Расчет гидропневматического бака

Использование водонапорных башен в системах водоснабжения, как напорно-регулирующих сооружении не всегда целесообразно, как по экономическим показателем, так и по гидравлическим условиям, особенно при строительстве башни в слабых грунтах или в сейсмических районах и в других особых условиях. Поэтому целесообразно применять гидропневматические напорно-регулирующие установки в небольших системах водоснабжения.

Гидропневматические напорно-регулирующие установки имеют то же назначение, что и водонапорные башни. Вместо открытых баков для воды в них имеются герметически закрытые резервуары (котлы).

В сельском и коммунальном хозяйстве, как для бытовых целей, так и для водоснабжения промышленных и сельскохозяйственных объектов, применяют автоматические насосные установки с напорными котлами. В этих установках используют как поверхностные, так и погружные центробежные насосы. Эти установки широко применяются, как за рубежом так в нашей стране, Кроме того, существенными достоинствами и особенностями таких установок являются:

1) Возможность унификации установок и простота их выбора для потребителя;

2) Простота и надежность автоматики;

3) Небольшая стоимость установок, простота и короткие сроки их монтажа;

4) Небольшие капитальные затраты при устройстве систем с применением таких установок;

5) Низкая эксплуатационная стоимость;

6) Небольшой расход труб при сооружении систем.

В связи с массовым применением установок с напорными котлами и широким диапазоном их производительностей естественно стремление обоснованно определять емкость напорного котла, и определить оптимальный режим совместной работы насос - напорный котел, и водопроводная сеть.

В общем случае пневматическая водонапорно-регулирующая установка, включает в себя: металлический резервуар 3, заполненный водой и воздухом; насос 1; напорный трубопровод насоса 2; водоразборный трубопровод 4; реле давления 5; предохранительный клапан 6; шкаф управления 7 (рис. 8.1.)

Так же, пневматическая водонапорно-регулирующая установка оборудована задвижкой для выключения котла; клапаном для предупреждения попадания воздуха в распределительную сеть из котла; предохранительным клапаном для предупреждения образования вакуума в установке.

Подготовка установки к действию заключается в следующем:

- закрыть задвижку на водоразборном трубопроводе, (отсоединить котел от сети);

- при помощи насоса заполнить водой котел да определенного уровня;

7) после заполнения котла водой закрыть задвижку на напорном трубопроводе насоса перед котлом и при помощи компрессора накачивать воздух до расчетного максимального давления;

8) после этого открыть все задвижки, и система готова к работе.

Рисунок 8.1 - Схема установки с гидропневматическим баком

переменного давления:

1 - насос; 2 –напорный трубопровод насоса; 3 – гидропневматический бак (металлический резервуар); 4 – водоразборный трубопровод; 5 – реле давления; 6 – предохранительный клапан; 7 – шкаф управления; 8 – обводная линия с обратным клапаном

Для совместной работы насос - котел - сеть, определяется минимальное давление P_min, при котором насос включается, и максимальное давления Р_тах, при котором насос отключается. Следовательно, напор, под которым вода поступает из пневматической установки в сеть, будет изменяться от P_min до P_max.

Работа пневматической установки с одним насосом, осуществляется следующим образом (рис. 8.2). Насос включается при опорожнении котла и снижении давления до минимального Р_min, и отключается, если расход воды q меньше производительности (q_НС-2) насоса, соответствующей давлению отключения Р_тах, при наполнении котла и увеличении давления до Р_mах.. Если q> q_НС-2, то давление в котле меньше давления отключения, и насос работает непрерывно в длительном режиме. После опорожнения котла процесс повторится, насос работает в циклическом режиме.

Рисунок 8.2 -Работа насоса с котлом

H – напор, м; q_н, q_н1, q_н2 – расход воды при среднем, максимальном и минимальном водоразборе, м³/ч; Р_min - минимальное давление, при котором включается насос при опорожнении котла, бар; Р_max - максимальное давление, при котором насос отключается, бар.

Продолжительность включенного состояния насоса будет:

, (8.1)

отключенного состояния:

. (8.2)

Регулирующий объем определяется по закону Бойля-Мариотта [9]:

V · P_min=P_max·(V-W_p)= const, (8.3)

где V - объем воздуха в котле, м³; W _P - регулирующий объем воды в котле, м³.

Обозначив отношение Р_тin к Р_mах через , получим следующие основные соотношения:

; (8.4)

(8.5)

Соотношение между давлениями P_min и Р_mах выбирают на основании технико-экономического анализа и выражения (8.2). Из рисунка 8.3 видно, что объем воздуха V при > 0, 67 и заданном регулирующем объеме воды W_P значительно возрастает, а, следовательно, возрастает расход металла на изготовление котла. Это ограничивает возможность применения больших значений .При < 0, 5 получается большая разница между Р_mах и Р_min, что вызывает понижение КПД насоса, то есть резко увеличивается расход электроэнергии и колебание давления в напорном, трубопроводе. Поэтому величину принимают равной 0, 5-0, 67.[9].

Рисунок 8. 3 - График зависимости отношения от