Гидроаккумулятор это что: Гидроаккумуляторы для водоснабжения принцип работы – Гидроаккумулятор, устройство, принцип работы. Выбор и подключение

Содержание

Мембранный гидроаккумулятор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Мембранный гидроаккумулятор

Мембранный гидроаккумулятор служит для накопления гидравлической жидкости с последующей её отдачей в нужный момент времени. Также, их широко применяют для демпфирования (сглаживания) пульсаций и ударов жидкости в системе. Как в поршневых и баллонных гидроаккумуляторах, этот процесс происходит за счёт сжимаемого газа. В виде разделителя сред применяется каучуковая мембрана, которая закреплена на внутренней стенке корпуса и деформируется в процессе сжатия и расширения азота. В верхней части гидроаккумулятора установлен газовый клапан, препятствующий выходу азота из газовой полости. При отсутствии давления в жидкостной полости, мембрана полностью прижимается к выходному отверстию. Чтобы внутренние края этого отверстия не повреждали каучук, в мембране в этом месте сделано металлическое уплотнение (тарельчатый клапан). В качестве газа в верхней полости чаще всего применяют азот и ни в коем случае — воздух или кислород. Это обусловлено тем, что находящиеся под давлением воздух и кислород — взрывоопасны.

Мембранные гидроаккумуляторы (или пневмогидроаккумуляторы) бывают перезаряжаемые, разборные и запаянные (данный вид заряжает азотом сам производитель при изготовлении). Кроме того, аккумуляторы могут быть изготовлены из разных материалов — как корпус, так и сами мембраны. Применение тех или иных материалов обусловлено различными условиями эксплуатации (температура, рабочая среда и т. д.). Благодаря своим компактным размерам данные аккумуляторы широко применяются в мобильной технике. Как и вся подобная продукция, мембранный гидроаккумулятор нуждается в сертификатах той страны, в которой эксплуатируется.

Гидроаккумулятор — это… Что такое Гидроаккумулятор?

Условное обозначение гидроаккумулятора на принципиальных гидравлических схемах

Гидроаккумулятор — это сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать гидравлическую энергию и возвращать её в систему в нужный момент.

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.

Классификация гидроаккумуляторов по способу накопления энергии

гидроаккумуляторы с механическим накопителем;
гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.

Гидроаккумуляторы с механическим накопителем

Классификация гидроаккумуляторов с механическим накопителем

грузовые гидроаккумуляторы;
пружинные гидроаккумуляторы.

В грузовых гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счет потенциальной энергии находящегося на определённой высоте груза.

В пружинных гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт механической энергии сжатой пружины.

Преимущества и недостатки

Каждому типу гидроаккумуляторов свойственны свои преимущества и недостатки.

Тип гидроаккумулятора	Преимущества	Недостатки
Грузовой гидроаккумулятор	постоянное давление аккумулятора простота конструкции большой рабочий объём низкая стоимость
Пружинный гидроаккумулятор	относительная простота конструкции невысокая стоимость	давление зависит от характеристики и линейной деформации пружины небольшой рабочий объём инерционность

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

Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы.

Процесс сжатия и расширения газа в пневмогидроаккумуляторе является политропным процессом. Для модели идеального газа справедлива зависимость:

P₀V₀ⁿ = P₁*V₁ⁿ = P₂*V₂ⁿ.

Причём, интервал времени, за который происходит процесс, учитывает показатель политропы «n». Медленно протекающие процессы расширения и сжатия газа близки к изотермическому с показателем политропы n~1. Быстрому расширению и сжатию газа близок адиабатный процесс, поэтому показатель политропы принимается n~1,4. При давлении выше 200 бар поведение реального газа отличается от поведения модели идеального газа и, если его не учитывать, то при расчётах получается заниженное значение объёма гидроаккумулятора. В этом случае необходимо ввести корректирующий коэффициент, учитывающий это несоответствие. При практическом применении зависимость давления от объёма газа может быть снижена за счёт увеличения газовой полости путём присоединения дополнительного объёма.

При малом изменении давления в жидкостной полости гидроаккумулятора газ сжимается незначительно. В этом случае для поддержания давления в узком диапазоне изменяемый объём гидроаккумулятора может оказаться недостаточным для рабочего процесса. Для того, чтобы изменение объёма в меньшей степени влияло на изменение давления, газовую полость гидроаккумулятора увеличивают посредством подключения к ней дополнительного ресивера. В этом случае объём газовой полости складывается из объёма ресивера и изменяемого объёма гидроаккумулятора. 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 %.

Назначение пневмогидроаккумуляторов

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;
увеличение срока службы насосов.

Использование гидроаккумуляторов в быту и промышленности

Наибольшее распространение в быту и промышленности нашли пневмогидроаккумуляторы. Они представляют собой достаточной прочности для заданных давлений емкость (металлическую, композитную и т.п.) с эластичной мембраной/баллоном 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 поселков, 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. 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 тяжелого коммерческого транспорта CleanStart^[1]. В третьем случае давление в гидроаккумулятор нагнетается двигателем внутреннего сгорания, а расходуется гидромотором на приведение колёс в движение.^[2]

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.

Современные производители гидроаккумуляторов

Источники

Примечания

гидроаккумулятор для систем водоснабжения: устройство и принцип работы

Монтаж автономной системы водоснабжения частного дома в обязательном порядке требует установки в систему водопровода гидроаккумулятора, устройства позволяющего обеспечить работу бытовой техники и значительно повысить эффективность использования воды и при этом существенно сэкономить на потреблении электроэнергии. Однако, как показывает практика, при самостоятельном монтаже водопровода не только правильно подключить сам гидроаккумулятор, важно чтобы он был максимально правильно подобран по своим параметрам и соответствовал требованиям эксплуатации и остального оборудования автономного водопровода.

Содержание

Что такое гидроаккумулятор

Для чего необходим гидроаккумулятор
Виды гидроаккумуляторов
Виды мембран и их свойства

Что такое гидроаккумулятор

Свое название гидроаккумулятор берет из двух слов греческого происхождения «гидро» – в переводе означает вода, а вот «аккумулятор» – накопитель. Так что в прямом переводе гидроаккумулятор это не что иное, как накопитель воды. Гидроаккумулятор это общепринятое название, также довольно часто применяется и другое название этого вида оборудования – мембранный бак. Такое название раскрывает более детально устройство гидроаккумулятора.

Классический вид гидроаккумулятора, представляет собой пустотелый сосуд, внутри которого находится разделяющая мембрана или эластичная прокладка. Эта мембрана делит внутреннее пространство на две части. Одна из частей, имеет золотниковый клапан, через который закачивается в полость инертный газ или специально подготовленный воздух. Вторая половина, имеет входной фланец, к которому подключается система водопровода, и при открытии крана эта половина бака заполняется водой.

Следует знать, что встречается два вида оборудования – гидроаккумуляторы, имеющие мембрану и баки, имеющие вместо мембраны полноразмерный резиновый резервуар, практически равный по объему бака.

В системе автономного водопровода гидроаккумулятор устанавливается не отдельно, в обязательном порядке к нему монтируется и другое оборудование, которое позволяет обеспечивать надежную работу всей системы:

Манометр;
Блок управления насосным оборудованием;
Трубопровод, соединяющийся с насосом и системой водопровода;
Фильтр механической очистки воды.

Золотниковый ниппель, установленный со стороны куда закачивается газ обеспечивает необходимое давление газа внутри резервуара, и предназначен для закачивания в него инертного газа или подготовленного осушенного воздуха. Подключение баллона с газом осуществляется через специальный переходник, а для закачки воздуха применяется автомобильный компрессор или обычный насос.

Для чего необходим гидроаккумулятор

Система автономного водопровода как и традиционный централизованный водопровод постоянно находится под давлением, при открытии крана вода под давлением вырывается наружу, но при этом, в отличие от централизованного водопровода в автономной системе нет водонапорной башни, чтобы постоянно поддерживать необходимое давление. Роль водонапорной башни в системе замкнутого водопровода выполняет гидроаккумулятор. Наполняя часть бака водой, мембрана сдавливает воздушную часть гидроаккумулятора. После того как давление в водопроводе достигает максимума, подача воды прекращается и давление стабилизируется. Однако при открытии крана вода выходит наружу под давлением, это давление создается сжатой мембраной, которая под действием сжатого воздуха начинает выдавливать воду из системы. Небольшое количество воды, отобранное из системы, незначительно снизит давление внутри, и если давление не уменьшается до нижнего уровня, когда включится насос, гидроаккумулятор и дальше будет поддерживать давление в водопроводе при меньшем количестве воды.

Условно работу гидроаккумулятора можно представить следующим образом:

Давление в системе водопровода ниже минимального уровня – автоматика включает насос, и вода начинает поступать в систему.
При поступлении воды в систему наполняется бак гидроаккумулятора и постепенно сжимается мембрана, увеличивая давление в воздушной камере.
После закрытия крана, насос продолжает подавать воду в систему, пока гидроаккумулятор не заполнится полностью и автоматика не отключит насос при достижении давления наибольшего показателя. Давление в воздушной камере и водяном резервуаре достигает максимального показателя.
При открытии крана, вода из водяного резервуара гидроаккумулятора начинает поступать в систему под давлением воздушной камеры. При достижении минимального показателя, автоматика снова включает насос и начинается подача воды в систему.

Таким образом гидроаккумулятор позволяет обеспечивать постоянное давление воды в системе водопровода. Однако на этом его функции не заканчиваются. Наличие эластичной мембраны или резинового резервуара дает возможность быстро реагировать на резкое повышение давления в системе, например при включении насосного оборудования, когда большой объем воды поступает в систему. Обычно при таком гидроударе в системе замкнутого автономного водопровода, без гидроаккумулятора ломались бы запорные клапана бытовой техники, краны смесителей, появлялись протечки в резьбовых соединениях.

Автономная система водопровода, без гидроаккумулятора, требовала бы включения насосного оборудования при каждом открытии крана, пусть даже на 2-3 секунды, что неизбежно привело к преждевременному износу как насоса, так и автоматики включения. При этом гидроудары были бы постоянным явлением.

Виды гидроаккумуляторов

Обустройство индивидуальных домов зачастую требует специфического подбора оборудования для монтажа системы водопровода. Для наиболее полного и качественного выполнения этих задач разработаны несколько видов гидроаккумуляторных баков как по назначению, так и по другим характеристикам.

Одной из важных классификаций мембранных баков для автономного водопровода выступает объем резервуара:

Малые баки от 10 до 35 литров;
Средние баки от 35 до 70 литров;
Большие баки свыше 70 литров объема резервуара для воды.

Для установки в помещении имеется две разновидности, различаемые в зависимости от способа установки:

Горизонтальные баки:
Вертикальные баки.

Также по способу установки баки могут быть:

Баки устанавливаемые в составе насосных станций, со специальными креплениями для насосного оборудования на корпусе;
Отдельно стоящие баки, устанавливаемые как отдельные элемент.

Классификация баков может быть и по цвету корпуса:

Синий цвет – бак предназначен для установки и использования в системе с холодной водой;
Красный бак – конструкция может использоваться для аккумулирования горячей воды.

Красный цвет бака используется в качестве гидроаккумулятора в системе горячего водоснабжения, резина резервуара такого бака более эластична и поэтому использовать ее для установки с холодной водой не рекомендуется.

Вертикальные и горизонтальные баки имеют ряд отличий, которые существенно влияют на работоспособность оборудования и специфику обслуживания. И для горизонтальных и для вертикальных баков при работе с холодной водой часто наблюдается ситуация, когда после 2-3 месяцев работы, в баке скапливается довольно большое количество воздуха. Поступая вместе с водой в бак, воздух постепенно заполняет объем водяного резервуара, препятствуя накоплению воды. Такая ситуация приводит к ухудшению работы гидроаккумулятора и неправильной работе автоматики и частому включению насоса. Иногда в объеме бака 35 литров поступает всего 25 литров воды, а все остальное пространство заполняется воздухом.

Удаление воздуха из резервуара зависит от его конструкции – для больших объемов вертикальных баков, в которых водяной резервуар находится сверху, воздух их камеры стравливается при помощи ниппеля установленного недалеко от входного патрубка. Для горизонтальных баков и баков небольшого объема рекомендуется дополнительно установить шаровый кран и сделать отвод для слива воды непосредственно из бака в канализацию. При отключении подачи электричества в систему управления насосом рекомендуется открыть один из кранов и спустить воду из гидроаккумулятора. После этого снова включить электричество и заполнить водой всю систему снова.

Виды мембран и их свойства

Основным рабочим элементом гидроаккумуляторов выступают эластичные мембраны, с помощью которых внутренне пространство делится на две части. Для баков разного объема и назначения сегодня выпускается два основных вида мембран – фигурные мембраны и плоские мембраны.

Плоские мембраны устанавливаются в основном в баки небольшого объема. Особенностью установки таких баков является то, что они в обычных условиях не ремонтируются, это необходимо учитывать при выборе бака.

Фигурная резиновая мембрана может быть установлена в различных видах гидроаккумуляторов. Основное преимущество этой мембраны заключается в том, что ее можно просто заменить самому при ремонте бака.

В зависимости от объема и назначения бака фигурные мембраны могут быть:

Для установки в баках для холодной воды;
Для баков горячей воды;
Мембраны для технической воды;
Мембраны для питьевой воды.

Назначение и тип гидроаккумулятора требует подбора правильной мембраны для установки. Все мембраны рассчитываются на 100 000 рабочих циклов работы. Но это в классическом варианте, когда вода отвечает большинству стандартов, и не имеет дополнительных механических включений.

На практике, мембрана для питьевой воды при установке в качестве элемента в водопроводе, подающем техническую воду, выдерживает не более чем половину циклов полного наполнения–спуска.

Особенно тяжело мембраны горизонтальных баков и вертикальных баков с верхним расположением водяного резервуара переносят накопление песка и других нерастворимых осадков. Известь, песок и частицы глины, оседая на стенках резинового резервуара постепенно скапливаются и приводят к прорыву мембраны. Именно поэтому обязательно в систему подачи воды перед гидроаккумулятором необходимо устанавливать фильтр для очистки воды от вкраплений.

Узким местом гидроаккумуляторов является также место крепления впускного фланца и корпуса бака. Особенностью этого узла является специфика его установки, ведь впускной фланец не только присоединяется к корпусу, а и зажимает мембрану. Неправильная затяжка болтов, неравномерная затяжка и сдвиг мембраны приводит к потере герметичности и появлению протечек. При замене мембраны рекомендуется проводить поочередную затяжку всех болтов постепенно, контролируя при этом натяжку мембраны.