Waterhamer in het water- en verwarmingssysteem: oorzaken + preventieve maatregelen

Een van de belangrijkste problemen bij het gebruik van autonome verwarmings- en watertoevoersystemen is drukschommeling. Waterhamer in het watertoevoer- en waterverwarmingssysteem, ontstaan als gevolg van deze plotselinge schommeling, kan ernstige schade veroorzaken. U moet dit voorkomen, vindt u niet?

Wij vertellen u hoe u het fenomeen kunt voorkomen en de negatieve gevolgen ervan kunt neutraliseren, zodat de circuits ononderbroken blijven werken. Bij ons leert u welke methoden worden gebruikt om waterhamer uit te sluiten in systemen die water naar tappunten en verwarmingstoestellen transporteren.

In het ter kennismaking gepresenteerde artikel wordt de aard van waterhamer in detail besproken. Er worden preventieve maatregelen opgesomd die het ontstaan van een gevaarlijke situatie voorkomen. Ter visuele ondersteuning van het complexe onderwerp zijn schema's, foto-illustraties en video's bijgevoegd.

Wat is waterhamer?

Waterhamer is een kortdurende maar aanzienlijke drukstijging in een met vloeistof gevuld systeem. Dit fenomeen treedt op wanneer een vloeistofstroom in botsing komt met een obstakel dat op zijn pad is ontstaan. Typische voorbeelden van dergelijke obstakels zijn het plotseling sluiten van afsluiters, een plotselinge pompstilstand, een luchtbel, enz.

Nadat de waterstroom een obstakel tegenkomt, blijft deze door traagheid stromen met de snelheid waarmee hij bewoog vóór het verschijnen van het obstakel. De eerste lagen die in contact komen met het obstakel worden met dezelfde snelheid samengedrukt door de toestroom van volgende lagen.

Door het voortdurend aanvoeren van nieuwe stromingslagen neemt de druk snel toe, en de vloeistof “zoekt” een manier om een deel van zichzelf te laten ontsnappen om de druk te verlichten.

Een vergelijkbare situatie doet zich vrijwel altijd voor bij het onderbreken van de stroming door een kogelkraan of schuifafsluiter. Op het eerste gezicht kan het verschijnsel onschuldig lijken. Daarom besteden veel eigenaren er geen bijzondere aandacht aan.

Maar in werkelijkheid, wanneer de aanwijzingen voor een naderend defect aan leidingen en armaturen worden ontdekt, moet men het zo snel mogelijk verhelpen. Immers, door een waterslag in het verwarmingssysteem ontstaan barsten en scheuren, evenals schade aan apparatuur.

Aan dit ernstige probleem kunnen klikken en tikken voorafgaan, evenals vreemd geluid in de watertoevoerleidingen, vergezeld van een kenmerkend 'gegrom'.

Het klikken treedt voornamelijk op op plaatsen waar grotere buizen zijn verbonden met kleinere aansluitbuizen. Het water dat langs de binnenwanden stroomt, stuit op een, zij het onvolledige, maar toch een obstakel.

Regelmatig optreden van waterslag heeft een negatief effect op de werking van het systeem en verkort de levensduur aanzienlijk.

Bij noodsituaties als gevolg van waterslag kunnen de volgende zaken worden beschadigd:

• apparatuur (de dichtheid van leidingen wordt aangetast en verwarmingsapparaten worden vernield);
• eigendom (het uit de beschadigde leiding stromende water zal de woning overstromen en meubilair beschadigen);
• huisgenoten (als de storing optreedt in het warmtetoevoersysteem, bestaat het risico op ernstige thermische brandwonden).

Volgens statistische gegevens wordt het 'leeuwendeel' van pijpleidingstoringen, ongeveer 60%, veroorzaakt door waterslag. Vaker zijn de negatieve gevolgen van dit effect waar te nemen bij versleten, gecorrodeerde leidingen.

De gevolgen van regelmatige hydrodynamische schokken kunnen onvoorspelbaar zijn, en de meest voorkomende daarvan is een leidingbreuk.

Het meest bezorgt het problemen aan lange leidingen, bijvoorbeeld bij de aanleg van vloerverwarming, door de leidingen waarvan een tot een bepaalde temperatuur verwarmde vloeistof circuleert.

De mate van schade hangt grotendeels af van de plaats van de obstructie: als deze aan het begin van een lange leiding is, zal de verhoogde druk gering zijn, maar als deze aan het einde is, aanzienlijk hoger.

Meestal treedt het effect op wanneer bij het aanleggen van het verwarmingssysteem buizen van verschillende diameters zijn gebruikt. Als de buizen van verschillende diameters met behulp van verloopstukken niet tot een gemeenschappelijke noemer zijn gebracht, is een drukstijging in het verwarmingssysteem onvermijdelijk. In dit geval wordt de leiding voor de bescherming van het systeem uitgerust met een speciale klep – een thermostaat.

Oorzaken van waterhamer

De fysieke aard van dit verschijnsel ligt in het volledige verlies of de aanzienlijke vermindering van de doorvoercapaciteit van waterleidingen, waardoor de vloeistofdruk in het systeem toeneemt.

In huizen waar de technische installaties ondeskundig zijn ontworpen en aangelegd, hoort u vaak kenmerkende tikken en klikken in de leidingen.

Zij zijn de uiterlijke manifestatie van een waterslag en treden op wanneer in een gesloten systeem de circulatie van vloeistof plotseling stopt en vervolgens ook plotseling weer op gang komt.

Als natuurlijke obstakels in de leiding fungeren vaak luchtbellen, verloopstukken van een grotere naar een kleinere diameter, of geïnstalleerde afsluiters.

Als er een obstakel op de weg van een met een bepaalde snelheid bewegende waterstroom ontstaat, vertraagt de snelheid van de verplaatsing en blijft het volume toenemen. Zonder een uitweg te vinden, vormt het een teruggaande golf die, bij botsing met de hoofdmassa water, de druk in het systeem verhoogt. Soms kan deze een drempel van 20 Atm bereiken.

Vanwege de dichtheid van de leiding heeft de opgehoopte hoeveelheid geen uitweg, maar de krachtige energie probeert nog steeds een weg naar de buitenomgeving te vinden. De resulterende kracht van de botsing veroorzaakt het gevaar van een breuk van de buis die niet over voldoende sterkte beschikt.

Om deze reden moeten voor de aanleg van het systeem naadloze water- en gasleidingen worden gebruikt die zijn aangepast aan waternetwerken en die voldoen aan GOST 3262-75, of drukbestendige metaal-kunststof alternatieven die zijn geproduceerd volgens GOST 18599.

Door de permanente werking van waterenergie zullen zowel de leiding zelf als de stijve elementen van het systeem geleidelijk of snel worden vernietigd.

De belangrijkste factoren die het ontstaan van waterslag in leidingen veroorzaken, zijn:

• storingen in de werking of het defect raken van de circulatiepomp;
• aanwezigheid van lucht in het gesloten circuit van het systeem;
• storingen in de elektriciteitsvoorziening;
• bij plotselinge afsluiting van de afsluiters.

Een kortstondige drukverhoging in het gesloten circuit als gevolg van het pompen van vloeistof boven de vastgestelde norm kan optreden als, bij het inschakelen van de pomp, de waaier op hoge toeren begint te draaien.

In de laatste tijd worden bij de inrichting van een autonoom verwarmingssysteem in plaats van oude kranen en afsluiters steeds vaker kogelkranen gebruikt, waarvan de constructie geen soepele werking biedt.

Hun vermogen om een snel werkend effect te hebben heeft een keerzijde, omdat het een van de meest voorkomende oorzaken van waterslag is.

Als bij het starten van het systeem de lucht er niet uit is gelaten, ontstaat op het moment van het openen van de kogelkraan een botsing van lucht met een vrijwel onsamendrukbare vloeistof

Op het gebied van veiligheid hebben schroefkranen de voorkeur, omdat ze door het stapsgewijs losdraaien van de bus een soepele opening/sluiting van de afsluiter mogelijk maken.

Een vergelijkbare situatie doet zich voor wanneer vóór het starten van het systeem de lucht niet uit het circuit is gelaten. Op het moment van het openen van de kraan botst het water met een luchtbel, die in een gesloten systeem fungeert als een soort pneumatische demper.

Hoe kunt u het probleem voorkomen?

Een goede bescherming van het leidingstelsel voor watervoorziening kan de intensiteit verminderen en de invloed van overdruk neutraliseren.

Beschermingsmechanismen voor autonome systemen tegen waterslag zijn in de meeste gevallen gericht op het afvlakken van de kracht van de watermassastroom.

Om het ontstaan van overdruk van eenmalige en permanente aard te voorkomen, zowel in een apart deel van het circuit als in het gehele systeem, worden een aantal basis maatregelen toegepast.

Optie #1. Geleidelijke afsluiting van het systeem

Dit is een van de basisvereisten bij het starten en uitschakelen van leidingsystemen, die duidelijk is vastgelegd in normatieve documenten.

Het feit is dat de energie van de waterslag, vanwege de elasticiteit van de buiswanden, niet in één keer met al zijn kracht werkt. Door de compensatie van elastische vervormingen wordt het verdeeld over verschillende tijdsintervallen.

En daarom zal bij dezelfde totale impactkracht de kracht van de impact op een bepaald moment aanzienlijk worden verminderd. Door een soepele inschakeling kan het proces van drukstijging in de tijd worden verlengd, waardoor aanzienlijke schade aan het systeem wordt geminimaliseerd.

Bij het kiezen van afsluiters verdient het de voorkeur te geven aan producten die een relatief groot afsluitinterval van water hebben.

Kranen waarvan de constructie een grote tussenruimte heeft voordat het water wordt afgesloten, worden al tijdens de installatie van de apparatuur geplaatst.

Optie #2. Toepassing van automatische apparaten

De automatisering moet worden ingesteld voor een geleidelijke correctie van de statische druk in het systeem. Het gewenste effect wordt bereikt door het installeren van pompen met automatische toerentalregeling of apparaten met elektronische besturing die zijn uitgerust met ingebouwde frequentieomvormers.

Het inzetten van automatische systemen maakt het mogelijk de vloeistofstroom te controleren en de drukindicaties in de pijpleiding uit te lezen.

Pompen die zijn uitgerust met automatische toerentalregeling van de elektromotor kunnen de druk in het systeem geleidelijk verhogen/verlagen. De software voert tegelijkertijd twee taken uit: het volgt de drukverandering in de waterleiding en regelt automatisch de opvoerhoogte.

Methoden voor integrale modernisering van het systeem

Integrale modernisering van het systeem omvat de installatie van apparatuur die gericht is op het neutraliseren van de effecten van overdruk.

Methode #1. Gebruik van compensatoren en dempers

Dempers en hydroaccumulatoren vervullen tegelijkertijd drie functies: ze verzamelen vloeistof, verwijderen daarbij het overtollige volume uit het systeem en dragen bij aan het voorkomen van een ongewenst verschijnsel.

Het compenserende apparaat, waarvan de rol wordt vervuld door de hydroaccumulator, wordt geïnstalleerd in de richting van de waterstroom op die delen van het verwarmingscircuit waar de kans op drukfluctuaties in het systeem groot is.

Een hydroaccumulator of demper is een stalen kolf met een inhoud van maximaal 30 liter, bestaande uit twee secties gescheiden door een rubberen of caoutchouc membraan.

Wanneer er overdruk in het systeem ontstaat, begint de waterkolom van de eerste sectie tegen het scheidingsmembraan te drukken, waardoor het in de richting van de luchtkamer buigt.

Wanneer de druk stijgt, worden waterslagen naar het reservoir afgevoerd. Door het buigen van het rubberen membraan naar de luchtkamer op het moment dat de waterkolom stijgt, wordt het effect van een kunstmatige volume-uitbreiding van het circuit bereikt.

Als dempingsapparaten worden buizen gebruikt van hittebestendig versterkt rubber of elastisch plastic.

Het elastische materiaal van de dempingsvoorzieningen absorbeert spontaan de energie van de waterslag op het punt waar de druk een kritische waarde heeft bereikt.

Om het gewenste effect te bereiken, volstaat het om een product met een lengte van 20-30 cm te gebruiken. Als de leiding een grote lengte heeft, wordt het dempingsgedeelte nog met 10 cm verlengd.

Methode #2. Installatie van een beschermend membraantype ventiel

Een membraan-type veiligheidsklep wordt op de leidingafleiding naast de pomp geplaatst om een bepaalde hoeveelheid water af te laten bij overdruk.

Een veiligheidsklep uitgerust met een harde afdichting die fungeert als snelle drukafvoer, is een betrouwbare beveiliging voor het autonome systeem.

Afhankelijk van de fabrikant en het type model wordt de veiligheidsklep aangedreven door een elektrisch commando van de controller, of met behulp van een snelwerkend pilootapparaat.

Het apparaat wordt geactiveerd wanneer de druk het veilige niveau overschrijdt, waarbij het pompstation wordt beschermd bij een plotselinge stop van de apparatuur. Op het moment van een gevaarlijke drukpiek gaat het volledig open, en wanneer de druk daalt tot het normale niveau, sluit de regelaar langzaam.

Methode #3. Uitrusting van de thermostaatregelklep met een shunt

De shunt is een smalle buis met een opening van 0,2-0,4 mm, die in de richting van de circulatie van het warmtemedium wordt geïnstalleerd. De belangrijkste taak van het element is om bij overbelasting geleidelijk de druk te verlagen.

De smalle buis, waarvan de doorsnede niet groter is dan 0,2-0,4 mm, wordt geplaatst aan de kant waar de vloeistof de thermostaat binnenkomt.

De bypass-methode wordt toegepast bij het inrichten van autonome systemen, waarvan de leidingen uitsluitend uit nieuwe buizen bestaan. Dit komt doordat roest en aanslag in oude buizen de effectiviteit van de bypass teniet kunnen doen. Om deze reden wordt aanbevolen om bij gebruik van een bypass aan de ingang van het verwarmingscircuit effectieve waterfilters te installeren.

Methode #4. Gebruik van een thermostaat met superbescherming

Dit is een soort beveiliging die de druk in het systeem controleert en voorkomt dat het systeem werkt nadat de waarde een kritisch punt heeft bereikt. Het apparaat is uitgerust met een veermechanisme dat tussen de thermokop en de klep is geplaatst. Het veermechanisme treedt in werking bij overdruk en voorkomt dat de klep volledig sluit.

Dergelijke thermostaten worden strikt volgens de op de behuizing aangegeven richting geïnstalleerd.

Het uitvoeren van preventief onderhoud

Naast strikte naleving van de bedieningsvoorschriften voor leidingen helpt tijdig preventief onderhoud een ongeval te voorkomen. Immers, alle processen in het watertoevoer- of verwarmingscircuit zijn met elkaar verbonden. En waterslag is slechts de laatste destructieve 'druppel' die tot negatieve gevolgen kan leiden tegen de achtergrond van een slechte technische staat van de waterleiding.

Trillingen van de leiding en veranderingen in de druk dragen bij aan de vorming van microscheuren in de metaalstructuur. De in de loop van de tijd gevormde defecten worden bij waterslag onmiddellijk zichtbaar op plekken met verhoogde interne spanning: mechanische verbindingen, bochten en lasnaden.

Preventie bestaat uit het balanceren van het verwarmingssysteem, dat wordt uitgevoerd na voltooiing van de installatie of na het uitvoeren van reparaties aan de verwarming in een eengezinswoning

De belangrijkste werkzaamheden die bij preventie worden uitgevoerd:

• controle van de werking van de veiligheidsgroep: veiligheidsklep, ontluchter en manometer;
• periodieke controle van de druk achter het membraan van het expansievat, en bij onbevredigende resultaten ook bijstelling;
• testen van het systeem op lekkage en controle van de slijtagegraad van de buizen;
• controleren van de stand van de kleppen van de afsluit- en regelarmatuur op lekkage;
• regelmatige controle van de staat van de filters, die kalk, zand en roestdeeltjes tegenhouden, indien nodig – reinigen en spoelen van de elementen;

Preventie, gericht op het in goede staat houden van de waterleiding en het verwarmingssysteem, omvat eenvoudige werkzaamheden. Maar negeer ze niet. Dit kan immers leiden tot aanzienlijke kosten van geld en tijd voor het uitvoeren van volledige reparatiewerkzaamheden.

De genoemde beschermingsmaatregelen zijn het meest effectief wanneer ze in samenhang worden toegepast. Maar dankzij een geïntegreerde aanpak van het probleem kunt u de negatieve gevolgen neutraliseren en zo de levensduur van het systeem verlengen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Waterslag: hoe dit gebeurt:

Video #2. Test van de effectiviteit van het gebruik van een demper:

Een waterslag in het waterleidingssysteem is een veelvoorkomend verschijnsel dat ernstige schade kan veroorzaken. En uw taak is om het probleem zo snel mogelijk op te lossen. Immers, bij herhaling van de situatie zullen de systeemcomponenten snel defect raken. En de reparatie daarna zal veel duurder zijn.

Stel gerust vragen en schrijf alstublieft opmerkingen in het onderstaande blok. We wachten op uw verhalen over hoe u een waterslag in het systeem heeft vastgesteld of de gevolgen ervan heeft opgemerkt. We zijn benieuwd naar uw mening over de gepresenteerde informatie.