влечет последствий.

Амортизация

Механическое перекрытие можно организовать безопасно, а вот системы оснащенные автоматикой (отопительные) этого лишены.

Для смягчения удара в магистраль монтируется устройство амортизации. Перед термостатом, устанавливается отрезок эластичного трубопровода (пластик армированный или каучук устойчивый к высоким температурам).

Благодаря растяжению, при скачке давления, труба на время увеличивается, гасит давление.

0,2-0,3 м достаточный отрезок амортизации.

Шунтирование

Это ручная доработка термоклапана.

Трубку диаметром 0,2-0,4 мм по ходу движения вставляют в клапан. На работоспособность системы не влияет, но при скачке давления перекинуть его за клапан в трубопровод может.

К сведению

Метод продуктивен только в новой системе и не из металла. Наличие коррозии все на нет.

Компенсаторы

Нижняя часть содержит жидкость, верхняя воздух под давлением. Похожая система устанавливается на автоматических насосах для регулировки давления.

В системе отопления компрессор устанавливается в слабой точке, где возможен удар. При скачке давления, вода надавливает на мембрану и смещает ее в сторону воздуха, в результате давление гасится.

Когда давление приходит в норму, гидроудар купируется, мембрана возвращается на прежнее место.

В водопроводной магистрали также применяются специальные гасители.

Защитные клапаны

В былые времена давление пациента понижали путем кровопускания. Схема работы защитного клапана аналогичная.

Установка происходит в потенциально опасных местах. Работают автономно или от контроллера.

При повышении давления, клапан производит сброс воды, разумеется сброс жидкости происходит в допустимых местах.

После прихода давления в норму, кран закрывается.

Фото 1

Отключение и включение насосного оборудования «прекрасные» провокаторы гидравлических ударов.

Насос создает давление, которое напрямую связано со скоростью вращения. Разгон происходит молниеносно.  Принудительное замедление процесса набора оборотов в насосе, купирует возникновение гидравлического удара.

Регулировать обороты не получится, изменить частоту возможно, что даст требуемый результат.

Эту функцию выполняют УУЭ (устройство управления электродвигателем), преобразователи частоты и плавного пуска. Гидроудары при установке УУЭ пропадают.

Преследуя эту цель, к преобразователю подключают датчик давления, он будет изменять частоту вращения насоса в зависимости от заданных показателей. Как бонус, происходит экономия электроэнергии.

Последствия гидроудара могут быть весьма серьёзными: трещины и разрывы трубопроводов, батарей для отопления. Статистика говорит, что две третьих всех аварий в трубах случается по причине этого явления. Гидроудары в системах отопления могут вывести из строя насосы, котлы и другую аппаратуру. Возможно длительное отключение воды и тепла. Поток горячего теплоносителя из прорыва опасен для здоровья человека, так как есть вероятность получения термических ожогов.

Мембранный гаситель гидроударов

Теплоноситель при аварии после гидроударов в системе отопления может залить помещение, испортить потолок, стены, мебель и другое имущество.

Чем длиннее трубопровод, тем серьёзнее могут быть последствия гидроударов. Так, например, значительный вред они приносят в контурах тёплых полов.

Действия гасителей гидроударов направлены на снижение мощности гидравлических скачков и уменьшение повышенного давления. Установка теплосети должна происходить с учётом правил безопасности. Одним из главных правил работы трубопроводов является плавное переключение запорных кранов. Это требование написано в нормативных документах по эксплуатации объектов централизованного водообеспечения и теплосетей. Оно должно выполняться не только в промышленных условиях, но и в тепловых контурах частных домов.

Используя автоматику, легко продлить период включения и выключения тепловых систем, сделать это плавно. Двигатели, снабжённые специальными автоматическими устройствами регулировки оборотов, постепенно изменяют скорость движения потока в контуре на начальном и конечном этапах рабочего периода. Достаточно эффективная получается защита, если автоматика используется для запуска и остановки циркуляционных насосов. Она обеспечивает плавное увеличение и уменьшение оборотов двигателей, тем самым плавно поднимая и снижая скорость потока.

Компенсатор гидроудара (демпфер) устанавливают в самых «опасных» местах

Программное обеспечение отслеживает увеличение давления, автоматически его регулирует.

Более эффективны насосы со встроенными частотными преобразователями, позволяющие равномерно увеличивать и уменьшать частоту вращения двигателя.

Наибольшей эффективности можно достичь, если провести комплексную модернизацию. Она включает применение специальных устройств:

  • простые амортизирующие элементы;
  • специальные термостаты;
  • терморегулирующие клапана.

Наиболее распространены амортизирующие устройства защиты от гидроудара в виде небольшого отрезка трубы из каучука или гибкого пластика. Ставить такой амортизирующий отрезок лучше всего в месте максимума скорости движения жидкости, обычно перед термостатом. Чаще всего хватает отрезка трубы длиной 200-300 мм, но если трубопроводы длинные, необходимо увеличить амортизирующий участок на 100-150 мм.

Гидроудары в котле причины

Защита от гидроудара может быть реализована на базе термостата. В специальном защитном термостате стоит пружина, разделяющая клапан и термоголовку. Во время гидравлического скачка пружина срабатывает. Тем самым, она препятствует закрытию клапана и уменьшает мощность удара. На корпусе защитных устройств есть стрелка, указывающая направление течения теплоносителя. Это направление необходимо учитывать для правильного монтажа защитного устройства.

С точки зрения профилактики гидроудара вентильные краны эффективнее шаровых

С точки зрения профилактики гидроудара вентильные краны эффективнее шаровых

Защита от гидроудара на базе терморегулирующего клапана выполняется с помощью введения шунтирующей трубки диаметром 0,2-0,4 мм. Вместо трубки можно просверлить соответствующее отверстие в нужном месте. Выполнить такую работу может только специалист, хорошо знающий устройство терморегулирующих клапанов.

Гидравлический удар (гидроудар) – физическое явление, характеризующееся резким повышением гидравлического давления на отдельном участке жидкостной системы, вызванном значительным изменением скорости потока.

В системах отопления основным видом теплоносителя является вода. Вода является несжимаемой по определению, как и подавляющее большинство жидкостей. При движении потока на его пути могут образоваться препятствия. Причем для возникновения гидроудара препятствие должно возникнуть неожиданно. При возникновении преграды жидкость теряет скорость, градиент которой стремится к нулю.

При остановке объема жидкости на него продолжает действовать сила нагнетания устройства, осуществляющего циркуляцию воды. Под воздействием силы нагнетания на участке поднимается гидравлическое давление жидкости. Давление воздействует на стенки трубопроводов, сосудов.

При резком устранении преграды движения жидкость устремляется в зону наименьшего сопротивления и давления. При этом она приобретает огромную скорость за счет разницы давлений в точке высокого давления и в свободной зоне.

Жидкость двигается с большой скоростью, при этом за счет своей несжимаемости может повредить элементы и конструкции системы отопления. Сила нанесенного удара зачастую намного превышает силу удара молотком наотмашь. Поэтому сильные гидроудары могут разрушить металлические изделия и устройства. При этом происходит разгерметизация коммуникаций и возникает опасность получения ожогов горячей водой.

Причины возникновения и последствия

Произошедший в отопительной системе гидроудар проявляется в звуке — стуке, щелчках и вибрациях, ощущаемых прикосновением к трубе. Жидкость, находящаяся в контуре, обладает массой, инерцией движения и несжимаема.

Фото 2

Где может возникать гидроудар

При возникновении на пути воды преграды происходит накопление энергии движения, выражающееся в резком повышении давления в замкнутой системе — ударе. Противодействие заставляет ударную волну двигаться в направлении меньшего давления с нарастающей скоростью.

По достижении слабой точки энергия удара высвобождается, разрывая дефектный участок трубы, если для этого хватает мощности волны, или вызывая вибрации трубопровода. Часто повторяющиеся гидроудары через некоторое время приведут к необходимости проведения ремонта.

Причинами скачка давления могут быть:

  • попадание воздуха в систему обусловлено неправильным монтажом трубопроводов, удаляются воздушные пробки при заполнении теплового контура через специальные краны;
  • быстрое перекрывание потока жидкости вентилем: шаровый кран для этих целей использовать нельзя;
  • смена режима циркуляции: пуск или остановка сетевого насоса при нарушениях электроснабжения объекта;
  • сужение проходного сечения трубы за счет накипи, наростов иных отложений на коротких участках;
  • соединение трубопроводов разных диаметров.

Величина повышения давления зависит от расположения препятствия на магистрали: в начале пути жидкости — удар слабый, с удалением пробки от истока мощность ударной волны нарастает. Последствия импульсного гидравлического воздействия: порча уплотнений на стыках, прокладок между фланцами, запорной арматуры, насоса, отопительного котла. Случается даже разрыв ребра отопительной батареи.

Разрушение отдельных элементов системы приводит к порче имущества при затоплении помещения, если вода горячая с температурой ≥70ºС, то к травмам и ожогам людей. Вторая существенная неприятность — значительные затраты на приведение отопительной системы и обстановки квартиры в исправное состояние.

Внешним проявлением гидроудара в системе отопления будут стуки и щелчки. Причиной этого служит возникновение препятствий на пути движения воды. Как и всякая жидкость, она  является практически несжимаемой и обладает определенной массой и инерцией. Если на ее пути возникает препятствие, то из-за отсутствия возможности двигаться дальше, а вода не может остановиться мгновенно, в системе резко повышается давление.

Когда это происходит достаточно часто и система не обладает необходимым запасом прочности, то вполне возможно, вам скоро потребуется ремонт отопления в доме. Конкретной причиной возникновения гидроудара может быть:

  • поломка или отключение циркуляционного насоса;
  • появление в системе воздуха;
  • быстрое закрытие вентилей, останавливающее поток жидкости.

Приведенный ниже рисунок поможет понять возможные причины его возникновения, причем последняя из приведенных встречается наиболее часто. Стоит отметить, что использование шаровых кранов для перекрытия труб недопустимо.

нет циркуляции в системе отопления

Причины возникновения гидроудара

На сколько повысится давление, степень возможного повреждения и, значит, какой потребуется ремонт системы отопления, будет зависеть от места возникновения препятствия и длины трубопровода. Если это произойдет в начале длинного участка, то величина повышенного давления будет меньше, если в его конце – то больше.

Устройства защиты от гидроударов

Для защиты материалов, оборудования и коммуникаций от гидравлических ударов применяются следующие способы:

  1. Установка терморегуляторов со встроенным шунтом;
  2. Вставки из пластичного материала;
  3. Установка мембранных устройств;
  4. Управление режимами работы насоса по данным датчика давления в системе;
  5. Общие профилактические мероприятия.

Гидроудары в котле причины

В качестве запорной арматуры устанавливают терморегуляторы со встроенным шунтом. Шунт – трубка малого диаметра, пропускает излишки теплоносителя при повышении давления.

Стальные элементы чаще всего подвержены разрушению от гидроударов вследствие жесткости конструкции, отсутствии амортизирующего эффекта. Для создания амортизатора часто врезают небольшие участки из полимерных труб, обладающих хорошей гибкостью. При гидроударе они компенсируют ударное усилие изгибом, при этом не повреждаются.

Гидроаккумуляторы и расширительные баки также неплохо справляются с повышением давления, принимая его излишек на себя. Мембрана, выполненная из резины или полимера, изгибается, сжимает воздух воздушной камеры. В освободившееся пространство поступает вода из отопления, снижается общее напряжение в системе по давлению.

Циркуляционные насосы оснащают системой управления работой по давлению. Датчик контролирует давление воды в сети. При повышении значения он подает команду на снижение числа оборотов насоса. Такая система применима для насосов с частотным регулированием скорости вращения рабочего колеса.

Общие профилактические мероприятия по предотвращению гидроударов и их последствий:

  • Производить плавное управление запорной арматурой;
  • Включение насосов производить на низкой скорости;
  • Проверять работоспособность воздухоотводчиков и предохранительных клапанов;
  • Своевременно, регулярно стравливать воздух из оборудования;
  • Регулярно производить визуальный осмотр на предмет целостности конструктивных элементов отопления;
  • Контролировать целостность мембраны экспанзоматов.

Гидравлические удары – частое и опасное явление в сетях отопления. Своевременное их предотвращения спасет отопительные коммуникации и оборудование от повреждений, сохранит их целостность и работоспособность.

Немного о ремонте системы

Ржавый кран

При постоянном  возникновении перенапряжений в системе, как уже говорилось, возможно ее повреждение. Большую нагрузку будут испытывать жесткие детали системы, резьбовые соединения и сам трубопровод. Итогом этого может быть как утечка воды из системы отопления через резьбовые соединения, так и разрушения трубопровода и элементов отопления, например такие, как показанные на фото ниже.

ремонт системы отопления

Прорыв трубы от гидроудара

устранение течи в системе отопления

Разрыв ребра батареи отопления

И если устранение течи в системе отопления, приведенное на первом рисунке, осуществляется достаточно просто, то от разрушений, показанных на втором, можно избавиться только заменой радиатора. Существуют определенные правила эксплуатации, позволяющие отстрочить ремонт системы отопления в загородном доме, а то и вовсе его избежать.

При постоянных перенапряжениях, возникающих в трубопроводах, необходимость в проведении ремонтов системы отопления возникает часто. Утечки теплоносителя из контура происходят через резьбовые соединения, разрывы трубы или элементов радиатора по шву.

  1. аварийный. Потребность в нем возникает при постепенном износе элементов теплового контура или в случаях резкого повышения давления. Выполняется в условиях, когда восстановить теплоснабжение объекта необходимо быстро;
  2. текущий. Проводится по завершении отопительного сезона на основании осмотров специалистами ремонтных служб, жильцов жилых помещений. Заменяются изношенные детали, устраняются замеченные при плановой опрессовке трубопроводов неисправности;
  3. капитальный. Производится полная или частичная замена труб, регистров отопления, циркуляционного насоса и других элементов отопительной системы.

Соблюдение правил эксплуатации отопительной системы позволит избежать ее преждевременных поломок. Так, циркуляционный насос должен плавно разгоняться и останавливаться.

Во избежание появления гидроудара, перекрывать краны нужно постепенно, не прерывая резко движения воды.

Применение компенсаторов в контурах отопления

В качестве компенсаторов используются гасители гидроударов и демпферы, которые ещё называют гидроаккумуляторами. Устанавливаются демпферы в напорную магистраль для стабилизации рабочего давления. Такой гаситель гидроударов делают в виде стальной колбы, разделённой мембраной из резины на две части. В одной части находится жидкость, в другой воздух, давление которого можно изменять посредством настройки специального штуцера.

Распространённый гаситель гидроударов представляет собой герметичный бачок с перемычкой и воздушным клапаном. Устанавливают их в местах, где возможны перепады давления. Число гасителей гидроударов теплосети может быть неограниченно.

Гидрокомпенсатор для систем отопления в разрезе

Гидрокомпенсатор для систем отопления в разрезе

В европейских странах наличие компенсатора в трубопроводах является необходимым условием.

Есть примеры разумного применения гидравлического скачка — это насосы, работающие на принципе гидротарана. Такие насосы могут поднять воду на несколько десятков метров. Их достоинства:

  • Работают без потребления энергии — за счёт естественного потока жидкости.
  • Длительный срок службы. Могут непрерывно работать несколько лет.
  • Относительно большая высота подъёма. Для увеличения высоты можно последовательно использовать несколько насосов.

Модернизация и изменение системы

Многие проблемы, связанные с гидроударом, вызваны недостатками самой системы. Одной из причин, например, может быть стыковка труб большого размера с трубами меньшего диаметра. Возникающее при этом сопротивление препятствует свободному прохождению жидкости и способствует повышению давления. Устранить подобное можно, если выполнить капитальный ремонт системы отопления. В ходе его проведения надо предусмотреть ряд мер, значительно улучшающих ее возможности противостоять гидроудару. Среди них стоит отметить:

  • амортизирующие устройства, представляющие собой отрезки эластичного пластика, устанавливаемые перед термостатом вместо жесткой трубы;
ремонт системы отопления дома

Гаситель гидроударов Valtec CAR-19

  • введение шунта со специально выполненными  отверстиями, позволяющего уменьшить возникающее давление;
  • использование специальных термостатов с защитой от гидравлических ударов.

Это лишь некоторые меры, позволяющие снизить последствия и возможность возникновения гидроудара. Определившись с ними, может быть составлена смета на ремонт системы отопления.

Исполнение отопительной системы не всегда идеально, много недостатков закладывается при строительстве. Примером может служить стыковка труб большого диаметра с продолжением малого сечения, в результате чего сопротивление потоку воды на этом участке резко возрастает. Такие ошибки устраняют при проведении капитального ремонта.

Для смягчения гидравлических ударов систему отопления модернизируют, применяя различные технические усовершенствования:

  1. блок управления электрическим насосом. Датчики регистрируют изменения давления в системе, а помпа плавно увеличивает или уменьшает подачу теплоносителя в контуре;
  2. компенсаторы или гидроаккумуляторы, их называют бочками. Предназначены для забора из системы излишней жидкости, чем предотвращается повышение давления в трубопроводе. Внутри емкости находится резиновая мембрана, растягивающаяся от гидравлического удара. При аварийной ситуации это лучший способ сохранить целостность системы;
  3. амортизирующее устройство в виде гофрированного шланга из эластичной пластмассы. Устанавливается отрезок 20-30 см вместо обычной трубы перед термостатом. Ударный импульс растягивает гибкий участок в длину, оставляя нагрузку внутри контура на прежнем уровне. На протяженных магистралях вставку удлиняют на 10-15 см;
  4. шунт с отверстиями для гашения ударной волны. Встраивается в трубопроводы;
  5. клапан защиты от гидроудара. Принцип его действия — снижение давления в системе отопления выбросом жидкости во внешнюю среду.

Приведенные в списке приспособления применяются в комплексе и выбираются с учетом особенностей отопительной системы: диаметров и протяженности трубопроводов, типа установленного насоса, размещения в квартире или частном доме. Комплектацию оснастки лучше доверить специалисту.

Настройка системы отопления

После завершения монтажа, ремонта отопительную систему настраивают или, другими словами, балансируют. Допущенные в процессе проектирования и строительства ошибки нужно устранить до ввода теплового контура в эксплуатацию, чтобы в дальнейшем не случилась авария, инициированная гидроударом.

  • замеры наружных диаметров и протяженности труб на каждом участке, при отклонениях от проекта ошибки устраняют;
  • выявление присутствия в замкнутом контуре воздушных пробок, их ликвидация;
  • проверка уровня жидкости при запуске отопительного трубопровода с расширительным баком.

Настройка помогает сделать систему надежной с рациональным расходованием тепла. Особенно чутко на недочеты реагирует тепловой контур с естественной циркуляцией. Иногда прочистка фильтра на входе жидкости в котел нормализует водооборот.

Лопнула труба

После отладки оборудования и арматуры системы производят балансировку теплового режима, регулировку нагрева носителя. Если этого не сделать, ближние к отопительному котлу радиаторы будут горячими, дальние — холодными. При этом режим работы отопителя будет неэкономичным.

Для балансировки обогрева на входе каждой батареи ставят вентиль особой конструкции или регулируют степень нагрева установкой шайб различного диаметра.

Это является одним из обязательных этапов работ по созданию обогрева.  Настройка должна выполняться и после монтажа, и когда проведен ремонт отопления в частном доме. В ходе всех этих работ возможны разные ситуации, и отнестись к ним надо очень внимательно. Задача, как настроить систему отопления, во многом связана с устранением недостатков и ошибок, допущенных при проектировании и выполнении монтажа. В конечном итоге благодаря этому   система станет более экономичной, долговечной и легко управляемой.

ремонт отопления в частном доме

Балансировка системы отопления

На первом этапе необходимо проверить и при необходимости изменить толщину труб в разводке. С этим достаточно просто ошибиться, особенно если применяется естественная циркуляция.  Когда система уже работает, то такие изменения выполняются при модернизации или в случаях, предусматривающих серьезный ремонт системы отопления.

В тех случаях, когда происходит плохая циркуляция в системе отопления, порой достаточно просто прочистить фильтр перед отопительным котлом, чаще всего это решает проблему. Такой результат в первом приближении позволяет считать, что система работает, и можно приступать к ее балансировке и регулировке температуры.

Правильный монтаж, использование соответствующего оборудования и выполнение несложных требований эксплуатации системы отопления обеспечат ей долгий срок службы и позволят избежать неприятностей, связанных с сопутствующими явлениями, например таким, как гидроудар.