Czym jest tzw. uderzenie hydrauliczne?

Każda awaria oznacza zakłócenia w prawidłowej pracy systemu i koszty związane z zakupem niezbędnych części i przeprowadzeniem naprawy. Oczywiście w większości sytuacji usterka jest kwestią przypadku. Istnieje jednak wiele zagrożeń, których można uniknąć dzięki odpowiedniej dbałości i planowaniu. W przypadku instalacji wodociągowych i wszelkich systemów wodnych jednym z podstawowych zagrożeń jest występowanie tzw. uderzenia hydraulicznego. Jak pokazują badania, zjawisko to odpowiada za niemal 80% wszystkich awarii występujących na przewodach sieci wodociągowych niewyposażonych w urządzenia zabezpieczające. Jednak czym jest uderzenie hydrauliczne? Co jest jego przyczyną? I co zrobić, by mu zapobiegać? Na te i inne pytania odpowiadamy w naszym artykule.

Uderzenie hydrauliczne - podstawy teoretyczne zjawiska

Uderzenie hydrauliczne to termin określający nagły wzrost ciśnienia spowodowany nieplanowaną, szybką i wymuszoną w krótkim czasie zmianą prędkości przepływu w rurociągu. Sama nazwa zjawiska pochodzi od charakterystycznego dźwięku, który zachodzi w czasie procesu i który przypomina uderzanie młotkiem. Według specjalistycznej definicji uderzenie hydrauliczne jest "wywołane bezwładnością masy cieczy poruszającej się w rurociągu, której prędkość przepływu ulega nagłej zmianie". Co więcej "gwałtowna zmiana prędkości i strumienia objętości przepływającej cieczy powoduje miejscową zmianę udziału energii kinetycznej i potencjalnej w energii całkowitej przekroju, wyrażającej się wzrostem lub spadkiem ciśnienia w strumieniu. W warunkach bardzo szybkiego wyhamowania prędkości strumienia następuje gwałtowny spadek energii kinetycznej, co powoduje wzrost energii potencjalnej, który uzewnętrznia się dużym przyrostem ciśnienia". 

W zależności do charakteru zjawiska możemy mieć do czynienia z uderzeniem hydraulicznym dodatnim (wzrost ciśnienia) lub uderzeniem hydraulicznym ujemnym (nagły spadek ciśnienia). Niezależnie od rodzaju, uderzenie hydrauliczne może być przyczyną wielu problemów, m.in. takich jak:  

• - zniszczenie rurociągu, 
• - uszkodzenie pompy, 
• - uszkodzenie silnika,
• - uszkodzenie zaworów zwrotnych,
• - przerwanie strumienia płynącej wody. 

Jakie są przyczyny problemu?

Co sprawia, że dochodzi do negatywnego zjawiska, jakim jest uderzenie hydrauliczne? Przyczyn może być wiele, jednak praktyka pokazuje, że dwa główne aspekty to:

• - sytuacja, w której zawór zwrotny na rurze biegnącej od pompy jest zamontowany powyżej dziewięciu metrów nad poziomem lustra wody,
• - sytuacja, w której zawór zwrotny zamontowany na rurociągu biegnącym od pompy jest nieszczelny, a kolejny zawór zwrotny zamontowany powyżej poziomu poprzedniego pozostaje szczelny.

Inne przyczyn, które mogą prowadzić do problemów to:

• - awarie, takie jak pęknięcie przewodu, nagła blokada pompy, ukręcenie trzpienia lub zerwanie gwintu zasuwy, drgania elementów podlegających deformacji,  
• - zjawisko kawitacji, które jest wywołane nadmierną prędkością przepływu wody, dużą różnicą w wysokości ciśnienia do wartości ciśnienia parowania cieczy w danej temperaturze, zamknięciem zasuwy czy wysoką lokalizacją punktu sieci,
• - zdarzenia przypadkowe, w tym nagła przerwa w dostawie energii elektrycznej, zmiana warunków początkowych przepływu, zmiana odpływów węzłowych, zmiana poziomu wody w zbiornikach sieciowych początkowych lub pośrednich,  
• - niewłaściwa eksploatacja systemu, przejawiająca się jako nagłe wyłączenie wszystkich pomp zasilających ten san rurociąg, nieprawidłowe zamykanie lub otwieranie zasuw, nieprawidłowa konserwacja i remonty,
• - wibracje związane z nierównomierną pracą pomp czy działaniem zaworów pływakowych.

Jednak to nie koniec. Inną przyczyną problemu może być też zastosowanie niepasujących rozwiązań, takich jak wprowadzania do wnętrza starego przewodu, przewodu nowego o mniejszej średnicy (skutek to zwiększenie prędkości przepływającej cieczy). Warto pamiętać, że każde wprowadzanie zmian może doprowadzić do nieplanowanych uszkodzeń, dlatego nowe rozwiązania należy dobierać w zależności od charakterystyki analizowanego systemu.  

Jak zapobiegać?

Co ważne, uderzeniom hydraulicznym, a co za tym idzie związanym z nimi problemom, można zapobiegać. Niektóre ze sposobów to:

• - dobieranie prawidłowych przekrojów i urządzeń zabezpieczających, dobieranie odpowiednich zaworów i zasuw, a także przeciwdziałanie zjawisku rezonansu,
• - próba eliminacji zjawiska uderzenia hydraulicznego przez bezpośrednią zmianę konfiguracji systemu, w tym modyfikację trasy, długości przewodów, średnic, materiału rurociągów, połączeń, czy obejść,
• - wprowadzenie do systemu różnych urządzeń i mechanizmów, które sprawiają, że ciecz jest zrzucana z rurociągu lub przetrzymywana w pewnej przestrzeni poza systemem; oznacza to wykorzystanie zbiorników wodno-powietrznych, zbiorników wodno-powietrznych z kryzą różnicową zainstalowaną na odpływie, zaworów napowietrzających lub zaworów bezpieczeństwa.  

Wróć do bloga