Механика жидкости и газа Гидроаккумуляторы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Чувашский Государственный университет имени И.Н.Ульянова»

 

 

 

 

 

 

Механика жидкости и газа

Гидроаккумуляторы. Виды и назначение

Модель идеальной жидкости и ее роль в гидравлике

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы

 ЗМС 11-12

шифр 07211073

Нягусев

 Дмитрий

 Валерьевич

Работу принял:  асс. Милюхин

Николай

Владимирович

 

 

 

г. Чебоксары 2015 

                                                     Содержание

1. Введение  3
2. Гидроаккумуляторы 4
3. Виды гидроаккумуляторов 5
4. Подбор размера гидроаккумулятора 5
5. Расчет давления воздуха 7
6. Модель идеальной жидкости . 9
7. Список литературы 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Введение

 

Для того чтобы создать современную систему водоснабжения, одного только насоса мало. Необходим определенный набор сопутствующего оборудования, о котором необходимо рассказывать отдельно. Мембранные гидроаккумуляторы или гидробаки представляют собой стальную емкость. Внутри нее находится резиновая мембрана, похожая на колбу или мешок, в который закачивается вода. Между мембраной и корпусом находится воздух (первоначально производителем закачивается азот). Гидроаккумулятор предназначен, в первую очередь, для создания необходимого давления воды в системе и работы автоматики, совместно, например, с реле давления обеспечивая включение и выключение насоса. Он может служить в качестве емкости для дополнительного запаса воды. И в том и в другом случае его величину следует правильно подобрать. Таким образом, он заменяет гидронапорную башню и другие подобные сооружения.

 

Ни в коем случае нельзя путать гидроаккумулятор с расширительным баком, который иногда называют иностранным словом экспансомат. Последний предназначен для компенсации теплового расширения теплоносителя (обычно воды) в системах отопления. Экспансомат, как правило, имеет более простую внутреннюю конструкцию и не предназначен для использования в системах с питьевой водой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидроаккумуляторы

 

Гидроаккумулятор - бак для воды с эластичной мембраной, в одной части которого находится вода, в другой - сжатый воздух. Предназначены для поддержания постоянного давления и смягчения гидравлических ударов воды в бытовых и промышленных установках. Именно гидроаккумулятор обеспечивает давление в системе водоснабжения при выключенном насосе.

Принцип действия гидроаккумулятора очень прост. Первоначально в полость В гидроаккумулятора закачивается сухой воздух, обычно под давлением 1,5-2атм. Вода из магистрали через резьбовое соединение поступает в полость А, заполняя ее. Воздух в полости В сжимается, а давление повышается. Таким образом, в рабочем состоянии в гидроаккумуляторе всегда находится и воздух и вода, которые разделены между собой мембраной, выполненной из пищевой или технической резины. Со временем давление воздуха в полости В может уменьшаться. При нормальной работе один раз в год проверяется давление воздуха в гидроаккумуляторе при отсутствии воды в полости А. Если давление меньше нормы, то его можно подкачать с помощью обычного автомобильного насоса через ниппель. Необходимо отметить, что гидроаккумулятор никогда полностью не заполняется водой. Реальный объем воды в нем зависит от многих параметров. Например, от первоначального давления воздуха в гидроаккумуляторе, верхнего и нижнего заданных порогов реле давления в системе, эластичности и геометрической формы диафрагмы, а также формы гидроаккумулятора. Так, например, в гидроаккумуляторе емкостью 100 литров при нормальных параметрах находится 40 - 60 литров воды.

 

 

Виды гидроаккумуляторов

 

Гидроаккумуляторы бывают вертикальные и горизонтальные. Название характеризует способ их установки. Здесь надо обратить внимание на метод удаления скапливающегося воздуха внутри резиновой мембраны. Дело в том, что в системах водоснабжения в воде всегда находится растворенный воздух. Со временем при работе системы этот воздух выделяется из воды и скапливается в различных местах, образуя воздушные пробки. Одним из таких мест является полость А гидроаккумулятора. Для удаления этого воздуха, а также воздушных пробок, возникающих при монтаже и ремонте системы, в конструкции больших гидроаккумуляторов (100 и более литров) предусмотрен дополнительный фитинг, на который устанавливается воздухоудалительный клапан, через который периодически стравливается скопившийся в системе воздух. При использовании вертикального гидроаккумулятора емкостью более 100 литров воздух скапливается в верхней части и может быть удален с помощью этого воздухоудалительного клапана. В гидроаккумуляторах горизонтального типа удаление воздуха можно сделать с помощью дополнительного участка трубопровода, состоящего из выводного воздушного ниппеля, шарового крана и слива в канализацию. Гидроаккумуляторы маленьких объемов не оснащены таким фитингом. Поэтому выбор их типа осуществляется исключительно удобностью компоновки. Удаление скопившегося в них воздуха осуществляется периодическим полным опораживанием.

 

Подбор размера гидроаккумулятора

 

Правильный подбор гидроаккумуляторов для систем индивидуального водоснабжения достаточно сложен. Существует большое количество исходных данных, которые необходимо учитывать. Кроме традиционных душа и крана на кухне, современные дома могут быть оснащены ванной, биде, канализацией, стиральной машиной и другим оборудованием, для работы которого необходима вода. Помимо оборудования различным может быть количество людей, находящихся в доме. Это объективные факторы, но при выборе размеров гидроаккумулятора приходится учитывать еще и субъективные факторы. Например, сколько раз в час можно включать насос и заполнять гидроаккумулятор? Что случиться, если сразу несколько человек будут пользоваться водой? Что будет, если в это время работает стиральная машина?

Отметим, что до настоящего времени никаких методик выбора размеров гидроаккумуляторов в России не было. Во-первых, потому что в России не было индивидуальных систем водоснабжения. Во-вторых, слишком разные требования у людей к таким системам. В основу предлагаемой методики подбора объема гидроаккумулятора положен международный метод расчета UNI 9182.

Если в доме только кран для воды, душ и кран для полива, то ничего считать не надо. Нужна стандартная установка водоснабжения с гидроаккумулятором 24 литра. Она оптимальна в тех случаях, когда число постоянно проживающих людей в доме до четырех человек. Даже если потребуется в перспективе увеличить число точек разбора воды, то можно будет просто купить отдельно и установить в любую точку системы водоснабжения еще один гидроаккумулятор объемом 24 литра.

Если дом без канализации, но с количеством точек разбора воды более трех, то в любых случаях достаточно гидроаккумулятора объемом 50 литров.

Методика же расчета предназначена для индивидуальных домов, оснащенных канализацией (септиком), с ваннами и другим оборудованием, потребляющим значительное количество воды.

1. Определите суммарный  коэффициент потребления воды  Су. Для этого составьте перечень  точек разбора в доме и укажите  количество каждого вида оборудования.

2. Заполните таблицу 1. Ее  вторая колонка представляет  собой таблицу коэффициентов  частоты использования каждого  вида оборудования (Сx). В третьей колонке укажите количество устройств каждого вида оборудования в доме (n). В правой колонке таблицы умножьте значение Сх на n. Просуммируйте значения этой колонки. Получится суммарный коэффициент потребления воды дома.

3. В зависимости от  полученного значения суммарного  коэффициента Су определите значение  максимального расхода воды, необходимого  для дома. Эти значения представлены  в таблице 2.

Например, если в доме туалет, душ, кран в раковине, кран на кухне (каждого устройства по одному), то коэффициент потребления равен Су= 3+2+6+2=13. Ближайшее значение Су в таблице равно 12, следовательно Вам для нормального функционирования системы водоснабжения дома необходимо обеспечить максимальный расход около 36 литров в минуту.

4. Для определения объема  гидроаккумулятора надо решить, сколько раз в час (а) допускается включение гидроаккумулятора при максимальной интенсивности потребления. Нормальным считается 10-15 раз в час. Требуется также назначить пороги срабатывания реле давления станции водоснабжения (Рmin и Рmax). Нижний порог Рmin для двухэтажных домов обычно равен 1,5 бар, а верхний порог Рmax - 3 бар.

Тогда, для определения объема гидроаккумулятора надо воспользоваться следующей формулой:

где V - полный объем гидроаккумулятора (литр),

Qmax - максимальное значение потребного расхода воды (литр/мин), а - количество пусков системы в час,

 

Pmin - нижний порог давления при включении насоса (бар), Pmax - верхний порог давления при выключении насоса (бар), Po - начальное давление газа в гидроаккумуляторе (бар).

 

Расчет давления воздуха в гидроаккумуляторе

 

Какое первоначальное давление воздуха должно быть в гидроаккумуляторе? Если устанавливать гидроаккумулятор в подвале, то его минимальное значение легко подсчитать. Надо взять высоту в метрах от подвала до верхней точки системы водоснабжения. Например, для двухэтажного дома это 6-7 метров, трехэтажного - около 10 метров, потом прибавить к этому значению 6 и разделить на 10. Получится необходимое значение в атмосферах. Например, для двухэтажного дома 7 + 6 = 13 / 10 = 1,3 атмосферы. Это минимальное значение давления воздуха в гидроаккумуляторе. В противном случае вода из него не будет поступать на второй этаж дома. Однако завышать эти значения не следует, иначе в гидроаккумуляторе просто не будет воды. Обычно завод-изготовитель сам устанавливает давление воздуха в размере 1,5 атм., но может случиться так, что давление воздуха в купленном гидроаккумуляторе будет другое. Следует первоначально проверить его обыкновенным манометром, подсоединив его к ниппелю гидроаккумулятора и при необходимости увеличить его с помощью автомобильного насоса.

Рекомендации по назначению порогов срабатывания реле давления систем водоснабжения индивидуального дома

Разница порогов срабатывания Рmax - Рmin определяет величину объема воды, выдаваемого гидроаккумулятором системы водоснабжения. Чем больше эта разница, тем более эффективней работа гидроаккумулятора, но мембрана в этом случае нагружается сильнее и может разорваться.

Значение Рmin (давление включения насоса) определяется исходя из значения гидростатического давления (высоты воды) в системе водоснабжения дома. Например, если высота труб в системе равна 10 метрам, то тогда давление водного столба будет равно 10 метрам, что равно давлению 1 бар.

Каким должно быть минимальное значение давления Рmin? Давление воздуха в камере противодавления гидроаккумулятора должно быть равно гидростатическому, то есть в нашем случае 1 бар. Нижний порог срабатывания Рmin тогда должен быть несколько больше (на 0,1 бара) давления воздуха в гидроаккумуляторе.

Однако надо, чтобы система работала устойчиво. Наиболее критичной, с точки зрения стабильности работы, является наиболее высокая точка разбора (например кран или душ на верхнем этаже). Кран работает нормально, если перепад давления в нем не менее 0,5 бара.

Следовательно, давление должно быть 0,5 бара плюс значение гидростатического давления этой точки. Таким образом, минимальное значение давления газа в гидроаккумуляторе равно 0,5 бара плюс значение приведенного гидростатического давления в точке расположения гидроаккумулятора (расстояние по высоте между верхней точкой разбора и точкой расположения гидроаккумулятора). В случае, если гидроаккумулятор расположен в низшей точке системы водоснабжения, то минимальное значение газа в нем следует назначить 1 бар + 0,5 бара = 1,5 бара, а порог срабатывания (включения) насоса Рmin = 1,5 + 0,1 = 1,6 бара. Если гидроаккумулятор расположен в верхней точке, а датчик давления в нижней точке системы, то давление газа в гидроаккумуляторе следует назначить 0,5 бара, а порог включения насоса Рmin = 1,6 бара.

При назначении верхнего порога срабатывания системы автоматического водоснабжения необходимо учитывать несколько моментов, в первую очередь напорную характеристику насоса. Значение напора, создаваемого насосом в метрах водяного столба, разделенное на 10, покажет максимальное значение давления. Однако необходимо учитывать:

- в характеристиках насоса указаны максимальные параметры без учета гидравлических сопротивлений трубопроводов

- напряжение в электрической сети часто не соответствует номинальному 220 В

- при максимальных значениях напора расход насоса минимален и система будет заполняться очень долго

- При длительной эксплуатации характеристики насоса уменьшаются

Учитывая вышесказанное, рекомендуется назначать величину верхнего порога срабатывания на 30% ниже, чем максимальное значение напора насоса.

Однако первоначальным моментом при определении верхнего порога срабатывания является высота дома, вернее, высота системы водоснабжения. Чтобы определить величину верхнего порога срабатывания, прибавьте к высоте системы водоснабжения 20 метров и разделите на 10. Получится давление верхнего порога срабатывания, выраженное в барах.