Расширительный бак (гидроаккумулятор) — предназначен для накапливания гидравлической энергии воды и последующего её использования. Гидроаккумулятор в системе водоснабжения выполняет функцию демпфера способного принять в себя, как прирост объёма или резкий скачок давления, так и компенсировать незначительный водоразбор для снижения частоты включения насоса.
Вода — жидкость практически несжимаемая, поэтому малейшая утечка в системе водоснабжения или мгновенное открытие водоразборного крана приведут к резкому снижению давления и последующему включению насоса. Малейший же прирост объёма, образующийся даже при расширении нагреваемой воды, может привести к резкому повышению давления и разрушению элементов системы водоснабжения.
   Принцип действия гидроаккумулятора заключается в накоплении гидравлической энергии воды c последующим её использованием. При работающем насосе часть энергии затрачивается на сжатие воздуха заполняющего внутренний объёма бака и заполнение его водой. После отключения насоса сжатый воздух поддерживает давление в системе водоснабжения, а незначительный водоразбор компенсирует водой вытесняемой из бака.

   Гидроаккумуляторы применяются в системах холодного и горячего водоснабжения для:
 - Поддержания давления в системе водоснабжения.
 - Создания запаса воды в системах с перебоями в водоснабжении.
 - Компенсации температурных расширений возникающих при нагреве воды.
 - Компенсации гидравлических ударов возникающих при включении насоса.
 - Компенсации незначительных разборов воды или утечек провоцирующих недопустимо частое включение насоса.
 - Сглаживания пиков водопотребления в системах с лимитированным мгновенным расходом воды.

Устройство и конструкция гидроаккумулятора

   Конструкция гидроаккумулятора представляет собой герметичный бак, внутренний объём которого разделен эластичной мембраной. C одной стороны мембраны находится замкнутый объём воздуха, а с другой стороны вода из системы водоснабжения. Устройство гидроаккумулятора, аналогично устройству расширительного бака их отличие лишь в том, что применение баков гидроаккумуляторов допускается с холодной водой питьевого качества, а расширительные баки применяются с холодной и горячей технической водой. Корпус гидроаккумулятора изготавливают из нержавеющей или углеродистой стали, а устройство может предполагать горизонтальный или вертикальный монтаж. Внутренняя и наружная поверхность баков покрывается антикоррозионными лакокрасочными покрытиями допустимыми для применения с питьевой водой.

   Мембрана гидроаккумулятора изготавливается из:
 - Каучуков применяется в гидроаккумуляторах для воды с температурой от -10°C до +50°C, она эластична и недолговечна, а со временем возможна диффузия воды.
 - Бутил применяется в гидроаккумуляторах для воды с температурой от -10°C до +100°C и отличается меньшей эластичностью, чем у каучуковой, но большей долговечностью.
 - EPDM мембрана из этилен пропилена устанавливается в гидроаккумуляторах для воды с температурой от -10°C до +100°C и также, как каучуковая - не исключает диффузию воды.
   Мембрана может быть сменной или не сменной. Цена гидроаккумулятора со сменной мембраной, выше цены бака такого же объёма но со стационарной мембраной, за то в случае разрыва мембраны не потребуется замена всего бака. Кроме того в гидроаккумуляторах со сменной мембраной вода не контактирует с внутренней поверхностью бака, что является дополнительной защитой от коррозии.
Некоторые гидроаккумуляторы серийно могут оснащаться манометром, датчиком разрыва мембраны и устройствами с помощью которых в баке будет обеспечена циркуляция исключающая застой воды. 

Принцип работы гидроаккумулятора

   Принцип работы гидроаккумулятора основан на накапливании гидравлической энергии воды и последующем её использовании. Ниже рассмотрен принцип работы гидроаккумулятора на примере наиболее распространённой схемы подключения с повысительным или скважинным насосом. Эластичная мембрана герметично разделяет объём бака на две полости - газовую и водяную. Мембрана может растягиваться таким образом, что весь объём гидроаккумулятора будет заполнен газом или водой. Газовая полость соединена с атмосферой через ниппель и с помощью компрессора в ней может быть создано начальное давление. Водяная полость через патрубок соединяется с трубопроводом водоснабжения.

  Зарядка гидроаккумулятора водой начинается по сигналу датчика давления который при достижении значения Pmin подаёт сигнал на включения насоса. Работа насоса приводит к повышению давления в системе водоснабжения до максимально допустимой отметки Pmax и поступлению в гидроаккумулятор резервного объёма воды, при этом газ сжимается и доля занимаемого им объёма в баке уменьшается. Насос настраивается на давление включения Pmin и давление выключения Pmax.

  Незначительный разбор воды, такой как, открытие одного крана, не ведёт к включению насоса, а покрывается водой вытесняемой сжатым газом из гидроаккумулятора. После вытеснения из гидроаккумулятора всего запаса воды и достижении минимального давления, поступит сигнал на включение насоса. Гидроаккумулятор предназначен для чистой питьевой воды. Запрещается использовать для горючих, химически активных жидкостей, а также воды, содержащей абразивные вещества и прочие твердые предметы, которые приводят к интенсивному износу мембраны.

Технические характеристики гидроаккумулятора

Начальное давление газового пространства — избыточное давление в газовой полости гидроаккумулятора на момент его поставки. В зависимости от условий эксплуатации, давление газового пространства может быть увеличено с помощью автомобильного компрессора или уменьшено спуском газа через ниппель.

Максимальное давление — максимальное избыточное давление в гидроаккумуляторе, при котором гарантирована длительная безаварийная работа.

Объём гидроаккумулятора — объём внутренней полости разделённый герметичной эластичной мембраной на две части. Следует иметь в виду, что запасённый объём воды в гидроаккумуляторе, как правило, составляет 40-50% объёма бака.

Максимальное давление в системе водоснабжения — максимальное избыточное давление в системе водоснабжения, ограниченное пределами прочности элементов системы или условием бесшумной работы водоразборной арматуры. Автоматика управления насосом настраивается на выключение при достижении этого давления.

Минимальное давление в системе водоснабжения — минимальное избыточное давление в системе водоснабжения, обусловленное высотой системы водоснабжения и минимальным избыточным давлением у верхней водоразборной точки. Автоматика управления насосом настраивается на включение при достижении этого давления.

Расчёт гидроаккумулятора

   В системах водоснабжения, с помощью гидроаккумулятора решают массу задач, и расчёт для каждого из случаев выполняется по различным методикам. Выше приведенный алгоритм расчёта гидроаккумулятора позволяет подобрать баки для решения двух наиболее популярных задач и определяет начальное давление газового пространства, давление включения и отключения насоса.
   Первый вариант расчёта гидроаккумулятора – с приоритетом частоты включения насоса. В системах с бустерными станциями, скважинными и повысительными насосами, бак гидроаккумулятор необходим для снижения частоты включения насоса. Вода – жидкость несжимаемая, поэтому даже кратковременное открытие одного водоразборного крана в многоквартирном доме, может стать причиной включения насоса. Частое включение насоса приводит к быстрому его износу и выходу из строя. Частота включения связана с электрической мощностью насоса, так, например, насосы мощностью более 8 кВт рекомендуется включать не более 10 раз в час, насосы мощность которых менее 5 кВт – не более 20 раз в час, а насосы мощность которых попадает в диапазон от 5 до 10 кВт не более 15 раз в час. Эта зависимость и лежит в основе вышеприведенного алгоритма расчёта. Кроме мощности насоса, на допустимую частоту включения влияет ещё множество факторов, так например, чем больше масса подвижных частей, тем ниже допустимая частота включения. Поэтому обращайте внимание на соответствие значений частоты включения полученной в результате подбора гидроаккумулятора и оптимальной частоты для выбранного ранее насоса, а при необходимости повторите расчёт бака.
   Второй вариант расчёта гидроаккумулятора – с приоритетом запасённого объёма воды. Рекомендуется для систем, в которых не допускается прекращение подачи воды, но случаются перерывы в подаче электроэнергии или воды из систем централизованного водоснабжения.

Подбор гидроаккумулятора

   Объём выбранного бака гидроаккумулятора должен быть больше или равен, объёму полученному в результате расчёта. Негативных последствий от завышения объёма гидроаккумулятора, сверх расчётного значения - нет, независимо от того на сколько он превышен.
Подбирая гидроаккумулятор, следует учесть его температурные и прочностные характеристики. Максимальное давление бака должно быть больше или равно максимальному давлению в месте его подключения. Если установка гидроаккумуляторов предусматривается в помещении, то следует учесть что баки с диаметром более 750 мм и высотой более 1,5м могут не пройти в дверной проём, а для их перемещения потребуются средства механизации. В таком случае лучше отдать предпочтение не одному, а нескольким бакам гидроаккумуляторам меньшей ёмкости. При выборе гидроаккумулятора, следует помнить, что объём воды запасённой в нём, составляет в среднем 40-50% от объёма бака.

Настройка давления в гидроаккумуляторе

   Перед подключением гидроаккумулятора к системе водоснабжения в нём должно быть создано начальное давление газового пространства. В пустом гидроаккумуляторе с предварительно накачанным давлением газового пространства Pг весь объём бака занимает воздух (газ азот). После включения насоса система заполняется водой и как только давление воды превысит начальное давление газового пространства вода растягивая мембрану и сжимая газ поступит в гидроаккумулятор, а при достижении минимального рабочего давления Pmin для системы водоснабжения заполнит его на 10-15%. 15% запас воды в баке гидроаккумуляторе необходим для покрытия водоразбора во время от поступления сигнала на включение насоса, до момента поступления воды от насоса к водоразборному крану. В противном случае, при отсутствии оговоренного запаса, возможен нестабильный режим водоразбора с перерывами в момент, когда из гидроаккумулятора была вытеснена вся вода, а насос включиться ещё не успел.
   Начальное давление газового пространства рассчитывается под конкретные условия работы. Рассчитать давление в гидроаккумуляторе можно в разделе сайта - Расчёты. Если начальное давление газового пространства гидроаккумулятора, установленное в заводских условиях, превышает рассчитанное значение - его следует понизить спустив воздух, а если оно меньше, давление необходимо накачать компрессором. Начальное давление газового пространства принимают на 0,2 - 1 бар меньше давления включения насоса. Чем дальше установлен гидроаккумуляторный бак от точки поддержания постоянного давления, тем меньше следует принимать начальное давление газа. В разделе сайта расчёты приведена программа которая поможет вам определить все параметры необходимые для настройки давления в гидроаккумуляторе: начальное давление газового пространства Pг, давление включения Pmin и давление выключения Pmax насоса, под конкретные условия.

Схема подключения гидроаккумулятора

   Схема подключения гидроаккумулятора зависит от возложенной на него функции. Ниже приведены наиболее популярные из схем установки гидроаккумуляторов в системах водоснабжения.

   Повысительные насосные станции устанавливаются на объектах со значительным водопотреблением и как правило, один из насосов в них работает всё время. Гидроаккумулятор для повысительной насосной станции применяется в основном для сглаживания скачков давления в момент включения дополнительных насосов, ну и конечно же для компенсации незначительных водоразборов. Кроме того, подобная схема подключения гидроаккумулятора применяется в системах водоснабжения с частыми перерывами в подаче электроэнергии на повысительные насосы, если отсутствие воды во время отсутствия электроэнергии не допускается. В таком случае запасённый объём воды в гидроаккумуляторе играет роль резерва используемого во время отсутствия электроэнергии. Объём гидроаккумулятора выполняющего функцию демпфера будет тем больше, чем мощнее насосная станция и чем большее давление она должна поддерживать. В схеме установки гидроаккумулятора в качестве буферной ёмкости его объём будет тем больше, чем больше необходимый запас воды и чем меньше разница между давлением включения и давлением отключения насоса.

   Оптимальный режим включений для погружного насоса, способный гарантировать ему длительную и бесперебойную работу составляет от 5 до 20 включений в час и указывается в технических характеристиках этого насоса. Реле давления включает насос при падении давления воды в системе водоснабжения до минимального значения и отключает при достижении максимального значения. Вода - жидкость несжимаемая, поэтому даже незначительное водопотребление или подкапывание, особенно в малых системах водоснабжения, понизит давление воды до минимальной отметки и станет причиной включения насоса, при этом через несколько секунд поступит сигнал на его выключение, потому что водопотребления нет, а утечку насос компенсирует моментально. Такой режим работы не благоприятен для погружного насоса и приведёт к быстрому выходу из строя. Запасённый в гидроаккумуляторе объём воды компенсирует незначительные утечки и малые водоразборы, снижая тем самым частоту включения насоса. Кроме того гидроаккумулятор в схеме с погружным насосом позволяет сгладить мгновенный рост давления воды в момент его включения. Объём гидроаккумулятора зависит от оптимальной частоты включения насоса, его мощности, часового расхода воды и высоты установки бака.

   Гидроаккумулятор в схеме подключения накопительного водонагревателя выполняет функцию расширительного бака. При нагреве вода расширяется и чем больше её объём в системе горячего водоснабжения — тем большим будет прирост объёма. Вода, как известно - жидкость практически несжимаема и даже незначительный прирост объёма в замкнутом контуре приведёт к росту давления и разрушению элементов системы. Объём бака гидроаккумулятора будет тем больше, чем больше объём воды в системе водоснабжения и накопительном водонагревателе, чем больше температура до которой нагревается вода и чем меньше максимальное допустимое давление в системе водоснабжения.

   Схема подключения гидроаккумулятора перед повысительными насосами по ходу движения воды, используется для сглаживания резкого падения давления во внешней водопроводной сети во время включения насосов. Объём бака будет тем больше, чем больше расход воды и чем меньше разница между минимальным и максимальным давлением водопровода перед повысительным насосом.

Установка и монтаж гидроаккумулятора

Установка гидроаккумулятора должна производиться квалифицированными специалистами в соответствии с инструкцией по монтажу.

Требования к установке:
 - Не допускается монтаж гидроаккумуляторов с внешними повреждениями.
 - Параметры рабочей среды в месте установки гидроаккумулятора не должны выходить за пределы параметров установленных изготовителем.
 - Площадка предусмотренная для монтажа гидроаккумулятора должна выдерживать вес бака заполненного водой на 100%.
 - В помещении с гидроаккумулятором следует предусмотреть возможность слива воды из бака, при необходимости.
 - Помещение в котором предусматривается установка бака должно быть отапливаемым. Не допускается замерзание воды в баке.
 - Элементы гидроаккумулятора не должны испытывать статической нагрузки от подводящих трубопроводов или другого оборудования.
 - Гидроаккумулятор необходимо защитить от воздействия влаги и механических повреждений.
 - Масса и габариты гидроаккумуляторов объёмом более 750 литров могут затруднить монтаж, обязательно проверьте, пройдёт ли ёмкость в дверные проёмы и учтите, что его масса будет исчисляться сотнями килограмм.

Требования к монтажу:
 - Не допускаются изменения в конструкции бака гидроаккумулятора.
 - В обвязке гидроаккумулятора обязательна установка предохранительного клапана, при этом давление его полного открытия не должно превышать максимально допустимого давления в баке.
 - На трубопроводе перед гидроаккумулятором по ходу движения воды должен быть установлен обратный клапан предотвращающий опорожнение бака в систему водоснабжения или скважину.
 - Для проведения технического обслуживания на трубопроводах обвязки бака, до и после него, следует установить запорную арматуру защищённую от случайного закрытия и дренажный кран для слива воды.
 - Если в конструкции гидроаккумулятора не предусмотрена арматура исключающая застой воды в нём и обеспечивающая циркуляцию во время водоразбора, рекомендуется её дополнительная установка.
 - Подключение гидроаккумулятора должно производиться только после промывки системы водоснабжения подключенной за ним и трубопроводов перед ним.
 - Перед монтажом в систему водоснабжения, в гидроаккумуляторе следует создать начальное давление газового пространства в соответствии со значением полученным расчётом. Расчёт всех необходимых параметров вы найдёте в разделе сайта, Расчёт объёма и давления в гидроаккумуляторе.

Обслуживание и ремонт гидроаккумулятора

Обслуживание гидроаккумулятора:
 - Ежемесячная проверка давления включения и выключения насоса, на соответствие значениям заданным при наладке.
 - Раз в пол года проверка внешних повреждений гидроаккумулятора, на наличие коррозии, вмятин и подтеканий. В случае выявления внешних повреждений необходимо установить и устранить причину их возникновения.
 - Раз в пол года проверка начального давления газового пространства Pг, на соответствие расчётному значению. Рассчитать начальное давление газового пространства можно в разделе сайта Расчёты.
 - Раз в пол года проверка целостности мембраны и при выявлении её нарушения произвести замену.
 - При длительном бездействии гидроаккумулятора, его необходимо хранить в сухом помещении, предварительно слив из него всю воду.
Проверка начального давления газового пространства в гидроаккумуляторе. Чтобы проверить начальное давление газового пространства необходимо отключить бак от системы водоснабжения, дренировать из него воду и к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже установленного при настройке - через тот же ниппель бак следует накачать компрессором (возможно автомобильным).
Проверка давления включения и выключения насоса. Давление включения и выключения насоса снимается по показаниям манометра установленного у гидроаккумулятора. Для этого открывается любой водоразборный кран и в момент включения насоса фиксируется значение давления. Давление отключения фиксируется после закрытия крана и последующего за ним отключения насоса.

   Ремонт гидроаккумулятора в случае разрыва мембраны. Для того чтобы выявить разорванную мембрану необходимо отключить бак от системы водоснабжения и дренировать воду, если из дренажного крана пошёл воздух, значит целостность мембраны нарушена.
Разорванную мембрану лучше заменить, если она конечно заменяемая. Клеить мембрану не рекомендуется, так как большинство клеев не допускаются для применения с водой питьевого качества, да и циклическое растяжение-сжатие мембраны, повторяющееся несколько раз в час разрушающе для клееных соединений.

Порядок замены мембраны:
 - Отсоедините гидроаккумулятор от системы водоснабжения и дренируйте его.
 - Сбросьте давление газовой полости через ниппель в верхней части бака.
 - Демонтируйте фланец мембраны, который находится в области патрубка для присоединения трубопровода. Отвинчивая гайку в верхней части корпуса (при её наличии) освободите держатель мембраны.
 - Извлеките мембрану из отверстия в нижней части корпуса.
 - Проверьте внутреннюю поверхность корпуса на предмет загрязнений и коррозии, при наличии удалите их и промойте поверхность водой. После высушите корпус гидроаккумулятора.
 - Помните, мембрана не маслостойкая, поэтому маслосодержащие вещества не должны использоваться для антикоррозионной защиты внутренней поверхности корпуса.
 - Вставьте держатель мембраны в отверстие в верхней части устанавливаемой мембраны, (если крепление предусмотрено конструкцией бака). Вверните болт в держатель мембраны, вставьте мембрану в корпус и введите держатель в отверстие в днище корпуса. Зафиксируйте держатель мембраны гайкой.
 - Смонтируйте на корпус фланец мембраны.
 - Установите предварительное давление воздуха в гидроаккумуляторе. Проверьте на утечки и присоедините гидроаккумулятор к системе.

Замена частей допускается лишь оригинальными запчастями от производителя бака. Заполнять воздушную камеру лучше всего инертным газом, например азотом. Прежде чем удалить газ из воздушной камеры следует слить из бака воду. Ресурс службы гидроаккумулятора снижается при максимальных значениях и перегрузках, а так же вне диапазона указанных температур.

Требования норм, касающиеся гидроаккумуляторов

Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации гидроаккумуляторов. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Гидроаккумуляторам применяемым в промышленности и технологических установках.

ДБН В.2.2-15 Жилые здания

Пункт 5.21 — Глава 5 Инженерное оборудование зданий

В одноквартирных домах, присоединённых к индивидуальному водозабору, систему водоснабжения следует проектировать с мембранным пневмобаком и насосом, автоматически управляемым по давлению.

СНиП 2.04.01 Внутренний водопровод и канализация зданий

Пункт 12.4 — Глава 12 Насосные установки

Располагать насосные установки (кроме пожарных) непосредственно под жилыми квартирами, детскими или групповыми комнатами детских садов и яслей, классами общеобразовательных школ, больничными помещениями, рабочими комнатами административных зданий, аудиториями учебных заведений и другими подобными помещениями не допускается.
Насосные установки с противопожарными насосами и гидропневматические баки для внутреннего пожаротушения допускается располагать в первых и подвальных этажах зданий I и II степени огнестойкости из несгораемых материалов. При этом помещения насосных установок и гидропневматических баков должны быть отапливаемыми, выгорожены противопожарными стенами (перегородками) и перекрытиями и иметь отдельный выход наружу или на лестничную клетку.

Примечания:
 1. В отдельных случаях по согласованию с местными органами санитарно-эпидемиологической службы допускается располагать насосные установки рядом с перечисленными помещениями, при этом суммарный уровень шума в помещениях не должен превышать 30 дБ.
 2. Помещения с гидропневматическими баками располагать непосредственно (рядом, сверху, снизу) с помещениями, где возможно одновременное пребывание большого числа людей — 50 чел. и более (зрительный зал, сцена, гардеробная и т. п), не допускается. Гидропневматические баки допускается располагать в технических этажах. При проектировании гидропневматических баков следует учитывать требования „Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" Госгортехнадзора СССР. При этом необходимость регистрации гидропневматических баков устанавливается пп. 6-2-1 и 6-2-2 указанных Правил.
 3. Не допускается располагать противопожарные насосные установки в зданиях, в которых прекращается подача электроэнергии во время отсутствия обслуживающего персонала.

Пункт 12.7 — Глава 12 Насосные установки

Производительность хозяйственно-питьевых и производственных насосных установок следует принимать:
 - при отсутствии регулирующей емкости — не менее максимального секундного расхода воды;
 - при наличии водонапорного или гидропневматического бака и насосов, работающих в повторно-кратковременном режиме, — не менее максимального часового расхода воды;
 - при максимальном использовании регулирующей емкости водонапорного бака или резервуара — согласно разд. 13.

Пункт 12.18 — Глава 12 Насосные установки

Насосные установки с гидропневматическими баками следует проектировать с переменным давлением. Пополнение запаса воздуха в баке надлежит осуществлять, как правило, компрессорами с автоматическим или ручным пуском или от общезаводской компрессорной станции.

Пункт 13.13 — Глава 13 Запасные и регулирующие ёмкости

Высота расположения водонапорного бака (в том числе бака горячей воды) и минимальное давление в гидропневматическом баке должны обеспечивать необходимый напор воды перед водоразборной арматурой, а в системах противопожарного или объединенного водопровода — необходимый напор у внутренних пожарных кранов до полного израсходования противопожарного запаса воды.
Примечание. В системах централизованного горячего водоснабжения баки-аккумуляторы предусматривать не следует, за исключением случаев, когда они необходимы для создания запаса воды (в банях, прачечных, в душевых бытовых зданий производственных предприятий и т. п.).

Пункт 13.14 — Глава 13 Запасные и регулирующие ёмкости

Водонапорные и гидропневматические баки питьевой воды, а также баки-аккумуляторы надлежит изготовлять из металла с наружной и внутренней антикоррозионной защитой; при этом для внутренней антикоррозионной защиты следует применять материалы, разрешенные Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Минздрава СССР. Для баков-аккумуляторов систем горячего водоснабжения тепловую изоляцию следует предусматривать по расчету.

Пункт 13.17 — Глава 13 Запасные и регулирующие ёмкости

Гидропневматические баки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха.
Запас воды в баках-аккумуляторах, устраиваемых в бытовых зданиях и помещениях промышленных предприятий, следует определять в зависимости от времени их заполнения в течение смены, принимаемого при числе душевых сеток: 10—20 — 2 ч; 21—30 — 3 ч; 31 и более — 4 ч.

Пункт 13.18 — Глава 13 Запасные и регулирующие ёмкости

Гидропневматические баки надлежит устанавливать в помещениях, где расстояние от верха баков до перекрытия и между баками и до стен — не менее 0,6 м.

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua