Kran z wodą pitną w każdym domu to nie luksus, a znaczący postęp. Jednak ta przyjemna wygoda może zostać w jednej chwili utracona, jeśli w rurociągu wystąpi uderzenie hydrauliczne. Uderzenie hydrauliczne może nie tylko doprowadzić do braku wody, ale także do zalania mieszkania.
Jak dochodzi do tego niebezpiecznego zjawiska i jak mu zapobiegać, zostanie szczegółowo omówione w tym artykule.
Charakter uderzenia wodnego w rurociągach
Uderzenie hydrauliczne to fala uderzeniowa, która rozchodzi się po powierzchni rury wodociągowej i przez jej przyłącza. Wraz ze wzrostem ciśnienia fala uderzeniowa jest dodatnia, a wraz ze spadkiem ciśnienia – ujemna. Występuje, gdy pusta rura zostanie napełniona lub gdy kurek zostanie nagle zamknięty. Niszczycielski wpływ tego zjawiska wynika przede wszystkim z nieściśliwości cieczy.
Gdyby wodę można było sprężać wielokrotnie, jak na przykład gaz, rury nie pękałyby od gwałtowny wzrost ciśnieniaNadmierne ciśnienie występuje, gdy przepływ cieczy nagle ustanie, ale uderzenie wodne może być również spowodowane innymi zjawiskami w systemie zaopatrzenia w wodę.
Powody
Uderzenie hydrauliczne najczęściej występuje, gdy zawór odcinający zostaje nagle zamknięty. Gdy woda przepływa przez rury i wypływa z kranu, ciśnienie w instalacji hydraulicznej pozostaje stałe. Jednak nagłe zamknięcie zaworu może spowodować kilkukrotny wzrost ciśnienia, powodując pęknięcie i zniszczenie ścianek rury.
Uderzenie wodne może być również spowodowane przez:
- Nagłe włączenie lub wyłączenie mocnej pompy.
- Obecność korków powietrznych w obwodzie doprowadzającym wodę lub grzewczym.
Włączanie i wyłączanie pomp może być spowodowane niestabilnym zasilaniem obiektu, w którym znajdują się stacje pompujące wodę o dużej mocy. Korki powietrzne również przyczyniają się do tego niebezpiecznego zjawiska, dlatego przed uruchomieniem zamkniętych układów cieczowych należy upewnić się, że są one całkowicie wolne od powietrza.
Konsekwencje
Wielokrotne narażenie na wysokie ciśnienie, które powstaje w wyniku uderzenia hydraulicznego, może spowodować utratę szczelności nawet w najbardziej niezawodnych systemach. Może również dojść do pęknięcia rurociągu. z pojedynczego, ale silnego wstrząsu hydraulicznego.
W wyniku tego uderzenia dopływ wody do budynków podłączonych do wodociągu zostaje całkowicie odcięty. Niestety, konsekwencje tego zjawiska nie ograniczają się do braku wody w kranie.
Jeśli w budynku mieszkalnym pęknie rura, mienie właścicieli mieszkań, a także sąsiadów mieszkających piętro niżej, zostanie uszkodzone wskutek pęknięcia rury i przedostania się cieczy do pomieszczenia mieszkalnego.
Jeśli pęknie główna rura wodociągowa dostarczająca wodę do całej dzielnicy miasta, wypadek można uznać za sytuację kryzysową.
W wyniku takiego zdarzenia mieszkańcy kilkudziesięciu budynków mieszkalnych zostaną pozbawieni nie tylko wody pitnej, ale także kanalizacji, ponieważ wszystkie spłuczki toaletowe zasilane są zimną wodą. Prysznic, nawet przy nieuszkodzonym dopływie ciepłej wody, również będzie niemożliwy.
Jeśli rura z gorącą wodą ulegnie uszkodzeniu w wyniku uderzenia hydraulicznego, zdarzenie to, oprócz szkód materialnych, może skutkować poważnymi poparzeniami. Wyciek w instalacji grzewczej, gdzie czynnik chłodniczy jest stale pod wysokim ciśnieniem, a temperatura cieczy przekracza 70 stopni Celsjusza, może być szczególnie niebezpieczny.
Skutki uderzenia wodnego mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, jak zapobiegać nagłym wzrostom ciśnienia w rurociągach.
Metody ochrony
Przestrzeganie wytycznych dotyczących instalacji wodno-kanalizacyjnej i grzewczej może zminimalizować ryzyko wystąpienia uderzenia hydraulicznego, ale samo prawidłowe zaprojektowanie instalacji nie jest w stanie całkowicie go wyeliminować. Aby uniknąć tej nieprzyjemnej sytuacji, konieczne jest kompleksowe podejście oraz przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i instrukcji technicznych.
Prawdopodobieństwo wystąpienia uderzenia wodnego można znacznie zmniejszyć, stosując się do poniższych zasad podczas instalacji i eksploatacji rur wodociągowych.
- Podczas uruchamiania instalacji wodociągowej lub grzewczej należy otworzyć zawory odcinające armatury. bardzo powoliOdcięcie dopływu wody musi być również wykonane bardzo płynnie. Płynne zamykanie i otwieranie zaworów odcinających jest niezbędne nie tylko w obiektach przemysłowych, ale także podczas uruchamiania systemów wodociągowych i grzewczych w domach prywatnych. Nadmierne ciśnienie podczas uderzenia hydraulicznego może łatwo uszkodzić instalacje domowe, dlatego ważne jest przestrzeganie środków bezpieczeństwa, gdy woda jest dostarczana do domów prywatnych pod dużym ciśnieniem.
- Instalując automatyczne urządzenia do płynnego otwierania i zamykania zaworów odcinających w instalacji hydraulicznej lub grzewczej, można całkowicie wyeliminować ryzyko wystąpienia uderzenia hydraulicznego. Oczywiście, w przypadku stosowania elektroniki, instalacje hydrauliczne stają się zależne od energii elektrycznej, ale aby całkowicie wyeliminować ryzyko awarii spowodowanej przez automatykę, konieczne jest wyposażenie takich mechanizmów w awaryjne źródło zasilania. To awaryjne źródło jest absolutnie niezbędne zarówno w dużym przedsiębiorstwie, jak i do normalnego funkcjonowania mediów w domu prywatnym. Zaleca się również wyposażenie przepompowni w automatyczne sterowanie. Pomaga to również zapobiegać uderzeniom hydraulicznym spowodowanym nagłym spadkiem ciśnienia spowodowanym aktywacją lub dezaktywacją urządzeń pompowych o dużej mocy.
- Zastosowanie akumulatorów hydraulicznych i urządzeń tłumiących, pomaga również zminimalizować skutki nagłych wzrostów ciśnienia w sieci wodociągowej. Takie urządzenia zazwyczaj składają się z metalowej obudowy z umieszczoną wewnątrz membraną. W przypadku uderzenia hydraulicznego membrana porusza się, umożliwiając wchłonięcie nadmiaru cieczy. W przypadku ryzyka pęknięcia rurociągu
przepłynie i ciśnienie spadnie, membrana powróci do swojego pierwotnego położenia dzięki powietrzu znajdującemu się po drugiej stronie. - Do redukcji ciśnienia w sieciach wodociągowych można stosować zawór bezpieczeństwa, który otwiera się, gdy ciecz osiągnie określony poziom. Takie urządzenia mogą również chronić rurociąg przed uszkodzeniem, ale ten rodzaj zabezpieczenia wymaga dodatkowego odgałęzienia od zaworu do kanalizacji.
- Aby chronić dom lub mieszkanie przed uderzeniem hydraulicznym, można zastosować bardzo prostą metodę, która kompensuje nadmierne ciśnienie poprzez rozszerzenie ścianek rur. Systemy ogrzewania lub zaopatrzenia w wodę nie muszą być koniecznie instalowane z użyciem takich materiałów, ale odcinek rury wykonany z gumy żaroodpornej może w pełni zamortyzować uderzenie hydrauliczne w małym systemie.
- Obejście termostatu, jest skutecznym środkiem zwalczania uderzeń wodnych na niskim poziomie, dlatego to „ulepszenie” autonomicznego ogrzewania można wdrożyć wyłącznie w prywatnych systemach grzewczych. Zazwyczaj otwór o średnicy 0,5 mm w zaworze głównym wystarcza, aby umożliwić swobodny przepływ nadmiaru płynu do obiegu zimnej wody w przypadku wystąpienia wysokiego ciśnienia.
- Termostat z zabezpieczeniem zamontowany w instalacji grzewczej, pomaga również zapobiegać niebezpiecznym zjawiskom, takim jak uderzenie wodne. Urządzenie to działa poprzez wbudowany mały dodatkowy mechanizm w głównym zaworze termostatu, który otwiera się niezależnie od temperatury płynu. Ten wewnętrzny zawór zaczyna przepuszczać płyn, gdy ciśnienie płynu chłodzącego zbliży się do maksymalnej dopuszczalnej wartości, zapobiegając w ten sposób pękaniu przewodów.
Jak chronić instalacje domowe przed uderzeniem wodnym
Wyciek z rury wodociągowej w mieszkaniu może mieć bardzo poważne konsekwencje, zwłaszcza jeśli spowoduje szkody u sąsiadów, których mieszkanie znajduje się piętro niżej, gdzie doszło do wypadku.
W odcinku instalacji wodnej znajdującym się w mieszkaniu mogą znajdować się stare metalowe rury, które z czasem rdzewieją i mogą ulec zniszczeniu w trakcie eksploatacji, nie wspominając o śmiercionośnej sile uderzenia wodnego.
WAŻNE! Aby zminimalizować ryzyko wycieków, zaleca się montaż zaworów zasuwowych, które ze względu na swoją konstrukcję nie mogą natychmiast zamknąć dopływu wody. Zawory kulowe, tak wygodne nie tylko w kuchni, ale i pod prysznicem, mogą być przyczyną poważnych wypadków.
Choć akumulatory hydrauliczne najczęściej stosuje się w domach prywatnych, do których wodę dostarcza pompa umieszczona w głębokiej studni, tego typu produkty mogą również pomóc w ochronie instalacji wodnej w mieszkaniu przed uderzeniami wodnymi.
Ponadto, ciecz zgromadzona w takich urządzeniach może być wykorzystana w przypadku chwilowego zaniku zasilania wodą. Przed uderzeniem wodnym można również zabezpieczyć specjalne amortyzatory montowane w rurach doprowadzających zimną lub ciepłą wodę.
Nieautoryzowany montaż jakichkolwiek urządzeń w systemie centralnego ogrzewania jest surowo zabroniony. Aby zabezpieczyć dom przed uderzeniem hydraulicznym, należy zlecić specjaliście firmy zarządzającej przeprowadzenie próbnego uruchomienia systemu grzewczego.
Jeśli w porę usuniemy wszystkie kieszenie powietrzne z grzejników i rur, nie będziemy musieli martwić się o uderzenie wodne, ponieważ w kotłowni i na trasie doprowadzania czynnika chłodzącego do mieszkania zostaną podjęte wszelkie niezbędne środki zapobiegawcze, aby zapobiec takiemu zjawisku.
Aby ograniczyć ryzyko wycieków z instalacji ciepłej wody, zaleca się również wymianę kranów na takie z gwintem oraz montaż rurociągów przy użyciu nowoczesnych materiałów, które będą w stanie jak najskuteczniej radzić sobie z nadmiernym ciśnieniem w rurociągu.
Kilka słów o teorii uderzenia wodnego
Uderzenie hydrauliczne może wystąpić tylko wtedy, gdy ciecz nie jest w stanie sprężyć się wystarczająco, aby skompensować nagły wzrost ciśnienia. Wzrost ciśnienia w jednym punkcie powoduje rozprzestrzenienie się jego siły na cały rurociąg, a znalezienie słabego punktu prowadzi do odkształcenia lub uszkodzenia materiału.
Efekt ten, występujący w rurociągach wysokociśnieniowych, został odkryty po raz pierwszy przez rosyjskiego naukowca N. Je. Żukowskiego pod koniec XIX wieku. Żukowski opracował również wzór obliczający minimalny czas potrzebny do zamknięcia zaworu, aby uniknąć niebezpiecznego wzrostu ciśnienia w zamkniętym systemie zaopatrzenia w wodę.
- Dp=p(u0-u1)
Gdzie:
- Dp — wzrost ciśnienia w N/m2;
- p jest gęstością cieczy, kg/m3.
- u0 i u1 to średnia wartość prędkości cieczy w rurociągu przed i po zamknięciu zaworu.
Naukowiec udowodnił, że prędkość rozchodzenia się fali uderzeniowej zależy przede wszystkim od średnicy i materiału rury. Wartość ta zależy również od ściśliwości cieczy.
Obliczenia należy wykonywać dopiero po eksperymentalnym określeniu gęstości wody, która może się znacznie różnić w zależności od ilości rozpuszczonych soli. Prędkość rozprzestrzeniania się uderzenia wodnego zawsze oblicza się według następującego wzoru:
- c=2L/T.
Gdzie:
- c jest prędkością fali uderzeniowej;
- L — długość rurociągu;
- T — czas.
Podstawiając wartości do tego wzoru, można dokładnie określić prędkość rozchodzenia się uderzenia wodnego. Uderzenie wodne to fala oscylująca z określoną częstotliwością.
Obliczenie liczby oscylacji w jednostce czasu jest również łatwe, jeśli to konieczne. Wystarczy skorzystać z poniższego wzoru:
- M = 2L/rok
Gdzie:
- M jest czasem trwania cyklu oscylacji;
- L — długość rurociągu;
- a jest prędkością fali (m/s).
Dla uproszczenia obliczeń poniżej podano wartości prędkości fali uderzeniowej dla uderzenia wodnego dla rur wykonanych z następujących materiałów:
- Stal - 900 - 1300 m/s;
- Żeliwo - 1000 - 1200 m/s;
- Plastik - 300 - 500 m/s.
Podstawiając te wartości do wzoru, można dokładnie obliczyć częstotliwość drgań uderzenia wodnego na odcinku wodociągu o określonej długości.
To teoria uderzenia wodnego w jej najbardziej podstawowym opisie matematycznym. Podczas projektowania nowoczesnych systemów inżynieryjnych do wykonywania takich obliczeń wykorzystuje się potężne komputery, dzięki czemu nie ma potrzeby uciekania się do ręcznych obliczeń prędkości i siły uderzenia wodnego.
Wniosek
Uderzenie hydrauliczne w rurach wodociągowych może spowodować poważne wypadki w sektorze budownictwa mieszkaniowego i usług komunalnych. Takie incydenty są szczególnie groźne zimą. Pęknięta rura grzewcza może prowadzić do hipotermii i chorób, zwłaszcza gdy małe dzieci i osoby starsze pozostają bez ogrzewania.
