Гидроаккумулятор для водоснабжения. Устройство, расчеты и принцип работы
Гидроаккумулятор, который синонимично можно называть расширительным баком, гидробаком или мембранным баком, – это одна из составных частей насосной станции. Насосные станции, зачастую, устанавливают на дачах или в загородных домах, где отсутствует централизованное водоснабжение. Поговорим в данном материале о его подборе, принципе работы, установке и не только.
Гидробак в тандеме с автоматикой, то есть с рыле давления и манометром, призван контролировать давление воды в системе и, следовательно, обеспечивать долговечность работы насоса как основы насосной станции. То есть, главная задача расширительного бака – поддерживать стабильный уровень давления в то время, когда насос перекачивает воду. Приобретая мембранный бак, следует первостепенное внимание уделить выбору его объема.
Конечно, гидроаккумулятор для водоснабжения можно приобрести с запасом по объему и не утруждать себя расчетами. Однако, такое решение, во-первых, может обойтись довольно дорого, а, во-вторых, потребуется много места для его размещения. Даже если эти два фактора не пугают владельца, объем гидробака лучше рассчитать в любом случае, во избежание огромного количества неприятных моментов.
Принцип работы гидроаккумулятора
Электронасос забирает воду из резервуара и закачивает её в мембрану гидроаккумулятора для водоснабжения. На момент достижения заданного порога давления срабатывает реле, насос отключается, подача воды прекращается. Обратный клапан исключает ход воды в обратном направлении, сохраняя давление.
В случае, когда вода тратится и давление понижается, насос вновь запускается, обеспечивая пополнение объёма мембраны. Эффективность узла зависит от объёма гидробака и установленного показателя давления. Показатель, при котором срабатывает реле, можно корректировать.
Важно! В процессе эксплуатации в мембране скапливается растворённый воздух. Это понижает эффективность работы узла. Необходимо производить регулярное стравливание воздуха. Частота обслуживания зависит от объёма самого бака и того, насколько активно эксплуатируется система. В среднем, раз в три месяца.
Устройство гидробака
Гидроаккумулятор для водоснабжения по своей конструкции представляет собой герметичный стальной бак, внутри которого размещена мембрана, за счёт чего внутреннее пространство делится на две независимые камеры. Вода закачивается непосредственно в мембрану, что исключает взаимодействие с металлической внутренней поверхностью бака. Материал мембраны соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям, применимым к питьевой воде.
Вокруг мембраны находится воздух. Давление воздуха регулируется пневматическим клапаном. Вода, накапливающаяся под давлением, растягивает мембрану, которая с вою очередь сжимает воздух вокруг, а в обратном процессе сжатый воздух вытесняет воду из мембраны, обеспечивая заданное давление.
Пример использования гидроаккумулятора:
Какое давление должно быть в гидроаккумуляторе
Правильно настроенное давление в узле гарантирует бесперебойную работу системы. Кроме того, стабильно поддерживаемое давление продлит срок службы мембраны гидроаккумулятора для воды. Важно снизить разницу между показателями в воздушной камере на момент включенного и выключенного насоса. При не работающем насосе показатель должен быть ниже на 10%.
Верхний предел давления рассчитан на максимально возможный показатель в системах водопровода, что равнозначно 10 атм.
Важным моментом является контроль давления в воздушной камере бака без подключения к системе. По производственным нормативам оно составляет 1,5 атм. Однако, на момент покупки бака данное давление может быть существенно занижено по причине утечки, связанной с неисправностью золотника. Следовательно, после покупки необходимо проконтролировать давление, а в случае пониженного показателя исправить ситуацию.
Рекомендуется не устанавливать аккумулятор сразу после покупки, если давление в баке оказалось заниженным. Необходимо повысить показатель и оставить бак на сутки, после чего вновь проконтролировать показатель. Если давление вновь упало, необходимо заменить золотник. А в случае сохранения проблемы бак следует заменить, поскольку нарушена герметичность. Проверять давление в дальнейшем следует только по факту полного сброса давления воды в системе.
Для чего нужно рассчитывать объем гидробака
Как уже было сказано, основу любой станции составляет насос, который следует покупать, исходя из максимальной глубины источника водоснабжения и предполагаемого уровня потребления воды. Некоторые современные насосы обладают встроенным частотным преобразователем, который регулирует скорость подачи воды в зависимости от количества расходующих устройств и обеспечивает синхронность такой подачи. В таком случае целесообразно купить совсем маленький по объему мембранный бак, главное назначение которого будет заключаться в предупреждении гидравлических ударов (резких скачков давления воды, которые приводят к быстрому повреждению труб и смесителей).
Но насосы с встроенным частотным преобразователем не каждому по карману, потому владельцы в большинстве случаев приобретают самые обычные насосы. Характерная черта обычного насоса – он начинает работу сразу с полной мощности. Именно этим и объясняется важность правильно выбранного объема гидробака. При небольшом объеме расширительный бак, после включения насоса, мгновенно заполнится водой, что скажется прямым образом на сроке службы насоса. С другой стороны, гидробак огромного объема будет способствовать застаиванию воды в нем.
Многие владельцы решают приобрести гидроаккумулятор большого объема, чтобы гарантировать себе водный резерв на непредвиденный случай. Однако, нужно учитывать, что в гидробаке такой запас воды не особо значительный. Например, бак объемом около 100 литров будет содержать примерно 30 литров резервной воды. Соответственно, чтобы обеспечить себя достаточным количеством воды на случай аварии, нужен гидробак огромного объема, не менее 200 литров. Такая покупка обойдется совсем недешево. Поэтому, как отмечают профессионалы, для обеспечения себя водой на случай ее отключения разумнее купить специальную накопительную емкость.
Как произвести расчет объема гидробака на примере
Основные правила, которыми нужно оперировать при расчетах:
- Чтобы максимально продлить срок службы гидробака и гарантировать стабильную работу всей системы, перепад давления между включением насоса и его отключением должен находиться в пределах от 1 до 1,5 Бар.
- Уровень давления в пустом расширительном баке должен быть на 10% меньше, чем уровень давления при начале работы насоса. Соблюдение этого правила позволит избежать быстрого изнашивания мембраны, поскольку амплитуда ее работы будет невысокой. Следовательно, срок службы насоса существенно возрастет. Однако, нужно помнить, что резерв воды составит примерно 30% от всего объема гидроаккумулятора.
- Самая верхняя точка давления должна соответствовать минимальному уровню давления насоса до момента его включения. Пример: мембранный бак вместе с рыле и манометром расположены в подвале, а душевая кабина установлена на 3 этаже дома, и для ее работы нужно давление в 1,5 Бар. Для этого нужно определить ту высоту, на которой и потребуется уровень давления в 1,5 Бар. Пусть эта высота равняется 7 метрам. Исходя из падения уровня давления в 0,1 Бар на каждый метр высоты, нужно 0,1 х 7 = 0,7 Бар. Затем к 1,5 Бар нужно прибавить 0,7 Бар: 1,5 + 0,7 = 2,2 Бар. Таким образом, чтобы на 3 этаже в душевой кабине создать подходящее для работы давление в 1,5 Бар, в подвале на рыле нужно выставить давление в 2,2 Бар. Всегда нужно предусматривать, что давление может совершать скачок в 1 или 1,5 Бар, поэтому давление выключения насоса следует выставлять на уровень 3,2 либо 3,7 Бар, чтобы не допустить сгорания насоса.
- Поскольку, давление воздуха в пустом гидробаке должно быть на 10% ниже, чем при включении насоса, нужно отнять 10% от 2,2 Бар. Получаем примерно 2 Бар.
Все необходимые для расчета показатели есть, теперь поговорим о формуле для расчета и подставим в нее наши значения. Формула выглядит следующим образом:
V бака = 16,5 х Q/A х (P1 х P2)/(P2 - P1) х 1/P бака
V бака – этот тот самый объем расширительного бака, который подойдет для работы в данных условиях;
Q – это предельный уровень расходования воды в единицу времени, а именно в минуту, в нашем случае пусть это будет 25 литров в минуту (вообще, этот показатель можно найти в паспорте насоса);
A – это максимально допустимое число включений насоса в час, пусть это будет цифра 20 в нашем случае (также есть в паспорте насоса). Существуют современные насосы с плавным механизмом пуска, в которых предельное количество запусков в час не ограничивается. Однако, чаще приобретаются насосы без системы плавного пуска. В обычных насосах пусковой ток в 2 раза выше, чем его мощность. Обмотки насоса перегреваются при начале работы, и для их охлаждения насосу нужно некоторый промежуток времени перегонять воду, поскольку насос, к примеру, погружной охлаждается своей же перегоняемой водой. Поэтому данный показатель очень важен для поддержания долгой жизнеспособности насоса. Найти его можно в паспорте устройства, либо уточнить у производителя или официального дилера. Еще можно воспользоваться примерной схемой определения максимального количества запусков насоса в час в зависимости от его мощности: мощность в 1 500 – 2 000 Ватт соответствует примерно 20 запускам в час; 700 – 1 500 Ватт = 30 пусков в час; менее 700 Ватт = примерно 40 пусков в час. Это довольно приблизительные значения.
P1 – давление включения насоса (в нашем случае это 2,2 Бар);
P2 – это давление выключения насоса (в нашем случае это 3,2 Бар для большего удобства расчетов);
P бака – давление воздуха в гидробаке (в нашем случае это 2 Бар).
1 – единицу следует учитывать, основываясь на законе Роберта Бойля и Эдма Мариотта – это один из главных законов, определяющих поведение газа в изотермическом процессе, если коротко, то он звучит так: увеличение давления на газ обратно пропорционально его объему. Этот показатель важен, поскольку любое устройство на практике обладает относительным уровнем давления;
16,5 – постоянная, используемая в расчетах в соответствии с международной системой расчетов.
Теперь наши значения подставим в формулу:
V бака = 16,5 х (25/20) х (2,2 х 3,2) / (3,2 - 2,2) х 1 / 2 V бака = 16,5 х 1,25 х 7,04 х 0,5 V бака = 72,6 литров.
Таким образом, нам подойдет гидроаккумулятор объемом около 80 литров.
Такая методика расчета позволит определить требуемый объем расширительного бака, но и она не может считаться абсолютно достоверной, поскольку:
- коэффициент 16,5, все-таки, приблизительный;
- цифра 1 из закона Бойля – Мариотта также приблизительная величина;
- и самое главное: уровень расхода воды не может быть четко определенным, ведь на даче или в загородном доме вода нужна не только для душа, но и для орошения огорода, для функционирования стиральной машины, бойлера и т.д.
Существует еще одна методика определения объема гидроаккумулятора, исходя из мощности насоса или по уровню потребления воды расходующими устройствами.
По мощности насоса градация такая:
- до 600 Ватт = 24 литра;
- до 1 000 Ватт = 50 литров;
- до 1 500 Ватт = 100 литров;
- до 2 500 Ватт = 300 литров.
Конечно, нужно понимать, что эта схема дает очень и очень примерный результат.
Таким образом, решив установить на своем дачном участке или в загородном доме насосную станцию, лучше всего позаботиться о приобретении гидроаккумулятора для водоснабжения подходящего объема. Это позволит продлить срок службы насоса и, в целом, создаст комфортные и безопасные условия для работы всей насосной станции и, конечно, для использования.