Расчет объема мембранного бака для водоснабжения: Мембранный бак и несколько «зарытых собак»

Расширительный бак для водоснабжения — виды, расчет, выбор

Автор Монтажник На чтение 17 мин Просмотров 10.8к. Обновлено 08.12.2020

При монтаже систем автономного водоснабжения помимо водозаборных электронасосов используют автоматические приборы управления их работой, монтируемые по-отдельности или входящие в состав насосных станций. Один из основных узлов автоматики — расширительный бак для водоснабжения, являющийся незаменимым элементом и выполняющий в системе ряд важных функций.

Если для забора воды с небольших глубин применяют поверхностные насосные станции, в состав которых входит расширительный бак (гидроаккумулятор), то при использовании погружных электронасосов прибор приобретается отдельно. Перед покупкой подходящего гидроаккумулятора полезно знать их разновидности, схемы подключения, варианты монтажа и настройки приборов. Любому потребителю, самостоятельно занимающемуся монтажом автономной системы водоснабжения, не помешают знания о формулах расчета объема мембранного бака и критериях его выбора с учетом советов опытных специалистов.

Рис. 1 Расширительный бак для водоснабжения в частном доме

Какие функции выполняет расширительный бак в водоснабжении

Мембранный бак для водоснабжения — многофункциональный прибор, ни одна автономная система, за исключением использующих дорогостоящие погружные электронасосы с частотным управлением, не может обойтись без его использования. Чтобы ответить на вопрос, для чего нужен бак в системе, следует рассмотреть его конструктивное устройство и принцип работы.

Все мембранные баки состоят из двух основных частей, включающих в себя металлический бачок и внутреннюю эластичную мембрану с запрессованным в крышку корпуса входным штуцером. При работе электронасоса на закрытые краны вода поступает во внутреннюю эластичную оболочку и происходит ее растяжение (расширение), в определенный момент водоподача прекращается и гидробак остается в наполненном состоянии.

Когда краны открывают, вода из гидроаккумулятора поступает в систему с определенным давлением за счет сжатия эластичной мембраны до момента повторного запуска насоса, который снова качает воду для наполнения бака. Процессом включения-отключения электронасоса управляет реле давления, для его настройки на пороги срабатывания используют встроенный в систему манометр.

Рис. 2 Конструктивное устройство горизонтального бака

Расширительный бак для водоснабжения в качестве гидроаккумулятора

Из принципа работы гидробака понятно, что он накапливает (аккумулирует) некоторый объем воды в своем внутреннем эластичном баллоне или части корпуса. Благодаря этому в системе определенное время поддерживается нужное давление, а также создается некоторый запас воды, полезный в аварийных ситуациях при кратковременном отключении электричества, повреждениях водопровода, отказе электронасоса.

Некоторые домовладельцы устанавливают гидробаки большого объема внутри дома — это позволяет делать значительные запасы водных ресурсов.

Однако к большим объемам гидроаккумуляторов следует подходить с практической точки зрения — в крупногабаритных баках вода задерживается дольше и реже обновляется, поэтому при перерывах в водопотреблении велика вероятность ее порчи с неприятными для пользователя последствиями.

Гидробак для стабилизации напора в системе

Так как наполненная водой емкость гидробака отдает водные ресурсы в течение длительного времени, зависящем от его объема и потребления, ровное давление в водопроводе поддерживается длительной период времени. При отсутствии накопительной емкости трубопровод освобождался бы от водных ресурсов быстрее — это вызывало бы быстрое падение давления в системе и частое включение электронасоса.

Рис. 3 Принцип работы гидроаккумулятора

Расширительный бак для защиты от гидроударов

Защита от гидроударов — один из ответов на вопрос, зачем нужен гидробак. Принцип компенсации им гидроударов в системе заключается в следующем: при отключении — включении электронасоса происходит резкая остановка или движение водных потоков. При этом в силу инерционности вода оказывает физическое воздействие на оболочку трубопровода, запорную и регулирующую арматуру, передавая им свою кинетическую энергию. Узлы и детали водопроводной системы начинают смещаться, в результате чего происходит ослабление резьбовых и компрессионных соединений, крепежа трубопровода, появляется сбои в работе автоматики.

Эластичная накопительная емкость для системы водоснабжения в виде оболочки внутри гидробака при движении и остановке водного потока растягивается или сжимается в первую очередь — это позволяет предотвратить физическое воздействие на другие узлы водопровода.

Статья по теме:

Схема водоснабжения частного дома от скважины с гидроаккумулятором. В отдельной статье даются схемы подключения гидроаккумулятора, рассказывается про монтаж водоснабжения из скважины с погружным и поверхностным насосом.

Гидроаккумулятор для увеличения срока службы насосного оборудования

Принцип работы автоматики включения и отключения электронасоса состоит в реакции реле на заполнение емкости гидробака водой — как только внутренняя резиновая оболочка начинает растягиваться и оказывать сопротивление давлению водных масс, в определенный момент срабатывает реле давления и отключает электронасос. Понятно, что чем дольше заполняется водой внутренняя оболочка гидробака, тем большее время насос находится во включенном состоянии.

Аналогично при водозаборе вода из бака уходит медленнее и соответственно реле на включение электронасоса срабатывает через значительный промежуток времени.

Учитывая приведенные выше рассуждения понятно, что чем больше объем гидроаккумулятора, тем меньше количество циклов включения — отключения электронасоса и соответственно увеличивается продолжительность его функционирования вместе с управляющим реле.

Рис. 4 Гидробаки для отопительных систем – популярные бренды

Какие бывают типы мембранных баков

Закрытые гидробаки используют в системах отопления и водоснабжения, хотя они имеют одинаковое конструктивное устройство, у отопительных видов мембрана сделана из термостойкой резины, а наружная поверхность бака, в отличие от голубых для водоснабжения, окрашена в красный цвет.

Также физические параметры баков для водоснабжения и отопления отличаются предельно допустимыми параметрами рабочих давлений соответственно в 10 и 5 бар и как отмечалось выше, максимальной термостойкостью внутренних оболочек в 70 и 120° С.

Также расширительные баки для водоснабжения имеют следующие отличия:

1. По способу установки различают модели вертикального и горизонтального расположения, последние, как правило, имеют меньший объем и всегда используются в составе насосных станций.
2. Гидроаккумуляторы отличаются друг от друга объемами, самый малый из предлагаемых на рынке агрегатов рассчитан на 8 л, а наибольшую емкость имеет вертикальный гидробак бренда Wester, вмещающий 10000 л воды.
3. Материалом изготовления резервуаров гидробаков служит легированная сталь с высоким содержанием углерода, обладающая антикоррозионными свойствами, снаружи она обычно покрывается лакокрасочными материалами. Иногда баки производят из нержавейки, которая обладает более высокой сопротивляемостью коррозии.

Рис. 5 Разновидности мембран

Внутренняя оболочка гидробака изготавливается из следующих материалов:

• Натуральной каучуковой резины (Natural) белого цвета с рабочим температурным диапазоном от -10 до +70 °С, материал можно использовать для аккумулирования питьевой воды. Рабочий ресурс при полном растяжении оболочки из каучука составляет 10 – 15 тысяч сокращений, при наполнении водой не более 20% от объема предельное количество сжатий достигает 50 тысяч. К недостаткам натурального каучука относят способность микропор пропускать воду при высоких давлениях — в результате на внутренних стенках гидробака выпадает конденсат, вызывающий ускоренную коррозию металла.
• Синтетической этилен-пропиленовой резины EPDM со сроком службы, рассчитанным на 100 тысяч сокращений, оболочка предназначена для эксплуатации в гидробаках систем отопления, диапазон рабочих температур материала от -10 до +120 °С.
• Универсальной синтетической резины из бутила (Butyl) с ресурсом в 50 — 60 тысяч сокращений, подходит для систем с питьевой водой и часто устанавливается в гидробаки насосных станций, выдерживает температуры от -10 до +100 °С. Отличается от натурального каучука низкой водонепроницаемостью.
• Оболочки из резины SBR устанавливаются в гидробаках для работы с технической водой температурой от -10 до +100 °С.

По способу исполнения оболочки гидроаккумуляторов бывают плоскими и баллонного типа.

Также гидроаккумуляторы отличаются между собой конструктивным расположением мембран в корпусе бака.

Рис. 6 Гидробак со сменной оболочкой – внутреннее устройство

Мембранный бак со сменной мембраной

Гидробаки с данным методом крепления диафрагмы легко отличимы от аналогов наличием в передней части крышки из нержавейки (оцинкованной стали, пластика) с болтовым креплением.

В конструкции предусмотрена возможность замены внутренней оболочки, которая оснащена специальной горловиной и зажимается фланцем с помощью нескольких болтов. В гидробаках большого объема оболочка дополнительно фиксируется за хвостовой выступ в задней части к ниппелю, через который производится подкачка воздуха.

Основная задача при смене эластичного баллона — точно разместить его горловину в посадочном гнезде гидробака и не пережать при фиксации фланцевыми болтами. Преимуществом данного вида гидроаккумуляторов является отсутствие контакта воды с внутренней поверхностью металлического бака — это предотвращает коррозию и увеличивает срок службы прибора.

Бак со стационарной диафрагмой

В подобных конструкциях цилиндрический корпус состоит из двух половинок, при сборке резиновая диафрагма надежно запрессовывается между ними. Попадающая внутрь корпуса вода контактирует с внутренней поверхностью бака и оказывает на него негативное воздействие, ускоряя коррозию.

Чтобы предотвратить разрушение металла, внутренние стенки резервуара покрывают антикоррозионными составами. Конструкция с неразъемным соединением чаще используются в гидробаках отопления, техническая резина которых в отличие от пищевой имеет более высокие температурные характеристики и рассчитана на большее число циклов сжатия и расширения. К тому же диафрагма расширительных баков отопления не работает в режимах сильного сжатия и расширения, что еще более увеличивает срок ее службы и делает неразборную конструкцию оправданной с технической точки зрения.

Рис. 7 Материалы изготовления и конструктивное устройство мембранного бака со встроенной диафрагмой

Установка и настройка гидроаккумулятора

Установка бака в системе водоснабжения производится вместе с реле давления, сухого хода (при использовании погружных электронасосов) и манометром. В большинстве случаев для подключения этих приборов используют пятивходовой фитинг с отводами стандартных диаметров и резьбы для подключения: напорного трубопровода от электронасоса, внутридомовой водопроводной магистрали, реле давления, манометра и гидроаккумулятора. При монтаже обвязки гидроаккумулятора выполняют следующие операции:

1. В трубопровод, идущий от электронасоса, помещают фильтр грубой очистки от песка. Многие профессионалы и мастера специализированных фирм устанавливают вместо или вслед за фильтром очистки от песка прибор тонкой очистки, мотивируя это тем, что при таком расположении не будет загрязняться мембрана реле давления, являющаяся основным исполнительным элементом в автоматической системе управления. Однако подобное подключение к системе водоснабжения приводит к тому, что электронасос вынужден работать на фильтр тонкой очистки с низкой пропускной способностью — это потребует приложения большей мощности и может привести преждевременному выходу агрегата из строя из-за перегрузки (перегрева).
2. Далее за фильтром грубой очистки в линию помещают пятивходовой фитинг. К нему прикручивают реле давления и манометр. Для удобства пользования в случае выхода из строя, к примеру, гидроаккумулятора или любых элементов автоматики, в систему устанавливают отсекающие запорные краны. Один из них ставят на выходе пятерника, предназначенного для подключения к гидроаккумулятору, второй устанавливают на входе внутридомового трубопровода.

Рис. 8 Схема обвязки гидроаккумулятора с поверхностным насосом

1. Иногда требуется слить воду из гидроаккумулятора, в этом случае от запорного шарового крана откручивают гибкую подводку и освобождают резервуар, по аналогии поступают и с внутренней водопроводной системой, спуская воду через дополнительный кран в линии или через весь трубопровод в скважину.
2. Для нормального функционирования погружного электронасоса обязательна установка реле сухого хода. Для этого перед пятивходовым фитингом ставят тройник с боковым отводом, в который вкручивают реле.
3. Многие устанавливают шаровый кран в напорный трубопровод от электронасоса на входе пятивходового распределителя. Данное действие не совсем понятно с точки зрения логики (зачем нужен кран) — обычно в водопроводную магистраль на выходе погружного электронасоса или всасывающего напорного трубопровода поверхностной насосной станции ставят обратный клапан, предотвращающий стекание воды обратно в скважину через электронасос или трубу. А если понадобится слить воду из внешнего подземного трубопровода обратно в скважину, это можно сделать открыванием обратного клапана (дополнительного вентиля) — за счет уклона проложенного трубопровода к источнику она уйдет самотеком. К тому же при случайном закрытии шарового крана, его засорении, потере работоспособности, насос будет качать воду в закрытую систему без автоматики и выйдет из строя.
4. К запорным шаровым кранам подключают с помощью гибкой подводки гидроаккумулятор и внутридомовой трубопровод.
5. Собранный узел вместе с пятерником и элементами автоматики обычно крепят к стене помещения, в котором находится поверхностный электронасос, гидроаккумулятор. Если это невозможно по каким-либо причинам, пятерник прикручивают ко входному патрубку гидроаккумулятора напрямую или через переходной отрезок трубы, аналогичным образом поступают при подключении узла к электронасосу.

Статья по теме:

Насосные станции водоснабжения для частного дома. Возможно, читая, что такое расширительный бак для водоснабжения, будет интересно узнать, что из себя представляет, из каких элементов состоит и как работает насосная станция для водоснабжения, а также характеристики, как выбрать, производители и цены.

Рис. 9 Расширительный бак для водоснабжения с обвязкой в кессонном колодце

Настройка гидроаккумулятора

В любом гидроаккумуляторе на задней части корпуса имеется штуцер, рассчитанный на накачку воздуха ручным насосом с определенным давлением. Это делается для того, чтобы эластичный баллон функционировал в оптимальном режиме без критичных изменений своего физического состояния.

То есть, если давление воздуха внутри гидробака между стенками эластичного баллона и металлического корпуса будет выше минимального в системе, мембранная оболочка сожмется, потеряет свою форму и быстро выйдет из строя. Поэтому давление воздуха внутри гидроаккумулятора устанавливается с таким расчетом, чтобы оно никогда не превышало минимальное в системе, для приблизительных расчетов берется 10% уменьшение. Второй метод расчета нужного давления внутри гидроаккумулятора — умножение нижнего порога срабатывания реле на 0,9, к примеру, при предельном значении в реле 1,7 бар после умножения на 0,9 получим необходимое давление внутри гидробака 1,53 бара.

Настроить нужную разницу давлений в гидроаккумуляторе и системе можно двумя способами: в первом случае меняют нижний порог срабатывания реле, во втором — давление воздуха в мембране аккумуляторного бака.

К примеру, рассмотрим типовые значения порогов срабатывания гидравлического реле 1,4 — 2,8 бар и давления внутри гидроаккумулятора в 1,5 бар. В первом случае мы настраиваем реле на отключение при давлении в системе около 1,7 бар. Если необходимо регулировка расширительного бака для водоснабжения с изменением внутреннего давления, поступают следующим образом:

• Открывают запорный кран или откручивают гибкую подводку, сливая воду из гидроаккумулятора.
• Снимают защитную крышку с задней части, освобождают ниппель и вставляют в него автомобильный манометр, измеряя давление.
• Если его нужно уменьшить, просто стравливают воздух до получения нужных показаний манометра.
• Для увеличения давления внутри гидробака подключают к ниппелю обычный автомобильный насос и накачивает воздух до необходимого значения, периодически проверяя показания манометром.

Рис. 10 Таблица для расчета объема гидроаккумулятора

Расчет объема гидроаккумулятора

Подбор мембранного бака в первую очередь производят по его главному параметру — объему, если он мал, система будет работать неэффективно со слишком частыми включениями электронасоса и небольшими гидроударами. При превышении объема застой воды в баке может сделать ее непригодной для питья.

Для расчета объема гидробака используют следующую формулу:

Vt = 16,5 · Qmax/А · Pmax · Pmin/(Pmax – Pmin) · 1/Pg, где:

• Vt — объем гидробака;
• Qmax – подача воды в единицу времени, измеряется в литрах в минуту, стандартное водопотребление для одной семьи составляет 3м³/час или 50 л/мин;
• А – допустимое число включений электронасоса за один час, зависит от мощности агрегата, для большинства погружных моделей предельный показатель равен 20;
• Pmax и Pmin – величины давлений отключения и включения электронасоса в барах, их типовые усредненные значения соответственно 3 и 1,5 бара;
• Pg – давление воздуха внутри гидроаккумулятора в барах, рассчитывается умножением Pmin на 0,9 (0,9 х 1,5) = 1,35.

В результате получаем:

Vt = 16,5 · 50/20 · 3 · 1,5/(3 – 1,5) · 1/1,35 = 91,66 л

Как видно из таблицы на рис. 10, максимальный объем воды внутри любого расширительного бака не превышает 50% от его паспортных данных.

Расширительный бак для водоснабжения в различных системах – схемы монтажа

Помимо работы в качестве оборудования для автономного водопровода, мембранный расширительный бак для водоснабжения нередко используют в других целях, устанавливая его в отопительные, водосборные и водоснабжающие системы различного инженерного исполнения. При этом основные критерии выбора — температурные характеристики внутренней оболочки, объем бака и способ его размещения на поверхности.

Рис. 11 Гидробак с бойлером косвенного нагрева – схема и пример размещения

Обвязка бойлера косвенного нагрева

Бойлер косвенного нагрева предназначен для создания запасов горячей воды в доме, конструктивно он выполнен в виде металлического утепленного резервуара для сбора воды, внутри которого находится отопительный трубопровод. Поступающая в бойлер холодная вода нагревается трубами, по которым циркулирует теплоноситель системы отопления — таким образом установка не потребляет электроэнергию, а потребитель всегда имеет запас горячей воды. Также петлевая схема подключения трубопровода бройлера с рециркуляцией не позволяет остывать воде в трубах.

Общеизвестно, что при нагреве вода расширяется и в закрытом бройлере из-за этого повышается давление. Для компенсации к нему подключают вертикально установленный расширительный бак для систем водоснабжения, оболочка которого принимает на себя возросшее давление воздуха.

Рис. 12 Вертикальный расширительный бак для водоснабжения в системах обезжелезивания

Запас воды

Для обеспечения автономного водоснабжения вовсе не обязательно устанавливать погружные или поверхностные электронасосы в водные источники и производить непрерывный водозабор. Альтернативный метод — кратковременный сбор воды и хранение ее запасов в накопительной емкости. Для его реализации на чердаке дома устанавливают накопительный бак, наполняют его водой из любого источника с помощью электронасоса, предусматривая разрыв цепи электропитания поплавковым выключателем, установленным на стенке накопительной емкости.

Недостатком способа сбора жидкости в накопительную емкость является неудобство ее размещения на чердаке, а также низкий напор без мембраны при малой высоте расположения (1 бар на 10 метров вертикального водного столба), не всегда достаточный для комфортного водопотребления.

Альтернатива данному варианту — использование накопительного гидробака большой емкости. Его можно разместить в любом месте дома и даже в подвале, а элементом, управляющим электронасосом, служит реле давления. В этом случае подобранный гидробак обеспечит значительно больший напор воды во внутреннем водопроводе по сравнению с накопительной емкостью на чердаке. Его второе немаловажное преимущество — нахождение внизу, благодаря этому подключаемый трубопровод не будет портить дизайн и эстетичный вид дома в отличие от накопительного бака, к которому придется протягивать линию по верху.

Рис. 13 Схема монтажа гидроаккумулятора в системе со скважинным насосом

Забор воды из скважины

Технология подключения гидроаккумулятора к магистрали автономного водоснабжения с подачей воды из скважины была рассмотрена выше, в этом случае гидроаккумулятор обычно используют в составе насосной станции или размещает его отдельно, рядом со скважинным насосом. Бак также может находиться в доме, намного реже его помещают на поверхности в отдельной пристройке.

Забор воды из емкости

Не всегда водозабор производят для бытовых нужд и питья, нередко вода нужна в хозяйстве для полива огородов, автомоек, наполнения бассейнов или рукотворных прудов. В этом случае ее чистота не играет большой роли, и она может быть взята из различного вида источников или емкостей — озер, прудов, крыниц, бочек для сбора дождевых осадков. Использование поверхностных насосов при этом требует постоянного надзора, поэтому рационально применять для водосбора автоматически отключаемые насосные станции, в состав которых обязательно входит горизонтальный гидробак. Прибор предотвратит нежелательные гидравлические удары и обеспечит работу отключающей автоматики от реле давления, если оно не подходит, его отсоединяют от питания, меняют на реле сухого хода или на входе напорной трубы ставят переходник с реле протока.

Рис. 14 Схемы насосных станций для дома

Советы по выбору оптимально подходящего бака

При выборе гидробаков руководствуются следующими соображениями:

1. Гидроаккумулятор со сменной оболочкой баллонного типа имеет ряд преимуществ перед изделиями со встроенной диафрагмой — позволяет менять баллон, что выгодно из-за не слишком высокого срока службы изделий из натуральных материалов. К тому же вода в баллонных баках не контактирует с его стенками — это снижает требования к коррозионной стойкости металлического резервуара.
2. Съемный фланец лучше подобрать из прочной нержавейки, имеющей высокий срок службы.
3. Необходимый объем гидроаккумулятора определяют по приведенным выше формулам, чтобы избежать расчетов, можно воспользоваться готовыми таблицами.
4. Материал баллона в системах забора питьевой воды выбирают из экологически чистой пищевой резины, лучше всего данным требованиям подходит бутил.
5. При покупке рассматривают производителей с учетом оптимального соотношения цены и качества, одними из лучших считаются гидроаккумуляторы Zilmet (холдинговая компания со штаб-квартирой в Италии), Reflex (Германия), понятно, что в качественных показателях им уступают агрегаты Джилекс и Wester российского производства, Аквасистем российской сборки из итальянских комплектующих.

Рис. 15 Стоимость популярных моделей гидроаккумуляторов 2019 г

Гидроаккумулятор — один из важнейших узлов в системе автономного водоснабжения, от физических параметров, конструкции и материалов изготовления которого во многом зависит ее функционирование. Чтобы выбрать подходящий агрегат, определяют его необходимый объем по несложным формулам или таблицам, далее подбирают модель из ряда брендов отечественного и зарубежного производства по оптимальному соотношению цены и качества, рассматривая материалы изготовления и руководствуясь отзывами, советами специалистов.

Выбор мембранного бака и рекомендации по установке

Основная причина поломок бытовой техники в частных домах – выход из строя системы водопровода из-за перепадов давления в сети. Проблему проще предотвратить, чем решать, поэтому необходимо правильно подобрать мембранный бак для водоснабжения.

При выборе бака важно определиться с объемом. Этот показатель зависит от количества людей, живущих в доме и от числа потребителей воды (сюда входят бытовые приборы, вентили, водозаборные точки, унитазы и так далее).

Если вы живете в частном доме и в вашей семье 3 человека, то для насоса 2 м³/час подойдет бак с объемом в 24 литров. Если же проживающих 4-5, то необходим более мощный насос, а бак – 50 литров.

Мембранные баки на 24 и 50 литров

 

При покупке мембранного бака не стоит экономить. Лучше сразу отказаться от сомнительных вариантов, которые предлагают производители из Китая или Польши.

Обратите внимание на качество самой каучуковой мембраны и диафрагмы.

Наконец, касательно цены мембраны, хотя это и актуально только для моделей со сменной мембраной. Рекомендуется приобретать баки, которые позволяют установить расходные материалы сторонних производителей. В противном случае эксплуатация мембранного бака будет стоить существенно дороже.

 По поводу установки следующие рекомендации:

• бак лучше устанавливать до разветвления водопровода, при этом температура в помещении всегда должна быть положительной, чтобы предотвратить замерзание жидкости;
• важна устойчивость места установки и отсутствие посторонних на него нагрузок;
• если объем бака более 9 литров, то требуется дополнительно усилить крепление на стену;
• перед первым запуском внимательно проверьте все настройки и характеристики бака;
• позаботьтесь о заземлении бака, чтобы предотвратить его коррюзию;
• следует установить обратный клапан на входе в бак, если конструкция этого не предусматривает.

Крайне важно выполнить расчет рабочего объема бака, который требуется для определения изначальных количественных характеристик. В техническом паспорте будет указана вместимость каждого элемента системы. Для простоты можно принять, что 1 кВт мощности котла приходится на 15 литров теплоносителя (в случае с водой).

Добавим, что данный способ нельзя назвать точным, поэтому лучше воспользоваться услугами наших специалистов, у которых имеются специальные компьютерные программы для подобных расчетов.

Мембранный бак для водоснабжения — подбор и инструкция монтажа

Нередко водопроводные системы в частном секторе функционируют нестабильно: возможны значительные перепады давления, что становится настоящей проблемой для современной бытовой техники. Для компенсации колебаний давления в водопроводных трубах применяют, чаще всего, мембранный бак для водоснабжения.

Мембранные баки представляют собой резервуары различной емкости, выполненные из металла и оснащенные резиновой мембранной. На рынке представлены мембранные расширительные баки двух видов: с фиксированной (несменной) резиновой перегородкой и заменяемой. Их задача – аккумулировать определенное количество воды и выдавать ее в нужный момент под нужным давлением, предотвращая излишнюю нагрузку в контуре системы и снижая риск возникновения аварийных ситуаций.

Устройство мембранного бака с фиксированной резиновой перегородкой

Принцип работы мембранного бака: после включения, насос закачивает воду в водяную камеру, объем воздушной камеры уменьшается, а давление в баке, соответственно, увеличивается. Когда давление превысит допустимую отметку, насос отключится до тех пор, пока оно снова не уменьшиться в результате водозабора (вода к потребителю поступает непосредственно из бака). Контроль за давлением и настройка реле рабочего диапазона осуществляется по манометру.

Осуществляя подбор мембранного бака для водоснабжения, следует учесть число пользователей системой, интенсивность расхода воды, ее общее количество. Все это влияет на основные параметры.

[include title=»РСЯ — в записи»]

Предварительное давление в мембранном баке – важный параметр. Обычно завод-изготовитель устанавливает его не более 4 бар, а на месте происходит корректировка. От правильности настройки зависит срок службы мембраны и надежность всей системы. Предварительное давление обязательно измеряют перед монтажом при опорожненном баке, оно должно быть ниже, чем давление включения насоса.

Максимальный и фактический объем мембранного бака не совпадают. Максимальный составляет не больше 75 % от всего объема, а фактический – гораздо меньше. Так, если перепад давлений между выключением и включением насосного оборудования находится в наиболее приемлемом для автономного отопления диапазоне 2-2,5 бар, то фактический объем воды составит около 30-35% от общей емкости. Нужно отметить, чем больше разница между показателями давления включения и выключения насоса, тем фактический объем мембранного бака больше.

Минимально допустимый объем мембранного бака находится в зависимости от интенсивности водозабора, от максимально допустимого количества включений-выключений насоса в час и от того, при каких значениях давления они будут осуществляться. Определить его (приблизительно) можно по следующей формуле: V = 2Q/N, в которой V – объем, м3; Q – предполагаемый забор воды, м3/ч;

N – допустимое число включений насоса в час. Важно знать, что бак, объем которого несколько больше минимально допустимого, будет способствовать продлению срока службы двигателя насосного оборудования.

Хотите установить мембранный бак для водоснабжения – инструкция должна содержаться в технической документации. Рассмотрим только некоторые моменты.

Удобнее всего установить мембранный бак до разветвления водопровода

• Удобнее всего установить мембранный бак до разветвления водопровода. В помещении нужно предусмотреть возможность слива воды и подпитки системы. Температура воздуха в помещении должна быть выше нуля, замерзание воды не допустимо.
• Место крепления должно иметь достаточную несущую способность. Мембранный бак не должен испытывать дополнительную статическую нагрузку от воздействия прочих агрегатов, труб и т.д.
• Для установки баков объемом от 8 до 30 литров потребуется специальное настенное крепление, которое отличается повышенной прочностью. А баки большого объема лучше устанавливать на ножках.

[include title=»РСЯ — в записи»]

• Перед монтажом необходимо еще раз убедиться, что технический расчет сделан правильно. Обязательно нужно ознакомиться с техническими характеристиками оборудования, которые есть на его корпусе, и не допускать превышения максимально допустимого давления как в воздушной, так и в водяной камере при выставлении предварительного давления и во время эксплуатации.
• Бак должен быть заземлен во избежание электролитической коррозии.
• На входе в бак целесообразно установить обратный клапан, если он не предусмотрен в конструкции насоса, а на выходе – манометр для контроля давления и автоматический клапан для выпускания воздуха.
• В случае, если бак изначально не оснащен запорной арматурой, которая требуется при проведении технического осмотра, например, необходимо установить ее по месту монтажа.

Мембранные баки имеют массу преимуществ. Например, при их использовании исключается загрязнение воды, они имеют больший, по сравнению с другими, полезный объем, легко устанавливаются и практичны. Но монтаж их и эксплуатация потребуют соблюдения правил техники безопасности. Доверить установку мембранного бака лучше специалисту.

Гидроаккумулятор для водоснабжения: принцип работы, устройство, схема, расчет, установка, подключение

Гидроаккумулятор является специальной металлической герметичной емкостью, содержащей внутри эластичную мембрану и определенный объем воды под определенным давлением.

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:

•  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.
• 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.
• Предохранение от гидроударов, которые могут возникать при включении насоса, и способны порядком подпортить трубопровод.
• 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.

Устройство гидроаккумулятора

Герметичный корпус этого устройства разделяется специальной мембраной на две камеры, одна из которых предназначена для воды, а другая – для воздуха.

Вода не соприкасается с металлическими поверхностями корпуса, так как она находится в водяной камере-мембране, изготовленной из крепкого резинового материала бутила, устойчивого к воздействию бактерий соответствующего всем гигиеническим и санитарным нормам, предъявляемым к питьевой воде.

В воздушной камере находится пневмоклапан, предназначением которого является регулирование давления. Вода попадает в гидроаккумулятор через специальный присоединительный патрубок на резьбе.

Устройство гидроаккумулятора должно быть смонтировано таким образом, чтобы его можно было беспрепятственно разобрать в случае ремонта или профилактики, не сливая при этом всю воду из системы.

Диаметры соединительного трубопровода и напорного патрубка должны по возможности совпадать между собой, тогда это позволит избежать нежелательных гидравлических потерь в трубопроводе системы.

В мембранах гидроаккумуляторов объемом более 100 л находится особый клапан для стравливания воздуха, выделяющегося из воды. Для малолитражных гидроаккумуляторов, в которых нет такого клапана, в системе водопровода должно быть предусмотрено устройство для стравливания воздуха, например, тройник или кран, который перекрывает основную магистраль системы водоснабжения.

В воздушном клапане гидроаккумулятора давление должно составлять 1.5-2 атм.

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.

Виды гидроаккумуляторов

Эти устройства могут быть вертикальной и горизонтальной конфигурации.

Принцип работы устройств не имеет различий, за исключением того, что вертикальные гидроаккумуляторы объемом больше 50 л в верхней части имеют специальный клапан для стравливания воздуха, который постепенно накапливается в системе водоснабжения во время эксплуатации. Воздух скапливается в верхней части устройства, потому расположение клапана для стравливания выбрано именно в верхней части.

В горизонтальных устройствах для стравливания воздуха монтируется специальный кран или слив, который устанавливается за гидроаккумулятором.

Из устройств маленьких размеров, не зависимо от того, вертикальные они или горизонтальные, воздух стравливается с помощью полного слива воды.

Выбирая форму гидробака, исходят из размеров технического помещения, где они будут установлены. Все зависит от габаритов устройства: какое лучше впишется в отведенное для него место, такое и будет установлено, независимо от того горизонтальное оно или вертикальное.

Схема подключения гидроаккумулятора

В зависимости от возложенных функций, схема подключения гидроаккумулятора к водопроводной системе может быть разной. Самые популярные схемы подключения гидроаккумуляторов приведены ниже.

Схема обвязки повысительной насосной станции

Такие насосные станции устанавливаются там, где присутствует большое водопотребление. Как правило, один из насосов на таких станциях работает постоянно.

На повысительной насосной станции гидроаккумулятор служит для уменьшения скачков давления во время включения дополнительных насосов и для возмещения небольших водоразборов.

Еще такая схема широко применяется, когда в системе водоснабжения происходит частое прерывание подачи электроэнергии на повысительные насосы, а присутствие воды жизненно необходимо. Тогда запас воды в гидроаккумуляторе спасает положение, играя роль резервного источника на этот период.

Чем больше и мощнее насосная станция, и чем большее давление она должна поддерживать, тем больше должен быть объем гидрроаккумулятора, исполняющего роль демпфера.

Буферная емкость гидробака тоже зависит от объема необходимого запаса воды, и от разницы в давлении при включении и отключении насоса.

Схема для погружного насоса

Для длительной и бесперебойной работы погружной насос должен совершать от 5 до 20 включений в час, что указывается в его технических характеристиках.

При падении давления в водопроводной системе до минимального значения автоматически включается реле давления, а при максимальном значении – отключается. Даже самый минимальный расход воды, особенно в малых системах водоснабжения, может понизить давление до минимума, что моментально даст команду для включения насоса, ведь утечка воды компенсируется насосом моментально, а через несколько секунд, при пополнении запаса воды, реле отключит насос. Таким образом, при минимальном водопотреблении, насос будет работать почти вхолостую. Такой режим работы неблагоприятно сказывается на работе насоса и может быстро вывести его из строя. Положение может исправить гидроаккумулятор, который всегда имеет нужный запас воды и успешно компенсирует незначительный ее расход, а также защитит насос от частого включения.

Кроме этого, гидроаккумулятор, подключенный к схеме, сглаживает резкое повышение давления в системе при включении погружного насоса.

Объем гидробака выбирается в зависимости от частоты включений и мощности насоса, расхода воды в час и высоты его установки.

Подключение гидроаккумулятора к водонагревателю

Для накопительного водонагревателя в схеме подключения гидроаккумулятор играет роль расширительного бака. Нагреваясь, вода расширяется, увеличивая объем в системе водоснабжения, а так как она не имеет свойства сжиматься, то самый минимальный рост объема в замкнутом пространстве увеличивает давление и может привести к разрушению элементов водонагревателя. Здесь тоже придет на помощь гидробак. Его объем напрямую будет зависеть и увеличиваться от увеличения объема воды в водонагревателе, повышения температуры нагреваемой воды и роста максимально допустимого давления в системе водопровода.

Подключение гидроаккумулятора к насосной станции

Гидроаккумулятор подключается перед повысительным насосом по ходу воды. Он нужен для предохранения от резкого снижения давления в сети водоснабжения в момент включения насоса.

Вместимость гидроаккумулятора для насосной станции будет тем больше, чем больше используется воды в системе водоснабжения и чем меньше разница между верхней и нижней шкалой давления в водопроводе перед насосом.

Как установить гидроаккумулятор?

Из всего вышесказанного можно понять, что устройство гидроаккумулятора абсолютно не похоже на обыкновенный бак для воды. Это устройство постоянно в работе, мембрана все время в динамике. Поэтому монтаж гидроаккумулятора не так прост. Бак нужно укреплять при установке надежно, с запасом прочности, шума и вибрации. Поэтому бак закрепляется к полу через резиновые прокладки, а к трубопроводу через резиновые гибкие переходники. Нужно знать, что на входе гидросистемы сечение подводки не должно сужаться. И еще одна важная деталь: первый раз бак заполнять нужно очень осторожно и медленно, используя слабый напор воды, на тот случай если резиновая груша слиплась от долгого бездействия, и при резком напоре воды она может повредиться. Лучше всего перед вводом в эксплуатацию удалить из груши весь воздух.

Монтаж гидроаккумулятора должен осуществляться так, чтобы во время работы к нему можно было свободно подойти. Лучше поручить эту задачу опытным специалистам, так как очень часто бак выходит из строя из-за какой-нибудь неучтенной, но важной мелочи, например из-за несоответствия диаметра труб, неотрегулированного давления и т.д. Здесь нельзя проводить эксперименты, ведь на кону стоит нормальная работа водопроводной системы.

Настройка гидроаккумулятора

Вот вы принесли в дом купленный гидробак. Что с ним дальше делать? Сразу необходимо узнать уровень давления внутри бака. Обычно производитель накачивает его на 1.5 атм, но бывают такие случаи, когда из-за утечки, ко времени продажи показатели снижаются. Чтобы удостовериться в правильности показателя, необходимо открутить декоративный колпачок на обыкновенном автомобильном золотнике и проверит давление.
Чем же его проверить? Обычно для этого используют манометр. Он может быть электронным, механическим автомобильным (с металлическим корпусом) и пластиковым, который поставляется в комплекте с некоторыми моделями насосов. Важно, чтобы манометр имел большую точность, так как даже 0.5 атм меняет качество работы гидробака, поэтому пластиковые манометры лучше не использовать, так как они дают очень большую погрешность в показателях. Это обычно китайские модели в слабеньком пластиковом корпусе. На показатели электронных манометров влияет заряд батареи и температура, к тому же, они очень дорогие. Поэтому оптимальным вариантом является обыкновенный автомобильный манометр, прошедший проверку. Шкала должна быть на небольшое количество делений, для возможности более точного измерения давления. Если шкала рассчитана на 20 атм, а нужно измерять всего 1-2 атм, то высокой точности ожидать не приходится.
Если в баке меньше воздуха, значит там больший запас воды, но разница в давлении между пустым и почти заполненном баком будет очень существенной. Все дело в предпочтениях. Если нужно, чтобы в водопроводе постоянно был высокий напор воды, то в баке должно быть давление не менее 1.5 атм. А для бытовых нужд вполне может быть достаточно и 1 атм.

При давлении 1.5 атм гидробак имеет меньший запас воды, из-за чего будет чаще включаться подкачивающийся насос, а при отсутствии света запаса воды в баке может просто не хватить. Во втором случае придется жертвовать давлением, ведь принять душ с массажем можно при заполненном баке, а по мере его опустошения – только ванну.

Когда вы решите, что для вас важнее, можно устанавливать нужный режим работы, то есть, либо подкачать воздух в бак, либо стравить лишний.

Нежелательно снижать давление меньше отметки 1 атм, так же, как и чрезмерно превышать. Наполненная водой груша при недостаточном давлении будет касаться стенок бака, и может быстро прийти в негодность. А избыточное давление не позволит закачать достаточный объем воды, так как большая часть бака будет занята воздухом.

Настройка реле давления

Также нужно выполнить настройку реле давления. Открыв крышку, вы увидите две гайки и две пружины: большую (Р) и малую (дельта Р). С их помощью можно настроить максимальный и минимальный уровни давления, при которых включается и выключается насос. За включение насоса и давление отвечает большая пружина. По конструкции можно увидеть, что она как бы способствует воде замкнуть контакты.

С помощью малой пружины выставляется разница давлений, о чем оговаривается во всех инструкциях. Но в инструкциях не указывается точка отсчета. Оказывается, что точкой отсчета является гайка пружины Р, то есть нижний предел. Нижняя пружина, отвечающая за разницу давлений, сопротивляясь давлению воды, отодвигает подвижную пластину от контактов.

Закачка воды в гидроаккумулятор

Когда уже выставлено правильное давление воздуха, можно подключать гидроаккумулятор к системе. Подключив его, нужно внимательно наблюдать за манометром. На всех гидроаккумуляторах указаны значения нормального и предельного давлений, превышение которых недопустимо. Ручное отключение насоса от сети происходит при достижении нормального давления гидроаккумулятора, при достижении граничного значения напора насоса. Это происходит, когда повышение давления прекращается.

Мощности насоса обычно не хватает, чтобы накачать бак до предела, но, в этом даже нет особой необходимости, ведь при накачке снижается срок эксплуатации и насоса и груши. Чаще всего предел давления для отключения устанавливается на 1-2 атм выше, чем включения.

Например, при показании манометра 3 атм, что достаточно для нужд владельца насосной станции, нужно отключить насос и медленно вращать гайку малой пружины (дельта Р) на уменьшение, до срабатывания механизма. После этого нужно открыть кран и слить воду из системы. Наблюдая за манометром, нужно отметить то значение, при котором включится реле – это нижний предел давления, когда включается насос. Этот показатель должен быть чуть больше показателя давления в пустом гидроаккумуляторе (на 0.1-0.3 атм). Это даст возможность прослужить груше больший период времени.

При вращении гайки большой пружины Р, выставляется нижний предел. Для этого нужно включить насос в сеть и подождать, пока давление достигнет нужного уровня. После этого необходимо подстроить гайку малой пружины «дельта Р» и закончить настройку гидроаккумулятора.

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.

Расчет гидроаккумулятора

Чтобы определить, какой запас воды можно использовать из гидроаккумулятора при выключении электричества, когда насос прекратит качать воду из системы водоснабжения, можно использовать таблицу заполняемости мембранного бака. Запас воды будет зависеть от настройки реле давления. Чем выше разница давлений при включении и выключении насоса, тем больший запас воды будет в гидроаккумуляторе. Но эта разница лимитируется по изложенным выше причинам. Рассмотрим таблицу.

Здесь мы видим, что в мембранный бак объемом 200 л при настройках реле давления, когда показатель включение насоса составляет 1.5 бар, выключение насоса – 3.0 бар, давление воздуха составляет 1.3 бар, запас воды будет всего 69 л, что равно примерно трети общего объема бака.

Расчет необходимого объема гидроаккумулятора

Чтобы выполнить расчет гидроаккумулятора, используют следующую формулу:

Vt = K * A max * ((Pmax+1) * (Pmin +1)) / (Pmax- Pmin) * (Pвозд. + 1),

где

•  Amax – максимальный расход литров воды в минуту;
•  К – коэффициент, который зависит от мощности двигателя насоса;
•  Pmax – давление при выключении насоса, бар;
•  Pmin – давление при включении насоса, бар;
•  Pвозд. – давление воздуха в гидроаккумуляторе, бар.

В качестве примера подберем необходимый минимальный объем гидроаккумулятора для водопроводной системы, взяв, например, насос Водолей БЦПЭ 0,5-40 У с такими параметрами:

Pmax (бар)	Pmin (бар)	Pвозд (бар)	A max (куб.м/час)	K (коэффициент)
3.0	1.8	1.6	2.1	0.25

Используя формулу, вычисляем минимальный объем ГА, который равен 31.41 литра.

Поэтому выбираем следующий ближайший размер ГА, который равен 35 л.

Объем бака в диапазоне 25-50 литров идеально согласуется со всеми методиками расчета объема ГА для бытовых водопроводных систем, а также с эмпирическими назначениями разных производителей насосного оборудования.

При частом выключении электроэнергии целесообразно выбирать бак большего объема, но в это же время следует помнить, что вода сможет заполнить бак лишь на 1/3 общего объема. Чем мощнее установлен насос в системе, тем больший должен быть объем гидроаккумулятора. Это соответствие размеров сократит количество коротких включений насоса и продлит срок эксплуатации его электродвигателя.

Если вы купили гидроаккумулятор большого объема, нужно знать, что если водой не пользоваться регулярно, она застаивается в баке ГА и ее качество ухудшается. Поэтому, выбирая в магазине гидробак, нужно учитывать, максимальный объем используемой воды в системе водопровода дома. Ведь при небольшом расходе воды использовать бак объемом 25-50 л намного целесообразнее, чем 100-200 л., вода в котором будет пропадать зря.

Ремонт и профилактика гидроаккумулятора

Даже самые простые гидробаки требуют к себе внимания и ухода, как любое работающее и приносящее пользу устройство.

Поводы для ремонта гидроаккумулятора бывают разные. Это коррозия, вмятины корпуса, нарушение целостности мембраны или нарушение герметичности бака. Также существует множество других причин, которые обязывают владельца ремонтировать гидробак. Чтобы не допустить серьезных поломок, необходимо регулярно осматривать поверхность гидроаккумулятора, следить за его работой, чтобы предотвратить возможные проблемы. Недостаточно осматривать ГА два раза в год, как оговаривается в инструкции. Ведь можно устранить одну неисправность сегодня, а завтра не обратить внимание на другую возникшую проблему, которая на протяжении полугода превратиться в непоправимую и может привести к выходу гидробака из строя. Поэтому гидроаккумулятор нужно осматривать при каждой возможности, чтобы не пропустить малейших неисправностей, и вовремя проводить их ремонт.

Причины поломок и их устранение

Причиной поломки расширительного бака может быть слишком частое включение-выключение насоса, выход воды через клапан, слабый напор воды, слабое давление воздуха (ниже расчетного), слабый напор воды после насоса.

Как устранить неисправность гидроаккумулятора своими руками? Поводом для ремонта гидроаккумулятора может стать слабое давление воздуха или его отсутствие в мембранном баке, повреждение мембраны, повреждение корпуса, большая разница в давлении при включении и выключении насоса, неправильно выбранный объем гидробака.

Устранить неисправности можно следующим образом:

•  чтобы увеличить давление воздуха нужно произвести его нагнетание через ниппель бака гаражным насосом или компрессором;
•  поврежденную мембрану можно восстановить в сервисном центре;
•  поврежденный корпус и его герметичность устраняется тоже в сервисном центре;
•  исправить разницу в давлениях можно, выставив слишком большой дифференциал в соответствие с частотой включений насоса;
•  достаточность объема бака нужно определить до его установки в систему.

Расширительный бак для отопления — как выбрать, принцип работы, характеристики

Эксплуатация закрытой централизованной и автономной теплоснабжающей системы требует установки расширительного бака. При нагревании жидкость, выступающая в роли теплоносителя, увеличивает свой объем. Изменение количества циркулируемого теплоносителя требует врезки в трубопровод специальных емкостей.

Конструктивные характеристики и принцип работы расширительного бака

Расширительный бак представляет собой специальную металлическую емкость, которая подключается к централизованной или автономной теплоснабжающей системе. Основное его функциональное назначение – снижение давления за счет приема излишков жидкости и устранение расширения циркулируемого теплоносителя.

Установка расширительного бака позволяет избежать значительного повышения давления внутри системы и гидравлического удара, который может привести к повреждению основных конструктивных элементов и узлов инженерной системы, разрыва трубопровода и кранов, а также других неблагоприятных последствий для отопления.

Принцип функционирования бака достаточно прост. Поднятие температуры циркулирующего теплоносителя на 10 градусов приводит к постепенному увеличению его объема на 0,3 процента, что обуславливает повышение давления в системе отопления. Резервуар с легкосжигаемой субстанцией (воздухом) дает возможность его компенсировать, что минимизирует риск гидроудара.

Монтаж расширительного бака для отопления целесообразен для закрытых систем с постоянным объемом циркулируемой жидкости. Резервуары для излишков воды в контуре теплоснабжения устанавливаются в открытых системах, которые контактируют с атмосферными воздушными массами, также в централизованных системах с верхним разливом.

Основное назначение бака:

• устранение излишков циркулирующего теплоносителя, образуемых при расширении воды при нагрев;
• контроль гидростатического давления в инженерной системе;
• пополнение системы недостаточным объемом теплоносителя при снижении его температуры;
• удаление и выведение из трубопровода воздуха и насыщенных паров, образуемых при работе отопительного котла.

Виды и характеристики расширительных баков

Расширительный бак обеспечивает стабильную эксплуатацию и долгий срок службы отопительной жидкостной системы, поэтому к его выбору важно отнестись внимательно. Для разных систем теплоснабжения используются определенные типы емкостей для приема избытка теплоносителя.

В зависимости от конструктивного исполнения выделяют расширительные баки двух типов:

• Открытые баки. Прямоугольные или цилиндрические резервуары, монтаж которых осуществляется в верхней точке инженерной системы (к примеру, на чердаке жилого дома или промышленного объекта). Бак оснащается двумя патрубками для приема и выведения излишков теплоносителя;
• Закрытые баки. Металлический резервуар в форме шара или овала, разделенный на две секции крепким эластичным мембранным полотном. При поступлении жидкости внутрь бачка мембрана медленно расширяется, что приводит к вытеснению воздуха из резервуара через регулирующий клапан. При падении давления в системе теплоснабжения мембранное полотно сужается, что обуславливает «выдавливание» теплоносителя обратно в трубопровод

Открытый расширительный бак для отопления используется только для систем теплоснабжения, не подключенных к циркуляционному насосу. Основными его недостатками являются сложность монтажа (в виду необходимости установки в самой верхней точке системы), возможное появление ржавчины на внутренних конструктивных элементах (при контакте с кислородом), повышение теплопотерь (при недостаточной теплоизоляции резервуара). Главное его преимущество – демократичная стоимость.

Открытый расширительный бак для отопления в современных условиях используются крайне редко. Попадание воздуха в систему приводит к неизбежному появлению ржавчины на металлических элементах и конструкциях, а испарение теплоносителя приводит к необходимости постоянного контроля и восполнения его объема.

Закрытый расширительный бак используется в централизованных и автономных системах. В продаже представлен большой выбор резервуаров мембранного типа, но двумя наиболее востребованными и популярными разновидностями являются:

• С диафрагменной мембраной. Надежная несменная конструкция резервуара, изготовленная методом холодного штампования. Внутри емкости устанавливается мембранное полотно, которое расширяется при попадании внутрь теплоносителя и сужается при падении температуры в системе. Резервуар с мембраной-диафрагмой устойчив к перепадам давления в системе, однако при повреждении или износе мембраны придется менять весь бак;
• С фланцевой конструкцией. Мембрана крепится внутри металлического резервуара с помощью фланцевых соединений, что дает возможность поменять полотно при повреждении или сильном износе. Другим преимуществом фланцевой конструкции мембранного бака является высокая антикоррозионная защита, поскольку теплоноситель не соприкасается с металлическими стенками резервуара. Фланцевые емкости могут иметь горизонтальную или вертикальную конструкцию бачка, мембрана в них надежно и плотно прижата по периметру резервуара.

Закрытый расширительный бак устанавливается около котла отопления или бойлера, он не требует выноса в верхнюю точку системы, что обуславливает экономию затрат. Другими его преимуществами являются компактные габариты, отсутствие испарения теплоносителя, незначительные тепловые потери, высокая антикоррозионная устойчивость, низкие эксплуатационные расходы, возможность эксплуатации при высоком давлении.

При выборе расширительного бака в Челябинске необходимо учитывать тип теплоснабжающей системы и объем циркулируемого теплоносителя. При приобретении мембранных резервуаров важно учитывать показатели диффузной устойчивости, диапазон колебаний рабочей температуры, срок службы, соответствие санитарным нормам и требованиям.

В интернет-магазине ТермоТехника вы можете купить гидроаккумуляторы Рефлекс по самым низким ценам

Расчет емкости расширительного бака                                                                                   

При расчете объема расширительного бака для отопления нужно учесть вместимость системы, место предполагаемой установки резервуара, допустимое гидравлическое давление, тип теплоснабжающей системы (к примеру, централизованная или автономная, закрытая или открытая).

Обратите внимание! При расчете объема резервуара можно воспользоваться услугами сторонних специалистов или выполнить его самостоятельно. Самый простой способ определить вместимость системы отопления. К примеру, при объеме циркулируемого теплоносителя в 400 л, требуется расширительный бак с емкостью 40 л (10 процентов от исходного объема).

При циркуляции в теплоснабжающей системе вместо воды гликолевой жидкости, к расчетному объему расширительного металлического резервуара необходимо прибавить около 50 процентов. Также важно учитывать, что при эксплуатации закрытой системы отопления около 3 процентов теплоносителя уходит на восполнение возможных утечек.

Для получения более точного расчета рекомендуется воспользоваться специальным программным обеспечением или он-лайн калькуляторами. При правильном расчете емкости резервуара предохранительный регулирующий клапан не будет срабатывать.

Особенности монтажа и техобслуживания бака

Установка конструкции расширительного бака выполняется в полном соответствии с инструкцией и техническим планом. Монтаж оборудования в инженерную систему должен осуществлять квалифицированный специалист, обладающий необходимыми знаниями, опытом работы и оборудованием.

Открытый резервуар устанавливается в верхней части системы, а расширительный бак альтернативного закрытого типа в любом месте (но не после циркуляционного насоса). Надежная фиксация резервуара позволяет предупредить повреждение теплоснабжающей системы (заполненный водой бак имеет большую массу), при монтаже емкости необходимо учитывать удобство будущей эксплуатации оборудования.

Техобслуживание расширительного резервуара предполагает выполнение регулярных проверок:

• на наличие внешних повреждений – следов ржавчины, вмятин и механических дефектов, подтеков;
• соответствие начального давления расчетным показателям;
• целостность мембранного полотна (при наличии повреждений проводится замена мембраны или бачка полностью).

Обратите внимание! Если резервуар для излишков воды системы отопления длительное время не используется необходимо слить с него остатки жидкости.

В интернет-магазине ТермоТехника вы можете купить расширительные баки Рефлекс немецкого производства по самым низким ценам. 

Подбор мембранного бака для системы водоснабжения

В системе водоснабжения необходимо предусматривать установку мембранного гидробака, который будет ограничивать частоту включений насосов и сглаживать колебания давления.

Выбор типа и размера мембранного гидробака зависит от конкретной системы и, безусловно, должен выполняться специалистом-проектировщиком. Ниже приводятся таблицы с рекомендуемыми номинальными объемами мембранных гидробаков:

Принятые сокращения :
Pset — давление в рабочей точке (напор насоса плюс давление на входе в установку)
Q — номинальный расход одного насоса

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений в час nmax = 200. Мощность электродвигателя одного насоса менее 4 кВт.)

Q, м³/ч	Pset, 1 бар	Pset, 2 бар	Pset, 3 бар	Pset, 4 бар	Pset, 5 бар	Pset, 6 бар	Pset, 7 бар	Pset, 8
3	10	13	15	18	21	24	26	бар
5	16	21	25	30	35	39	44	29
10	32	42	51	60	69	79	88	49
15	49	63	76	90	104	118	132	97
20	65	83	102	120	139	157	176	146
32	104	133	163	193	222	252	281	194
45	146	188	229	271	313	354	396	311
64	207	267	326	385	444	504	563	438

 

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений nmax=100. Мощность электродвигателя одного насоса более 5,5 кВт.)

Q, м3 /ч	Pset, 1 бар	Pset, 2 бар	Pset, 3 бар	Pset, 4 бар	Pset, 5 бар	Pset, 6 бар	Pset, 7 бар	Pset, 8 бар
3	19	25	31	36	42	47	53	58
5	32	42	51	60	69	79	88	97
10	65	83	102	120	139	157	176	194
15	97	125	153	181	208	236	264	292
20	130	167	204	241	278	315	352	389
32	207	267	326	385	444	504	563	622
45	292	375	458	542	625	708	792	875
64	415	533	652	770	889	1007	1126	1244

Для установок с частотным преобразователем минимальный объем мембранного бака равен 1/3 от значения в вышеприведенных таблицах

Также объем мембранного бака можно рассчитать используя формулу:

Обозначение	Описание
V	Номинальный объем мембранного гидробака, [л]
Q	Для установок без частотного преобразователя номинальная подача одного насоса, [м3/час]. Для установок с частотным преобразователем Q=25% от номинальной подачи одного насоса
pset	Давление в рабочей точке насоса (сумма давления на входе и давления, развиваемого насосом), [бар]
ΔP	Разница между значениями давления выключения и давления в рабочей точке, [бар]. Как правило выбирается 1.5 бара
k	Коэффициент, характеризующий давление настройки мембранного гидробака 0,7 для установок с частотным преобразователем; 0,9 для установок без частотного преобразователя
nmax	=допустимое число включений-выключений в час =200 при мощности электродвигателя менее 4 кВт =100 для электродвигателей мощностью 5,5 кВт и выше

горизонтальный расширительный бак со сменной мембраной

Серия AFH (горизонтальный расширительный бак со сменной мембраной) представлена моделями расширительных баков вместимостью от 25 до 100 литров и предназначена для жилищных и промышленных систем, которые требуют высоких напорных характеристик. Имеется экспортная версия 10 бар. Гидроаккумуляторы могут быть выполнены по запросу заказчика в соответствии с основными международными требованиями. Горизонтальная модель мембранных баков оснащена универсальной площадкой для крепления насоса непосредственно к емкости. Конструкция накопительного бака выполнена из высокопрочной стали. Нетоксичная сменная мембрана для хозяйственно-бытовых нужд, достаточно гибкая для полного заполнения бака, таким образом, усиливающая эксплуатационные качества и обеспечивающая продуктивную деятельность мембранного бака.

Технические характеристики

• Специальная устойчивая покраска обеспечивает продолжительную защиту бака от коррозии.

• Полная изоляция воздуха и воды; контакт между водой и внутренней поверхностью мембранного бака отсутствует.

• Гидроаккумулятор подходит для хранения воды для гигиенических нужд (до 99°С)

• Рабочая температура -10 + 99С;

• Расширительный бак соответствует европейскому стандарту.

• ​

Назначение и область применения.

Баки предназначены для поддержания требуемого давления, сглаживания колебаний давления, компенсации гидравлических ударов и накопления запаса воды в системах холодного (в том числе питьевого по ГОСТ 2874-98) и горячего водоснабжения. Допускается использование накопительных мембранных баков включительно в системах отопления (по СНиП 2.04.07) с температурой теплоносителя не более 100ºС и давлением до 10 бар. Конструктивное исполнение баков предполагает их использование в качестве насосного, демпфирующего бака в составе насосной станции.

​

Технические характеристики

Устройство и принцип работы

Корпус расширительного бака (1) выполнен сварным путем из углеродистой стали. Внутри корпуса расположена сменная мембрана (2) из этилен-пропилен-диен мономера (EPDM), имеющая ступенчатую расширяющуюся форму.

Материал мембраны допущен к контакту с пищевыми жидкостями. Толщина мембраны увеличивается от входного патрубка (5) к тяге (6).

Такая конструкция мембраны предотвращает возникновение в ней критических растягивающих усилий и предотвращает мембрану от трения о стенки бака. Фартук мембраны закреплен между фланцами (3) с помощью болтов (4). Напротив входного патрубка (5) имеется тяга с патрубком (6), закрепленная гайкой. Патрубок связан с внутренней полостью мембраны и может служить для установки предохранительного клапана и воздухоотводчика. Патрубок имеет наружную дюймовую резьбу 3/4″ (для баков объемом до 100л). Давление газовой подушки может регулироваться с помощью ниппеля (7), закрытого пластиковой крышкой. Мембранные баки поставляются с азотной газовой подушкой с давлением, согласно таблице 1. Снаружи гидроаккумулятор покрыт термостабилизированной эпоксидной эмалью. Расширительный бак имеет приварные ножки (8) для горизонтальной установки и приварную площадку для крепления насоса.

​

Указания по монтажу бака

Мембранный бак должен устанавливаться в месте, доступном для обслуживания, в котором бак будет защищен от механических повреждений, вибраций и атмосферных воздействий.

К бесфланцевому патрубку расширительного бака может присоединяться группа безопасности, включающая предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр. В случае отсутствия группы безопасности этот патрубок мембранного бака должен быть заглушен.

Подключающий трубопровод должен подходить к гидробаку сверху во избежание попадания в мембранный бак воздуха.

Насос на приварную площадку бака должен устанавливаться с помощью болтов через резиновые прокладки, которые снижают передаваемые на расширительный бак вибрационные нагрузки.

Пример установки накопительного бака показан на рисунке.

Перед сдачей в эксплуатацию система подлежит гидравлическому испытанию. Каждый Расширительный бак проходит заводское испытание давлением, в 1,5 раза превышающем рабочее давление, указанное в таблице 1. Продолжительность заводского испытания повышенным давлением составляет 30 мин. Если при гидравлическом испытании системы предусматривается превышение приведенных параметров, то перед испытаниями Гидроаккумулятор должен быть отсоединен от системы и подводящий трубопровод заглушен.

​

Перед монтажом гидробака необходимо проверить манометром давление газовой подушки, которое должно соответствовать данным в таблице1.

​

Если по расчету требуется изменить заводскую установку давления в газовой подушке мембранного бака, то для снижения давления, газ стравливается путем нажатия на клапан ниппеля, находящегося под пластиковой крышкой.

​

Для того, чтобы увеличить давление, к ниппелю присоединяется воздушный насос.

​

Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию

​

При эксплуатации мембранного бака необходимо не реже 1 раза в месяц проверять давление газовой подушки. В случае отклонения от расчетных данных, давление следует откорректировать в соответствии с указаниями раздела 5.

​

В случае необходимости в замене мембраны, работы надлежит выполнять в следующей последовательности:

• перекрыть участок системы, на котором находится мембранный бак, и слить с него воду;

• отсоединить расширительный бак от подводящего трубопровода;

• разболтать контрфланец и снять его;

• через открывшееся отверстие накопительного бака вынуть мембрану;

• продуть внутреннюю полость гидроаккумулятора сжатым воздухом;

• подготовить к установке новую мембрану, для чего присыпать его наружную поверхность тальком;

• установить новую мембрану таким образом, чтобы фартук мембраны плотно прилегал к фланцу расширительного бака;

• установить на место контрфланец и заболтить его;

• произвести подкачку воздуха газовой подушки до расчетного значения, и присоединить мембранный бак к системе.

 

Возможные неисправности и способы их устранения

Меры безопасности

Мембранный бак должен устанавливаться и обслуживаться персоналом, имеющим соответствующую квалификационную группу по технике безопасности.

Монтаж и демонтаж баков производится при отсутствии давления в трубопроводе.

Запрещается эксплуатировать расширительный бак в системе, не снабженной предохранительным клапаном. При этом установка клапана не должна превышать максимальное рабочее давление бака.

​

Упаковка, хранение и транспортировка.

Мембранные баки должны храниться в упаковке предприятия – изготовителя по условиям хранения 3 по ГОСТ 15150-69 .

Транспортировка баков должна осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 6019-83 .

Транспортирование авиатранспортом допускается только в герметизированных отапливаемых отсеках.

​

Гарантийные обязательства

• Изготовитель гарантирует соответствие баков мембранных требованиям безопасности, при условии соблюдения потребителем правил использования, транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации.

• Гарантия распространяется на все дефекты, возникшие по вине завода-изготовителя.

• Гарантия не распространяется на дефекты, возникшие по вине потребителя в результате нарушения правил.

 

Подбор (Расчет) мембранного бака

Необходимый объем гидроаккумулятора может быть найден из условия соблюдения паспортного количества включений насоса за 1 час. Эта величина приводится в документации на насосы, и обычно составляет 12-15 включений в час.

Объем бака предлагается рассчитывать по формуле:

где n — количество включений насоса в час, 1/час;
Рmax — установленное абсолютное давление отключения насоса, бар;
Рmin — установленное абсолютное давление включения насоса, бар;
Рб — абсолютное давление газовой подушки в баке, бар. Давление газовой подушки рекомендуется устанавливать на 0,5 бар ниже, чем Рmin;
q — расчетный расход, л/сек.

Для определения расчетного расхода горячей или холодной воды можно использовать метод «единичных нагрузок». Этот метод предусматривает определение расчетного расхода на основе суммирования единичных нагрузок от каждого прибора в зависимости от назначения здания.

Для определения, вмещаемого в накопительный бак рабочего запаса жидкости можно воспользоваться формулой: 

Vр = V(Pmax-Pmin)/Pmax

(Примечание: на рисунке ниже изображен горизонтальный бак с корпусом из нержавеющей стали для эксплуатации при активном влажном воздействии окружающей среды HI-NOX).

​

Руководство по проектированию расширительного бака

, Определение размера и выбор расширительного бака для системы охлажденной воды

Раздел 4.0: Определение размера расширительного бака

После выбора типа расширительного бака необходимо определить значения, которые будут использоваться в уравнении, соответствующем типу расширения. В этом разделе будет обсуждаться каждая из переменных, так что вы можете определить значения для каждой переменной в различных ситуациях.

4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Значения температуры используются для определения «дельты Т» и значений удельного объема, обсуждаемых в следующем разделе. Вы должны найти самые низкие и самые высокие температуры, которые могут возникнуть в системе охлажденной воды.

Низкая температура: Значение низкой температуры — это просто температура подаваемой охлажденной воды.Диапазон температур подаваемой охлажденной воды ограничен следующими двумя требованиями. Температура подаваемой охлажденной воды должна быть достаточно низкой для осушения воздуха, но не слишком низкой, чтобы холодильная машина могла замерзнуть. Ниже показаны типичные температуры охлажденной воды.

• Подача охлажденной воды: от 42 до 48 F / от 5,56 до 7,78 ° C
• Возврат охлажденной воды: от 52 F до 58 F / от 5,56 C до 7,78 C

Если система охлажденной воды представляет собой смесь гликоля, то самая низкая температура может отличаться от указанной выше.Добавление гликоля в охлажденную воду позволяет снизить температуру подачи охлажденной воды из-за ее более низкой точки замерзания.

Высокая температура: значение высокой температуры обычно является температурой, которая возникает, когда чиллер и насос (ы) охлажденной воды выключены. Когда система охлажденной воды отключена, охлажденная вода может достигать температуры окружающей среды. В здании без кондиционера температура может находиться в диапазоне от 80 до 90 F. Если трубопровод охлажденной воды расположен на открытом воздухе, температура охлажденной воды может превышать 100 F, в зависимости от местоположения.

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОБЪЕМА

Значения удельного объема определяются на основе данных о свойствах жидкости. Калькулятор расширительного бака включает значения удельного объема воды и различных смесей полипропиленгликоля и полиэтиленгликоля.

Значения удельного объема также можно найти в Основах ASHRAE для воды и на следующем веб-сайте для смесей гликоля.

4.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ

Рис. 4. Не забудьте преобразовать манометрическое давление в абсолютное перед использованием уравнений расширительного бака.

4.3.1 НИЗКОЕ / ДАВЛЕНИЕ ЗАПОЛНЕНИЯ

Низкое давление — это минимальное давление в системе для выполнения наиболее строгих требований из следующих двух ограничений: (1) 10 фунтов на кв. Дюйм в самой высокой точке трубопровода или (2) чистый положительный напор на всасывании, необходимый для насоса охлажденной воды.

(1) Ограничение по высоте: низкое давление или давление заполнения — это давление, необходимое в точке заполнения, необходимое для заполнения всей системы трубопроводов и достижения 10 фунтов на кв. Дюйм в самой высокой точке трубопровода, чтобы предотвратить попадание воздуха в воду / раствор. При расчете этого давления следует исходить из предположения, что насос (ы) выключен, а температура жидкости самая высокая. Точка заполнения обычно используется потому, что расширительный бак расположен в точке заполнения и имеет примерно одинаковое давление.Если расширительный бак расположен вдали от точки наполнения, вы можете использовать разницу высот между точками наполнения, чтобы найти минимальное давление в расширительном баке.

Например, предположим, что температура наполняемой воды составляет 75 F, и вода входит в систему на высоте 10 футов над чистым полом, а самая высокая точка в системе находится на высоте 150 футов над чистым полом. Это приведет к перепаду высот в 140 футов или 60,7 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, давление наполнения должно быть 70.7 фунтов на кв. Дюйм. Этот пример проиллюстрирован на первом следующем рисунке.

(2) Ограничение чистого положительного напора на всасывании: Затем вы должны также проверить чистый положительный напор на всасывании, необходимый для насосов охлажденной воды. Низкое давление или давление наполнения должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить требуемый чистый положительный напор на всасывании.

Например, предположим, что температура наполняемой воды составляет 75 F, и вода поступает в систему на высоте 10 футов над чистым полом, а самая высокая точка в системе находится всего на 30 футов над чистым полом.Это приведет к перепаду высот всего в 20 футов или 8,6 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, в соответствии с предыдущим ограничением минимальное давление будет всего 18,6 фунта на квадратный дюйм. Однако, если насос охлажденной воды расположен на 10 футов выше точки наполнения, то давление на всасывании насоса охлажденной воды будет только 14,3 фунта на квадратный дюйм. Если насосу требуется чистый положительный напор на всасывании 20 фунтов на кв. Дюйм, то давление заполнения, определенное из ограничения по высоте, не будет соответствовать ограничению чистого положительного напора на всасывании.Таким образом, давление наполнения должно быть увеличено, чтобы соответствовать ограничению чистой положительной высоты всасывания. Этот пример проиллюстрирован на втором следующем рисунке.

Рис. 5: Минимальное давление / давление заполнения определено таким образом, чтобы удовлетворять требованию 10 фунтов на кв. Дюйм в наивысшей точке, как показано зеленым. Затем определяются давления на более низких отметках путем преобразования футового напора в фунты на кв. Дюйм. Это приводит к давлению наполнения 70,7 фунтов на квадратный дюйм и давлению всасывания в насосе охлажденной воды 66.4 фунта на кв. Дюйм. Вы также должны дважды проверить, что чистый положительный напор на всасывании, необходимый для насоса охлажденной воды, соблюден, но в этом примере давление всасывания очень высокое и должно быть легко достигнуто. Насос выключен при определении минимального давления.

Рис. 6. На этом примерном рисунке зеленым цветом показано минимальное давление в точке заполнения, основанное на 10 фунтах на кв. Дюйм в наивысшей точке. Красный цвет показывает давление в точке заполнения, основанное на минимальном давлении 20 фунтов на кв. Дюйм на всасывании насоса охлажденной воды.Как видите, красный цвет соответствует более высокому минимальному давлению в точке заполнения и, следовательно, более высокому минимальному давлению в расширительном баке. Таким образом, для вашего уравнения вы должны использовать более высокое минимальное значение давления, основанное на NPSHR. Насос выключен при определении минимального давления.

5.3.2 ВЫСОКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Значение высокого давления — это самое высокое давление, которое может возникнуть в расширительном баке, при котором не происходит сбоев предохранительных клапанов или оборудования из-за высокого давления.Первый сценарий, который необходимо проверить, — это когда насос включен и охлажденная вода имеет самую высокую температуру. Хотя это, скорее всего, никогда не произойдет на практике, это возможно, и ваша конструкция должна выдерживать экстремальные возможности. Например, предположим, что насос охлажденной воды обеспечивает давление 40 фунтов на квадратный дюйм, а охладитель имеет максимальное давление 125 фунтов на квадратный дюйм. Вы начинаете с чиллера с давлением 125 фунтов на квадратный дюйм, а затем всасывание насоса будет 85 фунтов на квадратный дюйм. Предположим, что есть потери в трубопроводе от расширительного бака до насоса 4.3 фунта на кв. Дюйм. Тогда в расширительном баке будет высокое давление 80,7 фунтов на квадратный дюйм.

Рис. 7: Высокое давление в расширительном баке определяется путем моделирования максимального давления на предохранительных клапанах и оборудовании и нахождения максимального значения давления, при котором давление на всем оборудовании и предохранительных клапанах находится в пределах допустимых значений. На этом рисунке показано максимальное давление 125 фунтов на кв. Дюйм в холодильной машине с включенным насосом.Это приводит к максимальному давлению в расширительном баке 89,3 фунта на квадратный дюйм.

Вы всегда должны запускать сценарии с включенным и выключенным насосом, потому что оборудование должно соответствовать требованиям к давлению, независимо от того, включен насос или нет. Например, если вы запускаете сценарий с максимальным давлением в точке заполнения системы, равным 125 фунтов на кв. Дюйм, что является типичным максимальным давлением для трубопроводной арматуры, и насос выключен, тогда пределы давления соблюдены для всего оборудования. .Однако, как только насос будет включен, вы превысите требование 125 фунтов на кв. Дюйм для чиллера.

Рисунок 8: Если предполагается, что максимальное давление в точке заполнения составляет 125 фунтов на кв. Дюйм, то давление в насосе охлажденной воды и охладителе будет 120,7 фунтов на квадратный дюйм. Это соответствует требованиям к давлению 125 фунтов на квадратный дюйм для насоса охлажденной воды и чиллера. Однако это верно только при выключенном насосе.

Рисунок 9: Как только насос будет включен, давление на выходе насоса охлажденной воды будет 160.7 фунтов на кв. Дюйм. Поскольку насос охлажденной воды по-прежнему обеспечивает давление 40 фунтов на квадратный дюйм, как показано в предыдущих примерах. Давление 160,7 фунтов на кв. Дюйм превышает максимальное давление в охладителе, равное 125 фунтам на квадратный дюйм. Таким образом, максимально допустимое давление в расширительном баке должно быть снижено со 125 фунтов на квадратный дюйм до 89,3 фунтов на квадратный дюйм, как показано на предыдущем рисунке.

5.3.3 ТОЧКА БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Часто вы слышите, что расширительный бак — это точка, в которой давление в системе не изменяется.Это правда, но предполагается, что температура не меняется. Так что не путайте предыдущее обсуждение максимального и минимального давления с тем фактом, что давление в расширительном баке не меняется при включении или выключении насоса. Фактически, вы можете видеть, что давление не изменяется при включении и выключении насоса на предыдущих рисунках 8 и 9.

5,4 Линейный коэффициент теплового расширения

Для ваших расчетов можно использовать следующий линейный тепловой коэффициент расширения.Однако более точных значений можно получить, используя данные, предоставленные производителями трубопроводов.

Если у вас несколько типов труб, следует использовать более низкий коэффициент теплового расширения. Это приведет к увеличению расширительного бачка. Если у вас более высокий коэффициент теплового расширения, вы воспользуетесь преимуществом увеличения объема системы, которое происходит при расширении трубопровода.Когда жидкость нагревается, она расширяется, но труба также расширяется, чтобы вместить часть увеличившегося объема жидкости. Таким образом, выбор материала трубы, который меньше всего расширяется, даст наиболее консервативный результат.

Скорость потока пермеата — обзор

2.3.7.3 Работа в нестабильном состоянии

Работа в нестабильном состоянии может возникать из-за изменений в качестве питательной воды (и, следовательно, органической нагрузки), скорости потока пермеата (и, следовательно, гидравлической нагрузки) и аэрации скорость, которые, как известно, влияют на склонность к загрязнению мембран MBR, наряду с другими динамическими эффектами (Таблица 2.13). В эксперименте, проведенном с большим пилотным MBR, в котором оценивались эффекты нестабильного потока и потери ила (Drews et al., 2006), было установлено, что уровень углеводов в супернатанте до и после каждого удаления ила выросла. В то время как увеличение после потерь считалось из-за внезапного стресса, испытываемого клетками из-за разбавления биомассы (что в крайних случаях, как известно, приводит к вспениванию на полномасштабной установке), увеличение перед удалением ила было связано с высокой концентрацией MLSS. и в результате низкий уровень DO в биореакторе.Был сделан вывод, что нестационарный режим работы изменяет природу и / или структуру (и склонность к загрязнению) углеводов, а не общее образование EPS. Эти результаты подтвердили ранее сообщенные результаты о влиянии переходных условий в режимах кормления: было показано, что добавление импульса ацетата в питательную воду значительно снижает фильтруемость биомассы MBR из-за увеличения производимых уровней SMP (Evenblij, Verrecht, van der Graaf, & Van der Bruggen, 2005b).Недавно была представлена ​​более подробная характеристика воздействия широкого диапазона нестабильных состояний на EPS, присутствующую в активном иле (Yang & Li, 2009). Наряду с изменениями уровня DO, изменение соотношения одновалентных и поливалентных катионов, присутствующих в питательной воде, может привести к дефлокуляции ила, что обычно приводит к увеличению уровней SMP в супернатанте. В экспериментах, описанных Van Den Broeck et al. (2010), высокие соотношения одновалентных / поливалентных приводили к значительной дефлокуляции и снижению гидравлических характеристик.

Таблица 2.13. Примеры динамических эффектов при работе MBR (см. Также таблицу 3.38)

скорость изменения

Детерминанты	Затронутые параметры
Скорость потока	Предельный поток и скорость изменения
Качество исходной воды
Разбавление MLSS	Фактор разбавления и скорость изменения концентрации
(Частичная) потеря аэрации	Процент и период уменьшения
Потери обратной промывки / очистки
Гидравлический удар	Скорость и уровень увеличения потока
Проникновение физиологического раствора	Фактор предельной концентрации и скорость изменения концентрации

Влияние условий голодания на биологическую суспензию оценивалось путем включения различных импульсов субстрата в б atch-тесты (Lobos, Wisniewski, Heran, & Grasmick, 2005).За экзогенными фазами следовали периоды голодания, оба характеризующиеся соотношением S / X (отношение концентрации субстрата к биомассе), где высокие отношения приводили к размножению бактериальных клеток, в то время как при низких соотношениях MLVSS уменьшалась, продукция SMPp отсутствовала и бактерии лизиса. прекратился. S / X тесно связано с соотношением F / M (уравнение (2.23)), и низкие значения F / M , обычно используемые в MBR, таким образом, теоретически близки к условиям голодания, которые находятся в Эта очередь, вероятно, будет полезна для работы MBR на основе снижения выработки SMPp и, соответственно, уменьшения загрязнения.

Основной период нестабильного режима работы — во время запуска, когда система проходит акклиматизацию. Чо, Сонг, Ли и Ан (Cho, Song, Lee, & Ahn, 2005b) сообщили о временных изменениях связанных уровней EPS, когда MBR акклиматизировался в трех разных SRT (8, 20, 80 дней). Как и ожидалось из общих тенденций, описанных в разделе 2.3.6.5, концентрация EPS была ниже при более длительном SRT (83 против 26 мгTOC / gSS для SRT продолжительностью 8 и 80 дней, соответственно). Наблюдалась начальная латентная фаза, в которой концентрация ЭПС существенно не изменялась.Однако уровни EPS увеличивались экспоненциально после 40 дней работы при SRT в течение 8 дней и после 70 дней, когда MBR работал при 20-дневном SRT. Никаких изменений в уровнях EPS не наблюдалось в течение 80 дней работы при 80-дневном SRT. Для другого MBR, работающего при бесконечном SRT, не наблюдалось значительных изменений концентрации SMP в течение 100 дней работы, за этот период времени MLSS увеличился с 1,8 до 4,5 г / л (Jinhua, Fukushi, & Yamamoto, 2006). В другом исследовании, после латентной фазы в 30 дней, уровни MLSS и SMP начали значительно увеличиваться и стабилизировались после 140 дней работы при бесконечном SRT, тогда как уровни EPS постоянно увеличивались с самого начала, но также стабилизировались через 140 дней (Гао, Ян , Ли, Ван и Пан, 2004а).Нагаока и Немото (2005) наблюдали увеличение концентрации MLSS с 4 до 14 г / л в течение 100 дней наряду с устойчивым увеличением EPS (с 50 до 250 мг ТОС / л). Следовательно, не существует четкой закономерности в отношении образования и запуска видов загрязняющих веществ, кроме общей тенденции к более стабильным уровням загрязняющих веществ при более длительных SRT.

Образование загрязняющих веществ MBR, возникающих в результате изменений солености, было изучено Reid, Liu и Judd (2006), а литература по эффектам CASP восходит к 1960-м годам (Ludzack & Noran, 1965; Tokuz & Eckenfelder, 1979 ).В отчетах указывается, что изменения солености в большей степени влияют на эффективность биоочистки, что проявляется в концентрации органического углерода на выходе, чем высокие уровни солености как таковые. Согласно Рейду и др., Мутность SMP и EPS, EPSp и SMPc все увеличивались, когда ударная нагрузка хлорида натрия была введена в MBR таким образом, чтобы имитировать вторжение солевого раствора в прибрежные MBR. Как и в других исследованиях (раздел 2.3.6.5), снижение проницаемости коррелировало с SMPc.

Наконец, ожидается, что сезонные колебания окружающей среды также повлияют на производительность MBR.Долгосрочное исследование выявило буферный эффект длительного SRT на поведение загрязнения. Хотя обратимость обрастания изменялась при коротком SRT в 13 дней (т. Е. Большая доля необратимого загрязнения при высокой температуре), влияние колебаний температуры на загрязнение не наблюдалось для SRT продолжительностью 50 дней (Miyoshi et al., 2009) .

Справочник по моделированию — Гидропневматические резервуары — OpenFlows | Гидравлика и гидрология Wiki — OpenFlows | Гидравлика и гидрология

Продукт (ы):	МОЛОТОК
Версия (и):	CONNECT Edition, V8i
Площадь:	Моделирование

В этой технической заметке объясняется, как работает элемент гидропневматического бака и его типичное применение в HAMMER.

Для получения информации о моделировании гидропневматических резервуаров во время EPS в WaterGEMS или WaterCAD см .: Моделирование гидропневматических резервуаров в EPS в WaterGEMS и WaterCAD

Элемент гидропневматического бака в HAMMER представляет собой цилиндрический или сферический сосуд высокого давления, содержащий жидкость на дне и захваченный газ (обычно воздух или азот) над жидкостью. Его иногда называют газовым баллоном, воздушной камерой или расширительным баком под давлением.

При наполнении гидропневматического бака (обычно от насоса) объем воды увеличивается, и воздух сжимается.Когда насос выключен, сжатый воздух поддерживает давление в системе до тех пор, пока вода не стечет и давление не упадет. Такое хранение энергии в виде сжатого воздуха позволяет достичь высокого качества гидравлической жидкости в относительно небольшом резервуаре, в то время как традиционный уравнительный резервуар без давления должен быть сконструирован с таким высоким уровнем гидравлического давления, который вам необходим. Это связано с тем, что гидравлический уровень в гидропневматическом резервуаре — это высота плюс уровень воды ПЛЮС напор газа над ним, тогда как в уравнительном резервуаре это высота поверхности воды.Таким образом, уравнительный бак обычно не практичен для системы с высоким напором. ³ Итак, если гидропневматический бак содержит достаточно (сжатого) газа для предотвращения разделения водяных столбов, это может быть очень эффективным способом избежать или уменьшить скачки давления.

Чаще всего гидропневматический бак для защиты от перенапряжения используется для управления переходными процессами, вызванными быстрым запуском и отключением насоса. В типичном сценарии аварийного отключения насоса падение низкого давления может вызвать серьезное давление ниже атмосферного.Может произойти разделение колонны и серьезные скачки высокого давления при схлопывании парового кармана. Таким образом, защитное оборудование часто необходимо для подачи воды и напора в систему при спуске продувки, а также для спуска воды из системы при повышении давления. Чаще всего лучшая защита в этой ситуации — это либо уравнительный бак, либо гидропневматический бак, поскольку они могут обеспечить эту воду и напор во время переходного процесса.

Гидравлический класс, обеспечиваемый гидропневматическим баком, подавляющим помпаж, должен быть высоким и, как правило, работать при нормальном давлении в трубопроводе.Это означает, что нормальное давление в резервуаре такое же, как если бы резервуар вообще не был установлен. Это отличается от гидропневматических резервуаров в системах распределения воды, которые обычно быстро меняют цикл на основе управления гидравлическим насосом.

Примечание. Добавление оборудования для защиты от помпажа или изменение рабочих процедур может значительно изменить динамическое поведение водяной системы, возможно, даже ее характерное время. Выбор подходящего защитного оборудования требует хорошего понимания его эффекта, для чего HAMMER является отличным инструментом в сочетании с технической оценкой.

Если вы решили смоделировать гидропневматический бак для защиты от перенапряжения, при его конструкции необходимо учитывать несколько факторов. Каждый из них может повлиять на эффективность и стоимость устройства и требует тщательной оценки. Для получения дополнительных указаний по определению размеров гидропневматического бака мы рекомендуем книгу А. Торли «Переходные процессы жидкости в трубопроводных системах».

Расположение

Гидропневматический бак обычно устанавливается сразу после насосной станции, чтобы поддерживать движение водяного столба после отключения насоса.Обычно он устанавливается внутри закрытого здания и иногда «сдвоен» (два резервуара, расположенных рядом) для обслуживания и резервирования. ³

Если местоположение гидропневматического резервуара не определено или может потребоваться более одного, вы можете рассчитать моделирование переходных процессов без какой-либо защиты и проверить свои результаты, такие как минимальный и максимальный диапазон давления, в средстве просмотра результатов переходных процессов. Просматривая эти результаты, вы можете увидеть критические участки трубопровода и потенциально найти хорошее место для гидропневматических резервуаров.Затем вы можете добавить свои гидропневматические резервуары, пересчитать моделирование переходных процессов, повторно проверить результаты и внести необходимые корректировки.

Примечание: Иногда резервуар может потребоваться и на всасывающей стороне насосной станции, чтобы предотвратить кавитацию при остановке / запуске насоса. Обязательно проверьте результаты минимального давления перед насосом для моделирования переходных процессов.

Трубопровод, соединяющий основной трубопровод с гидропневматическим баком, можно смоделировать в HAMMER явно или неявно.По сути, при размещении гидропневматического бака его можно смоделировать в виде тройника, проложив соединительную трубу, или смоделировать непосредственно на главной линии. При моделировании на главной линии (что является типичным подходом) влияние короткого трубопровода между магистралью и резервуаром может быть представлено с помощью полей диаметра входа резервуара и коэффициента малых потерь.

Хотя явный ввод коротких соединительных труб в резервуар в принципе не является неправильным, это может привести к чрезмерным изменениям длины трубы или скорости волны, что, в свою очередь, может повлиять на результаты.Эта регулировка обычно происходит с короткими трубами из-за того, что HAMMER должен иметь волну, способную перемещаться от одного конца трубы к другому концу даже за несколько шагов по времени. Поскольку вы можете смоделировать потери напора в соединительной трубе через поле коэффициента малых потерь, часто лучше всего смоделировать резервуар в линию. Однако вы также должны учитывать влияние импульса воды. Например, если вы моделируете большие потоки и трубы большого диаметра, эффекты ускорения этого относительно большого объема воды в соединительной трубе после аварийного отключения насоса могут быть значительными.

Если вы имитируете событие аварийного отключения насоса, возможно, возникнет состояние, при котором единственный гидропневматический бак на насосной станции не может обеспечить адекватную защиту. Например, если между насосом и нижним граничным резервуаром или резервуаром есть промежуточная высокая точка, даже если ваше начальное гидропневматическое давление в резервуаре высокое, оно в конечном итоге опустится до гидравлического уровня, который вызывает давление ниже атмосферного в верхней точке. . Таким образом, важно также учитывать время, в течение которого насос будет отключен.Скорее всего, вы захотите смоделировать наихудший сценарий, поэтому в этой ситуации вам может потребоваться дополнительная защита, например воздушный клапан или дополнительный резервуар рядом с высокой точкой. Например, рассмотрим следующий профиль трубопровода с аварийным отключением насоса:

Темно-черная линия = физическая высота.
Пунктирная черная линия = начальное состояние / начальные условия.

На скриншоте выше добавление гидропневматического бака (газового баллона) сразу после насосной станции не обеспечивает достаточной защиты.На выходе системы из-за высокой точки давление ниже атмосферного. Даже с воздушным клапаном в верхней точке, чем дольше насос выключен, тем больше воздуха будет поступать в систему. Добавление расширительного бачка в верхней точке, как показано на скриншоте ниже, помогает решить эту проблему.

Примечание. Важно отметить, что использование гидропневматических резервуаров и расширительных резервуаров в системах очищенной питьевой воды может привести к ухудшению качества воды и потере остатков дезинфицирующего средства.Эти устройства должны быть оснащены механизмом циркуляции воды, чтобы она оставалась свежей. Еще одна сложность возникает, когда резервуары расположены в холодном климате, где вода может замерзнуть. Если проблема заключается в замерзании, предпочтительны гидропневматические резервуары меньшего размера, которые можно разместить в отапливаемых зданиях. ¹

Размер

Хотя общий размер гидропневматического бака важен, он не используется напрямую в HAMMER, если только вы не используете баллон (который рассматривается далее в этой технической заметке).Вместо этого вы должны определить начальный гидравлический уровень и соответствующий объем газа, а затем просмотреть результаты переходных процессов, чтобы увидеть, насколько расширился газ.

Гидропневматический бак должен быть достаточно большим, чтобы он не опустел во время моделирования переходных процессов. HAMMER исходит из того, что объема воды в баке достаточно, чтобы этого не произошло. В журнале выходных данных анализа переходных процессов (в разделе «Отчет»> «Отчеты о переходных процессах») вы увидите максимальный объем газа, необходимый для анализа переходных процессов.Затем вам нужно будет предоставить гидропневматический резервуар, который сможет вместить этот максимальный объем газа и при этом не опустеет воду. Если объем газа превышает полный объем бака, вы увидите уведомление пользователя, но объем газа может увеличиваться сверх этого. Подробнее об этом см .: Уведомления пользователя гидропневматического резервуара: «объем газа превышает объем резервуара» или «заполняет его содержащий резервуар»

Если вы не используете опцию баллона, вы должны ввести общий объем гидропневматического резервуара в поле свойств «Объем (резервуар)», но это используется для справочных целей во время моделирования переходных процессов.Если объем газа во время моделирования переходного процесса превышает общий объем резервуара, который вы ввели, вы увидите уведомление пользователя о том, что максимальный объем газа превышает введенный объем резервуара. Однако HAMMER по-прежнему будет рассчитывать объемы газа, превышающие общий объем резервуара, в соответствии с законом о газе. Это не только укажет на то, что что-то не так, но и на то, насколько сильно. Это означает, что пользователь может просмотреть максимальный требуемый объем газа (в журнале вывода текста с текущей конфигурацией резервуара внести необходимые корректировки, а затем повторно запустить моделирование.

Например, пользователь ввел 500 литров в качестве начального объема газа и 1500 литров в качестве общего объема бака, но в выходном журнале отображается максимальный объем газа 1640 литров. Это означает, что во время моделирования переходного процесса напор опустился настолько низко, что расширенный объем газа занимал более 1500 литров. Он сообщает пользователю, что желаемый резервуар почти достаточно велик, но не совсем.

В случае возникновения такой ситуации важно понимать, что общий размер резервуара не обязательно является единственным фактором.Например, если начальный объем газа в установившемся гидравлическом режиме был меньше, максимальный объем газа во время переходного процесса может быть меньше и находится в пределах желаемого общего размера резервуара. Другие вещи, такие как дифференциальное отверстие, также могут влиять на эффективность резервуара определенного размера. Таким образом, то, что заявленный объем газа превышает размер резервуара, который вам нужен, не обязательно означает, что вам нужен резервуар большего размера. Вы можете контролировать максимальный объем газа, изменяя другие параметры, что позволяет использовать баллон того же размера.Поскольку вы можете быть ограничены (из-за стоимости, физического пространства или по другим причинам) с точки зрения самого большого размера резервуара, который вы можете предоставить, может потребоваться корректировка этих других параметров. С HAMMER вы можете легко протестировать различные конфигурации вашего резервуара, чтобы найти оптимальную защиту для вашего трубопровода.

В некоторых случаях может потребоваться, чтобы определенный процент объема резервуара был жидким в условиях устойчивого состояния. У вас также может быть ограничение на общий размер бака, максимальное давление, давление предварительной зарядки баллона и т. Д.Итак, вам нужно будет разработать дизайн, соответствующий этим требованиям. По этой ссылке можно найти дополнительную информацию об этом: Уведомление пользователя гидропневматического резервуара: Расчетный объем газа превышает объем резервуара.

Обратите внимание, что пустой баллон (объем газа = общий объем баллона) не обязательно означает нулевое давление газа. Когда баллон пустой, газ все еще может находиться под давлением. И наоборот, давление газа может достигнуть нуля до того, как резервуар полностью опустеет. См. Далее ниже «Примечание о давлении в пустом состоянии»

Дифференциальная диафрагма

Трубопроводное соединение между гидропневматическим баком и системой должно быть такого размера, чтобы обеспечивать адекватную гидравлическую мощность при разгрузке камеры, а также вызывать потерю напора, достаточную для рассеивания переходной энергии и предотвращения слишком быстрого заполнения камеры.Оба эти требования удовлетворяются за счет использования байпаса трубопровода, как показано ниже. ¹

В HAMMER связанные с этим потери напора можно смоделировать с помощью атрибутов «Коэффициент малых потерь», «Коэффициент потерь» и «Диаметр (отверстие на входе в резервуар)» гидропневматического резервуара. Это называется дифференциальным отверстием, потому что коэффициент потерь позволяет вам иметь потери напора на входе, отличные от потерь напора на выходе. На приведенном выше рисунке вы можете видеть, что обратный клапан вызывает большие потери напора для притока, когда вода проходит через байпас.Таким образом, атрибут «коэффициент потерь» обычно больше 1,0 и применяется к притокам.

Введенный вами коэффициент малых потерь используется для слива из резервуара. Для притоков резервуаров коэффициент малых потерь умножается на коэффициент потерь, и используется полученный коэффициент. Для некоторых систем влияние дифференциальной диафрагмы может быть большим.

Примечание. Вы можете рассмотреть возможность корректировки коэффициента малых потерь, чтобы представить множественные потери через резервуар в сборе.Например, у вас могут быть небольшие потери из-за изгибов, фитингов, самого впускного отверстия резервуара и узла диафрагмы дифференциала. В этом случае вы можете установить значение «коэффициента малых потерь» для представления всех этих потерь, но помните, что скорость, используемая для их расчета, основана на площади «диаметра (вход в резервуар)». Кроме того, вам необходимо настроить соотношение потерь таким образом, чтобы потери через всю сборку резервуара должным образом учитывали дополнительные потери через байпас дифференциальной диафрагмы.

Рассмотрим два профиля ниже, показывающие максимальный переходный напор для трубопровода во время аварийного отключения насоса. Первый профиль показывает результаты без применения дифференциальной диафрагмы; диаметр отверстия составляет 175 мм с коэффициентом потерь 1,0. Второй профиль включает отверстие 100 мм и коэффициент потерь 2,5. Как видите, это помогает снизить максимальные переходные давления в системе. Это также может означать возможное уменьшение общего необходимого размера резервуара.

Мочевой пузырь

Гибкий и расширяемый баллон иногда используется для разделения газа и жидкости в гидропневматическом резервуаре. Поскольку нет контакта между сжатым воздухом и водой, растворение не происходит. Таким образом, нет необходимости в постоянной системе регулирования, такой как воздушный компрессор, которая обычно требуется в противном случае (поскольку газ медленно растворяется в воде). ²

В большинстве случаев «баллон» баллона содержит газ, но в других случаях газ находится в области между корпусом баллона и баллоном, который окружает место, где вода из магистрали входит и выходит (что означает «вода в баллоне». в отличие от «воздуха в мочевом пузыре»).Для моделирования переходных процессов в HAMMER это не фактор, поскольку все еще существует определенный объем газа и соотношение газ / давление, которое определяет изменение давления из-за изменения объема и наоборот.

При использовании баллона сначала прикладывается давление «предварительной зарядки», прежде чем резервуар будет подключен к системе и подвергнутся давлению в трубопроводе. Обычно предварительная зарядка выполняется для «баллона» баллона, содержащего воздух или газ, но в вышеупомянутом случае «вода в баллоне» предварительная зарядка выполняется в области между мембраной баллона и стенками резервуара.Однако в обоих случаях предварительная зарядка приведет к тому, что газ займет весь объем резервуара (V) при определенном давлении (P), которое HAMMER использует (с учетом закона газа), чтобы определить, как давление и объем изменяются во время моделирования переходного процесса. Например, на основе гидравлического качества в начальных условиях в HAMMER он использует это давление предварительной зарядки в паре с общим объемом резервуара, чтобы определить, насколько сжата область, в которой находится газ.

Характеристики защиты от переходных процессов при использовании баллонного баллона имеют тенденцию быть чувствительными к давлению предварительной зарядки, поскольку оно определяет начальный объем газа и чувствительность к изменениям давления.Иногда может потребоваться давление предварительной зарядки, например, 5% от нормального давления в трубопроводе. В противном случае вам может потребоваться метод проб и ошибок, чтобы найти наилучшее давление предварительной зарядки.

При использовании опции резервуара-дозатора до и во время расчета переходных процессов:

• HAMMER предполагает, что баллон находится под заданным давлением, но изолирован от системы.
• HAMMER предполагает, что виртуальный изолирующий клапан открыт, так что (обычно более высокое) давление в системе теперь ощущается мочевым пузырем.
• На основании закона о газах HAMMER вычисляет новый объем воздуха внутри баллона.
• Когда происходит переходный процесс, HAMMER соответственно расширяет или сжимает объем внутри мочевого пузыря.

После завершения моделирования вы можете посмотреть в выходных текстовых файлах, какие произошли заданное давление, объем до переходного процесса (при системном давлении) и последующие изменения давления и объема.

Примечание. Давление предварительной зарядки, т. Е. Давление (заданное значение газа), необходимо определять в терминах избыточного давления.Во время расчетов добавляется атмосферное давление, которое затем становится абсолютным давлением, которое требуется для расчетов по закону газа. Результаты измерения давления газа в гидропневматическом резервуаре представлены в виде абсолютного давления. Пример расчета e для этого показан в разделе «С мочевым пузырем» ниже; пожалуйста, обратитесь к нему для иллюстрации.

Более подробную информацию о том, как работают резервуары на основе мочевого пузыря, можно найти ниже в разделе «Переходное поведение моделирования».

Обратный клапан насоса

При использовании гидропневматического бака сразу после насосной станции, часто возникает проблема с заклиниванием обратного клапана.Это связано с тем, что после переходного процесса низкого давления из-за отключения насоса в баке сохраняется высокий уровень гидравлической жидкости ниже по потоку, что приводит к быстрому закрытию обратного клапана после насоса. Таким образом, в этих случаях обычно используется обратный клапан без захлопывания.

Пользователь должен тщательно смоделировать обратный клапан, учитывая его поведение. По умолчанию элемент узла обратного клапана и свойство обратного клапана трубы предполагают мгновенное закрытие при первом обнаружении обратного потока. Это означает, что обратная скорость не будет увеличиваться до закрытия.Если это не соответствует поведению вашего обратного клапана, обязательно используйте параметры «Время открытия», «Время закрытия» и «Порог давления» для элемента узла обратного клапана. Это позволит вам смоделировать задержку открытия и закрытия обратного клапана.

Как и любое моделирование переходных процессов, модель с гидропневматическим баком должна начинаться в состоянии устойчивого состояния. HAMMER использует гидравлический двигатель WaterGEMS для вычисления начальных условий установившегося состояния, которые используются в качестве отправной точки для моделирования переходных процессов.Для гидропневматического резервуара начальные условия обеспечивают гидравлический уклон и приток / отток в механизм расчета переходных процессов.

Устойчивое состояние по сравнению с EPS

Обычно начальные условия вычисляются как установившееся состояние путем выбора «Устойчивого состояния» в качестве «Тип анализа времени» в параметрах расчета решающей программы устойчивого состояния / EPS. Если вам необходимо вычислить моделирование расширенного периода (EPS), имейте в виду, что вам нужно будет выбрать временной шаг для расчета переходного процесса, чтобы использовать его в качестве начальных условий, используя опцию расчета переходного процесса «Инициализировать переходный режим во времени».Вам также, вероятно, потребуется использовать небольшую настройку для поля «Гидравлический временной шаг» в параметрах расчета «Устойчивое состояние / EPS Solver», поскольку гидропневматический бак обычно работает относительно быстро. С EPS вам, вероятно, также потребуется настроить элементы управления для вашего насоса в зависимости от класса гидравлической жидкости в резервуаре. Наконец, изменение HGL и объема во время EPS рассчитывается с использованием либо аппроксимации постоянной площади, либо газового закона, в зависимости от выбора поля «Расчетная модель резервуара» в свойствах гидропневматического резервуара

Однако при моделировании гидропневматического резервуара, предназначенного для защиты от импульсных перенапряжений, он обычно работает под «линейным» давлением, поэтому обычно нет необходимости анализировать изменения во время EPS.Типичный подход состоит в том, чтобы использовать имитацию устойчивого состояния в качестве начальных условий и установить для атрибута «Рассматривать как соединение» значение True

.

Рассматривать как перекресток?

Как упоминалось выше, во многих случаях гидропневматический бак может использоваться только для защиты от переходных процессов. В установившемся состоянии резервуар может просто работать при соответствующем напоре нормального / установившегося состояния («линейное давление»). Поэтому для упрощения иногда предпочтительнее выбрать «Истина» для атрибута «Рассматривать как соединение» в свойствах резервуара.Это позволяет решателю начальных условий вычислить гидравлический уклон в месте расположения резервуара, и пользователь просто предполагает, что резервуар уже отреагировал на гидравлический уклон, и объем воздуха соответственно увеличился или уменьшился. В этом случае пользователю нужно только ввести начальный объем газа в разделе «Переходный режим» свойств резервуара, который соответствует гидравлическому уровню во время начальных условий (если не используется баллон). Важно помнить, что в начальных условиях резервуар рассматривается только как стык.Во время моделирования переходных процессов он по-прежнему рассматривается как гидропневматический резервуар.

Если вам уже известен уровень гидравлической жидкости, который вы хотели бы использовать в качестве начальных условий, вы бы выбрали «Ложь» для «Рассматривать как соединение?» и введите гидравлический класс в разделе «Физические» свойств резервуара. Затем решатель начальных условий вычислит расход и напор в остальной части системы с гидропневматическим резервуаром в качестве граничного условия. В этом случае резервуар, вероятно, будет иметь либо чистый приток, либо отток, чтобы сбалансировать энергию по системе, поэтому ваше переходное моделирование может не начаться с истинно устойчивого состояния.

Атрибуты начальных условий

Следующие атрибуты гидропневматического бака влияют на расчет начальных условий (установившееся состояние или EPS). Вы заметите, что все они находятся в пределах раздела «Рабочий диапазон» или «Физический» свойств гидропневматического резервуара.

• Elevation (Base) — Высота основания танка. Он используется в качестве справочного материала при вводе начального гидравлического класса в терминах «Уровень». Другими словами, если «Высота (база)» установлена ​​на 20 метров, а рабочий диапазон установлен на «Уровень», значение «Уровень (начальное)» будет равно 1.0 означает высоту 21 метр.
• Рабочий диапазон Тип — Укажите, будет ли начальный гидравлический уклон резервуара основываться на уровнях, измеренных от базовой отметки, или на отметках, измеренных от общей точки отсчета (ноль). Обратите внимание, что при расчетах давления используется поле «Высота» в физическом разделе свойств (см. Ниже).
• HGL (Начальный) или Уровень (Начальный) — В зависимости от выбранного типа рабочего диапазона это представляет собой известный граничный гидравлический уклон в резервуаре в устойчивом состоянии.Помните, что он включает высоту поверхности воды плюс напор сжатого воздуха в гидропневматическом баке. Переходное моделирование начнется с этой головы. Однако, если вы выбрали «Истина» для атрибута «Рассматривать как соединение», моделирование переходных процессов проигнорирует это значение и вместо этого будет использовать вычисленный гидравлический уклон в установившемся состоянии, указанный в разделе «Результаты» свойств резервуара.

Примечание. Расчетный гидравлический класс по-прежнему представляет собой поверхность воды ПЛЮС напор воздуха.Это общий напор в данной точке системы (см. Дополнительную информацию об атрибуте «Рассматривать как соединение» выше). Если вы запустили устойчивый режим, рассматривая резервуар как соединение, чтобы найти «сбалансированный» напор в резервуаре (как если бы он уже реагировал на системные условия), но затем захотелось изменить его, чтобы он снова рассматривался как резервуар (для целей анализа поведения при моделировании EPS), но все же начать моделирование с той же сбалансированной головкой. Для этого вы должны скопировать вычисленный гидравлический уклон (из раздела результатов свойств) в память, задав «Обрабатывать как соединение?» установите значение «False», затем вставьте это значение гидравлического уклона в поле «HGL (начальное)».При повторном вычислении начальных условий первоначальные результаты будут эквивалентны исходному случаю, когда резервуар рассматривался как узел.

• Объем жидкости (начальный) — представляет объем жидкости в резервуаре в начале начальных условий, соответствующий начальному HGL. Сюда входит неактивный объем ниже эффективного объема при использовании модели расчета резервуара «Приближение постоянной площади». Он в основном используется во время прогона EPS, но также для определения начального объема газа, используемого при моделировании переходных процессов, когда для параметра «Обрабатывать как соединение» установлено значение «Ложь».В этом случае начальный объем газа — это разница между «Объемом (резервуар)» и «Объемом жидкости (начальным)». Когда для параметра «Рассматривать как соединение» установлено значение «Истина», поле начального объема жидкости не используется напрямую при моделировании переходных процессов.
• Высота — Высота, от которой рассчитывается давление в гидропневматическом баке. Наиболее точная отметка обычно соответствует дну резервуара. Однако, если дно резервуара близко к отметке поверхности земли, отметка земли также может быть использована.Его также можно установить на расчетную поверхность воды, поскольку давление воздуха, используемое в уравнении закона газа, выше этой точки. Однако отметка дна и поверхность воды обычно очень близки, так что это, вероятно, не будет иметь заметного значения. Примечание : Если пользователь использует «Фиксированный» тип отметки, введенное здесь значение всегда будет использоваться для расчетов давления. Если пользователь считает, что высота поверхности воды будет иметь существенное влияние на расчеты давления, ему следует установить для параметра Тип высоты значение «Переменная высота» и ввести размеры резервуара.
• Объем (резервуар) — представляет собой общий внутренний объем резервуара. В прогоне EPS или когда для параметра «Рассматривать как соединение» установлено значение «Ложь», это используется для определения начального объема газа, чтобы можно было использовать уравнение закона газа, то есть разницу между этим значением и «Объем жидкости ( Исходный)». Это также используется при использовании опции «баллон» для установления соотношения давление / объем, используемого во время моделирования переходных процессов. HAMMER предполагает, что баллон занимает этот полный объем резервуара при «заданном давлении», поэтому это значение полного объема резервуара необходимо в соответствии с уравнением газового закона.Что касается самого переходного моделирования, атрибут полного объема резервуара используется только косвенно, поскольку он устанавливает начальные условия. Поскольку по умолчанию высота подачи жидкости в гидропневматическом резервуаре не отслеживается и считается фиксированной, атрибут «Объем (резервуар)» также используется для справочных целей во время моделирования переходных процессов. См. «Тип резервуара» ниже в разделе «Атрибуты моделирования переходных процессов» для получения дополнительной информации. Рассчитанный объем газа сравнивается с ним, чтобы определить, опустеет ли баллон.
• Считать соединением? — Выбирает, будет ли резервуар рассматриваться как соединение во время начальных условий. Если «Ложь», поле «HGL (Начальный)» или «Уровень (Начальный)» используется для начального заголовка. Если «True», решатель начальных условий действует так, как если бы резервуар представляет собой соединение, и вычисляет давление в трубопроводе.
• Расчетная модель резервуара — Определяет, использовать ли газовый закон или метод аппроксимации постоянной площади при начальных условиях EPS. Приближение постоянной площади использует линейную зависимость; пользователь должен указать минимальный и максимальный HGL и соответствующий объем между ними.Модель газового закона нелинейна и следует закону газа — по мере сжатия газа становится все труднее сжимать его.
• Напор атмосферного давления — При использовании модели расчета газового баллона это поле представляет атмосферное давление в моделируемом месте. Это необходимо, потому что уравнение закона газа работает при абсолютном давлении, а не при манометрическом давлении.

Примечание: Поле «напор атмосферного давления» не используется во время моделирования переходных процессов.Механизм расчета переходных процессов предполагает, что напор атмосферного давления составляет 1 атм или 10,33 метра .

• HGL On / HGL Off — Открыто при использовании метода аппроксимации постоянной площади. Поле «HGL On» — это самый низкий требуемый эксплуатационный уровень гидравлической жидкости, а «HGL Off» — самый высокий желаемый эксплуатационный уровень гидравлической жидкости. Для включения и выключения насоса во время моделирования EPS необходимо ввести соответствующие элементы управления. Обратите внимание, что обычно при моделировании переходных процессов используются начальные условия устойчивого состояния, поэтому эти поля не рассматриваются; только установившийся HGL и введенный пользователем объем газа используются для определения начального объема и напора для моделирования переходных процессов.
• Объем (эффективный) — Открыто при использовании метода аппроксимации постоянной площади. Представляет объем между полями «HGL On» и «HGL Off».

Закон о газе в сравнении с приближением постоянной площади

Для начальных условий пользователь должен выбрать «Газовый закон» или «Приближение постоянной площади» для атрибута «Расчетная модель резервуара» гидропневматического резервуара. При выборе аппроксимации постоянной площади доступны поля «Объем (эффективный)», «HGL On» и «HGL Off».Выбор закона газа открывает поле «Атмосферное давление». Эти поля предназначены в первую очередь для поддержки продуктов WaterCAD и WaterGEMS, которые могут напрямую открывать модель HAMMER. Они используются только для отслеживания изменения HGL и объема для моделирования EPS, которые обычно не используются в HAMMER. Переходный анализ обычно начинается с моделирования установившегося состояния, которое учитывает только «HGL (начальный)» и «Объем газа (начальный)». Это потому, что имитация устойчивого состояния — это моментальный снимок во времени, поэтому напор и громкость не меняются.Поэтому в большинстве случаев не имеет значения, какой метод расчета резервуара вы выберете. Скорее всего, вы захотите выбрать «Закон о газе» для простоты, но дополнительная информация по обоим подходам приведена ниже.

• Приближение постоянной площади: Этот метод приближает гидропневматический резервуар путем построения обычного резервуара на основе гидравлических степеней. Поля «HGL On» и «HGL Off» представляют уровень жидкости плюс напор, а приблизительный диаметр рассчитывается на основе эффективного объема.Итак, по сути, у вас есть высокий, тощий резервуар, высота водной поверхности которого приближается к HGL в гидропневматическом резервуаре.
• Закон о газе: В этом методе используется закон идеального газа, PV = nRT, для вычисления новых гидравлических характеристик при изменении объема жидкости при моделировании EPS (nRT предполагается постоянным). Начальный объем жидкости вычитается из общего объема резервуара, чтобы найти объем газа. Физическая высота вычитается из начального HGL, чтобы найти манометрическое давление. Атмосферное давление добавляется к манометрическому давлению, чтобы получить абсолютное давление, которое используется в уравнении закона идеального газа.

Оба метода обычно дают одинаковые результаты в пределах эффективного диапазона регулирования, но газовый закон технически более точен.

В следующем разделе объясняется, как HAMMER обращается с гидропневматическими резервуарами во время моделирования переходных процессов. Существует две различные конфигурации резервуаров: с баллоном и без баллона.

Без мочевого пузыря

При моделировании переходных процессов используется гидравлический класс из начальных условий вместе с начальным объемом газа, который либо вводится пользователем (если «Рассматривать как соединение» = True), либо рассчитывается на основе разницы между «Объем (резервуар)» и «Объем жидкости (начальный)» (если «Рассматривать как соединение» = False).Когда давление в системе падает из-за скачка давления, этот объем газа расширяется, и вода впрыскивается в систему. Скачки давления заставляют газ сжиматься, когда вода снова входит в резервуар. Это сжатие и расширение происходит по закону изотермического газа. Предполагается постоянное количество моль / масса газа в резервуаре и постоянная температура, поэтому член nRT в уравнении газового закона заменяется константой K. Таким образом, используется уравнение PV ^k = K, Где P = абсолютное давление (футы или метры), V = объем газа (кубические футы или кубические метры) и ^k — экспонента закона о газе, указанная в свойствах резервуара.Таким образом, постоянная K вычисляется из начального объема газа, возведенного в степень, умноженного на начальное давление. Давление P — это начальный гидравлический класс минус физическая высота резервуара плюс атмосферное давление (1 атм или 10,33 метра). Таким образом, новый объем воздуха может быть вычислен на основе изменений давления во время моделирования переходных процессов.

Например, рассмотрим резервуар, в котором начальный объем газа составляет 0,8 м ³ , начальный гидравлический уклон составляет 150 м, физическая высота составляет 100 м, а показатель степени газового закона равен 1.1. Исходя из этого, HAMMER вычисляет константу «K» как: (150 — 100 + 10,33) (0,8 ^1,1 ) = 47,2 . Поскольку K теперь известен, изменение давления можно вычислить на основе изменений объема из-за притока или оттока. Если резервуар заполнен так, что объем газа был сжат до 0,5 м ³ , исходя из константы K, равной 47,2, это означает, что соответствующее давление = (47,2) / (0,5 ^1,1 ) = 101,175 — 10,33 = 90,845 м и гидравлический уклон 100 + 90.845 = 190,845 м.

Примечание. В приведенной выше формуле давление P измеряется от дна резервуара (физическая высота). Это связано с тем, что по умолчанию HAMMER не отслеживает уровень жидкости в гидропневматическом баке. Это предположение должно быть правильным в большинстве случаев, потому что эти резервуары обычно относительно малы и, следовательно, изменение уровня жидкости будет иметь минимальное влияние. Однако, если вы хотите, чтобы HAMMER мог учитывать уровень жидкости (высоту воды), ознакомьтесь с разделом ниже в Технической заметке под названием «Отслеживание уровня жидкости».»

Примечание. В HAMMER 08.11.01.32 и более поздних версиях поле «Объем газа (начальный)» необходимо вводить только в том случае, если ваш гидропневматический резервуар рассматривается как соединение или если вы выбираете индивидуальные начальные условия (а не с помощью мочевого пузыря). В других случаях начальный объем газа получается из общего объема резервуара за вычетом начального объема жидкости.

Примечание о давлении в пустом состоянии: Нулевое давление газа не обязательно коррелирует с тем, когда резервуар становится пустым.Газ в баллоне все еще может находиться под давлением, когда объем газа превышает размер баллона или когда уровень воды в баллоне достигает дна (если используется «Переменная высота» для Типа подъема). Это также означает, что может возникнуть ситуация, когда резервуар еще не пуст, когда давление газа упадет до нуля.

Если вы используете таблицу переменных высот в качестве типа отметки, уровень воды можно рассчитать для более точного расчета давления (на основе высоты поверхности воды, а не на основе физической «отметки» резервуара), но ситуация все еще остается то же самое, в том, что давление газа рассчитывается на основе соотношения закона газа.

Например, рассмотрим случай, когда модель сообщает о максимальном объеме газа, который немного меньше, чем общий объем резервуара, но при этом минимальное давление газа указано как 6 м абсолютного давления (или -4,3 манометрического давления). В этом случае результаты показывают, что, когда уровень гидравлической жидкости падает до дна резервуара, объем газа все еще превышает размер полного резервуара, и резервуар еще не пуст. Затем HGL опускается ниже дна, а в баке еще не совсем закончилась вода. По сути, это означает, что в почти пустом резервуаре существует отрицательное давление, которое можно представить как «вытягивание» водяного столба за газовый карман внутри резервуара.В практическом смысле это может означать, что начальный объем газа слишком мал для данного начального давления. Однако, если его увеличить, это изменит соотношение давления и расхода, и резервуар может стать пустым.

С мочевым пузырем

Если в вашем гидропневматическом баллоне газ содержится в баллоне (или в некоторых случаях вода содержится в баллоне, а газ находится между баллоном и стенкой резервуара), то вы должны ввести заданное давление газа. Это давление внутри баллона (или, более конкретно, в области, где содержится воздух / газ) до того, как резервуар подвергнется давлению в трубопроводе; в основном давление, до которого вы его предварительно заряжаете перед установкой.Предварительно установленное давление обычно выражается в процентах от давления в трубопроводе; возможный диапазон от 5% до 80%. Поскольку баллон еще не установлен, когда баллон предварительно заправлен, это означает, что газ занимает весь объем баллона. (Обратите внимание, что это имеет место даже в случаях «вода в мочевом пузыре», когда газ содержится в области между мембраной мочевого пузыря и стенками резервуара.) Таким образом, HAMMER может рассчитать начальный объем газа внутри мочевого пузыря (когда он представлен в давление в трубопроводе) в зависимости от полного объема резервуара, заданного давления и гидравлического класса трубопровода.Во-первых, постоянная K в газовом законе (PV = K) вычисляется на основе этого заданного давления и полного объема резервуара «Объем (резервуар)». Затем рассчитывается начальный объем газа при моделировании переходных процессов на основе константы K и гидравлического содержания начальных условий. Гидравлический уклон в начальных условиях — это либо значение, введенное пользователем в поле «HGL (Начальный)», либо вычисленный гидравлический уклон в установившемся состоянии, в зависимости от «Обрабатывать как соединение?» выбор.

Например, рассмотрим резервуар, полный объем которого составляет 500 л, а начальный напор составляет 50 м.Предположим, что давление предварительной зарядки составляет 5% от установившегося давления в трубопроводе. (Это число вы должны знать заранее.) Итак, заданное давление газа установлено на 2,5 м (50 м умножить на 5%). В этом случае HAMMER вычисляет константу K как (2,5 м + 10,33 м) (0,5 м ³ ) = 6,415. Поскольку K теперь известен, начальный объем газа для моделирования переходных процессов после того, как баллон подвергается давлению в трубопроводе, вычисляется как V = K / P = (6,415) / (50 м + 10,33 м) = 0,106 м ³ = 106 Л.

И наоборот, рассмотрим случай, когда вы хотите, чтобы баллон резервуара был сжат до определенного размера при подаче давления в трубопроводе (вместо того, чтобы предполагать процентное значение давления в трубопроводе, такое как 5%), и хотели бы знать, что вам нужно введите предварительно установленное давление, чтобы добиться этого. Предполагая тот же полный объем / размер резервуара 500 л, начальный напор 50 м и предполагая, что вы хотите, чтобы баллон был сжат до начального объема газа 200 л, мы должны рассчитать константу K на основе закона газа. когда резервуар установлен, где «P» — начальное давление в трубопроводе (50 м), а «V» — желаемый объем газа 200 л (0.3) -10,33 = 13,8 м. Таким образом, вам нужно будет использовать заданное давление 13,8 м для достижения начального объема газа 200 л в системе, где начальное давление в трубопроводе составляет 50 м, а полный объем резервуара — 500 л.

Примечание:

• Для определения начального объема газа при моделировании переходных процессов предполагается, что показатель степени газа равен 1,0 в данном конкретном вычислении. Как только начинается моделирование переходных процессов, показатель газового закона, введенный в свойствах резервуара (по умолчанию равен 1.2) используется для расчета изменений давления / объема газа.
• Поскольку газовый закон работает с абсолютным давлением, в расчет необходимо добавить напор атмосферного давления. HAMMER предположил, что напор атмосферного давления равен 1,0 атм, что составляет 10,33 м, которые вы видите в приведенном выше примере.
• Если вы используете второй подход, описанный выше, для расчета заданного давления на основе предполагаемого начального объема газа (баллона), можно получить отрицательное заданное давление, если начальное давление меньше атмосферного.Это может быть реальной ситуацией, потому что слегка отрицательное манометрическое давление по-прежнему является положительным абсолютным давлением. С практической точки зрения это означает, что ваше начальное давление очень низкое и баллон фактически будет слегка спущен, чтобы достичь желаемого начального объема газа. При предположении, что баллон заполняет резервуар-контейнер перед тем, как подвергнуться давлению в трубопроводе, этот спущенный баллон действительно будет испытывать отрицательное манометрическое давление, чтобы растянуться и заполнить резервуар.Однако внутри пузыря все еще есть моли газа, так что он все еще может быть сжат и следовать закону газового отношения между объемом и давлением. В этой ситуации проверьте правильность начального давления, высоты и предполагаемого начального размера баллона, поскольку для гидропневматического резервуара не типично испытывать такое низкое начальное давление.

Чтобы увидеть начальный объем газа в баллоне в начале моделирования переходных процессов, убедитесь, что текстовые отчеты включены в параметрах расчета и введено число для «Периода отчета» резервуара, затем посмотрите на дно отчетов> Отчеты о переходных процессах> Подробный отчет по анализу переходных процессов.Вверху таблицы результатов для резервуара отметьте объем для нулевого времени. Это начальный объем газа — сжатый размер пузыря.

Интуитивно понятно, что до тех пор, пока заданное давление газа ниже, чем давление в трубопроводе в установившемся режиме, начальный объем газа в резервуаре будет меньше общего объема. Обычно заданное давление относительно невелико, но это не всегда так. Ниже приводится сравнение двух возможных конфигураций резервуара-дозатора (на противоположных крайних точках спектра) для конкретной системы с событием аварийного отключения насоса.

Обратите внимание на график зависимости времени от напора в месте расположения резервуара, сводные данные о минимальном / максимальном давлении газа (в метрах) и объеме газа (в кубических метрах) вместе с переходной кривой профиля (синяя линия — минимальный напор, красная линия — максимальный напор. .)

В первом случае давление предварительной зарядки мало по сравнению с давлением в трубопроводе с баком на 1000 л. Во втором случае давление предварительной зарядки велико по сравнению с давлением в трубопроводе с баком на 13 000 л.При низком заданном давлении баллон сначала сжимается до относительно небольшого размера. Таким образом, маловероятно, что резервуар полностью опорожнится, и поэтому резервуар относительно небольшого размера используется без опорожнения. Однако, согласно закону газа, скорость падения давления будет выше для емкости с более низким заданным давлением. Таким образом, график и профиль показывают минимальные и максимальные переходные давления, которые могут быть слишком высокими для этой системы. С другой стороны, в случае корпуса с высоким заданным давлением баллон не сильно сжимается при воздействии давления в трубопроводе.Таким образом, требуется гораздо больший размер резервуара, чтобы предотвратить слив воды из всего резервуара. Однако, в отличие от случая с низким заданным давлением, минимальное и максимальное переходные давления намного более разумны. Как видите, разработчику модели необходимо внимательно изучить, что происходит в результатах для определенных конфигураций резервуара. В HAMMER вы можете легко проверить различные предустановленные значения давления, чтобы увидеть эффект от любого варианта. Журналы вывода текста могут показать вам, что объемы газа представляют собой давления во время моделирования.

Примечание: Помните, что HAMMER предполагает, что размер вашего гидропневматического бака достаточно велик, чтобы он не стал полностью пустым. Таким образом, независимо от того, используете ли вы баллон или нет, если объем газа превышает общий объем резервуара во время моделирования переходного процесса, будет отображаться уведомление, но объемы газа, превышающие общий объем резервуара / баллона, все равно будут рассчитаны, поскольку HAMMER не может моделировать пустой резервуар. Объем газа, превышающий объем баллона, говорит о том, что используемого баллона недостаточно, и вам, вероятно, придется учитывать другое заданное давление, больший баллон, другую конфигурацию, дополнительную защиту и т. Д.Подробнее об этом см .: Уведомления пользователя гидропневматического резервуара: «объем газа превышает объем резервуара» или «заполняет его содержащий резервуар»

Атрибуты моделирования переходных процессов

Следующие атрибуты гидропнематического резервуара влияют на расчет переходного процесса:

• Диаметр (входное отверстие резервуара) — это размер отверстия между резервуаром для газа и основным трубопроводом. Обычно он меньше, чем размер основной трубы. Он используется для расчета правильной скорости через резервуар, поэтому правильная потеря напора рассчитывается на основе коэффициента малых потерь.Для этого используется стандартное уравнение потери напора: Hl = K * V ² / 2g.
• Minor Loss Coefficient (Outflow) — Это коэффициент «k» для расчета потерь напора с использованием стандартного уравнения потери напора, H = kV ² / 2g. Он представляет собой потери напора для слива резервуара. Если вы объединяете другие незначительные потери через сборку резервуара (изгибы, фитинги, усадки и т. Д.) В этот коэффициент, имейте в виду, что скорость рассчитывается с использованием области «Диаметр (входное отверстие резервуара)», которую вы ввели.Если вы хотите пренебречь потерями напора на входе в резервуар и предположить, что потери напора равны нулю, вы можете установить коэффициент потерь напора / малых потерь равным нулю.
• Коэффициент потерь — Это отношение потерь напора при притоке к потерям напора на выходе. Для потоков в резервуар коэффициент малых потерь умножается на это значение, и на его основе рассчитываются потери. Для потоков из резервуара HAMMER использует только коэффициент малых потерь. Если вы введете коэффициент мелких потерь 1,5 и коэффициент потерь 2.k = константа) Обычный диапазон от 1,0 до 1,4. По умолчанию — 1,2. Примечание. Для гидропневматических резервуаров с погружной трубкой значение показателя степени газа должно быть больше 1,0, но для других типов гидропневматических резервуаров может использоваться значение 1,0. Уведомление пользователя будет сгенерировано для случаев, когда значение 1,0 используется для гидропневматического резервуара с погружной трубкой.
• Объем газа (начальный) — Когда баллон не используется, начальный объем газа является важным атрибутом. Это обязательное поле ввода, представляющее объем газа внутри резервуара при установившемся давлении (гидравлический уровень в начальных условиях минус физическая высота резервуара).Во время моделирования переходного процесса этот объем газа расширяется или сжимается в зависимости от переходного давления в системе. Например, рассмотрим резервуар объемом 500 л с физической «высотой» 20 м и начальным гидравлическим уклоном 70 м. Это означает, что напор воздуха составляет ~ 50 м. Пользователь должен решить, какой объем будет занимать захваченный газовый карман при этом давлении.

Примечание. В версии 08.11.01.XX и выше, если вы не указываете начальные условия и не рассматриваете резервуар как соединение, начальный объем газа не требуется, и поле не будет отображаться.Это связано с тем, что он либо рассчитывается из объема газа в начальных условиях (который представляет собой полный объем резервуара за вычетом начального объема жидкости для установившегося состояния), либо на основе предварительно установленного давления (при использовании опции баллона).

Примечание. В некоторых случаях вам может потребоваться проанализировать ряд различных начальных условий, которые потенциально могут изменить начальную гидравлическую степень вашего гидропневматического бака. В этом случае можно использовать газовый закон. Например, если вы знаете, что начальный объем газа составляет 300 л при стационарном напоре 50 м, вы можете вычислить константу K, используя газовый закон, PV ^k = K: (50 м + 10.33 м) (0,3 м ³ ) = 18,099. Итак, если ваш новый установившийся напор составляет 30 м, новый начальный объем газа рассчитывается как V = (18,099) / (30 м + 10,33 м) = 0,449 м ³ = 449 л.

Примечание. Механизм расчета переходных процессов всегда использует напор атмосферного давления 1 атм или 10,33 м при решении уравнения газового закона.

• Имеется мочевой пузырь? — указывает, содержится ли газ в мочевом пузыре. Если он установлен на True, HAMMER автоматически предполагает, что баллон занимал полный объем бака при заданном давлении в какое-то время и что объем воздуха был сжат до меньшего размера из-за установившегося давления в системе.«Объем газа (начальный)» в этом случае не используется, так как он рассчитывается на основе полного размера резервуара, заданного давления и давления в установившемся режиме. См. Дополнительную информацию в теме «С мочевым пузырем».
• Давление (предустановка газа) — Это давление в газовой камере до того, как она подвергнется воздействию давления в трубопроводе. Часто называется давлением «предварительной зарядки»; он отображается только при выборе «True» для «Has Bladder?». Это вводится как манометр давление.
• Отчетный период — используется для сообщения расширенных результатов в подробном отчете анализа переходных процессов.Представляет приращение временного шага. Например, при вводе «10» расширенные результаты будут сообщаться каждые 10 временных шагов.
• Тип отметки — позволяет указать тип подхода, используемый при отслеживании границы раздела газ-жидкость. По умолчанию отметка поверхности жидкости не отслеживается и, по сути, предполагается, что она зафиксирована на уровне физической отметки дна резервуара. Для получения дополнительной информации о том, как этот параметр используется для отслеживания уровня жидкости, см. «Отслеживание уровня жидкости» ниже.

Есть много способов просмотреть результаты моделирования переходных процессов. Для гидропневматического резервуара некоторые результаты доступны в мощном средстве просмотра результатов переходных процессов, а некоторые — в текстовом выводе.

Примечание. Не путайте результаты начальных условий с результатами переходных процессов. Поля результатов в разделе «Результаты» свойств гидропневматического бака относятся только к расчетам начальных условий. Например, если вы щелкнете правой кнопкой мыши по резервуару, выберите «График» и выберите «Объем газа (рассчитанный)», объем газа во время моделирования переходных процессов не будет отображаться.Это будет только для результатов начальных условий.

Средство просмотра переходных результатов

Основным инструментом для просмотра результатов является просмотрщик переходных результатов. Чтобы подготовиться к его использованию, сначала убедитесь, что параметры расчета переходных процессов настроены правильно (Домашняя страница> Параметры (Расчет) или Анализ> Параметры (Расчет)). Выберите некоторые элементы в разделе «Точки отчета», выберите желаемое время отчета и выберите «Истина» для «Создавать данные анимации». Затем создайте профиль вашего конвейера в меню «Просмотр»> «Профили».Затем вычислите свою модель и перейдите на главную> Средство просмотра результатов переходных процессов или Анализ> Средство просмотра результатов переходных процессов.

Чтобы увидеть переходную огибающую, выберите путь к профилю и нажмите «График». Чтобы увидеть, как объем головы и пара изменяется с течением времени по всему вашему профилю, нажмите кнопку «Анимировать» и используйте элементы управления анимацией. Это даст вам хорошее представление о том, как работает гидропневматический бак. Чтобы просмотреть графики HGL, расхода и / или объема пара с течением времени, выберите одну из точек отчета в разделе «Временные истории», выберите атрибут для построения графика и щелкните график.Например, вы можете захотеть увидеть расход и напор в месте расположения гидропневматического резервуара.

Примечание. Объем, отображаемый в средстве просмотра результатов переходных процессов, представляет собой только воздух или газ, введенные в трубопровод. Он не показывает объем газа внутри самого гидропневматического бака. То же самое относится к полю «Объем воздуха (максимальный, переходный)», отображаемому в разделе «Результаты (переходный процесс)» свойств гидропневматического бака.

Начиная с HAMMER V8i SELECTseries 5, в средстве просмотра переходных результатов доступны дополнительные результаты.Раньше они были доступны только в текстовых отчетах. Для гидропневматических резервуаров доступные результаты зависят от типа резервуара (например, погружная трубка или обычный герметичный резервуар):

Объем газа — объем газа, удерживаемого внутри емкости. Увеличивается по мере стекания воды из бака.
Давление газа — давление газа в резервуаре, измеренное от дна резервуара (физическая высота) или от поверхности воды, если используется опция кривой переменной высоты.
Уровень воды — высота поверхности воды внутри резервуара — доступна, например, для резервуаров с погружной трубкой, где «кривая переменной высоты» используется для определения размеров резервуара.
Приток воды — расход воды в бак. Отрицательные значения указывают на слив воды (выход из бака)

Чтобы получить к ним доступ, выберите вкладку «Расширенные данные узла» в средстве просмотра результатов переходных процессов.

Текстовые отчеты

Результаты вывода текста

HAMMER также содержат важную информацию для гидропневматических резервуаров.Чтобы подготовиться к просмотру этой информации, сначала проверьте параметры расчета переходных процессов. «Показать стандартный журнал вывода» и «Включить текстовые отчеты» должны быть установлены на «Истина». Затем введите число в поле «Отчетный период» вашего гидропневматического бака. Это показывает, как часто будут сообщаться результаты расширенного текста. Например, если ваш временной шаг составляет 0,01 секунды и вы вводите «10» для периода отчета, это означает, что вы будете видеть расширенные текстовые результаты каждые 10 временных шагов или каждые 0,1 секунды.

Как упоминалось выше, некоторые из этих результатов доступны на вкладке «Расширенные данные узла» в средстве просмотра переходных результатов.Пользователям более старых версий HAMMER все равно потребуется выполнить следующие действия, чтобы просмотреть результаты.

Первым важным текстовым отчетом является выходной журнал анализа переходных процессов в разделе «Отчет»> «Отчеты о переходных процессах». Прокрутите вниз до раздела, начинающегося с «ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ ДАВЛЕНИЯ И ОБЪЕМЫ». В этой части отчета приводятся сведения о максимальном и минимальном давлении и объеме газа для моделирования переходных процессов.

Наконец, чтобы увидеть таблицу результатов расширенного гидропневматического резервуара, откройте подробный отчет анализа переходных процессов в разделе Отчет> Отчеты анализа переходных процессов.Прокрутите вниз ближе к низу до раздела, начинающегося с «** Газовый резервуар в узле», и вы найдете таблицу объема газа, гидравлического качества резервуара, гидравлического класса трубопровода и притока резервуара с течением времени. Разница между «напором газа» и «напорной трубой» заключается в потерях напора, вызванных малым коэффициентом потерь на соединительной трубе резервуара. Отрицательные значения для «притока» представляют собой отток из резервуара.

См. Также: Различия в результатах давления газа в гидропневматическом резервуаре

Начиная с HAMMER V8i SELECTseries 5, эти данные теперь можно просматривать непосредственно на вкладке «Расширенные данные узла» в средстве просмотра переходных результатов.Если у вас более старая версия HAMMER, вы должны вручную создать график с помощью внешнего приложения, такого как Microsoft Excel. Вот шаги, предполагающие Microsoft Excel 2007:

1. Выделите таблицу расширенных результатов, затем скопируйте / вставьте ее в отдельный файл .txt (используя Блокнот Windows).
2. Откройте Microsoft Excel и создайте новую электронную таблицу.
3. Щелкните вкладку «Данные», выберите «Из текста», затем выберите файл.
4. Выберите «Фиксированная ширина», затем «Далее».
5. Настройте ширину полей так, чтобы столбцы данных разделялись соответствующим образом.
6. Создайте линейный график с соответствующими столбцами (время плюс любой атрибут, который вы хотите отобразить. Например, объем воздуха).

При просмотре временной истории давления в средстве просмотра результатов переходных процессов для конечной точки трубы, примыкающей к резервуару, или при просмотре максимального или минимального переходного давления в свойствах трубы, это отображается как манометрическое давление .

Максимальное давление газа, минимальное давление газа и другие результаты давления газа для самого узла резервуара (включая уведомление пользователя о «Максимальное и минимальное давление газа …») отображаются как абсолютное давление газ. Это сделано для согласования с расчетами давления газа, которые также относятся к абсолютному давлению. Подробнее см. Здесь.

Начиная с HAMMER V8i SELECTseries 1 (08.11.01.32), HAMMER поддерживает отслеживание границы раздела жидкость / газ с помощью поля «Тип возвышения» в свойствах гидропневматического резервуара.В этом поле представлены 3 варианта: фиксированная, средняя высота и переменная высота.

Фиксированный

Это опция по умолчанию для поля «Тип отметки», соответствующая поведению предыдущих версий. Предполагается, что высота жидкости находится в фиксированном месте во время моделирования переходных процессов, равном дну резервуара. Давление газа, используемое в уравнении газового закона, — это давление над введенным пользователем полем высоты с учетом давления жидкости и давления воздуха.

Это приемлемо для большинства случаев, главным образом потому, что разница высот между диапазоном возможных уровней жидкости обычно довольно мала. Таким образом, он не учитывает большую разницу давления. Это можно увидеть, настроив атрибут «Высота» в свойствах резервуара.

Средняя высота

При выборе «Средняя отметка» открывается поле «Высота жидкости (среднее)», которое позволяет вам указать настраиваемую высоту жидкости, вместо того, чтобы предполагать, что она равна дну резервуара (как в случае «фиксированной» опции).Он представляет собой среднюю высоту границы раздела жидкость / газ во время переходного процесса. Это полезно в случаях, когда уровень жидкости значительно выше, чем дно резервуара, но не перемещается значительно во время моделирования переходных процессов. Таким образом, хотя отслеживание изменений уровня жидкости не происходит, в некоторых случаях это позволяет получить более точный расчет. Давление газа, используемое в уравнении закона газа во время расчетов, — это давление выше среднего значения, которое вы вводите.

Переменная высота

При выборе «Переменная высота» открывается поле «Переменная кривая высоты», которое позволяет вам ввести таблицу высоты жидкости в зависимости от эквивалентного диаметра. Тип гидропневматического резервуара переменного уровня предназначен для пользователей, которые имеют подробную информацию о геометрии резервуара (например, цилиндр / изогнутые концы) и хотят выполнить моделирование с максимальной точностью. Обычно этот тип представления выбирается на стадии рабочего проектирования.Это также было бы уместно в случае систем низкого давления и / или относительно высоких резервуаров с большими перемещениями поверхности раздела относительно HGL газа. Начальный уровень жидкости определяется из начального объема газа, который является входным параметром. Площадь поперечного сечения резервуара на любой высоте интерполируется из входной таблицы геометрии резервуара, охватывающей диапазон от трубного соединения внизу до верхней части резервуара. Эквивалентными диаметрами будут зеленые линии на иллюстрации ниже:

После расчета моделирования переходных процессов с гидропневматическим резервуаром с переменной высотой вы можете просмотреть уровень жидкости с течением времени, просмотрев подробный отчет анализа переходных процессов.Этот отчет находится в разделе «Отчет»> «Отчеты по анализу переходных процессов», и в нем будут показаны расширенные табличные данные для резервуара, когда вы ввели значение для свойства «Отчетный период» этого резервуара (см. «Текстовые отчеты» выше).

Примечание: Вы должны использовать HAMMER не ниже версии 08.11.02.31, чтобы использовать опцию переменной высоты с мочевым пузырем.

Сбой проверки или вычисления с уведомлением о том, что кривая переменной высоты не соответствует объему резервуара

HAMMER сравнит объем, полученный по кривой площади возвышения, с общим объемом резервуара. В некоторых ситуациях он может смотреть на сумму начального объема газа и жидкости.Однако поле «Объем жидкости (начальный)» не отображается, если «рассматривать как соединение?» для поля установлено значение «истина». В версии 10.03.01.08 и ранее моделирование валидации или переходного процесса может завершиться неудачно с указанным ниже уведомлением пользователя, когда объем резервуара, указанный в уведомлении, не совпадает с введенным вами объемом резервуара:

«Суммарный начальный объем жидкости и объем газа (___ м³) больше расчетного объема (___ м³) по кривой переменного уровня».

В этом случае попробуйте изменить «рассматривать как переход?» установите значение «false», установите «Объем жидкости (начальный)» на ноль, затем переключите «рассматривать как соединение?» вернитесь к истине и попробуйте еще раз.Об этой проблеме было сообщено нашим разработчикам (номер 482440) для исправления в будущей версии.

Существуют и другие типы гидропневматических резервуаров, моделируемые в HAMMER. Подробную информацию о том, как это работает, можно найти в справочной документации HAMMER. Кроме того, файл образца гидропневматической модели в HAMMER V8i SELECTseries 5 и более поздних версиях содержит сценарий, включающий погружную трубку и вентилируемые гидропневматические резервуары. Их можно использовать, чтобы получить общее представление о том, как вводятся данные для них.

Вентилируемые сосуды

Этот тип гидропневматического бака имеет воздушный клапан двойного действия, который впускает воздух в систему из атмосферы, когда в баке падает давление ниже атмосферного (Walski, 2007). Вентилируемый гидропневматический резервуар представляет собой герметичный резервуар с воздушным клапаном наверху. Это позволяет воздуху при атмосферном давлении попадать в резервуар во время нисходящей продувки, так что устройство ведет себя как уравнительный резервуар с односторонним движением. Во время нагнетания воздушный клапан обычно ограничивает выход воздуха, так что газ внутри резервуара сжимается и действует как «подушка» против переходных процессов (как в герметичном гидропневматическом резервуаре).Это устройство предлагает несколько практических преимуществ — например, поскольку в резервуаре обычно нет газа, нет необходимости в компрессорах или баллоне для поддержания необходимого объема газа.

Примечание. В настоящее время в гидропневматических баках с удалением воздуха можно использовать только воздушный клапан двойного действия. Чтобы смоделировать вентилируемый резервуар с воздушным клапаном тройного действия, лучшим решением на данный момент было бы либо использовать консервативное значение для вашей конструкции, либо использовать кривую воздушного потока, которая представляет собой среднее значение большого и малого выходного отверстия Ваш воздушный клапан тройного действия.

Емкость с погружной трубкой

Гидропневматический бак с погружной трубкой имеет внутри погружную (или вентиляционную) трубку с воздушным клапаном наверху. Одним из основных преимуществ резервуара с погружной трубкой является то, что он не требует компрессора или баллона.

Во время нормальной работы воздушный клапан закрыт, уровень воды выше дна погружной трубы, а газ сжимается в камере сжатия. Если гидравлический трубопровод опускается, например, после выключения насоса), бак с погружной трубкой действует как обычный (герметичный) гидропневматический бак, пока поверхность воды не опустится ниже дна погружной трубки, после чего воздушный клапан открывается и пропускает воздух. вводить при атмосферном давлении.Скорость воздушного потока указывается в текстовых отчетах. В этот момент резервуар действует как расширительный резервуар, открытый для атмосферы. Если гидравлическая линия уклона снова увеличивается, например, когда снова включаются насосы), воздух будет выпускаться до тех пор, пока гидравлическая линия уклона не поднимется достаточно, чтобы закрыть воздушный клапан. В этот момент поверхность воды будет выше дна погружной трубы, и резервуар снова будет действовать как обычный герметичный гидропневматический резервуар, поскольку воздух / газ задерживается в области вокруг погружной трубы, известной как камера сжатия.HAMMER использует диаметр отверстия для впуска воздуха для расчета выпуска воздуха.

Для гидропневматического резервуара с погружной трубкой кривая высоты резервуара используется для расчета объема резервуара. Перед сжатием воздуха в резервуаре с погружной трубкой объем воздуха равен объему резервуара над уровнем дна погружной трубки. Когда воздух сжимается, уравнение газового закона и метод итераций Ньютона используются для расчета уровня воды и объема воздуха в резервуаре. Используя уравнение закона газа, итерационный метод Ньютона используется для расчета уровня воды в резервуаре.При вычислении уравнения газового закона давление воздуха равно Атмосферному давлению + напор — уровню.

Для расчета начального объема воздуха (газа) используется кривая высоты-площади, а также начальный HGL и высота дна погружной трубы.

Поле «Объем газа (начальный)» обязательно, если вы выбираете «истина» для «рассматривать как соединение?» — когда выбрано «true», это означает, что вы хотите, чтобы резервуар «плавал» в системе при начальных условиях (давление в резервуаре устанавливается равным нормальному давлению в трубопроводе).«Объем газа (начальный)» в этом случае — это объем, до которого сжимается захваченный газ, когда давление внутри резервуара равно давлению в начальных условиях. Чтобы определить начальный объем газа, можно рассмотреть один из возможных вариантов — использовать газовый закон PV = nrt (упрощенный до PV = K) для расчета этого начального объема газа на основе давления начальных условий (P — обязательно добавьте атмосферное давление) и объем камеры сжатия (V). Поскольку сжатие начинается только тогда, когда уровень воды поднимается до дна погружной трубы, вы можете использовать полный объем камеры сжатия для начального расчета газового закона с начальным давлением, равным нулю (нулевой манометр, 1.0 абсолютный), вычислите «K», затем снова используйте уравнение закона газа с начальным давлением P (выраженным в абсолютном давлении), K, который вы сначала рассчитали, и решите для V для начального объема газа, который камера сжимает до при таком давлении.

Примечание: приведенная ниже информация относится к HAMMER V8i SELECTseries 5 и выше (включая CONNECT Edition):

Кривая переменной высоты представляет полный размер резервуара, поэтому вам не нужно исключать объем погружной трубки.Объем погружной трубки автоматически исключается из объема камеры сжатия.
Объем камеры сжатия определяется из таблицы высоты и размера погружной трубы, а «Объем (камера сжатия)» используется для справки. Вы можете увидеть уведомление пользователя, если есть несоответствие.
Расчетный объем газа для гидропневматического резервуара с погружной трубкой включает объем газа в камере сжатия и объем газа в погружной трубке. Обратите внимание, что когда уровень воды находится выше дна погружной трубы, сжатый газ / воздух содержится только в камере сжатия (зеленая заштрихованная область на диаграмме ниже), и, соответственно, расчеты газового закона исключают объем погружной трубы. .

Дополнительную информацию можно найти здесь: https://charlattereservoirs.fayat.com/en/services/solutions/waste-water-range/araa-self-regulating-water-hammer-protection-tank (см. Видео вверху)

Примечание:

• Чтобы увидеть расход воздуха из воздушного клапана, убедитесь, что вы ввели номер для «периода отчета», затем откройте подробный отчет анализа переходных процессов, подождите, пока он загрузится, затем прокрутите страницу вниз. отчет и найдите раздел, который начинается с «** Гидропневматический бак в узле ____ **.«Вы увидите столбец« Воздушный поток ». Обратите внимание, что показанный здесь расход представляет собой расход при давлении в трубопроводе, которое будет отличаться от расхода« свободного воздуха »из-за разницы в плотности воздуха. Подробнее здесь. По состоянию на 10.02.02.06 скорость воздушного потока еще не включена во вкладку «Расширенные данные узла» в средстве просмотра результатов переходных процессов.
• Если вы видите небольшие нарушения (слегка нестабильные результаты или небольшой неожиданный скачок / всплеск) в переходных результатах для резервуара с погружной трубкой, см .: Результаты гидропневматического резервуара с погружной трубкой показывают внезапный скачок или кажутся нестабильными

Модель ниже является примером использования гидропневматического бака в HAMMER и имеет несколько сценариев для различных конфигураций.Этот образец модели включен в установку HAMMER. Вы можете найти его в папке Sample папки установки.

Примечание:

• Ссылка ниже — это версия, которую можно открыть в HAMMER V8i build 08.11.01.32 и выше.
• Дополнительную информацию можно найти в свойствах проекта
• Вы должны войти в систему, чтобы загрузить файл. Ссылка не будет работать, если вы не вошли в систему.
• Данная модель предназначена только для иллюстрации

Нажмите, чтобы загрузить

1. Расширенное моделирование и управление распределением воды — Вальски, 2007.
2. Водохранилища Шарлатт — https://www.charlattereservoirs.fayat.com/
3. HAMMER V8i, Учебный курс по анализу и проектированию переходных процессов (TRN013190-1 / 0001)
4. Переходные процессы жидкости в трубопроводных системах — Торли, 2004 г.

Часто задаваемые вопросы о защитном снаряжении

Общие вопросы и ответы по HAMMER V8i

Расширенные данные узла расходятся с графиком временной истории для гидропневматических резервуаров

Давление газа в гидропневматическом баке отличается от давления на штуцере

Использование экспоненты закона газа при начальных условиях vs.Моделирование переходных процессов

Что такое резервуар для хранения под давлением | Расширение Небраски: Общественная среда

Вы можете воспринимать напорный бак в вашей частной системе водоснабжения как должное. Но это хорошая идея, чтобы понять назначение танка и как он работает.

Напорный бак в частной системе водоснабжения имеет три цели. Он накапливает воду и подает воду под давлением, когда насос не работает. Он создает резервный запас воды, поэтому насос запускается и останавливается реже, что продлевает срок службы насоса.Кроме того, он обеспечивает запас воды для использования в периоды высокого спроса.

Работа напорного резервуара основана на физических свойствах. Воду нельзя сжать до меньшего размера, в отличие от воздуха. Когда вода закачивается в резервуар, содержащий воздух, воздух сжимается, создавая давление в воде. Чем сильнее сжат воздух, тем больше давление воды. Когда вода достигает заданного давления, обычно от 40 до 60 фунтов на квадратный дюйм (psi), насос автоматически отключается.По мере использования воды давление в баке понижается. Когда вода достигает заданного давления, обычно от 20 до 40 фунтов на квадратный дюйм, насос снова запускается. Минимальное давление в баллоне должно быть по крайней мере таким же высоким, как давление, необходимое для любого устройства или прибора, использующего воду. Многим для правильной работы требуется не менее 10 фунтов на квадратный дюйм. Установкам водоподготовки, умягчителям воды, стиральным машинам и посудомоечным машинам может потребоваться более высокое давление воды для правильной работы; возможно, до 30 фунтов на квадратный дюйм или более.

Баки высокого давления бывают разных типов.К более старым типам напорных резервуаров относятся резервуары из оцинкованной стали и резервуары из оцинкованной стали с плавающей пластиной. Сегодня баки высокого давления с диафрагмой или резиновым баллоном являются обычным явлением.

До 1970 года наиболее распространенным типом напорного бака, используемого в частной водопроводной системе, был бак из оцинкованной стали. Недостатком резервуара из оцинкованной стали является то, что воздух и вода находятся в непосредственном контакте друг с другом. Вода может поглотить часть воздуха, поэтому воздух необходимо заменять, чтобы не допустить переувлажнения резервуара.В этом случае в резервуаре остается мало воздуха для сжатия, поэтому насос работает почти каждый раз, когда используется вода. Кроме того, слишком много воздуха в резервуаре является проблемой, потому что это уменьшает пространство для хранения воды. Необходимо выпустить дополнительный воздух, иначе в баллоне появится воздух. Устройство для измерения объема воздуха, прикрепленное к стальному напорному резервуару, автоматически регулирует объем воздуха. Стальной оцинкованный резервуар с пластиной имеет плавающую пластину, отделяющую воздух от воды.

С 1970 года в большинстве частных систем водоснабжения использовались баллонные напорные баки.Мочевой пузырь — это мешок, обычно сделанный из бутилкаучука или гибкого поливинилхлорида. Вода находится в мочевом пузыре и не вступает в прямой контакт с воздухом в резервуаре. Баллон, содержащий воду, расширяется в воздушное пространство под давлением в резервуаре по мере его наполнения. Поскольку вода используется из системы, баллон сжимается до тех пор, пока вода не будет почти полностью опорожнена, прежде чем будет достигнуто минимальное давление, активируя насос. На заводе они находятся под давлением (обычно около 20 фунтов на квадратный дюйм), но давление можно регулировать с помощью воздушного клапана, расположенного рядом с верхней частью резервуара.Поскольку в баллоне почти не остается воды при давлении, когда насос включен, эти резервуары могут не подходить для скважин с низким дебитом (например, с очень низкой скоростью откачки), если не используется дополнительный резервуар. Также используются мембранные напорные баки. Диафрагма — это мембрана, которая разделяет воду и воздух в резервуаре.

Один из способов выбрать подходящий размер напорного бака — это основываться на расходе насоса. Типичный частный насос для водоснабжения подает воду со скоростью от 5 до 10 галлонов в минуту (галлонов в минуту).Умножьте расход на четыре, чтобы определить размер диафрагмы или бака-дозатора. Например, для насоса на 9 галлонов в минуту потребуется резервуар для хранения на 36 галлонов. Это будет та же формула размера, что и для резервуара из оцинкованной стали с установленной пластиной. Резервуар из оцинкованной стали без пластины имеет размер, в 10 раз превышающий расход; насос на 9 галлонов в минуту потребует резервуара для хранения на 90 галлонов. Обратитесь к поставщику насоса, чтобы определить подходящий размер напорного бака для вашей системы водоснабжения.

Как и в случае любой формулы, есть исключения, в том числе системы с малодебитными скважинами.Ваш поставщик насосов может определить подходящий размер напорного бака, если у вас скважина с низким дебитом.
Кроме того, популярны водяные насосы и двигатели, предназначенные для использования с контроллерами двигателей с частотно-регулируемым приводом (VFD), особенно с погружными насосами. Такие системы называются водяными системами с постоянным давлением, поскольку контроллер определяет скорость двигателя насоса, необходимую для поддержания давления. Когда используется вода, давление падает, и насос ускоряется. Когда расход воды замедляется или прекращается, давление увеличивается, и насос замедляется или останавливается.Поддерживается почти постоянное давление. Для большинства домашних нужд водяной насос с ЧРП нуждается только в небольшом напорном баке; обычно от 1 до 2 галлонов.

Содержание этой статьи было получено из Nebraska Extension NebGuide «Частные колодцы питьевой воды: система распределения» Ян Р. Хигнстром, менеджер проекта расширения, Уэйн Уолдт, специалист по расширению водоснабжения и окружающей среды, и Шэрон О. Скиптон, специалист по расширению водоснабжения Качественный педагог. См. NebGuide для получения дополнительной информации о напорных баках и других компонентах системы распределения воды.

Почему поток воды обратного осмоса может быть медленным

Если вода, выходящая из вашего крана обратного осмоса (RO), кажется медленнее, чем обычно, или медленнее, чем вы думаете, вот шесть причин, которые могут замедлить выработку воды в RO под мойкой:

1. Забитая мембрана обратного осмоса замедляет поток воды

Если вы забудете заменить мембрану обратного осмоса, со временем ваша система будет производить все меньше и меньше воды .Мембраны обратного осмоса хрупкие и могут загрязняться, если не менять их часто. Попытка наполнить резервуар загрязненной мембраной может занять 4-6 часов вместо обычных 2-4 часов. Как правило, мембраны обратного осмоса необходимо заменять каждые 24 месяца. Предлагаем установить календарное напоминание о покупке сменной мембраны обратного осмоса.

2. Давление в резервуаре может быть низким

Низкий расход воды может быть результатом низкого давления внутри резервуара обратного осмоса. Резервуары обратного осмоса должны иметь давление от 7 до 8 фунтов на квадратный дюйм без воды в резервуаре.Чтобы проверить давление, найдите клапан Шредера, обычно закрытый синей пластиковой крышкой, на стороне резервуара рядом с дном. После удаления всей воды из бака используйте манометр, чтобы определить давление в баке. Если он низкий, подкачайте воздух с помощью насоса до давления 7-8 фунтов на квадратный дюйм. Будьте осторожны, добавляйте только небольшое количество воздуха за раз, так как слишком высокое давление может разорвать воздушный пузырь.

3. Разрыв мочевого пузыря обратного осмоса

Если вы набираете только около одной чашки (8 унций) воды из крана обратного осмоса при нормальном давлении воды , , а затем вода быстро стекает в очень небольшой поток, это обычно является признаком наличия воздушной камеры в хранилище. бак как разорванный.К сожалению, воздушный пузырь не подлежит ремонту, и единственный способ решить эту проблему — заменить резервуар для хранения. Запасные баки можно найти здесь .

4. Забитые фильтры могут замедлить поток воды обратным осмосом

Замена фильтра для воды по расписанию имеет решающее значение для сохранения чистой и вкусной питьевой воды. Если ваша 5-ступенчатая система обратного осмоса производит воду медленно, вам, вероятно, нужно заменить угольный блок, осадок или полировальные фильтры GAC. Фактически, засоренные фильтры, вероятно, являются наиболее частой причиной медленного потока воды при обратном осмосе .Фильтры следует менять ежегодно, если только состояние воды и присутствующие загрязнители не требуют более частой замены фильтра (например, каждые шесть месяцев вместо 12).

5. Перегиб в водопроводе может нарушить поток

Убедитесь, что в водопроводе нет перегибов, которые замедлили бы производство воды . И пока вы проверяете свою систему питьевой воды обратного осмоса, дважды проверьте, что клапан линии подачи воды находится в полностью открытом положении.

6.Потеря давления воды обратного осмоса

У вас может быть временная потеря давления воды . Для правильной работы системы обратного осмоса требуется минимум 40 фунтов на квадратный дюйм, но предпочтительно 60 фунтов на квадратный дюйм. Если кажется, что во всех ваших бытовых кранах низкое давление воды, возможно, ваша местная водопроводная компания временно работает с пониженным давлением. Часто более высокое давление воды возвращается, если вы немного подождете. Если более высокое давление воды не восстанавливается, сообщите о проблеме в местную компанию по водоснабжению.

Вы также можете узнать, как правильно обслуживать вашу систему обратного осмоса.

Ваша система обратного осмоса недостаточно быстро производит воду?

Если кажется, что ваша установка обратного осмоса производит меньше фильтрованной воды, чем раньше, мы кратко описываем здесь несколько простых шагов, чтобы проверить текущую производительность вашей системы обратного осмоса.

Выполните следующие 5 шагов, чтобы определить, сколько воды производит ваша система питьевой воды с обратным осмосом за 24 часа, а также некоторые предложения по увеличению скорости потока.

Как определить расход воды вашей системы обратного осмоса

С включенной водой в систему обратного осмоса,

Шаг 1: Сначала убедитесь, что линия подачи воды в систему обратного осмоса включена. Затем поверните шаровой кран в верхней части резервуара для хранения обратного осмоса в положение «ВЫКЛ» (обычно на 1/4 оборота).

Шаг 2: Если у вас стандартный смеситель обратного осмоса, переверните ручку в положение «вверх», чтобы кран теперь был заблокирован в постоянно открытом положении / положении потока.В это время любая вода в линиях системы будет вытекать из крана.

Шаг 3: После того, как в линиях системы больше не будет воды, вам может потребоваться подождать 1-5 минут, после чего вы получите / должны получить постоянную быструю или очень медленную струю из крана. (ПРИМЕЧАНИЕ: если вы не получаете потока из крана обратного осмоса, система не производит воду).

Этот расход представляет собой расход, который система производит воду, и скорость, которую резервуар для хранения обратного осмоса заполнял бы, если бы клапан на резервуаре для хранения находился в «открытом» положении.

Шаг 4: После того, как у вас будет постоянная капля или медленный поток из крана, с помощью мерной чашки измерьте, сколько воды капает / течет из крана обратного осмоса в мерную чашку в течение 60 секунд.

Шаг 5: Теперь пора заняться математикой!

• Определите количество унций, произведенное вашей системой обратного осмоса за одну минуту.
• Умножьте это число на 1440 — количество минут в день.
• Разделите это число на 128 — количество унций в галлоне.

Это число — количество воды, производимое вашей системой обратного осмоса за 24 часа.

Если вам нужна почасовая производительность воды, просто разделите это число на 24.

Пример: В течение 1 минуты ваша система производит 4 унции в минуту. 4 x 1440 (минут в день) = 5760 (унций) разделить на 128 (унций в галлоне) = 45 галлонов в день. Разделить на 24 (часы в день) = 1,875 галлона в час

После того, как вы точно поймете, сколько воды производит ваша система обратного осмоса, вы сможете лучше оценить ситуацию.Например, если вы определили, что скорость потока в системе обратного осмоса уменьшилась, теперь вы можете работать, чтобы выяснить причину и найти решение.

Опять же, снижение скорости потока может быть вызвано засорением фильтров или загрязненной мембраной, которую просто необходимо заменить. Эта страница может оказаться полезной для устранения различных проблем, связанных с вашей системой обратного осмоса, поскольку мы перечисляем симптомы, возможные причины и рекомендуемое решение.

Дополнительная помощь по поиску и устранению неисправностей, связанных с медленным потоком воды обратного осмоса

Вы можете обратиться к нашему руководству по поиску и устранению неисправностей или позвонить специалисту по очистке воды в вашем районе для получения дополнительной помощи.Для продуктов, приобретенных через espwaterproducts.com, служба поддержки клиентов доступна с понедельника по пятницу с 8:00 до 17:00 (центральное время) по телефону 877-377-9876. Подготовьте номер вашего клиента или счет-фактуру.

ПРИМЕЧАНИЕ. «Комплекты фильтров» — удобный способ позаботиться о ежегодной замене фильтров. Эти комплекты для ежегодной замены включают все необходимое для ежегодной замены фильтров и часто экономят ваше время и деньги. Найдите свой комплект фильтров, сначала указав марку / модель вашей системы обратного осмоса.

Очистка питьевой воды обратным осмосом

Барбара Нин, Энн Лемли и Линда Вагенет

Знайте, что ваши клиенты читают о ваших продуктах! Эта статья, перепечатанная с разрешения авторов, является частью серии информационных бюллетеней для потребителей кооперативного расширения Корнельского университета.

---

Системы обратного осмоса (RO) часто могут улучшить качество воды. Метод очистки воды обратным осмосом широко используется для преобразования солоноватой или морской воды в питьевую, для очистки сточных вод и восстановления растворенных солей в промышленных процессах.Он становится все более популярным на внутреннем рынке, поскольку домовладельцев все больше беспокоят загрязняющие вещества, влияющие на их здоровье, а также неопасные химические вещества, влияющие на вкус, запах или цвет их питьевой воды.

Людям, рассматривающим возможность установки системы очистки воды для уменьшения токсичных химикатов, следует сначала проверить свою воду, чтобы определить, сколько в ней присутствуют какие-либо опасные соединения. Общественное водоснабжение регулярно контролируется и обрабатывается в соответствии с федеральным законом о безопасной питьевой воде и постановлениями штата.Частные системы водоснабжения должны быть проверены по инициативе владельца на основе знаний о землепользовании и инцидентах загрязнения в этом районе.

Снижение загрязнения с помощью RO
Обработка обратным осмосом снижает концентрацию растворенных твердых частиц, включая различные ионы и металлы, а также очень мелкие взвешенные частицы, такие как асбест, которые могут быть обнаружены в воде (см. Таблицу 1). Устройство обратного осмоса может быть установлено после устройства для смягчения воды, чтобы снизить концентрацию ионов натрия, обмениваемых на ионы жесткости.RO также удаляет определенные органические загрязнители, некоторые моющие средства и определенные пестициды.

Несмотря на то, что мембраны обратного осмоса могут удалять практически все микроорганизмы, в настоящее время рекомендуется подавать в системы обратного осмоса только микробиологически безопасную (т. Е. Колиформно-отрицательную) воду. Однако некоторые системы обратного осмоса могут использоваться для удаления цист простейших, переносимых водой (таких как Cryptosporidium и Giardia), обнаруженных в поверхностных источниках питьевой воды. Для этой цели следует использовать только системы лечения, сертифицированные для уменьшения кисты NSF International.

Обратный осмос не удаляет все загрязнения из воды. Растворенные газы, такие как кислород и диоксид углерода, проходят через мембраны обратного осмоса в очищенную воду. К сожалению, сероводород с его печально известным запахом тухлых яиц также проходит через мембрану обратного осмоса. RO не является очень эффективным средством для очистки от тригалометанов (THM), некоторых пестицидов, растворителей и других летучих органических химикатов (VOC). Если источник воды сильно загрязнен или не поддается очистке, необходимо использовать общественное водоснабжение или надежный частный источник воды.

Процесс обратного осмоса
В процессе обратного осмоса целлофаноподобная мембрана отделяет очищенную воду от загрязненной. Перед дальнейшим описанием обратного осмоса необходимо понимание осмоса. Осмос происходит, когда два раствора, содержащие разное количество растворенных химикатов, разделены полупроницаемой мембраной (позволяющей проходить только некоторым соединениям). Осмотическое давление растворенного химического вещества заставляет чистую воду проходить через мембрану из разбавленного раствора в более концентрированный.Химические вещества имеют естественную тенденцию достигать одинаковых концентраций на обеих сторонах мембраны.

В обратном осмосе давление воды, приложенное к стороне концентрирования, заставляет процесс осмоса идти в обратном направлении. При достаточном давлении чистая вода проталкивается через мембрану со стороны концентрата в сторону разбавления. Соли, растворенные в воде в виде заряженных ионов, отталкиваются RO мембраной. Очищенная вода собирается в емкости для хранения. Отброшенные примеси на концентрированной стороне мембраны смываются потоком сточной воды, а не накапливаются, как на традиционном фильтре.

Мембрана обратного осмоса также функционирует как устройство ультрафильтрации, отсеивая частицы, включая микроорганизмы, которые физически слишком велики для прохождения через поры мембраны. Мембраны обратного осмоса могут удалять соединения размером от 0,0001 до 0,1 микрона (в тысячи раз меньше человеческого волоса).

Конструкция системы обратного осмоса
Хотя процесс обратного осмоса прост, полная система очистки воды часто бывает сложной, в зависимости от качества поступающей воды перед очисткой и потребностей потребителя.Большинство домашних систем обратного осмоса представляют собой устройства в точке использования (POU), размещаемые под кухонной раковиной для очистки воды, используемой для приготовления пищи и питья. Системы точки входа (POE), которые обрабатывают всю воду, поступающую в дом, более дороги в приобретении и эксплуатации, чем системы POU.

Типичная бытовая система обратного осмоса состоит из фильтров предварительной и последующей обработки, а также мембраны обратного осмоса, регулятора потока, емкости для хранения очищенной воды и распределительного крана. Давление для обратного осмоса обычно обеспечивается давлением питающей линии водяной системы дома, но может потребоваться подкачивающий насос для производства достаточного объема очищенной воды.Фильтр предварительной очистки необходим для удаления относительно крупных песчинок и ила, которые могут разорвать или забить мембрану обратного осмоса или засорить насос или регулятор потока. Умягчители воды используются перед системой обратного осмоса, когда вода в доме слишком жесткая. Если вода хлорирована или содержит другие окисляющие химические вещества, такие как бром, предварительный фильтр с активированным углем (AC) необходим для защиты мембран, чувствительных к этим химическим веществам.

Для удаления некоторых пестицидов и органических растворителей в систему должна быть включена доочистка переменного тока.Стандартный фильтр переменного тока, расположенный после резервуара для хранения, удаляет соединения, вызывающие неприятный вкус и запах, в том числе из резервуара или пластиковой трубки, непосредственно перед раздачей воды. Для удаления высоких уровней органических химикатов, таких как тригалометаны, летучие органические химикаты и хлорамины, между мембраной обратного осмоса и резервуаром для хранения помещается дополнительный угольный фильтр с длительным контактом (PCCF). Комбинация фильтра с активированным углем и обратного осмоса расширяет диапазон химикатов, которые система может удалить.Кроме того, обработка AC улучшается, поскольку RO удаляет соединения, которые отрицательно влияют на адсорбцию AC.

Резервуар для хранения, трубки и распределительный кран должны быть изготовлены из пластика, нержавеющей стали или других нетоксичных материалов. Низкий уровень pH и содержание минералов в воде, обработанной обратным осмосом, могут вызвать коррозию медных труб и привести к попаданию свинца в питьевую воду из латунных компонентов.

Материалы мембран обратного осмоса
Наиболее распространенными материалами мембран обратного осмоса являются полиамидные тонкопленочные композиты (TFC) или целлюлозные типы (ацетат целлюлозы [CA], триацетат целлюлозы [CTA] или смеси).Из этих синтетических волокон делают очень тонкие мембраны. Материал мембраны может быть намотан спиралью вокруг трубки, или полые волокна могут быть связаны вместе, обеспечивая огромную площадь поверхности для обработки воды внутри компактного цилиндрического элемента. Мембраны из полых волокон имеют большую площадь поверхности (и, следовательно, большую емкость), но они легче забиваются, чем мембраны со спиральной намоткой, обычно используемые в домашних системах обратного осмоса.

Поток или пропускная способность мембраны обратного осмоса показывает, сколько очищенной воды она может производить в день.Обычно мембраны обратного осмоса для домашних систем рассчитаны на расход от 10 до 35 галлонов в день. Таким образом, при стандартных условиях эксплуатации на заполнение резервуара на 2,5 галлона может уйти от двух до шести часов.

Мембраны

обратного осмоса оцениваются по их способности удалять соединения из загрязненной воды. Коэффициент отклонения (процент отклонения) рассчитывается для каждого конкретного иона или загрязняющего вещества, а также для уменьшения общего количества растворенных твердых веществ (TDS). При покупке системы важно, чтобы потребители знали свои особые требования к качеству воды.Например, высокие уровни отбраковки важны, когда высокие концентрации нитратов или свинца в воде должны быть ниже максимальных уровней загрязнения или действий Агентства по охране окружающей среды.

Хотя тонкопленочные композитные мембраны изначально более дороги, они обладают превосходной прочностью и долговечностью, а также более высокими показателями отклонения TDS (> 95 процентов). чем целлюлозные мембраны (88-94 процента). Мембраны TFC более устойчивы к микробным атакам, лучше выдерживают высокие уровни pH (> 7) и лучше справляются с более высокими уровнями общего растворенного твердого вещества (1500-2000 ppm), чем целлюлозные (CA / CTA) мембраны.Преимуществами целлюлозных мембран являются их более низкая стоимость и способность переносить хлор, что ограничивает рост микроорганизмов в системе. Тонкопленочные композиты портятся в хлорированной воде, но хорошо работают с предварительным фильтром с активированным углем для удаления хлора.

Мембраны для нанофильтрации (также называемые неплотными мембранами обратного осмоса или смягчающими мембранами) имеют гораздо более высокие скорости потока, чем другие мембраны.

Эффективность систем обратного осмоса
Производительность системы обратного осмоса зависит от типа мембраны, контроля потока, качества питательной воды (например,g., мутность, TDS и pH), температура и давление. Стандарт, по которому производители оценивают производительность системы обратного осмоса, составляет 77 ° F, 60 фунтов на квадратный дюйм (psi) и TDS на уровне 500 частей на миллион (ppm). Только часть воды, которая поступает в систему обратного осмоса, выходит как очищенная вода. Часть воды, подаваемой в систему, используется для вымывания отбракованных соединений и уходит в канализацию как отходы.

Коэффициент извлечения или эффективность системы рассчитывается путем деления объема очищенной воды, произведенной на объем воды, подаваемой в систему:

Процент извлечения = (объем произведенной очищенной воды) / (объем использованной питательной воды)

При неправильной конструкции системы обратного осмоса могут использовать большое количество воды для производства относительно небольшого количества очищенной воды.Большинство домашних систем обратного осмоса рассчитаны на регенерацию от 20 до 30 процентов (т.е. на каждые 10 галлонов, введенных в систему, производится от двух до трех галлонов очищенной воды). Домашние системы обратного осмоса могут работать с более высокой степенью извлечения, но это может сократить срок службы мембран.

Регулятор потока отбракованного потока должен быть правильно отрегулирован. Если поток медленный, степень извлечения высока, и мембраны обратного осмоса легко загрязняются в условиях высокой степени извлечения. Если поток слишком быстрый, скорость восстановления низкая и слишком много воды уходит в канализацию.

Общее качество воды влияет на эффективность системы обратного осмоса и ее способность удалять определенные загрязнения. Чем выше TDS, тем ниже скорость восстановления очищенной воды.

Количество произведенной очищенной воды уменьшается на один-два процента на каждый градус ниже стандартной температуры 77 ° F. Система обратного осмоса, снабженная колодезной водой с температурой 60 ° F, производит только три четверти объема, который она могла бы произвести при 77 ° F.

Для правильной работы системы обратного осмоса должно быть достаточное давление воды.Хотя большинство домашних систем обратного осмоса рассчитаны на 60 фунтов на квадратный дюйм, давление в линии подачи во многих частных системах водоснабжения составляет менее 40 фунтов на квадратный дюйм. Система обратного осмоса должна работать против противодавления, создаваемого в резервуаре для хранения, когда он наполняется водой и сжимает воздух в резервуаре. Устройство обратного осмоса также должно преодолевать осмотическое давление, связь между молекулами воды и растворенными примесями; чем выше уровень TDS, тем больше осмотическое давление. Чистое давление воды на мембране обратного осмоса может быть рассчитано путем вычитания противодавления и осмотического давления из давления в линии подачи.Если чистое давление воды на мембране ниже 30 фунтов на квадратный дюйм, производство очищенной воды будет менее эффективным и степень удаления загрязняющих веществ будет ниже.

Вспомогательные насосы могут быть добавлены к системе очистки для повышения давления и улучшения качества и количества производимой воды. В высококачественных системах обратного осмоса есть клапаны, которые перекрывают поток, когда давление в накопительном баке достигает двух третей давления подачи; в этот момент низкое чистое давление воды может привести к низкому проценту отказов.

В некоторых системах после заполнения резервуара для хранения излишки очищенной воды сбрасываются; потеря воды из таких агрегатов часто бывает чрезмерной.Система, которая автоматически отключается, когда давление в баке достигает заданного уровня, экономит воду.

Техническое обслуживание системы обратного осмоса
Система обратного осмоса должна содержаться в хорошем состоянии для обеспечения надежной работы. Забитые мембраны обратного осмоса, фильтры или регуляторы потока уменьшат поток воды и производительность системы. Если засорение обнаруживается на ранних стадиях, мембрану часто можно очистить и регенерировать. Процедура очистки зависит от типа мембраны и загрязнения.Полностью забитые или порванные мембраны обратного осмоса необходимо заменить. Кроме того, предварительные или постфильтры необходимо заменять один раз в год или чаще, в зависимости от объема воды, подаваемой через систему, и качества питательной воды.

Повреждение мембран обратного осмоса не так просто увидеть. Очищенную воду необходимо периодически анализировать, чтобы определять, цела ли мембрана и работает ли она. Многие системы теперь имеют встроенный непрерывный монитор, который указывает на высокий уровень TDS, что является признаком того, что система не работает должным образом.Также может потребоваться регулярное тестирование на наличие определенных загрязняющих веществ, связанных со здоровьем, таких как нитраты или свинец.

Живые или мертвые микроорганизмы могут забивать мембраны обратного осмоса. Чтобы предотвратить биообрастание, установки обратного осмоса необходимо периодически дезинфицировать хлором или специальными биоцидами, устойчивыми к ТФЦ, предоставленными производителем. Непрерывное хлорирование может использоваться с целлюлозными мембранами для защиты системы от биообрастания и устранения улавливающего частицы слизи, которая усугубляет другие формы загрязнения, такие как образование накипи.

Хлор и другие окисляющие дезинфицирующие средства вредны для тонкопленочных композитных мембран. Если исходная вода хлорирована, необходимо наличие блока с активированным углем для удаления окисляющих химикатов до того, как они достигнут мембраны TFC. Предварительные фильтры с активированным углем не следует использовать в источниках нехлорированной воды, поскольку они создают место для размножения микроорганизмов и приводят к усиленному биообрастанию поверхности мембраны обратного осмоса. Важно периодически заменять фильтры переменного тока в соответствии с инструкциями производителя, особенно после длительного периода простоя, в течение которого могут процветать микроорганизмы.

Выбор системы обратного осмоса
Домовладельцы, которые думают о покупке системы обратного осмоса, должны определить свое первоначальное качество воды и свои цели при добавлении системы очистки воды. Ответы на следующие вопросы помогут домовладельцам разумно выбрать систему обратного осмоса.

1. Какое качество у вас питьевая вода?
Проведите тестирование воды в сертифицированной лаборатории, чтобы определить, какие загрязнители, если таковые имеются, присутствуют и какая система очистки воды лучше всего подходит для вашей ситуации.Если обратный осмос является подходящей обработкой, другие результаты тестов (например, на бактерии группы кишечной палочки, TDS и pH) помогут определить, какая предварительная обработка или последующая обработка необходима, и повлияют на выбор мембраны

2. Загрязнения какого типа и концентрации вы ожидаете от системы обратного осмоса?
При рассмотрении вопроса о покупке оборудования обратного осмоса поинтересуйтесь, каковы уровни прохождения и удаления загрязняющих веществ для этой системы при типичных домашних условиях воды.Спросите процент отказов для каждого конкретного загрязнения, связанного со здоровьем, которое беспокоит вас и вашу семью, а также процент отказов TDS. Системы обратного осмоса
могут быть сертифицированы на предмет снижения содержания конкретных загрязняющих веществ, если они проходят испытания производительности, проводимые NSF International. Ищите знак NSF, который гарантирует, что заявления производителя о снижении уровня загрязнения верны и что используемые материалы соответствуют стандартам NSF.

3. Сколько очищенной воды необходимо в доме?
Объем очищенной воды, который может быть произведен (в галлонах в день), определяется давлением воды и размером сборного резервуара, а также емкостью мембраны.Если давление воды, поступающей в ваш дом, низкое или уровень TDS высокий, вам может понадобиться подкачивающий насос. Индивидуальные бытовые подкачивающие насосы не допускаются при техническом подключении к коммунальной водопроводной сети.

4. Каковы затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание системы обратного осмоса?
Цена покупки и установки системы обратного осмоса колеблется от 500 до 2000 долларов в зависимости от характеристик системы и проблем с качеством воды, с которыми она должна справляться. Стоимость обслуживания системы обратного осмоса включает мониторинг воды в продукте, периодическую замену мембран и фильтров (до и после очистки), а также дезинфекцию и обслуживание системы.Возможна аренда системы обратного осмоса вместо покупки.

Спросите о степени восстановления различных систем обратного осмоса и оцените, сколько сточных вод будет образовано. Учитывайте влияние на ваш счет за воду; ищите водосберегающий запорный клапан на накопительном баке. Септическая система на месте может не справиться с дополнительной нагрузкой на сточные воды из системы очистки воды. Сброс отработанной воды из системы обратного осмоса на поверхность земли должен быть одобрен местным отделом здравоохранения.

Другие методы очистки могут быть более экономичными, чем обратный осмос, для удаления загрязняющих веществ, вызывающих у вас озабоченность.Питьевая вода в бутылках может быть менее дорогой альтернативой, чем лечение, если количество используемой воды невелико. Чтобы рассчитать стоимость галлона воды, обработанной обратным осмосом, разделите ежемесячную стоимость системы очистки на 30, а затем разделите на количество галлонов воды, обработанной обратным осмосом, используемых в день. В некоторых случаях лучшим выбором может быть установка системы обратного осмоса.

RO удаляет многие неорганические примеси из питьевой воды. Его эффективность зависит не только от типа мембраны, но и от качества исходной воды, ее качества, температуры, давления и регулирования расхода, а также от типа и концентрации удаляемых загрязняющих веществ.

• Найдите знак сертификации NSF на системе обратного осмоса, чтобы убедиться, что заявления производителя о снижении загрязнения верны.
• RO не эффективен для удаления растворенных газов, некоторых пестицидов и растворителей, газообразного сероводорода, ТГМ, ЛОС и хлораминов.
• Типичная система обратного осмоса состоит из осадочного фильтра, насоса, мембраны обратного осмоса, регулятора потока, резервуара для хранения, окончательного фильтра с активированным углем (для вкуса и запаха) и распределительного крана. Для дехлорирования иногда требуется предварительный фильтр переменного тока.
• RO обычно используется для обработки только воды, используемой для питья и приготовления пищи, в месте использования, а не в точке входа для всего домашнего использования.
Типы мембран обратного осмоса
• различаются по способности задерживать загрязнения и различаются по производительности (объем очищенной воды, производимой в день).
• Давление воды является важным фактором при определении скорости отбраковки, производительности и степени восстановления системы обратного осмоса (количество произведенной очищенной воды на количество используемой питательной воды).
• Техническое обслуживание системы обратного осмоса необходимо для надежной работы. Высокие уровни TDS и микроорганизмов в системе обычно являются причиной загрязнения мембран.
• В очищенной воде необходимо следить за TDS и уровнем любых конкретных загрязняющих веществ, которые могут повлиять на здоровье вашей семьи.

Об авторах
Барбара Нин была младшим научным сотрудником, а Энн Лемли — профессором факультета текстиля и одежды Нью-Йоркского государственного колледжа экологии человека Корнельского университета, Итака, штат Нью-Йорк 14853.Линда Вагенет, которая училась в аспирантуре Департамента образования Колледжа сельского хозяйства и естественных наук штата Нью-Йорк Корнельского университета, сейчас активно участвует в проектах государственной политики в области окружающей среды. Для получения дополнительной информации о расширении сотрудничества Корнельского университета и многих других информационных бюллетеней посетите веб-сайт: http://www.cce.cornell.edu/factsheets/wq-fact-sheets/index.htm

Водоснабжение малых населенных пунктов

Как известно, вода необходима для жизни человека, растений и животных.С самого начала цивилизации люди селились недалеко от источников воды. К сожалению, во многих странах воды мало или она загрязнена. Обеспечение более качественного водоснабжения может значительно улучшить качество жизни и является источником и условием социально-экономического развития.

Некоторые болезни в бедных или развивающихся странах связаны с недостатком или небезопасной водой, а также с местными факторами, такими как климат, плотность населения, местные обычаи и т. Д. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о болезнях, передающихся через воду.

Для борьбы с этими заболеваниями важно иметь достаточное количество чистой питьевой воды. Это подразумевает не только улучшение проектирования и планирования систем водоснабжения, но и улучшение санитарно-гигиенических норм. Этого можно добиться, подняв спрос и внедрив программы санитарии. Улучшения в услугах водоснабжения могут делать посторонние (политики, плановики, инженеры), но они должны действовать в партнерстве с сообществом.

Лучшее водораспределение позволяет избежать наличия стоячей воды или сточных вод, где могут присутствовать насекомые, переносящие вышеупомянутых больных.Лучшее распределение воды также может избавить женщин и детей от необходимости носить воду. Это дает больше свободного времени для более качественных занятий, таких как уход за детьми, выращивание животных или садоводство.

В развивающихся странах сообщества, которые хотят наладить и использовать улучшенное водоснабжение, сильно различаются. Важно не упускать из виду различную природу и историю небольших сообществ. Стандартного решения нет, есть разные решения для разных сообществ. Планирование и принятие решений относительно плюсов и минусов, последствий каждого варианта и выбор наилучшего варианта с учетом типа сообщества имеют решающее значение для успеха проекта.

1. Планирование и управление

В течение последних двух десятилетий было признано, что улучшение водоснабжения само по себе не приносит оптимального воздействия на здоровье и развитие в развивающихся странах. Другие необходимые дополнительные мероприятия — это улучшение условий санитарии, изменения в положениях гигиены и связь с другими средствами к существованию.

Участие сообщества в водных проектах, безусловно, очень важно. Необходим инклюзивный подход, позволяющий избежать маргинализации бедных.Этого можно добиться с помощью программ, которые представляют собой серию интегрированных мероприятий, направленных на создание и продолжение функционирования и использования услуг водоснабжения. Задача программы — социальная, организационная и административная. Важно, чтобы агентства и партнеры работали вместе с группами сообществ и пользователями и планировали свою деятельность по взаимному согласию.

Чтобы обеспечить долгосрочную пользу для здоровья от экологической инженерии, важно повысить спрос на более эффективное водопользование, санитарию и гигиену.Новые системы должны быть и оставаться лучше, чем альтернативы, с точки зрения экономических и социальных затрат и выгод. Программные команды должны искать ценности местного опыта и точек зрения, чтобы понять, что местные жители действительно хотят, и могут использовать и поддерживать.

Проекты коммунального водоснабжения должны быть целостными, , таким образом, чтобы удовлетворить все основные потребности людей, расширяемым , с учетом роста сообщества с доступом к коммунальному улучшенному водоснабжению, и обновляемым , с учетом социально-экономический рост и необходимость дальнейшей модернизации. Стандартизация , , даже если она зачастую более рентабельна, не всегда является хорошим выбором, поскольку может предполагать конкуренцию между различными брендами, слабый стимул для участия в частном секторе, а технология может не отвечать потребностям и предпочтениям пользователи.

Небольшие общины часто испытывают трудности с получением капитала для строительства улучшенных систем водоснабжения. Обычно центральное или провинциальное правительство организует и финансирует программы с участием нескольких сообществ, и фонд может быть частично возобновляемым с использованием погашений или ранее предоставленных займов.Кандидатам от сообществ на получение ссуды или гранта, или их комбинации, просят подать предварительное предложение для участия в программе. Сообщества не являются однородными образованиями, они часто состоят из среднего класса и бедных, маргинализированных групп. Чтобы помочь и поддержать все группы, важно определить их всех в самом начале проекта и обеспечить их равноправное участие. Все группы должны участвовать в разработке предварительных планов до программного уровня. Проекты должны основываться на существующем водоснабжении, уже доступном для сообщества.

После выбора предложения и распределения ресурсов следующим этапом является детальное планирование и проектирование.

Когда каждое сообщество разработало свой собственный подробный план, в процессе принятия решений на уровне программы решается, какие планы финансируются за счет ссуды, гранта или их комбинации. Затем средства проекта переводятся частями на специальный банковский счет проекта, открытый каждой общиной.

Персонал, отвечающий за управление и обслуживание системы водоснабжения, варьируется в зависимости от размера проекта.Для небольших систем водоснабжения выбранные технические специалисты и комитет управления проходят обучение во время и после строительства. Для более крупных и многоселковых систем с общинной базой управленческий персонал обычно проходит профессиональную подготовку и нанимается общинным советом по водоснабжению.

Все члены команды должны осознавать гендерные аспекты и условия бедности, и они должны уметь преодолевать или сокращать неравенство между женщинами и мужчинами, богатыми и бедными. Команда должна уметь сочетать конкретные знания, опыт и навыки местных жителей с навыками самой команды.Технические варианты будут иметь социальные, культурные и организационные последствия, которые технический персонал должен учитывать. С другой стороны, социальный персонал должен иметь общее представление о технических последствиях выбора сообщества.

На уровне поддержки технические и социальные группы из частного сектора могут быть выбраны программой для поддержки работы с сообществами. Для технической работы сообщество может решить использовать свои собственные закупки, использовать своих собственных ремесленников и / или нанять подрядчиков, которые будут руководствоваться программой поддержки.На более высоком уровне менеджеры и другие руководители должны поддерживать и вознаграждать способность персонала интегрировать местных жителей, качество производственной работы и характер долгосрочных результатов.

2. Услуги водоснабжения малых общин в странах Центральной и Восточной Европы

Десять стран обычно называют странами Центральной и Восточной Европы: Болгария, Чехия, Эстония, Венгрия, Латвия, Литва, Польша, Румыния, Словакия и Словения.Их географическое положение, политическая история после Второй мировой войны и текущие социально-экономические изменения в одном направлении связывают их друг с другом.

Доля сельского населения аналогична в 8 из 10 стран (30-38%). Он выше в Румынии (40%) и Словении (50%). Чехия, Польша и Словакия — страны с самой низкой водообеспеченностью на душу населения (менее 1600 м ³ на душу населения в год). Потребление воды на душу населения сильно различается: от 93 м ³ на душу населения в год в Латвии до 1554 в Болгарии.

Что касается доступности услуг водоснабжения и канализации, некоторые статистические данные показали, что в сельской местности население небольших муниципалитетов находится в худшем положении, чем городское население, в том, что касается доступа к услугам водоснабжения и канализации.

После Второй мировой войны до 1990 года эти услуги предоставлялись государством и управлялись централизованно. После 1990 года системы водоснабжения и канализации стали собственностью муниципалитетов и сообществ, которые действовали через различные институциональные формы.В настоящее время ситуация остается прежней: общины не хотят продавать эти активы, а участие частного сектора в этой сфере очень ограничено.

Цель CEETAC (Технический консультативный комитет по Центральной и Восточной Европе) — создать за два-три десятилетия в достаточном количестве, безопасную, чистую и здоровую воду и людей, живущих в стабильных обществах в регионе ЦВЕ. Это требует комплексных мероприятий по управлению водными ресурсами. Важно развивать сети водоснабжения, особенно в небольших муниципалитетах и ​​сельской местности, и в то же время улучшать качество подаваемой воды.Это должно сопровождаться адекватным развитием систем отвода сточных вод и очистки воды. Основная задача — сделать так, чтобы в будущем тарифы на воду позволяли окупать затраты на услуги водоснабжения.

При решении этих серьезных проблем страны ЦВЕ имеют преимущество в наличии квалифицированных специалистов, способных проектировать, строить и поддерживать инфраструктуру водоснабжения.

Для стран ЦВЕ подходы и технологии традиционно аналогичны решениям, используемым в Западной Европе, а правила питьевой воды основаны на рекомендациях ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения).Поскольку все страны намереваются присоединиться к ЕС, новые правила питьевой воды вводятся в действие в соответствии с Директивой ЕС по питьевой воде.

3. Качество и количество воды

Наличие чистой и безопасной воды имеет важное значение для здоровья населения.

Количество воды, необходимое человеку каждый день, зависит от многих факторов. Климат, уровень жизни, осведомленность о гигиене и рабочая нагрузка влияют на потребление воды человеком, которое для нормального функционирования составляет от 3 до 10 литров воды в день.Часть этой воды может быть получена с пищей. Фактором, влияющим на потребление воды, также является ее доступность и способы распределения.

Данные для получения первой оценки потребности сообщества в воде — это количество домашних хозяйств и аэрофотосъемка, семья среднего размера и исследования систем водоснабжения для существующих сообществ, занимающихся водоснабжением. Альтернативный подход состоит в том, чтобы нарисовать социальную карту сообщества, опросив мужчин и женщин в сообществе и принимая во внимание наличие в этом районе школ, больниц и т. Д.Другой важный фактор, который необходимо учитывать, — это то, используется ли вода для орошения, даже если в целом приоритет отдается домашнему водоснабжению.

Часто очень трудно точно оценить будущую потребность сообщества в воде. Цифры водопользования также должны включать около 20% допустимых потерь и потерь. Индивидуальные домовые подключения обеспечивают более высокий уровень обслуживания, чем водопроводные сети во дворе дома. При выборе типа услуги финансирование, как правило, является важным фактором вместе с расположением и размером сообщества.

В качестве приблизительной оценки, водоснабжение для централизованного поселения сообщества должно иметь пропускную способность 0,3 литра / сек на 1000 человек, когда вода в основном распределяется с помощью общественных стояков, и около 1,5 литра в секунду на 1000 человек или больше, когда преобладают связи двора и дома.

Основные требования к питьевой воде: она должна быть прозрачной (с низкой мутностью), не соленой, без неприятного вкуса или запаха, без химикатов, которые могут вызвать коррозию или образование корки, без тяжелых металлов, без чрезмерного содержания натрия и сульфатов. и нитраты, но, прежде всего, не содержат патогенных организмов, таких как бактерии и вирусы, которые могут вызывать заболевания.ВОЗ опубликовала руководящие принципы, чтобы помочь округам установить стандарты качества, которым должно соответствовать домашнее водоснабжение. Эти стандарты часто рассматриваются как долгосрочные цели, а не как жесткие стандарты.

Высокая мутность подразумевает присутствие частиц или коллоидного материала, которые обеспечивают места адсорбции для химических веществ, которые могут быть вредными.

Цвет часто возникает из-за природных органических веществ или растворенных неорганических соединений, таких как железо и марганец. Органический краситель при дезинфекции хлором приводит к образованию вредных хлорированных органических веществ, железа или марганца в больших количествах в питьевой воде, что делает ее вредной для здоровья.Низкий pH может усилить коррозию трубопроводов, а слишком высокий pH может привести к отложению карбоната кальция и образованию корок.

Некоторые химические вещества, такие как аммиак, кальций, хлорид, фторид, магний, нитраты, натрий, калий, сульфат и цинк, могут присутствовать в больших количествах. Чрезмерные уровни вредного воздействия на здоровье, но во многих случаях для поддержания живых организмов необходимы ограниченные количества, и поэтому желательны низкие концентрации в системах водоснабжения.

При оценке существующего или потенциального водоснабжения, следует предпринять усилия, чтобы взять подходящие пробы воды и провести их как можно более полный анализ.

4. Интегрированное управление водными ресурсами (ИУВР)

ИУВР занимается управлением устойчивыми водными ресурсами с учетом неумолимого роста населения мира и использования воды в экономических целях. Использование воды следует рассматривать как пирамиду, причем домашнее использование представляет собой наименьшее, но наиболее важное количество на вершине пирамиды. ИУВР было разработано как философская структура для объединения различных секторов. Это важно, потому что помогает избежать конкуренции между пользователями в тех странах, где водные ресурсы ограничены.

Вода — это поток, а не данный ресурс, расположенный в каком-то фиксированном месте в пространстве и времени. Это конечный, но возобновляемый ресурс, и скорость, с которой вода используется в конкретном месте по сравнению со скоростью пополнения, определяет, есть ли дефицит (засуха) или избыток. Если вода используется в одном месте, это может повлиять на ее изобилие и способность людей использовать ее в другом месте. Крупномасштабные примеры неправильного использования водных ресурсов увеличили политическое и научное внимание к совершенствованию ИУВР как средству разрешения конфликтов.

В основе ИУВР лежат так называемые Дублинские принципы, впервые сформулированные в 1992 г. во время Дублинской национальной конференции по водным ресурсам и окружающей среде, а затем ратифицированные в главе 18 Конференции ООН по окружающей среде и развитию 1992 г. в Рио-де-Жанейро. Жанейро. Эти принципы гласят:

1. Пресная вода — это ограниченный и уязвимый ресурс, необходимый для поддержания жизни, развития и окружающей среды.

2. Развитие и управление водными ресурсами должно основываться на подходе, основанном на широком участии, с привлечением пользователей, специалистов по планированию и лиц, определяющих политику на всех уровнях

3.Женщины играют центральную роль в обеспечении, управлении и сохранении воды.

4. Вода имеет экономическую ценность во всех ее конкурирующих видах использования и должна быть признана экономическим товаром.

ИУВР является частью более широких усилий по устойчивому управлению мировыми ресурсами, поэтому оно пытается работать в рамках всего гидрологического цикла. Таким образом, ИУВР включает в себя все различные фазы потока воды.

Прежде чем рассматривать вопрос о том, как внедрить ИУВР для общинных проектов и проектов санитарии, мы кратко рассмотрим причины этого.Использование воды для бытовых нужд часто составляет относительно небольшую часть от общей потребности в воде. В любом случае важно иметь запас питьевой воды: количество воды, хранящейся в хранилище для бытовых нужд, которое нельзя использовать для небытовых целей. Как оценка, так и сохранение запасов чрезвычайно сложны, но необходимы. Идеальная ситуация наблюдается в странах, где ИУВР полностью включено в национальную стратегию, а активный спрос управляется на местном уровне.

Есть 6 ключевых принципов, которые могут гарантировать соблюдение принципов ИУВР.Они перечислены и кратко объяснены здесь ниже:

1) Управление водосборными бассейнами и охрана источников имеют важное значение для обеспечения устойчивости водоснабжения : водные ресурсы должны быть достаточными для текущего и будущего домашнего использования, надежными в течение многих лет, и сообщество должно владеть их. Если это не так, необходимо принять меры для обеспечения адекватного снабжения. Это может включать участие сообщества в управлении водными ресурсами; разработка структуры для решения вопросов распределения, когда общий источник используется большим количеством сообществ; эффективный мониторинг, чтобы знать, сколько воды доступно и когда.

2) Эффективность водопользования и управление спросом должны быть решены, чтобы свести к минимуму потребность в развитии новых источников : необходимо в сотрудничестве с сообществом определить все виды использования воды и все возможные действия, которые может ограничить чрезмерное потребление воды в этих различных целях. Важным элементом управления спросом является повторное использование воды и многократное использование воды.

3) Следует признавать и поощрять многократное использование воды. : общинам следует различать воду для бытовых нужд и воду не для бытовых целей (орошение, производство продуктов питания, услуги прачечной, домашний скот).Важно различать способы использования воды в жизнедеятельности людей. Система водоснабжения должна быть спроектирована так, чтобы удовлетворять как можно больше из этих потребностей.

4) Все заинтересованные стороны должны участвовать в принятии решений, но особое внимание следует уделять активному участию пользователей: Принятие решений ИУВР является сложным. Там, где существует национальная структура ИУВР, основным видом деятельности является обеспечение представительства водного комитета в органах управления водными ресурсами на местном / региональном уровнях.При отсутствии национальной структуры проекту может потребоваться создание новых институтов для управления водными ресурсами. Это будет сложный процесс с необходимостью вовлечения всех групп пользователей в сообщество.

5) Вопросы гендера и справедливости должны решаться на протяжении всего проектного цикла. : бремя и выгоды должны распределяться поровну между мужчинами и женщинами, бедными и богатыми людьми. Это требует особых усилий, чтобы позволить женщинам и бедным людям заявить о своем праве в принятии решений.

6) Цены на водоснабжение должны быть такими, чтобы препятствовать расточительному использованию, обеспечивая при этом право доступа к необходимому минимуму для всех : деньги, уплаченные за воду, могут использоваться для возмещения затрат, а также для эксплуатации и технического обслуживания, но цены должны быть предназначены только для минимизации отходов. Ценообразование на воду — сложный вопрос, и здесь он не будет подробно обсуждаться.

Эти шесть принципов могут быть использованы в качестве основы для оценки успеха отдельных проектов в достижении наилучшей практики ИУВР.С каждым сообществом следует обращаться с учетом его социальной, экономической и физической реальности, включая также другие сектора, которым может потребоваться вода.

5. Искусственное пополнение

Искусственное пополнение — это процесс увеличения резервуара подземных вод со скоростью, превышающей естественное восполнение. Участие сообщества необходимо на следующих этапах: во время планирования представителям сообщества разъясняются основные параметры, чтобы они понимали доступные варианты с их преимуществами и недостатками; На этапе реализации мужчины и женщины сообщества могут взять на себя транспортировку материалов на объект, а также проведение обучения и контроль качества.Мужчины и женщины в общинах также могут выполнять текущие операции и техническое обслуживание. После этого община должна участвовать в разработке местных правил управления новыми водными ресурсами.

Методы искусственного пополнения баланса можно разделить на две большие группы: прямые методы и косвенные методы. Прямые методы подразделяются на методы поверхностного нанесения и подповерхностные методы. Косвенные методы используют технику индуцированной подпитки (откачивающие скважины, коллекторные колодцы и инфильтрационные галереи).Им требуются высококвалифицированные кадры для модификации водоносных горизонтов и сооружений по охране грунтовых вод.

Методы подпитки представлены в следующей схеме:

Подполняемый водоносный горизонт должен быть неограниченным и толстым, поверхностный слой почвы должен быть достаточно проницаемым, без глинистых линз, уровни грунтовых вод в зоне залегания должны быть достаточно глубокими. Чтобы выдержать подъем уровня грунтовых вод, материал водоносного горизонта должен иметь умеренную гидравлическую проводимость.

В отдельных районах, где гидрогеология благоприятствует пополнению запасов путем распространения излишков поверхностных вод, очень полезны методы заводнения. На участках с неровным рельефом максимальная площадь контакта с водой для подпитки воды из источника потока или канала может быть предусмотрена строительными канавами или бороздами. Канаву также можно использовать для прямой искусственной подпитки неглубоких водоносных горизонтов с высокой скоростью инфильтрации.

Искусственные бассейны подпитки либо выкопаны, либо окружены дамбами. На аллювиальных участках несколько бассейнов подпитки обычно строятся параллельно ручью.

Для увеличения инфильтрации и распространения потока на большую площадь можно изменить естественный дренажный канал. Методы модификации обычно применяются на аллювиальных участках. Поверхностное орошение часто приводит к затоплению полей, что способствует пополнению запасов грунтовых вод. Таким образом, системы поверхностного орошения вызвали непреднамеренное пополнение запасов во многих областях, и емкость грунтовых вод увеличилась. Однако использование насосных систем для подъема грунтовых вод для орошения привело к значительному падению уровня воды.

Для проникновения в менее проницаемые горизонты, обеспечивающих прямой доступ к водоносному горизонту, когда гидрогенные водоносные горизонты не имеют гидравлического соединения с поверхностными водами, могут быть построены питательные ямы и шахты.

Сбор дождевой воды направлен на сохранение поверхностного стока путем сбора его в резервуары, как поверхностные, так и подземные. Методы должны быть привязаны к конкретному участку, выбор и эффективность конкретного метода определяется местной геологией, гидрогеологией, условиями местности, общим количеством осадков и их интенсивностью и т. Д.Сбор урожая на крышах состоит из сбора дождевой воды с крыш зданий и сбора в резервуаре подземных вод для полезного использования в будущем. Подпитка может происходить через заброшенную выкопанную скважину, заброшенную скважину, перезарядную яму, траншею перезарядки и скважину подзарядки. Дождевая вода может собираться также через поверхностные водосборы, крупномасштабные коммунальные системы, которые собирают и хранят воду, протекающую в определенной части местного ландшафта.

Воду можно также накапливать, строя плотины, полукруглые или изогнутые берега земли, построенные в основном ручным трудом, тягой животных и легкими машинами.Подземные барьеры используются для удержания сезонных подповерхностных потоков и облегчения забора воды через колодцы и скважины. Для этого через русло реки сооружается непроницаемый барьер от поверхности до непроницаемого слоя внизу. Его строительство следует начинать сразу после основного сезона дождей. Плотину следует располагать там, где русло реки уже и слой песка истончается. Еще одно решение для хранения дождевой воды — перколяционные баки. Они представляют собой искусственно созданные поверхностные водные объекты, которые затопляют территорию суши с достаточной проницаемостью, чтобы способствовать достаточному просачиванию или задержанному поверхностному стоку для подпитки грунтовых вод.Резервуар может быть расположен либо поперек небольших ручьев, создавая низкие контрольные дамбы, либо в примыкающих ручьях к необрабатываемой земле, путем сооружения канала доставки, соединяющего резервуары и ручей.

6. Методы водоснабжения

6.1 Сбор дождевой воды

Сбор дождевой воды заключается в улавливании дождя там, где он падает, или в улавливании и хранении стока на фермах, деревнях и городах. Также следует принять меры, чтобы вода оставалась чистой.Этот метод широко использовался для обеспечения питьевой водой в Европе и Азии, особенно в сельских районах. Там, где водопроводная вода была обеспечена, важность дождевой воды, имеющей источник, уменьшилась. На некоторых тропических островах дождевая вода продолжает оставаться единственным источником домашнего водоснабжения. Сбор дождевой воды следует рассматривать в качестве источника воды для бытовых нужд в странах, где дожди идут во время сильных штормов. Он используется по-разному: в некоторых частях мира требуется лишь небольшая емкость для хранения, в засушливых районах потребуется достаточно большая площадь поверхности для сбора и емкость для хранения, чтобы обеспечить достаточное количество воды.

Сбор дождевой воды может состоять из поверхности сбора, резервуара для хранения и желобов или каналов для транспортировки воды от одного к другому. Иногда он включает в себя систему первой промывки для отвода исходной грязной воды, которая содержит мусор с крыши, накопившийся во время длительных засушливых периодов, фильтрующее оборудование и отстойные камеры. Для очистки воды до, во время и после хранения доступно большое количество разнообразных систем. Уровень сложности также варьируется от чрезвычайно высоких технологий до очень простых методов.Фильтры часто используются для фильтрации воды, поступающей в резервуар, и используют песок, камень, гравий или древесный уголь или их комбинацию в качестве фильтрующего материала. Резервуар для хранения обычно является самым крупным элементом капиталовложений в систему сбора дождевой воды для бытового водоснабжения, поэтому он требует самого тщательного проектирования, чтобы обеспечить максимальную емкость при минимальных затратах. Для больших объемов хранения чаще всего используются резервуары или цистерны, построенные из кирпичной или каменной кладки.

При проектировании системы сбора воды основной расчет заключается в том, чтобы правильно определить размер резервуара для воды, цистерны или плотины, чтобы обеспечить адекватную емкость для хранения.Требования к хранению зависят от местных данных об осадках, поверхности сбора, коэффициента стока, количества пользователей и норм потребления или потребности в воде для продуктивного использования. Самый простой способ рассчитать необходимый объем воды — использовать следующую формулу:

V = (txnxq)

Где:

V: объем резервуара
т: количество дней в засушливый период
n: количество людей с использованием резервуара
q: общее среднее потребление на душу населения в день (включая все виды использования).

Сбор дождевой воды благотворно влияет на здоровье семьи, потому что женщины и другие люди, набирающие воду, тратят меньше времени на сбор воды, поэтому, чтобы сэкономить время для других домашних задач, вода доступна во дворе дома, поэтому риск несчастных случаев для детей и женщин ниже, и, наконец, употребление большего количества чистой и безопасной воды имеет несколько преимуществ для здоровья.

Загрязнение воды может быть вызвано самим кровельным материалом или веществами, скопившимися на крыше или в желобе.Распространенная стратегия — отводить впустую первые литры стока в начале каждого дождя.

Основная цель управления водосбором, включая водосборы дождевой воды, — удерживать воду там, где она падает в виде осадков. Вода становится доступной для домашнего и производственного использования, и это может значительно способствовать сокращению масштабов нищеты в сельских районах и малых городах. Первоначальные капитальные затраты на сбор дождевой воды могут быть высокими, но это дает выгоды, ценность которых может превышать стоимость системы.Ввиду водного и продовольственного кризиса как в сельских, так и в городских районах системы сбора дождевой воды в домашних условиях могут быть включены во все новые проекты государственного жилья. Правительствам следует также продвигать эти системы в частных домах.

6.2 Отвод родниковой воды

Родник можно определить как место, где происходит естественный поток грунтовых вод. Родниковая вода обычно поступает из водоносного горизонта или потока воды через трещиноватую породу. Вода вытесняется потоком к поверхности, где твердый слой или слой глины блокируют подземный поток, и воду можно легко найти там, где она выходит.Инженеры могут помочь спроектировать систему водоснабжения, а члены сообщества должны будут следить за ней.

Первым шагом является идентификация источника пружины. Есть много типов различных источников, классифицируемых в зависимости от условий, при которых в них поступает вода. Самое важное различие — это гравитационные и артезианские источники. Гравитационные источники возникают в неограниченных водоносных горизонтах, где поверхность земли опускается ниже уровня грунтовых вод или где обнажение непроницаемой почвы препятствует нисходящему потоку грунтовых вод и заставляет их подниматься на поверхность.Артезианские источники встречаются в замкнутых водоносных горизонтах: перекрывающий их непроницаемый слой не дает им подняться до уровня свободного зеркала грунтовых вод. Тогда артезианские грунтовые воды находятся под давлением. Артезианские источники — это места выхода грунтовых вод на поверхность. Артезианские источники обычно имеют более высокую производительность, чем гравитационные источники, и имеют то преимущество, что вода защищена от загрязнения непроницаемым слоем, поэтому она обычно не содержит бактерий.

Второй важный шаг — не проводить технико-экономическое обоснование источника родника, чтобы предоставить информацию и данные для проектирования системы водоснабжения.Местные жители являются важными источниками информации и должны участвовать в принятии решений о целесообразности разработки конкретного источника. Правильное технико-экономическое обоснование источника источника должно длиться не менее одного года. Следует учитывать следующие аспекты:

• Потенциальное воздействие на окружающую среду от создания источника, включая риски оползней, эрозии, антропогенной деятельности, которая может вызвать загрязнение источника, присутствие нежелательных деревьев и растений.

• Качество родниковой воды, включая толщину почвенного слоя, тип почвы и скорость инфильтрации поверхностных вод.Если почва недостаточно толстая, и деятельность человека должна быть ограничена в зоне водосбора. Следует периодически проверять температуру и цвет воды. Периодические лабораторные испытания качества являются необходимой частью технико-экономического обоснования.

• Количество родниковой воды с точки зрения скорости потока и консистенции. Различия в урожайности весны в засушливые и дождливые сезоны — важный критерий для определения того, является ли весна подходящим источником: соотношение между самой высокой и самой низкой урожайностью должно быть ниже 20.Урожайность измеряется в л / с, и в процессе измерения участвуют два выбранных обученных сельских жителя, которые измеряют расход из источника в течение периода исследования.

Последним этапом является проектирование и строительство источника родниковой воды для конкретного места. Основные компоненты в конструкции системы включают в себя реальную родниковую зону сбора, где вода из водоносного горизонта фактически направляется в единственную точку сброса, подающую трубу, сборную камеру и выход в резервуар для хранения.Конструкция должна соответствовать конкретным местным условиям, предотвращать патогенное заражение и загрязнение, не оказывать вредного воздействия на окружающую среду и быть надежной с точки зрения количества.

6.3 Перекачивание воды

Сила человека и животных часто является наиболее доступной силой для перекачивания воды в небольших общинах в развивающихся странах, особенно в сельских районах. При подходящих условиях ветровая энергия актуальна. Дизельные двигатели и электродвигатели следует использовать только при наличии необходимого топлива и электроэнергии.Преобладающие местные условия и возможности управления определяют наиболее подходящий и надежный тип насоса. Участие представителей различных групп пользователей в выборе и испытании насосов помогает убедиться, что выбранный тип подходит им.

Основное применение насосов в небольших коммунальных системах водоснабжения — перекачка воды из колодцев, поверхностных водозаборов или в водохранилища и распределительную систему.

Существуют разные типы насосов, и чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретной цели, необходимо учитывать следующие технические критерии:

• Требуемый объем подачи

• Вертикальное расстояние от нагнетания до уровня подачи

• Ожидаемое изменение уровня воды у источника

• Долговечность основных компонентов

• Доступность и стоимость запасных частей

• Простота обслуживания

Поршневой насос: это тип насоса, наиболее часто используемый для небольшие запасы воды.Его можно разделить на всасывающие насосы (плунжер и его цилиндр расположены над уровнем воды, ими можно управлять руками или ногами), подъемные насосы (цилиндр и плунжер расположены ниже уровня воды в колодце), насосы нагнетательные. (То же, что и всасывающий насос, но закрытый сверху, чтобы его можно было использовать для нагнетания воды выше уровня насоса). Всасывающие насосы обеспечивают напор до 7 м, подъемные насосы могут поднимать воду из колодцев на глубину до 180 м и более.

Роторный насос: в этом насосе используется непрерывная цепь из небольших ведер, дисков, узлов или однонаправленный винтовой ротор для переноса воды от дна колодца к вершине.Инвестиционные затраты на этот насос невелики и поэтому он привлекателен как семейный насос. Приводы для этого типа насоса — ручное управление, электродвигатели, дизельные и бензиновые двигатели.

Насос с осевым потоком: радиальные ребра или лопасти установлены на крыльчатке или колесе, которое вращается в неподвижном корпусе. Вращающаяся крыльчатка механически поднимает воду. Неподвижные направляющие лопасти предотвращают завихрение потока воды при входе в рабочее колесо или выходе из него.

Центробежный насос: важнейшим компонентом центробежного насоса является рабочее колесо и отливка.При вращении с достаточной скоростью крыльчатка передает кинетическую энергию воде, отливка имеет такую ​​форму, что кинетическая энергия частично преобразуется в полезное давление, которое заставляет воду попадать в нагнетательную трубу. Вода, выходящая из проушины крыльчатки, создает всасывание. Рабочее колесо и соответствующая часть отливки создают сцену. Можно использовать больше ступеней, если требуемое давление выше, чем может произвести одна ступень.

Эрлифтный насос: эрлифтный насос поднимает воду путем нагнетания небольших, равномерно распределенных пузырьков сжатого воздуха у основания выпускной трубы, закрепленной на колодце.Для этого требуется воздушный компрессор. Поскольку смесь воздуха и воды легче, чем вода за пределами выпускной трубы, смесь выталкивается вверх гидростатическим напором.

Гидравлический гидроцилиндр: гидроцилиндр использует энергию, содержащуюся в потоке воды, проходящей через него, для подъема небольшого объема воды на более высокий уровень. Используется принцип скачка давления, возникающего при внезапной остановке движущейся массы воды. Гидравлический цилиндр не требует внешнего источника энергии, он требует очень небольшого и нечастого обслуживания.Ему нужна вода, работающая с высокой скоростью: он будет работать наилучшим образом, если напор подачи составляет около одной трети напора подачи.

6.4 Забор подземных вод

Для коммунальных систем водоснабжения грунтовые воды почти всегда являются предпочтительным источником, и их использование, вероятно, все еще намного ниже потенциала во многих странах.

Знание того, каким образом вода существует в водоносных грунтовых образованиях, может обеспечить успешную разведку подземных вод.Необходимо собрать и сопоставить имеющуюся гидрологическую информацию об изучаемом районе. Чтобы получить данные, которые послужат основой для составления гидрогеологической карты, следует провести обследование исследуемой территории, желательно ближе к концу засушливого сезона. Эта гидрогеологическая карта должна показывать распределение водоносных горизонтов, источников, глубину уровня грунтовых вод и пьезометрические уровни. Геофизические исследования (т.е. измерения удельного сопротивления) очень полезны для понимания распределения и качества подземных вод.Иногда бывает необходимо пробурить небольшие скважины для постразведочных целей, чтобы дополнить данные, полученные с помощью наземных геофизических методов. Для получения максимального количества информации из скважины может потребоваться геофизический каротаж.

Самый старый и простой способ забора грунтовых вод — вырыть яму в земле на глубину ниже уровня грунтовых вод. Водоносный горизонт должен быть отведен на большей площади контакта, если требуется большая пропускная способность. Это может быть сделано путем увеличения ширины выемки за счет галерей или увеличения глубины застройки вырытых колодцев или скважин.Инфильтрационные галереи разделены на канавы и водостоки. Канавы — это просто выемки в земле, чтобы сделать водоносный горизонт доступным с поверхности. Дренажные каналы имеют поры, перфорации или открытые стыки, через которые могут проникать грунтовые воды. Галереи очень дороги и сложны в строительстве, поэтому их следует использовать только там, где уровень грунтовых вод находится на небольшой глубине (не более 5-8 метров от поверхности земли).
Выкопанные колодцы можно сделать простым рытьем ямы в земле, и для их строительства обычно не требуется специального оборудования или навыков.Вырытые колодцы обычно имеют ограниченную емкость, поэтому их использование ограничено отдельными домашними хозяйствами и другими небольшими системами водоснабжения. Они также обеспечивают хранение воды. Глубина, на которую можно и нужно выкопать колодец, во многом зависит от типа грунта и колебаний уровня грунтовых вод. Частные колодцы обычно имеют глубину менее 10 м; вырытые колодцы для коммунального пользования часто имеют глубину 20-30 м.
Скважина имеет отливку, состоящую из труб в неводоносных пластах и ​​перфорированной или щелевой секции экрана в водоносном горизонте.Скважины следует использовать, когда уровень грунтовых вод находится на значительной глубине от поверхности земли. Они могут быть построены до 200 м и более в зависимости от используемого метода. На строительство скважины сильно влияют местные факторы и относительно неизвестные подземные условия. Для использования в этих различных средах было разработано несколько методов бурения и строительства. Кроме того, крайне важен выбор правильного необходимого материала. Скважины очень подходят для снабжения питьевой водой, потому что простые меры предосторожности будут достаточными для защиты воды от загрязнения.
В некоторых случаях могут быть подходящими вертикальные или горизонтальные водосборники или их комбинация. При отборе грунтовых вод уровень грунтовых вод всегда понижается. Возможный эффект от заметного понижения уровня грунтовых вод должен быть тщательно исследован.

6.5 Забор поверхностных вод и небольшие плотины

Наиболее удобным источником воды для небольших населенных пунктов часто является естественный ручей или близлежащая река.Речной водозабор должен располагаться там, где есть достаточный поток, а уровень позволяет самотеком, чтобы минимизировать затраты на перекачку. Качество воды также важно, поэтому водозабор должен быть восходящим потоком из густонаселенных или сельскохозяйственных угодий или мест водопоя скота. Конструкция водозабора не должна допускать засорения, а при речной транспортировке катящихся камней или валунов может потребоваться защита водозабора из бетона, камня или кирпича. На водозаборнике обычно ставят сетку, которую убирают от плавающих или взвешенных веществ большого и малого размера.Дно водозаборной конструкции должно быть не менее чем на 1 м над руслом реки. После водозабора может потребоваться сооружение подводной плотины, чтобы обеспечить доступность воды на необходимой глубине даже в засушливые периоды.

На качество воды в озере влияет самоочищение посредством аэрации, биохимических процессов и осаждения взвешенных частиц. В глубоких озерах волны и турбулентность не повлияют на более глубокие слои. Поскольку перемешивание отсутствует, будет развиваться термическая стратификация, которая может быть достаточно стабильной и должна приниматься во внимание при выборе места и глубины водозабора озера для целей водоснабжения.Глубокие озера будут иметь по направлению к дну воду с низким содержанием питательных веществ и хорошим химическим качеством, которое будет одинаковым на всей глубине. Следует предусмотреть возможность забора воды на некоторой глубине ниже поверхности.

Водозаборы рек и озер следует периодически проверять, а плавучие материалы и мусор следует периодически удалять с экранов и плотин. Необходимо проверить наличие повреждений всасывающего патрубка, берегоукрепления и водослива тяжелыми материалами или сильного потока мусора.

7. Водоподготовка

Во многих ситуациях обработка сырой воды необходима, чтобы сделать ее пригодной для питья и домашнего использования. В большинстве развивающихся стран малые города и сельские общины не могут управлять сложными системами водоснабжения, которые превосходят местные возможности и возможные региональные структуры поддержки. Стоимость строительства и эксплуатации, а также потребности в эксплуатации и техническом обслуживании являются ключевыми факторами, которые необходимо тщательно учитывать при планировании и проектировании небольшой водоочистной станции.

Очистка воды должна сочетаться с другими стратегиями, такими как управление водосборными бассейнами и землепользованием для защиты поверхностных и грунтовых вод, выбор и защита лучших доступных источников воды, адекватная и хорошо обслуживаемая система распределения. Хорошее качество питьевой воды зависит не только от повышения качества воды или процессов очистки воды. Типы риска, существующие в источнике водоснабжения, а также институциональные и социально-экономические условия, преобладающие в целевом сообществе, определяют уровень технологии очистки воды.Лучшим подходом является многоступенчатая очистка воды: последовательные этапы постепенно удаляют загрязняющие вещества из сырой воды и последовательно производят безопасную и полезную конечную воду. Следует количественно оценить и сбалансировать сильные и слабые стороны каждого этапа обработки, чтобы все загрязняющие вещества были эффективно удалены при разумных затратах. Завершающим этапом очистки воды станет дезинфекция. Это эффективно только в том случае, если на предыдущих этапах было удалено большинство болезнетворных микроорганизмов, передающихся через воду, и уменьшено количество твердых частиц или других загрязнителей.Это должно позволить использовать только небольшую дозу дезинфицирующего средства.

Основной риск для здоровья, связанный с системами водоснабжения, использующими поверхностные воды, — это загрязнение сточными водами. Это приводит к появлению большого количества бактерий, вирусов и простейших и может вызывать заболевания, передающиеся через воду. Все патогенные организмы, а также химические вещества высокого риска, такие как тяжелые металлы, фторид, мышьяк, нитраты и органические компоненты, должны быть удалены. Другими веществами, которые необходимо удалить или значительно уменьшить, являются взвешенные твердые частицы, вызывающие помутнение, соединения железа и марганца, придающие горький вкус или окрашивающие белье, а также чрезмерное количество углекислого газа, разъедающее бетон и металлические детали.Для небольших коммунальных систем водоснабжения другие качественные характеристики, такие как жесткость, TDS и содержание органических веществ, как правило, менее важны. Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с рекомендациями по качеству питьевой воды.

Некоторые процессы очистки воды служат одной цели, а другие — многократно. Часто результат лечения можно получить разными способами. В следующей таблице приведены сводные данные по удалению некоторых загрязнителей воды с помощью различных процессов очистки. Это сравнение, очевидно, носит общий характер, поскольку необходимо учитывать множество факторов.Подробное описание процессов очистки воды для небольших коммунальных систем водоснабжения будет приведено ниже.

0: нет эффекта
+: положительный эффект
-: отрицательный эффект

Очистка грунтовых вод :
Подземные воды при правильном отборе не содержат мутных и патогенных организмов, а если они происходят из чистого песчаного водоносного горизонта, других опасных вещества также будут отсутствовать. В этом случае рекомендуется только дезинфекция, грунтовые воды можно использовать без дополнительной обработки.Когда грунтовые воды поступают из водоносного горизонта, содержащего органические вещества, содержание кислорода может быть истощено, и вода может растворять железо, марганец и тяжелые металлы. Эти вещества можно удалить с помощью аэрации и фильтрации. Иногда подземные воды содержат также фтор, мышьяк и соли или могут быть загрязнены опасными отходами, и если альтернативный источник воды недоступен, эти загрязненные источники, возможно, придется использовать. В этом случае источник необходимо обработать с помощью химической коагуляции и флокуляции, обмена железа и различных технологий фильтрации, в том числе GAC.К сожалению, многие из этих процессов очистки связаны с дорогостоящими технологиями, но они необходимы, чтобы сделать воду пригодной для питья и бытовых целей.

Очистка поверхностных вод :
Вода в поверхностных источниках образуется частично из-за оттока грунтовых вод и частично из дождевой воды, стекающей по земле в приемные тела. Отток грунтовых вод будет приносить растворенные твердые вещества в поверхностные воды, а поверхностный сток является основным источником мутности и органических веществ, а также патогенных организмов.В поверхностных водоемах растворенные минеральные частицы останутся неизменными, но органические примеси разложатся. Незагрязненная поверхностная вода с постоянно низкой мутностью может быть очищена медленной фильтрацией через песок или прямой быстрой фильтрацией с последующим хлорированием. SSF имеет преимущество в низких эксплуатационных требованиях. При высокой мутности воды или при наличии водорослей блоки SSF быстро забиваются. В этом случае необходима предварительная обработка, такая как осаждение, грубая фильтрация (гравий), быстрая фильтрация или комбинация нескольких из этих процессов.Химическая коагуляция и флокуляция могут улучшить удаление за счет осаждения и фильтрации коллоидных взвешенных частиц.

Во время очистки воды важно не только иметь оценку качества сырой воды, но также эффективность работы и цели очистки для очистных сооружений.

7.1 Аэрация

Аэрация — это процесс очистки, при котором вода находится в тесном контакте с воздухом. Аэрация широко используется для очистки грунтовых вод со слишком высоким содержанием железа и марганца.Соединения железа и марганца будут реагировать с атмосферным кислородом, попадающим в воду в результате аэрации. Они будут преобразованы в нерастворимые гидраты оксидов железа и марганца, которые впоследствии можно будет удалить осаждением или фильтрацией. Важно знать, что, когда вода содержит органические вещества, образование осадков железа и марганца в результате аэрации, вероятно, будет не очень эффективным. В этом случае может потребоваться химическое окисление, изменение щелочности или специальные фильтры.Однако эти методы дороги и сложны, поэтому часто они не подходят для сельских общин в развивающихся странах.

Тесный контакт между водой и воздухом при очистке питьевой воды в основном достигается за счет диспергирования воды в воздухе тонкими слоями или мелкими каплями (аэраторы с падающими каплями воды) или путем смешивания воды с диспергированным воздухом (пузырьковые аэраторы).

7.2 Коагуляция и флокуляция

Коагуляция и флокуляция обеспечивают процесс очистки воды, при котором мелкодисперсные взвешенные и коллоидные вещества в воде агломерируются и образуют хлопья.Коллоидные частицы имеют средний размер между растворенными твердыми частицами и взвешенными веществами и удерживаются во взвешенном состоянии за счет баланса между электростатическим отталкиванием и гидратацией. Коллоиды обычно имеют поверхностный заряд из-за наличия двойного слоя ионов вокруг каждой частицы, и этот заряд отвечает за электростатическое отталкивание. Это электростатическое отталкивание между этими отрицательными зарядами нейтрализует силы электронного притяжения, которые связывают частицы вместе. Некоторые химические вещества (называемые коагулянтами) способны уменьшить диапазон электростатического отталкивания за счет сжатия двойного слоя ионов вокруг коллоидных частиц.Они позволяют частицам флокулировать, образуя хлопья, которые могут вырасти до достаточного размера и удельного веса, чтобы их можно было удалить путем осаждения, фильтрации или флотации.

При коагуляции и флокуляции часто удаляются вещества, вызывающие помутнение и цвет. Обычно процессы очистки воды с использованием химикатов не подходят для небольших коммунальных систем водоснабжения. их следует использовать только в том случае, если необходимый результат лечения не может быть достигнут с помощью другого процесса обработки без использования химикатов.

Наиболее часто используемым коагулянтом являются квасцы (Al ₂ (SO ₄ ) ₃ * nH ₂ O (с n = 14, 16 или 18)). Также используются соли железа или сульфат трехвалентного железа с тем преимуществом, что их можно использовать в более широком диапазоне pH для хорошей коагуляции. Алюминат натрия в основном используется для коагуляции при среднем pH. Синтетические органические полиэлектролиты стали доступны в виде коагулянтов, но они, как правило, неэкономичны для небольших систем водоснабжения. Для хорошей коагуляции оптимальная доза коагулянта может быть определена с помощью лабораторного эксперимента, называемого тестом в сосуде.Оптимальная доза зависит от природы сырой воды и ее общего состава, и это самая низкая доза коагулянта, которая дает удовлетворительное осветление. В развивающихся странах женщины из низших классов обнаружили, что некоторые семена содержат вещества для роста рассады, которые также обладают флокулирующими свойствами, то есть полиэлектролиты Moringa oleifera, M. stenopetala и Stychnos potatorum. Эти коагулянты семян более чувствительны, чем квасцы, к минералогическому составу взвешенных веществ и применимы в основном в тропических и субтропических странах (при довольно высоких температурах).Для определения оптимальной дозы коагулянта семян, а также для распространения или продажи стандартных растворов коагулянтов семян требуется участие учителей или торговых точек.

Для быстрого диспергирования всей дозы химикатов в массе сырой воды используется быстрое перемешивание. Это осуществляется с помощью гидравлических или механических быстрых смесителей, которые должны быть расположены рядом со зданием, где готовятся растворы или химические вещества. Следующим этапом после быстрого перемешивания является флокуляция.Флокуляция — это процесс мягкого и непрерывного перемешивания коагулированной воды с образованием хлопьев за счет агрегации мельчайших частиц, присутствующих в воде. Существуют механические и гидравлические флокуляторы: в механических флокуляторах перемешивание воды достигается с помощью таких устройств, как лопасти, грабли или лопаточные барабаны, в гидравлическом флокуляторе перемешивание достигается за счет действия небольших гидравлических структур.

При проектировании флокулятора важно выбрать правильный продукт G * t, который должен быть настолько высоким, насколько это согласуется с оптимальным образованием хлопьев, не вызывая разрушения или дезинтеграции хлопьев после их образования.t — время задержки, G — градиент скорости [с ^-1 ], определяемый как:

G = (P / (V * m)) ^1/2

с P = r * g * h * Q ==> мощность, передаваемая воде

r = 1000 кг / м ³ ==> плотность воды
г = 9,81 м / с ² ==> ускорение свободного падения
ч ==> потеря напора вода, проходящая через флокулятор [м]
Q ==> объемный расход в м ³ / с

V ==> объем воды, к которой приложена мощность

м ==> динамическая вязкость вода [кг / м * с]

7.3 Осаждение

Осаждение — это осаждение и удаление взвешенных частиц, которые происходят, когда вода неподвижна или медленно течет через бассейн. Турбулентность обычно отсутствует или незначительна, и частицам, имеющим удельный вес (плотность) выше, чем у воды, дают возможность осесть. Эти частицы будут оседать на дне резервуара, образуя слой ила, и вода, достигающая выпускного отверстия резервуара (обычно помещается сверху на стороне, противоположной загрузке), будет в осветленном состоянии.Отстойники необходимо регулярно чистить, чтобы удалить слой осадка, образовавшийся на дне.

Расчет скорости осаждения помогает определить эффективность отстойника. Скорость (с) осаждения частицы, которая за время выдержки (T) просто пересечет всю глубину (H) резервуара, составляет:

с ₀ = H / T; T = (B * L * H) / Q, поэтому с ₀ = Q / B * L

с ₀ = скорость осаждения
T = время задержки [ч]
Q = расход [м ³ / ч]
H = глубина бака [м]
B = ширина резервуара [м]
L = длина [м]

Из соотношения вы можете видеть, что эффективность осаждения в основном зависит только от соотношения между входящей формой скорость и площадь поверхности танка.Это называется поверхностной нагрузкой. Частицы, имеющие скорость осаждения выше, чем s ₀ , будут полностью удалены, а частицы, которые оседают медленнее, чем s ₀ , будут удалены для пропорциональной части s: s _0. Если осаждение используется без предварительной обработки. При обработке поверхностная нагрузка обычно должна быть в пределах 0,1-1 м / ч. Для отстойников, в которые поступает вода, прошедшая химическую коагуляцию и флокуляцию, возможна более высокая нагрузка, где-то от 1 до 3 м / ч.

Резервуары для малых водоочистных сооружений обычно прямоугольные с горизонтальным потоком. Отстойники с вертикальными стенками обычно строятся из кирпича или бетона; Вырытые отстойники чаще всего имеют пологие берега со сложным грунтом с защитным покрытием при необходимости. Повышение эффективности осаждения может быть достигнуто за счет установки на дне лотков, тарелок или трубок. Тем не менее, важно помнить, что будет образовываться больше ила, поэтому могут потребоваться дополнительные устройства для удаления.

В небольших коммунальных системах водоснабжения флотация растворенным воздухом (DAF) может использоваться, в частности, для флотации водорослей, которые могут вызвать проблемы с фильтрацией, если ее не уменьшить. DAF заключается в впрыске в резервуар мелких пузырьков, которые позволяют собирать и удалять мелкие легкие частицы, такие как хлопья, содержащие краситель или водоросли. Базовая технология довольно сложна и может включать в себя несколько этапов, таких как добавление и смешивание химикатов, флокуляция, закачка воды, насыщенной воздухом под давлением, форсунки для сброса давления, резервуар для фильтрации и быстрая фильтрация.По этой причине обычно не рекомендуется использовать этот процесс в небольших коммунальных системах водоснабжения.

7.4 Технология многоступенчатой ​​фильтрации

Технология многоступенчатой ​​фильтрации (MSF) представляет собой комбинацию медленной фильтрации через песок (SSF) и фильтрации через крупный гравий (CGF). Эта комбинация позволяет обрабатывать воду со значительными уровнями загрязнения, и это надежный и надежный метод очистки, который могут использовать операторы с низким уровнем формального образования.Это намного лучше, чем химическая очистка воды, для условий сельских и малых и средних муниципальных образований.

Медленная фильтрация через песок :
Очистка воды в SSF является результатом сочетания физико-химических и биологических механизмов, которые взаимодействуют сложным образом. Растворимые вещества в песчаной подушке потребляются бактериями и другими микроорганизмами. Основными физическими механизмами, способствующими удалению частиц, являются поверхностное натяжение, перехват, перенос, а также механизм прикрепления и отрыва.Блок SSF в основном состоит из конструкции, содержащей системы контроля потока и дренажа, слой надосадочной воды и фильтрующий слой. Для непрерывного питания должно быть не менее двух параллельно работающих агрегатов. Для поддержания надлежащей скорости фильтрации через выходное и входное отверстия фильтрующего слоя можно использовать регулируемый поток. В регулируемом потоке на выходе выпускной клапан постепенно открывается, чтобы компенсировать увеличение потери напора на фильтрующем материале. Уровень надосадочной воды всегда поддерживается близким к максимальному.В фильтрах с регулируемым впуском увеличение потери напора компенсируется увеличением высоты надосадочной воды. Слой надосадочной воды обеспечивает статический напор, необходимый для прохождения воды через песчаный слой. Адекватный выбор песка включает сортировку по размерам, характеризующуюся эффективным размером размера (d ₁₀ ) и коэффициентом однородности (u _c = d ₆₀ / d ₁₀ ). Песок, загружаемый в SSF, должен быть чистым и не содержать глины, земли и органических материалов.Присутствие пыли, по-видимому, приводит к высоким начальным потерям напора и ограничивает существенное развитие активной и эффективной микробной популяции в фильтрующем слое. Установки
SSF должны работать непрерывно, так как это способствует повышению качества стоков и требует меньшей площади фильтрации. После нескольких недель или месяцев работы блок SSF постепенно забивается. Соскребая верхний слой фильтрующего слоя, гидравлическая проводимость восстанавливается после вторичного периода созревания (обычно 0-10 дней).Соскобленный песок следует мыть и хранить. После нескольких прогонов фильтра эта работа приводит к постепенному уменьшению единицы глубины песчаного пласта до минимального значения (0,3 — 0,5 м). Тогда возникнет необходимость в повторной шлифовке.
Существуют большие различия в применении технологии SSF в зависимости от стандартов качества воды, качества сырой воды, типа и уровня предварительной очистки и местных условий. Даже если может быть получена высокая эффективность удаления, одна только SSF не всегда может производить воду высокого стандарта.Ограничения могут быть связаны с наличием следующих загрязняющих веществ и параметров:

• Взвешенные твердые частицы или мутность: взвешенные твердые частицы могут привести к значительному увеличению потерь напора и неблагоприятным условиям для биомассы, активной в фильтрующем слое.

• Железо и марганец: высокие концентрации железа (> 1 мг / л) могут значительно способствовать засорению блока SSF.

• Водоросли: массовый рост водорослей может вызвать быстрое снижение проницаемости фильтрующего слоя.

• Органический краситель и органический углерод: TOC и COD обычно нелегко удалить с помощью SSF.

• True color: истинный цвет удаляется SSF только в диапазоне 25-30%.

• Сильное микробиологическое заражение.

• Низкая температура: низкая температура увеличивает вязкость воды и снижает биологическую активность в песчаном слое.

• Питательные вещества: микроорганизмы, активные в песчаном дне, нуждаются в питательных веществах (углерод, азот, фосфор и сера) для своего метаболизма и роста.Полное отсутствие питательных веществ в поступающей воде может снизить эффективность SSF.

• Растворенный кислород: при низком уровне растворенного кислорода на коже фильтра могут развиться анаэробные условия. Это может вызвать серьезные проблемы с качеством воды, например неприятный запах и вкус.

Поверхностные воды с относительно умеренным или высоким уровнем загрязнения не могли быть обработаны непосредственно с помощью установок SSF.

В течение последних нескольких десятилетий были разработаны альтернативы предварительной обработки, чтобы расширить применение SSF на более бедные источники воды, не требуя квалифицированного персонала, сложного механического оборудования или химических материалов, т.е.е. седиментация, длительное хранение в бассейнах или грубая фильтрация (CMF).

Фильтрация грубой среды :
В фильтрах грубой очистки пористые среды, такие как гравий и песок, используются в качестве предварительной обработки. В динамических гравийных фильтрах вода поступает в установку и проходит через мелкий гравий в дренажную систему. При умеренном уровне SS в исходной воде этот мелкий гравий в конечном итоге забивается. Если происходят быстрые изменения, засорение может происходить намного быстрее. В конце концов, гравийный слой будет заблокирован, и весь объем воды будет просто стекать по забитой поверхности в отходы, защищая последующие этапы обработки, которые труднее поддерживать.В зависимости от направления потока в слое гравия вторым этапом обработки являются системы с восходящим, нисходящим или горизонтальным потоком. Потеря напора в CMF невелика, обычно несколько сантиметров, с максимальным значением около 0,30 м. Поскольку блоки CMF в небольших системах водоснабжения работают с низкими значениями расхода и низкого давления, некоторые упрощенные клапаны, заслонки и водосливы могут использоваться вместе с более коммерческими гидравлическими устройствами. Основными критериями для проектирования CMF являются эффективность удаления и потери напора, связанные с удержанием частиц в фильтрующем слое.Фильтрующий материал должен иметь большую площадь поверхности для улучшения удаления частиц и высокую пористость, позволяющую накапливать отделенные твердые частицы. Испытания показали, что ни шероховатость, ни форма фильтрующего материала не оказали большого влияния на эффективность фильтра. Обычно используется гравий, но также можно использовать битый кирпич, пальмовое волокно и пластик.
Работа на установках CMF требовала частого (по крайней мере, ежедневного) контроля притока и стока, а также качества фильтрованной и сырой воды.Техническое обслуживание связано в основном с процессом очистки. Чтобы облегчить это, необходимо построить как минимум два блока параллельно. Рекомендуется частая очистка CMF, чтобы ограничить развитие потери напора и избежать проблем в работе.

В целом результаты работы MSF очень удовлетворительны. Тем не менее, производительность может отличаться в разных регионах мира. Многое зависит от характеристик сырой воды (мутность, SS, гранулометрический состав, температура, истинный цвет) и частично от сезонных климатических колебаний.MSF может адаптироваться к типу сырой воды и концентрации загрязнения. Технология MSF обладает огромным потенциалом для снижения физико-химического и бактериологического риска, связанного с поверхностными источниками воды.

Экономическая эффективность систем MSF увеличивается с увеличением размера системы. Стоимость эксплуатации и обслуживания в основном определяется затратами на рабочую силу. Капитальные и текущие расходы увеличиваются с увеличением уровня загрязнения их сырой воды.

7.5 Быстрая фильтрация

Песок также является материалом, обычно используемым для быстрой фильтрации, но используется гораздо более крупный песок, чем в SSF, с эффективным размером зерна в диапазоне 0,4–1,2 мм. Скорость фильтрации намного выше, обычно от 5 до 15 м ³ / м ² * ч. Этот крупнозернистый песок позволяет примесям проникать глубоко в фильтрующий слой, давая ему высокую способность удерживать отложенные примеси. Очистка быстрых фильтров осуществляется путем обратной промывки: большой поток чистой воды направляется обратно через фильтрующий слой.Эта промывочная вода уносит отложившийся материал, который забивал фильтр. Очистка быстрых фильтров выполняется быстро и может выполняться по мере необходимости даже каждый день. Лимит налагается только на количество использованной чистой воды.

Быстрая фильтрация как множество применений: ее можно использовать для удаления железа и марганца, как правило, в сочетании с аэрацией, в качестве предварительной обработки для снижения нагрузки на следующие SSF или для очистки воды, очищенной путем коагуляции, флокуляция и седиментация.Быстрые фильтры могут работать под действием силы тяжести или под давлением, вода может течь вверх или вниз, и их можно размещать последовательно или параллельно.

Операция : во время фильтрации вода поступает в фильтр через впускной клапан, движется вниз к фильтрующему слою, протекает через него, проходит нижнюю дренажную систему, расположенную на дне, и вытекает через другой клапан. Из-за постепенного закупоривания пор сопротивление слоя фильтра нисходящему потоку воды будет постепенно увеличиваться.Это снизит скорость фильтрации, если она не будет компенсирована повышением уровня сырой воды над фильтрующим слоем. Устройство управления скоростью фильтрации позволит фильтрам работать с постоянным уровнем сырой воды, обеспечивая регулируемое сопротивление потоку воды. Они открываются постепенно и автоматически, чтобы компенсировать увеличение сопротивления слоя фильтра и поддерживать постоянные рабочие условия. Когда регулятор скорости фильтрации полностью открыт, засорение фильтра не может быть дополнительно компенсировано, и скорость фильтрации будет падать.Фильтр выведен из эксплуатации для обратной промывки. Другой вариант — работа с постоянным уровнем воды. В этом случае скорость фильтрации можно регулировать скоростью подачи сырой воды, которую можно легко регулировать для удовлетворения потребности в фильтрованной воде.
Другие опции, широко используемые в Европе и Северной Америке, — это переменный уровень воды с постоянным или понижающимся контролем расхода. Последняя является наиболее простой системой и рекомендуется для небольших водоочистных сооружений в развивающихся странах. В этом виде RF все фильтры имеют открытое соединение как с трубопроводами неочищенной, так и с фильтрованной водой.Следовательно, у них примерно одинаковый уровень сырой воды и уровень фильтрованной воды, так что они работают под одним напором. Скорость фильтрации, напротив, будет другой: более высокая у фильтров, только что очищенных обратной промывкой, и самая низкая для самых продолжительных проходов в текущем цикле наполнения. Подача воды должна быть достаточно высокой, чтобы удовлетворить потребность в фильтрованной воде. Во время фильтрации слой фильтра постепенно забивается, и уровень сырой воды во всех фильтрах будет повышаться. Блок фильтра, который проработал дольше всего, сначала достигнет максимально допустимого уровня воды, поэтому он будет остановлен и промыт.После очистки этот фильтр будет иметь наименьшее сопротивление, поэтому значительная часть воды будет проходить через него, уменьшая нагрузку на другие фильтры. Когда во втором фильтре будет достигнут максимальный уровень сырой воды, он будет промыт обратной промывкой и так далее.

Для проектирования RF необходимо выбрать следующие параметры: размер зерна фильтрующего материала, толщина фильтрующего слоя, глубина надосадочной воды и скорость фильтрации. Эти проектные факторы должны основываться на опыте, полученном на существующих станциях, или на результатах, полученных на пилотных установках.Резервуар фильтра обычно изготавливается из железобетона, прямоугольного сечения и с вертикальными стенками. Для защиты арматурных стержней от коррозии необходимо предусмотреть достаточное бетонное покрытие. В прошлом было разработано множество дренажных систем, но они либо слишком дороги, либо не могут гарантировать и равномерное распределение воды по всей глубине фильтрующего слоя. Значительное внимание следует уделить составу песка.

Из-за их сложной конструкции и конструкции, а также необходимости квалифицированной эксплуатации фильтры RF не очень подходят для применения в деревенских водоочистных сооружениях, особенно если они используются в качестве финальных фильтров при очистке мутной речной воды, где требуется бактериологическая безопасность. затем следует обеспечить хлорирование со всеми связанными с этим трудностями.Самая большая трудность, с которой сталкиваются при быстрой фильтрации в деревенском масштабе, — это процесс обратной промывки: использовать насос для промывочной воды неэкономично. Единственное эффективное и удобное применение RF — это грубая фильтрация, которая используется, когда мутность притока к медленным песчаным фильтрам превышает 25 мг / л. Такая предварительная обработка защищает песочные фильтры от быстрого засорения.

7.6 Технология опреснения

Из-за нехватки воды конкуренция за воду между муниципальными пользователями и ирригационными системами может резко возрасти.Некоторые эксперты предсказывают, что в этом столетии опресненная вода станет важным источником воды, поскольку 70% населения живут в пределах 50 миль от моря. Опреснение может обеспечить устойчивое водоснабжение многих муниципалитетов и предприятий. Это может быть предпочтительная технология для развития промышленности в регионах с дефицитом воды в Азии, Африке и Южной Америке.

Вода обычно делится на три категории в зависимости от общего содержания растворенных твердых веществ (TDS). Пресная вода обычно покрывает воду с TDS до 1.000 мг / л, солоноватая вода от 1.000 до 10.000 мг / л и морская вода выше 35000 мг / л. «Сложная» солоноватая вода имеет концентрацию TDS выше 10.000 мг / л.

Технологии опреснения в основном можно разделить на два типа: технология термического опреснения и технология мембранного опреснения. Термическая технология включает:

• Многоступенчатая флэш-дистилляция (MSF): вода нагревается до 110 градусов Цельсия и затем проходит через камеры (ступени) пониженного давления.В результате вода испаряется, образуя пар, который конденсируется за счет теплообмена с питательной водой. Таким образом восстанавливается испарение (конденсация). На практике из одной тонны пара производится около 9 тонн дистиллята. Масштабирование может быть проблемой, но не так актуально, как для многоступенчатой ​​дистилляции.

• Многоступенчатая дистилляция (MED): дистилляция происходит в серии камер (или эффектов), работающих при все более низком давлении, что обеспечивает более низкую температуру кипения морской воды при каждом последующем воздействии.Теплообменные трубки в первом эффекте нагреваются паром от котла или турбины. Холодная морская вода либо распыляется, либо распределяется по поверхности трубы испарителя тонкой пленкой, что способствует быстрому кипению и испарению. Пар, поступающий в трубки, конденсируется (внутри трубок) в чистую воду. Пленка морской воды, образовавшаяся снаружи трубок, закипает, поскольку она поглощает тепло от пара внутри трубок. Пар из морской воды вводится в трубы теплообменника для следующего эффекта.В этом процессе обычно бывает 8-16 эффектов. Образование накипи — основная проблема, которую нужно избегать. В процессе MED можно получить до 15 тонн дистиллята на тонну пара.

• Сжатие пара (VC): морская вода, предварительно нагретая в теплообменнике исходящими потоками концентрата и пресной воды, распыляется на трубы теплообменника. Он закипает и частично испаряется. Пар поступает в компрессор, где он сжимается, повышая его температуру насыщения.Пар конденсируется внутри теплообменных трубок и выделяет тепло конденсации для испарения предварительно нагретой и переработанной морской воды снаружи. Мощность парокомпрессионных установок зависит от размера компрессоров. Блоки обычно используются для небольших приложений в удаленных местах.

Мембранная технология включает:

• Электродиализ (ED): электроды, подключенные к внешнему источнику постоянного тока, помещаются в емкость с соленой водой, так что электрический ток переносится через раствор ионами.Они имеют тенденцию мигрировать к электроду с противоположным зарядом. Чтобы преодолеть обратную диффузию ионов в объем, между электродами помещают полупроницаемые мембраны. Чтобы предотвратить образование накипи, электрический ток меняется на противоположный, и пресная вода и рассол обмениваются внутри мембранного пакета несколько раз в час, так что загрязняющие и накипные составляющие вымываются.

• Обратный осмос (RO): RO представляет сегодня быстрорастущий сегмент рынка опреснения.Под любой системой обратного осмоса является полупроницаемая мембрана, которая позволяет очищаемой жидкости проходить через нее, отклоняя высокий процент нежелательных компонентов. В системах обратного осмоса разница динамического давления должна быть больше осмотического давления, чтобы направить поток в обратном направлении и направить воду со стороны морской воды через мембрану на сторону чистой воды. Расход пермеата пропорционален этой разнице. Предварительная обработка питательной воды необходима для предотвращения загрязнения и / или образования накипи, что приводит к снижению проницаемости и необходимому более высокому давлению.Обычно предварительная обработка состоит из фильтрации для удаления SS и дозирования кислоты или кислоты / антискаланта для предотвращения осаждения, но это зависит от местоположения. Мембраны для обессоливания обратного осмоса изготавливаются из различных полимерных материалов и могут иметь две возможные конфигурации: полое волокно или спиральная намотка. Для повышения давления питательной воды используется насос: давление подачи обычно в 2-3 раза превышает осмотическое давление. Важным параметром при проектировании системы обратного осмоса является скорость извлечения, определяемая как отношение потока пермеата к потоку исходного материала.

Во всех типах технологий обессоливания соленая вода разделяется на два потока: поток пресной воды с низкой концентрацией соли и поток рассола или концентрата с высокой концентрацией соли. Как дистилляция, так и мембранные процессы широко используются для опреснения морской воды, а RO также применяется для солоноватой воды и воды с низкой соленостью. Electrodialisys (EC) подходит только для пресной или солоноватой воды. Энергозатраты на RO и ED для солоноватой воды и воды с низкой соленостью намного ниже, чем в процессах дистилляции.Около 50% недавно установленных мощностей по опреснению морской воды основано на технологии обратного осмоса. Значительный рост этой технологии обусловлен более низким потреблением энергии, более низкими удельными инвестиционными затратами, более коротким временем строительства завода и легким увеличением производительности мембранных систем по сравнению с системами дистилляции.

Установкам для термического опреснения требуется большое количество тепловой энергии в виде пара и электроэнергии (2-4 кВтч / м ³ ). Обычно они присоединяются к электростанциям, где имеется пар для выработки тепловой энергии.Общее потребление энергии системами опреснения выше по сравнению с системами обратного осмоса. Системы обратного осмоса требуют только электроэнергии (3-6,5 кВтч / м ³ ). Значительные улучшения в регенерации энергии и мембранах обратного осмоса недавно снизили эту энергию примерно до 2,5–3 кВтч / м ³ .

Двойные опреснительные установки (термическая дистилляция + электростанция) неудобны в сельской местности и малых городах из-за высоких капитальных затрат по сравнению с объемами производства. Технологии мембранного опреснения не распространены в системах водоснабжения небольших населенных пунктов из-за наличия необходимых механических частей и чувствительных мембран.Эти технологии могут быть рассмотрены в ситуациях, когда невозможно найти достаточное количество пресной воды, и вода должна доставляться грузовиками издалека. В таких ситуациях опресненная вода может быть дешевле. Прежде чем принять решение о выборе технологии опреснения, все другие варианты источников воды должны быть рассмотрены на предмет долгосрочной осуществимости и устойчивости.

7.7 Дезинфекция

Дезинфекция — это уничтожение или полная инактивация вредных микроорганизмов, присутствующих в воде.Считается последним этапом водоподготовки. В небольших сообществах он может применяться на уровне домохозяйств, если население рассредоточено, или на центральном уровне в сообществах с высокой плотностью населения. Дезинфекция может быть физической или химической.

Физическая дезинфекция:
На уровне семьи наиболее часто используются два метода физической дезинфекции:

• Кипячение: это очень эффективно, поскольку уничтожает патогенные микроорганизмы. Проблемы заключаются в том, что вода имеет плохой вкус, и вода долго остывает.

• Солнечная дезинфекция: солнечная дезинфекция использует пастеризацию, которая работает в зависимости от времени / температуры для уничтожения водяных микробов или патогенных организмов. Солнечная дезинфекция зависит от многих параметров, таких как широта, высота, время суток и т. Д., Поэтому она так и не стала популярной.

Наиболее практичным физическим методом, который можно использовать на центральном уровне, является ультрафиолетовое облучение. Ртутные лампы низкого давления используются для получения УФ-излучения с длиной волны 254 нм, которое разрушает ДНК микроорганизмов и вирусов, убивая их за короткое время.Эффективная интенсивность излучения зависит от состояния воды: такие параметры, как мутность, содержание органических веществ, железа и марганца, сильно влияют на дезинфекцию, поскольку эти элементы поглощают УФ-излучение. Эти УФ-системы очень просты в использовании и обслуживании, тем не менее, они не используются в развивающихся странах. Это может измениться в ближайшие годы.

Химические дезинфицирующие средства
Химические средства используются для уничтожения микроорганизмов. Химическое вещество, используемое в развивающихся странах, должно быть простым в обращении, транспортировке и хранении, уничтожать микробы и патогенные микроорганизмы, быстро растворяться в воде, обеспечивать остаточный эффект и легко обнаруживаться и измеряться.Очевидно, что они не должны быть токсичными и не должны придавать воде неприятный вкус, цвет или запах. Наиболее распространенными дезинфицирующими средствами, используемыми при очистке воды, являются:

• Озон: он становится очень распространенным в промышленно развитых странах, имея то преимущество, что не придает воде неприятный вкус или цвет. Озон не подходит для развивающихся стран из-за его высоких затрат на установку и эксплуатацию, необходимости надлежащего обслуживания и эксплуатации, а также потребности в непрерывном энергоснабжении.

• Йод: он широко используется для индивидуального водоснабжения и для небольших партий воды, но он не получил широкого распространения для очистки воды на более комплексной стадии (в общинах или муниципалитетах). Основная причина в том, что считается, что он вреден для людей, чувствительных к йоду, если используется в течение длительного времени, он намного дороже хлора (до трех раз) и очень летуч в водных растворах.

• Бром: он более эффективен, чем хлор и йод, во всем диапазоне pH, но не получил широкого распространения в качестве дезинфицирующего средства для питьевой воды.Это связано с тем, что им нелегко манипулировать, он не встречается. Поскольку имеется небольшой опыт в отношении его применения, его использование для небольших систем водоснабжения не рекомендуется.

• Перманганат калия: он очень эффективен, но оставляет пятна в емкости, поэтому не рекомендуется для коммунального водоснабжения.

• Серебро: оно обладает бактерицидными свойствами и не опасно для человека в небольших количествах (20-75 мкг / литр).Его дозируют непосредственно из растворов или прямым электролизом. Недостатки в том, что это не так быстро, это не очень хороший вирулицид, и он очень дорогой, даже в десять раз дороже дешевых дезинфицирующих средств. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о дезинфекции медью и серебром.

• Хлор: обеззараживание воды путем хлорирования было, пожалуй, самым важным технологическим достижением в истории очистки воды. Его внедрение вместе с фильтрацией в развивающихся странах значительно увеличило продолжительность жизни.Характеристики, которые делают его очень ценным, — это его бактерицидная активность широкого спектра и хорошая стойкость в системах водоснабжения, простота оборудования, необходимого для его дозирования, а также его экономическая эффективность и доступность даже в удаленных местах. Вещества из семейства хлора, наиболее часто используемые для дезинфекции воды, — это хлорированная известь, гипохлориты с высокой концентрацией и гипохлорит натрия. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о хлоре как дезинфицирующем средстве. Количество хлора, добавляемого в воду, называется дозой и обычно измеряется в мг / л.Остаточный хлор — это количество хлора, оставшееся после времени контакта, обычно составляющего 30 минут. ВОЗ рекомендует для надлежащей дезинфекции концентрацию остаточного хлора от 0,5 до 5 частей на миллион. Важно, чтобы этот верхний предел не превышался.

Системы дезинфекции : небольшие коммунальные системы водоснабжения должны быть спроектированы с расчетом на простоту эксплуатации и управления местным населением. Домохозяйства могут собирать дезинфицирующее средство в жидкой форме из центрального пункта распределения и использовать его для дезинфекции своих контейнеров.Химикат может быть доставлен извне или произведен на месте с помощью генератора. Важно очищать и дезинфицировать всегда новые резервуары и трубы перед их использованием. Новые колодцы и небольшие водоемы, используемые для водоснабжения, также следует дезинфицировать, чтобы избежать заражения бактериями. Часто бывает непросто подавать дезинфицирующее средство с постоянной скоростью. Если водоемы открытые, лучше провести дезинфекцию на бытовом уровне.

8. Передача воды

Передача воды означает транспортировку воды от источника до очистных сооружений и в зону распределения.Это может быть реализовано с помощью безнапорных трубопроводов, трубопроводов под давлением или их комбинации. Для небольших коммунальных систем водоснабжения наиболее распространены напорные трубопроводы, поскольку они не сильно ограничены топографией местности, которую предстоит пересечь. Безнапорные водоводы (каналы, акведуки и туннели) предпочтительны в холмистой местности или в районах, где требуемый уклон водовода более или менее совпадает с уклоном местности. Маршруты всегда нужно уточнять у членов сообщества.

Для проектирования системы передачи воды важно знать потребность в воде в день максимального потребления и количество часов, в течение которых передача может работать каждый день.Давление актуально только для напорных трубопроводов. Подсоединение потребителей к магистральным трубопроводам должно быть ограничено, чтобы давление можно было поддерживать близким к минимуму. Требуется несколько метров водяного столба, чтобы предотвратить проникновение загрязнений через неисправные соединения или детали. Большие расстояния или особая топография могут вызвать высокое давление. Чтобы ограничить максимальное давление, можно разделить маршруты на две секции с помощью бака тормозного давления. Строительство расширительных баков, воздушных судов или водонапорных башен, а также выбор надлежащего материала могут предотвратить развитие критических давлений, таких как гидравлические удары.Скорость в линиях передачи воды должна быть от минимальной для предотвращения застоя воды до максимальной для контроля потерь напора и уменьшения воздействия гидроудара. Напорная магистраль передачи обычно имеет расход от 1 до 2 м / с.

Если воду необходимо транспортировать на большие расстояния и / или на большую высоту, требуется передача с помощью насоса. Напор насоса представляет собой сумму статического напора плюс потери напора на трение для расчетной скорости потока. Потери напора для определенного расхода можно рассчитать для труб различного диаметра.Выбранный диаметр должен представлять собой выбор с наименьшими затратами с учетом капитальных вложений, затрат на обслуживание и затрат энергии на перекачку. В небольших коммунальных системах водоснабжения часто требуется значительный напор. Чаще всего выбираются насосы центробежного (радиального потока) типа для мокрых ям или сухих ям. В мокром яме насосы погружены в воду, в сухом яме насос находится в сухом помещении, отделенном стеной.

Выбор материала сильно влияет на инвестиционные затраты.Ковкий чугун и сталь — самые прочные материалы для труб и лучший выбор, когда ожидается высокое давление. В любом случае рекомендуется поддерживать максимальное давление в трубах низким, поскольку стоимость клапана и фитингов значительно возрастает для труб более высокого класса давления. По сравнению с металлическими трубами цементно-асбестовые трубы легче и удобнее в обращении. Они широко используются размером до 300 мм. Асбест не оказывает канцерогенного действия при использовании в качестве источника питьевой воды, но опасен при вдыхании.По этой причине были введены альтернативные материалы, такие как ПВХ, ПЭ или ДИ. Трубы из ПВХ обладают хорошей устойчивостью к коррозии и легко соединяются, но теряют прочность при длительном воздействии прямых солнечных лучей. Полиэтилен высокой плотности очень подходит для труб малого диаметра, поскольку он может поставляться в бухтах, что сокращает количество необходимых соединений. Полиэтилен не портится под прямыми солнечными лучами. Для трубопроводов диаметром до 200 мм предпочтительны ПВХ и ПЭ, если не ожидается высоких рабочих давлений.Если можно поддерживать низкое давление, эти трубы можно использовать также для диаметров до 500-600 мм. Чугун, высокопрочный чугун и сталь используются только для трубопроводов большого диаметра или там, где требуется очень высокое давление.

9. Водораспределение

Водораспределительные системы транспортируют воду от источника или точки водоподготовки к потребителям. Расход сильно варьируется от часов пик, когда много воды используется для мытья или питья, до часов минимального потребления ночью.В небольших коммунальных распределительных системах лучше построить балансировочный резервуар для хранения, потому что подача дизельного топлива или электроэнергии к насосам обычно ненадежна. В небольших населенных пунктах вода обычно подается для бытовых и домашних нужд, включая в некоторых случаях ирригацию. Минимального давления 15 м водяного столба обычно достаточно, чтобы избежать проникновения загрязненной просачивающейся воды.

Возможные схемы водораспределения бывают разветвленными и кольцевыми.Схема этих типов раздачи представлена ​​ниже.

A. Разветвленная система распределения B. Система распределения петлевой сети *

Разветвленные сети преимущественно используются для систем водоснабжения небольшой мощности, доставляющих воду в основном через стояки. Их недостатки — низкая надежность, опасность загрязнения, возможность накопления осадка. Кроме того, колебания потребности в воде вызывают большие колебания давления в системах. Их преимущества в том, что они просты в конструкции, а направление и расход можно легко определить для всех труб.Напротив, замкнутые распределительные сети являются более сложными, так как заказчик может поставляться с более чем одного направления. Их преимущество в том, что они имеют лучшую гидравлику и возможность подачи воды даже в случае отключения электросети при выполнении операций по очистке или ремонту.

Точки, в которых вода подается пользователям, называются сервисными подключениями. Это могут быть домовые, дворовые, групповые подключения или общественные водонапорные трубы. Подключение к дому — это водопровод с внутренней сантехникой, подключение во дворе аналогично подключению к дому с той разницей, что в нем нет внутреннего трубопровода: кран находится во дворе.Групповые соединения — это внешние отводы, общие для группы домохозяйств. Трубы для общественных стояков являются наиболее распространенным средством подключения к услугам в небольших населенных пунктах. Они выполнены из кирпича, кирпича или бетона и могут иметь платформу на разных уровнях. Каждый кран должен располагаться в удобном месте, чтобы обеспечить снабжение не менее 40-70 человек. Ходьба для наиболее удаленного пользователя должна быть ограничена до 200 м (500 м в малонаселенной сельской местности). Многоступенчатая труба может обеспечить водой до 250-300 человек. Проблемы, возникающие при использовании стояков, — это возможные потери воды и риск образования застойных бассейнов с грязной водой с опасностью для здоровья.Один из способов решения этой проблемы — оплата потребленной воды. При проектировании системы распределения воды следует учитывать возможность увеличения потребности в воде.

Суточная потребность в воде меняется в течение года. Максимум рассчитывается путем добавления 10-30% к средней дневной потребности. Гораздо большее изменение происходит в течение одного дня (почасовая вариация) с двумя пиками, одним утром и одним вечером. Пиковый коэффициент, на который умножается средняя почасовая потребность, зависит от размера и характера обслуживаемого сообщества.Как правило, он высокий для небольших деревень и более низкий для малых городов. Чтобы уравновесить почасовые колебания потребности в воде, за которыми система водоподготовки не сможет следить, вода хранится в резервуарах для обслуживания. Для их измерения расчетная почасовая потребность в воде (выраженная в процентах от общей потребности в пиковый день) отображается на графике вместе с постоянной скоростью подачи. Сумма максимальной разницы между двумя линиями в один и тот же час дает требуемый объем хранения в случае, если они работают 24 часа в сутки.Резервуар следует размещать на более высоком уровне, чем зона раздачи, но как можно ближе к нему. Если участок ровный, следует использовать приподнятые резервуары. Надземные резервуары обычно меньше по размеру и служат для незначительного уравновешивания колебаний спроса, при этом больше воды закачивается непосредственно в сеть. Наземные резервуары объемом несколько тысяч кубометров обычно изготавливаются из железобетона. Более мелкие могут быть из массивной бетонной или кирпичной кладки. Водонапорные башни изготавливаются из стали, железобетона или кирпича на бетонных колоннах.Стальные резервуары обычно размещаются на стальном или деревянном опорном каркасе.

Этапы проектирования системы распределения воды обычно следующие:

• Выбор предварительной схемы источника и типа сети;

• Распределение ареала по районам;

• Оценка численности населения каждого района;

• Расчет потребности в воде для каждого района в узловой точке;

• Расчет необходимого диаметра трубы.

Компьютерные программы, использующие моделирование, улучшили гидравлическое проектирование распределительных сетей, что позволяет выполнять очень точные и быстрые вычисления, часто подходящие для небольших сообществ или сельских распределительных систем, а также для крупных городских сетей.

Количество воды, которое может быть выставлено в счет, всегда будет меньше, чем поставленное количество (неучтенная вода). Количество воды, проходящей через кран, меньше подаваемого из-за наличия утечки. Утечка — серьезная проблема, и ее следует избегать, уменьшая дефекты труб, улучшая качество соединений, избегая коррозии, высокого давления и экстремальных температур.Регулярные проверки техническими специалистами или обслуживающим персоналом также могут помочь решить проблему. Как только утечка обнаружена, например, путем измерения расхода воды за соответствующий период, определение ее точного местоположения может стать сложной проблемой. Наиболее распространенными устройствами, используемыми для этой цели, являются акустические детекторы и детекторы шума утечки.