Защита от гидроудара двигателя: Как защитить двигатель от гидроудара?

Как защитить двигатель от гидроудара?

Гидроудар — серьёзная угроза для любого двигателя. Обычно под этим физическим термином подразумевают скачок давления в любой замкнутой системе, заполненной жидкостью. Если же говорить о транспортных средствах, здесь гидравлический удар наступает в момент, когда в силовой агрегат попадает вода и буквально за пару секунд выводит транспортное средство из строя.

Чаще всего подобное происходит во время движения по глубоким лужам (в том числе во время проливных дождей) или при переезде через водоёмы, причём порой водителям кажется, что ничего не предвещает беды. Однако при неудачном стечении обстоятельств вода может через воздухозаборник попасть в двигатель даже при пересечении относительно небольшой лужи… Стоит только воде оказаться там, где её быть не должно, то есть в изначально изолированных от влаги цилиндрах или камерах сгорания, жди беды. Полностью заполнив пространство, вода — в отличие от воздуха или горючего — отказывается сжиматься, и в результате двигатель останавливается с характерным ударом, «тряхнуть» от которого может весь автомобиль.

Водитель, пассажиры или груз от такого не пострадают, а вот транспортное средство может оказаться под серьёзной угрозой: в такие моменты на все детали мотора приходится колоссальная нагрузка, и зачастую какие-то из них не выдерживают.

Гидроудар двигателя: последствия и опасности

Последствия гидравлического удара двигателя могут быть самыми серьёзными, вплоть до полного прекращения работы без возможности восстановления. Конечно, далеко не всегда ситуация настолько фатальна, однако любое, даже незначительное повреждение двигателя означает, во-первых, необходимость ремонта и, во-вторых, невозможность использовать ТС, пока проблема не будет решена. И то и другое в итоге ведёт к потере времени, нервов и денег.

Вообще, повреждения, которые может получить сердце автомобиля, напрямую связаны со скоростью передвижения во время неудачной водной процедуры и тем количеством воды, которое попало в мотор. Если авто двигалось медленно или пребывало в неподвижности, а силовой агрегат трудился на холостом ходу или небольших оборотах, отделаться можно и лёгким испугом — в этом случае, скорее всего, двигатель просто заглохнет. А вот если скорость преодоления аквапрепятствий была велика, сопоставимым может стать и объём разрушений — вплоть до критической деформации или полной поломки важнейших деталей.

Среди возможных последствий гидроудара можно выделить:

• отказ датчиков, в том числе датчика положения коленчатого вала,
• деформацию вкладышей двигателя,
• разрушение коленвала,
• разрушение распределительных валов,
• поломку кривошипо-шатунных механизмов,
• разрушение поршневых колец,
• заклинивание двигателя.

Особенно опасным гидроудар считается для моторов, работающих на дизельном топливе. Степень сжатия и компрессии в дизельном двигателе изначально гораздо выше, нежели у его бензинового собрата, а значит, и удар по деталям окажется более сильным.

Читайте также: «Как запустить дизельный двигатель в мороз».

Существует ли защита от гидроудара?

Гидроудар — явление, с которым сталкиваются не только автомобилисты. Но если для магистральных трубопроводов давно разработаны специальные системы защиты от гидроудара, то с транспортными средствами дела обстоят не так радужно. Единственное ТС, которое может похвастаться чем-то подобным, это танк: устройство, способное предотвратить попадание воды через воздухозабор при форсировании водных преград, в 2002 году запатентовала Общевойсковая академия Вооруженных сил Российской Федерации.

Что же делать всем остальным? Очевидным решением выглядит рекомендация не заезжать в лужи и избегать всевозможных ручьёв и речек, даже если они кажутся безобидными. Но в отечественных условиях такие рекомендации не всегда выполнимы. С опасностью гидроудара можно столкнуться даже посреди мегаполиса — к примеру, когда ливнёвки на дорогах не выдерживают многодневных дождей, и от грязной воды страдают даже высокие автобусы и грузовые автомобили. Что и говорить о междугородных пассажирских и грузовых перевозках или о любом передвижении по колейной дороге, а иногда и по бездорожью?

Если «столкновения» с водной стихией не избежать, главное — пересекать её с равномерной скоростью на самой низкой передаче, поддерживая обороты двигателя на минимально возможном устойчивом уровне. Автомобиль должен ехать так, чтоб создаваемая им волна его не накрыла (а ускорение или замедление неминуемо приведут именно к этому).

Здесь, конечно, важно знать высоту, на которой расположены воздухозаборники конкретного автомобиля — и уметь сопоставлять её с глубиной лужи или водоёма, которые нужно переехать. Такое не всегда удаётся сделать на глаз, поэтому на незнакомой дороге глубину можно и нужно проверить заранее.

Если переезд через водный барьер прошёл гладко, можно смело двигаться дальше. Если же в успехе предприятия есть некоторые сомнения, можно устроить двигателю небольшую проверку. Например, чуть ослабить пробку на поддоне и посмотреть: что пойдёт первым — вода или масло. Так как вода тяжелее масла, при попадании внутрь именно она «проявится» первой. Некоторые специалисты также рекомендуют визуально проверить на наличие влаги сам воздушный фильтр и его корпус. Всё чисто, но сомнения ещё остаются? Для того чтобы вернуть себе полную и окончательную уверенность, можно выкрутить одну свечу. Если следов воды на ней нет, всё в порядке. Если же влага присутствует, нужно обязательно просушить колодцы и побрызгать WD-40 — аэрозольную смазку-вытеснитель воды.

И всё же… Как добиться защиты от гидроудара?

Одним из способов барьерной защиты от гидравлического удара двигателя могут стать кожухи, прикрывающие жизненно важные узлы от подтекания влаги, либо полноценная защита картера, похожая на стальной (или пластиковый) лист на днище автомобиля. В таком случае именно высота этих спасительных элементов должна браться за основной критерий безопасности при преодолении того или иного водоёма. Правда, этот вариант подойдёт не каждому автомобилю, всё зависит от конкретной модели и расположения воздухозаборника…

Другой, более специфический вариант — установка шноркелей. Это впускные трубы для двигателя, которые поднимаются на уровень крыши транспортного средства, а порой даже выше. Само название происходит от немецкого Schnorchel, которое дословно переводится как «устройство для дыхания». Изобреталось оно, в первую очередь, для подлодок, однако в настоящий момент такими агрегатами часто наделяют военные автомобили и опять-таки танки. Но, впрочем, не только. Тракторы из линейки «Беларус» от Минского тракторного завода тоже обладают шноркелями. Устанавливают такие трубы и на любые другие автомобили — от грузовиков до «Газелей», но смысл это имеет лишь в том случае, если транспортному средству часто приходится преодолевать глубокие воды (или пустыни, поскольку, установив на шноркель специальную насадку, можно защититься и от песка).

Читайте также: «ТОП внедорожных грузовиков».

Фото: unsplash.com/@cakirchoff

Что делать, если гидроудар двигателя всё-таки произошёл?

Ни в коем случае не стоит пытаться снова завести двигатель. Это вряд ли поможет, зато навредить сможет с большой вероятностью. Больше того, зажигание нужно немедленно выключить.

Первое, что нужно сделать, это вытащить транспортное средство на сухое место без запуска мотора: подтянув с помощью буксира или даже вытолкав своими силами, либо силами другого автомобиля. Машине потребуется несколько часов для того, чтобы отстояться, после чего можно приступать к осмотру, чтобы оценить повреждения.

Освободив двигатель от кожуха, внимательно проверьте мотор на наличие влаги. Следующим на очереди на проверку должен стать воздушный фильтр. Если он хотя бы немного влажный, нужно снять свечи зажигания (вода из отверстий для них — плохой знак), а на большинстве двигателей ещё и топливную рампу с форсунками, и попробовать вручную прокрутить коленвал. Если вам удалось совершить оборот, значит, шатунные механизмы в порядке, а вот стук или скрежет металла, а также серьёзные трудности при вращении будут означать, что, скорее всего, самостоятельно справиться с последствиями уже не получится.

Не лишним будет замерить компрессию, ведь последствием гидроудара часто становится деформация клапанов либо возникновение зазора между поршневыми кольцами и стенками цилиндра. Измерение этого параметра осуществляется с помощью специального прибора — компрессометра, и самое важное здесь — чтобы расхождение между самым большим и самым маленьким показанием не превышало 15%. В противном случае потребуется вмешательство специалиста.

Следующий шаг — проверка уровня масла. Если он заметно поднялся, а на щупе виднеются белые следы, скорее всего, вода попала внутрь двигателя и смешалась с маслом. В случаях, когда уровень поднялся более чем на пол-литра, рекомендуется ехать в сервис, причём не самостоятельно, а с помощью эвакуатора.

Для транспорта с дизельным двигателем эвакуация или буксир в автосервис и вовсе — первая и единственная рекомендация, поскольку самостоятельно удалить из такого мотора влагу на месте попросту невозможно. Больше того, даже после того, как её удалят в автосервисе, машине потребуется замена шатуна, поскольку он уже стал короче в результате гидроудара, и, если не принять меры, — в течение ближайшего времени последствия дадут о себе знать.

Самое главное, не оттягивать встречу со специалистами, иначе оставшаяся в сердце машины вода неизбежно приведёт к коррозии.

Борьба с гидравлическим ударом, точнее, с его последствиями

Что по ремонту? Его сложность и стоимость будут индивидуальными, в зависимости от полученных повреждений и изначальной конструкции двигателя, причём в худшем случае числа могут оказаться и шестизначными. Но на самом деле в случае с гидроударом двигателя даже самое благоприятное развитие событий обернётся существенными затратами.

Всё потому, что после гидроудара силовой агрегат нужно обязательно разобрать для того, чтобы провести диагностику всех основных узлов. Потребуется ли ремонт либо замена деталей (а может быть, и всего двигателя), станет ясно лишь после этой процедуры. Лучший из возможных сценариев заключается в том, что двигатель потребуется просушить, а после — заменить фильтр.

Впрочем, даже с таким сценарием никому из водителей или автовладельцев сталкиваться бы не хотелось. Поэтому аккуратное вождение и пересечение луж и водоёмов на небольших скоростях — лучшие друзья для профилактики гидроудара!

Читайте также: «Обзор автономных жидкостных подогревателей. Согреваемся с умом!».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что такое гидроудар авто и чем он опасен?

• Блог
• Интересное
• Что такое гидроудар авто и чем он опасен?

Александра Алексеева

16 февраля 2021

16 февраля 2021

Подозреваю, что многие слышали о термине гидроудар двигателя. В статье подробно расскажу: 

• что это такое и какие последствия такого удара
• как распознать гидроудар двигателя 
• для каких авто и типов двигателя гидроудар более опасен

А также дам рекомендации, о том как избежать последствий и защитить машину. 

Гидроудар — это последствия ситуации, когда вода через воздушный фильтр попадает в рабочий мотор. Поскольку жидкость в отличие от воздуха практически не сжимается, то даже пару капель приведут к нарастанию давления в цилиндре. В результате: поршень упирается в эту пробку из жидкости, а снизу на него давит шатун. Так и возникает гидравлический удар, после которого двигатель перестает работать. Последствия такого удара могут быть разными, можно просто заглохнуть, а можно попасть на дорогостоящий ремонт ДВС. 

Причины гидроудара | В каких ситуациях стоит быть внимательным 

Особенно внимательным необходимо быть в послезимний период. Дорога после зимы вся в ямах и угадать глубину лужи очень сложно. Если на большой скорости влететь в лужу, то вода буквально под давлением попадает в воздушный фильтр, а оттуда в камеру сгорания. Та же ситуация, когда лужа слишком глубокая, и вода сама затекает через воздушный фильтр. Такое чаще случается во время потопов, когда машина наполовину, а то и выше в воде. 

Читайте также: Как определить автомобиль утопленник 2020 | Советы AUTOMARKET

Также, причиной гидроудара может быть конденсат на стенках камеры сгорания, масло из системы смазки, антифриз. 

Необходимо как можно аккуратнее пересекать водные препятствия и следить за техническим состоянием машины, делать плановое ТО. 

Как распознать гидроудар и что делать когда двигатель заглох?

Если пересекая лужу машина неожиданно заглохла, то это:

• гидравлический удар — если услышали характерный звук удара
• или вода попала на электрические контакты

Что делать дальше?

1. Ни в коем случае не пытайтесь запустить ДВС, думая, что это залило электрику или просто по привычке. Делать это категорически запрещено! Повторный запуска двигателя может серьезно усугубить ситуацию.
2. Осмотрите двигатель — есть ли сколы, повреждения или другие дефекты.
3. Снимите корпус воздушного фильтра, осмотрите фильтр — если влажный, то через него прошла вода, и вероятно, что это был гидравлический удар. 
4. Далее выкрутите свечи зажигания из всех цилиндров. Потому что сложно определить в какой именно из них попала вода. Сняв свечи зажигания, вода, попавшая в цилиндры, может выйти через эти отверстия. 
5. Попробуйте прокрутить двигатель с помощью стартера с выкрученными свечами. Если коленвал проворачивается, то часть воды начнет выходить из залитых цилиндров через отверстия под свечи. 
6. Далее вызывайте эвакуатор на СТО — специалисты проведут диагностику. В ситуации проще: просушат цилиндры и заменят воздушный фильтр. При более серьезных последствиях гидроудара, могут быть повреждения блока цилиндров, погнутые (или сломанные) шатуны и так далее.

Важно: Вода провоцирует коррозию на металле. Если ДВС после гидроудара простоит более 2 недель, то отремонтировать его будет уже невозможно. 

У дизельного мотора меньшая камера сгорания если сравнивать с бензиновым, а следовательно выше показатели давления. В 95% гидроудар дизельного ДВС заканчивается капитальным ремонтом. Из дизельного мотора очень сложно удалить воду. Только с использованием специального оборудования.

Гидроудар или затопило электрику? Как распознать?

В большинстве случаев, а именно в 90% машина глохнет не из-за гидроудара. Виной тому датчики или проводка. Например машина не заводится, потому что в датчике положения коленвала вода, тогда на приборке будет ошибка Check Engine. 

Если под капотом не видно следов от гидроудара (описанные выше в статье), то спустя 5 минут попытайтесь повторно завести мотор. В случае если вода попала на проводку или датчики, то этого времени будет достаточно, чтобы детали подсохли.  

А на будущее, чтобы не попадать в такие ситуации — рекомендуем установить защиту двигателя. Она защитить масляной поддон от пробоя во время езды по плохим дорогам и бездорожью, а двигатель и проводку от попадания воды. У нас на сайте можно купить защиту двигателя и КПП от проверенных брендов: Кольчуга, Титан, Автористрій, Полигон-Авто. Указывайте параметры машины и смотрите подходящие варианты. 

Купить защиту двигателя (укажи параметры авто: марку, модель, год выпуска, кузов)

При гидроударе чаще всего вода попадает через воздуховод. Поэтому если часто ездите по болотам и лужам, то установите защиту двигателя и КПП. Это полезная штука для наших дорог. 

Читайте также: Какая защита двигателя лучше: материал, производители, установка

Или же второй вариант, купить внедорожник или электромобиль. Внедорожник идет с предусмотренной защитой от гидроудара, воздушные фильтры расположенные выше чем у легковых машин. А у электрокаров ДВС попросту нет, и если батареи и все контакты герметично закрыты, то машины превращается в лодку. 

Ну и не забывайте, что перед лужей лучше притормаживать. А большие лужи пересекать на скорости не выше 10 км/час. 

Надеюсь, что информация была для вас полезной. Понравилась статья — ставьте “лайк”, остались вопросы — пишите в комментарии и мы ответим на них. Делитесь статьей с друзьями и подписывайтесь на email-рассылку от AUTOMARKET.

С пожеланиями хорошей дороги, AUTOMARKET — удобно для автомобилиста

Теги

статьи

:

Защита двигателяИнтересное

Понравилась ли Вам статья?

Поделится

Предыдущая статьяСледующая статья

ТОП статьи

• Замена шин — на какую ось ставить новую резину и правильная ротация
• Как удалить следы от скотча на машине
• Высокий или низкий: какой профиль шины лучше?
• Какая рекомендованная глубина протектора зимних шин? – ответы экспертов ADAC
• Утилизация шин — куда сдать автомобильную резину

Подпишитесь на рассылку скидок и рекомендаций

Интересные статьи / Блог

Подпишитесь на рассылку скидок и рекомендаций

Следите за нами в соцсетях

Видеообзоры и отзывы от AUTOmarket

Смотрите нас в удобном формате →

Автотовары и аксессуары на AUTOmarket

Присоединяйтесь к сообществу →

Защита от гидроударов

Роджер Андерсен и Мэтт Логан, Hycomp Inc.

При установке различных систем водоснабжения и, в частности, муниципальных систем водоснабжения хозяйственно-питьевого назначения, инженеры, как правило, сосредотачиваются на двух основных моментах: 1) проектировании эффективной системы и 2) защите этой системы от потенциальных проблем.

Что такое гидроудар?

Одной из основных проблем, вызывающих серьезное повреждение или отказ системы любой станции водоподготовки, являются ударные волны гидравлического удара. «Гидравлический удар» или «гидравлический удар» — это скачок давления или ударная волна, возникающая, когда движущаяся жидкость (обычно жидкость, но иногда и газ) вынуждена внезапно остановиться или изменить направление (изменение импульса). Затем обратный импульс продолжает умножаться по мере того, как он проходит дальше, прежде чем его остановят.

Воздушная подушка гидропневматического бака поглощает ударные волны гидравлического удара.

Причина и следствие

Эта волна давления может вызвать серьезные проблемы, от шума и вибрации до обрушения трубы и полного отказа системы. Если поток внезапно перекрывается на выходе (ниже по течению), масса воды перед закрытием все еще движется вперед с некоторой скоростью, создавая ударные волны высокого давления. Когда этот поток достигает замыкания, ему некуда идти, кроме как назад к источнику.

В сантехнике жилых домов это ощущается как громкий стук, напоминающий стук молотка, который обычно возникает вблизи внутреннего источника воды в доме, т. е. хозяйственного чулана. Большинство домов, построенных за последние 20 лет в Соединенных Штатах, имеют миниатюрные защитные баки или гасители импульсов, подобные гидропневматическим бакам, встроенным в промышленные системы очистки воды.

Эти резервуары демпфера для жилых помещений обычно имеют размер 4 или 5 галлонов и, в отличие от их промышленных аналогов, не имеют компрессора, обеспечивающего подачу сжатого воздуха. Жилые резервуары, как правило, расположены рядом с резервуаром водонагревателя и смягчают удар гидравлического удара с помощью пневматической камеры. Конечный результат защиты промышленной системы водоснабжения и защиты бытовых труб находится в разных масштабах, но теоретически практически одинаков.

Решение

Защита водоочистных сооружений или трубопроводов от гидравлического удара не является новой идеей и используется как в напорных, так и на безнапорных системах. В безнапорных системах в качестве демпферов иногда добавляют воздушные ловушки или стояки (открытые сверху). Эти методы обеспечивают подушку для поглощения силы движущейся воды или путь для отвода волны гидравлического удара. На некоторых гидроэлектростанциях то, что кажется водонапорной башней, на самом деле является одним из таких устройств, известных как уравнительный барабан.

В системах с водой под давлением очень эффективной защитой от гидроударов является использование гидропневматических баков. Подобно устройству защиты от перенапряжения для электронных устройств, гидропневматический бак предназначен для хранения воды и обеспечивает воздушную подушку под давлением, необходимую для поглощения или демпфирования перенапряжения до того, как оно попадет в систему очистки воды.

Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. В результате воздух сжимаем, а вода нет. Гидропневматический бак использует совершенно разные плотности воды и воздуха, применяя сжатый воздух для смягчения воды, хранящейся в расширительном баке. Давление воздуха в резервуаре будет меняться по мере увеличения и уменьшения объема воды в зависимости от потребности системы.

Определение размеров гидропневматических систем защиты, включая правильный(е) компрессор(ы) и бак(и), может быть затруднено. Спецификации часто требуют, чтобы резервуар был слишком мал для системы, поэтому также рекомендуется использовать недостаточно мощный и перегруженный компрессор. Использование гидропневматической системы неправильного размера похоже на торможение грузового поезда. Это не сработает и может привести к катастрофическим последствиям.

The Hycomp Answer

При работе с системами подачи воды для приготовления пищи очень важно не допускать загрязнения воды. Hycomp Inc. производит безмасляные воздушные компрессоры, которые очень хорошо зарекомендовали себя в обеспечении чистой воздушной подушки, необходимой для буферизации гидропневматических резервуаров и защиты водяных систем без внесения загрязняющих веществ.

Безмасляные воздушные компрессоры Hycomp, предназначенные для защиты гидропневматических резервуаров, предназначены для обеспечения непрерывной работы. Это означает, что они предназначены для работы 24 часа в сутки и 7 дней в неделю, что является стандартным требованием к компрессорам, используемым для защиты систем водоснабжения. Стандартные возможности безмасляных компрессоров Hycomp, используемых для этого применения, составляют 150–575 фунтов на кв. дюйм и 5–40 станд. куб. футов в минуту.

Hycomp Inc. производит компрессоры, адаптированные к их конкретному использованию, и поэтому их можно настроить в соответствии с конкретными потребностями и условиями любого применения. Интуитивно понятная и простая в использовании цифровая панель управления обеспечивает точную настройку контроллера и мониторинг. Точные настройки всегда находятся на экране, такие как: масло, давление на входе и выходе и температура нагнетания. Мониторы планово-предупредительного обслуживания и оповещения о неисправностях обеспечивают надежность системы и защищают от непредвиденных простоев с помощью экранов истории событий и руководств по устранению неполадок.

Многие гидропневматические компрессоры Hycomp используются сегодня. Потребность в этом типе защиты системы гораздо более распространена в западной части Соединенных Штатов, поскольку здесь больше различий в географической топографии. И наоборот, уравнительные барабаны, напоминающие водонапорные башни, более широко используются в восточной части Соединенных Штатов, где ландшафт намного более плоский.

На высоте почти 6000 футов над уровнем моря в горах Юты и Колорадо или в суровом пустынном климате Невады, Калифорнии и Аризоны компрессоры Hycomp обеспечивают подушку сжатого воздуха, необходимую для защиты системы водоснабжения. Инженеры Hycomp проектируют каждый компрессор таким образом, чтобы он успешно работал в своей среде и работал непрерывно в любых условиях, которые от него требуются. Следующие тематические исследования иллюстрируют качество и адаптивность разработки Hycomp.

Устранение гидравлического удара для защиты насосных систем

Термин «гидравлический удар» используется для описания скачков давления в системе трубопроводов. Существует ряд механизмов и триггеров гидравлического удара, и четкое понимание того, что вызывает явление в конкретной установке, является ключом к поиску правильного решения.

Одной из причин гидравлического удара является ситуация, когда передняя кромка столба жидкости в насосной системе сталкивается с засорением, например, с внезапно закрытым клапаном. Когда это происходит, поток воды на передней кромке мгновенно останавливается, но жидкость позади все еще движется и начинает сжиматься.

Из-за этого сжатия небольшое количество жидкости продолжает поступать в трубопровод, даже несмотря на то, что вода на передней кромке перестала двигаться. Кинетическая энергия воды в системе преобразуется в энергию давления по мере сжатия воды.

Эта энергия давления не может продолжаться после блокировки в системе. Вместо этого волна давления, создаваемая сжатием воды в трубе, будет двигаться обратно вверх по течению.

Другой основной причиной гидравлического удара является отрыв и закрытие столба воды. Это происходит, когда столб жидкой воды в системе трубопроводов отделяется, а затем снова закрывается, создавая разрушительную ударную волну. Это может происходить в двухфазной системе, в которой вода меняет состояние и может существовать как в виде жидкости, так и в виде пара в одном и том же замкнутом объеме.

Этот «фазовый переход» (жидкая вода в водяной пар) может происходить всякий раз, когда давление в трубопроводе снижается до давления водяного пара. ¹

Эти различные причины гидравлического удара имеют ряд триггеров. Запуск и остановка насоса могут вызвать гидравлический удар через оба механизма.

Кроме того, быстрое изменение расхода и давления в системе во время пуска или останова может вызвать внезапное закрытие обратных клапанов, а изменение направления потока может привести к разделению столба воды.

Независимо от причины, повышенное давление, создаваемое явлением гидравлического удара, может нанести значительный ущерб любой системе, не предназначенной для восприятия нагрузок, что приведет к разрыву труб, повреждению клапанов и т. д.

Расчет ущерба

Потенциал повреждения от гидравлического удара можно рассчитать с помощью уравнения 1. Например, вода перекачивается со скоростью 10 футов в секунду (фут/с).

P _{(дополнительно)} = аВ / 2,31 г
Уравнение 1

Где:
P = дополнительное давление, создаваемое в системе
a = 4860 фут/с (скорость напорной волны)
V = скорость течения воды в трубе (фут/с)
g = универсальная гравитационная постоянная (примерно 32 фут/с2)

Клапан в трубопроводе мгновенно закрывается (одна из основных причин гидравлического удара), останавливая поток воды в системе.

Используя формулу P _{(дополнительно)} = aV /2,31g, очевидно, что внутри трубы будет создано дополнительное давление в 657 фунтов на квадратный дюйм (psi). Если система не рассчитана на дополнительное давление, вероятно серьезное повреждение клапанов, трубопроводов и/или насоса.

Поиск решений

Решение проблемы гидравлического удара требует либо смягчения его последствий, либо предотвращения его возникновения. Существует ряд решений, которые следует учитывать при проектировании насосной системы.

Напорные баки, уравнительные камеры или аналогичные аккумуляторы могут использоваться для поглощения скачков давления и являются полезными инструментами в борьбе с гидравлическим ударом.

Тем не менее, предотвращение скачков давления часто является лучшей стратегией.

Контроль времени закрытия клапана является одним из решений. Как упоминалось ранее, внезапное закрытие клапана является одной из основных причин гидравлического удара. Из многих переменных, действующих в насосной системе, время закрытия клапана значительно влияет на вероятность возникновения гидравлического удара. Это фактор, над которым операторы имеют определенный уровень прямого контроля.

Уравнение 2 показывает взаимосвязь между временем закрытия клапана и величиной скачка давления гидравлического удара.

P = 0,07 (VL / T)
Уравнение 2

Где:
T = время закрытия клапана в секундах
L = длина трубы между барьерами в футах
V = скорость потока в FT / S

Дополнительное давление, создаваемое закрытием клапана, обратно пропорционально времени закрытия клапана. То есть чем медленнее закрывается клапан, тем менее значительным будет повышение давления.

При тщательном рассмотрении переменных, находящихся под контролем конечного пользователя (время закрытия и скорость потока), частота и интенсивность гидравлического удара могут быть значительно снижены.

Управляемое закрытие клапана может осуществляться вручную или с помощью клапанов с электроприводом.

Электронное управление скоростью во время пуска и остановки насоса — еще одно потенциальное решение. Электронные устройства управления двигателем, такие как устройства плавного пуска и приводы с регулируемой скоростью (VSD), могут использоваться для управления скоростью насоса во время пуска и останова. Это позволяет более плавно увеличивать или уменьшать скорость насоса (и, следовательно, расход и напор/давление) для предотвращения разделения столба воды, реверсирования потока и внезапного закрытия обратного клапана.

Управляемый пуск и останов насосов также предлагает другие преимущества, в том числе снижение механических нагрузок на систему и электроснабжение, вызванных прямым пуском от сети (DOL), через сеть (ATL) и электромеханическим пуском. Это приводит к сокращению объема технического обслуживания и увеличению срока службы. Кроме того, устройства плавного пуска и преобразователи частоты могут обеспечивать ряд расширенных функций защиты двигателя и системы, а также возможности мониторинга и управления.

Примеры возможных защит, обеспечиваемых этими методами контролируемого пуска и останова, включают:

• защита насоса/двигателя от перегрузки для обнаружения разрыва труб
• защита от минимального тока для обнаружения засорения труб
• защита от чередования фаз для предотвращения обратного вращения насоса
• защита от обрыва фазы для предотвращения повреждений из-за помех в сети
• мгновенная защита от перегрузки по току для предотвращения повреждения насоса мусором
• автоматические таймеры и планировщики для управления работой
• оперативные журналы и записи

Эффективность электронного управления скоростью в снижении гидравлического удара определяется не только типом технологии устройства плавного пуска или преобразователя частоты, но и характеристиками насоса и системы.

Изучение кривых

Системная кривая отображает зависимость между расходом и давлением в системе.

Состоит из двух компонентов: статической головки и динамической головки (см. рис. 1).

Рис. 1. Системная кривая показывает статический и динамический напор. (графика предоставлена ​​AuCom)

Кривые плоской системы более чувствительны к изменениям скорости. Небольшое изменение скорости приведет к большому изменению потока. Это означает, что необходимо точно управлять скоростью, чтобы предотвратить гидравлический удар.

Характеристики насоса сильно различаются, что приводит к ряду различных возможных кривых производительности насоса. В насосе с крутой характеристикой большое изменение давления приводит к небольшому изменению расхода.

И наоборот, с насосом с плоской кривой небольшое изменение давления приведет к большому изменению расхода (см. рис. 2).

Рис. 2. Кривые насоса могут отображать насосы с крутой и плоской характеристикой.

Чтобы уменьшить гидравлический удар в системе, по возможности выбирайте насос с крутой характеристикой. Соотношение между давлением и расходом для таких насосов значительно упрощает точное управление расходом посредством управления скоростью насоса.

После того, как в качестве решения была выбрана электронная регулировка скорости, следует выбор между использованием устройства плавного пуска или преобразователя частоты. Оба могут управлять ускорением и замедлением двигателя/насоса, а также уменьшать гидравлический удар.
Лучший выбор зависит от характеристик системы.

Устройства плавного пуска запускают систему на полной (фиксированной) скорости во время работы, контролируя скорость только во время запуска и остановки насоса. Как только система достигает полной скорости, устройство плавного пуска обычно отключается и работает с очень высокой эффективностью (потери менее 0,1 процента), что снижает эксплуатационные расходы. Устройства плавного пуска также дешевле, чем преобразователи частоты. Кроме того, генерация гармоник в электросети не является проблемой для устройств плавного пуска, поэтому они не требуют использования дорогостоящих фильтров.

С другой стороны, преобразователи частоты регулируют скорость насоса во время работы, а также во время пуска и останова. Эта дополнительная возможность контролировать скорость выполнения имеет свою цену. Преобразователи частоты имеют значительно более высокие капитальные затраты, чем устройства плавного пуска, часто требуют фильтров подавления гармоник (дорогостоящих устройств, предотвращающих гармонические искажения в электросети) и обычно приводят к потерям энергии от 4 до 6 процентов, что увеличивает стоимость жизненного цикла системы.

Однако в некоторых насосных системах возможность управления потоком во время работы приводит к другим показателям эффективности системы, которые перевешивают более высокие капитальные и эксплуатационные затраты. Если эффективность такой системы не доказана, предпочтительным методом электронного управления скоростью для смягчения гидравлического удара должны быть устройства плавного пуска.

Выбор устройств плавного пуска

После понимания механики гидравлического удара, кривой системы и кривой производительности насоса следующим шагом будет изучение правильного применения технологии плавного пуска для предотвращения гидравлического удара.

Не все устройства плавного пуска одинаковы. За последние 40 лет режимы пуска и останова, предлагаемые устройствами плавного пуска, значительно изменились. Напряжение, ток и, в последнее время, управление крутящим моментом являются обычными подходами к пуску и останову. Каждый из них влияет на ускорение (и замедление), но ни один из них не обеспечивает прямого управления.

Рисунок 3. Некоторые технологии плавного пуска обеспечивают выбираемые профили ускорения и замедления, которые могут быть полезны при работе с насосами. Это позволяет конечному пользователю настраивать параметры устройства плавного пуска для получения оптимальных результатов пуска и останова независимо от внутренних характеристик системы.