Анализ поломок и отказов в процессе эксплуатации трубопроводной арматуры показывает, что нередким случаем является возникновение в системе гидроудара — кратковременного скачка давления, вызванного резким изменением скорости течения жидкости в трубопроводе. При гидроударе разрушающей нагрузке подвергаются все элементы трубопровода, составляющие контур системы. Наглядным примером последствий гидроудара являются разрывы труб, а также разрушение внутренних элементов запорной арматуры.
На рисунке 1 показан кран шаровой в разрезе с разрушенным уплотняющим элементом, а на рисунке 2 — деформированная шаровая пробка.
Гидроудар возникает по следующим основным причинам.
Короткий промежуток времени на включение или отключение циркуляционного насоса или его поломка, другими словами, постоянная работа насоса на максимальных оборотах и резкая остановка при выключении.
Нивелировать данную причину поможет настройка плавного включения/выключения насоса, что позволит продлить во времени процесс возрастания/убывания давления. Достичь желаемого эффекта помогает установка насосов с автоматическим изменением числа оборотов либо же агрегатов с электронным управлением, которые оснащены встроенными частотными преобразователями.
Резкое закрытие вентиля или крана. В последнее время вместо старых вентилей и задвижек все чаще применяют шаровые краны, устройство которых не предусматривает плавный ход. Их способность оказывать быстродействующий эффект имеет обратную сторону, являясь одной из самых распространенных причин гидроудара.
Очевидным путем решения данной проблемы может быть обеспечение плавного открытия/закрытия запорной арматуры. Достигнуть необходимой плавности можно либо контролем скорости закрытия/открытия при ручном управлении либо применением механических и электрических приводных устройств.
Присутствие воздуха в замкнутом контуре системы. В момент открытия крана вода сталкивается с воздушной пробкой, которая в условиях замкнутой системы выступает своего рода пневматическим амортизатором. Перед пуском системы на полную мощность необходимо стравливать воздух из трубопровода.
Кроме того, необходимо применять решения по снижению избыточного давления.
1. Установка обводных линий (байпасов) около запорной арматуры. В момент запирания арматуры излишек давления стравливается через обводную линию.
2. Установка в трубопроводе компенсирующих устройств.
а) Компенсирующее устройство, роль которого выполняет гидроаккумулятор, устанавливают по направлению движения воды на тех промежутках контура, где велика вероятность колебания давления в системе. Гидроаккумулятор, или гаситель, представляет собой стальную колбу, включающую две разделенные резиновой или каучуковой мембраной секции. При повышении давления гидравлические удары сбрасываются в резервуар. За счет изгибания резиновой мембраны в сторону воздушной камеры в момент поднятия водяного столба и достигается эффект искусственного увеличения объема контура.
б) Установка защитного клапана диафрагменного либо пружинного типа. Защитный клапан размещают на отводе трубопровода рядом с насосом либо с запорной арматурой с тем, чтобы выпускать заданное количество воды при избытке давления. Устройство срабатывает, когда давление превышает безопасный уровень, защищая насосную станцию при внезапной остановке оборудования. В момент опасного всплеска давления предохранительный клапан полностью открывается, а при падении его до нормального уровня — клапан медленно закрывается.
в) В качестве компенсирующих устройств используют проставки из трубы, изготовленные из материалов, менее жестких, чем материал основного трубопровода. При скачке давления стенки данной проставки деформируются и гасят энергию гидроудара.
г) Наконец, если гидроудары возникают по причине неправильного планирования всей системы, то единственный выход — полностью ее переделать.
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 7 (42) 2017
