Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
При использовании датчиков давления, особенно в системах с насосами или быстро действующими клапанами, часто возникают скачки давления.
Скачок или импульс давления — это резкое повышение или понижение давления. Если переход происходит слишком быстро, это может привести к повреждению датчика давления. Подобные неисправности особенно часто возникают в результате гидравлического удара.
На графике приведён пример изменения давления при закрытии и открытии клапана в водопроводной линии. Изначально так называемое «статическое давление» — в нашем примере условные 80 % от номинального давления датчика — остаётся постоянным. При открытии клапана вода снова начинает течь по трубе, и давление падает — в течение 30 мс оно снижается до 40 %. Затем давление стабилизируется на уровне постоянного давления потока, действующего по всей линии.
Если клапан снова закрывается, давление повышается из-за прекращения потока воды. Давление, например, возрастает с 60 % до 130 %. В течение этого короткого времени датчик работает в режиме перегрузки. Это допустимо — до значения максимально допустимого избыточного давления, указанного в технических данных датчика, — и не вызывает его повреждения. Рост давления примерно на 70 % происходит в течение 30 мс.
Для датчиков давления WIKA, как правило, повышение давления от 0 до 100 % номинального значения не должно происходить менее чем за 1 мс (то же относится и к снижению давления). Приведённый пример не относится к критическим по времени изменениям давления. При более быстрых изменениях существует риск повреждения датчика, поэтому необходимо применять соответствующие меры — например, демпферы, электроэрозионные каналы или другие методы защиты.
Особенно при измерении давления жидкостей в трубопроводных системах датчики давления часто выходят из строя из-за избыточного давления. Анализ повреждённого оборудования часто показывает, что причиной отказа прибора стало давление, значительно превышающее рабочее давление системы.
Пользователь, которому производитель датчика сообщает причину отказа, нередко не может объяснить, почему давление, многократно превышающее номинальное значение системы, могло вызвать поломку. Чаще всего такие повышенные давления возникают из-за так называемого гидроудара. Гидроудар — это скачок давления, возникающий в потоке жидкости при открытии или, особенно, при закрытии клапанов. Поскольку этот физический эффект впервые наблюдался в старых водопроводных системах, за ним закрепилось название «гидроудар».
В результате возникающие скачки давления в экстремальных случаях могут достигать нескольких сотен бар, в зависимости от диаметра трубы и скорости закрытия клапана. Часто именно гидроудар становится причиной повреждений в трубопроводах, клапанах и насосах. Типичные датчики давления обладают запасом прочности по избыточному давлению в 2–4 раза, что позволяет им работать без необратимых повреждений даже при превышении номинального давления в 2 или 4 раза. Чтобы выдержать скачки давления в жидкостях, для системы бытового водоснабжения с давлением 3 бар пришлось бы использовать датчик на 300 бар, чтобы гарантировать защиту при любых экстремальных условиях. Однако это привело бы к значительной погрешности измерений. Поэтому многие производители датчиков давления предлагают демпферы. Демпферы в своей сути работают как запорные клапаны, ограничивающие избыточное давление.
Давление срабатывания, при котором шток клапана под действием среды прижимается к седлу корпуса, перекрывая соединение с датчиком или манометром, задаётся при помощи пружины. Очень быстрые пики давления, возникающие при малых скоростях закрытия клапана, могут не успеть быть погашены из-за инерции механической системы демпфера. Другим способом защиты датчиков и манометров от скачков давления является сужение канала подвода давления к мембране. Таким образом, уменьшение диаметра канала менее чем до 1 мм позволяет смягчить быстрые и сильные скачки давления, защищая датчик от повреждения.
