В системе холодного водоснабжения, где температура воды редко выше 20–25 °С, мембрана работает кратковременно, резко и динамично и при подъеме давления в системе, и при опорожнении бака. Причем известно, что бак-гидроаккумулятор способен вернуть в систему не более 30 % своего объема, т. е. бак 100 л «впрыснет» в систему только 25–30 литров.
Как было рассмотрено выше, независимо от сферы применения баков, все они состоят из одинаковых составных элементов: корпус, мембрана, ниппель, крышка ниппеля. В баках со сменной мембраной добавляются фланец и контрфланец.
2.3.1. Корпус
Все мембранные баки, производимые для мировых рынков, выпускаются в соответствии с международным стандартом DIN EN 13881 для бытовых баков и DIN 1988 – для промышленных.
Стандарт допускает изготовление корпусов как из двух половин, изготовленных из особо пластичной углеродистой стали, так и из сварной обечайки с приваренными к ней донышками. Как правило, последним способом изготавливаются емкости более 500 литров.
Также встречаются корпуса из легированной стали в баках питьевого водоснабжения, но ввиду их дороговизны большого распространения не имеют.
Некоторые производители (Reflex) эмалируют внутреннюю поверхность баков для питьевого водоснабжения для исключения контактов питьевой воды со стальным корпусом.
Многие производители осмотических фильтров из Тайваня и Китая изготавливают полипропиленовые корпуса из двух половинок (8, 12, 18, 24, 35 литров), сваренных между собой трением (рис. 5).
Рис. 5. Полипропиленый бак для систем обратного осмоса
2.3.2. Мембраны
Важнейший элемент любого бака – мембрана.
Говоря о качестве бака, как правило, имеют в виду качество и надежность именно мембраны.
Естественно, различные конструкции баков предопределяют форму мембран (цилиндрическая, сферическая, диафрагменная (лепестковая).
При выборе производителя бака следует обратить внимание на:
• материал мембраны;
• рабочие характеристики (температура, количество циклов работы);
• наличие санитарно-гигиенического заключения.
Несмотря на то, что в Европе существует единый стандарт на мембраны DIN 480T3, многие производители умудряются делать «облегченные» мембраны, уменьшая толщину стенки. Либо добавляют в материал костную муку (Китай), сажу и другие удешевляющие компоненты. Все это приводит к преждевременному выходу из строя мембраны и вредит репутации производителей баков. По мнению автора, мембраны наилучшего качества выпускаются компанией Oldratti (Италия).
Разнообразны материалы, из которых изготавливаются мембраны.
EPDM (Ethylene-Propylene-Diene-Monomer) – этилен – пропилен-диен-мономер (тройной полимер, состоящий из трех отдельных мономеров). Гибкая резиновая основа создается при добавлении в смесь малого количества диена. EPDM бывает усиленным и неусиленным, а также в вулканизированном и невулканизированном состоянии.
Данный материал эластичен, хорошо выдерживает температура до 95 °С, может применяться для санитарной воды. Главное его преимущество – долговечность. Мембраны из него выдерживают 100 тыс. циклов динамического нагружения. Цвет – черный (рис. 6).
Рис. 6. Мембрана EPDM
BUTYL – синтетическая бутиловая резина, менее эластичная, чем резина из EPDM, но обладает меньшей водопроницаемостью при высоких температурах. Применима для работы до 110 °С. Выдерживает до 60 тыс. циклов динамического нагружения. Цвет – черный.
Резина из натурального каучука – натуральная резина для питьевой и непитьевой воды. Диапазон рабочих температур – до 40 °С. Наиболее эластичная резина, но обладает наименьшей стойкостью. Выдерживает до 5 тыс. циклов реального рабочего нагружения. Цвета – от серого до желтого (рис. 7).
Рис. 7. Мембрана из натурального каучука
SBR (Styrene-Butadiene Rubber) – стиролбутадиеновая резина; вид синтетической резины, применяемой только для систем отопления. Один из самых дешевых материалов. Допустимый диапазон эксплуатации до 100 °С. Менее эластична, чем перечисленные выше материалы. Цвет – черный.
NBR (Nutril-Butadiene Rubber) – материал, используемый для изготовления мембран, которые работают в таких активных средах как масло, топливо, фенолы. Температура эксплуатации – от –10 до +100 °С. Цвет – черный.
Находят применение и хлорбутиловые мембраны, что обусловлено конкретными технологическими процессами, для которых мембраны предназначены. Это наиболее долговечные и экологически чистые (но и одни из самых дорогих) материалы, используемые в пищевой промышленности. В табл.1 представлены требования стандарта и технические характеристики наиболее часто применяемых материалов при изготовлении мембран для рассматриваемого оборудования.
Таблица 1. Требования стандарта и технические характеристики наиболее часто применяемых материалов при изготовлении мембран (по материалам брошюры А. Торопова «Расширительные баки и гидроаккумуляторы»)
Как нам известно, в настоящее время проходят испытания лепестковые мембраны из полиэтилена, полипропилена и металлические мембраны.
Мы лишь можем дать рекомендации применять мембраны хорошо известных производителей и скептически относиться к заявлениям новых малоизвестных (особенно китайских) фирм. Но не будем забывать, что мембраны также изнашиваются, средний срок службы мембраны 3–5 лет. После этого рекомендуется заменить мембрану в баке-гидроаккумуляторе либо целиком расширительный бак.
Рис. 8. Резьбовое крепление ниппеля
Рис. 9. Приварной ниппель
2.3.3. Ниппель
Для создания противодавления в баках, которое помогает элластичной мембране «выдавливать» воду, к корпусу бака крепятся ниппели.
Как правило, в баках применяются стандартные ниппели 145 х 21 мм, с пластиковыми колпачками. Поставщиками ниппелей являются специализированные компании. В большинстве баков ниппели крепятся к корпусу посредством резьбового соединения. В баках с лепестковыми мембранами ниппель приварной. Такой способ крепления представляется нам более надежным и долговечным.
2.3.4. Фланец и контрфланец
Большим преимуществом всех разборных баков является возможность смены мембраны. И если баки для отопления производители научились выпускать с лепестковой несменной мембраной (в основном, из-за более низкой себестоимости), то баки-гидроаккумуляторы на 100 % имеют сменные мембраны.
Для разборки бака, ревизии ниппеля и для крепления мембраны в конструкцию бака включено фланцевое соединение. Исходя из рабочего давления толщина фланцев не превышает 3,2 мм (китайские обычно 2,4–2,7 мм). Фланцы для баков 5–18 литров имеют по четыре крепежных отверстия. Баки большего объема комплектуются контрфланцами с шестью отверстиями (рис. 10).
Рис. 10. Контрфланец
Применяются контрфланцы различных конструкций, материалов и способов изготовления. Обычные фланцы изготавливаются из углеродистой стали той же толщины, что и фланцы, и после приварки штуцера 3/4’’ либо 1’’ хромируются. По центру контрфланца выполняется сеточка рассекателя струи. Некоторые производители применяют цельнотянутые фланцы и в таком случае рассекатель струи сделан из полипропилена.
Для работы в установках питьевой воды и в обратноосмотических станциях контрфланец может быть выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
И наконец, для монтажа насосных станций с пластиковым корпусом применяют баки с пластиковыми фланцами (полипропилен, армированный фиберглассом). Такие контрфланцы дают возможность установки на них манометров и реле давления (рис. 11).
Рис. 11. Контрфланец из пластика
3. Основные схемы установки
Для систем отопления и внутреннего теплоснабжения в жилом, гражданском и промышленном строительстве в качестве теплоносителя применяется в основном вода. Вода циркулирует в трубах либо под действием сил гравитации (естественная циркуляция), либо побуждаемая циркуляционным насосом.
Разумеется, в таких системах для их защиты необходим расширительный бак. На рис. 12 показана принципиальная схема установки открытого (соединенного с атмосферой) расширительного бака. Обычно такие схемы применяются для отопления помещений небольшой площади (до 150–200 м2). Расширительный бак должен устанавливаться выше самой верхней точки системы. Конструктивно зеркало жидкости свободно контактирует с атмосферным воздухом. Основное требование при установке любого расширительного бака – между системой отопления и баком не должно быть запорных устройств.
