Membránové vodné kladivo. Ochrana proti vodnému rázu pre domáce vykurovacie systémy a systémy zásobovania vodou

Tlak ako jeden z parametrov vykurovacieho a vodovodného systému zohráva kľúčovú úlohu. Je to kvôli rozdielu tlaku, že sa vytvára prúd tekutiny. Moderné vykurovacie systémy využívajú hydraulické čerpadlá. Prietok, tlak a objem závisia od indikátora tlaku. V systémoch otvoreného typu, ktoré sa v minulosti bežne používali, sa tlak tekutiny rovnal atmosférickému tlaku, preto bolo zvýšenie teploty nosiča sprevádzané pretečením tekutiny do expanznej nádoby.

Nevýhodou takéhoto systému bolo postupné odparovanie kvapaliny, nemožnosť zvýšenia bodu varu a vystavenie hydraulickým rázom.

Kvapalina je prakticky nestlačiteľná. Pri stlačení vrstiev vznikajú veľké elastické sily, ktoré sa môžu prenášať vysokou rýchlosťou v médiu. Prudká zmena tlaku v jednej časti bytového vedenia by mohla viesť k zničeniu prvkov potrubia v inej časti.

Otvorenie kohútika alebo akejkoľvek klapky môže vyvolať vodné rázy. Pozoruhodným príkladom je zničenie novopoloženej linky pri jej prvom spustení, keď sa otvorí prívod vody so zatvorenými zmiešavacími ventilmi.

Uzavretý vykurovací systém

Ak je potrubie vzduchotesné, potom pri zahrievaní kvapaliny prudko stúpne tlak, čo môže spôsobiť, že sa potrubia alebo spoje začnú zrútiť. Tlak nad atmosférickým tlakom má však mnoho výhod.

• Ako je známe, bod varu stúpa, preto je možné nosič využiť efektívnejšie.
• So zvýšeným tlakom sa zvyšuje účinnosť hydraulického čerpadla.
• Utesnený systém nepotrebuje pravidelné dobíjanie.

Regulátor tlaku v systéme uzavretého typu kombinuje funkcie membránového kompenzátora a expandéra. Je to nádoba rozdelená na dve časti elastickou prepážkou.

V jednej časti je vzduch pod tlakom a druhá časť je napojená na diaľnicu. Počas tepelnej expanzie kvapalina tlačí na membránu, v dôsledku čoho sa prepadá do oblasti vyplnenej vzduchom. Keď sa objem vzduchu zníži, jeho tlak sa zvýši a začne kompenzovať prebytočný tlak tekutiny.

Keď je vykurovací systém bytu v prevádzkovom stave, membránový kompenzátor je v dynamickej rovnováhe. Každé zvýšenie tlaku tekutiny je sprevádzané zvýšením tlaku vzduchu. Ukazuje sa však, že takýto systém je nielen schopný tlmiť tepelnú rozťažnosť, ale funguje aj ako tlmič vodného rázu.

Zariadenie membránového kompenzátora

Na trhu stavebných materiálov a dielov pre vykurovacie systémy je expanzná nádrž známa ako membránový kompenzátor vodného rázu. Môže byť inštalovaný nielen vo vykurovacom systéme, ale aj vo vodovodnom systéme. Hlavným účelom nádrže je vyložiť systém v prípade zvýšenia tlaku.

Membrána vyrobená z elastického materiálu je regulátorom tlaku. Tvar nádrže nepodlieha štandardizácii. Výber vonkajšej formy závisí výlučne od podmienok okolitého priestoru a estetiky. Najčastejšie existujú kompenzátory vo forme valcového valca.

Tá polovica nádrže, kde je vzduch, má vývod s cievkou. Prostredníctvom nej môžete pridať alebo znížiť množstvo vzduchu v nádrži. Pri kúpe membránového kompenzátora je vzduch pod tlakom rovným desatinám atmosférického tlaku. Počas uvádzania do prevádzky sa tento tlak zvyšuje podľa výkonu systému. Kompenzátor má iba jednu spojovaciu rúrku, pretože nie je zabezpečený prietok kvapaliny.

Odrody

Existuje niekoľko typov platných klasifikácií zariadení. Najpraktickejšie je zoskupenie podľa typov použitých membrán. K dnešnému dňu sa takmer všetky zariadenia vyrábajú s membránou. Valec je nerozoberateľný, vyrobený z odolnej ocele. Zvyčajne pozostáva z dvoch pologúľ zvarených dohromady. Membrána je namontovaná tak, že dutina zásobníka je rozdelená na dve časti. V jednej časti zostáva spojovacia rúrka a v druhej cievka.

Je potrebné vymeniť balónikovú membránu. Moderné materiály sú však schopné odolávať zvýšenému zaťaženiu pomerne dlho bez straty integrity a elasticity, takže potreba výmeny membrány prakticky zmizla. Zásobník na membránu balónika je skladateľný. Voda je v gumovej komore a neprichádza do kontaktu s vnútornými stenami nádrže. Sférická membrána sa dnes prakticky nepoužíva, považuje sa za vzácnosť.

Pravidlá inštalácie

Ak predtým boli na expanznú nádrž kladené určité požiadavky na inštaláciu, potom v uzavretom systéme môže byť kompenzátor inštalovaný kdekoľvek. Ide však len o teoretický predpoklad. Požiadavky na umiestnenie v najvyššom bode už nie sú relevantné, keďže podľa Pascalovho zákona je tlak všade rovnaký.

Kompenzátor je namontovaný tam, kde sú vodovodné jednotky, vstupy alebo výmeny.

• Na jednej strane je to spôsobené tým, že uzly sú častou príčinou vodného rázu, preto je účelnejšie inštalovať zariadenie, ktoré uhasí pretlak v bezprostrednej blízkosti kohútikov a ventilov.
• Na druhej strane tu zohráva významnú úlohu estetika. Na pozadí priamych rúrok, úhľadne položených po obvode miestnosti, nebude balón vyzerať dobre.

Dôležitou podmienkou pre inštaláciu je absencia dlhého alebo zakriveného výstupu do valca. Pretože voda necirkuluje vo výstupe, môže to viesť k stagnácii a v dôsledku toho k reprodukcii mikróbov. Vývody musia byť krátke a rovné.

Z týchto úvah stojí za výber umiestnenia kompenzátora.

Prehľad membránových dilatačných škár

Porovnanie technických charakteristík rôznych modelov zariadení pomáha tým, ktorí sa prvýkrát stretli s potrebou ich použiť, aby urobili správnu voľbu. To isté možno povedať o membránových kompenzátoroch. Model Valtec Car 19 je ideálny pre domáce použitie v bytoch.

Jeho hlavným účelom je kompenzovať premenlivé hodnoty tlaku vo vodovodných potrubiach a vykurovacích systémoch. Modely Valtec sa často používajú výlučne ako expanzná nádrž. Telo kompenzátora je pomerne odolné, navyše je vyrobené z nehrdzavejúcej ocele. S vodným kladivom je nádrž schopná nabrať 162 g vody. Nie je to však také nízke číslo, pretože tlak v potrubí je v tomto čase od 10 do 12 barov.

Pri inštalácii je menovitý tlak v nádrži 3 bar, čo je vo väčšine prípadov vhodné pre mnohé systémy bez rekonfigurácie. Niektoré modely sú vybavené tlakomerom pre pohodlnejšie nastavenie kompenzátora.

Model FAR FA 2895 12 od spoločnosti FAR si získal svoje miesto na trhu kompenzačných zariadení vďaka svojej spoľahlivosti za relatívne nízku cenu. Indikátory teploty a tlaku umožňujú kompenzátoru pracovať v priemyselných systémoch aj v systémoch domáceho použitia.

Zariadenie nádrže sa prakticky nelíši od analógov. Použitým materiálom je zliatina mosadze a membrána je vyrobená z odolného plastu. Aby sa tento plast nedeformoval pôsobením vzduchu, keď je nádrž prázdna, ale držaná pružinami. Nepochybnou kvalitou ďalekých modelov je ich malá veľkosť, ľahko sa inštalujú aj v stiesnených priestoroch.

Výrobcovia Reflex a caleffi sa špecializujú na výrobu armatúr pre vodovodné potrubia. Ponúkajú celý rad kompenzátorov, ktoré sa líšia tým, že sa používajú vo väčších systémoch. Objem nádrže Reflex môže dosiahnuť stovky litrov. Často sa takéto zariadenia stávajú hydraulickými akumulátormi schopnými akumulovať obrovské množstvo vody. Takéto batérie zabezpečujú integritu čerpadiel, keď je prívod vody vypnutý.

Dostupnosť zariadení a flexibilná cenová politika výrobcov umožňuje chrániť vodovodné systémy nielen vo veľkých podnikoch, ale aj v bežných domácnostiach. Uvedené zariadenia majú pomerne vysoký zdroj za predpokladu, že všetky technické parametre sú zvolené správnym spôsobom.

Všeobecné informácie o vodnom kladive

Vodný ráz je náhla zmena tlaku tekutiny prúdiacej v tlakovom potrubí, ku ktorej dochádza pri náhlej zmene rýchlosti prúdenia. V širšom zmysle je vodné kladivo rýchle striedanie „skokov“ a „poklesov“ tlaku, sprevádzané deformáciou steny tekutiny a potrubia, ako aj akustickým efektom podobným úderu kladiva do oceľovej rúry. Pri slabých hydraulických rázoch sa zvuk prejavuje vo forme „kovových“ cvakaní, avšak aj pri takýchto zdanlivo bezvýznamných rázoch sa môže tlak v potrubí značne zvýšiť.

Fázy vodného rázu možno ilustrovať na nasledujúcom príklade ( obr.1): na koniec bytového potrubia napojeného na domovú stúpačku nechajte namontovať jednopákovú batériu alebo zmiešavaciu batériu (práve tieto batérie umožňujú relatívne rýchle odstavenie prietoku).

Obr.1. Etapy vodného kladiva

Keď je ventil zatvorený, prebiehajú nasledujúce procesy:

1. Keď je kohútik otvorený, kvapalina sa pohybuje potrubím bytu rýchlosťou " ν ". Súčasne je tlak v stúpačke a bytovom potrubí rovnaký ( p).
2. Pri zatvorení ventilu a prudkom spomalení toku sa kinetická energia toku premení na prácu deformácie stien potrubia a kvapaliny. Steny potrubia sú natiahnuté a kvapalina je stlačená, čo vedie k zvýšeniu tlaku o množstvo ∆p(šokový tlak). Zóna, v ktorej došlo k zvýšeniu tlaku, sa nazýva kompresná zóna rázovej vlny a jej extrémna časť sa nazýva čelo rázovej vlny. Čelo rázovej vlny sa šíri smerom k stúpačke rýchlosťou „c“. Tu by som rád poznamenal, že predpoklad nestlačiteľnosti vody, prijatý v hydraulických výpočtoch, sa v tomto prípade neuplatňuje, pretože skutočná voda je stlačiteľná kvapalina s objemovým kompresným pomerom 4,9x10 -10 1/Pa. To znamená, že pri tlaku 20 400 barov (2040 MPa) sa objem vody zníži na polovicu.
3. Keď predná časť rázovej vlny dosiahne stúpačku, všetka kvapalina v bytovom potrubí sa stlačí a steny bytového potrubia sa natiahnu.
4. Objem kvapaliny v domovom systéme je oveľa väčší ako v bytovej elektroinštalácii, preto keď čelo rázovej vlny dosiahne stúpačku, prebytočný tlak kvapaliny sa väčšinou vyrovná rozšírením prierezu a zapnutím celkového objemu kvapaliny v systém domu. Tlak v potrubí bytu sa začína vyrovnávať s tlakom stúpačky. Zároveň však bytové potrubie vďaka elasticite materiálu steny obnoví svoj pôvodný prierez, stlačí kvapalinu a stlačí ju do stúpačky. Zóna odstraňovania deformácie zo stien potrubia sa rozprestiera na ventil rýchlosťou " s».
5. V momente, keď sa tlak v bytovom potrubí rovná pôvodnému, ako aj rýchlosť tekutiny, dôjde k obráteniu smeru prúdenia („nulový bod“).
6. Teraz kvapalina v potrubí s rýchlosťou " ν “ má tendenciu sa „odtrhnúť“ od žeriavu. Existuje „zóna riedenia rázových vĺn“. V tejto zóne je rýchlosť prúdenia nulová a tlak tekutiny je nižší ako počiatočný, čo vedie k stlačeniu stien potrubia (zmenšenie priemeru). Predná časť zóny riedenia sa pohybuje k stúpačke rýchlosťou " s". Pri výraznom počiatočnom prietoku môže vákuum v potrubí viesť k zníženiu tlaku pod atmosférický tlak, ako aj k narušeniu kontinuity toku (kavitácia). V tomto prípade sa v potrubí v blízkosti ventilu objaví kavitačná bublina, ktorej zrútenie vedie k tomu, že tlak tekutiny v zóne odrazenej rázovej vlny je väčší ako rovnaký indikátor v priamej rázovej vlne.
7. Po dosiahnutí čela kompresie rázovej vlny stúpačky je rýchlosť prúdenia v bytovom potrubí nulová a tlak kvapaliny je nižší ako počiatočný a nižší ako tlak v stúpačke. Steny potrubia sú stlačené.
8. Rozdiel tlakov medzi kvapalinou v stúpačke a bytovom potrubí spôsobí, že sa kvapalina dostane do bytového potrubia a vyrovná tlaky na pôvodnú hodnotu. V tomto ohľade steny potrubia tiež začínajú nadobúdať svoj pôvodný tvar. Vznikne tak odrazená rázová vlna a cykly sa opäť opakujú až do úplného zániku. V tomto prípade časový interval, počas ktorého prechádzajú všetky fázy a cykly hydraulického šoku, spravidla neprekročí 0,001–0,06 s. Počet cyklov môže byť rôzny a závisí od vlastností systému.

Na ryža. 2 fázy vodného kladiva sú znázornené graficky.

Ryža. 2. Grafy zmeny tlaku pri hydraulickom ráze.

Naplánujte si ryža. 2a ukazuje vývoj hydraulického rázu, keď tlak kvapaliny v zóne výboja rázovej vlny neklesne pod atmosférický tlak (čiara 0).

Naplánujte si ryža. 2b zobrazuje rázovú vlnu, ktorej zóna riedenia je pod atmosférickým tlakom, ale hydraulická kontinuita média nie je narušená. V tomto prípade je tlak kvapaliny v zóne riedenia nižší ako atmosférický tlak, ale nepozoruje sa žiadny kavitačný efekt.

Naplánujte si obr.2c zobrazuje prípad, keď je narušená hydraulická kontinuita toku, to znamená, že sa vytvorí kavitačná zóna, ktorej následný kolaps vedie k zvýšeniu tlaku v odrazenej rázovej vlne.

Druhy hydraulických rázov a základné konštrukčné ustanovenia

V závislosti od rýchlosti, s ktorou je uzatváracie zariadenie na potrubí uzavreté, môže byť vodný ráz "priamy" a nepriamy. „Priamy“ sa nazýva šok, pri ktorom k prekrytiu toku dôjde v čase kratšom ako obdobie šoku, to znamená, že podmienka je splnená:

T3 ≤ 2 l/c,

kde T 3 je čas uzavretia uzamykacieho orgánu, s; L- dĺžka potrubia od blokovacieho zariadenia po bod, v ktorom sa udržiava konštantný tlak (v byte - do stúpačky), m; s je rýchlosť rázovej vlny, m/s.

V opačnom prípade sa vodné kladivo nazýva nepriame. Pri nepriamom dopade je skok tlaku oveľa menší, pretože časť energie prúdenia je tlmená čiastočným únikom cez uzatváracie zariadenie.

V závislosti od stupňa blokovania prietoku môže byť vodné kladivo úplné alebo neúplné. Úplný úder je taký, pri ktorom uzatvárací prvok úplne blokuje prietok. Ak sa tak nestane, to znamená, že časť toku naďalej preteká cez uzatvárací orgán, potom bude vodné kladivo neúplné. V tomto prípade bude rozdiel v prietokoch pred a po vypnutí vypočítanou rýchlosťou na určenie veľkosti vodného rázu. Veľkosť nárastu tlaku počas priameho plného hydraulického rázu môže byť určená vzorcom N.E. Zhukovsky (v západnej technickej literatúre sa vzorec pripisuje Alievovi a Michaudovi):

Δp = ρ ν s, Pa,

kde ρ – hustota prepravovanej kvapaliny, kg/m 3 ; ν je rýchlosť prepravovanej kvapaliny do okamihu náhleho brzdenia, m/s; s je rýchlosť šírenia rázovej vlny, m/s.

Na druhej strane rýchlosť šírenia rázovej vlny c je určená vzorcom:

kde c 0- rýchlosť šírenia zvuku v kvapaline (pre vodu - 1425 m/s, pre ostatné kvapaliny možno brať podľa tab. jeden); D– priemer potrubia, m; δ – hrúbka steny potrubia, m; E f je objemový modul pružnosti kvapaliny (možno vziať podľa tab. 2), Pa; Stravovanie je modul pružnosti materiálu steny potrubia, Pa (možno vziať podľa tab. 3).

Tabuľka 1. Charakteristika kvapalín

Tabuľka 2. Charakteristiky materiálov stien rúr

Ak vezmeme do úvahy, že rýchlosť pohybu vody v bytových systémoch by nemala prekročiť 3 m / s (bod 7.6. SNiP 2.04.01), potom pre potrubia vyrobené z rôznych materiálov je možné vypočítať veľkosť nárastu tlaku. s možným priamym plným hydraulickým rázom. Takéto súhrnné údaje pre niektoré potrubia sú uvedené v tab. 3.

Tabuľka 3. Nárast tlaku počas vodného rázu pri rýchlosti prúdenia 3 m/s

Pri nepriamom vodnom kladive sa zvýšenie tlaku vypočíta podľa vzorca:

AT tab. 4 je uvedený priemerný čas odozvy hlavného zariadenia bytu. Pre každý typ tejto armatúry sa vypočíta dĺžka potrubia, nad ktorou prestáva byť vodné kladivo priame.

Tabuľka 4. Dĺžka priameho nárazového úseku pre uzatváracie ventily vody

Možné následky hydraulických rázov

V bytových sieťach výskyt hydraulických rázov samozrejme nespôsobuje také rozsiahle deštruktívne následky ako na hlavných potrubiach veľkého priemeru. Aj tu však môžu spôsobiť veľa problémov a strát, ak neberiete do úvahy možnosť ich výskytu.

Pravidelne sa opakujúce hydraulické rázy v potrubí bytu môžu spôsobiť nasledujúce problémy:

– zníženie životnosti potrubí. Normatívna životnosť vnútorných potrubí je určená súhrnom charakteristík (teplota, tlak, čas), v ktorých je potrubie prevádzkované. Aj takéto krátkodobé, ale často sa opakujúce, striedavé tlakové rázy a poklesy, ku ktorým dochádza pri hydraulickom ráze, výrazne skresľujú obraz o prevádzkovom režime potrubia a znižujú jeho bezproblémovú prevádzku. Vo väčšej miere to platí pre polymérové ​​a viacvrstvové potrubia;

- vytláčanie tesnení a tesnení v armatúrach a potrubných spojkách. Tomu podliehajú prvky ako piestové redukčné ventily, guľové ventily, ventily a mixéry s gumovými tesniacimi krúžkami, tesniace krúžky kompresných a lisovacích konektorov, ako aj krúžky polovodičov („Američanky“). V bytových vodomeroch môže vytlačenie tesniaceho krúžku medzi meracou komorou a počítacím mechanizmom viesť k vniknutiu vody do počítacieho mechanizmu (obr. 3);

Ryža. 3. Vniknutie vody do počítacieho mechanizmu vodomeru v dôsledku vytlačenia tesnenia

- aj jediné vodné kladivo môže úplne znefunkčniť prístrojové vybavenie inštalované v byte. Napríklad ohnutie ihly tlakomeru v dôsledku interakcie s obmedzujúcim kolíkom je jasným znakom vodného rázu, ktorý nastal (obr. 4);

Ryža. 4. Charakteristické poškodenie tlakomeru vodným rázom

- každé vodné kladivo v bytovom potrubí vyrobenom z polymérnych materiálov, vyrobené na lisovacích, lisovacích alebo posuvných spojkách, nevyhnutne vedie k mikroskopickému "vyšmyknutiu" spojky z potrubia. Nakoniec môže nastať chvíľa, keď sa ďalšie vodné kladivo stane kritickým – potrubie úplne „vypadne“ z konektora (obr. 5);

Ryža. 5. Porušenie lisovaného spoja MPT v dôsledku nárazu vodného rázu

- kavitačné javy, ktoré môžu sprevádzať hydraulický šok, sú často príčinou dutín v cievke a tele ventilu. Kolaps vákuových bublín počas kavitácie jednoducho „vyhryzie“ kúsky kovu z povrchu, na ktorom sa tvoria. V dôsledku toho cievka prestáva plniť svoju funkciu, to znamená, že je narušená tesnosť uzatváracieho orgánu. Áno, a telo takýchto tvaroviek veľmi rýchlo zlyhá (obr. 6);

Ryža. 6. Kavitačná deštrukcia vnútorného povrchu prepätia pred solenoidovým ventilom

- zvláštnym nebezpečenstvom pre bytové potrubia z viacvrstvových rúr je zóna výboja rázovej vlny pri hydraulickom ráze. Ak je lepiaca vrstva nekvalitná alebo sú tam nezlepené miesta, podtlak vytvorený v rúre odtrhne vnútornú vrstvu rúry a spôsobí jej „zrútenie“ (obr. 7, 8).

Ryža. 7. Viacvrstvové polypropylénové potrubie ovplyvnené vodným kladivom

Ryža. 8. "Zrútená" kovovo-polymérová rúrka

Pri čiastočnom kolapse bude potrubie naďalej vykonávať svoju funkciu, ale s oveľa väčším hydraulickým odporom. Môže však dôjsť aj k úplnému kolapsu – v tomto prípade bude potrubie zablokované vlastnou vnútornou vrstvou. Bohužiaľ, GOST 53630-2009 "Viacvrstvové tlakové potrubia" nevyžaduje testovanie vzoriek potrubia pri vnútornom tlaku pod atmosférickým tlakom. Avšak mnohí výrobcovia, ktorí vedia o takomto probléme, zahŕňajú do technických špecifikácií povinnú klauzulu o kontrole potrubia vo vákuu. Najmä každý kotúč viacvrstvových rúr VALTEC je pripojený k vákuovému čerpadlu, ktoré zvyšuje absolútny tlak v potrubí na 0,2 atm (-0,8 barg). Potom sa pomocou kompresora pretlačí guľa z polystyrénovej peny s priemerom o niečo menším ako je konštrukčný vnútorný priemer potrubia. Kotúče, cez ktoré lopta nemohla prejsť, sú nemilosrdne odmietnuté a zničené;

- Ďalšie nebezpečenstvo číha v prípade vodného rázu vnútorných potrubí zásobovania teplou vodou. Ako viete, bod varu vody úzko súvisí s tlakom ( tab. 5).

Tabuľka 5. Závislosť bodu varu vody od tlaku

Ak napríklad do potrubia bytu vstúpi horúca voda s teplotou 70 ° C a v zóne riedenia vodného kladiva tlak klesne na absolútnu hodnotu 0,3 atm, potom sa v tejto zóne voda zmení na para. Vzhľadom na to, že objem pary je za normálnych podmienok takmer 1200-krát väčší ako objem rovnakej masy vody, treba očakávať, že tento jav môže viesť k ešte väčšiemu zvýšeniu tlaku v zóne kompresie rázovej vlny.

Spôsoby ochrany proti vodnému rázu v bytových systémoch

Najúčinnejším a najspoľahlivejším spôsobom ochrany pred vodným rázom je predĺženie času na zastavenie prietoku pomocou uzatváracieho zariadenia. Táto metóda sa používa na hlavných potrubiach. Plynulé zatváranie ventilu nespôsobuje žiadne deštruktívne poruchy prúdenia a eliminuje potrebu inštalovať objemné a drahé tlmiace zariadenia. V bytových systémoch nie je táto metóda vždy prijateľná, pretože. „jednoručné“ pákové batérie, solenoidové ventily pre domáce spotrebiče a ďalšie armatúry, ktoré dokážu v krátkom čase uzavrieť prietok, pevne vstúpili do nášho každodenného života. V tomto ohľade musia byť systémy bytového inžinierstva už v štádiu projektovania nevyhnutne navrhnuté s ohľadom na riziko vodného rázu. Štrukturálne opatrenia, ako je použitie elastických vložiek, kompenzačných slučiek a expandérov, nie sú široko používané. V súčasnosti sú najobľúbenejšie armatúry špeciálne určené na tento účel pneumatické (piestové, obr. 9a a membránové, obr. 9b) alebo pružinové (obr. 9c) hydraulické tlmiče.

Ryža. 9. Typy hydraulických tlmičov

V pneumatickom tlmiči je kinetická energia prúdenia tekutiny tlmená energiou stlačenia vzduchu, ktorého tlak sa mení pozdĺž adiabaty s exponentom K = 1,4. Objem vzduchovej komory pneumatickej klapky sa určí z výrazu:

kde P 0 je počiatočný tlak vo vzduchovej komore, P K je konečný (limitný) tlak vo vzduchovej komore. Vo vyššie uvedenom vzorci je ľavá strana vyjadrením kinetickej energie prúdu tekutiny a pravá strana je vyjadrením energie kompresie vzduchu.

Parametre pružiny pre pružinové kompenzátory sa dajú zistiť z výrazu:

kde D pr je stredný priemer pružiny, I je počet závitov pružiny, G je šmykový modul, F to je konečná sila pôsobiaca na pružinu, F 0 je počiatočná sila pôsobiaca na pružinu.

Medzi projektantmi a inštalatérmi existuje názor, že spätné ventily a redukčné ventily majú tiež schopnosť absorbovať vodné rázy.

Spätné ventily skutočne tým, že odrežú časť potrubia v momente prudkého zastavenia toku, znížia odhadovanú dĺžku potrubia, čím sa priamy úder zmení na nepriamy, menej energie. Avšak pri náhlom uzavretí pod vplyvom stupňa kompresie rázovej vlny sa samotný ventil stáva príčinou vodného rázu v potrubí, ktoré sa nachádza pred ním. V štádiu vypúšťania sa ventil opäť otvorí a v závislosti od pomeru dĺžok potrubí pred a za ventilom môže prísť chvíľa, keď sa rázové vlny oboch sekcií sčítajú, čím sa zvýši tlakový skok. Piestové reduktory pre svoju veľkú zotrvačnosť nemôžu slúžiť ako hydraulické tlmiče - kvôli práci trecích síl v tesneniach piestov jednoducho nestihnú zareagovať na okamžitú zmenu tlaku. Okrem toho takéto prevodovky samotné potrebujú ochranu proti vodnému rázu, ktorý spôsobuje vytláčanie tesniacich krúžkov zo sediel piestov.

Membránové redukčné ventily majú schopnosť čiastočne pohlcovať energiu vodných kladív, no sú určené na úplne iné silové účinky, takže práca na tlmení častých vodných kladív ich rýchlo znefunkční. Navyše prudké zatvorenie prevodovky pri rázovej vlne vedie, podobne ako v prípade spätného ventilu, k vzniku rázovej vlny v oblasti až po prevodovku, ktorá nie je chránená membránou.

Okrem iného bytové vodné rázové klapky okrem toho, že plnia svoju hlavnú úlohu, plnia niekoľko ďalších funkcií, ktoré sú dôležité pre bezpečnú prevádzku bytových potrubí. Tieto funkcie zvážime na príklade membránového hydraulického tlmiča VALTEC VT.CAR19 (obr. 10).

Tlmič vodného rázu VT.CAR19

Ryža. 10. Tlmič vodného rázu VALTEC VT.CAR19

Bytový hydraulický tlmič VALTEC VT.CAR19 konštrukčne pozostáva (obr. 11) z guľového telesa z nehrdzavejúcej ocele AISI 304L ( 1 ), s valcovanou EPDM membránou ( 2 ). Vďaka malým vydutiam na povrchu membrány je zabezpečené jej voľné spojenie s telom a maximálna kontaktná plocha membrány s dopravovaným médiom. Vzduchová komora klapky je pri továrenskom tlaku 3,5 bar, čo zabezpečuje ochranu bytových potrubí, ktorých tlak nepresahuje 3 bary. Hasiaci prístroj dokáže ochrániť aj potrubia s pracovným tlakom do 10 barov, v tomto prípade je to však potrebné s čerpadlom pripojeným na vsuvku ( 3 ) zvýšte tlak vo vzduchovej komore na 10,5 bar. V prípade, že je prevádzkový tlak v bytovej sieti nižší ako 3 bary, odporúča sa cez vsuvku ( 3 ) vypustite časť vzduchu z komory až do Pwork + 0,5 bar.

Obr.11. Konštrukcia tlmiča VALTEC VT.CAR19

Technické charakteristiky a celkové rozmery absorbéra sú uvedené v tab. 6.

Tabuľka 6. Špecifikácie VALTEC VT.CAR19

Klapka je schopná ochrániť potrubia pred vodným rázom, pri ktorom sa tlak zvyšuje až na 20 barov, preto je potrebné pred inštaláciou klapky skontrolovať, koľko vodného rázu sa môže vyskytnúť v konkrétnom bytovom potrubí. Výpočet možného tlaku počas vodného rázu Р gu možno vypočítať podľa vzorca:

, bar.

Pomer Ewater/Est pre potrubia vyrobené z rôznych materiálov sa berie podľa tab. 2.

Absorbér VT.CAR19, ktorý spoľahlivo chráni bytové potrubia pred vodnými rázmi, je vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam schopný absorbovať prebytočnú vodu, ktorá vzniká pri ohrievaní prichádzajúcej studenej vody počas prestávky v používaní vody. Napríklad, ak voda s teplotou +5 ° C vstupuje do bytu vybaveného redukciou alebo spätným ventilom na vstupe a cez noc sa zohreje na 25 ° C (zvyčajná teplota vzduchu v kúpeľni), tlak v odrezanom úseku potrubia sa zvýši o:

∆P = β t At/p v \u003d 0,00015 (25 - 5) / 4,9 10 -9 \u003d 61,2 bar.

Vo vyššie uvedenom vzorci βt je koeficient tepelnej rozťažnosti vody, a β v je koeficient objemovej kompresie vody (prevrátená hodnota modulu pružnosti). Vzorec nezohľadňuje tepelnú rozťažnosť materiálu samotného potrubia, ale prax ukazuje, že každý stupeň zvýšenia teploty vody v potrubí zvyšuje tlak z 2 na 2,5 baru.

Tu je potrebná druhá funkcia membránového hydraulického tlmiča. Po nabratí časti vody z vykurovacieho potrubia ho ochráni pred nadmerným zaťažením a pomôže vyhnúť sa núdzovej situácii. AT tab. 7 sú uvedené maximálne dĺžky potrubí chránených klapkou VT.CAR19 pred tepelnou rozťažnosťou kvapaliny.

Tabuľka 7. Maximálna dĺžka potrubí chránená pred tepelnou rozťažnosťou (pri ΔТ = 20°C)

Čo sa týka bytových teplovodných potrubí, aj tu plní absorbér VT.CAR19 dôležitú úlohu, ktorou je zamedzenie varu vody v zóne výboja rázovej vlny. Absorbovaním energie vodného kladiva absorbér eliminuje aj toto nebezpečenstvo.

Najväčšia účinnosť hydraulického tlmiča sa dosiahne pri jeho inštalácii priamo pred chránenú výstuž. V tomto prípade je možnosť vodného rázu úplne vylúčená (obr. 12).

Ryža. 12. Montáž absorbérov priamo pred chránené zariadenia

V bytových systémoch, kde potrubia nemajú významnú dĺžku, je povolené inštalovať jednu klapku na skupinu zariadení. V tomto prípade je potrebné skontrolovať, či celková dĺžka úsekov potrubia chránených jedným hasiacim prístrojom nepresahuje hodnoty uvedené v tab. osem.

Tabuľka 8. Dĺžka úsekov potrubia chránených jedným hasiacim prístrojom

Ak sú prekročené hodnoty uvedené v tabuľke, je potrebné inštalovať nie jeden, ale niekoľko absorbérov. V prípade, že vypočítaný tlak vodného rázu prekročí maximálny povolený tlak pre daný absorbér (20 barov pre VT.CAR19), treba zvoliť iný typ zariadenia s vyššími pevnostnými charakteristikami.

V súlade s článkom 7.1.4. SP 30.13330.2012 „Vnútorné vodovody a kanalizácie budov“, ktorého ustanovenia nadobudli účinnosť 1. januára 2013, má vyhotovenie vodovodných sklopných a uzatváracích armatúr zabezpečiť plynulé otváranie a zatváranie prietoku vody. Táto požiadavka však pravdepodobne nebude splnená, pretože obchod ponúka obyvateľom obrovský sortiment armatúr a spotrebičov, v ktorých je plynulá regulácia nemožná. Vzhľadom na to popredné dizajnérske a stavebné organizácie našej krajiny už plánujú vo svojich projektoch inštaláciu bytových hydraulických tlmičov. Napríklad DSK-1 mesta Moskva reštrukturalizuje výrobu na vykonávanie vstupných uzlov zásobovania vodou v byte podľa schémy znázornenej na obr. trinásť.

Ryža. 13. Bytová vodárenská jednotka DSK-1

(VT.CAR19.I) Membránový hydraulický tlmič VT.CAR 19 je určený na kompenzáciu tlakových rázov, ktoré vznikajú pri náhlom otvorení alebo zatvorení ventilov v systémoch zásobovania vodou v domácnostiach. Zariadenie tiež zohráva úlohu expanznej nádrže, ktorá prijíma prebytočný objem vody, ktorý sa vyskytuje v potrubiach počas prirodzeného ohrevu pri absencii príjmu vody. Kompenzátor vodného rázu VT.CAR 19 je miniatúrna nádrž vyrobená z nehrdzavejúcej ocele AISI 304L s vnútornou separačnou membránou z EPDM elastoméru. Malé vydutia na povrchu membrány zaisťujú jej voľné spojenie s puzdrom a maximálnu kontaktnú plochu membrány s dopravovaným médiom. Kapacita hydraulického tlmiča VT.CAR 19 je 0,162 l, továrenské nastavenie tlaku vo vzduchovej komore je 3,5 bar, maximálny prevádzkový tlak v chránenom bytovom vodovode je 10 bar, maximálny tlak pri vodnom ráze je 20 bar, maximálna prevádzková teplota je 100 °C. Priemer pripojovacieho závitu - 1/2". Rozmery (výška x priemer) výrobku - 112 x 88 mm. Továrenské nastavenie poskytuje ochranu pre potrubia s menovitým pracovným tlakom 3 bar. Pri použití kompenzátora v systémoch s inými parametrami, nádrž by mala byť prekonfigurovaná tak, aby tlak vo vzduchovej komore prekročil nominálny o 0,5 baru.

Všeobecné informácie o vodnom kladive

Vodný ráz je náhla zmena tlaku tekutiny prúdiacej v tlakovom potrubí, ku ktorej dochádza pri náhlej zmene rýchlosti prúdenia. V širšom zmysle je vodné kladivo rýchle striedanie „skokov“ a „poklesov“ tlaku, sprevádzané deformáciou steny tekutiny a potrubia, ako aj akustickým efektom podobným úderu kladiva do oceľovej rúry. Pri slabých hydraulických rázoch sa zvuk prejavuje vo forme „kovových“ cvakaní, avšak aj pri takýchto zdanlivo bezvýznamných rázoch sa môže tlak v potrubí značne zvýšiť.

Fázy vodného rázu možno ilustrovať na nasledujúcom príklade ( obr.1): na koniec bytového potrubia napojeného na domovú stúpačku nechajte namontovať jednopákovú batériu alebo zmiešavaciu batériu (práve tieto batérie umožňujú relatívne rýchle odstavenie prietoku).

Obr.1. Etapy vodného kladiva

Keď je ventil zatvorený, prebiehajú nasledujúce procesy:

1. Keď je kohútik otvorený, kvapalina sa pohybuje potrubím bytu rýchlosťou " ν ". Súčasne je tlak v stúpačke a bytovom potrubí rovnaký ( p).
2. Pri zatvorení ventilu a prudkom spomalení toku sa kinetická energia toku premení na prácu deformácie stien potrubia a kvapaliny. Steny potrubia sú natiahnuté a kvapalina je stlačená, čo vedie k zvýšeniu tlaku o množstvo ∆p(šokový tlak). Zóna, v ktorej došlo k zvýšeniu tlaku, sa nazýva kompresná zóna rázovej vlny a jej extrémna časť sa nazýva čelo rázovej vlny. Čelo rázovej vlny sa šíri smerom k stúpačke rýchlosťou „c“. Tu by som rád poznamenal, že predpoklad nestlačiteľnosti vody, prijatý v hydraulických výpočtoch, sa v tomto prípade neuplatňuje, pretože skutočná voda je stlačiteľná kvapalina s objemovým kompresným pomerom 4,9x10 -10 1/Pa. To znamená, že pri tlaku 20 400 barov (2040 MPa) sa objem vody zníži na polovicu.
3. Keď predná časť rázovej vlny dosiahne stúpačku, všetka kvapalina v bytovom potrubí sa stlačí a steny bytového potrubia sa natiahnu.
4. Objem kvapaliny v domovom systéme je oveľa väčší ako v bytovej elektroinštalácii, preto keď čelo rázovej vlny dosiahne stúpačku, prebytočný tlak kvapaliny sa väčšinou vyrovná rozšírením prierezu a zapnutím celkového objemu kvapaliny v systém domu. Tlak v potrubí bytu sa začína vyrovnávať s tlakom stúpačky. Zároveň však bytové potrubie vďaka elasticite materiálu steny obnoví svoj pôvodný prierez, stlačí kvapalinu a stlačí ju do stúpačky. Zóna odstraňovania deformácie zo stien potrubia sa rozprestiera na ventil rýchlosťou " s».
5. V momente, keď sa tlak v bytovom potrubí rovná pôvodnému, ako aj rýchlosť tekutiny, dôjde k obráteniu smeru prúdenia („nulový bod“).
6. Teraz kvapalina v potrubí s rýchlosťou " ν “ má tendenciu sa „odtrhnúť“ od žeriavu. Existuje „zóna riedenia rázových vĺn“. V tejto zóne je rýchlosť prúdenia nulová a tlak tekutiny je nižší ako počiatočný, čo vedie k stlačeniu stien potrubia (zmenšenie priemeru). Predná časť zóny riedenia sa pohybuje k stúpačke rýchlosťou " s". Pri výraznom počiatočnom prietoku môže vákuum v potrubí viesť k zníženiu tlaku pod atmosférický tlak, ako aj k narušeniu kontinuity toku (kavitácia). V tomto prípade sa v potrubí v blízkosti ventilu objaví kavitačná bublina, ktorej zrútenie vedie k tomu, že tlak tekutiny v zóne odrazenej rázovej vlny je väčší ako rovnaký indikátor v priamej rázovej vlne.
7. Po dosiahnutí čela kompresie rázovej vlny stúpačky je rýchlosť prúdenia v bytovom potrubí nulová a tlak kvapaliny je nižší ako počiatočný a nižší ako tlak v stúpačke. Steny potrubia sú stlačené.
8. Rozdiel tlakov medzi kvapalinou v stúpačke a bytovom potrubí spôsobí, že sa kvapalina dostane do bytového potrubia a vyrovná tlaky na pôvodnú hodnotu. V tomto ohľade steny potrubia tiež začínajú nadobúdať svoj pôvodný tvar. Vznikne tak odrazená rázová vlna a cykly sa opäť opakujú až do úplného zániku. V tomto prípade časový interval, počas ktorého prechádzajú všetky fázy a cykly hydraulického šoku, spravidla neprekročí 0,001–0,06 s. Počet cyklov môže byť rôzny a závisí od vlastností systému.

Na ryža. 2 fázy vodného kladiva sú znázornené graficky.

Ryža. 2. Grafy zmeny tlaku pri hydraulickom ráze.

Naplánujte si ryža. 2a ukazuje vývoj hydraulického rázu, keď tlak kvapaliny v zóne výboja rázovej vlny neklesne pod atmosférický tlak (čiara 0).

Naplánujte si ryža. 2b zobrazuje rázovú vlnu, ktorej zóna riedenia je pod atmosférickým tlakom, ale hydraulická kontinuita média nie je narušená. V tomto prípade je tlak kvapaliny v zóne riedenia nižší ako atmosférický tlak, ale nepozoruje sa žiadny kavitačný efekt.

Naplánujte si obr.2c zobrazuje prípad, keď je narušená hydraulická kontinuita toku, to znamená, že sa vytvorí kavitačná zóna, ktorej následný kolaps vedie k zvýšeniu tlaku v odrazenej rázovej vlne.

Druhy hydraulických rázov a základné konštrukčné ustanovenia

V závislosti od rýchlosti, s ktorou je uzatváracie zariadenie na potrubí uzavreté, môže byť vodný ráz "priamy" a nepriamy. „Priamy“ sa nazýva šok, pri ktorom k prekrytiu toku dôjde v čase kratšom ako obdobie šoku, to znamená, že podmienka je splnená:

T3 ≤ 2 l/c,

kde T 3 je čas uzavretia uzamykacieho orgánu, s; L- dĺžka potrubia od blokovacieho zariadenia po bod, v ktorom sa udržiava konštantný tlak (v byte - do stúpačky), m; s je rýchlosť rázovej vlny, m/s.

V opačnom prípade sa vodné kladivo nazýva nepriame. Pri nepriamom dopade je skok tlaku oveľa menší, pretože časť energie prúdenia je tlmená čiastočným únikom cez uzatváracie zariadenie.

V závislosti od stupňa blokovania prietoku môže byť vodné kladivo úplné alebo neúplné. Úplný úder je taký, pri ktorom uzatvárací prvok úplne blokuje prietok. Ak sa tak nestane, to znamená, že časť toku naďalej preteká cez uzatvárací orgán, potom bude vodné kladivo neúplné. V tomto prípade bude rozdiel v prietokoch pred a po vypnutí vypočítanou rýchlosťou na určenie veľkosti vodného rázu. Veľkosť nárastu tlaku počas priameho plného hydraulického rázu môže byť určená vzorcom N.E. Zhukovsky (v západnej technickej literatúre sa vzorec pripisuje Alievovi a Michaudovi):

Δp = ρ ν s, Pa,

kde ρ – hustota prepravovanej kvapaliny, kg/m 3 ; ν je rýchlosť prepravovanej kvapaliny do okamihu náhleho brzdenia, m/s; s je rýchlosť šírenia rázovej vlny, m/s.

Na druhej strane rýchlosť šírenia rázovej vlny c je určená vzorcom:

kde c 0- rýchlosť šírenia zvuku v kvapaline (pre vodu - 1425 m/s, pre ostatné kvapaliny možno brať podľa tab. jeden); D– priemer potrubia, m; δ – hrúbka steny potrubia, m; E f je objemový modul pružnosti kvapaliny (možno vziať podľa tab. 2), Pa; Stravovanie je modul pružnosti materiálu steny potrubia, Pa (možno vziať podľa tab. 3).

Tabuľka 1. Charakteristika kvapalín

Tabuľka 2. Charakteristiky materiálov stien rúr

Ak vezmeme do úvahy, že rýchlosť pohybu vody v bytových systémoch by nemala prekročiť 3 m / s (bod 7.6. SNiP 2.04.01), potom pre potrubia vyrobené z rôznych materiálov je možné vypočítať veľkosť nárastu tlaku. s možným priamym plným hydraulickým rázom. Takéto súhrnné údaje pre niektoré potrubia sú uvedené v tab. 3.

Tabuľka 3. Nárast tlaku počas vodného rázu pri rýchlosti prúdenia 3 m/s

Pri nepriamom vodnom kladive sa zvýšenie tlaku vypočíta podľa vzorca:

AT tab. 4 je uvedený priemerný čas odozvy hlavného zariadenia bytu. Pre každý typ tejto armatúry sa vypočíta dĺžka potrubia, nad ktorou prestáva byť vodné kladivo priame.

Tabuľka 4. Dĺžka priameho nárazového úseku pre uzatváracie ventily vody

Možné následky hydraulických rázov

V bytových sieťach výskyt hydraulických rázov samozrejme nespôsobuje také rozsiahle deštruktívne následky ako na hlavných potrubiach veľkého priemeru. Aj tu však môžu spôsobiť veľa problémov a strát, ak neberiete do úvahy možnosť ich výskytu.

Pravidelne sa opakujúce hydraulické rázy v potrubí bytu môžu spôsobiť nasledujúce problémy:

– zníženie životnosti potrubí. Normatívna životnosť vnútorných potrubí je určená súhrnom charakteristík (teplota, tlak, čas), v ktorých je potrubie prevádzkované. Aj takéto krátkodobé, ale často sa opakujúce, striedavé tlakové rázy a poklesy, ku ktorým dochádza pri hydraulickom ráze, výrazne skresľujú obraz o prevádzkovom režime potrubia a znižujú jeho bezproblémovú prevádzku. Vo väčšej miere to platí pre polymérové ​​a viacvrstvové potrubia;

- vytláčanie tesnení a tesnení v armatúrach a potrubných spojkách. Tomu podliehajú prvky ako piestové redukčné ventily, guľové ventily, ventily a mixéry s gumovými tesniacimi krúžkami, tesniace krúžky kompresných a lisovacích konektorov, ako aj krúžky polovodičov („Američanky“). V bytových vodomeroch môže vytlačenie tesniaceho krúžku medzi meracou komorou a počítacím mechanizmom viesť k vniknutiu vody do počítacieho mechanizmu (obr. 3);

Ryža. 3. Vniknutie vody do počítacieho mechanizmu vodomeru v dôsledku vytlačenia tesnenia

- aj jediné vodné kladivo môže úplne znefunkčniť prístrojové vybavenie inštalované v byte. Napríklad ohnutie ihly tlakomeru v dôsledku interakcie s obmedzujúcim kolíkom je jasným znakom vodného rázu, ktorý nastal (obr. 4);

Ryža. 4. Charakteristické poškodenie tlakomeru vodným rázom

- každé vodné kladivo v bytovom potrubí vyrobenom z polymérnych materiálov, vyrobené na lisovacích, lisovacích alebo posuvných spojkách, nevyhnutne vedie k mikroskopickému "vyšmyknutiu" spojky z potrubia. Nakoniec môže nastať chvíľa, keď sa ďalšie vodné kladivo stane kritickým – potrubie úplne „vypadne“ z konektora (obr. 5);

Ryža. 5. Porušenie lisovaného spoja MPT v dôsledku nárazu vodného rázu

- kavitačné javy, ktoré môžu sprevádzať hydraulický šok, sú často príčinou dutín v cievke a tele ventilu. Kolaps vákuových bublín počas kavitácie jednoducho „vyhryzie“ kúsky kovu z povrchu, na ktorom sa tvoria. V dôsledku toho cievka prestáva plniť svoju funkciu, to znamená, že je narušená tesnosť uzatváracieho orgánu. Áno, a telo takýchto tvaroviek veľmi rýchlo zlyhá (obr. 6);

Ryža. 6. Kavitačná deštrukcia vnútorného povrchu prepätia pred solenoidovým ventilom

- zvláštnym nebezpečenstvom pre bytové potrubia z viacvrstvových rúr je zóna výboja rázovej vlny pri hydraulickom ráze. Ak je lepiaca vrstva nekvalitná alebo sú tam nezlepené miesta, podtlak vytvorený v rúre odtrhne vnútornú vrstvu rúry a spôsobí jej „zrútenie“ (obr. 7, 8).

Ryža. 7. Viacvrstvové polypropylénové potrubie ovplyvnené vodným kladivom

Ryža. 8. "Zrútená" kovovo-polymérová rúrka

Pri čiastočnom kolapse bude potrubie naďalej vykonávať svoju funkciu, ale s oveľa väčším hydraulickým odporom. Môže však dôjsť aj k úplnému kolapsu – v tomto prípade bude potrubie zablokované vlastnou vnútornou vrstvou. Bohužiaľ, GOST 53630-2009 "Viacvrstvové tlakové potrubia" nevyžaduje testovanie vzoriek potrubia pri vnútornom tlaku pod atmosférickým tlakom. Avšak mnohí výrobcovia, ktorí vedia o takomto probléme, zahŕňajú do technických špecifikácií povinnú klauzulu o kontrole potrubia vo vákuu. Najmä každý kotúč viacvrstvových rúr VALTEC je pripojený k vákuovému čerpadlu, ktoré zvyšuje absolútny tlak v potrubí na 0,2 atm (-0,8 barg). Potom sa pomocou kompresora pretlačí guľa z polystyrénovej peny s priemerom o niečo menším ako je konštrukčný vnútorný priemer potrubia. Kotúče, cez ktoré lopta nemohla prejsť, sú nemilosrdne odmietnuté a zničené;

- Ďalšie nebezpečenstvo číha v prípade vodného rázu vnútorných potrubí zásobovania teplou vodou. Ako viete, bod varu vody úzko súvisí s tlakom ( tab. 5).

Tabuľka 5. Závislosť bodu varu vody od tlaku

Ak napríklad do potrubia bytu vstúpi horúca voda s teplotou 70 ° C a v zóne riedenia vodného kladiva tlak klesne na absolútnu hodnotu 0,3 atm, potom sa v tejto zóne voda zmení na para. Vzhľadom na to, že objem pary je za normálnych podmienok takmer 1200-krát väčší ako objem rovnakej masy vody, treba očakávať, že tento jav môže viesť k ešte väčšiemu zvýšeniu tlaku v zóne kompresie rázovej vlny.

Spôsoby ochrany proti vodnému rázu v bytových systémoch

Najúčinnejším a najspoľahlivejším spôsobom ochrany pred vodným rázom je predĺženie času na zastavenie prietoku pomocou uzatváracieho zariadenia. Táto metóda sa používa na hlavných potrubiach. Plynulé zatváranie ventilu nespôsobuje žiadne deštruktívne poruchy prúdenia a eliminuje potrebu inštalovať objemné a drahé tlmiace zariadenia. V bytových systémoch nie je táto metóda vždy prijateľná, pretože. „jednoručné“ pákové batérie, solenoidové ventily pre domáce spotrebiče a ďalšie armatúry, ktoré dokážu v krátkom čase uzavrieť prietok, pevne vstúpili do nášho každodenného života. V tomto ohľade musia byť systémy bytového inžinierstva už v štádiu projektovania nevyhnutne navrhnuté s ohľadom na riziko vodného rázu. Štrukturálne opatrenia, ako je použitie elastických vložiek, kompenzačných slučiek a expandérov, nie sú široko používané. V súčasnosti sú najobľúbenejšie armatúry špeciálne určené na tento účel pneumatické (piestové, obr. 9a a membránové, obr. 9b) alebo pružinové (obr. 9c) hydraulické tlmiče.

Ryža. 9. Typy hydraulických tlmičov

V pneumatickom tlmiči je kinetická energia prúdenia tekutiny tlmená energiou stlačenia vzduchu, ktorého tlak sa mení pozdĺž adiabaty s exponentom K = 1,4. Objem vzduchovej komory pneumatickej klapky sa určí z výrazu:

kde P 0 je počiatočný tlak vo vzduchovej komore, P K je konečný (limitný) tlak vo vzduchovej komore. Vo vyššie uvedenom vzorci je ľavá strana vyjadrením kinetickej energie prúdu tekutiny a pravá strana je vyjadrením energie kompresie vzduchu.

Parametre pružiny pre pružinové kompenzátory sa dajú zistiť z výrazu:

kde D pr je stredný priemer pružiny, I je počet závitov pružiny, G je šmykový modul, F to je konečná sila pôsobiaca na pružinu, F 0 je počiatočná sila pôsobiaca na pružinu.

Medzi projektantmi a inštalatérmi existuje názor, že spätné ventily a redukčné ventily majú tiež schopnosť absorbovať vodné rázy.

Spätné ventily skutočne tým, že odrežú časť potrubia v momente prudkého zastavenia toku, znížia odhadovanú dĺžku potrubia, čím sa priamy úder zmení na nepriamy, menej energie. Avšak pri náhlom uzavretí pod vplyvom stupňa kompresie rázovej vlny sa samotný ventil stáva príčinou vodného rázu v potrubí, ktoré sa nachádza pred ním. V štádiu vypúšťania sa ventil opäť otvorí a v závislosti od pomeru dĺžok potrubí pred a za ventilom môže prísť chvíľa, keď sa rázové vlny oboch sekcií sčítajú, čím sa zvýši tlakový skok. Piestové reduktory pre svoju veľkú zotrvačnosť nemôžu slúžiť ako hydraulické tlmiče - kvôli práci trecích síl v tesneniach piestov jednoducho nestihnú zareagovať na okamžitú zmenu tlaku. Okrem toho takéto prevodovky samotné potrebujú ochranu proti vodnému rázu, ktorý spôsobuje vytláčanie tesniacich krúžkov zo sediel piestov.

Membránové redukčné ventily majú schopnosť čiastočne pohlcovať energiu vodných kladív, no sú určené na úplne iné silové účinky, takže práca na tlmení častých vodných kladív ich rýchlo znefunkční. Navyše prudké zatvorenie prevodovky pri rázovej vlne vedie, podobne ako v prípade spätného ventilu, k vzniku rázovej vlny v oblasti až po prevodovku, ktorá nie je chránená membránou.

Okrem iného bytové vodné rázové klapky okrem toho, že plnia svoju hlavnú úlohu, plnia niekoľko ďalších funkcií, ktoré sú dôležité pre bezpečnú prevádzku bytových potrubí. Tieto funkcie zvážime na príklade membránového hydraulického tlmiča VALTEC VT.CAR19 (obr. 10).

Tlmič vodného rázu VT.CAR19

Ryža. 10. Tlmič vodného rázu VALTEC VT.CAR19

Bytový hydraulický tlmič VALTEC VT.CAR19 konštrukčne pozostáva (obr. 11) z guľového telesa z nehrdzavejúcej ocele AISI 304L ( 1 ), s valcovanou EPDM membránou ( 2 ). Vďaka malým vydutiam na povrchu membrány je zabezpečené jej voľné spojenie s telom a maximálna kontaktná plocha membrány s dopravovaným médiom. Vzduchová komora klapky je pri továrenskom tlaku 3,5 bar, čo zabezpečuje ochranu bytových potrubí, ktorých tlak nepresahuje 3 bary. Hasiaci prístroj dokáže ochrániť aj potrubia s pracovným tlakom do 10 barov, v tomto prípade je to však potrebné s čerpadlom pripojeným na vsuvku ( 3 ) zvýšte tlak vo vzduchovej komore na 10,5 bar. V prípade, že je prevádzkový tlak v bytovej sieti nižší ako 3 bary, odporúča sa cez vsuvku ( 3 ) vypustite časť vzduchu z komory až do Pwork + 0,5 bar.

Obr.11. Konštrukcia tlmiča VALTEC VT.CAR19

Technické charakteristiky a celkové rozmery absorbéra sú uvedené v tab. 6.

Tabuľka 6. Špecifikácie VALTEC VT.CAR19

Klapka je schopná ochrániť potrubia pred vodným rázom, pri ktorom sa tlak zvyšuje až na 20 barov, preto je potrebné pred inštaláciou klapky skontrolovať, koľko vodného rázu sa môže vyskytnúť v konkrétnom bytovom potrubí. Výpočet možného tlaku počas vodného rázu Pg možno vypočítať podľa vzorca:

, bar.

Pomer Ewater/Est pre potrubia vyrobené z rôznych materiálov sa berie podľa tab. 2.

Absorbér VT.CAR19, ktorý spoľahlivo chráni bytové potrubia pred vodnými rázmi, je vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam schopný absorbovať prebytočnú vodu, ktorá vzniká pri ohrievaní prichádzajúcej studenej vody počas prestávky v používaní vody. Napríklad, ak voda s teplotou +5 ° C vstupuje do bytu vybaveného redukciou alebo spätným ventilom na vstupe a cez noc sa zohreje na 25 ° C (zvyčajná teplota vzduchu v kúpeľni), tlak v odrezanom úseku potrubia sa zvýši o:

∆P = β t At/p v \u003d 0,00015 (25 - 5) / 4,9 10 -9 \u003d 61,2 bar.

Vo vyššie uvedenom vzorci βt je koeficient tepelnej rozťažnosti vody, a β v je koeficient objemovej kompresie vody (prevrátená hodnota modulu pružnosti). Vzorec nezohľadňuje tepelnú rozťažnosť materiálu samotného potrubia, ale prax ukazuje, že každý stupeň zvýšenia teploty vody v potrubí zvyšuje tlak z 2 na 2,5 baru.

Tu je potrebná druhá funkcia membránového hydraulického tlmiča. Po nabratí časti vody z vykurovacieho potrubia ho ochráni pred nadmerným zaťažením a pomôže vyhnúť sa núdzovej situácii. AT tab. 7 sú uvedené maximálne dĺžky potrubí chránených klapkou VT.CAR19 pred tepelnou rozťažnosťou kvapaliny.

Tabuľka 7. Maximálna dĺžka potrubí chránená pred tepelnou rozťažnosťou (pri ΔТ = 20°C)

Čo sa týka bytových teplovodných potrubí, aj tu plní absorbér VT.CAR19 dôležitú úlohu, ktorou je zamedzenie varu vody v zóne výboja rázovej vlny. Absorbovaním energie vodného kladiva absorbér eliminuje aj toto nebezpečenstvo.

Najväčšia účinnosť hydraulického tlmiča sa dosiahne pri jeho inštalácii priamo pred chránenú výstuž. V tomto prípade je možnosť vodného rázu úplne vylúčená (obr. 12).

Ryža. 12. Montáž absorbérov priamo pred chránené zariadenia

V bytových systémoch, kde potrubia nemajú významnú dĺžku, je povolené inštalovať jednu klapku na skupinu zariadení. V tomto prípade je potrebné skontrolovať, či celková dĺžka úsekov potrubia chránených jedným hasiacim prístrojom nepresahuje hodnoty uvedené v tab. osem.

Tabuľka 8. Dĺžka úsekov potrubia chránených jedným hasiacim prístrojom

Ak sú prekročené hodnoty uvedené v tabuľke, je potrebné inštalovať nie jeden, ale niekoľko absorbérov. V prípade, že vypočítaný tlak vodného rázu prekročí maximálny povolený tlak pre daný absorbér (20 barov pre VT.CAR19), treba zvoliť iný typ zariadenia s vyššími pevnostnými charakteristikami.

V súlade s článkom 7.1.4. SP 30.13330.2012 „Vnútorné vodovody a kanalizácie budov“, ktorého ustanovenia nadobudli účinnosť 1. januára 2013, má vyhotovenie vodovodných sklopných a uzatváracích armatúr zabezpečiť plynulé otváranie a zatváranie prietoku vody. Táto požiadavka však pravdepodobne nebude splnená, pretože obchod ponúka obyvateľom obrovský sortiment armatúr a spotrebičov, v ktorých je plynulá regulácia nemožná. Vzhľadom na to popredné dizajnérske a stavebné organizácie našej krajiny už plánujú vo svojich projektoch inštaláciu bytových hydraulických tlmičov. Napríklad DSK-1 mesta Moskva reštrukturalizuje výrobu na vykonávanie vstupných uzlov zásobovania vodou v byte podľa schémy znázornenej na obr. trinásť.

Ryža. 13. Uzlový bytový vodovod

Kompletný cenník ventilov FAR si môžete stiahnuť vo formáte Excel.

Popis

Fenomén "vodného rázu" sa vyskytuje v prípade náhleho otvorenia alebo zatvorenia zariadenia (pohon zmiešavacieho ventilu, čerpadlo atď.), Čo vedie k vzniku nadmerného tlaku v systéme. Kompenzátor vodného rázu FAR preberá nadmerný tlak a udržiava normálne prevádzkové parametre komponentov systému. Jeho úlohou je tiež výrazne znížiť hluk z vibrácií, ktoré vznikajú v dôsledku uzavretia spotrebiča vody.

Charakteristika

• Prírastok - HP 1/2";
• Maximálny tlak - 50 barov;
• Menovitý tlak - 10 bar;
• Maximálna prevádzková teplota je 100°C.

1. Horná časť tela je mosadz CW617N;
2. Pružina - AISI 302;
3. O-krúžok - EPDM;
4. Disk - plastový;
5. Spodná časť tela je mosadz CW617N;
6. Upínací krúžok - mosadz CW614N;
7. Tesnenie - EPDM.

Princíp činnosti

Pretlak sa znižuje pomocou vzduchovej komory a oceľovej pružiny spojenej s dvojitým utesneným plastovým kotúčom, ktoré absorbujú väčšinu pretlaku.

V otvorenej polohe spotrebiča zostáva tlak v potrubí konštantný.

Keď je spotrebič zatvorený, tlak v potrubí sa zvyšuje a kompenzátor vodného rázu FAR absorbuje nadmerný tlak a chráni komponenty systému.

Inštalácia

Pri inštalácii kompenzátora vodného rázu sa uistite, že jeho umiestnenie nevytvára oblasti, kde môže dôjsť k stagnácii vody, čo vedie k rastu baktérií. Napríklad by ste sa mali vyhnúť inštalácii dilatačnej škáry v hornej časti stúpačky.

Rozmery

Obyvatelia nových budov, ktorí prijímajú byty, sú prekvapení, keď pod stropom nachádzajú "šišky" - slučky na plastových stúpačkách teplej vody. Niektoré sú jednoducho skryté za sadrokartónovou krabicou, iné vyžadujú vysvetlenie. Prečo je potrubie zaoblené? Developer sa teda snaží poistiť obyvateľov pred prasknutým potrubím. Bagely sa nedajú odstrániť, ale dajú sa nahradiť estetickejšou možnosťou.

Čo je to vodné kladivo a prečo sa ho boja

Vodné kladivo je ostrý a veľmi silný tlakový ráz v potrubí. Schopný prerušiť spojenia a samotné potrubia, narušiť ventily a usporiadať povodeň. Malé vodné kladivá pôsobia postupne, znovu a znovu vytláčajú tesnenia, pomaly, ale isto deformujú a ničia vodovodné a vykurovacie potrubia mikrotraumami.

Navonok slabé vodné kladivá sú rozpoznané ako vibrácie potrubia, bzučanie, pukanie, cvakanie alebo iné cudzie zvuky, ktoré sú obzvlášť nepríjemné pre obyvateľov, ktorých susedia vstávajú skôr alebo idú spať neskôr.

Ako vzniká vodné kladivo?

Ide o jav, keď sa voda v jednej časti potrubia už zastavila a zozadu na ňu tlačia masy, ktoré ďalej prúdia:

• s ostrým presahom vodného toku;
• pri náhlom spustení čerpadla.

Vo vykurovacom systéme je vodný ráz vyvolaný preťažením vzduchu.

Rizikové faktory

Čo určuje silu vodného kladiva:

1. Od toho, ako náhle nastala zápcha alebo spustenie vodného toku.
2. Objem vody v potrubiach a podľa toho aj ich veľkosť.
3. Rýchlosť a tlak tekutiny.
4. Materiál potrubia.

Vzorec
Frekvencia rázovej vlny = 2 dĺžky potrubia / rýchlosť šírenia rázu v konkrétnom materiáli.

Rýchlosť vlny v plastu je 300-500 m/s. Pre porovnanie, v oceli - 900-1300 a v liatine 1000-1200 m / s. Z toho vyplýva, že v plaste bude úder silnejší, ale liatinové očné linky vlastne tlmia vodné kladivo.

Čo sa deje s potrubím?

Nič dobré: je na roztrhanie, na dĺžku je skrátený. Pod tlakom môže potrubie prasknúť. Miešačky a spojovacie kolená trpia častejšie: švy sa rozchádzajú, tesnenia sú posunuté alebo roztrhnuté a začína netesnosť.

Zo spomienok zámočníka
Som v treťom desaťročí vo svete inštalatérstva, ale vodné kladivo som skutočne videl iba raz (1994) vo výťahovej zostave<…>. Vodné kladivo je pri šípke<…>letí za jednu sekundu z 8 barov na 60.

Najhoršie je vodné kladivo vo výťahovej jednotke, na čerpacej stanici a iných bežných domových komunikáciách. V oveľa menšej miere sú potrubia v bytoch vystavené výkyvom, ale malo by sa chápať, že prierez moderných stúpačiek je užší (tlak je vyšší) ako prierez sovietskych oceľových potrubí a materiál je mobilnejší a menej. trvanlivé. Po prvé, horúce stúpačky sú nebezpečné - materiály sa pri zahrievaní viac rozťahujú.

Ochranné opatrenia

Aby sa predišlo prasknutiu, sú na všetkých stúpačkách v pivniciach a v horúcich bytoch umiestnené špeciálne zariadenia, ktoré zabraňujú vibráciám, ktoré ničia potrubia.

Blokovacie zariadenia, ich klady a zápory

Ide o zakrivené vlnité, slučkové alebo U-tvarované rúry vyrobené z bežného alebo špeciálneho materiálu, napríklad vystuženého plastu alebo gumy, 20-40 cm dlhé, najjednoduchšia a najlacnejšia možnosť.

Očné linky tlmiace nárazy sú lacné, vydržia síce vodné rázy, ktoré musia v praxi zažiť plastové komunikácie v byte, nevyžadujú si špeciálnu údržbu ani pravidelnú výmenu dielov.

Vlnovcový tlmič- vlnitá rúrka vyrobená z tvárneho kovu, schopná kompenzovať lineárnu expanziu, predĺženie alebo oba javy naraz, jednoduchšie - jednovrstvové, pokročilejšie - uzavreté v plášti, ktorý poskytuje dodatočné odpruženie.

Vlnovcové tlmiče v plášti sú tiež nenáročné, pričom sú estetickejšie ako predchádzajúca verzia.

Dôležité
Práve tlmiče-obložky (najmä slučkové oblúky) a vlnovce sú určené na kompenzáciu predĺženia stúpačky, to je ich hlavná funkcia a splácanie vodného rázu je skôr sekundárne. Pre plastové potrubia, najmä z nekvalitného materiálu, sú rovnako dôležité ako kompenzátory.

Shunty - kovové rúrky, ktoré sa vkladajú do potrubia spolu cez hlavný ventil v smere toku vody a odvádzajú prebytočnú vodu cez ventil, sú neúčinné v starých potrubiach zanesených hrdzou, vhodnejšie pre plastové komunikácie.

Zvody sa ľahko inštalujú, nevyžadujú otvorenie potrubia, ale strácajú svoju účinnosť úmerne upchávaniu potrubia a v domácom okruhu môže byť toto číslo dosť vysoké.

(najčastejšie - Valtec) - zariadenia pripomínajúce guľu alebo nádrž a predstavujúce dutinu s elastickou membránou, ktorá sa vtláča s prudkým zvýšením tlaku vody a potom sa postupne narovnáva a vracia vodu do prúdu, ale bez nárazovej sily.

Membránové kompenzátory držia až 30 barov, čo je celkom dobrý ukazovateľ. Ich slabým miestom je elastická membrána, ktorá sa vplyvom solí a prísad vo vode časom deformuje, láme alebo stvrdne.

Piest alebo pružina (dnes najobľúbenejšia FAR) - zariadenia podobné uzáveru a pracujúce na rovnakom princípe ako membránové, s tým rozdielom, že membrána je nahradená pružinou: keď sa objem zväčší, voda vtlačí plastový kotúč do dutiny a tým stlačí pružinu, potom mechanizmus sa vráti do svojej pôvodnej polohy a vráti vodu do okruhu.

Piestové kompenzátory odolávajú rázom až do 50 barov a chránia pred skutočným, nie slabým vodným rázom. Okrem toho sú odolnejšie voči opotrebovaniu ako membránové, nie sú však poistené proti netesnostiam na tesnení alebo spojení s potrubím, preto je potrebné ich pravidelne kontrolovať a vymieňať.

Regulačné ventily- systémy, ktoré sú zvyčajne zahrnuté v komplexnej ochrane proti vodnému rázu a sú inštalované na ovládačoch vonkajších a všeobecných obvodov domu.

Obtokový systém je prepojovacia rúrka, ktorá vám umožňuje presmerovať prúd chladiacej vody, aby ste predišli vodným rázom a prasknutiu batérií.

Odborný názor
Zámočníci starej školy považujú inštaláciu vlastných hasiacich prístrojov za stratu úsilia a peňazí. Podľa nich silný vodný ráz ohrozuje kanály na úpravu vody v suteréne a nič viac. Iní remeselníci poznamenávajú, že za starých čias boli všetky kohútiky zatvárané pomaly, ventilom, ale teraz sú väčšinou pákové (guľaté) a domáce spotrebiče (práčky, umývačky riadu) a záchodové misy tiež celkom ostro prerušili prietok vody. Preto by v ideálnom prípade mala byť klapka pred každým takýmto spotrebiteľom.

Komplexné preventívne opatrenia:

• hladké zatváranie kohútikov a ventilov;
• regulátor výkonu čerpadla, ktorý ho pri prvých otáčkach spomalí a zabráni vyvolaniu rázovej vlny.

V skutočnosti sa „cievky“ vždy označovali ako absorbéry vodných rázov - vlnitý ohyb stúpačky horúcej vody, odklonený od toalety do kúpeľne. Hosteska ho používala ako vyhrievaný vešiak na uteráky. V skutočnosti potrubie spomalilo tok vody a odstránilo vibrácie, čím sa znížilo riziko vodného rázu. Na križovatke bytov sa však pomerne často, najmä po rokoch, objavoval únik.

Kov starne rýchlejšie ako kvalitný plast, inštalácia guľových ventilov výrazne zvýšila zaťaženie konštrukcie a je cítiť rozdiel v materiáloch, kedy je plast umiestnený navrchu a kov je ponechaný naspodu, alebo naopak. Z tohto dôvodu "serpentíny" nefungujú.

Ako nainštalovať

Všeobecné pravidlá:

• tlmič nárazov je inštalovaný v určitej dĺžke potrubia (napríklad pod stropom každého nepárneho poschodia);
• najlepšou možnosťou je, keď je kompenzátor pred ventilom, kohútikom, ventilom domácich spotrebičov, kohútikmi a inými spotrebiteľmi;
• je tiež prípustné umiestniť kompenzátor za výstupy kolektorov (t. j. za spätné ventily) v byte (pozri nižšie fotografiu z blogu S. Savitského "Nápady na opravy");
• ak je umiestnená prevodovka, kompenzátor ju nasleduje;
• kompenzátor musí byť umiestnený priamo na potrubí alebo na rohovom prechode, a nie na jeho slepej vetve (pozri fotografiu nižšie);
• bočník je inštalovaný striktne v smere toku vody;
• regulátor alebo ventil sa umiestni na regulátor a pripojí sa k nemu.

Dobre, prišli sme na potrubia a stúpačky. Čo však v prípade, ak má dom elektrický zásobníkový ohrievač vody alebo plynový „stĺpec“? Prvé sú zvyčajne vybavené vlastnými ochrannými ventilmi. V prípade "stĺpca" alebo akéhokoľvek iného prietokového ohrievača vody je potrebné kompenzátor umiestniť za jednotku - predĺži sa tým životnosť jej hadíc a tesnení.