Гідроакумулятор. Призначення, налаштування, вибір обсягу.

Гідроакумулятор (розширювальний мембранний бак) служить для підтримки тиску в напірній системі водопостачання, і при використанні спільно з реле тиску дозволяє створити автоматичну станцію на базі занурювального або поверхневого насоса. Основне призначення гідроакумулятора в системі - підтримка та плавна зміна тиску рідини в системі.

Додаткові функції, які виконує гідроакумулятор, є:

• Захист від гідроудару (зміни тиску в рідині, викликаного миттєвою зміною її швидкості)
• Забезпечення мінімального запасу води
• Обмеження повторно короткочасних включень насоса

Таким чином, саме гідроакумулятор дозволяє уможливити використання реле тиску і автоматизувати процес подачі води. Без гідроакумулятора, реле не може працювати коректно, оскільки миттєва зміна тиску в системі (у момент відкриття крана, відключення або підключення нових споживачів, включення або вимикання насоса тощо) викликало постійне спрацювання реле. А це, у свою чергу, веде до нестабільності подачі, перегріву чи поломки електродвигуна, поломки реле.

Так як вода практично не стискається, то включення насоса в системі з реле тиску, але без гідроакумулятора викликало б миттєве збільшення тиску в системі і реле відразу зреагувало б на це і відключило насос. З іншого боку, при відкритті крана тиск відразу впав би і зреагувавши реле, включило насос.

Коефіцієнт стисливості води = 5 x 10^10 1/ Па. Тобто.збільшення тиску води (напору, створюваного насосом) мало викликає зміни її обсягу (це соті частки відсотка). Тому тиск змінювалося б у системі з великою швидкістю, що викликало постійне спрацьовування реле.

Потрібно чітко усвідомити, що гідроакумулятор ніякого тиску не створює і споживачеві воду сам не хитає - все це робить насос. Він тільки підтримує тиск рідини, який у ньому створено насосом і подає воду в той момент часу, поки відкритий кран споживача і насос не включився. Наприклад питання «Який об'єм гідроакумулятора мені потрібен, якщо у мене два душі?» не зовсім коректний. Тому що при користуванні душем (одним або двома), гідроакумулятор подає воду тільки до моменту включення насоса, а потім весь час користування воду подає тільки насос. І зупиниться він лише після того, як усі крани перекриються і тиск у баку підніметься до тиску вимикання.

Іноді буває так, що насос вимикається навіть тоді, коли споживачі користуються водою. Однак такий режим роботи небажаний (оскільки через короткий час насос знову доведеться включитися) і говорить про те, що підбір насоса і / або налаштування всієї системи виконані неправильно (у більшості таких випадків треба змінити налаштування реле тиску).

Будь-який гідроакумулятор розділений мембраною на дві порожнини: повітряну та водяну. За рахунок подачі води під тиском у водяну порожнину бака, мембрана розширюється та стискає повітря у повітряній порожнині. Тим самим мембрана врівноважена тиском із двох сторін (P1V1 = P2V2). Тиск буде зростати доти, доки насос не відключиться за вставкою реле тиску (тиск відключення насоса).У момент початку витрати води повітря тисне на мембрану, тим самим виштовхуючи воду з гідроакумулятора. Тиск води повільно падає і при досягненні тиску включення насоса реле замкне контакти і насос запуститься. Така важлива схема автоматичної роботи насоса разом з гідроакумулятором та реле тиску.

Яким має бути тиск повітря у повітряній порожнині гідроакумулятора?

Тиск повітряної порожнини гідроакумулятора повинен бути на 10% менше тиску включення насоса.

Причому тиск повітря слід вимірювати лише на відключеному від системи баку (без тиску води). Тиск повітря потрібно регулярно контролювати і при необхідності наводити в норму, це помітно продовжить життя мембрані. З цією ж метою не рекомендується робити перепад тиску між включенням та вимкненням насоса занадто великим. Оптимальним є перепад 1,0-1,5 атм. Великі перепади сильніше розтягують (навантажують) мембрану, тим самим зменшуючи її термін служби, і більш того, великі перепади тиску не є комфортними при користуванні водою.

Гідроакумулятори рекомендується встановлювати в місцях, що не піддаються затопленню та з невисокою вологістю. У цьому випадку фланець гідроакумулятора прослужить набагато довше. Оскільки ніяких навантажень баком не сприймається, немає необхідності додаткового кріплення. Акумулятор можна просто встановлювати на підлогу на штатні опори.

При виборі конкретної марки гідроакумулятора слід звернути увагу на матеріал мембрани, наявність сертифікатів та санітарно-гігієнічних висновків, що засвідчують, що гідроакумулятор призначений для використання у системах із питною водою.Також не зайвим буде переконатись у наявності запасних мембран та фланців, щоб у разі проблем не довелося купувати повністю новий бак.

Максимальний тиск, на який розрахований гідроакумулятор, не повинен бути меншим за максимально можливий тиск у системі (наприклад, при поломці реле тиску). Саме тому більшість баків розраховані на тиск 10 бар.

Часто виникає питання, скільки води знаходиться в гідроакумуляторі?

Наприклад, якщо відключать електрику, скільки літрів води можна використовувати?

Це значення залежить від налаштувань реле тиску. Як неважко здогадатися, чим вище різниця тиску, між включенням і вимкненням насоса, тим більше води увійде в гідроакумулятор, проте цю різницю необхідно лімітувати з причин викладених вище.

Як приклад ми наводимо таблицю заповнюваності гідроакумуляторів.

Відповідно до цієї таблиці, у 200 літровому гідроакумуляторі при наступних установках реле тиску:
Увімкнення насоса - 1,5 бар
Вимкнення насоса - 3,0 бар
Тиск повітря - 1,3 бар

Запас води складе 69 літрів, що становить приблизно третину всього обсягу.

На закінчення кілька слів про необхідний обсяг гідроакумулятора.

Мінімальний рекомендований обсяг обчислюється за такою формулою:

A_max - Розрахункова максимальна витрата води (літр/хв)
К - коефіцієнт, що залежить від потужності електродвигуна насоса (див. таблицю нижче)
P_max -тиск вимикання насоса, бар
P_min - тиск увімкнення насоса, бар
P_пов. - тиск у повітряній порожнині гідроакумулятора, бар

Виберемо мінімально необхідний об'єм гідроакумулятора для системи водопостачання на базі насоса Водолій БЦПЕ 0,5-50 У з наступними установками:

P_max = 3,0 бар
P_min = 1,8 бар
P_пов. = 1,6 бар
А_max = 2,1 м³/год (35 л/хв)
K = 0,25 (оскільки потужність насоса знаходиться в діапазоні 0,55–1,5 кВт)

Вибираємо наступний найближчий об'єм гідроакумулятора – 35 л.

Зазначимо, що обсяг бака на рівні 24-50 літрів чудово узгоджується з іншими методиками розрахунку гідроакумуляторів для побутових систем водопостачання та емпіричними рекомендаціями різних виробників насосного обладнання.

Великий обсяг слід вибирати в тому випадку, якщо мають місце часті вимкнення електроенергії, проте слід пам'ятати, що в будь-якому випадку вода заповнює приблизно третину загального об'єму (див. таблицю заповнюваності). І звичайно, чим потужніший насос встановлений в систему (актуально для насосів потужністю 1,1 кВт і вище), тим більший розмір гідроакумулятора необхідно віддати перевагу, це скоротить кількість повторно-короткочасних включень і продовжить термін служби електродвигуна насоса.

Купуючи гідроакумулятори великих обсягів, треба усвідомлювати, що водою треба регулярно користуватися, оскільки при тривалому простої, її якість починає погіршуватися. Адже використовувати всю воду з гідроакумулятора об'ємом 24 або 50 літрів набагато простіше та швидше, ніж зі 100 або 200 літрового.

З моделями та цінами на гідроакумулятори можна ознайомитись у розділі «Приладдя до насосів».

Гідроакумулятор: пристрій та принцип роботи гідробака в системі водопостачання

Щоб забезпечити стабільну роботу водопроводу слід з'ясувати, що таке гідроакумулятор.Цей корисний пристрій потрібний для автоматизації роботи незалежної водопровідної системи.

Воно також дозволяє помітно продовжити термін використання насоса та захистити обладнання від гідроударів.

У цьому матеріалі ми розповімо про облаштування та принципи роботи гідроакумуляторів, а також наведемо рекомендації щодо монтажу обладнання.

Пристрій та принцип роботи

Від звичайного накопичувача гідроакумулятор відрізняє складніший пристрій, який помітно розширює його функціонал.

• металевого корпусу;
• внутрішньої мембрани;
• ніпеля;
• патрубок для води.

Мембрана розділяє ємність на дві частини, одна призначена для води, а другу підкачують повітря або інертний газ. Внаслідок цього рідина всередині пристрою знаходиться під певним тиском. Це дозволяє регулювати тиск води в системі.

Про те, для чого потрібен гідроакумулятор, зможе розповісти кожен, хто хоч раз стикався з проблемою низького напору в системі. Іноді завдання вирішують за допомогою насоса, що підвищує, але ГА - більш ефективний варіант.

Усередині гідроакумулятора знаходиться мембрана, яка поділяє пристрій на дві частини: для води та для повітря, тому ГА також називають мембранним баком

Його встановлюють у системі після насоса на зовнішньому чи внутрішньому водопроводі, конкретна схема залежить від характеристик системи. Вода надходить у ємність і накопичується там, при цьому завдяки мембрані всередині створюється тиск, необхідний нормальної експлуатації автономного водопостачання з безвідмовною подачею води в крани.

Звичайний накопичувач не гарантує відповідних характеристик тиску для водопроводу, оскільки напір створюється тільки через різницю у висоті розташування точки забору води та ємності з водою.А ось з ГА не потрібно піднімати бак на горище або естакаду, тому що можна підкачати повітря, щоб створити бажаний натиск.

Сучасна техніка, наприклад, машинка-автомат, гідромасаж, джакузі, посудомийна машина, здатна функціонувати тільки при нормативних значеннях тиску у водопровідній мережі.

Гідроакумулятор обов'язково використовують у комплекті з реле тиску, яке керує насосом, що подає воду зі свердловини, колодязя тощо, та манометром, призначеним для контролю та відстеження робочих параметрів незалежного водопостачання.

Реле тиску та манометр потрібні для автоматизації роботи насоса, а фільтри очищають воду від непотрібних домішок і захищають гідроакумулятор від пошкоджень.

Реле налаштовують таким чином, щоб після досягнення вибраного користувачем тиску насос вмикався і вимикався.

У процесі використання води тиск у баку поступово зменшується. Коли воно досягає мінімального заданого значення (це так зване тиск включення), насос починає працювати.

Потім вода знову убуває з бака, коли господарі будинку відкривають кран, тиск падає, реле запускає насос і т.д. ресурс її роботи обмежується певною кількістю включень-вимкнень.

Гідробак може поставлятися як окремий агрегат або у складі насосної станції. У першому випадку його підключають до занурювального насоса через реле тиску

Крім того, насос подає воду швидко, що може обернутися таким явищем як гідроудар. Для водопроводу такі навантаження небажані, вони можуть пошкодити труби. А гідроакумулятор – це міцний пристрій, який стане буфером та захистить систему від небажаної дії.

Зрештою, гідробак дозволяє створити деякий запас води. Навіть за відсутності електроенергії якийсь час можна буде користуватися водою, що зберігається в ГА. Звичайно, це не такий великий запас, як у накопичувачі, але він може виявитися дуже корисним.

Якими бувають гідроакумулятори?

Розрізняють пристрої вертикальні та горизонтальні, їх по-різному встановлюють. Зазвичай баки ємністю до 50 л розташовують горизонтально, а більшим об'ємом — вертикально, щоб не займали багато місця. На ефективність це впливає. Можна вибирати таку модель, яка буде зручніша в експлуатації та підійде для місця, де її ставитимуть.

Загальний обсяг гідробака та кількість води, яку він може вмістити, це різні показники. Місткість вибирають залежно від характеристик водопровідної системи

У вертикальних і горизонтальних моделях для відведення повітря з тієї частини, в яку накачано повітря або газ, передбачено ніпель - повітряний клапан. Використовувати дуже просто.

Розташований він у всіх видів гідробаків з боку протилежної установки фланця, призначеного для підключення обладнання до водопостачання.

Мембранні баки з червоним корпусом призначені для ГВП або для опалення. Їх потрібно використовувати строго за призначенням

Колір ємності зазвичай буває блакитним чи синім, на відміну червоних розширювальних баків для опалення. Вони не взаємозамінні, виготовлення мембрани використовуються різний матеріал. У холодних гідробаках застосовують харчову гуму.

Крім того, гідроакумулятори синього кольору можуть переносити більш високий тиск, ніж пристрої для опалення та ГВП. Не можна використовувати такі ємності за призначенням, вони швидко вийдуть з ладу.

У вертикально орієнтованих ГА вода подається знизу, а зайве повітря видаляють за необхідністю зверху, стравлюючи його через ніпель. У горизонтальних випадках як подача води, і стравлювання повітря виробляється збоку.

Різьбове з'єднання для підключення до водопостачання завжди одного розміру, це 1 1/2 дюйма. Різьблення для приєднання мембрани може бути внутрішнім або зовнішнім. Розміри їх теж уніфіковані, внутрішнє різьблення стандартно дорівнює 1/2 дюйми, зовнішня - 3/4 дюйми. Це важливий момент, оскільки для надійного підключення потрібно, щоб розміри патрубка та водопровідної труби збігалися.

Якщо планується організація незалежної системи водопостачання, необхідно знати, як влаштований звичайний гідроакумулятор для води. Слід відразу визначитися з варіантами підключення до водопроводу та способами видалення повітря, якщо тиск перевищить нормативне значення, а також зі схемами підключення до системи.

Імпортні моделі ГА мають дуже презентабельний вигляд, але вони не завжди підходять для експлуатації в місцевих умовах. Перед покупкою такого пристрою слід вивчити відгуки

Слід пам'ятати, що вони спочатку проектувалися за умов країни, де були вироблені, а вони не завжди збігаються з місцевими реаліями.Умови експлуатації можуть виявитися надто складними для західних моделей, тому є сенс пошукати варіант від вітчизняного виробника, який і за вартістю може виявитися привабливішим.

Рекомендації щодо монтажу та експлуатації

Встановити гідробак нескладно, його підключають до водопровідної системи після насоса. Перед входом у пристрій необхідно поставити фільтр, щоб очистити воду від домішок. Вони можуть накопичитися всередині та пошкодити мембрану.

Гідроакумулятор, призначений для автономного водопроводу, найкраще використовувати з реле тиску, яке керуватиме роботою занурювального насоса

Потрібно правильно вибрати місце для монтажу. ГА повинен стояти там, куди можна вільно підійти для огляду приладу та його технічного обслуговування. Згодом може знадобитися ремонт пристрою, тому не завадить заздалегідь продумати порядок його демонтажу та труднощі, які можуть виникнути в цей час.

Дуже важливо, щоб розміри патрубка та водопровідної труби збігалися. Це дозволить уникнути гідравлічних втрат через звуження траси на якійсь ділянці. Використання перехідників допустиме, але небажане. Під час надходження та зменшення води мембранний бак може вібрувати.

Рекомендується кріпити його до основи через прокладки, що амортизують. Підключення до водопроводу виконують гнучким підведенням. Слід переконатися, що пристрій правильно виставлений по горизонталі та вертикалі, перекоси неприпустимі.

Потрібно наперед подбати про можливість відключити ГА від водопроводу таким чином, щоб не довелося повністю зливати воду із системи. Ця вимога реалізується встановленням звичайного запірного крана.Для невеликих ємностей, місткістю до 10 л, у яких немає ніпеля, необхідно передбачити також встановлення зливного крана.

Докладніше про те, як підключити гідроакумулятор до системи водопостачання, можна прочитати в цьому матеріалі.

Техобслуговування гідробака зводиться до уважного огляду корпусу та контролю тиску у повітряному відділенні. Іноді потрібно підкачати повітря або стравити його, щоб відновити правильні показники. Зазвичай тиск має становити близько двох атмосфер або трохи менше. Крім того, слід видалити повітря, яке накопичилося за мембраною у відсіку, де зберігається вода.

Іноді тут можна навіть встановити автоматичний відвідник повітря. Якщо отвір для цієї процедури відсутній, потрібно відключити ГА від водопроводу і повністю спустошити через зливний кран. Повітря вийде із ємності разом із водою. Потім залишається просто знову включити насос, щоб у бак знову почала надходити вода.

Говорячи про те, як працює мембранний гідроакумулятор, варто відзначити, що найчастіша поломка в ГА – прорив мембрани. Цей еластичний елемент піддається постійному впливу на розтягування та стиск, тому згодом виходить з ладу.

Ось ознаки того, що мембрана прорвана:

• вода надходить із крана різкими поштовхами;
• стрілка манометра "скаче";
• після повного стравлювання вмісту "повітряного" відсіку з ніпелю витікає вода.

Останній пункт дозволяє точно з'ясувати, чи справді проблема саме з мембраною. Якщо вода з ніпелю не витікає, а вода надходить у систему слабо, швидше за все, корпус розгерметизовано. Потрібно уважно його оглянути, знайти та закласти тріщини.

Мембрана може зіпсуватися через знос або неправильну експлуатацію. Її потрібно повністю замінити, ремонтувати цей елемент марно

Замінити мембрану не складно, але потрібно підібрати такий самий елемент, як і зіпсований, оскільки він розрахований саме для цього конкретного ГА.

Щоб провести ремонт, потрібно:

1. Вимкнути пристрій від водопровідної системи.
2. Злити воду, стравити повітря.
3. Відкрутити кріпильні гвинти.
4. Витягти зіпсовану мембрану.
5. Встановити справний елемент.
6. Закріпити його гвинтами.
7. Встановити ГА на місце та підключити його до системи.

Найскладніший етап цієї процедури – затягування гвинтів. Воно має бути рівномірним, тому рекомендується закручувати їх, роблячи по одному обороту по черзі кожному елементі. Така тактика дозволить правильно закріпити мембрану на корпусі та запобігти зісковзування її краю всередину.

Деякі недосвідчені майстри у прагненні покращити якість з'єднання наносять на край мембрани герметик. Цього робити не слід, оскільки склад може зруйнувати гуму та викликати зворотний ефект.

Висновки та корисне відео на тему

Пристрій та принцип роботи ГА:

Для системи автономного водопостачання гідроакумулятор – корисне обладнання, що забезпечує автоматичний забір води, увімкнення/вимкнення насоса. Такий пристрій підвищить якість водопостачання та запобігає поломці технічних пристроїв.

Після вивчення матеріалу постали питання? Ви можете задати їх у блоці з коментарями, а ми намагатимемося дати на них гранично зрозумілу відповідь.

Що таке гідроакумулятор і для чого він потрібний

Гідроакумуляторами називають механічні агрегати, що підтримують робочий тиск контуру в заданих межах. Вони компенсують витікання рідини, що виникають через нещільність трубопроводу, згладжують ударні пульсації при циркуляції води, олії, нафтопродуктів, полегшують роботу головного циркуляційного насоса.

Гідроакумулятори відрізняються високим ККД. Втрати енергії становлять лише 2-3%. Гідромотори, що встановлюються в системах із гідроакумуляторами, працюють у повторно-короткочасному режимі. Їхнє постійне включення не потрібно. За рахунок цього суттєво економляться енергоресурси, які витрачаються на забезпечення роботи силової установки.

Історія створення першого гідроакумулятора

Перший патент на пристрій, який став прототипом більшості моделей сучасних гідроакумуляторів, отримав англійський винахідник Джозеф Брама. Він сконструював складну, але ефективну систему розливу різних сортів пива з бочок. Вона дозволяла «транспортувати» пінний напій шлангами з підвалу до барної стійки. Зберігати пивні кеги першому поверсі було неможливо, т.к. при кімнатній температурі напій швидко прокис. Сама ідея виявилася простою та геніальною. Її швидко підхопили пивні паби у всьому світі. Як джерело енергії для «пивопроводу» послужив вантаж, що чинив тиск на рідину. Саме так і було створено перший гідроакумулятор.

Типи гідроакумуляторів

Залежно від типу накопичувача енергії гідроакумулятори поділяються на два типи:

Механічні гідроакумулятори в свою чергу класифікуються на вантажні та пружинні.

Принцип дії вантажних гідроакумуляторів заснований на передачі енергії рідини в замкнутий контур рахунок впливу зусилля, створюваного вантажем. Вантаж підвішується на певній висоті і постійно тисне на рідке середовище під впливом своєї сили тяжіння. Тиск рідини у трубопроводі прямопропорційно масі вантажу.

Пружинні гідроакумулятори працюють за принципом передачі накопиченої енергії пружиною стискування. Вантаж через систему важелів впливає пружину, змушуючи її стискатися.При падінні тиску в ємності пружина розтискається через шток впливає на поршень і нормалізує тиск в контурі.

Незважаючи на просту конструкцію та безвідмовність описані вище типи гідроакумуляторів довго не мали перспектив розвитку. Вони мали надто високу інерцію і низьку чутливість. Деякі агрегати були надто великими та вимагали багато вільного місця для встановлення. Якісний стрибок відбувся під час переходу на використання енергії стисненого газу. Гідропневмоакумулятори при малих габаритах забезпечували точну підтримку заданого тиску в контурі системи.

Різновиди гідроакумуляторів пневматичного типу

За способом контакту з робочою рідиною гідроакумулятори виробляються:

• Без роздільника середовищ. Робоча рідина знаходиться у прямому контакті з киснем або азотом. Такі пристрої мають найвищу чутливість і швидкодію. Їх ККД становить 98-99%. Основний недолік - здатність певних газів розчинятися у воді та оліях під дією надлишкового тиску. В результаті рідина в трубопроводі може "заповітря", що знизить ефективність роботи гідросистеми. Втрати газу при контакті з робочою рідиною невеликі, але необхідно постійно поповнювати. Ця необхідність накладає певні обмеження на сферу застосування гідроакумулятора подібної модифікації;
• Із роздільником середовищ. У таких пристроях робоча рідина ізолюється від газового середовища металевою або гумовою мембраною або поршнем.

Термін служби гідроакумуляторів із роздільником вище, але вони вимагають постійного профілактичного обслуговування, контролю цілісності мембрани та ущільнень.

Гідроакумулятори з роздільником середовищ

Залежно від типу роздільника пристрою поділяються на:

• Поршневі.Як розділовий елемент виступає алюмінієвий поршень з кільцями ущільнювачів. Подібні гідроакумулятори можуть застосовуватися за температури робочої рідини вище 100 0 С;

• Мембранні. Розділювачем є металева, каучукова чи гумова діафрагма. Як правило, такі гідроакумулятори мають невелику потужність та компактні розміри. Основний недолік – низька надійність. Діафрагма часто втрачає пружність, щільність, через інтенсивну роботу утворюються втомні тріщини. Робочий об'єм таких агрегатів вбирається у 4 л;

• Балонні. Гідронакопичувачі мають високу швидкість спрацьовування і використовуються у відповідальних системах. Гумовий балон має дві порожнини: гідравлічну та повітряну. Принцип роботи ґрунтується на перепаді тисків між порожнинами. Впав тиск рідини – гідроакумулятор працює у режимі «розряду», заповнюючи витоку. Тиск рідини перевищив тиск газу - гідроакумулятор починає "заряджатися", накопичуючи енергію.

Як правило, всі вищезгадані типи гідроакумуляторів мають корпус розбірного типу. Це дозволяє замінити зношений елемент та заощадити кошти на придбання нового агрегату. Виняток становлять поршневі пристрої. Їхні корпуси можуть виготовлятися як розбірними, так і цільнолитими.

Область та особливості застосування

Гідроакумулятор без роздільника практично не використовуються, т.к. вимагають постійного заповнення газу та видалення повітряних пробок у гідроконтурі.

У промисловості найчастіше застосовуються мембранні та балонні гідроакумулятори з роздільником середовищ. Вони мають достатню надійність, прості та недорогі в обслуговуванні.

Що таке гідроакумулятор і для чого він потрібен