Принцип работы гидроаккумулятора и зачем он нужен гидроаккумулятор в системе водоснабжения

Принцип работы гидроаккумулятора и зачем он нужен гидроаккумулятор в системе водоснабжения

Гидроаккумулятор, он же накопительный, напорный или расширительный бак — необходимый элемент для закрытой системы водоснабжения в любом частном доме. Чтобы правильно подобрать и использовать такой накопитель, не помешает изучить принцип работы гидроаккумулятора, виды, причины поломок и способы их устранения. Кроме того, не помешает разобраться, чем отличаются баки красного и синего цвета.

4 функции гидроаккумулятора

Гидроаккумулятор выполняет сразу четыре функции в системе водопровода из колодца:

  • Накапливание резервов воды, что важно для колодцев с малым дебетом, или источников с неинтенсивным приходом воды;
  • Избавление системы автономного водоснабжения от возможных гидроударов*;
  • Сокращение количества запусков насоса;
  • Поддержка давления в водопроводе (совместно с реле давления и блоками автоматики).

*Гидроудар — повышенное давление воды вызванное изменением её скорости приводящее к трещинам в трубах, отводах и других частях системы водоснабжения. Благодаря гидробаку водопровод не пострадает, останется целым сохранив подачу жидкости.

Принцип работы гидроаккумулятора

Работа всех гидроаккумуляторов построена на едином принципе – мембранная камера с водой, изготовленная из полимерного материала, со всех сторон окружена воздухом, закачанным под определенным давлением, регулируемым специальным датчиком.

Поэтому давление жидкости в мембранной камере, а значит и во всей системе домашнего водопровода всегда стабилизируется воздушной прослойкой. Это значит:

  • Система домашнего водопровода на 100% защищена от гидравлических ударов разного рода, поскольку оборудована датчиком, который открывает регулирующий клапан, стравливающий избыточное давление.
  • При незапланированном отключении электричества, у пользователя всегда есть запас 50-100 литров воды, в зависимости от емкости, для обеспечения жизнедеятельности.
  • Датчик уровня жидкости в емкости, подключенный к реле включения насоса, подающего воду в систему, настроен таким образом, что включает подающий воду насос только при необходимости. Это, во-первых, снижает расход электроэнергии, во-вторых, повышает долговечность деталей насоса.
  • Вода в емкости гидроаккумулятора не имеет соприкосновения с водой, поэтому замена металлического бака никогда не потребуется в связи с его износом от коррозии.

Все эти показатели обеспечивают бесперебойную работу системы домашнего водопровода.

Монтаж гидроаккумулятора

Монтаж должен производиться точно по инструкции, а ещё лучше – с помощью специалистов. Если вы всё же решили сделать это самостоятельно, то вот вам несколько советов:

  • Ни в коем случае не устанавливать аккумуляторы с видимыми внешними повреждениями!
  • В месте, где вы собрались установить аккумулятор, все условия эксплуатации должны иметь соответствие с указаниями производителя.
  • Обязательно учитывайте вес гидроаккумулятора без воды и вместе с водой!
  • Заранее озаботьтесь тем, куда вы будете сливать воду из бака.
  • В помещении должно быть постоянное отопление, чтобы вода в гидроаккумуляторе не замерзала!
  • Никаких статических нагрузок на гидроаккумулятор и систему водоснабжения.
  • Должна быть наружная защита от гидроаккумулятора от механических повреждений и попадания влаги.
  • В зависимости от размера аккумулятора вы должны прикидывать, как он пройдёт в дверь вашего дома.

Теперь разберём основные проблемы, которые у вас могут возникнуть при использовании гидроаккумуляторов, и как с ними бороться.

Например, если включение насоса стало слишком частым, то это может говорить о нескольких факторах:

  • Если в ёмкости нехватка сжатого воздуха, возьмите насос от автомобиля и подкачайте воздух.
  • В случае если мембрана имеет повреждения, замените её самостоятельно или с помощью специалистов. Если вы выбрали первый вариант, обязательно предварительно почитайте об этом. Меняйте мембрану только на родную модель. Поломка мембраны обычно сразу видна, если из воздушного клапана протекает вода.
  • Если у бака повреждён корпус, то тут всё ясно. Вам следует вызвать специалистов и отремонтировать его.
  • С помощью реле давления настройте его, если разница между давлениями включения и выключения насоса незначительна.
  • В случае, если давление воздуха ниже того значения, которое вы рассчитали, значит вам следует его продуть, давление само восстановится изнутри.

Следующей важной проблемой может быть падение водяного давления, то есть отсутствие напора. Это может быть, главным образом, в двух случаях:

  • В баке нет сжатого воздуха. Вы уже знаете, что делать в данном случае, закачать его туда автомобильным насосом.
  • Насос не может выдавать нужного давления. В данном случае его технические характеристики не рассчитаны на это, либо он просто неисправен. Ищем неисправность и ликвидируем её, самостоятельно или с помощью специалистов.

Назначение гидроаккумуляторов

Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50 %.

Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:

  • аккумулирование гидравлической энергии;
  • питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
  • уравновешивание сил и нагрузок;
  • компенсация утечек;
  • компенсация объёмов рабочей жидкости;
  • демпфирование пульсации поршневых насосов;
  • демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
  • демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
  • гашение гидроударов;
  • амортизационная подвеска мобильной техники и пр;
  • распределение смазочных материалов под давлением;
  • увеличение срока службы насосов.

Принципиальное различие между гидроаккумулятором и компенсационным баком определяется функциональностью. Гидроаккумулятор предназначен для защиты систем водоснабжения, расширительный бак – для компенсации теплового расширения воды. Разные задачи предъявляют к конструкции агрегатов разные требования, поэтому не стоит обманываться внешним сходством.

Основная задача расширительного бака – поддержание стабильного давления в отопительном контуре с поправкой на тепловое расширение воды. Жидкости, как и газы, увеличивают объём при нагревании, но не способны сжиматься. Когда воде становится тесно, она рвётся на свободу, не считаясь с препятствиями. Финал предсказуем: протечка в месте стыка или разрыв трубопровода. Для предотвращения аварий требуется установка компенсаторного бака, в котором собираются избытки воды.

Гидроаккумулятор выполняет защитные функции в системе водоснабжения, компенсируя перепады давления в сети при включении и выключении насоса. Так удаётся избежать гидравлических ударов, сокращающих срок эксплуатации системы. Кроме того, насосное оборудование не может работать непрерывно, поэтому важно иметь запас воды на случай внезапного отключения электричества или поломки насоса.

Одновременно гидробак поддерживает достаточный напор в системе во время простоя насосного оборудования. Пока давление в сети не упадёт до критической отметки, насосы отдыхают – нет необходимости запускать их всякий раз, когда кто-нибудь открывает кран. Чем меньше включений и выключений, тем дольше прослужит насос. Разумеется, не все гидроаккумуляторы одинаково эффективны на своём посту – важно правильно подобрать агрегат и аксессуары к баку с учётом характеристик насосного оборудования, количества водоразборных точек и расчётного расхода воды в системе.

В Интернете можно найти формулы для определения оптимального объёма водонакопительного резервуара, но иногда в методику расчёта требуется вносить поправки на условия эксплуатации. К примеру, при частых перебоях электроснабжения объём сосуда подбирают с запасом – но ровно настолько, чтобы не допускать застоя воды. Если у вас не хватает знаний и опыта, чтобы учесть все нюансы и выполнить монтаж гидробака собственными силами, обратитесь за помощью к специалистам.

Читайте также  Дренажный насос для полива

Всё дело в мембране: конструктивные отличия гидроаккумуляторов и расширительных баков

Поначалу компенсационные баки делали открытыми, но позже оказалось, что такое инженерное решение создаёт новые проблемы. Во-первых, вода постоянно испаряется, и её потери нужно восполнять. Во-вторых, никто не отменял коррозийное действие кислорода. В-третьих, в открытых контурах труднее контролировать напор. Наконец, монтаж бака вылетает в копеечку, так как конструкцию приходится утеплять.

Появление прочных и эластичных мембранных материалов подсказало выход из инженерного тупика, сделав возможным изготовление закрытых расширительных баков, не пропускающих кислород. Аналогичным образом были решены задачи поддержания постоянного уровня воды и регулировки давления. Кроме того, закрытая конструкция упростила монтаж и сервисное обслуживание расширительных баков – отныне агрегат можно устанавливать не только в верхней точке системы, а там, где вам удобнее.

Диафрагменная мембрана делит ёмкость компенсационного бака на две части. Верхний отсек заполняют теплоносителем, а в нижний закачивают воздух, плотно прижимающий диафрагму к стенкам резервуара. Увеличение объёма теплоносителя при нагревании сжимает воздух, пропуская воду в верхний отсек бака.

Гидроаккумуляторы также оснащены мембранами, но их форма и расположение совершенно иные. Внутри сосуда помещается баллонная мембрана, похожая на грушу, которая крепится между фланцами, исключая контакт воды с внутренней поверхностью резервуара. Именно поэтому недопустимо использование расширительных баков в системах водоснабжения: если питьевая вода соприкасается со стенками резервуара, её качество окажется неприемлемым – к примеру, из-под крана может потечь ржавая вода.

Пока напор поступающей воды не уравновесит давление воздуха между стенками сосуда, мембрана расширяется, стремясь заполнить всю ёмкость гидроаккумулятора. Давление воздуха регулируется ниппелем. В верхней части сосуда располагается патрубок, к которому подключают воздухоотводчик и предохранительный клапан.

Поскольку мембраны расширительных баков и гидроаккумуляторов функционируют в разных условиях, требования к материалам будут различны. Так, для диафрагменной мембраны важна термостойкость, поскольку температура воды в системах отопления достигает 90°C.

Для баллонных мембран в приоритете динамическая эластичность и стойкость к частому повторению растяжений и сжатий – от 5 до 15 циклов в час в штатном режиме. Поскольку мембраны гидробаков контактируют с питьевой водой, их изготавливают из пищевой резины с минимальной диффузией. Устойчивость к тепловому воздействию не имеет особого значения – температура воды в сетях холодного водоснабжения не превышает 30°C.

Какая мембрана лучше?

По свойствам мембран можно сделать вывод о допустимых сферах применения агрегатов. Если установить мембранный гидроаккумулятор в систему отопления, баллонная мембрана быстро выйдет из строя. Зато расширительные баки с успехом применяются в автоматических противопожарных установках в качестве сосудов для огнегасящих жидкостей или модулей порошкового пожаротушения.

Для изготовления мембран используют разные материалы:

  • NATURAL – натуральный каучук, совместимый с технической и питьевой водой; отличается большой динамической эластичностью, хотя по мере износа может наблюдаться частичная диффузия;
  • BUTYL – бутиловая резина для компенсационных баков и гидроаккумуляторов. Материал более устойчив к диффузии по сравнению с каучуком, но проигрывает в эластичности;
  • EPDM – этиленпропиленовая резина; по характеристикам сходна с бутиловой резиной, но более водопроницаема. Как и каучук, может использоваться с питьевой и технической водой;
  • NITRIL – обладает антикоррозийными свойствами и выдерживает действие активных сред;
  • SBR – мембранная резина для расширительных баков, для установки в гидроаккумулятор недостаточно растяжима.

Синтетические резины рассчитаны на эксплуатацию при температурах от -10 до 100°C; у каучука диапазон рабочих температур на порядок меньше – от -10 до 50°C.

Теперь, когда вы знаете, чем продиктованы конструктивные отличия элементов систем отопления и водоснабжения, ни один продавец не собьёт вас с толку. Вы и сами разберётесь, какой агрегат вам нужен – расширительный бак или гидроаккумулятор. Внимательно изучайте технические паспорта предложенных моделей и делайте правильный выбор!

Выводы: какой гидроаккумулятор лучше всего

Кроме технических критериев выбора, рассмотренных выше, приведем еще несколько соображений, касающихся качества материалов гидроаккумулятора.

  1. Съемный фланец в баллоне выполнен обычно из нержавеющей или оцинкованной стали. При покупке следует обязательно обратить на это внимание. Если со временем не обойтись без замены фланца, уточните, где и за сколько его можно будет купить.
  2. Если водопроводная вода предназначена для питья, нужно убедиться в безопасности для здоровья материала, из которого сделана «груша» гидроаккумулятора. Известные производители гарантируют качество материала, чего нельзя сказать о небольших малоизвестных компаниях. Правда, это не имеет значения, если такую воду пить не предполагается.
  3. В остальном выбор делается на основании конкретных условий эксплуатации: необходимого объема воды, давления, оптимальной работы насоса, необходимого резерва воды на случай аварийных отключений, условий монтажа.

Устройство ГА

Его корпус – металлический (реже пластиковый) герметичный бак, в который помещена мембрана. Исполнена она в виде груши из эластичного РТИ. Особенность гидроаккумулятора в том, что к этой резине, в отличие от аналога для традиционного расширительного бака, требования более высокие. Так как ГА устанавливается в системах водоснабжения, то материал мембраны по своим свойствам должен соответствовать СанПиН. То есть при контакте с жидкостью не выделять в нее токсичных микроэлементов.

Крепится фартук груши на фланце с помощью болтовых соединений. Получается, что мембрана делит бак на два отсека. Одна часть заполняется воздухом, давление которого создается при настройке гидроаккумулятора; величина определяется на основании расчетов, с учетом всех особенностей системы водоснабжения, включая характеристики насосного оборудования. Другая часть ГА в процессе эксплуатации заполняется водой из подающего трубопровода.

Специфика устройства гидроаккумулятора состоит в том, что жидкость не имеет прямого контакта с корпусом ни при каких условиях; только с РТИ. Это позволяет производить замену резиновой «колбы» (при необходимости), не сливая воду из трубы.

Использование гидроаккумуляторов в быту и промышленности

Наибольшее распространение в быту и промышленности нашли пневмогидроаккумуляторы. Они представляют собой достаточной прочности для заданных давлений ёмкость (металлическую, композитную и т. п.) с эластичной мембраной/баллоном/поршнем внутри, служащей для поддержания давления рабочей жидкости в гидравлической системе или системе водоснабжения/отопления. В быту, в большинстве случаев гидроаккумуляторы используются для систем автономного обеспечения водой загородных домов, коттеджных посёлков, небольших предприятий.

Гидрофор

Гидрофор — устройство в системе санитарно-бытового водоснабжения, служащее для автоматического поддержания необходимого напора воды (либо с целью препятствовать перепадам давления в трубопроводе, например, при нагреве).

Экспанзомат

Экспанзомат — металлический бак с резиновой мембраной внутри. Используется в системах водоснабжения и отопления для создания необходимого давления (напора) в водопроводных трубах, защищает систему от гидроударов.

В автомобилестроении

В автомобилях гидроаккумуляторы могут использоваться для рекуперации энергии, для быстрого запуска двигателя или как замена трансмиссии, а также в составе современных КПП (например, DSG). В первом случае давление в гидроаккумулятор нагнетается во время торможения, а используется для разгона. Во втором случае гидроаккумулятор используется совместно с гидростартёром, облегчающим запуск двигателя. Подобная схема нашла применение в системе «старт-стоп» для тяжёлого коммерческого транспорта CleanStart [1] . В третьем случае давление в гидроаккумулятор нагнетается двигателем внутреннего сгорания, а расходуется гидромотором на приведение колёс в движение. [2]

Читайте также  Виды камней для бани

В авиации

Широко применяются в качестве аварийных источников энергии при отказе основной гидросистемы. Как правило, в обязательном порядке устанавливаются в гидросистеме (контуре) торможения колёс шасси и выпуска стоек шасси.

В сельхоз- и строительном машиностроении

В составе гидросистемы машины, а также специализированных систем, например, — подрессоривания, подвешивания кабины, копирования рельефа, натяжения резиновой гусеницы и др.

В нефтедобыче

В составе противовыбросового оборудования для глубоководной добычи.

В станкостроении

Прессовое оборудование, термопластавтоматы.