Vodní ráz ve vodovodních systémech – co je nebezpečné a jak se mu bránit

Systémy vytápění a zásobování vodou se vyznačují dynamikou procesů, které se v nich vyskytují, vysokými parametry pracovní tekutiny (tlak, průtok, rychlost) a v důsledku toho nepředvídatelností. Jsou nedílnou součástí inženýrských komunikací a na jejich správném fungování někdy závisí provoz celého systému jako celku. Jak však ukazuje praxe, i při správném provozu v nich často dochází k nehodám, které s sebou nesou značné ekonomické náklady. Aby se tomu zabránilo, je důležité vědět o možných příčinách havárií v systémech vytápění a zásobování vodou, jakož i o metodách, jak jim předcházet. Jedním z těchto důvodů je vodní ráz. Podle statistik „lví podíl“ na haváriích potrubí, dosahující přibližně 60 %, vzniká v důsledku vodního rázu. Častěji lze negativní důsledky tohoto vlivu pozorovat u opotřebovaných trubek pokrytých korozí. Se zvyšující se poptávkou po vodě a stárnutím stávajících systémů se stává pochopení příčin, důsledků a metod prevence vodních rázů obzvláště důležité. Tento článek zkoumá hlavní mechanismy vodního rázu, jeho dopad na vodovodní systémy a také moderní přístupy k řízení a minimalizaci rizik spojených s tímto jevem.

Co je vodní kladivo?

Vodní kladivo je jeden z nejnebezpečnějších jevů, se kterými se setkávají systémy vytápění, zásobování vodou a sanitace. Jde o náhlou změnu tlaku v potrubí, ke které dochází v důsledku náhlého zastavení nebo změny toku kapaliny.

Obrázek 1 – prasknutí potrubí v důsledku vodního rázu

Tento jev může vést k vážným škodám na infrastruktuře (obr. 1), únikům a dokonce haváriím, což ve svém důsledku vede nejen k významným ekonomickým škodám, ale také ohrožuje spolehlivost a bezpečnost dodávek vody. Kromě toho může vodní ráz způsobit selhání řídicích a měřicích přístrojů a automatizace.

Fyzika jevu je následující:

Obrázek 2 – fáze vodního rázu

1. Kapalina s vysokými parametry (rychlost, průtok a tlak) narazí na překážku;
2. V zóně kolize se vytvoří zóna vysokého tlaku,
3. Kapalina se pohybuje v opačném směru (například do nádrže), trubka se roztahuje nejprve lokálně a poté po celé své délce, to nemusí být vždy patrné, ale rozhodně to ovlivní pevnostní charakteristiky trubky;
4. V zóně počáteční kolize se vytvoří oblast nízkého tlaku;
5. V důsledku tlakového rozdílu se kapalina pohybuje zpět do zóny nízkého tlaku;
6. Dokončení prvního cyklu.

Stojí za zmínku, že tento proces probíhá velmi vysokou rychlostí. Vodní ráz je ze své podstaty procesem opakujících se tlumených kmitů (obr. 2) po celé délce potrubí. I když po prvním vodním rázu nedojde k poškození na povrchu potrubí, neznamená to, že v budoucnu nebudou žádné následky. Takový tlakový ráz minimálně způsobí koncentrátor napětí v potrubí a po nějaké době potrubí stejně praskne. Za prvé, potrubí trpí usazeninami a korozí.

Příčiny vodního rázu

Dnes je známo několik příčin vodního rázu:

1. Při náhlém otevření/zavření uzavíracích ventilů;
2. Kolize s protijedoucím proudem kapaliny v nepřítomnosti zpětného ventilu;
3. „Vzduchový uzávěr“ v systému zásobování vodou/topení je jev, při kterém se vzduch hromadí v potrubí (vzduchový uzávěr);
4. Pokles napětí v síti;
5. Změna průřezu potrubí z většího na menší;
6. Prudká změna směru pohybu tekutiny (koleno potrubí);
7. Náhlé zastavení čerpacích agregátů v důsledku havarijních situací v systému napájení, ale i nefunkčnost samotného čerpacího agregátu (zkrat v elektromotoru nebo napájecím kabelu, porucha hydrauliky atd.).

Charakteristickým znakem vodního rázu je cvakání, klepání a další hluk v potrubí.

Specialisté skupiny společností MFMK vyvinuli při projektování čerpacích jednotek ALFA STREAM komplexní přístup k prevenci vzniku vodních rázů ve vodovodních systémech:

Obrázek 3 – Čerpací jednotka ALPHA Stream® pro systémy zásobování vodou

— Použití ventilů s plynulým uzavíráním průtoku v souladu s SP 30.13330.2020 „SNIP 2.04.01-85* Vnitřní vodovod a kanalizace budov“: „. Konstrukce přívodu vody a uzavíracích ventilů musí zajistit plynulé otevírání a zavírání průtoku vody“;

— Regulace frekvence čerpadel pro jejich plynulý start a stop;

— Automatický vstup záložního zdroje (AVR) do rozvaděčů OMEGA Control v případě ztráty jedné z fází, nesymetrie, nesprávného pořadí zapojení fází, zvýšeného nebo sníženého napětí;

— Hladké plnění tlakového potrubí (během dlouhých odstávek čerpací jednotky nebo při uvádění do provozu);

— Instalace expanzních nádrží;

— Výběr potrubí s optimálními rozměry;

— Instalace zpětných ventilů (aby se zabránilo kolizi s přicházejícím proudem kapaliny);

— Minimální vzdálenost mezi výtlačným potrubím čerpadla a uzavíracím ventilem (snížení vzdálenosti, kterou urazí průtok kapaliny, vede ke snížení výkonu vodního rázu);

— Údržba systému. Každá čerpací jednotka prochází přejímacími zkouškami: vizuální a měřicí kontrola, kontrola kvality.

Nejčastější příčinou selhání potrubí v moderních vodovodních a topných systémech, kterou jsem viděl ve své praxi při údržbě komunikačních systémů v soukromých domech, není koroze, ale prasknutí zevnitř pod vlivem prudce zvýšeného tlaku. V tomto přehledu jsem se rozhodl mluvit o tom, co je vodní ráz, proč se vyskytuje a k jakým důsledkům vede, jaké metody proti němu pomáhají chránit a jaká preventivní opatření mohou snížit riziko jeho výskytu.

Důsledky vodního rázu v domě
Zdroj eurohouse.ua

Vodní kladivo – co to je, příčiny, důsledky

Náhlé neočekávané zvýšení rychlosti čerpaného kapalného média v potrubí vedoucí k náhlé změně vnitřního tlaku se nazývá hydraulický ráz, přesněji hydrodynamická změna. Protože indikátor tlaku může skákat nebo klesat, jev má dvojí povahu:

• Pozitivní, když je pozorován nárůst tlaku – v důsledku zapnutí čerpacího zařízení nebo náhlého přerušení dodávky.
• Negativní, když tlak naopak klesá – většinou kvůli vypnutému čerpadlu.

Jeho podstata spočívá v samovolném uvolnění energie z vnitřního prostředí pohybující se potrubím při náhlém zastavení průtoku uzavřením ventilu. V tomto okamžiku se čerpaná kapalina zastaví na ventilu, ale zbývající kapalina pohybující se potrubím pokračuje v toku. Nemá však kam jít, protože se nedá stlačit (jako např. plyn), takže tlak vytvoří těsnění a způsobí silný tlakový ráz s důsledky, které z toho doslova vyplývají.

Použití kulového ventilu přispívá k vodnímu rázu
Zdroj takprosto.cc

Vodní ráz je tedy v podstatě druh výbuchu zevnitř, působící na povrch potrubí a ventilů. Moderní komunikační systémy jsou samozřejmě vyrobeny z materiálů s dostatečnou pevností. Ale i když k průlomu nedojde dříve nebo později, za předpokladu, že se jev pravidelně opakuje, silná vnitřní síla stále najde slabé místo v potrubí a nehodě se nelze vyhnout.

Příčiny

Existuje řada běžných příčin vodního rázu, které zahrnují:

1. Náhlé uzavření uzavíracích ventilů. U moderních systémů se to stalo jedním z nejzřejmějších důvodů – kvůli téměř univerzálnímu přechodu na kulové ventily, které jsou v podstatě navrženy pro obsluhu plynných spíše než kapalných médií.
2. Spouštění nebo zastavování čerpacího zařízení. To platí o to více, čím je instalace výkonnější.
3. Vzduchové zámky. Kromě kohoutku nebo ventilu v potrubním systému může průtok kapaliny blokovat také vzduch. Může také náhle zastavit průtok a vytvořit přetlak.
4. Velký rozdíl v průřezu potrubí.
5. Nesprávná instalace tepelných ventilů v systému vytápěné podlahy.

Velký rozdíl v průřezu potrubí je jednou z příčin vodního rázu
Zdroj moikolodets.ru

Výpadky proudu způsobují časté zapínání a vypínání čerpacího zařízení, což následně vede k prudkému zvýšení tlaku v potrubí.

Následky

Vodní ráz v potrubí často vede k následující řadě důsledků:

• Prasknutí potrubí.
• Únik vody, únik chladicí kapaliny.
• Poškození uzavíracích ventilů.
• Selhání systémů podpory života v domě – vodovod, topení, kanalizace.
• Porucha čerpadel, radiátorů a dalších zařízení.
• Škody na majetku, konstrukčních prvcích, nábytku, domácích spotřebičích.
• Poškození zdraví ostatních, členů domácnosti, domácích zvířat, rostlin.

K poznámce! I velmi spolehlivé a robustní inženýrské systémy mohou dříve nebo později selhat, pokud se vodní rázy v určitých intervalech opakují a jsou ponechány bez dozoru. Jediným způsobem, jak předejít nehodě, je přijmout opatření k jejímu vyhlazení nebo úplnému odstranění.

Radiátory také trpí vodním rázem
Zdroj sense-life.com

Metody prevence a ochrany

Aby se zabránilo účinku vodního rázu v potrubí, používají se následující základní opatření:

První spuštění topného nebo vodovodního systému by mělo být provedeno extrémně pomalým otevíráním přívodního ventilu. Jejich překrývání by také mělo probíhat podobným způsobem. Vyplývá to z logiky fungování hydraulických systémů. Navíc je takový požadavek jasně stanoven v předpisech.

To umožňuje nesnížit celou tlakovou sílu na potrubí, ale plynule ji zvýšit z minima na provozní hodnotu, čímž se potrubí zbaví pnutí. Proto musí být zvláště důležité součásti systému vybaveny typem armatur, které by umožňovaly otevření/zavření průtoku ne okamžitě, ale po určitou dobu.

Aby bylo zajištěno, že čerpadlo při spouštění nevytváří silný náraz čerpané kapaliny a také při vypnutí náhle nepřeruší přívod, je pro ovládání instalována speciální automatizace. Jeho úkolem je plynule regulovat rychlost otáčení pracovního oběžného kola.

Zásobování vodou s automatickým regulátorem tlaku
Zdroj moikolodets.ru

Moderní modely jsou citlivé na sebemenší změny tlaku v potrubí. Díky tomu nejen postupně zvyšují tlak na nastavenou hodnotu a pomalu jej snižují při vypínání, ale také podle toho regulují parametr po celou dobu provozu.

Komplexní ochrana

Preventivní metody nejsou zdaleka jediným způsobem, jak bojovat proti vodnímu rázu. Existuje také řada ochranných opatření, tedy tak či onak kompenzujících následky, pokud k jevu již došlo. Jedná se především o následující možnosti:

• Kompenzátory a tlumiče. Pro kompenzaci prudkého nárůstu tlaku jsou v problematických místech odbočky instalovány membránové hydroakumulátory. Díky elastickému prvku uvnitř zvyšují kapacitu okruhu v okamžiku vodního rázu, čímž zcela eliminují přetlak. Tlumič je kus pryžové nebo plastové trubky. Montuje se před termoventil. V okamžiku, kdy je dodávka přerušena, přebírá celý dopad tlaku.

Hydraulický akumulátor v systému zásobování vodou
Zdroj googleapis.com

• Pojistný ventil. Zařízení má membránový mechanismus a je instalováno v těsné blízkosti čerpadla. Jeho hlavním úkolem je uvolnit přebytečnou tekutinu, když tlak prudce stoupne. Když parametr dosáhne pracovní hodnoty, ventil se uzavře.
• Vybavení tepelného ventilu bočníkem. Jedná se o úsek potrubí, jehož vnitřní průřez nepřesahuje 0,5 mm, instalovaný ve ventilu podél přívodního potrubí. V případě potřeby částečně odvádí kapalinu do zpětného potrubí, čímž plynule snižuje zvyšující se tlak.
• Termostat se super ochranou. Základem je pružinový mechanismus, který při zvýšení tlaku otevře přívod do zpětného potrubí a nedovolí termostatu úplně sepnout, dokud se tlak nevrátí do normálu.

Video o tom, co je vodní kladivo:

Dávejte pozor! Metodu posunování má smysl používat k ochraně potrubí před vodními rázy pouze v nových systémech, stejně jako v systémech založených na nekovových trubkách. Protože přítomnost rzi ve vodě rychle způsobí, že se malá dírka v bočníku ucpe a stane se nepoužitelnou.

Prevence

Jako preventivní opatření k zabránění prudkému tlakovému rázu v topných nebo vodovodních systémech lze doporučit následující opatření:

1. Kontrola stavu přístrojů bezpečnostní skupiny – manometr, ventil, odvzdušňovač.
2. Kontrola indikátoru tlaku expanzní nádoby a v případě potřeby jeho seřízení.
3. Kontrola opotřebení a těsnosti potrubí.
4. Pravidelná kontrola uzavíracích ventilů.
5. Sledování stavu filtrů a jejich pravidelná aktualizace.

Poradenství! Pro minimalizaci nebo úplné odstranění rizika hydrodynamického rázu se doporučuje vyměnit všechny kulové kohouty ve vodovodním řádu za ventily. Protože každodenní používání tohoto typu uzavíracích ventilů – zejména v kuchyni a ve sprše – potrubí pomalu, ale jistě opotřebovává a časem vede k průlomu.

Video o tom, jak nainstalovat tlumič vodních rázů:

Nejdůležitější znaky

Vodní ráz je náhlý tlakový ráz v potrubí, který vede k poškození potrubí, armatur a zařízení. Pokud se tlak zvýší, dojde k pozitivnímu hydraulickému rázu, a pokud se sníží, k negativnímu. Hlavní důvody tohoto jevu jsou:

• Náhlé uzavření kohoutku.
• Spuštění nebo zastavení čerpadla.
• Přetížení vzduchu.
• Velký rozdíl je v průměrech spojovaných trubek.
• Nesprávná instalace tepelných ventilů ve vytápěných podlahách.

Povaha následků může být velmi odlišná – od prasklin a bobtnání v potrubí až po poškození majetku a poškození zdraví ostatních. Mezi opatřeními k prevenci a ochraně před ním vynikají: plynulé otevírání/zavírání kohoutků, instalace automatických ovladačů, použití kompenzátorů a tlumičů, pojistných ventilů, vybavení termoventilů bočníky a instalace termostatů s ochranou. Aby se zabránilo vodním rázům, je také nutná pravidelná preventivní údržba systému.

Napište do komentářů, co si myslíte – může každodenní používání kulových kohoutů např. v kuchyni a ve sprše vést k opotřebení potrubí?

• #co je vodní kladivo
• Přidat do záložek
• download