Der
Wasserschlag kann in allen
Anlagen auftreten, in denen
Flüssikeiten transportiert werden. Hier wird die Zeit der Änderung des
Massenstroms bzw. der
Strömungsgeschwindigkeit gegenüber einer
Grenzwertzeit unterschritten. Es handelt sich hier um alle Anlagen, in denen flüssige Medien (
Wasser,
Wasser mit
Frostschutzmittel,
Wärmeträgeröl) durch Rohrleitungen, Armaturen, Behälter und Strömungsmaschinen fließen. Hierzu gehören
Wasserversorgungs-, Heizungs-, Kühl- und Solarsysteme aber auch Pipelines. Es ist möglich, Rohrleitungen mit
Wasserschlagsicherungen (
Wasserschlagdämpfer) zu versehen bzw. durch
Querschnittserweiterungen und
Gaspolster so zu gestalten, daß der Druckstoß einen Grenzwert nicht überschreitet bzw. aufgefangen wird.
Druckstöße sind also
normale Erscheinungen in
Flüssigkeitssystemen, die erst
wahrgenommen werden, wenn
Montagefehler (z. B. falsche oder fehlende
Rohrbefestigungen, lose
Schrauben) vorliegen oder defekte bzw. nicht gewartete
Bauteile (z. B. festsitzende
Rückflussverhinderer, falsche
Rückschlagklappen) in der Anlage vorhanden sind. Diese
Geräuschquellen müssen
beseitigt werden. Anschließend sollte die
Höhe des
Druckstoßes überprüft und evtl.
Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
1. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, die vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind. Er tritt meist in Rohrleitungssystemen, so z. B. Pipelines, Wasserinstallationen, auf und wird durch Öffnen und Schließen von Auslaufarmaturen (z.B. Hahn, Einhebelmischer, Druckspüler). Hier handelt sich um den Übergang einer stationären in eine instationäre Strömung.
Wasserschläge können auch über das Versorgungsnetz in die Hausinstallation kommen, was aber immer wieder von den Versorgern abgestritten wird.
2. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, in denen die Flüssigkeit vor der Problemstelle (Hahn) mit "hohem" Druck anliegt und nach der Problemstelle Gas mit "geringem" Druck vorliegt oder Vakuum vorhanden ist. Dieser Fall tritt z. B. bei der ersten Inbetriebnahme verfahrenstechnischer Anlagen auf. Hier spricht man vom "Priming"-Fall (Reaktionszeit), dabei ist im stationären Zustand der Phasenwechsel an der Problemstelle.
3. Druckstöße (Druckerhöhung, aber auch Druckabsenkung) treten besonders in Pumpenanlagen mit (sehr) langen Rohrleitungen auf. Bei schnellen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit, z. B. durch einen plötzlichen Pumpenausfall, einer Drehzahländerungen von Pumpen oder ein schlagartiges Schließen eines Schiebers geht die Bewegungsenergie der Flüssigkeit in Verformungsarbeit über. In Kleinanlagen (Heizung, Trinkwasser) sind diese Art von Druckstößen eher selten.
Schäden durch Wasserschläge und Druckstöße
Drucksteigerungen
• Schäden an Rohrbefestigung
• Rohrbrüche aufgrund von zu hohen Drücken oder durch "Kaltbrüche"
• Schäden an Rohrarmaturen und Messgeräten
• Schäden an
Pumpen und deren Fundamente
Druckabsenkungen
• Verformen von Kunststoff- und dünnwandigen
Stahlleitungen
• Einsaugen von
Luft an Flansch- und Muffenverbindungen, Stopfbuchsen oder Leckstellen
• Einsaugen von
Schmutzwasser an Flansch- und Muffenverbindungen, an Stopfbuchsen oder an Leckstellen
• Abplatzen von Innenbeschichtungen (
Zementmörtelauskleidung, Kunststoff) in Rohrleitungen
• Abreißen der
Wassersäule und Makrokavitation (nach hoher Drucksteigerung schlägt die Flüssigkeitssäule wieder zusammen)
Der Wasserschlag wird auch gezielt angewendet. So wird z. B. der Druckstoß in der Rohrleitung als Hydraulischer Widder angewandt, um eine geringe Menge Wasser auf eine größere Höhe zu bringen, in dem eine größere Menge Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt wird.
Ein
Wasserschlag in Dampfheizungen entsteht durch
Wasserpfropfen, die mit der hohen Dampfgeschwindigkeit mitgerissen werden. Diese führen zu Schlägen in Anlagen, die zum Platzen von Armaturen, Abnutzung von Rohrleitungsbögen oder Ventilsitzen und zum Brechen von Rohrleitungen führen können.
Bei dem Einströmen des
Dampfes in die
Dampfleitung entsteht an den kühlen Rohrwandungen
Kondensat. Dieses muss entfernt werden, damit es sich nicht ansammeln kann. Der schnellströmende
Dampf bewegt die
Wasseransammlung bis das Kondensat den
Dampfstrom stark behindert und als
Wasserpfropfen mitgerissen wird. Dieser
Wasserpfropfen wird mit
Dampfgeschwindigkeit durch die Leitung gedrückt. In Sattdampfleitungen kann eine Geschwindigkeit bis 25 m/s (90 km/h) - in Heißdampfleitungen bis 60 m/s (216 km/h) - vorkommen.
Wird dieser
Wasserpfropfen durch ein Hindernis oder durch seine eigene Größe plötzlich abgebremst, entsteht ein
Wasserschlag. Hierbei können Drücke von
mehreren tausend bar auftreten. Armaturen, Rohrbogen und Rohrabzweigungen werden zerrissen. Durch diese
Wasserschläge sind schon viele Unfälle mit tödlichen Verletzungen durch ausströmenden
Dampf vorgekommen.
Deswegen ist es auch in
Niederdruckdampfheizungen notwenig, dass die
Dampfleitungen gut gedämmt und längere Leitungen (ab 2 m)
immer mit Gefälle und
sägeförmig zur nächsten Entwässerung verlegt werden. In
Hochdruckdampfheizungen sind hohe sicherheitstechnische Anforderungen vorgegeben.