В системе трубопроводов используется напорный бак или компенсатор давления для поддержания желаемого давления . Приложения включают буферизацию давления воды в домах. [1]
На рисунке слева в колодце установлен погружной водяной насос . Реле давления включает водяной насос, когда он обнаруживает давление меньше P lo , и выключает его, когда обнаруживает давление больше P hi . Пока насос включен, напорный бак наполняется. Затем напорный бак опорожняется, поскольку он подает воду в указанном диапазоне давлений, чтобы предотвратить «короткий цикл», при котором насос пытается установить правильное давление, быстро переключаясь между P lo и P hi .
Простой резервуар под давлением представляет собой резервуар, в котором содержится вода, с воздушным пространством над водой, которое сжимается по мере поступления в резервуар большего количества воды. Современные системы изолируют воду от сжатого воздуха с помощью гибкой резиновой или пластиковой диафрагмы или баллона, поскольку в противном случае воздух растворится в воде и будет удален из резервуара при использовании. В конце концов воздуха станет мало или совсем не будет, и резервуар станет «затопленным», что приведет к короткому циклу работы, и для восстановления работы его необходимо будет слить. Диафрагма или мочевой пузырь сами по себе могут оказывать давление на воду, но оно обычно невелико и в дальнейшем обсуждении им пренебрегают.
Как показано на диаграмме справа, в пустом состоянии баллон под давлением обычно находится под давлением с «давлением зарядки» P c , которое обычно примерно на 2 фунта на квадратный дюйм ниже давления включения P lo (случай 1). Общий объем резервуара составляет V t . Во время использования воздух в резервуаре сжимается до давления P , и в резервуаре остается объем воды V (Случай 2). В дальнейшем развитии все давления представляют собой манометрические давления, которые являются давлениями выше атмосферного давления ( Pa , которое зависит от высоты). Закон идеального газа можно записать для обоих случаев, причем количество воздуха в каждом случае одинаково:
где N — количество молекул газа (одинаковое в обоих случаях), k — постоянная Больцмана , а T — температура в Кельвинах. Предполагая, что температура в обоих случаях одинакова, приведенные выше уравнения можно решить для определения зависимости давления/объема воды в резервуаре:
Резервуары обычно характеризуются их общим объемом V t и «просадкой» ( ΔV ), которая представляет собой количество воды, которое будет выброшено из резервуара при изменении давления в резервуаре от P hi до P lo , которые устанавливаются реле давления: [ 2] [3]
Теперь можно увидеть причину давления наддува: чем больше давление наддува, тем больше просадка. Однако давление зарядки выше P lo не позволит насосу включиться, когда давление воды ниже P lo , поэтому оно поддерживается немного ниже P lo . Еще одним важным параметром является коэффициент депрессии ( f ΔV ), который представляет собой отношение депрессии к общему объему резервуара:
Этот коэффициент не зависит от размера резервуара, поэтому понижение давления можно рассчитать для любого резервуара, учитывая его общий объем, атмосферное давление, давление зарядки и предельные давления, устанавливаемые реле давления.