Vodní ráz ve vodovodním systému: příčiny, ochrana, kompenzátory | ROMMER

Když je systém vytápění nebo zásobování vodou v provozu v soukromých a bytových domech, můžete pravidelně slyšet ostré zvuky, jako je klepání nebo cvakání. Nejčastěji jsou způsobeny vodním rázem. Jde o komplex jevů, při kterých se tlak mění krátce, ale prudce a silně. Tlakový skok vyvolává změnu rychlosti pohybu tekutiny. Vodní kladivo často způsobuje značné škody, proto je důležité mu předcházet.

Příčiny vodního rázu

Při provozu systémů vytápění a zásobování vodou se kapalina pohybuje potrubím určitou rychlostí, která má hmotnost, a tedy setrvačnost. Když je potrubí rychle uzavřeno, nosič pokračuje v pohybu setrvačností a narazí na překážku. V tomto případě se tlak kapaliny zvýší na desítky atmosfér.

Kapalina na rozdíl od plynu nemůže zmenšit svůj objem, takže při vodním rázu často způsobuje poškození potrubí, radiátorů, armatur a dalších prvků topného systému.

Vodní ráz, ke kterému dochází při prudkém zvýšení tlaku v potrubí, se nazývá pozitivní. Hlavní důvody jeho vzhledu:

• příliš prudké zavírání kohoutků a ventilů;
• přítomnost vzduchových kapes v systému;
• rychlé odstavení čerpacího zařízení, a to i v důsledku přepětí v síti nebo jeho úplného zmizení;
• přítomnost v systému trubek, které se výrazně liší v průměru.

Krátkodobé zvýšení tlaku může nastat i v uzavřeném okruhu, pokud se při zapnutí čerpadla začne oběžné kolo pohybovat vysokou rychlostí.

Kromě pozitivního je zde negativní hydraulický ráz. Je méně nebezpečný ve srovnání s pozitivním, ale může také způsobit poškození prvků systému. K tomuto jevu dochází, když dojde k prudkému poklesu tlaku, jehož příčiny mohou být:

• rychlé otevření uzavíracích ventilů,
• rychlý start čerpadla,
• přítomnost potrubí různých sekcí v systému.

Při negativním hydraulickém rázu dochází k efektu prasknutí proudu kapaliny. V místě prasknutí se objeví vakuová bublina. Při zničení způsobuje rázovou vlnu, která negativně ovlivňuje stěny potrubí a radiátorů, uzavírací a regulační ventily.

Důsledky vodního rázu

Při výskytu vodního rázu v topném systému nebo vodovodu dochází k řadě negativních jevů. Nejvýraznější, ale ne nejhorší, jak již bylo zmíněno, je výskyt necharakteristických zvuků. Závažnější je zvýšení zatížení prvků, které jsou málo elastické, a proto předčasně selhávají v důsledku vodního rázu. To může ovlivnit následující:

• potrubí, radiátory, čerpací zařízení, přístrojové vybavení;
• majetek – voda tekoucí z poškozené sítě může zaplavit soukromý dům nebo byt, poškodit nábytek a interiérové ​​předměty;
• obyvatelé – hrozí popálení v důsledku kontaktu s horkou kapalinou;
• elektroinstalace – poté, co se voda dostane do částí pod napětím, může dojít ke zkratu a dokonce i k požáru.

Míra poškození do značné míry závisí na tom, kde na dálnici se překážka nachází. Pokud dojde k vodnímu rázu na začátku dlouhého potrubí, tlak se mírně zvýší, pokud na konci, mohou být negativní důsledky významné.

Způsoby boje proti vodnímu kladivu

Pravděpodobnost výskytu vodních rázů lze snížit správným provozem systému vytápění nebo zásobování vodou a instalací speciálních zařízení.

Plynulé ovládání uzavíracích a regulačních ventilů

Plynulé otevírání a zavírání ventilů zajišťuje efektivní vyrovnání tlaku v systému a ochranu potrubí a radiátorů.

Použití zařízení pro tlumení nárazů

Tlumič je kus trubky z elastického materiálu, který nahrazuje část tuhého potrubí. Zařízení se montuje před termostat. Při vodním rázu se elastické stěny tlumiče roztahují, což výrazně snižuje úroveň tlaku.

Montáž hydraulických akumulátorů

Jejich použití umožňuje udržovat stabilní tlak kapaliny v systému zásobování studenou vodou. Takovými zařízeními jsou horizontální nebo vertikální kovové nádrže s vnitřní elastickou membránou, která je naplněna vodou. Při poklesu tlaku se čerpadlo vypne a do systému začne proudit voda z membrány, kterou stlačuje stlačený vzduch kolem ní. Tím je zajištěn rovnoměrný tlak ve všech místech odběru vody.

Montáž hydraulických tlumičů

Chcete-li se zbavit prudkého zvýšení nebo snížení tlaku v různých systémech, používají se tlumiče nebo kompenzátory vodního rázu – membrána a pružina.

Princip fungování membránového tlumiče spočívá v tom, že se elastická membrána pohybuje a vytváří prostor pro přebytečnou kapalinu. Po ustálení tlaku se membrána vrátí do původní polohy a nosič se vrátí do okruhu.

Pružinový kompenzátor „zachytává“ tlakovou energii při skoku membránou, která se pohybuje v důsledku stlačení a roztažení pružiny. Taková zařízení by měla být instalována v blízkosti součástí systému, u kterých hrozí poškození (například vodovodní baterie).

Automatizace čerpacích zařízení a uzavíracích armatur

K ochraně čerpadel a armatur před poškozením se používají regulátory frekvenčních měničů, ventily a další zařízení. Umožňují plynulé spouštění a vypínání čerpadel a regulaci rychlosti otáčení hřídelí čerpadel, což snižuje riziko vodních rázů. Nevýhodou tohoto řešení je závislost automatiky na napájení.

Vodnímu rázu napomáhá také soubor preventivních opatření: kontrola funkčnosti bezpečnostních skupin, testování těsnosti systému, sledování úrovně opotřebení potrubí.

Co je vodní ráz ve vodovodním a topném systému: důsledky a způsoby ochrany

Vodní ráz způsobený náhlým uzavřením uzavíracího ventilu, znázorněný pomocí těžké ocelové pružiny

Vodní ráz je zvýšení nebo snížení tlaku v důsledku prudkého skoku v nesměrovém působení.

Když hydrostatický tlak začne ovlivňovat systém, vzniká energie, která působí ve vodovodním a topném potrubí.

Když dojde k náhlému zvýšení tlaku v potrubí v potrubí, dojde k následujícímu:

1. prasknutí potrubí;
2. zničení upevňovacích prvků potrubí a prvků systému;
3. poškození čerpadel, základů, armatur a potrubních armatur.

Když tlak klesne:

1. drcení tenkostěnných trubek ze síťovaného polyethylenu a plastu;
2. drcení cementové výstelky uvnitř potrubí;
3. nasávání kontaminované vody nebo vzduchu do potrubí přes příruby nebo spojky, těsnění ucpávky začnou nasávat vzduch v místech úniku;
4. porušení kontinuity pohybu toku, což způsobuje tlakové rázy;
5. makrokavitace.

Fenomén makrokavitace v důsledku náhlého zastavení čerpadla

Příčiny vodního rázu

Vodní ráz nastává, když se kinetická energie vodního toku přemění na deformační energii působící na stěny potrubí a zařízení v potrubí.

Vzhled vodního rázu je způsoben náhlým a rychlým zvýšením pohybu toku tekutiny.

Například vodní ráz může být způsoben neočekávaným uzavřením uzavíracího ventilu.

Může k tomu dojít, pokud dojde k poruše čerpadla. V tomto okamžiku působí setrvačná síla sloupce kapaliny na mechanismus uzavíracího ventilu.

Setrvačné vlastnosti kapaliny neumožňují, aby se průtok jejího sloupce přizpůsobil stavu pohybu. Dochází k deformaci vody. A současně s tlakovými rázy dochází k deformaci.

Důvodem nebezpečí vodního rázu je to, že se bez prakticky snížení tlaku pohybuje rychle rychlostí zvuku. A to je 1000 m/s. Mnoho moderních materiálů používaných k výrobě potrubí pro domácí vodárenské systémy nevydrží a zhroutí se v částech potrubí, kam dosáhne.

Vodní ráz tedy může být způsoben hlavními důvody nestabilní změny režimu proudění vody:

1. Nouzové zastavení čerpacího zařízení v případě výpadku proudu nebo výpadku proudu.
2. Neočekávané spuštění nebo zastavení jednoho nebo více běžících čerpadel.
3. Náhlé uzavření nebo otevření uzavíracích ventilů v potrubním systému.
4. Buzení rezonančních kmitů v důsledku čerpadel s nestabilní charakteristikou.
5. Změna hladiny nasávané kapaliny.

Jak se problému vyhnout?

Problému se můžete zbavit pomocí následujících zásad:

• používat kompenzační zařízení pro sání kapaliny a přívod vzduchu;
• používat zařízení pro ukládání energie;
• použijte uzavírací ventil;
• použít řídicí algoritmus potrubního systému

Možnost #1. Plynulé uzavření potrubního systému

Jednou z ochran proti vodnímu rázu je plynulé odstavení topení. Sníží se dopad vodní energie a minimalizují se škody.

Možnost #2. Aplikace automatických zařízení

Můžete použít kompenzátory vodního rázu nebo upravit chod čerpadla, vzdušníku a stoupačky potrubí. Použijte vše v komplexu, ale s použitím elektronicky řízených zařízení a frekvenčního měniče.

K akumulaci vody v domě dochází pomocí membránových vzduchojemů a potrubních stoupaček. Energie se akumuluje jako tlaková energie.

Při použití setrvačníku čerpadla se energie ukládá jako setrvačná hmota. Akumulovaná energie ve vzdušníku v dostatečném množství tak udržuje stacionární proudění po dlouhou dobu. A slouží jako záruka zajištění pomalého, plynulého poklesu rychlosti proudění tekutiny.

Náhlý pokles tlaku není povolen. Pokud jsou vzduchová nádrž a stoupací potrubí zabudovány do potrubí dlouho před čerpadlem, je zajištěna ochrana proti vodnímu rázu.

Metody komplexní modernizace systému

Dvojčinný zpětný ventil, výstup/vstup poháněný kapalinou

Použití ochranných prostředků v komplexu ochrany zásobování vodou bytového domu a soukromého domu vyžaduje kompletní optimalizaci systému modernizací zařízení.

Metoda #1. Aplikace kompenzačních zařízení a tlumičů

Kompenzátor vodního rázu nevyžaduje seřízení a pracuje automaticky. Vzhledem ke své hmotnosti je potřeba ji zajistit, aby se snížilo namáhání potrubí. Nezapomeňte, že tlumič vodního rázu může pomoci pouze ve studené vodě, v topném systému nepomůže. Proč? V topném systému je zpětný tok a může „skákat“, například vyhřívaný věšák na ručníky.

Metoda #2. Instalace pojistného ventilu membránového typu

Vysoká spolehlivost je možná, když je u motorizovaných ventilů řízena doba odezvy pohonu a bod přerušení vypnutí.

To znamená, že hydraulicky poháněné uzavírací ventily musí mít spolehlivá ovládací zařízení. Může se jednat o omezující membránu ve formě podložky nebo ventilů pro regulaci průtoku.

Doba odezvy ochranného pohonu by měla být pravidelně sledována a zajištěno jeho řádné uzavření/otevření.

Metoda #3. Vybavení termostatického ventilu bočníkem

Hlavním úkolem bočníku je regulovat a snižovat tlak při přetížení. Bočník se používá při modernizaci autonomních systémů s potrubím, kde se používají pouze nové potrubí.

Metoda #4. Použití super bezpečnostního termostatu

Termostat je bezpečnostní zařízení s ochranou proti hlídání tlaku. To zahrnuje mechanismus s pružinou mezi tepelnou hlavou a ventilem. Při dosažení kritické úrovně tlaku se spustí mechanismus, který zabrání úplnému uzavření ventilu.

Provádění preventivních prací

Schéma vzduchové nádrže kompresorového typu. Aby se zabránilo vzniku vysokého tlaku při návratu vody do nádrže, musí být spojovací potrubí vybaveno zpětným ventilem a škrteným obtokem

Údržba zařízení a dodatečné výpočty v projektech pomáhají předcházet vodním rázům.

Pro odstranění projevu makrokavitace po zastavení čerpadla se plánuje použití systému se vzduchovým ventilem instalovaným v nejvyšším bodě vodovodního potrubí v domě – na výstupu.

Použití dalších zařízení na ochranu proti vodnímu rázu v bytě nezaručuje jeho nepřítomnost. Bezprostředně po zabrzdění čerpadla je na trubky z polyetylenu s vysokou hustotou vyvíjen nepřijatelně vysoký tlak. Pro eliminaci nárůstů přidejte mezi vstup do systému a sací nádrž čerpadla obtok s uzavíracím ventilem.

Při současném zastavení všech čerpadel se ventil automaticky otevře elektrohydraulickým servopohonem se zátěžovou pákou.

Závěry

Vodní kladivo může způsobit značné škody na vodovodním systému soukromého a bytového domu. Mnozí však sílu vodního rázu podceňují a označují jej za marketingový tah na nákup různých ochranných pomůcek a dalších tlumičů vodních rázů. S podobným jevem se ale setkáváme velmi často. Pouze profesionální řemeslníci mohou správně nainstalovat vodovodní a topný systém, aby jej chránili.