Корпус фильтра и вакуум.

В системах водоподготовки  всегда существует неочевидная, но реальная угроза образования разрежения. Корпус фильтра  из полиэтилена или полипропилена, армированного снаружи стекловолокном, способен выдерживать давление до 10 бар, но  образование разрежения внутри корпуса приведет к  его коллапсу под действием внешнего давления.

Вы инвестировали средства в современную систему водоподготовки  и  наслаждаетесь всеми преимуществами использования чистой воды, но наступает один «прекрасный» день и Вы обнаруживаете затопленное помещение и деформированный  корпус фильтра-обезжелезивателя. Причина этой аварии на первый взгляд неочевидна и непонятна —  образование  вакуума внутри системы. Казалось бы, как в системе водоснабжения, находящейся всегда под давлением может образовываться вакуум? Как корпус фильтра может «схлопнуться»? Последствия гидроудара, разрежения или знакопеременных изменений давления?

Предотвратить катастрофу могло бы небольшое устройство — кинетический антивакуумный клапан. Такой клапан предотвращает воздушные пробки, кавитацию, создание разрежения при гидроударе или сливе воды обратно в скважину через неплотный обратный клапан при отключении электроэнергии. Клапан защищает корпус фильтра от имплозии (вакуумного «схлопывания»). 

Однако инсталляторы по какой-то причине не посчитали нужным его поставить — в системе под давлением образование вакуума для многих выглядит как «нонсенс».

Есть два распространенных сценария образования вакуума.

Первый — Скважинный насос с изношенным обратным клапаном  и отключение электроэнергии.

В Вашем домохозяйстве давление в системе водоснабжения поддерживает скважинный  насос, но обратный клапан не герметизирует надежно систему — есть обратная утечка.  Что произойдет если  незапланированно отключится электропитание насоса.  Вода под давлением постепенно будет стекать обратно в скважину, но насос не имеет возможности восстановить давление из-за отсутствия электропитания. В итоге, в закрытой системе под действием гравитации появится вакуум.

Второй — Слив воды с системы водоснабжения в нижней точке.

Плановое или аварийное обслуживание системы очистки воды часто требует  слива воды  (например, для замены фильтрующей загрузки или ремонта управляющего клапана). Если при сливе воды через нижний дренажный кран не обеспечить доступ воздуха в верхнюю часть корпуса фильтра (например, не установлен антивакуумный клапан  или просто забыли открыть  смеситель в верхней точке системы), внутри системы, включая корпус фильтра, будет создано сильное разрежение.

Гидравлический удар. Где тонко, там и рвется?

Большинство корпусов магистральных фильтров рассчитаны на рабочее давление 10 бар с фактическим значением мгновенного разрушения ударной волной давления около 40 бар. Несмотря на то, что эти компоненты системы водоснабжения способны выдерживать слабые гидравлические удары и просто издавать характерный акустический шум, достаточно сильный гидроудар неизбежно приведет к их разрушению. И вопрос стоит не просто в  замене поврежденного компонента. Аварийная потеря герметичности системы, находящейся под давлением, может привести к более значительным «сопутствующим потерям» – повреждению окружающего оборудования и затоплению помещения.

На фото  сорванный корпус натрубного фильтра. Сколько можно было бы не предполагать низкое качество самого фильтра, но здесь не обошлось без воздействия импульсов давления, знакопеременных нагрузок, постепенного накопления микроповреждений и усталости материалов. За годы работы мне пришлось видеть достаточно большое количество натрубных фильтров с сорванными с резьбы корпусами или выбитым дном – в зависимости от того,  какое место оказалось «тоньше». Один из признаков проблемы – показания манометров, которые показывают  колебания давления с большой амплитудой при включении и выключении скважинного насоса.

Нарушение сплошности столба воды.

При внезапном перекрывании потока клапаном или остановке насоса поток не может просто остановиться  и инерционно стремится продолжить движение, создавая импульс давления в трубопроводах. При этом, прежде всего на стыках вертикальных и горизонтальных участков трубопровода происходит отрыв потока, локально падает давление,   образуется пар и вакуум.   Когда пар снова конденсируется в жидкость, образовавшаяся воздушная полость «схлопывается»  и отделившиеся столбы жидкости резко сталкиваются, создавая скачек давления. Один гидроудар может сопровождаться многочисленными участками разрыва столба воды и многократным распространением ударной волны в противоположных направлениях.

Минимизация проблемы гидравлического удара.

То, что можно предпринять на этапе монтажа и проектирования системы:

— трубопроводы большего размера для минимизации линейной скорости потока (не более 1.5 м/с);

— короткие прямые участки горизонтальных трубопроводов.

— запорные клапаны с медленным закрытием.

— насосы (прежде всего скважинные насосы) с плавным пуском и плавной остановкой.

— гибкие эластичные вставки в трубопроводах, которые способны поглощать энергию гидроудара.

-пружинные и мембранные амортизаторы гидроудара.

— кинетические воздушные клапаны на фильтрах, чтобы предотвратить образование вакуума и их схлопывание (полимерный корпус фильтра с внешним армированием может выдерживать давление, но не вакуум);

— дополнительные обратные клапаны на длинных вертикальных участках трубопроводов (например, вертикальный трубопровод скважинного насоса — один обратный клапан каждые 50 метров вертикального участка).

Простое правило  – скорость потока 1.5 метра в секунду.

Для минимизации гидроудара, особенно для пластиковых труб и оборудования из пластика, скорость потока воды следует ограничивать значением 1,5 метра в секунду, если не предусмотрены специальные меры по предотвращению гидроудара. Большинство экспертов считают, что при наличии предусмотренных мер амортизации гидравлического удара скорость потока на любом участке никогда не должна превышать 3 метра в секунду. Кроме того, если в системе водоснабжения установлены поверхностные насосы, скорость потока во всасывающем патрубке следует поддерживать в пределах от 0,5 до 1 метра в секунду.

 

Выводы.

В конце концов, последствия гидравлического удара могут выглядеть и так…

Импульс давления, создаваемый резким стартом и остановкой потока воды внутри замкнутой системы (трубы, гидроаккумуляторы, насос, корпус фильтра или натрубный фильтр с картриджем), способен нанести повреждение оборудованию. Гидроудар может создавать давление до 70 бар в бытовых малогабаритных системах водоснабжения и более 600 бар в крупных системах с длинными трубопроводами. Чтобы предотвратить гидроудар контролируйте линейную скорость потока, устанавливайте клапаны с замедленным перекрыванием и амортизаторы гидроудара, применяйте насосы с плавным пуском и плавной остановкой.