Напорный бак

Компенсатор давления мембранного типа в бытовой ливневой системе, на заднем плане - насос и реле давления Square D.

Резервуар высокого давления или компенсатор давления используются в системе трубопроводов для поддержания желаемого давления . Приложения включают буферизацию давления воды в домах. ^[1]

Простая система контроля воды в колодце

Простая система управления водяной скважиной

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 представлял собой резервуар, в котором содержалась вода, с воздушным пространством над водой, которое сжималось 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 обычно оно невелико и в дальнейшем обсуждении им пренебрегают.

Случай 1 — пустой бак при давлении зарядки P _c (манометрическое). Общий объем резервуара составляет V _t . Случай 2 представляет собой действующий резервуар с давлением воздуха P (манометрическое) и объемом воды V.

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 являются манометрическими, то есть давлением выше атмосферного давления ₍ Pa , которое зависит от высоты). Закон идеального газа можно записать для обоих случаев, причем количество воздуха в каждом случае одинаково:

${\displaystyle (P_{\text{c}}+P_{\text{a}})V_{\text{t}}=NkT\qquad {\text{Case 1}}}$

${\displaystyle (P+P_{\text{a}})(V_{\text{t}}-V)=NkT\qquad \mathrm {Case2} }$

где N — число молекул газа (одинаковое в обоих случаях), k — постоянная Больцмана и T — температура . Предполагая, что температура в обоих случаях одинакова, приведенные выше уравнения можно решить для определения зависимости давления/объема воды в резервуаре:

${\displaystyle V(P)=V_{\text{t}}{\frac {P-P_{\text{c}}}{P+P_{\text{a}}}}}$

${\displaystyle P(V)={\frac {P_{\text{a}}V+P_{\text{c}}V_{\text{t}}}{V_{\text{t}}-V}}}$

Резервуары обычно характеризуются их общим объемом V _t и «просадкой» (Δ V ), 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]}

${\displaystyle \Delta V=V(P_{\text{hi}})-V(P_{\text{lo}})=V_{\text{t}}{\frac {(P_{\text{a}}+P_{\text{c}})(P_{\text{hi}}-P_{\text{lo}})}{(P_{\text{hi}}+P_{\text{a}})(P_{\text{lo}}+P_{\text{a}})}}}$

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 водоразбора ( f _{Δ V} ), который представляет собой отношение водоразбора к общему объему резервуара:

${\displaystyle f_{\Delta V}={\frac {(P_{\text{a}}+P_{\text{c}})(P_{\text{hi}}-P_{\text{lo}})}{(P_{\text{hi}}+P_{\text{a}})(P_{\text{lo}}+P_{\text{a}})}}}$

Этот коэффициент не зависит от размера резервуара, поэтому спуск можно рассчитать для любого резервуара, учитывая его общий объем, атмосферное давление, давление зарядки и предельные давления, устанавливаемые реле давления.

Смотрите также

• Герметик (атомная энергетика)

Рекомендации

1. «Резервуары под давлением - нужны ли они мне?». Просто водяные насосы . 30 сентября 2022 г. Проверено 30 сентября 2022 г.
2. Пеликан, Боб (1 февраля 2006 г.). «Как рассчитать и контролировать просадку резервуара под давлением». Бурильщик . Проверено 29 мая 2022 г.
3. Просадка проще выражается в абсолютном давлении:

   ${\displaystyle \Delta V=V_{\text{t}}P_{\text{c}}\left({\frac {1}{P_{\text{lo}}}}-{\frac {1}{P_{\text{hi}}}}\right)}$

Библиография

• Колдер, Н. (2005). Руководство по механике и электрике Boatowner: Как обслуживать, ремонтировать и улучшать основные системы вашей лодки. Макгроу-Хилл Образование. ISBN 978-0-07-178406-1. Проверено 30 сентября 2022 г.

Внешние ссылки

• Прям, Танки. «Погружные водяные насосы – водоотливные насосы». Танки Директ . Проверено 30 сентября 2022 г.