Корпус фильтра та вакуум.

У системах водопідготовки завжди існує неочевидна, але реальна загроза утворення негативного тиску. Корпус фільтра з поліетилену або поліпропілену, армованого зовні скловолокном, здатний витримувати тиск до 10 бар, але утворення розрідження всередині корпусу призведе до його колапсу під дією зовнішнього тиску.

Ви інвестували кошти в сучасну систему водопідготовки і насолоджуєтеся всіма перевагами використання чистої води, але одного «чудового» дня Ви виявляєте затоплене приміщення та деформований корпус фільтра водопідготовки. Причина цієї аварії на перший погляд неочевидна і незрозуміла. Утворення вакууму всередині системи? Здавалося б, як у системі водопостачання, яка завжди знаходиться під тиском може утворюватися вакуум? Як корпус фільтра може бути деформований і стиснений всередину ? Це наслідки гідроудару, розрідження чи знакозмінних коливань тиску?

Запобігти катастрофі міг би невеликий пристрій – кінетичний антивакуумний клапан. Такий клапан запобігає повітряним пробкам, кавітації, створенню розрідження при гідроударі або зливі води назад у свердловину через нещільний зворотний клапан при відключенні електроенергії. Клапан захищає корпус фільтра від імплозії (вакуумного «схлопування»). 

Однак інсталятори з якоїсь причини не вважали за потрібне його поставити – у системі під тиском утворення вакууму для багатьох виглядає як “нонсенс”.

Є два найпоширеніші сценарії утворення вакууму всередині корпуса фільтра.

Перший – Свердловинний насос із зношеним зворотним клапаном і відключення електроенергії.

У Вашому домогосподарстві тиск у системі водопостачання підтримує свердловинний насос, але зворотний клапан не герметизує надійно систему – є зворотний витік, навіть якщо цей витік незначний. Що станеться, якщо незаплановано відключиться електроживлення насоса на певний період. Вода під тиском поступово стікатиме назад у свердловину, але насос не може відновити тиск через відсутність електроживлення. У результаті в закритій системі під дією гравітації з’явиться вакуум.

Другий – Злив води із системи водопостачання у нижній точці ( зі знеструмленим свердловинним насосом)

Планове або аварійне обслуговування системи очищення води часто вимагає зливу води (наприклад, для заміни фільтруючого завантаження або ремонту клапана керування). Якщо при зливі води через нижній дренажний кран не забезпечити доступ повітря у верхню частину корпусу фільтра (наприклад, не встановлений антивакуумний клапан або просто забули відкрити змішувач у верхній точці системи для заміщення витікаючої води атмосферним повітрям), всередині системи, включаючи корпус фільтра, буде створено сильне розрідження.

Гідравлічний удар. Де тонко, там і рветься?

Більшість корпусів магістральних фільтрів розраховані на робочий тиск 10 бар із фактичним значенням миттєвого руйнування ударною імпульсом тиску близько 40 бар. Незважаючи на те, що ці компоненти системи водопостачання здатні витримувати слабкі гідравлічні удари, досить сильний гідроудар неминуче призведе до їхнього руйнування. І питання стоїть не просто в заміні пошкодженого компонента. Аварійна втрата герметичності системи, що знаходиться під тиском, може призвести до більш значних «супутніх втрат» – пошкодження навколишнього обладнання та затоплення приміщення.

На фото відірваний корпус натрубного фільтра. Скільки можна було б не припускати низьку якість самого фільтра, але тут не обійшлося без впливу імпульсів тиску, знакозмінних навантажень, критично високої температури, поступового накопичення мікроушкоджень та втоми матеріалів. За роки роботи мені довелося бачити досить велику кількість натрубних фільтрів із зірваними з різьблення корпусами або вибитим дном – залежно від того, яке місце виявилося «тоншим». Одна з ознак проблеми – показання манометрів, які показують коливання тиску з великою амплітудою при пуску та зупинці свердловинного насоса.

Порушення суцільності стовпа води.

При раптовому перекриванні потоку клапаном або в момент знеструмлення насоса потік не може просто зупинитися і інерційно прагне продовжити рух, створюючи імпульс тиску в трубопроводах. При цьому насамперед на стиках вертикальних і горизонтальних ділянок трубопроводу відбувається відрив потоку, локально падає тиск, утворюється пара і вакуум. Коли пара знову конденсується в рідину в утвореній повітряній порожнині  відокремлені стовпи рідини різко стикаються, створюючи стрибок тиску. Один гідроудар може супроводжуватися численними ділянками розриву стовпа води та багаторазовим поширенням ударної хвилі у протилежних напрямках.

Мінімізація проблеми гідравлічного удару.

Те, що можна зробити на етапі монтажу та проектування системи:

-трубопроводи більшого розміру для мінімізації лінійної швидкості потоку (не більше 1.5 м/с);

– короткі прямі ділянки горизонтальних трубопроводів;

– запірні клапани з повільним закриттям;

– насоси (насамперед свердловинні насоси) з плавним пуском та плавною зупинкою;

– гнучкі еластичні вставки в трубопроводах, які здатні поглинати енергію гідроудару;

-пружинні та мембранні амортизатори гідроудару;

– кінетичні повітряні клапани на фільтрах, щоб запобігти утворенню вакууму та імплозії корпуса (полімерний корпус фільтра із зовнішнім армуванням може витримувати тиск, але не вакуум);

– додаткові зворотні клапани на довгих вертикальних ділянках трубопроводів (наприклад, вертикальний трубопровід свердловинного насоса – один зворотний клапан кожні 50 метрів вертикальної ділянки).

Просте правило – швидкість потоку 1.5 метра в секунду.

Для мінімізації гідроудару, особливо для пластикових труб та обладнання із пластику, швидкість потоку води слід обмежувати значенням 1,5 метра в секунду, якщо не передбачені спеціальні заходи щодо запобігання гідроудару. Більшість експертів вважають, що за наявності передбачених заходів амортизації гідравлічного удару швидкість потоку на будь-якій ділянці ніколи не повинна перевищувати 3 метри на секунду. Крім того, якщо в системі водопостачання встановлені поверхневі насоси, швидкість потоку у патрубку, що всмоктує, слід підтримувати в межах від 0,5 до 1 метра в секунду.

 

Висновки.

Зрештою, наслідки гідравлічного удару можуть виглядати і так…

Імпульс тиску, що створюється різким стартом та зупинкою потоку води всередині замкнутої системи (труби, гідроакумулятори, насос, корпус фільтра або натрубний фільтр з картриджем), здатний завдати пошкодження обладнання. Гідроудар може створювати тиск до 70 бар у побутових малогабаритних системах водопостачання та понад 600 бар у великих системах з довгими трубопроводами. Щоб запобігти гідроудару, контролюйте лінійну швидкість потоку, встановлюйте клапани з уповільненим перекриттям та амортизатори гідроудару, застосовуйте насоси з плавним пуском та плавною зупинкою.