Hidrauliniai smūgiai – kaip jų išvengti arba sušvelninti pasekmes?

Jeigu siurbiamo skysčio tekėjimo greitis netikėtai pasikeičia, staigiai pakinta ir slėgis slėginiame vamzdyje. Šis staigus slėgio pokytis ir vadinamas hidrauliniu smūgiu. Hidrauliniai smūgiai sukelia nemažai nemalonumų vartotojui, jie pažeidžia ne tik patį vamzdį, bet ir jame sumontuotą įrangą, tarp jų ir siurblius. Tokie smūgiai būdingi ir vandentiekio sistemoms, ir slėginiams nuotekų tinklams. Hidraulinio smūgio žalą galima sušvelninti. Siekiant sumažinti žalingą poveikį, naudojami specialūs įtaisai, montuojami apsauginiai vožtuvai, slėgio kompensatoriai, oro gaubtai. Jei tik leidžia sąlygos, rekomenduojama sulėtinti srauto tėkmę, naudoti trumpesnius vamzdžius, padidinti uždaromojo įtaiso uždarymo laiką.

Hidrauliniai smūgiai skirstomi į teigiamus ir neigiamus, priklausomai nuo slėgio pokyčių. Jei slėgis padidėja, susidaro teigiamas hidraulinis smūgis, jei sumažėja – neigiamas. Praktikoje dažniausiai pasitaiko teigiami hidrauliniai smūgiai. Jie susidaro dėl staigiai užsklęstos sklendės vamzdžio gale staiga smarkiai padidėjus slėgiui vamzdyne. Tokiu atveju srauto tėkmė greitai sulėtėja. Taip pat teigiami hidrauliniai smūgiai galimi siurblio paleidimo metu. Jei sklendė uždaroma itin staiga, skystis inertiškai tęsia tekėjimą link jos, o priartėjęs susispaudžia ir slėgis staigiai pasikeičia. Tokioje situacijoje slėgis dažnai išauga ne vieną kartą lyginant su pradiniu slėgiu sistemoje ar vamzdyje. Teigiamas hidraulinis smūgis gali sukelti avarines situacijas su žalingomis pasekmėmis. Nutikus smūgiui, galimi vamzdžių trūkimai, hidraulinių aparatų ir prietaisų gedimai.

Jei vanduo ar kitas siurbiamas skystis staiga ima tekėti žymiai greičiau, slėgis staiga sumažėja ir susidaro neigiamas hidraulinis smūgis. Skysčio tekėjimo greitis gali greitai padidėti, jei staiga uždaroma vamzdžio pradžioje esanti sklendė arba atidarius vamzdžio pabaigoje esančią sklendę. Taip pat padidinti tekėjimo greitį ir sumažinti slėgį gali staigus siurblio išjungimas. Staigus slėgio sumažėjimas gali suformuoti didelį vakuumą ir padidinti kavitacijos riziką.

Kas sukelia hidraulinius smūgius?

Hidraulinius smūgius gali lemti keletas priežasčių. Apžvelgsime dažniausiai pasitaikančias:

1. Srauto greičio pasikeitimas dėl staigių sklendžių, vožtuvų ar kitų elementų atidarymo arba uždarymo;
2. Netikėtas ar itin dažnas siurblio paleidimas ir išjungimas sukelia slėgio pokyčius sistemoje;
3. Staigus vamzdžio skerspjūvio pasikeitimas vamzdyne;
4. Vamzdyno pripildymas arba skysčio išleidimas;
5. Naudojami gaisriniai hidrantai;
6. Jei nutrūksta elektros energijos tiekimas;
7. Siurbiamo skysčio tekėjimą apsunkinančios ar stabdančios kliūtys. Darbinei terpei laisvai tekėti gali sutrukdyti oro tarpai, priešingas srautas ir kitos kliūtys judėjimo kelyje.

Jei staiga atidaromi ar uždaromi uždarymo vožtuvai, montavimo vietose slėgis labai greitai pasikeičia. Jei vožtuvas netikėtai uždaromas, slėgis padidėja labai staigiai. Tokiu atveju dažniausiai nepataisomai pažeidžiami sriegių tarpikliai ir flanšinės tarpinės. Taip pat, jei sistema dirba stipriai padidėjus slėgiui, dažnai neišvengiami srauto uždarymo elementų gedimai.

Jeigu itin netikėtai, staiga atidaromas vožtuvas, siurbiamas skystis staigiai greitėja ir teka į už vožtuvo esančią sritį, kurioje slėgis žemesnis. Tokioje situacijoje paveikiami už uždarymo įrangos sumontuoti elementai. Labai dažnai pasitaiko vamzdžių alkūnių, baterijų gedimai, nes šios vietos pasižymi didžiausiu pasipriešinimu srautui.

Perteklinis slėgis

Kaip stipriai padidės slėgis priklauso nuo keleto priežasčių. Slėgio vertę gali lemti skysčio savybė susispausti (šis gebėjimas nebūdingas vandeniui), pumpuojamo skysčio tekėjimo greitis ir tėkmės trukmė.

Verta atkreipti dėmesį ir į hidraulinio smūgio veikiamų medžiagų standumo laipsnį. Tekančios terpės energija gali pasikeisti ir virsti vamzdžio sienelių deformacijos ar siurbiamo skysčio suspaudimo energija, tačiau negali to padaryti greitai. Dėl to, jei skysčio tekėjimo kelyje yra kliūčių ar vamzdžio išsiplėtimų, tose vietose slėgis staiga išauga arba sumažėja ir susiformuoja smūgio banga. Slėgiui sistemoje viršijus maksimalią leistiną ribą konkrečiai vamzdyno linijos medžiagai, sistemos vientisumas gali būti pažeistas.

Hidraulinio smūgio poveikis

Hidraulinių smūgių pasekmės dažnai būna itin rimtos. Jie sukelia įvairių pažeidimų skirtingose vietose, o dalis įrangos būna sugadinta nepataisomai. Kenksmingos hidraulinių smūgių pasekmės:

1. Hidrauliniai smūgiai sukelia ne tik staigų slėgio padidėjimą kliūčių vietose, bet ir smūgines slėgio bangas, kurios vamzdyje sklinda išilgai. 
2. Hidrauliniai smūgiai gali pridaryti rimtos žalos vandens tiekimo sistemoms, šilumos tinklams ir visai juose naudojamai įrangai, tame tarpe ir siurbliams. 
3. Itin staigus slėgio pokytis žalingas ir vamzdynų sistemoms, gali suardyti uždaromąją armatūrą. 
4. Hidrauliniai smūgiai gali pažeisti sandarumą uždarymo elementuose, sukelti vamdžių trūkimus, šilumos apykaitos įrangos ir siurblių gedimus.

Dėl visų išvardintų nepageidaujamų hidraulinių smūgių pasekmių ir žalos įrangai ir sistemoms, labai svarbu padaryti viską, kad būtų išvengiama hidraulinių smūgių, o kai to padaryti neįmanoma, sušvelninti smūgio jėgą.

Prieš susidarant hidrauliniams smūgiams, sistema dažniausiai siunčia įspėjamuosius ženklus. Artėjančio smūgio signalai – atsukant ar užsukant vandens čiaupą girdimi stuksenimai, spragsėjimas ar kiti pašaliniai garsai. Nereikėtų jų praleisti pro ausis, nes neįprastas triukšmas, kurio anksčiau nebuvo girdėti, greičiausiai įspėja, kad apkrovos vamzdyne padidėjo.

Kaip apsisaugoti nuo hidraulinio smūgio?

Hidraulinių smūgių įmanoma išvengti. Kad vamzdynas būtų apsaugotas, svarbu vykdyti gamintojų rekomendacijas ir griežtai laikytis eksploatavimo taisyklių.

1. Vožtuvą ar sklendes reikia atidaryti ir uždaryti tolygiai. Sklandus uždarymas pamažu išlygina slėgį vamzdyje. Tai padeda gerokai sušvelninti smūgio jėgą, tad hidraulinis smūgis nepridarys daug žalos, jo poveikis bus minimalus. Tačiau tolygiai uždaryt čiaupą įmanoma ne visada. Dėl konstrukcinių ypatybių, dalis kranų vos nuo vieno staigesnio pasukimo gali vožtuvą palikti uždarytoje padėtyje. Tai itin būdinga rutulinės sistemos kranams, kurie itin populiarūs šiuolaikinėje rinkoje. Jei krano konstrukcija yra ventilinė, tokia rizika mažesnė.
2. Svarbu sumontuoti apsauginį vožtuvą. Šis įtaisas montuojamas prie siurblio. Apsauginis vožtuvas padeda išvengti hidraulinio smūgio, nes reaguodamas į ryškius slėgio svyravimus, jis priima atgalinę bangą. Jei slėgis sistemoje staiga padidėja, vožtuvas atsidaro (tam skirtas specialus reguliatorius). Tad kai grįžta skysčio srautas iki siurblio bloko, vožtuvas būna atidarytas. Tokiu būdu nuleidžiama vanduo ir sumažinamas slėgis iki tinkamo lygio. Kai slėgis normalizuojasi, vožtuvas uždaromas.
3. Rekomenduojama naudoti didesnio skersmens vamzdžius. Juose siurbiamas skystis teka lėčiau nei siauresniuose vamzdžiuose. O darbinės terpės tėkmės greitis tiesiogiai susijęs su hidraulinio smūgio galingumu. Kuo mažesnis greitis, tuo silpnesnis smūgis. Tiesa, toks variantas kainuoja gerokai daugiau, nes išauga vamzdžių ir šilumos izoliacijos kaina.
4. Reikia sumontuoti amortizuojančius prietaisus. Juos rekomenduojama montuoti siurbiamos terpės tekėjimo kryptimi. Amortizuojančiai atkarpai galima panaudoti ir lankstų plastikinio arba guminio vamzdžio gabalą, juo pakeičiant dalį standaus vamzdžio. Jei kyla hidraulinis smūgis, jį sušvelnina išsitempianti elastinė dalis.
5. Automatinis siurblio valdymas. Kiekvienai vamzdynų sistemai svarbu parinkti geriausiai jai tinkantį siurblį. Neteisingas pasirinkimas jau sumontuotoje sistemoje gali sukelti hidraulinius smūgius. Nuo siurblio veleno sukimosi greičio priklauso siurbiamo skysčio tekėjimos greitis. Jei sukimosi greitis keičiamas laipsniškai, sumažėja hidraulinio smūgio susidarymo tikimybė, o jam atsiradus, tikėtina, kad smūgio jėga bus gerokai mažesnė. Siurblinė įranga gamybos pramonėje dažniausiai valdoma specialiais reguliatoriais, naudojami dažnio keitikliai ir kiti paleidimo įtaisai. Jie tinka ir buitiniam naudojimui. Labai efektyvus būdas išvengti gedimų ir remonto kaštų yra rezerviniai elektros generatoriai, kuriuos dažnai naudoja pramonės įmonės ir komunalininkai. Nes viena iš hidraulinio smūgio priežasčių yra netikėtai nutrūkęs elektros tiekimas.
6. Patariama sumontuoti apėjimo apkarpą. Aplinkinio kanalo sukūrimas vamzdyne padeda kontroliuoti skysčio arba šilumos tinklo pralaidumą. Papildomas vamzdyno atkarpas galima sumontuoti ne tik naujose sistemose, bet ir jau veikiančiose.
7. Galima sumontuoti kompensacinę įrangą. Kaip kompensacinė įranga dažnai naudojami išsiplėtimo indai. Išsiplėtimo indas, dar vadinamas hidroforu yra gaminamas iš metalo arba stiklo pluošto. Sandariame inde yra elastinga diafragma, o vandens tūris priklauso nuo slėgio.
8. Rekomenduojama naudoti hidraulinio smūgio slopintuvą. Šis slopintuvas veikia hidroforo principu. Jei slėgis greitai pasikeičia, siurbiamas skystis teka į diafragmos pusę ir ją slegia. Atgal į sistemą siurbiama terpė grąžinama slėgiui sumažėjus iki įprasto darbinio slėgio. Grąžinimo procesą lemia oro pertekliaus priešingoje diafragmos pusėje.

Polipropileno vamzdžiuose kylantys hidrauliniai smūgiai

Atsparumas hidraulinių smūgių poveikiui priklauso ir nuo to, iš kokių medžiagų pagaminti vamzdžiai. Polipropileno vamzdžiuose slėgis uždarant vožtuvus dažnai daugiau nei dvigubai mažesnis lyginant su plieniniais vamzdynais (turint omeny, kad kitos charakteristikos nesiskiria), lyginant su stiklo pluošto tinklais, slėgis 65 proc. mažesnis, lyginant su PVC vamzdynais, mažesnis 50 proc. Dėl šių savybių dažniausiai didžiausios hidraulinių smūgių rizikos zonose naudojami amortizatoriai.

Siekiant užkirsti kelią vandens tiekimo bei šildymo sistemų gedimų, pažeidimų, kuriuos sukelia hidrauliniai smūgiai, svarbu laikytis specialistų rekomendacijų ir imtis visų numatytų apsaugos priemonių prevenciškai. Pasirūpinimas apsauga prailgins ir įrangos, ir vamzdyno sistemos kokybiško tarnavimo trukmę.