Hidrauliniai smūgiai ir kaip sumažinti jų poveikį?

Hidraulinis smūgis –  staigus slėgio pakitimas slėginiame vamzdyje staiga pakitus skysčio tekėjimo greičiui.  Hidraulinis smūgis gali susidaryti tiek vandentiekio, tiek slėginiuose nuotekų tinkluose. Gali suardyti vamzdį arba jame esančius įrenginius, pvz., siurblius. Žalingas hidraulinio smūgio poveikis mažinamas specialiais įtaisais, apsauginiais vožtuvais, slėgio kompensatoriais, oro gaubtais, jei galima, mažinamas tėkmės greitis, trumpinami vamzdžiai, ilginama uždaromojo įtaiso uždarymo trukmė.

Slėgis gali ir didėti, ir mažėti, o priklausomai nuo to, hidraulinis smūgis gali būti:

• Teigiamas – dažnesnis, kai slėgis vamzdyne labai padidėja vamzdžio gale staiga uždarius sklendę (tekėjimo greitis staiga sumažėja) arba paleidžiant siurblį. Pavyzdžiui, uždarant sklendę, iš inercijos skystis dar kurį laiką teka link sklendės, čia jis tarsi „susispaudžia“, o slėgis staiga padidėja: gaunamas teigiamas hidraulinis smūgis. Šiuo atveju papildomas slėgis gali daug kartų viršyti pradinį slėgį vamzdyje arba sistemoje. Dėl to gali įvykti avarijos: sutrūkti vamzdžiai, sugesti sistemos hidrauliniai aparatai bei prietaisai.
• Neigiamasis hidraulinis smūgis (slėgio sumažėjimas) atsiranda, kai vandens tekėjimo greitis labai padidėja staiga uždarius sklendę vamzdžio pradžioje, staiga sustabdžius siurblį arba atidarius sklendę vamzdžio gale. Šiuo atveju sistemoje dėl staigaus slėgio sumažėjimo gali susidaryti didelis vakuumas ir pasireikšti žalingi kavitacijos reiškiniai.

HIDRAULINIO SMŪGIO PRIEŽASTYS

Hidraulinis smūgis dažniausiai įvyksta dėl kelių priežasčių:

• staigus vožtuvų, sklendžių ir kitų ventilių uždarymas/atidarymas keičia srauto greitį;
• siurblių įjungimas / išjungimas sukelia slėgio pokyčius sistemoje;
• hidraulinis smūgis gali atsirasti dėl staigių vamzdžių skerspjūvio pokyčių bendroje vamzdyno sistemoje;
• vamzdyno pildymas ar ištuštinimas;
• gaisrinių hidrantų naudojimas;
• elektros energijos dingimas;
• darbinės terpės judėjimo kelyje galimos kliūtys – tokios kliūtys gali būti oro tarpai, priešingai nukreiptas srautas ir kt.

Staigus manipuliavimas su uždarymo vožtuvais (atidarymas, uždarymas) lemia greitą slėgio pasikeitimą įrangos montavimo vietose. Uždarius vožtuvą, jį ir jo komponentus veikia greitai didėjantis slėgis. Todėl sriegių tarpikliai ir flanšinės tarpinės neretai tampa netinkamos naudoti. Sistemos veikimas padidėjusio slėgio sąlygomis sukelia gedimus srauto uždarymo elementams.

Staigiai atsukus sklendę (vožtuvą) skystis greitai įgauna greitį ir pradeda judėti į žemesnio slėgio zoną, esančią už vožtuvo. Tokiu atveju kyla pavojus toms vietoms, kurios yra už uždarymo įrangos. Ypač dažnai hidraulinis smūgis veikia tas sritis, kuriose yra didžiausias pasipriešinimas tekančios terpės srautui (vamzdžių alkūnės, baterijos ir kt.).

Perteklinis slėgis

Per didelis slėgis gali būti skirtingas, jo vertę lemia šie veiksniai:

• Skysčio gebėjimas susispausti (pavyzdžiui, vanduo praktiškai nesusispaudžia);
• Darbinės terpės judėjimo greitis;
• Tekėjimo proceso laikas.

Ne mažiau svarbus yra medžiagų, kurias veikia hidraulinio smūgio jėga, standumo laipsnis. Tai paaiškinama tuo, kad judančio srauto energija negali greitai pavirsti kitų rūšių energija, pavyzdžiui, į potencialią vamzdžio sienelių deformacijos ar pumpuojamos darbinės terpės suspaudimo energiją. Tai lemia tai, kad slėgis kliūties / vamzdžio išsiplėtimo vietoje smarkiai padidėja / sumažėja ir taip susidaro smūgio banga. Jei slėgis sistemoje yra didesnis nei leistina vertė konkrečiai vamzdyno linijos medžiagai, tai gali pažeisti jos vientisumą.

HIDRAULINIO SMŪGIO PASEKMĖS

Hidraulinio smūgio rezultatas yra staigus slėgio padidėjimas kliūties vietoje ir atsiradusios slėgio bangos staigus sklidimas išilgai vamzdžio. Dėl savo staigumo ši banga dar vadinama smūgine arba smūgio banga. Hidraulinis smūgis kelia didelį pavojų vandens tiekimo ir šilumos tinklams, juose sumontuotai įrangai, siurbliams. Per greitas slėgio lygio pasikeitimas gali pakenkti vamzdyno sistemai ir joje sumontuotai uždaromajai armatūrai. Dėl hidraulinio smūgio poveikio gali būti pažeistas uždarymo elementų sandarumas, trūkti vamzdžiai ir sugesti siurbliai bei šilumos apykaitos įranga. Todėl svarbu užkirsti kelią hidraulinių smūgių atsiradimui arba sumažinti jų smūgio jėgą.

Sužinoti apie hidraulinių smūgių atsiradimą vamzdyne nėra sunku. Pirmieji šių neigiamų veiksnių simptomai yra pašalinių garsų atsiradimas (spragtelėjimai, stuksenimai ir kt.), kurie dažniausiai girdimi atsukant/užsukant čiaupą. Daugelis nesureikšmina tokių triukšmų, tačiau vis dėlto jie signalizuoja apie padidėjusias apkrovas vamzdyne.

APSAUGA NUO HIDRAULINIO SMŪGIO 

Norint apsaugoti vamzdyną nuo  hidraulinio smūgio, reikia:

Tolygus atidarymas / uždarymas . Sklandžiai uždarius vožtuvą, slėgis vamzdyje palaipsniui išsilygins. Tokiu atveju smūgio banga turės nereikšmingą jėgą, todėl hidraulinio smūgio galia bus minimali. Bet ne visais atvejais įmanoma užtikrinti sklandų čiaupo uždarymą. Ne visi modeliai yra ventilinės konstrukcijos, daugelyje šiuolaikinių kranų yra rutulinė sistema – pakanka vieno neatsargaus staigaus pasukimo ir vožtuvas atsidurs „uždarytoje“ padėtyje.

Didesnio skersmens vamzdžiai. Didelio skersmens vamzdynuose darbinė terpė juda mažesniu greičiu nei mažesnio skersmens sistemose. Kuo mažesnis skysčio tekėjimo greitis, tuo silpnesnė hidraulinio smūgio jėga. Tačiau šis metodas yra daug brangesnis. Išlaidas padidina didesnė vamzdžių ir šilumos izoliacijos kaina.

Amortizuojančių prietaisų (atkarpų) sumontavimas. Toks prietaisas montuojamas darbinio skysčio judėjimo kryptimi. Kaip amortizatorius gali būti naudojamas lankstaus plastikinio arba guminio vamzdžio gabalas, kuris pakeičia standaus vamzdžio dalį, pavyzdžiui prieš termostatą. Atsiradus hidrauliniam smūgiui, elastinė dalis ištempiama ir smūgio jėga iš dalies slopinama.

Kompensacinės įrangos (išsiplėtimo indų) sumontavimas. Slėginis išsiplėtimo indas (kitaip tariant hidroforas) – tai specialus metalinis ar iš stiklo pluošto pagamintas sandarus indas, kurio viduje yra elastinga membrana (diafragma) ir tam tikras vandens tūris prie tam tikro slėgio. Daugiau informacijos apie išsiplėtimo indą (hidroforą) rasite šioje žinyno temoje. Išsiplėtimo indų (hidroforų) kategorijas, techninius duomenis ir kainas rasite paspaudę ant šios nuorodos.

Automatika siurblio valdymui. Viena iš hidraulinių smūgių atsiradimo vamzdžiuose priežasčių gali būti neteisingai parinktas siurblys jau sumontuotai vamzdyno sistemai. Darbinės terpės judėjimas priklauso nuo to, kaip greitai sukasi siurblio velenas. Laipsniškas sukimosi greičio sumažėjimas / padidėjimas leidžia sumažinti smūgio jėgą ir sumažinti hidraulinio smūgio atsiradimo riziką. Gamyboje siurblinės įrangai valdyti naudojami specialūs reguliatoriai, dažnio keitikliai ir kiti panašūs siurblio “minkšto” paleidimo įtaisai. Ši įranga taip pat tinka naudoti buityje. Vandens hidraulinis smūgis vamzdynuose atsiranda, staiga sustojus siurbimo įrangai, pavyzdžiui, sugedus elektros tiekimui. Pramonės ir komunalinių paslaugų srities įmonėse įrengti rezerviniai energijos tiekimo šaltiniai (elektros generatoriai) ne kartą įrodė savo efektyvumą, apsaugant nuo įrangos gedimo ir tuo pačiu sumažinant jos remonto išlaidas.

Apėjimo (bypass) atkarpos sumontavimas. Tai yra papildoma vamzdyno atkarpa, naudojama kaip aplinkinis kanalas ir skirta reguliuoti skysčio ar šilumos tinklo pralaidumą. Tokios atkarpos gali būti montuojamos tiek naujose, tiek esamose sistemose.

Hidraulinio smūgio slopintuvas. Tai paprastas, bet efektyvus išradimas, veikiantis plėtimosi indo, kuris įrengiamas šildymo ar vandens tiekimo sistemose sistemose, principu. Staigiai pakitus slėgiui, skystis juda į diafragmos pusę ir ją slegia. Po to, kai slėgis vamzdyne sumažėja iki darbinės vertės, skystis vėl stumiamas į sistemą. Vanduo grįžta dėl oro pertekliaus, esančio priešingoje membranos pusėje, slėgio. Kaip vienas iš pavyzdžių –  GWS gamintojo HydroGuard ™ serijos produktas 0.5V-HGBSC.

Apsauginis vožtuvas. Apsauginis vožtuvas yra montuojamas vamzdyno sistemoje šalia siurblio. Jis reaguoja į slėgio šuolius, priimdamas atgalinę bangą ir apsaugodamas nuo hidraulinio smūgio. Vožtuve yra specialus reguliatorius, kuris sklandžiai jį atidaro esant staigiam slėgio padidėjimui sistemoje. Taigi, kai darbinės terpės grįžtamasis srautas pasiekia siurblio bloką, vožtuvas būna jau atidarytoje padėtyje. Dėl to vanduo nuleidžiamas, todėl slėgis nukrenta iki priimtinos vertės. Grįžus normaliam slėgiui, reguliatorius uždaro vožtuvą, kad sistema neištuštėtų.

HIDRAULINIAI SMŪGIAI POLIPROPILENO VAMZDŽIUOSE

Skirtingos vamzdžių gamybai naudojamų medžiagų savybės gali skirtingai atlaikyti hidraulinius smūgius. Pavyzdžiui, esant kitoms identiškoms charakteristikoms, maksimalus slėgis, uždarant vožtuvus, PP vamzdžių sistemose yra kelis kartus mažesnis nei plieninio tipo vamzdynuose, 65% mažesnis nei stiklo pluošto tinkluose ir 50% mažesnis nei PVC vamzdžiuose. Šios savybės lemia amortizatorių (elastingų vamzdžių sekcijų) naudojimą vamzdynų sistemų vietose, kuriose padidėja hidraulinio smūgio kilimo tikimybė.

Hidraulinio smūgio pasekmės gali sukelti vandens tiekimo ir šildymo sistemų gedimą. Norėdami išvengti šių problemų, turėtumėte atsižvelgti į ekspertų rekomendacijas ir apsaugoti sistemą nuo galimų hidraulinių smūgių. Tai užtikrins tiek siurbimo įrangos, tiek vamzdyno sistemos ilgą tarnavimo laiką.