Každá porucha znamená narušení správného fungování systému a náklady spojené s nákupem nezbytných dílů a provedením opravy. Ve většině případů je samozřejmě závada otázkou náhody. Existuje však mnoho rizik, kterým lze předejít náležitou péčí a plánováním. V případě vodovodních instalací a všech vodních systémů představuje jedno ze základních rizik výskyt tzv. hydraulického rázu. Jak ukazují výzkumy, tento jev odpovídá téměř za 80 % všech poruch vyskytujících se na vodovodních potrubích bez bezpečnostních zařízení. Co je však hydraulický ráz? Co jej způsobuje? A co dělat, aby se mu předešlo? Na tyto i další otázky odpovídáme v našem článku.
Hydraulický ráz – teoretické základy jevu
Hydraulický ráz je termín označující náhlý nárůst tlaku způsobený neplánovanou, rychlou a v krátkém čase vynucenou změnou rychlosti proudění v potrubí. Samotný název jevu pochází z charakteristického zvuku, který vzniká během procesu a připomíná údery kladivem. Podle odborné definice je hydraulický ráz „vyvolán setrvačností hmoty kapaliny pohybující se v potrubí, jejíž rychlost proudění se náhle mění“. Navíc „prudká změna rychlosti a objemového průtoku proudící kapaliny způsobuje místní změnu podílu kinetické a potenciální energie na celkové energii průřezu, která se projevuje zvýšením nebo snížením tlaku v proudu. Za podmínek velmi rychlého zpomalení rychlosti proudu dochází k prudkému poklesu kinetické energie, což způsobuje zvýšení potenciální energie, které se projeví výrazným nárůstem tlaku“.
V závislosti na charakteru jevu se můžeme setkat s kladným hydraulickým rázem (nárůst tlaku) nebo záporným hydraulickým rázem (náhlý pokles tlaku). Bez ohledu na typ může být hydraulický ráz příčinou mnoha problémů, mimo jiné:
- zničení potrubí,
- poškození čerpadla,
- poškození motoru,
- poškození zpětných ventilů,
- přerušení proudu tekoucí vody.
Jaké jsou příčiny problému?
Co způsobuje negativní jev, kterým je hydraulický ráz? Příčin může být mnoho, praxe však ukazuje, že dvěma hlavními aspekty jsou:
- situace, kdy je zpětný ventil na potrubí vedoucím od čerpadla namontován více než devět metrů nad hladinou vody,
- situace, kdy je zpětný ventil namontovaný na potrubí vedoucím od čerpadla netěsný, zatímco další zpětný ventil namontovaný výše zůstává těsný.
Další příčiny, které mohou vést k problémům, jsou:
- poruchy, jako je prasknutí potrubí, náhlé zablokování čerpadla, ukroucení dříku nebo stržení závitu šoupátka, vibrace deformujících se součástí,
- kavitace způsobená nadměrnou rychlostí proudění vody, velkým rozdílem mezi tlakem a hodnotou tlaku odpařování kapaliny při dané teplotě, uzavřením šoupátka nebo vysokou polohou bodu sítě,
- náhodné události, včetně náhlého přerušení dodávky elektrické energie, změny počátečních podmínek proudění, změny odtoků v uzlech, změny hladiny vody v počátečních nebo mezilehlých síťových nádržích,
- nesprávný provoz systému, projevující se náhlým vypnutím všech čerpadel napájejících toto potrubí, nesprávným zavíráním nebo otevíráním šoupátek, nesprávnou údržbou a opravami,
- vibrace související s nerovnoměrným chodem čerpadel nebo činností plovákových ventilů.
Tím však výčet nekončí. Další příčinou problému může být také použití nevhodných řešení, například vložení nového potrubí s menším průměrem do starého potrubí (důsledkem je zvýšení rychlosti proudící kapaliny). Je třeba mít na paměti, že každá změna může vést k neplánovaným poškozením, proto je nutné nová řešení volit v závislosti na charakteristikách analyzovaného systému.
Jak mu předcházet?
Důležité je, že hydraulickým rázům, a tedy i problémům s nimi spojeným, lze předcházet. Mezi některé způsoby patří:
- volba správných průřezů a bezpečnostních zařízení, výběr vhodných ventilů a šoupátek a také předcházení rezonančnímu jevu,
- pokus o odstranění hydraulického rázu přímou změnou konfigurace systému, včetně úpravy trasy, délky potrubí, průměrů, materiálu potrubí, spojů nebo obtoků,
- zavedení různých zařízení a mechanismů do systému, které způsobí, že je kapalina vypouštěna z potrubí nebo zadržována v určitém prostoru mimo systém; to znamená využití vodovzdušných nádrží, vodovzdušných nádrží s diferenční clonou instalovanou na výtoku, zavzdušňovacích ventilů nebo bezpečnostních ventilů.
