Что такое гидроаккумулятор и каков его принцип действия?

Устройство гидробака

Конструктивно гидробак представляет собой герметичный полый цилиндр из металла.

Внутри находятся мембрана, которую еще называют «груша», из специальной резины – бутила или синтетического этилен-пропиленового каучука.

Эти материалы прочны, соответствуют всем санитарно-гигиеническим требованиям и устойчивы к бактериям. Мембрана разделяет полость на две части, в одной из которых накапливается вода. Вторая занята сжатым воздухом, который и выталкивает воду из гидробака в систему при открытии крана.

 Работа гидроаккумулятора происходит циклично:

1. При уменьшении давления воды в системе (когда вода из гидробака уже выбрана) срабатывает датчик давления, и происходит запуск насоса для подачи воды.
2. «Груша» заполняется водой, ее объем увеличивается. Воздух сжимается, давление в баке растет.
3. Реле давления подает сигнал, и насос прекращает свою работу.
4. При потреблении воды вновь срабатывает реле давления и цикл повторяется.

 Существует ряд причин, для чего нужен гидроаккумулятор в системе водоснабжения:

Главная задача – благодаря гидроаккумулятору запуск и выключение насоса происходят реже. Двигатель не перегревается и дольше не выходит из строя.
Кроме создания запаса воды накопитель смягчает гидравлические удары в системе водопровода. Воздух, содержащийся внутри баллона, уменьшает перепады давления в трубопроводе благодаря способности к сжатию

Как итог, меньше изнашиваются все элементы системы.
Во время отключения электричества в гидробаке остается резервный запас воды, что важно при частых перебоях случае в электроснабжении.

Частота использования и объем

Два данных параметра тесно взаимосвязаны между собой. Дело в том, что подключение гидроаккумулятора к системе водоснабжения выполняется в расчете на то, что агрегат будет работать в интенсивном режиме, то есть под постоянной нагрузкой. Тут речь идет примерно о 5-15 включениях в час. Но нередко эта цифра оказывается иной. Почему, спросите вы? Все просто – вы просчитались с выбором объема бака. Скажем, взяли объем 50 литров на большую семью, чего оказалось недостаточно. Вот и получается, что агрегат перегружен. Это не есть хорошо по целой массе причин. Во-первых, насос, будь он погружной или поверхностный, постоянно включается и отключается, что прямым образом влияет на его ресурс работы. Во-вторых, интенсивному износу подвергается и мембрана гидробака, что тоже плохо. Именно поэтому рекомендуется всегда брать небольшой запас. Приобретите бак не на 50, а на 75 литров. Этого будет более чем достаточно в большинстве случаев. Пускай вы и потратите на 500-700 рублей больше, но устройство будет функционировать более длительный период.

Как настроить гидроаккумулятор?

Итак, вы приобрели гидробак и успешно доставили его к себе домой. Что с ним делать дальше? Для начала выясните, каково давление внутри резервуара. Как правило, изготовители закачивают туда порядка 1,5 атмосферы, однако порой (обычно по причине утечки) до момента покупки давление заметно падает. Для проверки корректности своих показателей, открутите маскирующий колпачок с обычного золотника от автомобиля, а затем выполните проверку давления.

Каким образом это можно сделать? Как правило, с этой целью применяется манометр. Такой прибор, к слову, может быть как механическим (предназначается для автомобилей, имеет железный корпус), так и электронным пластиковым (им комплектуются определенные модели насосов).

Зачастую речь идет о дешевых китайских приборах, заключенных в хрупкий пластмассовый корпус. Что касается электронных манометров, то их показатели могут во многом зависеть от температуры или уровня заряда батареи, более того, стоят они достаточно дорого. Словом, оптимальный вариант – это простой автомобильный прибор, который уже успел пройти проверку

Также важно, чтобы делений на шкале было не очень много – так вы сумеете определить давление в емкости более точно. К примеру, если шкала предназначается на 20 атмосфер, а вам потребуется всего 1 или 2, то о предельной точности можете забыть

Если воздуха в емкости меньше, значит, жидкости, наоборот, больше, однако разница между заполненными/пустыми гидробаками существенна.  Но здесь все зависит от ваших личных предпочтений. Если вам требуется перманентно высокое давление в системе, то в емкости должно быть как минимум 1,5 атмосферы. А вот для обычных бытовых нужд вполне хватает и 1 атмосферы. В первом случае насос будет включаться более часто, а при отсутствии электричества резерва в гидробаке может попросту не хватить. Во втором же вы пожертвуете напором, ведь пользоваться душевой кабинкой с гидромассажем возможно только при полном резервуаре, а когда он будет опустошаться, вам будет светить лишь ванна.

Словом, определитесь, что для вас имеет большее значение, а после этого задавайте требуемый режим (проще говоря, стравливайте излишки воздуха или же подкачивайте его).

Самостоятельное изготовление гидравлического аккумулятора

Чтобы сэкономить средства, можно сделать гидроаккумулятор своими силами. В целом, все материалы доступны, а процесс изготовления не слишком сложен. Однако в самом начале, нужно определиться с будущей конструкцией устройства. И проще всего будет сделать гидроаккумулятор без мембраны – эта простейшая конструкция достаточно функциональна.

Подготовка

Прежде всего, потребуется подготовить все необходимые материалы:

• самая главная часть – это емкость. Можно взять стальной, алюминиевый или пластиковый бак. Объем должен быть в пределах 100 литров. Однако, не стоит брать слишком маленький бак, если его объем будет меньше 30 литров, он будет неэффективным в работе;

  Пластиковый бак

  Баллон

• прокладки, можно просто приготовить кусок резины и вырезать их уже по месту;
• манометр;
• герметик;
• тройник и пятерник для подключения бака к системе водопровода;
• краны;
• реле давления;
• ниппель для закачки воздуха.

Кроме этого, понадобятся гайки, шайбы, набор ручного инструмента и дрель для проделывания отверстий в баке.

Изготовление устройства

Поскольку гидравлический аккумулятор не включает в себя мембрану, сделать его очень просто. Главное, все делать аккуратно. При этом, нужно учесть тот факт, что система будет работать под давлением, поэтому сам бак, должен быть прочным.

Инструкция, как сделать гидроаккумулятор своими руками:

• в первую очередь, нужно просверлить три отверстия в основной емкости. Они делаются на верхней и нижней части, а также в боку;
• в боковое отверстие вставляется кран для сброса воды;
• в верхнее отверстие также монтируется кран, а на него накручивается четверник;
• в нижнее отверстие вставляется еще один кран с тройником.

Очень важно, чтобы все соединения были надежно герметизированы. Для этого, под краны ложатся прокладки, которые садятся на герметик

А резьбовые соединения заделываются при помощи специальной ленты.

В целом, сама конструкция готова, теперь нужно подсоединять все необходимые элементы.

К верхней части, подсоединяется:

• реле давления;
• ниппель для закачки воздуха;
• манометр.

Подключение манометра к тройнику

Если использовался пятерник, то можно подсоединить к нему и трубопровод для набора воды, однако, лучше подсоединять его к низу бака.

К нижней части подключается водопровод – на одном тройнике делается ввод и вывод. На этом, основные работы закончены.

Таким образом, самодельное устройство, делается легко и быстро. Теперь, нужно подготовить его к работе.

Подготовка к работе

Делается это очень просто. Для этого в емкость набирается вода и закачивается воздух. Для этого нужно:

• открыть боковой кран на аккумуляторе;
• включить насос и набирать воду до тех пор, пока она не потечет из крана;
• после этого, насос выключается и кран закрывается;
• теперь нужно подключить к баку насос и накачать в него воздух.

Насос, для этих целей подойдет любой. Давление определяется по установленному манометру и должно составлять 1,5-2 атмосферы.

Вообще, оптимальное давление можно подобрать уже в процессе эксплуатации системы

Здесь важно понимать такую зависимость:

• чем больше давление воздуха, тем меньше будет объем воды, который вмещает в себя бак. С другой стороны, так в системе будет больший напор воды;
• чем меньше, давление воздуха, тем больше жидкости поместится в емкость, а следовательно, насос будет включаться реже.

Режим работы должен подбираться из конкретных параметров системы водоснабжения.

Подключение реле давления

Это очень важный момент, поскольку от правильности подключения реле, напрямую зависит работоспособность всей системы. Вообще, нужно внимательно ознакомиться с инструкцией и делать подключение электрики согласно указаниям, ведь иначе, можно спалить и реле и насос.

В целом, принципиальная схема выглядит таким образом:

• понадобится два электрических кабеля, лучше всего использовать медный трехжильный провод с возможностью заземления. Сечение подбирается исходя из мощности подключаемого насоса;
• один подключается к реле и к бытовой электросети;
• второй подключается от реле к погружному насосу.

Подключение к реле давления

При этом, важно не перепутать клеммы. После этого, нужно настроить реле давления

Обычно, за это отвечают две гайки с пружинами – первая за минимальный порог, а вторая за максимальный.

После того, как подключение и настройка будут завершены, необходимо сделать пробный пуск. При этом, желательно открывать кран, через который в гидроаккумулятор поступает вода не полностью.

Если реле не срабатывает при достижении необходимого давления воды в баке, его нужно подкорректировать. Точно так же проверяется и минимальный порог.

На этом, работы по изготовлению и настройке гидравлического аккумулятора можно считать завершенными – устройство полностью готово к работе.

Зачем нужен гидроаккумулятор?

Гидроаккумулятор (другими словами – мембранный бак, гидробак) используется для поддержки стабильного давления в водопроводе, предохраняет водяной насос от преждевременного износа из-за частого включения, предохраняет систему водоснабжения от возможных гидроударов. При отключении напряжения, благодаря гидроаккумулятору, вы всегда будете с небольшим запасом воды.

Вот основные функции, которые выполняет гидроаккумулятор в системе водоснабжения:

1. Предохранение насоса от преждевременного износа. Благодаря запасу воды в мембранном баке, при открытии водопроводного крана насос будет включаться только в том случае, если запас воды в баке иссякнет. Любой насос имеет определенную норму включений в час, поэтому, благодаря гидроаккумулятору, у насоса появиться запас неиспользованных включений, что повысит срок его эксплуатации.
2. Поддержка постоянного давления в водопроводной системе, предохранение от перепадов напора воды. Из-за перепадов напора при одновременном включении нескольких кранов происходят резкие колебания температуры воды, например в душе и на кухне. Гидроаккумулятор успешно справляется с такими неприятными ситуациями.
3. Предохранение от гидроударов, которые могут возникать при включении насоса, и способны порядком подпортить трубопровод.
4. Поддержание запаса воды в системе, что позволяет пользоваться водой даже во время отключения электричества, что в наше время происходит довольно часто. Особенно ценна эта функция в загородных домах.

Рейтинг гидроаккумуляторов

Мембранные баки за короткий промежуток времени стали незаменимым элементом системы подачи воды в загородном доме. Это оборудование выпускают отечественные и зарубежные производители. Техника отличается объемом запаса воды, конструктивными решениями, функционалом. На рынке представлены небольшие модели для дач, универсальные решения для частных домов с разным количеством проживающих, небольших коммерческих предприятий. Проект VyborExperta.ru изучил особенности гидроресиверов в разных категориях, отзывы владельцев, мнения профессионалов в сфере водоснабжения. При составлении рейтинга проверялось соответствие рабочих характеристик заявленным параметрам.

Особое внимание уделялось следующим критериям:

• Объем резервуара – количество воды в баке влияет на автономность системы, но увеличение габаритов приводит к росту цены – необходимо найти разумный компромисс;
• Тип мембраны – конструктивные особенности влияют на срок службы ресивера, качество питьевой воды, сложность обслуживания и замены диафрагмы;
• Способ монтажа – вертикальные баки экономят полезную площадь, горизонтальные позволяют равномерно распределить нагрузку на основание;
• Материал корпуса – устойчивость к коррозии влияет на срок эксплуатации, качество воды;
• Рабочее давление – характеристика должна соответствовать параметрам насосного оборудования. Чем выше показателе, тем более универсальным становится ресивер.

Не все отобранные для тестирования модели удовлетворили требования экспертов. Низкое качество мембраны и антикоррозийной защиты, несоответствие заявленным техническим характеристикам – такие баки исключались из нашего рейтинга.

Оптимальное давление воздуха

Чтобы бытовая техника работала нормально, давление в гидробаке обязано находиться в интервале 1,4-2,8 атм. Для лучшей сохранности мембраны необходимо, чтобы давление в системе водопровода на 0,1-0,2 атм. превышало давление в баке. Например, если внутри мембранного бака давление составляет 1,5 атм., то в системе оно должно быть 1,6 атм.

Именно это значение и следует выставить на реле водяного давления, которое работает совместно с гидроаккумулятором. Для одноэтажного загородного дома такая настройка считается оптимальной. Если же речь идёт о двухэтажном коттедже, давление придется повышать. Для расчета его оптимального значения применяют следующую формулу:

Vатм.=(Hmax+6)/10

В этой формуле V атм. – оптимальное давление, а Hmax – высота наиболее высоко расположенной точки водоразбора. Как правило, речь идёт о душе. Чтобы получить нужное значение, следует высчитать высоту нахождения лейки душа относительно гидроаккумулятора. Полученные данные вводятся в формулу. В результате расчета будет получено оптимальное значение давления, которое должно быть в баке.

Обратите внимание, что полученное значение не должно превышать максимально допустимые характеристики для прочих бытовых и сантехнических приборов, иначе они попросту выйдут из строя. Если говорить о независимой системе водоснабжения дома упрощенно, то её составными элементами являются:

Если говорить о независимой системе водоснабжения дома упрощенно, то её составными элементами являются:

• насос,
• гидроаккумулятор,
• реле давления,
• обратный клапан,
• манометр.

Последний элемент используется для того, чтобы можно было оперативно контролировать давление. Постоянное нахождение его в системе водоснабжения не обязательно. Он может быть подключен только в тот момент, когда производятся тестовые замеры.

Как видите, именно на этой схеме манометр не отображен, но это не значит, что он вообще не нужен. Просто его включат в момент выполнения контрольных замеров

При участии в схеме поверхностного насоса, гидробак монтируют рядом с ним. Обратный клапан при этом устанавливают на всасывающем трубопроводе, а остальные элементы образуют единую связку, соединяясь между собой с помощью пятивыводного штуцера.

Пятивыводное устройство безупречно подходит для этой цели, поскольку имеет выводы различных диаметров. Входящий и исходящий трубопроводы и некоторые другие элементы связки могут соединяться со штуцером с помощью американок, чтобы облегчить профилактические и ремонтные работы на отдельных участках водопровода.

Впрочем, этот штуцер можно заменить кучей соединительных элементов. Но зачем?

На этой схеме порядок подключения хорошо виден. Когда происходит подключение штуцера к гидроаккумулятору, необходимо удостовериться в герметичности соединения

Итак, к насосу гидроаккумулятор подключается следующим образом:

• один дюймовый вывод присоединяет сам штуцер к патрубку гидробака;
• к выводам на четверть дюйма подключаются манометр и реле давления;
• остались два свободных дюймовых вывода, к которым монтируются труба от насоса, а также разводка, идущая к потребителям воды.

Если в схеме работает поверхностный насос, то соединять с ним гидроаккумулятор лучше с помощью гибкого шланга, имеющего металлическую обмотку.

К тем частям, которые заканчиваются муфтами, будут присоединяться труба от насоса и разводка водопровода, которая пойдет к потребителям воды

К погружному насосу гидроаккумулятор подключается точно так же. Особенностью этой схемы является местоположение обратного клапана, не имеющее никого отношения к вопросам, которые мы сегодня рассматриваем.

Принцип работы гидроаккумулятора

Гидроаккумулятор работает так. Насос подает воду под давлением в мембрану гидроаккумулятора. Когда достигается порог давления, реле отключает насос и вода прекращает подаваться. После того, как при заборе воды давление начинает падать, насос опять автоматически включается и подает воду в мембрану гидроаккумулятора. Чем больший объем гидробака, тем эффективнее результат его работы. Срабатывание реле давления можно регулировать.

Во время работы гидроаккумулятора, растворенный в воде воздух постепенно скапливается в мембране, что приводит к снижению эффективности работы устройства. Поэтому, необходимо производить профилактику гидроаккумулятора, стравливая накопившийся воздух. Частота проведения профилактик зависит от объема гидробака и частоты его эксплуатации, что составляет приблизительно один раз в 1-3 месяца.

Типы гидроаккумуляторов

В настоящее время в промышленности используются различные по конструкции гидроаккумуляторы. Основная классификация определяется принципом формирования запаса энергии и управления отдачей его в систему. В зависимости от этого критерия всё гидроаккумулирующее оборудование разделяется на три типа.

1. Баллонные.
2. Поршневые.
3. Мембранные.

В прежние годы часто применялись пружинные и грузовые гидроаккумуляторы, но из-за сложности эксплуатации и недостаточной эффективности от использования этих устройств постепенно отказались, и на сегодняшний день они встречаются крайне редко.

Баллонные гидроаккумуляторы являются самыми компактными и благодаря этому находят применение в условиях ограниченного пространства. Недостаток – сравнительно небольшой объём запасаемой жидкости. Это не позволяет использовать баллонные аккумуляторы в крупнообъёмных гидравлических системах, либо вынуждает увеличивать число аккумуляторов, что усложняет оборудование в целом.

Поршневые устройства в противоположность баллонным рассчитаны на создание запаса значительных объёмов масла – до 1000 литров на один гидроаккумулятор. Другое достоинство заключается в возможности контроля положения поршня, по которому контролируют запасённое количество жидкости. В качестве недостатка можно указать инерционность, которая выражается в медленной отдаче масла.

Мембранные гидроаккумуляторы применяются как раз там, где из-за инерционности не могут использоваться поршневые. В этих устройствах данный недостаток отсутствует – они высвобождают масло практически мгновенно. Это делает их предпочтительными для применения в быстродействующей гидравлике.

Конструктивные особенности и принцип действия гидроаккумулятора

Если рассматривать мембранный гидробак, то он, по сути, является емкостью с установленной внутри специальной прокладкой из резины, которая разделяет резервуар на пару функциональных зон. В первой зоне располагается вода, в то время как во вторую закачивается воздух или инертный газ.

Помимо того, описываемый прибор оборудуется монометром – тот показывает, каково давления воздуха внутри – и особым отверстием, посредством которого поступает вода. Последняя закачивается в резервуар посредством электронасоса. Если гидроаккумулятор оборудован автоматическими устройствами, то те сами будут выключать насос, когда показатель давления достигнет требуемого значения. Как результат – прекратится подача воды в гидробак.

Каждый расход воды неминуемо ведет к снижению давления в емкости. Когда то опускается до минимально допустимого предела, насос снова запускается и начинает подкачивать воду. Получается, что гидроаккумулятор для систем водоснабжения работает по достаточно простому принципу. Во всем этом сможет разобраться каждый, даже далекий от всех водопроводных премудростей человек. Баллонные емкости (а они, как правило, выпускаются на 100 литров) отличаются от мембранных отсутствием соприкосновения воды со стенками резервуара. В таких устройствах жидкость попадает в грушу, а уже после этого используется по назначению.

Именно по этой причине во время установки необходимо в обязательном порядке установить на водопровод специальный тройник или кран (последние позволят перекрывать основную магистраль, после чего без каких-либо трудностей стравливать воздух).

Для чего нужен гидроаккумулятор для систем водоснабжения

Различные виды форм и цветовой гаммы водяных аккумуляторов и расширительных баков

Этот конструктивный элемент имеет два основных назначения:

• Обеспечение бесперебойной и равномерной работы насосной станции;
• Обеспечение надежности и целостности системы ГВС (горячее водоснабжение).

Роль гидроаккумулятора в работе насосной станции

При отсутствии центрального водопровода владельцы частных домов,  для подачи воды в дом бурят скважину или возводят колодец, оборудованный глубинным насосом. С его помощью вода подаётся в помещение, заполняет водяной аккумулятор, обязательно фильтруется и разветвляется по местам потребления.

Схема простой системы водоснабжения

Рассмотрим более подробно работу этой схемы. При быстром открытии и закрытии водяного крана, например вы сполоснули руки, расходуется малое количество воды и именно в этот момент начинается работа гидроаккумулятора. Насос не включался, напор был создан давлением мембраны водяного аккумулятора, так как в нём содержится определённое количество воды. Многочисленные источники утверждают, что аварийный запас воды и есть главная функция, которую выполняет гидроаккумулятор для систем водоснабжения. Эти сведения неверны. Агрегат ёмкостью 100 литров способен вместить не более 35 литров воды.

Первостепенная цель установки этого агрегата – сберечь дорогостоящий глубинный насос от перегрева и нерациональных запусков. При отсутствии этого устройства насос, в описанном выше случае, запустится и тут же выключится, не набрав максимальной мощности. В этот момент в контуре создается гидроудар, то есть резкий перепад давления. Агрегат при совокупности этих факторов быстро выйдет из строя. Вывод – гидроаккумулятор в системах водоснабжения служит для равномерного распределения давления в контуре и долгосрочной работы насосного оборудования.

Гидроудар в водопроводной трубе

Гидроаккумулятор в системе ГВС

Существуют три основных вида горячего водоснабжения с использованием гидробака:

Монтаж бойлера косвенного нагрева;

Система ГВС с бойлером косвенного нагрева

Установка двухконтурного твердотопливного котла, с функцией подачи горячей воды;

Горячее водоснабжение при эксплуатации двухконтурного котла

Схема с одноконтурным котлом в совокупности с бойлером косвенного нагрева.

Рабочая схема при эксплуатации одноконтурного котла и бойлера

В любом из вариантов водяной аккумулятор исполняет роль расширительного бака, так как вода при нагреве увеличивается в объеме, и этот прибор компенсирует количество воды. Несмотря на тот факт, что и в бойлере, и в твердотопливном котле установлена группа безопасности в виде пропускного клапана, при постоянном срабатывании пропускной клапан быстро выходит из строя, это влечёт за собой повреждения котла или течь в контуре водоснабжения.

Группа безопасности твердотопливного котла
Группа безопасности бойлера

Резиновая мембрана водяного аккумулятора грушевидная

Давление в гидроаккумуляторе

В воздушной камере гидроаккумулятора давление должно быть на 10 % ниже, чем давление при включении насоса.

Точный показатель давления воздуха можно измерить, лишь при отключенном от системы водопровода баке, при отсутствии давления воды. Давление воздуха необходимо постоянно держать под контролем, по необходимости регулировать, что прибавит мембране срок жизни. Также для продолжения нормального функционирования мембраны нельзя допускать большой перепад давления, когда включается и выключается насос. Нормальным является перепад в 1.0-1.5 атм. Более сильные перепады давления уменьшают срок службы мембраны, сильно растягивая ее, к тому же, такие перепады давления не дают возможности комфортного пользования водой.

Гидроаккумуляторы можно устанавливать в местах с невысокой влажностью, неподверженных затоплению, чтобы фланец устройства успешно служил много лет.

Выбирая марку гидроаккумулятора, необходимо обратить особое внимание на качество материала, из которого выполнена мембрана, проверить сертификаты и санитарно-гигиенические заключения, удостоверившись, что гидробак предназначен для систем с питьевой водой. Также нужно убедиться в наличии запасных фланцев и мембран, которые должны быть в комплекте, чтобы в случае возникшей проблемы не пришлось покупать новый гидробак

Предельное давление гидроаккумулятора, на которое он рассчитан, должно быть не меньшим, чем максимальное давление в системе водопровода. Поэтому большинство устройств выдерживают давление 10 атм.

Устройство гидробака

Устройство гидроаккумулятора не отличается сложностью, он состоит из металлического бака со встроенной грушевидной мембраной или плоской диафрагмой из резины. Диафрагма крепится поперек корпуса между его половинками, грушевидный баллон устанавливают на входе около горловины – такой тип используют для подачи воды при индивидуальном водоснабжении. В задней части металлической емкости установлен ниппель, с помощью которого в корпус гидробака закачивают воздух, подстраивая его внутреннее давление к системе.

Гидробаки выпускают для отопительных систем, горячей воды (красного цвета) и холодного водоснабжения (синий цвет). В зависимости от объема гидробака и способа монтажа различают модели с горизонтальным расположением и объемные вертикальные агрегаты, которые устанавливаются на ножках.

Горизонтальные модели небольшой емкости чаще используют в насосных станциях со встроенным центробежным электронасосом поверхностного типа и элементами автоматической системы управления. Гидробаки с вертикальным расположением используют отдельно, их удобнее монтировать при работе с погружными электронасосами. Вертикальные баки конструктивно отличаются от горизонтальных моделей: мембранная оболочка крепится в верхней и нижней части корпуса, помимо ниппеля для накачки воздуха они имеют дополнительный штуцер для его стравливания из резиновой оболочки.

Рис. 2 Конструкция гидробака