Особенности устройства и выбора гидроаккумуляторов

Вода является основной рабочей средой в большинстве систем отопления, холодного и горячего водоснабжения частных и коммерческих объектов. Для обеспечения ее нормальной циркуляции используется насосное оборудование, которое создает необходимое избыточное давление. Кроме него напорная система в обязательном порядке должна быть укомплектована гидроаккумулятором. Это емкость, которая обеспечивает стабильное давление, компенсирует его скачки, гидроудары и рост объема воды при нагреве. Внешне он напоминает бачок со сферическими днищами, что отчетливо видно на следующей иллюстрации:

Рис.1. Основные типы и формы гидроаккумуляторов

Классификация, устройство, принцип работы

Любой гидроаккумулятор, независимо от его типа, компоновки, размеров, комплектации выполняет в системах водоснабжения три основные функции:
    Защита компонентов системы (арматуры, оборудования, трубопроводов) от гидроударов вследствие мгновенного изменения скорости воды и, как следствие, ее давления;
    Обеспечение постоянного, минимального необходимого объема рабочей среды;
    Снижение количества включений насосного оборудования.
Их применение обусловлено физическими свойствами воды, в частности ее склонностью к расширению при нагреве и плохой сжимаемостью. Как и любая жидкость, вода практически не поддается изменению, точнее уменьшению объема. Это означает, что при росте давления она будет искать возможность сохранить свой собственный объем, а не объем системы и как следствие, вызовет нарушение целостности коммуникаций.
В большинстве случаев гидроаккумулятор состоит из следующих основных частей, которые можно видеть на иллюстрации внизу:
    Стальной бак (3). Выполнен в форме цилиндра со скругленными, сферическими или эллиптическими днищами (как правило, приваренными). Такое решение позволяет равномерно распределять давление среды на стенки без применения дополнительных стяжек. Внешняя поверхность бака имеет полимерное покрытие для защиты от коррозии, облегчения идентификации (красное используют для баков систем отопления, ГВС, а синее – для систем водоснабжения);
    Оцинкованный фланец (2) к которому крепится подводящий патрубок (1). Используется также для ревизии внутреннего пространства бака;
    Мембрана (4). Чаще всего это эластичная резиновая (бутилкаучуковая) груша, которая заполняется избыточной водой из системы. В некоторых случаях крепится кольцевой траектории, разделяя внутренний объем бака на две камеры (классическая мембрана). Благодаря съемному фланцу, ее можно при необходимости заменить;
    Воздушный клапан (5). Используется для закачки и контроля давления воздуха в пространстве между стенками бака и мембраны;
    Крепежные элементы (6, 7). Обеспечивают возможность установки, закрепления самого бака, а также комплектного оборудования (например, при использовании в составе насосной станции).

Рис.2. Устройство вертикального и горизонтального гидроаккумуляторов

Классифицируются гидроаккумуляторы (расширительные баки) по нескольким основным критериям:
    Способ монтажа. Как видно на предыдущей иллюстрации, все баки можно разделить на вертикальные и горизонтальные;
    Форма. Выделяют модели в классической цилиндрической компоновке и так называемые SLIM модели – узкие, дискообразные баки, чаще всего используемые в двухконтурных бытовых котлах со встроенным гидроблоком;
    Область применения. Выделяют гидроаккумуляторы для холодного/горячего водоснабжения, а также систем отопления. Они отличаются типом мембраны, ее материалом, свойствами (способностью выдерживать высокие давление и температуру);
    Тип накопителя. Механические (грузовые, пружинные), пневматические.
    Объем. В зависимости от требуемых параметров работы гидроаккумуляторы могут иметь рабочий объем от 2 до 2000 л и больше.
Каждый из этих критериев играет свою роль в процессе выбора необходимого бака, но об этом далее.
Порядок расчета
Поскольку внутренний объем любого гидроаккумулятора разделен мембраной или грушей на воздушную и водяную полости, то равновесие этой системы можно представить следующим уравнением:
P1*V1=P2*V2
где P1, V1 – давление, объем воды, а P2, V2 – воздуха.
Для облегчения выбора компенсационных емкостей, их производители предоставляют различные программы расчета. На практике же, для правильного выбора бака придется рассчитать его объем, определяющий запас воды, и давление воздуха – параметры, которые согласно указанному ранее уравнению должны уравновешивать две среды внутри емкости.
Для расчета минимального объема гидроаккумулятора используется следующая зависимость:
Vt=KAmax  ((Pmax+1)(Pmin+1))/((Pmax-Pmin)(Pвозд+1))
где Аmax – расчетный максимальный расход воды, л/мин;
      К – коэффициент мощности электродвигателя;
      Рmax – давление, при котором насос выключается, бар;
      Рmin – давление включения насоса, бар;
      Рвозд – давление воздуха, бар.
Полученное значение округляют до ближайшего большего стандартного. Кроме этого, объем водяной камеры определяется также из условия минимизации включений насоса (не более 1 раза в минуту), а также покрытия пиковых значений водоразбора.
Расчет необходимого давления воздуха определяется из зависимости:
Pвозд=(Hmax+6)/10
где Нmax – расстояние от места установки гидроаккумулятора до верхней точки системы, м.
Это ориентировочное значение, которого следует придерживаться. Если настроить реле давления на более низкий показатель, то вода не сможет подняться к верхней точке системы. Если установка превышает оптимальную, то вода попросту не будет набираться в бак.
Более доступно и наглядно об устройстве гидроаккумуляторов можно узнать на примере следующего видеоролика: