Сравнение работы мембран - баллонной и фиксированной

Концерн Varem S.р.a провел серию лабораторных испытаний мембранных расширительных баков для насосных систем. Параллельные сравнительные испытания напорных расширительных баков с мембранами баллонного типа и фиксированными мембранами - диафрагмами показали отчетливое преимущество первого варианта в определенных условиях и ограничения применения для второго варианта. 

	Бак со сменной «баллонной» мембраной	Бак с фиксированной диафрагменной мембраной

Испытания баков проводились в соответствии с методикой испытания циклическими нагрузками на прочность по EN13831 и положениями Директивы ЕС PED 97/23/EC, которые устанавливают требования к производителю обеспечить нормальное функционирование мембран на протяжении 50 тысяч циклов нагрузки (заполнения и опорожнения) при средней температуре жидкости 30°C.

Естественно, одним из наиболее важных аспектов определения правильности работы расширительного бака считается полное опорожнение накопленного объема воды на протяжении всего периода испытания. Таким образом, лаборатория Varem провела испытания с учетом этого аспекта, определяя и сравнивая характеристики двух расширительных баков для двух давлений отключения насоса - 3 бара и 5 бар.

Вариант 1 - Давление отключения насоса 3 бар

При давлении отключения насоса 3 бар и предварительном давлении воздуха в расширительном баке 2 бар полезный объем накопленной воды соответствует 25% от общего номинального объема расширительного бака. Для примера, бак с номинальным объемом 100л содержит 25 л воды. В такой конфигурации рабочих давлений сравнение двух типов баков, прошедших испытания 50 тысячами циклической нагрузки, не показало каких-либо отличий в работе. 

Вариант 2 - Давление отключения насоса 5 бар

  При давлении отключения насоса 5 бар и предварительном давлении воздуха в расширительном баке 2 бар полезный объем накопленной воды соответствует 50% общего номинального объема расширительного бака. Для примера, бак с номинальным объемом 100л содержит 50 л воды. В этой конфигурации рабочих давлений сравнение двух типов баков, прошедших испытания, показало заметное понижение извлекаемого объема воды для бака с фиксированной мембраной-диафрагмой, которое, начиная с 4000 циклов нагрузки, составило 20% от начального объема аккумулированной воды. В случае бака объемом 100 л извлеченный объем накопленной воды снизился на 20% с ожидаемого значения в 50л до 40 л. Анализ работы расширительных баков по окончанию испытания на прочность нагрузкой в 50 тыс. циклов показал причину этой неожиданной реакции диафрагменного бака. Вариант испытания с давлением 5 бар привел к повышению растяжимости и удлинению диафрагменной мембраны в зоне, прилегающей к креплению диафрагмы к стенкам бака (смотреть рисунок).  

Эта локальная зона диафрагменной мембраны была подвержена повышенной механической нагрузке в результате значительного роста давления внутри бака, в отличии от мембраны баллонного типа, в которой давление распределялось равномерно по всей площади. В результате этого, под выталкивающим давлением сжатого воздуха, диафрагма принимала неправильную форму при извлечении воды, как это показано на рисунке ниже.  

Резина под выталкивающим давлением воздуха растягивалась до момента перекрытия впускного центрального патрубка, которое происходило быстрее, чем происходило соприкосновение мембраны с внутренней стенкой бака, оставляя, таким образом, не извлеченным около 20% полезного объема воды внутри бака. Такая ситуация создала два негативных аспекта в работе системы:

1) Увеличение потребления электроэнергии. Понижение полезного объема извлечения воды прямо пропорционального количеству пусков насоса и приводит к росту потребления электроэнергии;

2) Ухудшение качества воды. Присутствие в баке 20% неизвлеченного остатка воды является причиной неправильной циркуляции жидкости, создания тупикового объема и его застоя, что приводит к понижению качества воды в системе снабжения санитарной питьевой водой и увеличивает вероятность микробиологического заражения воды, например, за счет роста количества бактерий Legionella.