Гидроаккумулятор назначение принцип работы

Давление в воздушной полости гидроаккумулятора должно быть на 10% меньше давления включения насоса.

Гидроаккумулятор (расширительный мембранный бак) служит для поддержания давления в напорной системе водоснабжения, и при использовании совместно с реле давления позволяет создать автоматическую станцию на базе погружного или поверхностного насоса. Основное назначение гидроаккумулятора в системе — поддержание и плавное изменение давления жидкости в системе.

Дополнительные функции, которые выполняет гидроаккумулятор, следующие:

• Защита от гидроудара (изменения давления в жидкости, вызванного мгновенным изменением её скорости)
• Обеспечение минимального запаса воды
• Ограничение повторно-кратковременных включений насоса

Таким образом, именно гидроаккумулятор позволяет сделать возможным использование реле давления и автоматизировать процесс подачи воды. Без гидроаккумулятора, реле не может работать корректно, поскольку мгновенное изменение давления в системе (в момент открытия крана, отключения или подключения новых потребителей, включения или выключения насоса и т.п.) вызывало бы постоянное срабатывание реле. А это, в свою очередь, ведет к нестабильности подачи, перегреву или поломке электродвигателя, поломке реле.

Так как вода практически не сжимаема, то включение насоса в системе с реле давления, но без гидроаккумулятора, вызвало бы мгновенное увеличение давления в системе и реле тут же среагировало бы на это и отключило насос. С другой стороны, при открытии крана давление тут же упало бы и реле среагировав, включило насос.

Коэффицент сжимаемости воды = 5 x 10^10 1/ Па. Т.е. увеличение давления воды (напора, создаваемого насосом) практически не вызывает изменения её объема (это сотые доли процента). Поэтому давление менялось бы в системе с большой скоростью, что вызывало бы постоянное срабатывание реле.

Иногда бывает так, что насос выключается даже в то время, когда потребители пользуются водой. Однако такой режим работы нежелателен (поскольку через короткое время насосу опять придется включиться) и говорит о том, что подбор насоса и/или настройки всей системы выполнены неправильно (в большинстве таких случаев надо изменить настройки реле давления).

Общая конструкция гидробака состоит из таких элементов:

Для чего используется гидроаккумулятор?

Действует гидробак совместно с насосом (таким, например, как Leo 3.0), и выполняет немаловажную работу:

1. В устройстве всегда присутствует определенный объем воды под давлением. Благодаря этому запасу удается избегать кратковременных частых включений насоса, которые привели бы его в негодность за очень короткое время.
2. Прибор стабилизирует давление в трубах, удерживает показатель напора на одном уровне. Таким образом он не допускает гидроудара, возникающего при срабатывании насосного устройства.
3. При аварийном отключении воды в нем всегда остается небольшой резерв.

Без этого специального резервуара при обустройстве автономного водопровода не обойтись. Гидроаккумулятор часто путают с расширительным баком, монтируемым в системах отопления. И хотя приборы внешне ничем не отличаются, расчет параметров ГА, его установка и подключение имеет свои особенности.

1. Конфигурация. Все гидроаккумуляторы подразделяются на приборы с горизонтальным и вертикальным баками. Кроме отличий в монтаже, есть и еще один нюанс. Стравливать воздух в моделях горизонтальной ориентации можно лишь через краник, одновременно сливая часть воды. Это же относится и к вертикальным ГА вместимостью до 50 л. В более габаритных гидроаккумуляторах этой разновидности имеется пневмоклапан, и удаление воздушных пузырей производится намного быстрее и эффективнее.
2. Колба. Именно она служит емкостью для накапливания излишков воды в системе и отдачу ее обратно (при необходимости), тем самым стабилизируя давление в трубе. Данное РТИ нередко называют «грушей», мембраной, внося некоторую путаницу в понятия. В чем особенность этой детали для РТИ? Дело в том, что в расширительных баках закрытого типа для систем отопления также используются колбы. А потому не все рядовые потребители, да и некоторые менеджеры знают, что подобные РТИ не являются взаимозаменяемыми. Считается, что главное – в идентичности размеров. Но это в корне неверно.
   • Для мембран гидроаккумуляторов используется только резина категории «пищевая». Так как РТИ находится в постоянном контакте с водой, это более чем важно. А вот для расширительного бака не принципиально, а потому и РТИ для него берется не столь высокого качества, и стоят изделия дешевле.
   • Специфика работы ГА такова, что его колба постоянно подвергается динамическим нагрузкам, и иногда довольно значительным. Второе требование к резине – прочность в сочетании с эластичностью. Применительно же к расширительному баку отопления это не столь важно – система инертна, работает стабильно, без резких скачков давления (даже при протечках).

При выборе гидроаккумулятора для системы ГВС нужно учитывать, что его колба изготавливается из разных материалов. Отличия – в способности выдерживать предельные температуры. Для каучука (более дешевый вариант) это +50. Мембраны бутиловые не разрушаются и при +95, но стоят дороже, и используются лишь в системах отопления, то есть для оснащения расширительных баков. Приобретать для горячего водопровода нецелесообразно – лишняя трата денег.

Принцип работы гидроаккумулятора основан на накапливании гидравлической энергии воды и последующем её использовании. Ниже рассмотрен принцип работы гидроаккумулятора на примере наиболее распространённой схемы подключения с повысительным или скважинным насосом.

Принцип работы гидроаккумулятора основан на накапливании гидравлической энергии воды и последующем её использовании. Ниже рассмотрен принцип работы гидроаккумулятора на примере наиболее распространённой схемы подключения с повысительным или скважинным насосом.

Эластичная мембрана герметично разделяет объём бака на две полости — газовую и водяную. Мембрана может растягиваться таким образом, что весь объём гидроаккумулятора будет заполнен газом или водой. Газовая полость соединена с атмосферой через ниппель и с помощью компрессора в ней может быть создано начальное давление. Водяная полость через патрубок соединяется с трубопроводом водоснабжения.

Зарядка гидроаккумулятора водой начинается по сигналу датчика давления который при достижении значения Pmin подаёт сигнал на включения насоса. Работа насоса приводит к повышению давления в системе водоснабжения до максимально допустимой отметки Pmax и поступлению в гидроаккумулятор резервного объёма воды, при этом газ сжимается и доля занимаемого им объёма в баке уменьшается. Насос настраивается на давление включения Pmin и давление выключения Pmax.

Незначительный разбор воды, такой как, открытие одного крана, не ведёт к включению насоса, а покрывается водой вытесняемой сжатым газом из гидроаккумулятора. После вытеснения из гидроаккумулятора всего запаса воды и достижении минимального давления, поступит сигнал на включение насоса.

В разделе сайта расчёты приведена программа которая поможет вам определить начальное давление газового пространства Pг, давление включения Pmin и давление выключения Pmax насоса, под конкретные условия.

Внимание! Гидроаккумулятор предназначен для чистой питьевой воды. Запрещается использовать для горючих, химически активных жидкостей, а также воды, содержащей абразивные вещества и прочие твердые предметы, которые приводят к интенсивному износу мембраны.

Гидроаккумуляторы различают пневматические, грузовые и пружинные. В гидроприводах тракторов, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин получили распространение пружинные и пневматические поршневые гидроаккумуляторы.

Гидроаккумуляторы предназначены для накопления энергии при помощи насоса в период его недогрузки и отдачи ее в короткий отрезок времени, когда потребляемая мощность превышает мощность, развиваемую насосом.

В случае, если работа гидросистемы происходит весьма неравномерно, то, включив гидроаккумулятор, можно уменьшить пульсацию давления, вызванную неравномерностью работы насоса, и повысить коэффициент полезного действия гидросистемы. Кроме того, гидроаккумулятор как присоединенная емкость сглаживает гидравлические удары.

На тракторах гидроаккумуляторы применяют в системах гидропневматического пуска, для поддержания заданного давления в гидроувеличителях сцепного веса при холостой работе насоса и постоянного давления в нагнетательной магистрали гидросистемы с нерегулируемыми насосами.

Гидроаккумуляторы различают пневматические, грузовые и пружинные. В гидроприводах тракторов, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин получили распространение пружинные и пневматические поршневые гидроаккумуляторы.

Рис. Акумуляторы:
а — пружинный; б — пневматический; 1 — корпус; 2 — поршень; 3 — пружина; 4 — стальной корпус; 5 — газовая камера; 6 — уплотнительные кольца; 7 — жидкостная камера.

В качестве накопителя энергии в данном случае является сжатый газ. При отдаче жидкости из гидроаккумулятора в гидросистему он расширяется внутри корпуса, благодаря этому давление уменьшается и, наоборот, при поступлении жидкости в гидроаккумулятор газ сжимается, а его давление увеличивается. Поэтому при работе аккумулятора возникают колебания давления. Величину этих колебаний оценивают коэффициентом неравномерности давления.

По условиям ведомственных органов Котлонадзора гидроаккумуляторы должны иметь не менее чем четырехкратный запас прочности и испытаны под давлением в 1,5—2 раза, превышающем рабочее давление.

В таких устройствах для нормализации давления используется механическая энергия, образующаяся при сжатии пружины, которая необходима для накопления энергии гидравлической жидкости и ее возврата в магистраль.

Особенности работы разных видов устройств

Грузовые

Это первые гидроаккумуляторы – их изобрел англичанин Джозеф Брама. Простейшая конструкция работает по принципу использования потенциальной энергии груза, расположенного на определенной высоте: груз давит на жидкость, тем самым создавая давление. Впервые это устройство было использовано для создания так называемого пивопровода, по которому пиво подавалось из бочонков в подвале наверх, в бар. В дальнейшем устройство стало применяться в бытовых водопроводных системах.

Преимущества: поддержание постоянного давления гидроаккумулятора, большой объем, доступная стоимость.

Недостатки: небольшая энергоемкость, низкое давление, большие габариты, высокая инерционность, недостаточная надежность (риск течи уплотнителя поршня).

Пружинные

В таких устройствах для нормализации давления используется механическая энергия, образующаяся при сжатии пружины, которая необходима для накопления энергии гидравлической жидкости и ее возврата в магистраль.

Преимущества: большая энергоемкость, доступная стоимость.

Недостатки: небольшой рабочий объем, высокая инерционность, зависимость давления от качества пружины и объема наполнения, невысокая надежность (кроме повреждения уплотнителя поршня, есть вероятность поломки и деформации пружины).

Пневмогидравлические

Преимущества: большая энергоемкость, небольшие габариты, различные варианты исполнения (горизонтальное или вертикальное расположение бака), минимальная инерционность, простота и надежность.

Недостатки: давление зависит от скорости заполнения резервуара и может меняться в зависимости от объема жидкости.

Если давление увеличено, гидробак вбирает в себя меньше воды, то есть уменьшается временной промежуток между включением-отключением. Если оно уменьшено, воды поступает больше, давление растёт выше допустимого предела. Это приводит к разрыву мембраны и, как следствие, – выключению гидроаккумулятора из системы.

Зачем гидроаккумулятор системе водоснабжения и как он работает

Принцип работы гидроаккумулятора в системе подачи воды основан на применении реле давления, подстроенного под установленные пороги максимума и минимума давления. Оно включает насос при падении давления ниже заданного предела (1,5 атм.), и отключает, когда давление повышается до 3 атм.

Вода не может сжиматься. Поэтому, когда насос подключается или отключается, происходят скачки давления, увеличивающие износ деталей, сокращая период его службы.

Принцип работы гидроаккумулятора предусматривает выравнивание давления. Включаясь, насос подаёт воду в кран и одновременно медленно заполняет гидроаккумулятор. Вода в ёмкости бака накапливается и, уплотняя воздух между мембраной и корпусом, медленно увеличивает давление, которое заполняет кран.

При достижении 3 атм. насос отключается, вода расходуется из гидробака, давление падает до установленного предела, происходит включение насоса, он снова выдаёт воду в кран и наполняет гидроаккумулятор. Устройство гидроаккумулятора для систем водоснабжения в быту предусматривает 1-1,2 атмосферы разницы между верхним и нижним порогами.

Принцип работы гидроаккумулятора — Фото 06

Временной промежуток между включением и выключением (предельное количество включений насоса в час) для бытовых насосов составляет 20 вкл./час. Гидробак увеличивает время между включением-выключением, сокращает количество подключений насоса.

Гидроаккумуляторы бывают разной ёмкости: 24 л (бытовые), 100, 300, 500 – промышленные. Чем больше ёмкость, тем реже включается и выключается насос.

Предварительное давление в ёмкости устанавливается на одну-две десятые ниже, чем давление на этапе включения насоса. Это – норма.

Гидроаккумуляторы разной ёмкости — Фото 07

Между стенкой бака гидроаккумулятора и мембраной закачан воздух. Вода от насосной станции поступает внутрь мембраны через штуцер. Так как мембрана эластичная она растягивается при увеличении давления воды внутри нее. Давление в гидроаккумуляторе контролирует реле давления. Реле давления не только контролирует, но и отключает подачу воды при достижении нужного давления воды. Обычно до 3 бара.

Конструкция гидроаккумулятора

Любое гидротехническое устройство или система имеет две важные составляющие. Это воздух и вода. Что бы мы ни рассматривали :водопровод дома, систему отопления, насосы, гидроаккумулятор, расширительный бак, везде воздух и вода соприкасаются друг с другом. В водопроводных системах их соприкосновение не допустимо (воздушные пробки), а в других системах вода и воздух выступают во взаимном тандеме. Одно из таких устройств это гидроаккумулятор.

По конструкции гидроаккумулятор разделен на две части. Одна часть гидроаккумулятора заполняется водой, вторая часть заполняется воздухом. Разделены эти части специальной мембраной или «грушей». Мембраны изготавливаются из каучука, битулина или этиленпропилена(EPDM).

Вся конструкция гидроаккумулятора заключена в корпус, изготовленный из углеродной стали или нержавеющей стали.

В бак гидроаккумулятора поступает вода из источника водоснабжения дома и закачивается воздух, для регулирования потоков воды и воздуха служат специальные мембраны. Гидроаккумулятор комплектуется вспомогательными устройствами циркуляции воды (от застоя) и датчиками разрыва мембраны.

Рассмотрим работу гидроаккумулятора подробнее

На сегодняшний день существуют две основные разновидности гидроаккумуляторов:

Принцип действия

Этапы работы гидробака. (Для увеличения нажмите) Читатель может задаться вполне логичным и резонным вопросом: а как же взаимодействуют вышеуказанные конструктивные компоненты гидроаккумулятора?

Принцип же действия гидробака заключается в следующих важных моментах:

В результате цикличного повторения вышеуказанных действий, как раз и происходит стабильное функционирование гидробака в системе водоснабжения.

Главная опасность при этом состоит в том, что неумелое обращение с устройством может привести к соскальзыванию края мембраны внутрь металлического корпуса. В результате работу придется переделывать. Чтобы этого не случилось, рекомендуется затягивать соединительные болты постепенно, чтобы обеспечить равномерное натяжение мембраны. Проблемы возникают, когда один болт полностью затянут и только после этого начинают работу со следующим. Край мембраны при этом смещается и может соскользнуть.

Виды мембранных баков и их особенности

Различают вертикальные и горизонтальные гидробаки, которые по разному крепятся в месте установке. Есть еще один важный момент. В той части гидробака, которая содержит воду, со временем может накапливаться небольшое количество воздуха. Этот воздух следует периодически удалять, чтобы в систему не попали довольно опасные для нее воздушные пробки. В вертикальных емкостях воздух скапливается вверху и для его отведения используется специальный ниппель.

С горизонтальными гидробаками все несколько сложнее. Для стравливания скопившегося воздуха здесь понадобится не только ниппель, но и шаровой кран, а также канализационный слив.

Владельцам небольших гидробаков, емкость которых составляет менее 100 л, необходимо избавляться от избытка воздуха иначе. Для этого следует:

1. Отключить электропитание.
2. Открыть кран смесителя.
3. Дождаться, пока бак опустеет.
4. Закрыть кран.
5. Подключить систему к электропитанию, чтобы бак снова наполнился.

Избыточный воздух выйдет вместе с водой. Эту процедуру следует проделывать не реже одного раза в месяц.

Гидробаки красного цвета предназначены для систем горячего водоснабжения. Хотя мембрана в них выполнена из довольно прочной резины, их не следует использовать для подачи холодной воды

Обычно вода поступает в накопитель снизу, а сверху, как уже отмечалось, находится ниппель, через который отводят воздух. Поэтому в каждом устройстве имеется два резьбовых соединения (обычно дюймовые или в полдюйма), которые не следует путать. На верхний ниппель нередко устанавливают автоматическое устройство для отведения воздуха.

Иногда бывают ситуации, когда вода подается в гидробак сверху. Считается, что в этом случае автоматическое отведение воздуха не понадобится. Но следует позаботиться о фильтре, чтобы в систему не попадали частички песка или другие загрязнения.

Обратите внимание! Потребителю предлагают самые разнообразные модели гидробаков зарубежного и отечественного производства. Не все импортные устройства адаптированы для российской системы водоснабжения, что заметно снижает сроки их бесперебойной эксплуатации. Как показала практика, отечественные гидробаки высокого качества служат дольше.

По мере накачивания воды насосом мембрана сжимает воздух (ниппель не дает ему выйти) и создается избыточное давление. В дальнейшем именно оно создает стабильный напор воды для потребителей. Реле давления отслеживает его изменения и при достижении минимума (когда гидроаккумулятор практически опустошен) включает нагнетательный насос. Начинается заполнение гидробака, и цикл повторяется по новому.

Правила эксплуатации

Установив гидроаккумулятор нужно соблюдать в дальнейшем три несложных правила: