Expanzní nádrž chladiče

V hydraulických systémech chladičů, kde chladicí kapalina cirkuluje v uzavřeném objemu, plní expanzní nádrže klíčovou funkci. Když se změní teplota chladicí kapaliny, mění se i její objem: zvětšuje se, když teplota stoupá, a zmenšuje se, když klesá. Tato změna objemu v uzavřeném systému může vést ke zvýšení vnitřního hydrostatického tlaku, což je obzvláště nebezpečné v místech spojení potrubí.

Typy expanzních nádrží a jejich funkce

• Otevřené nádržeKomunikují s atmosférou, umožňují přebytečné vodě odtékat do kanalizace a fungují jako odlučovač vzduchu a odvzdušňovací ventil.
• Uzavřené nádrže bez membrányMají nastavitelný přetlak pro kompenzaci zvýšení objemu chladicí kapaliny.
• Uzavřené membránové nádržeNejúčinnější pro udržení tlaku v systému a kompenzaci tepelné roztažnosti kapaliny.

Funkce expanzní nádrže v uzavřeném hydraulickém systému

• Kompenzace změn objemu chladicí kapalinyAbsorbuje přebytečnou vodu během ohřevu a kompenzuje její ztrátu během chlazení.
• Udržování konstantního tlakuZajišťuje stabilitu tlaku v systému, včetně udržování hydrostatického tlaku při vypnutých čerpadlech.
• Regulace přetlakuUdržuje tlak v systému v daném rozsahu.
• Řízení hladiny vody a řízení napájecího čerpadlaSignalizuje stav hladiny vody a řídí provoz napájecích čerpadel.
• Odstranění přebytečné vody a funkce odlučovače vzduchuV otevřených systémech expanzní nádrž odstraňuje přebytečnou vodu a odděluje vzduch.

V praxi se nejčastěji používají uzavřené expanzní nádrže se vzduchovým nebo plynovým „polštářem“. Nádrže jsou hermeticky uzavřené, což pomáhá snižovat korozi v potrubí a systémových prvcích během provozu; zajišťují proměnný tlak v širokém rozsahu. Použití uzavřených expanzních nádrží snižuje náklady na instalaci, protože není nutné instalovat nádrže v nejvyšších bodech systému.

Uzavřená expanzní nádrž s membránou je ocelová válcová nádoba rozdělená na dvě části pryžovou membránou, z nichž jedna část obsahuje plyn (obvykle dusík) pod určitým tlakem, druhá část je připojena k hydraulickému systému a naplněna vodou, viz obr. 16.

V nefunkčním stavu je membrána v poloze – a), při plnění hydraulického systému chladicí kapalinou je membrána v mezilehlé poloze –

b) když se kapalina zahřívá, její objem se zvětšuje a membrána se ohne do polohy –

c) Pokud je objem expanzní nádrže zvolen menší, než je nutné, může tlak v nejnižších bodech systému překročit maximální povolenou hodnotu. Při poklesu teploty chladicí kapaliny může být tlak v nejvyšších bodech systému nižší než maximální požadovaný tlak.

• Objem chladicí kapaliny v hydraulickém systému;
• Vypočítaná teplota a vlastnosti chladicí kapaliny v systému;
• Rozsah změn tlaku v systému (od minima po maximum);
• Tlak oběhového čerpadla;
• Umístění expanzní nádrže.

Formulář pro výběr expanzní membránové nádrže pro uzavřený systém

Tabulka 3. Hodnota součinitele tepelné roztažnosti nosičů tepla β_t

Příklad: při teplotě vody 0 °C je její hustota ρ = 0,9998 kg/dm3 a při 100 °C bude hustota ρ₁₀₀ = 0,9583 kg/dm3. Protože měrný objem v je nepřímo úměrný hustotě (v = 1/ρ), bude kolísání objemu vody: Δv = v₁₀₀ – v=1/ρ₁₀₀ – 1/ρ = 1/0,983 – 1/0,9998 = 1,0435 – 1,0002 = 0,0433. Takže když se voda zahřeje z 0 na 100 °C, její objem se zvětší o 4,33 % oproti původnímu objemu.

Jak funguje expanzní nádoba?

Expanzní nádrž v chladicím systému hraje klíčovou roli v udržování optimálního tlaku a kompenzaci tepelné roztažnosti pracovní kapaliny (často vody nebo chladiva). Funguje to takto:

Princip fungování expanzní membránové nádrže

• Membrána uvnitř nádržeUvnitř nádrže se nachází membrána (neboli membrána), která ji dělí na dvě části. Jedna část je naplněna kapalinou ze systému a druhá je naplněna plynem (obvykle dusíkem).
• Vyrovnání tlakuKdyž se objem kapaliny v systému zvýší v důsledku ohřevu, kapalina posouvá membránu v nádrži a zvětšuje její naplněnou část. Toto zvětšení objemu v nádrži kompenzuje zvýšení tlaku v systému. Když se kapalina ochladí a její objem se zmenší, membrána se vrátí do původní polohy a vytlačí kapalinu zpět do systému.
• PředtlakV plynové části nádrže je udržován určitý předběžný tlak. Tento tlak je volen s ohledem na vlastnosti systému a zajišťuje optimální funkci membrány pro kompenzaci změn objemu kapaliny.

Role v chladicím systému

V chladicím systému zajišťuje expanzní nádrž stabilní provoz tím, že zabraňuje nadměrnému tlaku nebo podtlaku v systému, ke kterému může dojít v důsledku změn teploty chladicí kapaliny. Tím přispívá ke spolehlivosti a účinnosti chladicího zařízení a zabraňuje možnému poškození systému.

Výběr membránové expanzní nádrže

Doporučuje se určit dostatečný objem membránové expanzní nádrže pomocí vzorce:

kde C – celkový objem chladicí kapaliny v topném systému, l. Zahrnuje objem vody v potrubí, kotli, radiátorech a dalších prvcích systému. Tento ukazatel se vypočítává na základě skutečné kapacity každého prvku systému; P až _min – počáteční (nastavený) absolutní tlak v expanzní nádrži, bar; P až _max – maximální možný absolutní tlak v expanzní nádobě, bar.

Při provádění výpočtů ve fázi technického a ekonomického zdůvodnění je přípustné předpokládat specifickou kapacitu topného systému 15 l/kW.

Hodnoty koeficientu tepelné roztažnosti chladicí kapaliny β_t, odpovídající maximálnímu rozdílu teplot vody v nepracovním a provozním systému, se doporučuje převzít z tabulky 3.

Nastavení absolutního tlaku se vypočítá podle vzorce:

kde P až – atmosférický tlak, bary; P st _max – statický tlak v nejnižším bodě systému, bary; Н_Б – převýšení bodu připojení nádrže nad nejnižším bodem systému, m; h₂ – výška středu nádrže nad bodem připojení, m.

Pokud se nádrž nachází pod bodem vložení h₂ je nahrazeno znaménkem mínus.

Absolutní maximální možný tlak v expanzní nádobě:

kde P_PC – nastavení tlaku pojistného ventilu, bary; P st _Б – statický tlak v úrovni instalace pojistného ventilu, bar; P st _PC – statický tlak v úrovni vložení do systému membránové nádrže, bar.

Expanzní nádoba (expansomat) je důležitým prvkem topného systému, indikátor vyrovnání tlaku a udržení objemu chladicí kapaliny při jeho tepelném roztahování a smršťování.

Před instalací zařízení je nutné správně vypočítat jeho objem.

Funkce expanzní nádrže

Podle fyzikálních zákonů voda při zahřátí 10 stupňů zvětšuje objem na% 0.3.

Pro malé množství vody je tento jev sotva patrný, ale pro tunu nebo několik tun, které jsou v topném systému, je to významný ukazatel.

Vzhled dalšího objemu vody může ovlivnit stav topných trubek nebo vést k jejich poškození. Aby se zabránilo takové situaci, je instalována expanzní nádrž.

Jeho funkce jsou následující:

1. Odstraňuje přebytečnou vodu ze systému při jeho zahřívání.
2. Poskytuje potřebný tlak a zabraňuje jeho náhlému zvýšení (vodní ráz).
3. Odstraňuje vzduch z topného systému, který na něj působí destruktivně.

Vzduch, původně rozpuštěný ve vodě, se při zahřívání začne aktivně uvolňovat (při vysokých teplotách dosahuje číslo 90 %). Spolu s chladicí kapalinou se tento vzduch přesouvá do nádrže, kde se hromadí a následně je vypouštěn ven.

Odrůdy

Podle provedení se dělí na otevřené a uzavřené.

Otevřít

Jedná se o nádrže válcového nebo obdélníkového tvaru, které namontované v nejvyšším bodě topného systému (často v podkroví). Nádoba je připojena k přívodu vody pro doplnění zásob vody a ke kanalizačnímu systému pro odstranění přebytečné chladicí kapaliny.

Foto 1. Otevřená expanzní nádrž. Jednotka je obdélníkového tvaru, instalovaná v horním bodě topného systému.

Nevýhodou tohoto typu zařízení je, že Neexistuje žádné automatické nastavení hladiny vody. Množství kapaliny v něm budete muset kontrolovat vizuálně a pro přidání vody otevřete ventil před přívodní trubkou. Další nepříjemností je složitá instalace, protože nádrž má značnou hmotnost a bude se muset zvednout do podkroví. Vzhledem k popsaným nuancím byl tento typ zařízení téměř nahrazen uzavřenými nádržemi.

Zavřeno

Výstavba kulový nebo oválný se dvěma komorami uvnitř: jeden pro vzduch a druhý pro vodu přicházející z topného systému. Jsou od sebe odděleny membránou, což je zásobník podobný pryžovému vaku, který se může roztahovat a stahovat.

Když voda vstoupí do první komory membrána se natáhne a vzduch opustí druhou komoru přes speciální ventil. Když se kapalina ochladí, membrána se začne vracet do své původní polohy a vytlačuje vodu zpět do topného systému.

Foto 2. Poměrně jednoduché zařízení pro uzavřenou expanzní nádrž. Šipky označují komponenty.

V závislosti na typu membrány Existují dva typy uzavřených expanzních nádrží:

1. Vybaveno neodnímatelnou membránovou membránou

Provedení je vysoce odolné díky výrobě lisováním za studena. Nádrže tohoto typu mají navíc antikorozní povrchovou ochranu zvenku i zevnitř. Dutina nádrže je rozdělena na dvě komory elastickou membránou. Chladicí kapalina proudí ze systému do spodní komory. Když membrána zaujme požadovanou polohu na povrchu kapaliny, je zařízení připraveno k použití.

Membrána je připojena k přívodnímu potrubí pomocí přírubových spojovacích prvků, které umožňuje vyměnit opotřebovanou membránu za novou. Chladicí kapalina je umístěna uvnitř membrány a nepřichází do kontaktu se stěnami nádrže, což umožňuje neuchýlit se k antikorozním opatřením.

Uzavřené expanzní nádoby často instalovány vedle topných kotlů. Druhá možnost – instalace v blízkosti kotle, pokud plánujete instalaci dvouokruhového topného systému, který zajišťuje dodávku teplé vody.