Принцип работы гидроаккумулятора

Принцип работы гидроаккумулятора

Специальная емкость, которой является гидроаккумулятор для систем водоснабжения, предназначается для бытового и промышленного использования. Назначение этого изделия заключается в принятии на себя некоторого объема жидкости и избыточного давления, имеющегося в системе.

Современный автономно функционирующий водопровод обязательно укомплектовывают резервуаром, в котором хранится определенный объем воды. Самым простым вариантом данного устройства является металлический или пластиковый бак, располагаемый на чердаке.

Правда, сейчас гидроаккумуляторы уверенно вытесняют стандартные накопители. Дело в том, что они намного удобнее и оказывают лучшее влияние на состояние всей системы водоснабжения объекта недвижимости.

Принцип работы гидроаккумуляторов

Эти устройства также называют аккумуляторными или напорными баками и гидробаками для систем водоснабжения. Внешне гидроаккумулятор выглядит как металлическая емкость, разделенная внутри на две части при помощи специальной резиновой прокладки – мембраны. Этот элемент прочно закрепляют у горловины бака, где имеется отверстие для поступления жидкости.

На противоположной стороне аккумулятора располагается еще одно отверстие, предназначенное для воздуха. В этом месте устанавливают обычный ниппель, что сделано с определенной целью. Устройство гидробака имеет следующие особенности: поскольку мембрана делит его на два отделения, в одном из них находится вода, а в другом – воздух с определенной величиной давления.

Чтобы узнать этот параметр в резервуаре, пользуются манометром. Некоторые из моделей дополнительно снабжают фильтром с целью недопущения попадания загрязнений внутрь. Мембрану изготавливают из особой резины, отличающейся эластичностью и безопасностью для здоровья человека.

Принцип работы гидроаккумулятора после его подсоединения к водопроводной системе заключается в следующем: жидкость поступает из него под постоянным напором, а это позволяет повысить качество воды из водопровода и обеспечить требуемые условия для функционирования бытовых устройств.

Например, чтобы бесперебойно работала стиральная машина, ванна с гидромассажем и другая аналогичная техника, необходимо поддерживать определенную величину давления в системе водоснабжения. Почти всегда напорные баки укомплектовывают регулирующим устройством, которым является реле давления.

Можно таким образом настроить работу гидроаккумулятора в системе водоснабжения, что он будет включать /отключать подачу воды в прибор в зависимости от величины давления воздуха.

Функционирует он так:

1. По мере забора жидкости из бака в его воздушной камере понижается давление.
2. Реле после достижения минимальной отметки давления автоматически подключает насос, чтобы восполнялся объем воды.
3. В итоге давление в емкости вновь повышается.
4. Когда максимально возможное значение давления достигнуто, реле отключает водоподачу в бак.

В результате вышеописанный процесс, как работает гидроаккумулятор, позволяет значительно сократить число включений/отключений насоса, что способствует продлению ресурса функционирования техники. Если подключить насосное оборудование напрямую к автономному водопроводу, количество циклов существенно увеличивается.

Наличие напорного бака в водоснабжающей сети обеспечивает ее стабильную работу, а кроме этого, является защитой от возможности возникновения гидроударов. Помимо этого, внутри резервуара все время находится определенный запас воды, который не будет лишним в случае, например, поломки насоса.

Виды гидробаков для систем водоснабжения

Гидроаккумуляторы в зависимости от типа установки делятся на вертикальные и горизонтальные изделия. В первом случае устройства отличаются тем, что для их монтажа легче отыскать подходящее месторасположение. И вертикальные, и горизонтальные баки снабжают ниппелями.

Одновременно с водой в устройство поступает и незначительное количество воздуха. Он со временем накапливается внутри и частично занимает объем емкости. Чтобы бак функционировал исправно, необходимо периодически стравливать собравшийся воздух посредством ниппеля.

То, как устроен гидроаккумулятор вертикального типа, позволяет применять ниппель именно для этой цели. В свою очередь с горизонтальными емкостями все сложнее. Кроме ниппеля, предназначенного для стравливания воздуха, на напорный бак нужно устанавливать запорный кран и отвод в канализационную систему. Все вышесказанное имеет отношение к моделям, которые могут накапливать жидкость объемом свыше 50 литров.

Если бак меньше, тогда устройство вне зависимости от типа не имеет никаких особых приспособлений для удаления воздуха из мембраны. Но его все равно необходимо из гидробака удалять, поэтому из него периодически сливают воду, после чего вновь заполняют жидкостью.

Данную процедуру выполняют в следующей последовательности:

1. В первую очередь отключают питание насосного оборудования и реле давления.
2. Затем открывают ближайший смеситель.
3. Воду сливают, пока бак не опустеет.
4. Дальше кран закрывают, подают питание на реле и насос, после чего вода заполняет бак в автоматическом режиме.

Для автономно обустраиваемых инженерных систем используют два вида гидроаккумуляторов для водоснабжения – они бывают синего и красного цвета. Такая их особенность позволяет отличать резервуары по назначению. Синий бак применяют при обустройстве систем холодного водоснабжения, а красный аккумулятор – для функционирования отопительного контура.

Кроме цвета типы гидроаккумуляторов для водоснабжения отличаются в зависимости от характеристик материалов, применяемых для производства мембран. В любом случае используется высококачественная резина, которая предназначается для контакта с продуктами. Но в красных баках устанавливают мембраны, рассчитанные на соприкосновение с горячей водой, а в синих – с холодной.

Устройство гидробака

Конструктивно гидробак представляет собой герметичный полый цилиндр из металла.

Внутри находятся мембрана, которую еще называют «груша», из специальной резины – бутила или синтетического этилен-пропиленового каучука.

Эти материалы прочны, соответствуют всем санитарно-гигиеническим требованиям и устойчивы к бактериям. Мембрана разделяет полость на две части, в одной из которых накапливается вода. Вторая занята сжатым воздухом, который и выталкивает воду из гидробака в систему при открытии крана.

Работа гидроаккумулятора происходит циклично:

1. При уменьшении давления воды в системе (когда вода из гидробака уже выбрана) срабатывает датчик давления, и происходит запуск насоса для подачи воды.
2. «Груша» заполняется водой, ее объем увеличивается. Воздух сжимается, давление в баке растет.
3. Реле давления подает сигнал, и насос прекращает свою работу.
4. При потреблении воды вновь срабатывает реле давления и цикл повторяется.

Существует ряд причин, для чего нужен гидроаккумулятор в системе водоснабжения:

1. Главная задача – благодаря гидроаккумулятору запуск и выключение насоса происходят реже. Двигатель не перегревается и дольше не выходит из строя.
2. Кроме создания запаса воды накопитель смягчает гидравлические удары в системе водопровода. Воздух, содержащийся внутри баллона, уменьшает перепады давления в трубопроводе благодаря способности к сжатию. Как итог, меньше изнашиваются все элементы системы.
3. Во время отключения электричества в гидробаке остается резервный запас воды, что важно при частых перебоях случае в электроснабжении.

Типы конструкций и их устройство

В зависимости от используемого насоса и расположения насосной станции, в быту применяются гидроаккумуляторы горизонтальной и вертикальной установки.

Такие типы формовки позволяют вписать их в пространство любого технического помещения. Устанавливать агрегат нужно с расчетом на его удобное обслуживание. Нужно предусмотреть доступ для ремонта и, при необходимости, слива воды.

Наиболее рационально подключение горизонтальных гидробаков к наружным насосам, а вертикальных – к погружным, но в любом случае окончательное решение надо принимать на месте в зависимости от параметров всей системы.

В работе агрегатов принципиальных отличий нет. Разница в способе стравливания лишнего воздуха, который скапливается во время эксплуатации в водопроводной системе. При больших объемах воды, проходящей через накопитель, из нее выделяется растворенный воздух. Он может создавать воздушные пробки и затруднять работу системы.

В конструкциях с вертикальным расположенным цилиндром отверстие с клапаном находится в верхней части агрегата, т.к. воздух собирается в верхней части цилиндра. В горизонтальных гидробаках обычно такого устройства нет. Требуется дополнительный монтаж трубопровода из шарового крана, сливной трубки и ниппеля.

В накопителях объемом до 100 л устройств для выпуска воздуха нет. Лишний газ удаляется после полного слива воды.

Для чего необходим такой накопитель?

При наличии гидробака цикл включения-отключения насоса происходит только при необходимости наполнить бак достаточным запасом воды.

Если бы гидроаккумулятора не было, насос включался бы каждый раз, когда кто-то из домочадцев открывает кран.

Наличие накопительного бака в системе позволяет:

• значительно увеличить срок эксплуатации скважинного насоса;
• предупредить вред от возможных гидроударов в системе;
• поддерживать в системе определенное давление;
• предотвратить поломки элементов системы водоснабжения и сантехнического оборудования.

Принцип работы гидроаккумулятора

Основной задачей гидроаккумулятора является накопление энергии жидкости, значит он должен вмещать некоторый объем жидкости и содержать какой-либо механизм накопления энергии. Рассмотрим несколько возможных вариантов накопления энергии: груз поднятый на высоту обладает потенциальной энергией, так же как сжатая пружина или сжатый газ. Эти механизмы используются для накопления энергии.

Жидкость, поступая в полость аккумулятора, передает энергию устройству накопления — поднимает груз, сжимает пружину или газ. При необходимости накопленная энергия используется для подачи жидкости под давлением из аккумулятора в систему.

Виды гидроаккумуляторов

• грузовые
• пружинные
• гидропневматические

Устройство грузового гидроаккуммулятора

В грузовых гидроаккумуляторах, на жидкость действует нагрузка вызванная силой тяжести. При зарядке такого аккумулятора жидкость поступает под поршень 1 на котором установлен груз 2, при поступлении жидкости поршень вместе с грузом поднимается. При разрядке груз давит на поршень, которые передает энергию жидкости 3 под давлением, истекающей из гидроаккумулятора.

Расчет давления в грузовом гидроаккуммуляторе

В грузовом гидроаккумуляторе давление жидкости прямо пропорционально массе давящего груза и обратно пропорционально площади поршня.

Давление будет постоянным независимо от объема оставшейся жидкости, так как оно определяется только массой груза и площадью поршня.

Устройство пружинного гидроаккуммулятора

При зарядке пружинного гидроаккумялятора вместо поднятия груза поршень 1 сжимает пружину 2. При разрядке пружина, разжимаясь, передает накопленную энергию воздействуя на поршень, который в свою очередь давит на жидкость 3.

Расчет давления в пружинном гидроаккуммуляторе

В пружинном гидроаккумуляторе давление жидкости зависит от жесткости и величины перемещения пружины.

Давление в аккумуляторе будет уменьшаться по мере уменьшения объема жидкости в аккумуляторе, так как усилие пружины зависит от величины сжатия.

Гидропневматические аккумуляторы

Наибольшее распространение в технике получили гидропневматические аккумуляторы, которых механическая пружина заменена запертым объемом с газа.

Различают гидропневматические аккумуляторы с разделителем и без него.

Гидропневиоаккумуляторы без разделителя используются редко, т.к. при больших величинах давления аккумулирующим газом будет насыщаться рабочая жидкость, что в гидравлике нежелательно. В качестве разделительных элементов используются, поршни, баллоны и мембраны. Ознакомимся с конструкцией самых распространенных пневмогидравлических аккумуляторов.

Баллонный пневмогидроаккумулятор

В аккумуляторах этого типа, газ, находится в баллоне 1, который расположен в корпусе 2. Для заправки гидропневмоаккумулятора газом предназначен зарядный вентиль 3. Клапан 4 ограничивает расширение баллона при отсутствии в полости жидкости под давлением. Подвод рабочей жидкости осуществляется через канал 5.

Баллоные аккумуляторы рекомендуется устанавливать вертикально, хотя в некоторых случая допустимо и горизонтальное расположение.

Мембранный бак для водоснабжения: функции и применение

Представитель интересующего нас семейства— горизонтальный гидроаккумулятор

Наша сегодняшняя тема — баки мембранные для систем водоснабжения. Мы выясним, как они устроены и в каких целях используются, а также познакомимся с несколькими схемами включающих их систем. Приступим.

А ты кто такой

Устройство мембранного бака для водоснабжения не отличается сложностью: он состоит из тонкостенной стальной емкости (из черной стали с эмалевым покрытием, реже — из нержавеющей стали), разделенной грушевидной мембраной на два отсека. Один предназначен для воды, второй — для воздуха. Водяной отсек снабжен патрубком для подключения к водопроводу, воздушный имеет ниппель для накачки.

Обратите внимание: воздушный отсек в заводских условиях часто заполняется азотом. Бескислородная среда препятствует коррозии стальных стенок.

Наряду с воздухом бачок может быть наполнен азотом

Производители нередко используют цветовую маркировку изделий.

Преобладают два вида окраски:

1. Мембранный бак для горячего водоснабжения и отопления окрашивается в красный цвет;

Расширительные бачки для ГВС и отопления чаще всего окрашиваются в красный цвет

1. Мембранный бак для холодного водоснабжения обычно синий.

Однако: такой маркировки придерживаются далеко не все изготовители этих изделий. Автору статьи встречались черные, серые, голубые и зеленые бачки.

Небесно-голубой мембранный бак для системы водоснабжения — модель WAV от Wester

Бак мембранный Reflex для систем водоснабжения и отопления окрашен в серый цвет

Функции

Зачем используются баки мембранные для водоснабжения?

Они могут выполнять несколько функций:

• Создавать запас воды. Сжатый воздух в воздушном отсеке гидроаккумулятора создает избыточное давление, обеспечивающее корректную работу санитарной и бытовой техники;

Отключения воды? Не, не слышали

• Экономить ресурс насоса (обеспечивающего автономную подачу воды или повышающего ее напор), делая его включения более редкими. Максимальная нагрузка на механику и обмотку насоса создается при его запуске, поэтому срок службы оборудования обратно пропорционален количеству циклов включения и выключения;

На фото — Reflex DE: мембранный бак для систем водоснабжения работает в паре с погружным скважинным насосом

• Компенсировать температурное расширение воды при ее нагреве. Увеличение объема жидкости в замкнутом пространстве приводит к стремительному росту давления, угрожающему целостности водопровода и бойлера;

Расширительный бачок обеспечивает безопасную работу бойлера косвенного нагрева

Справка: на входе накопительного водонагревателя всегда монтируется обратный клапан, исключающий сброс нагретой воды и осушение нагревательного элемента при отключении магистрального водопровода. Именно клапан делает объем, ограниченный бойлером и водопроводом ГВС, замкнутым.

• Гасить гидроудары. Монтаж мембранного бака водоснабжения делает эксплуатацию водопровода более безопасной: воздух в нем исполняет роль демпфера.

Гидроудар может привести к повреждению труб и сантехники

Расчет

Как выполняется расчет мембранного бака для водоснабжения?

Начнем с небольшого отступления.

Нужно понимать, что в процессе эксплуатации бачок заполняется водой не полностью. Часть его объема занята воздухом. Соотношение полного и эффективного объема зависит от давления накачки (давления в воздушном отсеке в отсутствие воды) и давления в водопроводе.

Обычно, эффективная ёмкость бачка составляет 30-60% от полного объёма. К примеру, бак мембранный для водоснабжения 100 литров, фактически вмещает в себя не больше 60 литров жидкости.

Коэффициент полезного объема в зависимости от давления воздуха и воды

Гидроаккумулятор Wester WAV 100 на практике вмещает не больше 60 литров воды

Если установка мембранного бака водоснабжения нужна для создания запаса воды (в том числе при работе насоса), действует простое правило: больше — лучше. А вот если устройство используется для компенсации температурного расширения при нагреве жидкости, системе необходим более точный расчет.

При нагреве с 10 до 100 градусов по шкале Цельсия вода увеличивает свой объем на 4,34%.

Зависимость между увеличением температуры и объема воды

Казалось бы, все просто: мембранный расширительный бак для водоснабжения должен иметь объем, равный 4-5% от объема бойлера.

Однако мы упускаем пару нюансов:

1. Как мы только что выяснили, мембранные расширительные баки для горячего водоснабжения вмещают гораздо меньшее по сравнению со своим полным объемом количество воды;
2. Следует учитывать объем как бойлера, так и водопровода: жидкость в нем тоже нагревается с сопутствующим нагреву увеличением объема.

С учетом этих тонкостей мембранный расширительный бак для систем водоснабжения должен иметь объем в 10% от объема бойлера.

Расширительный бачок должен быть 10 раз меньше бойлера

Давление

Каким должно быть давление в мембранном баке системы водоснабжения?

Нормой считаются 1,2-1,7 атмосферы для бачков объемом 20-25 литров и 1,8-2 атмосферы для больших объемов. Однако давление зарядки гидроаккумулятора нельзя рассматривать в отрыве от оборудования, которое работает в одной упряжке с ним.

Приведем конкретный пример. Предположим, что гидроаккумулятор подключен к насосу с автоматическим реле давления. Реле включает насос при давлении 1,5 кгс/см2 и выключает при 3 кгс/см2.

Автоматическое реле для насоса

Давление накачки бачка равно 1,7 атмосферы.

Что будет происходить при работе такой системы:

1. По мере расхода воды давление в системе будет падать;
2. В момент, когда в бачке останется несколько миллилитров воды, оно опустится до 1,7 атмосферы (давления накачки);
3. После того, как воздух вытеснит из гидроаккумулятора всю воду, датчик давления зарегистрирует его мгновенное падение с 1,7 кгс/см2 до нуля, и лишь тогда реле включит насос. С практической стороны это означает, что подача воды будет осуществляться с кратковременными перерывами.

Между прочим: при наличии в системе насоса с плавным пуском перебои могут длиться 5-10 секунд.

Неправильно подобранное давление в гидроаккумуляторе приведет к перебоям в подаче воды

Отсюда — практическая инструкция: давление в гидроаккумуляторе должно быть незначительно (примерно на 10%) ниже давления включения автоматического реле.

Как накачиваются мембранные расширительные баки для водоснабжения и гидроаккумуляторы? Как замеряют давление в них?

Обе операции осуществляются через стандартный автомобильный ниппель. Автор использует для накачки велосипедный насос или автомобильный компрессор с манометром.

Накачка воздуха в гидроаккумулятор с помощью автомобильного компрессора

Обратите внимание: ниппель часто скрыт под металлической или пластиковой крышкой. Она защищает его от загрязнений или случайного стравливания находящегося под давлением воздуха.

Ниппель закрыт откручивающейся пластиковой крышкой

Неисправности и ремонт

Что ломается в мембранных бачках и можно ли устранить их неисправности своими руками? Типовая неисправность у этих устройств одна — разрыв эластичной мембраны.

На фото хорошо виден разрыв мембраны гидроаккумулятора

Она непрерывно деформируется в процессе эксплуатации и рано или поздно выходит из строя.

• Если гидроаккумулятор используется в качестве резервного источника воды, ее напор при перекрытом вводе падает сразу после открытия крана;
• Если гидроаккумулятор работает в системе с насосом и автоматическим реле, на разрыв мембраны указывают частые (при каждом открытии крана) включения насоса;
• Неисправные баки расширительные мембранные для систем водоснабжения выдает срабатывание предохранительного клапана и слив воды в дренаж.

Полезно: чтобы убедиться в наличии неисправности, нажмите на шток воздушного ниппеля. Если оттуда капает вода — мембрана лопнула.

К счастью, мембраны для расширительных баков для водоснабжения продаются отдельно от них. Для замены в большинстве случаев достаточно отсоединить бачок от водопровода и, открутив несколько болтов, снять фланец под соединительным патрубком.

Для доступа к мембране нужно открутить болты и снять фланец со стороны патрубка для подключения к водопроводу

Мембранный бак Reflex для водоснабжения вскрыт для замены мембраны

Схемы

Как подключить гидроаккумулятор или расширительный бачок? Подключение баков мембранных для водоснабжения вполне предсказуемо зависит от выполняемых ими функций.

Резервная емкость

Функция мембранного бачка: создание резерва воды.

Подключение: к любой точке водопровода после ввода. Ввод должен быть укомплектован обратным клапаном, исключающим сброс воды при отключении и сбросе магистрального водопровода.

Гидроаккумулятор подключен к водопроводу ХВС

Скважина

Функция: бачок исполняет роль ресивера, позволяя насосу простаивать при небольшом расходе воды.

Подключение: гидроаккумулятор присоединяется к любой точке водопровода после насоса и обратного клапана.

Схема подачи воды из скважины

Клапан может монтироваться на двух участках системы:

1. В случае погружного насоса — на его выходном патрубке;

Обратный клапан на выходном патрубке погружного насоса

1. В случае поверхностного насоса — на всасывающей трубе.

Обратите внимание: в последнем случае клапан обычно дополняется фильтром механической очистки.

Клапан с фильтром

Насосная станция

Насосная станция — комплекс оборудования, включающий реле давления, гидроаккумулятор и поверхностный насос (см. Как подобрать насосную станцию). Она используется для подачи воды из открытого водоема, неглубокой скважины или накопительного бака. Гидроаккумулятор подключен к насосу (как правило, гибкой подводкой); к водопроводу присоединяется выходной патрубок насосной станции.

Вот ключевые особенности ее монтажа:

• Всасывающая труба должна иметь как минимум такой же внутренний диаметр, как всасывающий патрубок станции;
• На всасывающей трубе должен стоять обратный клапан;

Обратный клапан стоит на всасывающем патрубке

• Если насосная станция используется для подачи воды из наполняющейся через поплавковый клапан резервной емкости, между врезками выхода станции и заливного клапана емкости на вводе должен стоять еще один обратный клапан.

Борьба с гидроударами

Функция: гашение гидроударов.

Подключение: на вводе ХВС и/или ГВС без дополнительной арматуры. При коллекторной разводке труб мембранные бачки небольшого объема подключаются к коллекторам водоснабжения.

Бачок для гашения гидроударов установлен на коллекторе

Температурное расширение

Функция: мембранные расширительные баки для горячего водоснабжения компенсируют расширение воды при росте температуры и исключают опасное увеличение давления в бойлере.

Подключение: к водопроводу ГВС сразу после бойлера.

Расширительный бак подключен к водопроводу ГВС рядом с бойлером

На входном патрубке водонагревателя должно стоять два клапана:

1. Обратный. Его функции уже упоминались: он предотвращает слив нагретой воды в водопровод ХВС;
2. Предохранительный. Он дублирует функцию расширительного бачка на случай разрыва его мембраны и сбрасывает в дренаж избыток воды при критическом росте давления.

Односторонний предохранительный клапан для бойлера совмещает функции двух элементов арматуры

Заключение

Надеемся, что нам удалось удовлетворить любознательность читателя. Узнать больше о том, как функционирует система водоснабжения с мембранным баком, вам поможет видео в этой статье. Успехов!