Hidraulički udar u sustavu vodoopskrbe i grijanja: uzroci + preventivne mjere

Jedan od glavnih problema pri radu autonomnih sustava grijanja i opskrbe vodom jest pad tlaka. Hidraulički udar u sustavu vodoopskrbe i vodenog grijanja, nastao uslijed ovog naglog pada, može biti uzrok ozbiljnih oštećenja. Treba ga spriječiti, slažete li se?

Mi ćemo vam reći kako spriječiti pojavu i neutralizirati njezine negativne posljedice, osiguravajući neprekidan rad krugova. Kod nas ćete saznati koji se načini koriste u svrhu isključivanja hidrauličkog udara u sustavima koji prenose vodu do vodovodnih slavina i uređaja za grijanje.

U članku koji je predstavljen na uvid detaljno je analizirana priroda hidrauličkog udara. Nabrojane su preventivne mjere koje isključuju nastanak opasne situacije. Radi jasnijeg razumijevanja složene teme priložene su sheme, foto-ilustracije i video.

Što je hidraulički udar?

Hidraulički udar predstavlja kratkotrajan, ali značajan skok tlaka u sustavu ispunjenom tekućinom. Ova pojava nastaje u trenutku sudara toka tekućine s preprekom koja se pojavila na njegovom putu. Karakteristični primjeri nastanka takvih prepreka uključuju naglo zatvaranje zapornog ventila, iznenadno zaustavljanje pumpe, zračni džep itd.

Nakon što naiđe na prepreku, tok vode nastavlja teći inercijom istom brzinom kojom se kretao prije pojave prepreke. Prvi slojevi koji dolaze u kontakt s preprekom sabijaju se istom brzinom zbog dolaska sljedećih slojeva.

Zbog stalnog dotoka novih slojeva toka, tlak naglo raste, a tekućina “traži” način da ispusti svoj dio kako bi ga smanjila.

Slična situacija gotovo uvijek nastaje pri prekidu toka kuglastim ventilom ili zasunom. Na prvi pogled pojava može izgledati bezazleno. Stoga joj mnogi vlasnici ne pridaju posebnu pozornost.

No zapravo, pri otkrivanju naznaka za nastajući defekt cijevi i armature, treba ga što prije otkloniti. Jer zbog vodenog udara u sustavu grijanja nastaju pukotine i napukline, te oštećenja opreme.

Ovoj ozbiljnoj problematici mogu prethoditi pucanja i udarci, te strana buka u cijevima koje dovode vodu, popraćena karakterističnim „režanjem".

Pucketanje se uglavnom pojavljuje na mjestima gdje su cijevi većeg promjera spojene s priključcima manjeg presjeka. Voda koja prolazi uz njihove unutarnje stijenke nailazi na, doduše nepotpuno, ali ipak prepreku.

Redovita pojava hidrauličkog udara negativno utječe na rad sustava, značajno skraćujući njegov vijek trajanja

Prilikom nastanka izvanrednih situacija od učinka vodenog udara mogu stradati:

• oprema (narušava se nepropusnost cjevovoda i razaraju se uređaji za grijanje);
• imovina (voda koja istječe iz oštećene mreže poplavit će stan i dovesti do oštećenja namještaja);
• ukućani (ako je do kvara došlo u sustavu toplinske opskrbe, postoji opasnost od ozbiljnih termičkih opeklina).

Prema statističkim podacima, „lavlji udio" kvarova na cjevovodu, koji čini oko 60%, nastaje uslijed vodenog udara. Negativne posljedice takvog učinka češće se mogu uočiti na istrošenim cijevima prekrivenim korozijom.

Posljedice redovitih hidrodinamičkih udara mogu biti nepredvidive, a najčešća među njima je proboj

Najviše neugodnosti zadaje dugotrajnim cjevovodima, primjerice pri postavljanju „podnog grijanja", po čijim krugovima cirkulira tekućina zagrijana na određenu temperaturu.

Stupanj oštećenja umnogome ovisi o mjestu nastanka prepreke: ako je na početku dugačkog cjevovoda, veličina povišenog tlaka bit će neznatna, ako je na kraju – znatno viša.

Najčešće se učinak očituje kada su pri polaganju sustava grijanja korištene cijevi različitih promjera. Ako se 'raznokalibarske' cijevi pomoću prijelaznica ne dovedu na zajednički 'nazivnik', povećanje tlaka u sustavu grijanja je neizbježno. U toj se situaciji za zaštitu sustava krug oprema posebnim ventilom – termostatom.

Uzroci nastanka hidrauličkog udara

Fizička priroda ove pojave leži u potpunom gubitku ili znatnom smanjenju protočnosti vodovoda, uslijed čega se povećava tlak tekućine u sustavu.

U kućama u kojima su nestručno projektirane i uređene inženjerske komunikacije, često se u cjevovodu mogu čuti karakteristično kuckanje i pucanje.

One su vanjska manifestacija hidrauličkog udara i nastaju kada u zatvorenom sustavu iznenada prestane cirkulacija tekućine, a zatim se isto tako iznenada obnovi njezino kretanje.

U ulozi prirodnih prepreka cjevovoda često se pojavljuju zračni džepovi, prijelaznice s većeg promjera na manji ili instalirani zaporni ventili.

Ako se na putu vodenog toka koji se kreće određenom brzinom pojavi prepreka, njegova brzina se usporava, a volumen se nastavlja povećavati. Ne nalazeći izlaz, stvara povratni val koji, sudarajući se s glavnom vodenom masom, povećava tlak u sustavu. Ponekad može doseći prag od 20 atm.

Zbog nepropusnosti magistrale nakupljeni volumen nema kamo, ali snažna energija svejedno nastoji pronaći izlaz u vanjski okoliš. Snaga udara koja nastaje kao rezultat takvog sudara stvara opasnost od pucanja cijevi koja nema dovoljnu sigurnosnu marginu.

Iz tog razloga za uređenje sustava potrebno je koristiti bešavne vodovodno-plinske cijevi prilagođene vodovodnim mrežama, koje su u skladu s GOST-om 3262-75, ili tlačne metaloplastične analoge proizvedene prema GOST-u 18599.

Od trajnog djelovanja vodene energije i sam cjevovod i kruti elementi sustava postupno ili brzo će se uništavati.

Glavni čimbenici koji izazivaju nastanak hidrauličkog udara u cijevima su:

• prekidi u radu ili kvar cirkulacijske pumpe;
• prisutnost zraka u zatvorenom krugu sustava;
• prekidi u opskrbi električnom energijom;
• pri iznenadnom zatvaranju zapornog ventila.

Kratkotrajno povećanje tlaka u zatvorenom krugu zbog ubrizgavanja tekućine iznad propisane norme može nastati ako pri uključivanju pumpe rotor započne kretanje s velikim brojem okretaja.

U posljednje vrijeme pri opremanju autonomnog sustava grijanja umjesto starih ventila i zasuna sve se češće koriste kuglasti ventili, čija konstrukcija ne predviđa glatki hod.

Njihova sposobnost brzog djelovanja ima suprotnu stranu, čineći jedan od najčešćih uzroka hidrauličkog udara.

Ako pri pokretanju sustava iz njega nije ispušten zrak, u trenutku otvaranja kuglastog ventila dolazi do sudara zraka s gotovo nestlačivom tekućinom.

Sa sigurnosnog stajališta, vijčani ventili su poželjniji jer postupnim odvijanjem matice omogućuju glatko otvaranje/zatvaranje zapornog armaturnog sklopa.

Slična situacija nastaje i kad prije pokretanja sustava iz kruga nije ispušten zrak. U trenutku otvaranja ventila voda se sudara sa zračnim čepom, koji u uvjetima zatvorenog sustava djeluje kao svojevrsni pneumatski amortizer.

Kako izbjeći problem?

Smanjenje intenziteta i neutralizacija utjecaja pretlaka pomoći će pravilnom zaštitom sustava vodovodnih cijevi.

Zaštitni mehanizmi za autonomne sustave protiv hidrauličkog udara u većini su slučajeva usmjereni na ublažavanje snage protoka vodene mase.

Za prevenciju stvaranja pretlaka jednokratnog i trajnog karaktera, kako na pojedinom dijelu kruga tako i na cijelom sustavu, primjenjuje se niz osnovnih mjera.

Opcija #1. Postupno zatvaranje sustava

To je jedan od osnovnih zahtjeva pri pokretanju i isključivanju sustava cjevovoda, koji je jasno propisan normativnim dokumentima.

Naime, energija hidrauličkog udara zbog elastičnosti stijenki cijevi ne djeluje istovremeno svom snagom. Zahvaljujući kompenzaciji elastičnih deformacija, ona je podijeljena na nekoliko vremenskih intervala.

Stoga će uz istu ukupnu snagu udara učinak u određenom trenutku biti znatno smanjen. Pomoću glatkog uključivanja može se produžiti proces porasta tlaka u vremenu, svedeći na minimum bitna oštećenja sustava.

Pri odabiru zaporne armature prednost treba dati proizvodima koji imaju relativno veliki interval zatvaranja vode.

Ventile čija konstrukcija predviđa veliki interval do trenutka zatvaranja vode, ugrađuju se već u fazi montaže opreme.

Opcija #2. Primjena automatskih uređaja

Automatika mora biti podešena za glatku korekciju statičkog tlaka u sustavu. Željeni učinak postiže se ugradnjom crpki s automatskom promjenom broja okretaja ili pak jedinica s elektroničkim upravljanjem, koje su opremljene ugrađenim frekvencijskim pretvaračima.

Korištenje automatskih sustava omogućit će kontrolu protoka tekućine, kao i očitavanje vrijednosti njezinog tlaka u cjevovodu.

Crpke opremljene automatskim podešavanjem okretaja elektromotora mogu glatko povećavati/smanjivati tlak u sustavu. Pritom programski softver istovremeno obavlja dva zadatka: prati promjenu tlaka u vodovodu i automatski regulira tlak.

Načini sveobuhvatne modernizacije sustava

Sveobuhvatna modernizacija sustava podrazumijeva ugradnju opreme usmjerene na neutralizaciju učinka prekomjernog tlaka.

Način #1. Primjena kompenzatora i amortizera

Prigušivači i hidroakumulatori istovremeno obavljaju tri funkcije: skupljaju tekućinu, eliminirajući pritom njezin višak iz sustava, te doprinose sprječavanju neželjene pojave.

Kompenzacijski uređaj, čiju ulogu ima hidroakumulator, ugrađuje se u smjeru kretanja vode na onim djelovima grijnog kruga gdje je velika vjerojatnost nihanja tlaka u sustavu.

Hidroakumulator ili prigušivač predstavlja čeličnu posudu volumena do 30 litara, koja uključuje dva odjeljka odvojena gumenom ili kaučukovom membranom.

Kada u sustavu nastane prekomjerni tlak, vodeni stup prvog odjeljka počinje pritiskati na razdjelnu membranu, zbog čega se ona savija prema zračnoj komori.

Pri porastu tlaka, hidraulički udari 'prebacuju se' u spremnik. Savijanjem gumene membrane prema zračnoj komori u trenutku podizanja vodenog stupa postiže se efekt umjetnog povećanja volumena kruga.

Kao amortizacijski uređaji koriste se cijevi izrađene od termootporne armirane gume ili elastične plaste.

Elastični materijal amortizacijskih naprava spontano poništava energiju hidrauličkog udara na mjestu gdje je tlak dosegnuo kritičnu vrijednost.

Za postizanje željenog učinka dovoljno je koristiti proizvod duljine 20-30 cm. Ako je cijevovod dulji, dio amortizatora povećava se za dodatnih 10 cm.

Način #2. Ugradnja zaštitnog ventila dijafragmalnog tipa

Zaštitni ventil dijafragmskog tipa postavlja se na odvod cijevovoda pokraj crpke kako bi se ispuštala određena količina vode pri višku tlaka.

Zaštitni ventil opremljen krutim brtvilom, koje obavlja funkciju brzog ispuštanja tlaka, pouzdan je osigurač autonomnog sustava.

Ovisno o proizvođaču i tipu modela, zaštitni ventil se pokreće električnom naredbom kontrolera ili pomoću pilotnog uređaja brzog djelovanja.

Uređaj se aktivira kada tlak premaši sigurnu razinu, štiteći crpnu stanicu pri iznenadnom zaustavljanju opreme. U trenutku opasnog skoka tlaka potpuno se otvara, a kada tlak padne na normalnu razinu – regulator se polako zatvara.

Način #3. Opremanje termoregulacijskog ventila shuntom

Šant je uska cijev s otvorom od 0,2-0,4 mm, koja se postavlja u smjeru cirkulacije toplinskog medija. Glavni zadatak elementa je – pri pojavi preopterećenja postupno smanjivati tlak.

Uska cijev, čiji raspon presjeka ne prelazi 0,2-0,4 mm, postavlja se sa strane odakle tekućina ulazi u termostat.

Metoda šantiranja primjenjuje se pri uređenju autonomnih sustava, čiji je cijevovod izrađen samo od novih cijevi. To je uvjetovano činjenicom da prisutnost hrđe i taloga u starim cijevima može svesti učinkovitost šantiranja na 'nulu'. Zbog toga se pri korištenju šanta na ulazu u krug grijanja preporučuje ugraditi učinkovite vodene filtre.

Način #4. Korištenje termostata sa superzaštitom

To je vrsta osigurača koji prati tlak u sustavu i ne dopušta mu rad nakon što vrijednost dosegne kritičnu granicu. Uređaj je opremljen opružnim mehanizmom smještenim između termoglave i ventila. Opružni mehanizam aktivira se pri prekomjernom tlaku, sprječavajući potpuno zatvaranje ventila.

Takvi se termostati ugrađuju strogo prema smjeru označenom na kućištu.

Provođenje preventivnih radova

Osim strogog poštivanja pravila rada cjevovoda, sprječavanju nesreće pomaže pravovremeno provođenje preventivnih mjera. Naime, svi procesi u sustavu vodoopskrbe ili krugu grijanja međusobno su povezani. A hidraulički udar samo je završna destruktivna 'kap' koja može dovesti do negativnih posljedica u uvjetima nezadovoljavajućeg tehničkog stanja vodovoda.

Vibracije cjevovoda i promjene vrijednosti tlaka doprinose stvaranju mikropukotina u strukturi metala. Defekti nastali tijekom vremena pri pojavi hidrauličkog udara trenutačno se očituju na mjestima povećanog unutarnjeg naprezanja: mehaničkim spojevima, zavojima i zavarenim šavovima.

Prevencija se sastoji u balansiranju sustava grijanja, koje se provodi nakon završetka montaže ili obavljanja popravka grijanja u privatnoj kući

Osnovni skup radova koji se obavljaju pri prevenciji:

• provjera ispravnosti sigurnosne grupe: sigurnosnog ventila, odzračnika i manometra;
• periodična provjera tlaka iza membrane ekspanzijske posude, a pri otkrivanju nezadovoljavajućih rezultata i njegova korekcija;
• testiranje sustava na prisutnost curenja i provjera stupnja istrošenosti cijevi;
• praćenje položaja ventila zaporno-regulacijske armature radi curenja;
• redovita provjera stanja filtara koji zadržavaju kamenac, pijesak i čestice hrđe, po potrebi – čišćenje i ispiranje elemenata;

Prevencija usmjerena na održavanje ispravnog stanja vodovodnog i sustava grijanja uključuje jednostavne vrste radova. Ali ne vrijedi ih ignorirati. Naime, to može dovesti do značajnih troškova novca i vremena za provođenje cjelovitih popravaka.

Navedene mjere zaštite najučinkovitije su ako se primjenjuju sveobuhvatno. No zahvaljujući sveobuhvatnom pristupu rješavanju problema, moći ćete neutralizirati negativne posljedice i time produžiti vijek trajanja sustava.

Zaključci i koristan video na temu

Video #1. Hidraulički udar, kako se to događa:

Video #2. Test učinkovitosti primjene prigušivača:

Hidraulički udar u sustavu vodoopskrbe – nije rijetka pojava koja može nanijeti ozbiljnu štetu. A vaš je zadatak što prije ukloniti problem. Jer kod ponavljanja situacije, elementi sustava uskoro će otkazati. I popravak nakon toga bit će mnogo skuplji.

Postavljajte pitanja i pišite, molimo, komentare u bloku ispod. Čekamo Vaše priče o tome kako ste zabilježili hidraulički udar u sustavu ili primijetili njegove posljedice. Zanima nas Vaše mišljenje o prikazanim informacijama.