Гидроаккумулятор с мембраной



Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Перейти к: навигация, поиск
Гидроаккумуляторы
Гидроаккумулятор конструкция
1) Корпус
2) Резиновая мембрана
3) Фланец
4) Ниппель для закачивания и стравливания воздуха в полость B (6)
5) Ниппель для стравливания воздуха полость A (7)

Гидроаккумулятор с мембраной - сварной стальной сосуд со сменной или несменной мембраной и встроенным воздушным клапаном. Гидроаккумулятор это закрытая емкость главная роль которой гашение гидроудара который возникает при внезапном включении или отключении насоса или резком закрытии крана, а также гидроаккумулятор служит для накопления воды и создания давления в системе водоснабжения.

Содержание

История появления гидроаккумулятора

Прообраз современного гидроаккумулятора впервые спроектировал и запатентовал английский изобретатель Джозеф Брама. Он создал сложную гидросистему для подачи разных сортов пива из бочек, стоявших в погребе. Хранить бочки наверху было нельзя, так как при жаре пиво быстро скисало. Поэтому раньше в каждой пивной приходилось держать ватагу мальчишек, все время сновавших по лестницам. Источником энергии для “пивопровода” стал груз, давивший на жидкость. Так был изобретен грузовой гидроаккумулятор.

Применение гидроаккумулятора

Установка бака позволит значительно уменьшить частоту включения питающего насоса, который обычно управляется по давлению (включается при уменьшении давления до определенного уровня) и избежать гидроударов в водопроводе, с другой стороны, всегда иметь значительный запас воды под давлением. Наличие большого запаса воды в баке приводит к незначительному изменению давления при небольшом отборе воды, следовательно, нужно минимум несколько включений для понижения давления воды до уровня срабатывания управляющего реле давления. Это значительно продлевает срок службы любого насоса (чем насос мощнее и дороже, тем это важнее).

Гидроаккумулятор предназначен для:

При использование гидроаккумулятора в системе водоснабжения значительно экономится ресурс насоса и продлевается его срок службы, потому что именно режимы «пуск-остановка» отрицательно влияют на вращающиеся части насоса, которые при частых включениях преждевременно выходят из строя.

Классификация гидроаккумуляторов

1) по типу установки

При горизонтальном исполнении гидроаккумуляторы комплектуются специальной площадкой для установки подкачивающего насоса.

2) по типу мембраны

3) по типу проточности воды

4) по способу накопления энергии

Принцип работы гидроаккумуляторов

Гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем

В пневмогидравлических аккумуляторах (пневмогидроаккумуляторах) накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт энергии сжатого газа. В пневмогидроаккумуляторах в качестве сжимаемой среды используется газ азот или сжатый воздух.

Преимущества и недостатки
Тип гидроаккумулятора Преимущества Недостатки
Пневмогидравлический аккумулятор
  • высокая энергоёмкость при малых размерах;
  • различные исполнения по конструкции и назначению

Принцип работы

Перед использованием гидроаккумулятора проводятся подготовительные работы. При этом через воздушный клапан, в полость отделенную от рабочей полости мембраной, при помощи обычного насоса закачивается воздух. Давление в данной полости должно быть создано не менее двух атмосфер. После этого гидроаккумулятор можно использовать в системе водоснабжения. При работе насоса, через стальной фланец в рабочую полость сосуда закачивается вода, создавая давление большее, нежели в полости заполненной воздухом. Мембрана деформируется, тем самым уменьшая объем нерабочей полости и соответственно увеличивая объем рабочей. При отборе воды из системы водоснабжения давление в системе снижается и позволяет мембране осуществлять обратную деформацию. Такой процесс приводит к увеличению давления в системе водоснабжения, то есть давление в системе регулируется без участия при этом насоса. После снижения давления ниже установленного предела автоматически включается насос и процесс повторяется.

Гидроаккумуляторы производятся с различными объемами сосуда. Такая необходимость во многом связана с решением поставленных задач. Если в системе водоснабжения не стоит задачи накопления большого объема воды, то в таких случаях используются гидроаккумуляторы с небольшим сосудом, которые при этом выполняют задачи защиты системы от гидроудара и уменьшения количества включений насоса.

Так же модификация устанавливаемого гидроаккумулятора во многом зависит от марки используемого в системе водоснабжения насоса. При использовании поверхностных насосов объем устанавливаемого гидроаккумулятора может быть гораздо меньше, чем при использовании погружного насоса, так как поверхностные насосы по своей конструкции рассчитаны на гораздо большее число включений в минуту.

Характеристики мембран

Мембрана - один из основных элементов, влияющих на работоспособность и надежность рассматриваемых систем. Ее форма может быть диафрагменной, шаровой и баллонной. При больших объемах баков в верхней части мембраны баллонного типа расположено отверстие для стравливания воздуха при первом пуске и периодического обслуживании системы. Для вертикальных баков больших размеров используют мембраны грушевидной формы.

Материал мембраны определяет надежность и долговечность системы. К сожалению, универсального материала не бывает. Перечислим основные моменты, на которые следует обратить внимание при выборе материала и типа мембран:

Существует два основных способа производства мембран:

Единого стандарта на форму мембран нет. Даже фланцы мембран у разных заводов - разные. Крупные изготовители баков имеют свои небольшие заводы по производству наиболее массовых моделей мембран. А мембраны больших размеров выпускаются на специализированных предприятиях. На ряд материалов, применяемых для пищевой промышленности, существуют международные сертификаты.

Если рассматривать современные методы изготовления мембран, то все они основаны на применении термопластических эластомеров (ТРЕ), обозначающих ряд полимерных составов, которые имеют некоторые свойства резины (мягкость, упругая «память», гибкость), но, в отличие от резины, определенно обладают способностью быть переплавляемыми, как любой другой термопластический материал. Экструзионный метод изготовления занимает меньше времени и позволяет автоматизировать процесс изготовления мембран.

В последнее время наибольшее распространение получили мембраны из следующих материалов:

EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) - этилен-пропилен-диен-мономер (тройной полимер, который состоит из трех отдельных мономеров); резиновый материал (основные составляющие - этилен и пропилен). Гибкая резиновая основа создается при добавлении в смесь малого количества диена. EPDM бывает усиленным и неусиленным, а также в вулканизированном и невулканизированном состоянии.

Данный материал эластичен, хорошо выдерживает температуру до 95°С, может применяться для санитарной воды. Главное его преимущество - долговечность. Мембраны из него выдерживают 100 тыс. циклов динамического нагружения. Цвет - черный.

BUTYL - синтетическая бутиловая резина, менее эластичная, чем резина из EPDM, но обладает меньшей водопроницаемостью при высоких температурах. Применима для работы до 99°С. Выдерживает до 60 тыс. цик-лов динамического нагружения. Цвет - черный.

Резина из натурального каучука - натуральная резина для питьевой и непитьевой воды. Диапазон рабочих температур - до 40°С. Наиболее эластичная резина, но обладает наименьшей стойкостью к диффузии воды и слабой динамической стойкостью. Выдерживает до 5 тыс. циклов реального рабочего нагружения. Цвета - от серого до желтого.

SBR (Styrene-Butadiene Rubber) - стирол-бутадиеновая резина; вид синтетической резины, применяемой только для систем отопления. Один из самых дешевых материалов. Допустимый диапазон эксплуатации до 100°С. Менее эластична, чем перечисленные выше материалы. Цвет - черный.

NBR (Nitril-Butadiene Rubber)-материал, используемый для изготовления мембран, работающих в среде более активных сред (масло, топливо), температура эксплуатации - от -10 до +100°С. Цвет - черный.

Требование стандарта и технические характеристики наиболее часто применяемых материалов при изготовлении мембран
ХарактеристикаПо стандартам DIN 4807БутилEPDMНатуральная резина
Объемная плотность, г/см—-1,10/1,121,12/1,141,18/1,20
Твердость, А50±5504845
Напряжение на разрушение, кг/см²>100125105115
Растяжение на разрыв, %>450600700750
Компрессия, %<60455555

В последнее время находят применение хлор-бутиловые мембраны, что обусловлено конкретными технологическими процессами, для которых мембраны предназначены. Это наиболее долговечные и экологически чистые (но и одни из самых дорогих) материалы, используемые в пищевой промышленности. В таблице представлены требования стандарта и технические характеристики наиболее часто применяемых материалов при изготовлении мембран для рассматриваемого оборудования.

Качество мембран

Вопрос качества и правильных размеров мембран чрезвычайно важен. В большинстве случаев именно эти параметры определяют работоспособность системы в целом. С размером всё ясно. Если в гидроаккумуляторе или расширительном баке установлена мембрана меньшего размера, то при работе системы она лопнет. При установке требуйте от монтажной организации проверки работоспособности мембраны в экстремальных случаях нагружения.

Опишем мембрану из натурального каучука, а потом перейдем к более сложным - искусственным - каучукам.

Главный компонент материала - натуральный каучук. В настоящее время его поставка осуществляется из Малайзии и Африки. К сожалению, качество этого материала в состоянии поставки очень разное. Часто в материал попадают включения (песок, щепки, кости, камни и т.д.), убрать которые очень сложно. И, к сожалению, эти включения попадают в материал мембран и при работе являются концентраторами разрушений. Но беда не только в этом. Борясь за понижение цены исходных компонентов, некоторые производители добавляют в сырье дешевые добавки. Например, мел (до 25% массы!!!). Мембрана получается красивой, белой, дешевой, только воды пропускает больше, чем надо.

Еще хуже с мембранами из искусственных каучуков. Многие из них - черного цвета. Что делают некоторые производители в тех странах, где не существует контроля за качеством продукции, или тех, где не наказывают за фальсификацию. Они добавляют сажу в натуральный, удешевленный присадками каучук и получают резину черного цвета, выдавая ее за ЕРDМ. Таким образом, мы получаем самую дешевую резину по высокой цене.

Реально искусственная резина - смесь, состоящая из 12-15 компонентов. Именно процентное соотношение компонентов и является коммерческой тайной. Именно это определяет механические свойства готовой продукции, прочность, эластичность, стойкость к температуре, среде. От этого зависит и цена. Заменили компоненты на более дешевые, изменили пропорции - получили другую резину.

Сферы применения

Системы повышения давления

Системы повышения давления предназначены для случаев, когда давление воды в подводящих магистралях недостаточно для нормального функционирования устройств, или когда давление непостоянно в течение суток. Вид компактной установки для небольшого дома и для систем большего потребления - представлены на рисунках снизу.

Стандартные схемы подключения систем повышения давления с разными типами насосов представлены на рисунке снизу, где 1 - насос; 2 - обратный клапан; 3 - реле давления; 4 - манометр; 5 - гидроаккумулятор; 6 - пятивыводной штуцер; 7 - шланг в металлооплетке; 8 - всасывающий шланг.

Системы повышения давления с разными видами насосов.jpg

Компенсаторы (демпферы) гидроудара

Как уже было отмечено, в инженерных водопроводных сетях индивидуального дома может возникнуть такое явление, как «гидроудар», или «водяной молот» (water hammer). При резком закрытии или открытии крана, включении насоса и других случаях давление воды в трубопроводах может значительно превышать статическое. Учитывая, что индивидуальный дом всё больше насыщается сложной техникой (стиральные и посудомоечные машины, керамические смесители, бойлеры), необходимо предохранить ее от чрезмерных нагрузок.

На первом рисунке представлен вид компенсаторов гидроудара, а на втором - некоторые случаи их использования. Учитывая, что жидкость практически несжимаема, объемы таких компенсаторов невелики.

Необходимо также отметить: в Европе без установки в сети водоснабжения гидрокомпенсаторов гарантии на бытовую технику не обеспечиваются. Это обусловлено тем, что разрабатывать технику, выдерживающую высокое давление, экономически невыгодно. А явление гидроудара существует.

Модельный ряд компенсаторов (демпферов) гидроудара

Caleffi 525.jpg
Caleffi 525 (Демпфер гидроударов) Caleffi.jpg
Демпфер гидроударов предназначен для защиты бытового водопотребляющего оборудования от гидроударов. Тепература воды до 90° С. Давление до 10 Бар.

Elbi MICRON.jpg
Elbi MICRON (Демпфер гидроударов) Elbi.jpg
Демпфер гидроударов Elbi MICRON предназначен для защиты бытового водопотребляющего оборудования от гидроударов. Объём 0,16 л. Тепература воды до 99° С. Давление до 10 Бар. Диаметр подключения 1/2".

Системы пожаротушения

Под установками пожаротушения понимается совокупность стационарных технических средств для тушения пожара за счет выпуска огнетушащих веществ. Такие установки, как одно из технических средств системы противопожарной защиты, применяются в тех случаях, когда пожар в начальной стадии может получить интенсивное развитие, что приведет к взрывам, обрушению строительных конструкций, выходу из строя технического оборудования и вызвать нарушение нормального режима работы ответственных систем защищаемого объекта, причинить большой материальный ущерб. Эти установки применяются тогда, когда из-за выделения токсичных веществ ликвидация пожаров передвижными силами и средствами затруднена. В данной работе рассматриваются водяные системы автоматического пожаротушения с применением гидравлических аккумуляторов.

Водяные автоматические установки пожаротушения (АУП) находят применение в различных отраслях народного хозяйства и используются для защиты объектов, на которых есть такие вещества и материалы, как хлопок, древесина, ткани, пластмассы, лен, резина, горючие и сыпучие вещества, ряд огнеопасных жидкостей. Эти установки применяют также для защиты технологического оборудования, кабельных сооружений, объектов культуры.

Установка водяного пожаротушения состоит из:

Кроме перечисленного, исходя из проектных решений, в схему установок пожаротушения могут быть включены:

Принципиальная схема установки водяного пожаротушения приведена на рисунке снизу.

Принципиальная схема спринклерной установки водяного пожаротушения.jpg

Установка работает следующим образом. При возникновении пожара разрушается тепловой замок спринклера. Вода, находящаяся под давлением, создаваемом гидроаккумулятором, из распределительной сети попадает в очаг пожара. Давление в распределительном и магистральном трубопроводах падает, что вызывает открытие клапана узла управления, вода поступает к вскрывшемуся спринклеру. Одновременно с универсального сигнализатора давления подаётся электрический сигнал о возникновении и начале тушения пожара. Падение давления в импульсном устройстве замыкает контакты электроконтактного манометра, и приборы управления формируют импульс на запуск электродвигателя насоса. До выхода насосов на рабочий режим питание спринклера осуществляется гидроаккумулятором. На рисунке снизу представлена система автоматического водяного пожаротушения.

Система автоматического водяного пожаротушения.jpg

Водяные установки пожаротушения имеют основной и автоматический водопитатели. Основной водопитатель обеспечивает работу установки расчетными расходом и напором в течение нормированного времени работы установки. В качестве основного водопитателя в водяных установках используют водопроводы любого назначения с гарантированным напором и расходом, а также насосы-повысители. Автоматический водопитатель служит для обеспечения расчетного расхода воды в течение времени, необходимого для выхода на рабочий режим основного и резервного насоса.

Автоматическими водопитателями могут быть:

Существует различная классификация установок пожаротушения. С точки зрения использования гидроаккумуляторов, нас интересуют факторы инерционности и продолжительности подачи средств тушения, а также автономности. Применение гидроаккумуляторов позволяет находиться системе пожаротушения в состоянии абсолютной готовности к работе. Время срабатывания равно времени срабатывания датчика возникновения пожара. Поэтому они используются для сверхбыстродействующих и малоинерционных систем пожаротушения. Если продолжительность подачи средств тушения требуется небольшая (системы импульсного или кратковременного действия), то использование гидроаккумулятора также оправдано, как и в случае требования к автономности работы системы пожаротушения.

Выбор гидроаккумулятора

Выбор гидроаккумулятора зависит от объема потребления воды. Чем больше потребление воды, тем больше должен быть объем гидроаккумулятора. А давление в баке должно быть приблизительно равно или чуть меньше давления воды в водопроводе в месте подключения бака. В случае если в доме нет большого потребления воды (нет ванны) и количество людей не больше 4, можно ограничиться гидроаккумулятором объемом 25-35л. В иных случаях нужно устанавливать бак объемом не менее 50л. Самый важный критерий при подборе объема бака – количество включений-выключений насоса. Обычно оно регламентируется заводом-изготовителем электродвигателя.
В даной таблице приведены максимальные допустимые количества часовых включений для электродвигателей. Для скважинного насоса обычно рекомендуют не более 20 включений/час, а лучше 10-15 включений/час.

Мощность двигателя насоса, кВт 0,5-1,5 2-4 5-7,5 9,2-12,5 15-22
Максимальное количество включений/час 50 40 30 20 15

<math> Vt=16.5 \Qmax \Pmax \Pmin \frac{aPprecΔP}\,</math>
Vt - объем гидроаккумулятора в литрах.
Q max – средняя производительность насоса, равная максимальному расходу воды (в литрах/мин).
а – максимально допустимое число запусков насоса в час (значение, рекомендуемое производителем насоса).
P max – максимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм.
P min – минимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм, которое не должно быть ниже, чем (высота строения в метрах)/10 + 1Атм
ΔP – разность P max и P min
P prec – абсолютное давление газа в гидроаккумуляторе, которое никогда не должно превышать P min.
Для оптимальной работы гидроаккумулятора необходимо, чтобы P rec < P min. Рекомендуется, чтобы:
P rec+0.5 бар=P min.

Производители

Источники


Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструкции
Инструменты
Печать/экспорт

Реклама