Dampfschlag - Wasserschlag

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Eine implosionsartige Kondensation von Dampfblasen, die in einer kälteren Flüssigkeit entstehen, ist ein Dampfschlag. Dampfschläge treten auf, wenn Dampf in eine Flüssigkeit transportiert wird oder in einer Flüssigkeit entsteht, die eine niedrigere Temperatur hat (Kavitation).

Die Dampfblasen kondensieren durch den Wärmeübergang in einer Flüssigkeit. Dieser Vorgang läuft schlagartig ab. Die Dampfschläge können mit einer Überschallgeschwindigkeit ablaufen. Die Flüssigkeit nimmt das Volumen des Dampfes ein, sodass ein Vakuum entsteht. Die entstehenden Druckschläge können kurzzeitige Drücke bis zu 100 bar haben.

Dampfschläge können in einem Kessel entstehen, wenn der Dampfdruck überschritten wird, d. h. die Kesseltemperatur ist höher als der Anlagendruck, der das Wasser im flüssigen Zustand halten kann. Durch die Druckerhöhung aufgrund der Volumensänderung geht der Dampf wieder in den flüssigen Zustand über.
Auch in Dampfleitungen können Schläge (Wasserschlag) entstehen. Kondensat sammelt sich in der Rohrleitung und kühlt ab. Darüber strömt Dampf, der viel heißer ist. Die Dampfblasen kondensieren schlagartig. Auf Grund der plötzlichen Volumenänderung kommt es zu lautstarken Geräuschen und Druckstößen in der Rohrleitung. Solche Dampfschläge führen dann zu Bewegungen der Rohrleitungen bzw. können zu Schäden an Geräten (Wärmetauscher) oder Armaturen führen.
Auch in thermischen Solaranlagen können Dampfschläge beobachtet werden. So kann z. B. bei einer anlaufenden Stagnation der entstehende Dampf in die noch bestehende kältere Flüssigkeit gelangen. Aber auch in Anlagen, in denen ein Unterdruck (Vakuum) entstehen kann (z. B. in Drain-Back-Systemen) oder der Dampfdruck unterschritten wird, weil der Anlagendruck nicht mehr dem notwendigen Dampfdruck entspricht (z. B. defektes MAG, zu starke Pumpe, zu niedriger Anlagendruck), entstehen Dampfschläge.

Ein Wasserschlag (Wasserhammer - Druckstoß - Druckschlag) in Wasserleitungen entstehen durch das plötzliche Schließen eines Ventils bzw. Hahns. Die Massenträgheit des strömenden Wassers in der Rohrleitung führt hierbei zu dieser Druckerhöhung.

 

 

  
Ein Wasserschlag in Dampfheizungen entsteht durch Wassertropfen, die mit der hohen Dampfgeschwindigkeit mitgerissen werden, führen zu Schlägen in Anlagen, die zum Platzen von Armaturen, Abnutzung von Rohrleitungsbögen oder Ventilsitzen und zu gravierenden Anlagenschäden führen können. Dieser Vorgang läuft nicht kontinuierlich, sondern beim Phasenübergang recht plötzlich ab und stellt eine große Gefahr dar.


Wasserschlagdämpfer
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH
Der Wasserschlag kann bei allen Anlagen des Flüssigkeitstransportes auftreten, wenn die Reflexionszeit (die Zeit der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Massenstroms einer Grenzwertzeit) unterschritten ist. Unter Anlagen des Flüssigkeitstransportes versteht man alle Systeme, in denen flüssige Medien durch Rohrleitungen, Armaturen, Behälter und Strömungsmaschinen bewegt werden. Hierzu gehören sowohl Wasserversorgungssysteme als auch Pipelines auftreten. 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.

1. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, die vollständig mit einem Fluid gefüllt sind. Dies ist auch der übliche Fall; häufig als "Pumpen"- bzw. "Betriebs"-Fall bezeichnet. Er tritt meist in Rohrleitungs-systemen wie z. B. Pipelines, Wasserversorgungnetzen u. a. auf und wird durch Öffnen und Schließen von Armaturen (schnelließend z.B. Hahn, Einhebelmischer) bzw. Drehzahländerungen von Pumpen ausgelöst. Ein Charakteristikum für diesen Fall ist der Übergang einer stationären in eine instationäre Strömung.

2. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, in denen das Fluid vor der Störstelle (Ventil) mit "hohem" Druck anliegt und nach der Störstelle Gas mit "geringem" Druck vorliegt oder Vakuum herrscht. Dieser Fall tritt z. B. bei der ersten Inbetriebnahme verfahrenstechnischer Anlagen. Hier spricht man vom "Priming"-Fall. Ein Charakteristikum für den "Priming"-Fall ist im stationären Zustand der Phasenwechsel an der Störstelle.

Mini-Patrone
Quelle: AW AG
Diese Mini-Patrone kann Druckstöße und Fließgeräusche an Auf- und Unterputzarmaturen mit wenig Aufwand vermindern.
 
Die Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines WVU eingetragen sind.
Es gibt auch nutzbringende Anwendungen für den Druckstoß in der Rohrleitung. Er wird beim hydraulischen Widder angewandt, bei dem eine größere Menge Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt wird, um eine geringe Menge Wasser auf eine größere Höhe zu bringen.
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