При повышении температуры элементов закрытого гидравлического контура, находящаяся в нем вода (или водный раствор гликоля) расширяется (см. раздел 70). В диапазоне от 10°С до 90°С прирост объема 1 м3 воды составит примерно 40 литров, то есть около 4%! (Заметим, что прирост объема 1 м3 водного раствора гликоля с концентрацией гликоля 30% при тех же условиях составит около 60 литров).
Максимальное рабочее давление большинства теплообменников ограничено, как правило, уровнем в 4 бара. Поскольку жидкости несжимаемы, их тепловое расширение привело бы к такому огромному росту давления, что теплообменники и трубопроводы просто порвались бы, как будто сделанные из бумаги, если бы не существовало системы компенсации теплового расширения. Следовательно, расширительный бачок, предохранительный клапан, дренажные клапаны и заправочные вентили являются неотъемлемым атрибутом любых закрытых гидравлических контуров, находящихся под действием внутреннего избыточного давления.

КАК РАБОТАЕТ ЗАМКНУТЫЙ МЕМБРАННЫЙ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК?

Рассмотрим в качестве примера небольшой гидравлический контур отопительной системы, заполненной водой при температуре 20°С и давлении 1 бар.
На контуре установлен классический предохранительный клапан, настроенный на срабатывание при давлении 3 бар. Расширительный бачок наддут азотом (N2)h частично заполнен водой . С каждой стороны гибкой мембраны (отделяющей воду от азота) давление равно 1 бар.
Когда зажигают горелку, температура воды быстро растет и начинается ее расширение.
Образующийся при этом дополнительный объем воды постепенно поступает в расширительный бачок. Одновременно с этим объем бачка, занятый азотом с другой стороны мембраны, начинает уменьшаться. Уменьшение объема бачка, занятого азотом, приводит к его сжатию и, как следствие, повышению давления, которое начинает действовать во всем контуре.
Когда температура воды поднимается до 40°С, давление азота повышается до 1,8 бар. Поэтому и во всем контуре давление возрастает до 1,8 бар.

Если продолжать нагрев воды, например, до 60°С, расширение составит 2% от начального объема жидкости и давление в расширительном бачке (а следовательно, и во всем контуре) поднимется до 2,2 бар
Итак, чем выше температура воды в контуре, тем больше возрастает давление в нем.
Впоследствии, при выключенной горелке, вода в контуре будет остывать и ее объем начнет уменьшаться. Азот, находящийся под давлением в расширительном бачке станет вытеснять воду из бачка обратно в контур
В результате давление и в бачке, и в контуре начнет падать по мере снижения температуры воды. При температуре 20°С контур возвратится в первоначальное состояние и давление во всем контуре вновь станет равным 1 бару.

80.1. УПРАЖНЕНИЕ 1. Срабатывание предохранительного клапана

Если температура воды в контуре случайно или по недосмотру оказывается слишком высокой, появляется опасность чрезмерного роста давления и в бачке, и в контуре. В этом случае должен сработать предохранительный клапан.
Например, при температуре воды 95°С давление достигает значения 3 бара (давление настройки предохранительного клапана), клапан открывается и часть воды сбрасывается наружу. Как только давление упадет ниже 3 бар, клапан закроется.
Итак, предохранительный клапан позволяет в любом случае ограничить максимальное давление в контуре уровнем 3 бара. Однако, что произойдет, если температура воды в контуре вновь упадет до 20°С?

Решение упражнения 1

Если в гидравлическом контуре с мембранным расширительным бачком либо в результате срабатывания предохранительного клапана, либо вследствие негерметичности контура часть воды сбрасывается наружу, то при понижении температуры воды появляется серьезная проблема.
Действительно, при падении температуры воды давление в контуре начнет падать и азот, содержащийся в расширительном бачке, по мере падения давления будет вытеснять воду из бачка в контур. Поскольку часть воды из контура была сброшена при срабатывании предохранительного клапана, то ее там останется меньше, чем нужно для уравновешивания давления азота. Когда температура воды будет вновь равна 20°С, вода полностью вытеснится из бачка и все его пространство будет занято азотом.
Но так как объем воды в контуре уменьшился, давление в нем окажется ниже 1 бара (то есть первоначального давления при температуре 20°С). Если количество сброшенной в атмосферу воды было достаточно большим, то давление в контуре может упасть даже ниже атмосферного давления. В этом случае в контур через автоматический дренажный клапан может зайти атмосферный воздух и вся верхняя часть контура рискует оказаться заполненной воздухом
К каким проблемам может привести наличие воздуха в закрытом гидравлическом контуре?
Поскольку воздух существенно легче воды, воздушные пузыри будут накапливаться в верхних точках контура и образовывать газовые полости, через которые должна будет проходить циркулирующая по контуру вода.
Эти полости могут увлекаться водой, перемешиваться, разбиваться потоком воды, и тогда вы услышите характерное бульканье, которое не надо путать с шумом, возникающим при кавитации насосов и напоминающим гудение бетономешалки (см. раздел 77).

Наличие воздушных полостей приводит к снижению расхода воды со всеми последующими неисправностями. В отдельных случаях расход воды в трубопроводе может даже оказаться практически нулевым: избыточное количество воздуха в гидравлическом контуре приводит к так называемым воздушным пробкам
Первой реакцией на появление воздушных пробок будет стремление добавить воды в контур, чтобы повысить в нем давление и вновь довести его до давления выше атмосферного. Тогда воздух автоматически будет сброшен через дренажный клапан и вновь восстановится нормальный расход воды...

Но при работающем насосе воздушные пузыри будут слишком быстро проходить через дренажный клапан (см. рис. 80.8) и не будут успевать сбрасываться в атмосферу. Поэтому, для эффективного удаления воздуха необходимо обязательно остановить насос.
Насос запускают на несколько секунд, затем останавливают. Такая процедура, повторенная несколько раз, мало-помалу позволяет воздуху попадать в дренажный клапан, откуда он будет сброшен в атмосферу.

Кроме того, в составе гидравлического контура желательно иметь воздухосборник. Вода будет входить в него сверху (поз. 1), а выходить снизу (поз. 2). Автоматический дренажный клапан устанавливают в верхней части воздухосборника (поз. 3). В нижней части находится съемная пробка (поз. 4). Поскольку вода выходит из нижней части воздухосборника, то вероятность попадания туда воздуха очень мала*.
Кроме того, вход и выход воды в воздухосборнике делают со смещением относительно его оси, то есть тангенциально. В результате вода, поступающая в воздухосборник, начинает в нем вращаться. Под действием центробежной силы вода прижимается к стенкам воздухосборника, а воздух скапливается в его центре, откуда затем и сбрасывается через дренажный клапан. Поскольку диаметр воздухосборника существенно больше диаметра трубопроводов, скорость воды в нем заметно падает, что облегчает процедуру разделения воды и воздуха. Эти два обстоятельства позволяют эффективно удалять воздух.
Отметим также, что воздухосборник является прекрасной ловушкой для различного рода загрязнений гидравлического контура (капли припоя, металлическая стружка и т.д.): их затем можно удалить через отверстие, закрытое пробкой . Обращаем ваше внимание на то, что, поскольку вода в воздухосборнике вращается, это устройство иногда называют "циклоном".
Другой проблемой, возникающей при попадании воздуха в закрытый гидравлический контур, является то, что в состав воздуха входит не только азот, но и кислород. Это может привести к повышенной коррозии металлических (особенно стальных) деталей (трубы, теплообменники).
Периодические добавки воды в закрытый гидравлический контур неизбежно приводят к попаданию в него воздуха (а следовательно, и кислорода) и таким образом способствуют развитию коррозии, отложению накипи и засорению контура.
Поскольку предохранительный клапан срабатывает при максимальной температуре окружающей среды, то прежде, чем рассматривать вопрос о добавке воды или проведении другой не слишком приятной операции, необходимо изучить следующие моменты: каково давление наддува расширительного бачка, может быть он слишком мал или слишком переполнен, как он изолирован, где установлен? А может быть, его мембрана потеряла герметичность или порвана?
Поскольку с расширительным бачком все не так просто, далее мы подробно рассмотрим различные аспекты его работы. Хотя на первый взгляд расширительный бачок - устройство сравнительно простое, однако его значение для гидравлического контура очень велико. Нарушения в работе расширительного бачка могут привести к серьезным неисправностям, начиная от полного прекращения подачи воды в испаритель и заканчивая разрушением насоса.
* В отопительных и водопроводных системах воздухосборники с автоматическим дренажным клапаном используются очень широко и известны под названием "вантуз" (прим. ред.).

ПРИ КАКОМ ДАВЛЕНИИ НУЖНО ЗАЛИВАТЬ ВОДУ В ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КОНТУР!
Перед тем, как заправить гидравлический контур водой (перед вводом установки в эксплуатацию или после опорожнения контура для выполнения ремонтных работ), необходимо определить давление, при котором вода заливается в закрытый контур, и которое должно поддерживаться в контуре.
80.2. УПРАЖНЕНИЕ 2. Давление заполнения гидравлического контура

Рассмотрим установку (рис. 80.10), содержащую гидравлический контур закрытой градирни (см. раздел 79).
Допустим, что контур заполняется водой с температурой 20°С, насос выключен (если насос работает без воды, он очень быстро выходит из строя).
Вода имеет температуру 20°С, давление в водопроводной сети составляет, например, 5 бар. При каком давлении мы должны будем заполнить контур: 0,5 бар, 1 бар, 3 бара или 5 бар? И какое давление, в конечном итоге, будет показывать манометр Р1 после заполнения!
Когда контур будет заполнен водой, какое давление будет показывать манометр Р2, расположенный перед сливным вентилем в самой нижней точке контура?

Примечание. В состав контура обязательно должен входить обратный
или разделительный клапан (поз. 1 на рис. 80.10). Если давление в водопроводной сети вдруг понизится, он должен препятствовать возврату воды в водопроводную сеть и, следовательно, не допустить ее загрязнения!
Решение упражнения 2
Очевидно, что заполнять контур под давлением, выше давления настройки предохранительного клапана (в нашем примере это 3 бара), бесполезно!
Автор вспоминает о том, как на одной из установок заправочный вентиль гидравлического контура оставили открытым в течение всего рабочего дня. При этом дренажный клапан постоянно сбрасывал лишнюю воду в канализацию: представьте себе, сколько воды было потрачено бесполезно! Чтобы не забывать о том, что заправочный вентиль гидравлического контура после окончания заправки нужно обязательно закрыть, автор рекомендует перед заполнением контура водой повесить на этот вентиль ключи от вашей машины или квартиры -тогда вы точно не забудете закрыть этот вентиль!
Далее, основным требованием при заправке контура водой является то, что давление воды во всех частях контура обязательно должно быть выше атмосферного давления. Поэтому минимальное избыточное давление в верхних точках контура.

При соблюдении этого требования проникновение воздуха и воздушных пузырей через автоматический дренажный клапан будет невозможно.
Рис. 80.11.
1°) Напомним, что давление, показываемое манометром, напрямую зависит от высоты столба жидкости над точкой замера давления (см. рис. 80.11). Столб воды высотой 6 м соответствует давлению в 0,6 бар. Таким образом, чтобы поддерживать давление в верхней точке контура не ниже 0,5 бар, давление Р1 должно быть, как минимум, 0,6 бар + 0,5 бар= 1,1 бар.
2°) Манометр Р2 расположен на 3 м ниже манометра Р1 и испытывает дополнительное давление 0,3 бар. Следовательно, давление манометра Р2 = Р1 + 0,3 бар = 1,4 бар.
Избыточное давление 0,5 бар в верхней точке контура представляет собой некий гарантийный запас, необходимый для поддержания во всех точках контура давления выше атмосферного с тем, чтобы предотвратить любую возможность попадания наружного воздуха в гидравлический контур.

Итак, давление заправки закрытого гидравлического контура водой при выключенной установке равно разности уровней между самой верхней точкой контура и заправочным вентилем + гарантийный запас 5 м. Разделив эту высоту на 10, мы получим давление заправки в барах.
A НАДДУВ РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАЧКА НЕДОСТАТОЧЕН?


Представим себе, что вы получили с завода расширительный бачок, наддутый до 0,3 бар.

С помощью баллона с азотом или сжатым воздухом можно довести давление в бачке до нужной величины.
На расширительном бачке азотная полость снабжена штуцером, аналогичным ниппельному клапану. При отсутствии манометра для воздуха или азота можно обойтись обычным манометрическим коллектором для хладагентов (см. рис. 80.12).
Используя гибкий шланг коллектора с
наконечником для клапанов Шредера и
подключив этот шланг к штуцеру на
бачке, вы с легкостью узнаете давление
азота по манометру НД. В результате бачок можно либо наддуть еще, либо стравить из него
лишний газ.

Для тех, кто пытается выиграть время, напоминаем: ни в коем случае не следует для наддува бачка использовать пары хладагента или сжатый кислород - вы рискуете получить множество проблем, а мембрана бачка может порваться!
Но давайте вернемся к нашему бачку, который вы получили с завода. Освобожденный от упаковки бачок пуст, а его мембрана прижата к стенке давлением азота 0,3 бар (см. рис. 80.13).
После того, как монтажник установит бачок в гидравлический контур и начнет заполнять контур водой, давление в бачке поднимется до величины, равной высоте столба жидкости над бачком + гарантийный запас.
В нашем примере давление воды в бачке при температуре 20°С составит 1,1 бар.
Вода заполняет гидравлический контур, а поскольку давление азота в бачке было только 0,3 бар, она проникает в бачок, давит на мембрану и сжимает азот.
Следовательно, давление азота в бачке постепенно тоже поднимается до величины 1,1 бар, что вполне нормально.

Но вряд ли можно считать нормальным, что при температуре воды всего 20°Срасширительный бачок уже наполовину заполнен водой.
Когда установка начнет работать, температура воды будет расти и вода станет расширяться. При этом весь добавочный объем воды, который образовался в результате ее теплового расширения, также будет поступать в расширительный бачок. Если бачок имеет не слишком большие размеры, то учитывая, что он уже наполовину заполнен, может сложиться ситуация, когда он будет не в состоянии вмещать дополнительное количество воды.
Например, при температуре воды 35СС давление в бачке может возрасти до 3 бар (давление настройки предохранительного клапана), а бачок будет уже полон и не сможет поглотить ни капли воды!
Если температура будет продолжать расти и поднимется, например, до 40СС, давление превысит 3 бара и вода начнет сбрасываться наружу через предохранительный клапан (см. рис. 80.14). В результате мы можем потерять большое количество воды, которого впоследствии в тот или иной момент нам будет нехватать для обеспечения нормальной работы системы.
В самом деле, когда температура воды вновь понизится до 20°С, то ввиду того, что часть воды была безвозвратно утеряна, давление в контуре обязательно упадет ниже первоначально настроенного уровня в 1,1 бар.


Следовательно, давление в бачке при температуре воды 20°С будет находиться в диапазоне от 0,3 до 1,1 бар. Конечно, конкретная величина давления зависит от того, сколько воды мы потеряли, но в любом случае, оно будет недостаточным для нормальной работы системы.
Представим себе (см. рис. 80.15). что в нашем случае оно составит 0,5 бар (то есть 5 м вод. ст.). Это означает, что на высоте 6 м от уровня бачка давление в гидравлическом контуре будет равно -1 м вод. ст. (или -0,1 бар), то есть окажется ниже атмосферного давления.
Иначе говоря, в верхней точке контура нам будет не хватать как раз того количества воды, которое мы сбросили через предохранительный клапан. Давление в этой точке может упасть ниже атмосферного и через дренажный клапан в контур попадет воздух, что приведет к множеству проблем.
Присутствие воздуха в гидравлическом контуре затрудняет нормальное охлаждение конденсатора, вызывает снижение расхода воды и в конечном итоге может привести к остановке компрессора предохранительным реле ВД.

А ЕСЛИ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК НАДДУ1 СЛИШКОМ СИЛЬНО?
Представим себе, что расширительный бачок поступил к вам с завода с давлением азота в полости, равным 3 бара. Как и в предыдущем случае, бачок пустой, а мембрана прижата к стенке давлением азота (см. рис. 80.16). Когда монтажник подсоединил бачок к контуру и начал заполнять контур водой, то при давлении в контуре 1,1 бар вода полностью заполнила контур, но в бачок не проникла, поскольку давление в нем 3 бара.
Иначе говоря, при 20°С гидравлический контур целиком заполнен водой при давлении 1,1 бар, но бачок пустой!
Далее, когда температура воды начнет расти и вода будет расширяться, прирост объема воды, обусловленный ее расширением, должен проникнуть в расширительный бачок.
Однако это невозможно до тех пор, пока давление в контуре будет оставаться ниже, чем давление азота в бачке, то есть 3 бара!
Поскольку вода несжимаема, а ее дополнительный объем, образовавшийся в результате расширения, не может пройти в бачок, давление в контуре начнет стремительно расти.
Например, уже при 25°С давление момсет заметно превысить 3 бара и сработает предохранительный клапан!
Таким образом, поведение установки ничем не будет отличаться от ситуации, когда расширительный бачок и вовсе отсутствует: малейшее расширение воды тут же приводит к резкому подъему давления!

Заметим, что установка ведет себя точно так же, если давление наддува расширительного бачка составляет, например, 2 бара. Действительно, в момент заполнения контура при температуре 20°С и давлении 1,1 бар вода точно так же не может попасть внутрь расширительного бачка.
При первом же повышении температуры, например, до 25°С давление в контуре очень быстро возрастает до 2 бар. Далее вода начинает постепенно проникать внутрь бачка и сжимать азот. Но объем воды, который попадет внутрь бачка, окажется очень небольшим. Давление азота быстро вырастет до 3 бар и, например, уже при 30°С сработает предохранительный клапан.
Проведем небольшой анализ. Возьмем два бачка с одинаковым полным объемом, например, 10 л, и определим, какое количество воды должно попасть в бачок, чтобы поднять давление в нем до 3 бар при различных значениях начальных давлений в бачке
► Если начальное давление в бачке 1 бар, допустим, что для подъема давления в нем до 3 бар в бачок нужно будет передавить 5 л воды.
► Но если начальное давление в бачке 2 бара, то количество воды, которое в него нужно передавить, чтобы давление в бачке выросло до 3 бар, будет обязательно меньшим по сравнению с первым вариантом.
Действительно, в бачок, предварительно наддутый до 1 бара, при подъеме давления в нем до 3 бар войдет в 2 раза больше воды, чем в бачок, предварительно наддутый
до 2 бар.
Это следует из закона Мариотта* для газов: Р,V, = P2V2 — const (Внимание, в качестве давления Р следует подставить абсолютное давление, то есть показания манометра + атмосферное давление. Если шкала манометра проградуирована в барах, то прибавлять нужно единицу. Например, если манометр показывает 1 бар, то абсолютное давление будет равно Рабе = Рм + Ратм =1+1=2 бара, где Рм - давление по манометру, Ратм — атмосферное давление). Согласно указанному соотношению получим:
Для 1-го бачка: (1+1) х 10 = (3 + I) х V => 20 = 4 V, то есть объем азота в бачке при абсолютном давлении 4 бара составит V = 20 / 4 = 5 л.
Для 2-го бачка: (2+1) х 10 = (3 + 1) х V => 30 = 4 V, то есть объем азота в бачке составит
V = 30 / 4 = 7,5 л.
Итак, способность расширительного бачка компенсировать температурное расширение воды за счет того, что часть объема воды переходит в бачок, зависит от начального давления наддува бачка. В самом деле, мембранный расширительный бачок состоит из двух полостей: полного объема Vt, который указан производителем на корпусе бачка, и полезного объема Vu, который всегда меньше полного объема и зависит от значений давления при пустом бачке и бачке, заполненном водой. Коэффициент заполнения бачка определяют как отношение Vu / Vt.

Не нужно обманывать себя наружными размерами бачка. У данного расширительного бачка всегда имеется действительный полезный объем, который может существенно различаться в зависимости от рабочих давлений.

80.3. УПРАЖНЕНИЕ 3. Давление наддува
А) Для того, чтобы обобщить все предыдущие рассуждения, ответьте каким давлением следует предварительно наддуть бачок на установк
Б) Как проверить величину давления наддува на бачке, смонтированном в установке?
Прежде, чем отвечать, вы имеете право подумать!
* В отечественной литературе этот закон известен как закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре объем V данной массы газа обратно пропорционален его давлению Р, то есть PV = С = const. Закон справедлив для идеальных газов. Для реальных газов величина постоянной С зависит от давления. Закон установлен независимо Бойлем (в 1660 г.) и Мариоттом (в 1676 г.) (прим. ред.).

Решение упражнения 3
А) Каким давлением следует предварительно наддуть бачок на установке?
Мы уже убедились, что если давление наддува бачка низкое, то при повышении температуры воды в контуре срабатывает предохранительный клапан. Если же давление наддува слишком велико, клапан тоже срабатывает. Что же делать?
а) Для того, чтобы при температурном расширении воды бачок был бы в состоянии компенсировать это расширение, нужно, чтобы при заполнении контура водой с температугой 20°С вода могла бы свободно заполнять часть объема бачка (при этом давление в самой верхней точке контура должно оставаться выше атмосферного давления).
б)  При работе установки, когда температура воды достигает максимального значения, нужно, чтобы изменение объема воды было полностью поглощено полезным объемом бачка, однако давление в бачке при этом должно оставаться ниже давления настройки предохранительного клапана.
в) При падении температуры воды до прежнего значения 20°С вся вода из бачка должна свободно возвратиться в контур и давление в гидравлическом контуре должно вернуться к своему первоначальному значению.
Чтобы выполнить условие б, необходимо иметь достаточно большой полезный объем расширительного бачка.
Чтобы обеспечить выполнение условий айв, нужно иметь давление наддува бачка приблизительно равным давлению, при котором заполняется контур, то есть сумме геометрической высоты между уровнем бачка и самой верхней точки контура и гарантийного запаса. В нашем примере это давление равно примерно 1 бару с тем, чтобы при заполнении установки под давлением 1,1 бар небольшое количество воды заполнило часть бачка.
Б) Как проверить давление в расширительном бачке, если он уже установлен в гидравлический контур?
Прежде всего отметим, что самым подходящим моментом для регулирования давления азота в расширительном бачке является ситуация, когда бачок еше не установлен в контур, или когда контур еще не заполнен водой. Ясно, что абсолютно невозможно контролировать давление в бачке, когда установка работает!
Очевидно, что с обеих сторон мембраны бачка действует одно и то же давление. Если вы будете измерять давление наддува в бачке при работающей установке, манометр вам покажет точно такое же давление, которое показывает манометр в гидравлическом контуре. Поскольку это давление меняется в зависимости от температуры воды, давление только одного азота измерить невозможно.
Можно, конечно, демонтировать расширительный бачок, но для этого нужно частично слить воду из контура, чтобы давление воды оказалось ниже давления азота: бачок перед проверкой давления азота не должен содержать воду. Эта рутинная и неприятная операция требует полной остановки агрегата, затем частичного слива воды из гидравлического контура, а позднее -повторной заливки воды в контур и дренажа воздуха. Поэтому, иногда предпочитают использовать запорный вентиль, устанавливаемый между бачком и контуром. Внимание! Если такой вентиль установлен, его рукоятка (маховичок) обязательно должна быть заблокирована в открытом положении при штатной работе агрегата, чтобы не допустить случайного перекрытия магистрали между бачком и входом в насос, способного привести к серьезной поломке агрегата.

Итак, запомните! Прежде, чем заполнять водой какой бы то ни было закрытый контур, настоятечьно рекомендуется в первую очередь проверить давление азота в расшири-тельном бачке. Тем самым вы сэкономите массу ценного времени. Если этого не сделать, вам придется впоследствии сливать воду из контура (пусть далее и частично), вновь заполнять контур водой, производить дренаж воздуха, — и все это только для того, чтобы проверить давление азота в расширительном бачке. Не забывайте об этом!

80.4. УПРАЖНЕНИЕ 4. Ремонт треснувшей мембраны бачка
Вы прибыли для ремонта установки (рис. 80.13). которая нормально работала в течение многих лет. Проведя замеры давлений вы обнаружили, что давление на уровне расширительного бачка равно 0,5 бар. Поскольку разность уровней между верхней точкой гидравлического контура и бачком 6 м, вы дозаправляете контур водой и доводите давление на уровне бачка до 1,1 бар (так как вы человек опытный, вы к геометрической высоте добавили гарантийный запас 0,5 бар). После запуска агрегата температура растет, однако тут же срабатывает дренажный клапан. Что же случилось с агрегатом?

Решение упражнения 4
Аномальное падение давления воды в контуре указывает на то, что в контре не хватает воды. В этом случае прежде всего вы должны осмотреть гидравлический контур на предмет поиска утечек воды: это наиболее распространенная причина подобной неисправности.
После добавки воды и подъема давления в гидравлическом контуре до 1,1 бар вы запускаете установку, но давление в контуре начинает расти так быстро, как будто бачок чрезмерно над-дут азотом. Однако установка работала много лет и никаких признаков того, что давление азота в бачке было слишком большим, не наблюдалось! Что же произошло? Запомните, после того, как вы приехали на место ремонта, поговорите с теми, кто работал с установкой или пользовался ею до вашего приезда: они знают об установке гораздо больше, чем вы!
Если вам сказали, что в работу установки никто не вмешивался, проверьте положение запорного вентиля между бачком и контуром: он обязательно должен быть открыт. После этого остановите агрегат и подождите, пока вода в контуре охладится: это не займет много времени, поскольку дренажный клапан уже сработает.
В ожидании, пока охлаждается вода, попробуйте проверить бачок. Если можно, попытайтесь его приподнять. Если бачок покажется вам слишком тяжелым, как будто он весь заполнен водой, постучите по нему каким-нибудь металлическим предметам, например, гаечным ключом (в пустом бачке звук будет звонким

Если звук глухой, отожмите заправочный клапан бачка. В том случае, когда после отжима клапана из бачка польется вода вместо азота, можете не сомневаться - причина неисправности в разрушении разделительной мембраны. Азот из бачка ушел в контур, а затем был сброшен через дренажный клапан, после чего бачок целиком заполнился водой.
Порванная или негерметичная мембрана — неисправность редкая, однако нужно уметь ее установить, чтобы без колебаний пойти на замену бачка...

Внимание! При стравливании азота из бачка бывает так, что из запорного клапана выходит небольшое количество воды, даже если мембрана совершенно цела. Это случается тогда, когда бачок наддували не сухим азотом, а обычным сжатым неосушенным воздухом. Пары воды, содержащиеся в таком воздухе, в бачке могут сконденсироваться. Поэтому для наддува расширительных бачков рекомендуется использовать исключительно сухой азот.
НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСПОЛОЖЕНИЮ БАЧКА
Бачок рекомендуется устанавливать вертикально таким образом, чтобы патрубок, соединяющий бачок с контуром, выходил из верхней части бачка, то есть так, как мы изображали бачок на всех предыдущих схемах. Это несколько затрудняет процедуру контроля давления в бачке, поскольку заправочный клапан будет находиться внизу, но в случае разрушения мембраны такое положение бачка, как мы только что убедились, упрощает диагностику указанной неисправности.
Когда бачок установлен заправочным клапаном вверх, становится невозможным удаление воздуха из соединительного патрубка.
Воздух, находящийся в бачке, может занимать довольно заметный объем, при этом на столько же сокращая полезный объем бачка.
Однако, даже если бачок установлен клапаном вниз , трубка, соединяющая бачок с контуром, должна быть как можно короче и не должна иметь зон, которые могут препятствовать движению воды из бачка в контур и обратно.

Бачок допускается устанавливать горизонтально, если соединительный трубопровод направлен вверх. При любом расположении бачка диаметр соединительного трубопровода должен быть не меньше диаметра выходного патрубка бачка. По тем же соображениям, что и для поз. В не допускается уменьшение диаметра соединительного трубопровода.
Все ошибки, допущенные при монтаже расширительного бачка, могут привести к появлению завышенных потерь давления и закупорке соединительного трубопровода, что в свою очередь осложняет движение воды из контура в бачок (когда вода в контуре нагревается) и из бачка в контур (когда вода в контуре охлаждается). Если дополнительный объем воды, образовавшийся в результате ее теплового расширения, не может свободно переходить в расширительный бачок, предохранительный клапан начнет сбрасывать воду из контура, что совсем нежелательно!
Примечание. Всякий раз, когда предохранительный клапан срабатывает на контуре, который заполнен водным раствором гликоля, ваши проблемы можно считать умноженными на четыре. Во-первых, гликолевые растворы запрещено сливать в канализацию, поэтому иногда предохранительный клапан оснащают дополнительной емкостью для сбора сбрасываемой жидкости. Далее, дозаправить контур раствором гликоля не так просто, как может показаться. Для этого нужно использовать насос (ручной или электрический, в зависимости от потребного количества дозаправляемой ждкости), поскольку контур находится под давлением!

Примерно через полчаса работы установки после дозаправки нужно проверить концентрацию гликоля в растворе, чтобы гарантированно обеспечить перемешивание дозаправленной порции с раствором, находящимся в контуре, и убедиться в том, что полученная концентрация гарантированно не допустит замерзания раствора в испарителе. Всего этого можно избежать, если правильно смонтировать расширительный бачок, который должен работать безупречно. Поэтому к правилам монтажа бачков на контурах, заполненных гликолевыми растворами, нужно относиться особенно внимательно!
МОЖНО ЛИ УСТАНАВЛИВАТЬ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК НА ЛИНИИ НАГНЕТАНИЯ НАСОСА?

Вновь рассмотрим контур охлаждения конденсатора в закрытой градирне (см. рис. 80.24). Запустим насос и проанализируем давления в контуре, реализуемые при температуре 20°С.
Для измерения напора насоса установим манометры на всасывании (РА) и нагнетании (PR). Тогда напор Н = PR - РА = 2,3 - 1.0 = 1,3 бар (см. раздел 79). Напомним, что в закрытом контуре напор насоса равен потерям давления в контуре, следовательно, в нашем случае потери давления АРконт = 1,3 бар.
Если разностью уровней между бачком и входом в насос можно пренебречь, то давление на входе в насос РА равно давлению в бачке

PV, то есть 1 бару: итак, когда бачок установлен на входе в насос, давление, которое показывает манометр на всасывании, равно давлению в бачке.
Теперь установим расширительный бачок на линии нагнетания насоса. Манометр нагнетания PR показывает давление в бачке, то есть 1 бар. Но контур не изменился и потери давления в нем остались равными 1,3 бар.
Поскольку эта величина должна быть равна напору насоса, то манометр на всасывании будет показывать РА= 1 бар - 1,3 бар = -0,3 бар!
Давление на входе в насос становится ниже атмосферного, что недопустимо!

Если контур герметичен по воде, это вовсе не значит, что он будет герметичен по воздуху. Поэтому, при давлении в контуре ниже атмосферного, воздух может пройти в контур через многочисленные соединения (насос, вентили и т.д.) и появятся все те проблемы, которые обусловлены наличием воздуха.
Кроме того, появится опасность кавитации насоса, тем более, когда температура воды поднимется (см. раздел 77). При этом, если насос герметичный (что очень возможно для закрытого контура), его двигатель затоплен и подшипники смазываются пленкой воды. Если в контуре в большом количестве появляются воздушные пузыри, они могут сорвать пленку и насос заклинит.

Поэтому большинство производителей насосов рекомендуют поддерживать минимальное значение давления всасывания не низке 0,5 бар.
И в завершение укажем, что именно расширительный бачок является точкой отсчета давлений в закрытом контуре. Его нужно всегда устанавливать на всасывании насоса. Так, если бачок наддут, например, давлением 0,6 бар, в точке подключения бачка давление в контуре тоже будет равно 0.6 бар. Все другие давления будут отсчитываться от этого значения. Например, манометр, расположенный на 1 м выше бачка, будет показывать давление 0,5 бар.
МОЖНО ЛИ УСТАНАВЛИВАТЬ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК НА ВЫХОДЕ ИЗ КОНДЕНСАТОРА?
На выходе из конденсатора температура воды может превышать 50°С, например, по причине падения расхода воды через конденсатор.
Если на выходе из конденсатора установить расширительный бачок, то при повышении температуры воды в бачок из контура будет поступать наиболее теплая вода, объем которой, вследствие роста температуры, будет увеличиваться.
Эта теплая вода через разделительную мембрану начнет передавать тепло азоту, который в свою очередь также начнет расширяться и поднимать давление!

Итак, теплая вода, которая поступает в бачок со сжатым азотом, будет способствовать дальнейшему росту давления азота из-за роста температуры. В результате давление азота может вырасти настолько, что сработает предохранительный клапан: вы получите ситуацию, аналогичную слишком высокому давлению наддува расширительного бачка.

Поэтому подключение расширительного бачка всегда производится к всасывающей магистрали насоса, и всегда - к наиболее холодной точке контура. Эти два требования подлежат неукоснительному выполнению.

А ЕСЛИ БАЧОК СЛИШКОМ ВЕЛИК ИЛИ СЛИШКОМ МАЛ?


На установке (см. рис. 80.28) предусмотрено, что вода может нагреваться до 60°С, однако уже при 40°С давление достигает 3 бар и срабатывает предохранительный клапан.
Вы все проверили. Заполнение контура водой, давление наддува бачка, его подключение, состояние мембраны: все абсолютно в норме.
Когда температура поднимается до 40°С, срабатывает предохранительный клапан, хотя вам нужна вода с температурой 60°С. Остается только одна причина -слишком мал объем расширительного бачка.
Чтобы понять, в чем проблема, рассмотрим две схемы: рис. 80.28 и рис. 80.29. Каждый бачок наддут давлением 1 бар,
но в первой схеме объем бачка равен 10 л, а во второй - 20 л (предохранительный клапан в обеих схемах настроен на срабатывание при давлении 3 бара).
Выполним небольшой расчет на основании уже рассмотренного нами закона Бойля-Мариотта (см. раздел 80.3): PV = const (напомним, что в качестве давления нужно рассматривать абсолютное давление).

Итак, во втором бачке может содержаться до 10 л избыточного объема воды, образующегося в результате ее теплового расширения, прежде чем давление в контуре превысит 3 бара (что приведет к срабатыванию предохранительного клапана). В первом же бачке давление превысит 3 бара, как только избыточный объем воды станет равным 5 л, то есть в 2 раза меньше! Очевидно, что именно в этом и состоит проблема первой схемы. Прирост объема воды при ее тепловом расширении уже для температуры 40°С составит 5 л, давление возрастает свыше 3 бар и дренажный клапан начинает сбрасывать воду: объем бачка слишком мал!

Отсюда следует, что чем больше объем бачка, тем больше его полезный объем и тем меньше вероятность срабатывания предохранительного клапана приросте температуры воды.
Следовательно, расширительный бачок никогда не бывает слишком большим.
Как предотвратить возможность установки бачка с недостаточно большим объемом?

а) Если вы хотите оценить полный объем воды в контуре, а затем рассчитать изменение этого объема при изменении температуры, то вам не позавидуешь. Нужно подсчитывать объемы абсолютно всех элементов контура: теплообменников, ресиверов, труб и т.д. Это долго и скучно. Заметим, что вы можете очень быстро узнать объем воды в контуре, если в процессе его заполнения запишете показания счетчика воды в водопроводе перед началом заполнения и после его окончания.
б) Если максимальная температура воды может быть задана, то прирост объема воды в контуре за счет температурного расширения рассчитывается довольно легко. Однако помните, что с ростом температуры прирост объема увеличивается очень быстро. Например, вы рассчитываете прирост объема, исходя из того, что максимальная температура воды равна 40°С, однако в процессе работы установки температура воды может иногда достигать 60°С. В этом случае окажется, что объем расширительного бачка, выбранный из условия максимальной температуры воды 40°С, будет явно недостаточным.
в) Если в контур, работавший на чистой воде, с целью его защиты от замерзания заливают раствор гликоля, то следует иметь ввиду, что увеличение объема раствора гликоля при его тепловом расширении может, в зависимости от концентрации раствора, составлять до 20%. В этом случае установленный в контуре расширительный бачок может оказаться слишком маленьким!
Разобраться в том, как работает расширительный бачок (этот очень простой и одновременно достаточно сложный элемент закрытого гидравлического контура), какие неисправности с ним связаны, значит наверняка избежать множества повторяющихся неприятностей при работе гидравлических контуров: пониженного расхода воды, отключения компрессора по командам предохранительного реле НД или ВД, срабатывания датчика защиты от замерзания воды в испарителе, кавитации и разрушения насосов, коррозии, накипи, закупорки и т.д.

80.5. УПРАЖНЕНИЕ. РАСЧЕТ ОБЪЕМА РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАЧКА

Чтобы завершить раздел 80, рассчитаем объем расширительного бачка для контура закрытой градирни. Возьмем следующие исходные данные (см. рис. 80.30):
Объем воды в конденсаторе равен 40 л.
Объем воды в теплообменнике градирни равен 60 л.
Полная длина трубопроводов диаметром 80 / 90 мм равна 40 м.
Максимальная рабочая температура равна 60°С.
В контур заливается водный раствор гликоля с концентрацией 30%, тепловое расширение которого в диапазоне температур от 20°С до 60°С составляет 2,6% от полного объема.
Предохранительный  клапан  настроен на срабатывание при давлении 3 бара и    «я| расположен на 5 м ниже расширительного бачка.
Рис. 80.30.
Расчет объема гликолевого раствора в контуре.
Объем в трубах = 40 х (л х 0,082)/ 4 = 0,2 м3 = 200 л.
Объем в установке = 200 (трубы) + 40 (конденсатор) + 60 (теплообменник) = 300 л.
Прирост объема при расширении Vu = 300 х 2,6% = 7,8 л.


Давление наддува бачка = 5 м вод. ст. (расстояние между уровнем расширительного бачка и самой верхней точкой установки) + 5 м вод. ст. (гарантийный запас) = 10 м вод. ст. или 1 бар.
Максимально допустимое давление в расширительном бачке при температуре 60°С равно 3 бара (настройка предохранительного клапана) — 0,5 бар (разность уровней между бачком и предохранительным клапаном), то есть 2,5 бар.
Внимание: когда давление на входе в предохранительный клапан равно 3 барам, давление в бачке будет равно 2,5 бар, поскольку бачок находится выше предохранительного клапана на 5 м
Итак, когда в нашем бачке, предварительно наддутом азотом до давления 1 бар (2 бара абсолютных), будет находиться 7,8 л расширившегося раствора гликоля, давление в бачке должно быть не более 2,5 бар (3,5 бар абсолютных), чтобы не допустить срабатывания предохранительного клапана.
Обозначим через V полный объем расширительного бачка, предварительно наддутого азотом до 1 бара избыточного давления (то есть до 2 бар абсолютных).
Когда 7,8 л гликолевого раствора, образовавшихся в результате температурного расширения, перейдут в бачок, давление в нем не должно быть больше 2,5 бар избыточных, или 3,5 бар абсолютных
Объем Уазота, содержащегося изначально в бачке при давлении 2 бара абсолютных, уменьшится на величину 7,8 л, сожмется, и составит  V, = V - 7,8 л при давлении не более 3,5 бар абсолютных. Вновь используем закон Бойля-Мариотта (PV = const) при этих данных:
2 х V = 3,5 х (V - 7,8), откуда найдем V = 18,2 л-минимальный полный объем нашего расширительного бачка.
Учтите, что в данном случае мы получили значение минимально допустимого полного объема бачка. Если мы возьмем бачок с объемом, в точности равным 18,2 л, предварительно над-дутый до давления 1 бар, то при поступлении в него гликолевого раствора объемом 7,8 л давление в бачке вырастет до 2,5 бар (а 2,5 бар в бачке соответствует 3 барам на входе в предохранительный клапан, который в этом случае обязательно сработает).
Примечание. В общем случае желательно, чтобы объем расширительного бачка по меньшей мере на 25% превышал бы минимально допустимый объем. В этом случае целесообразно настраивать давление наддува бачка в соответствии с разностью уровней Н между местом размещения бачка и самой верхней точкой контура установки. Для холодильных установок контур заполняют водой (или раствором гликоля) под давлением, соответствующим высоте Н + 5 м вод. ст. Так, если давление в верхней точке контура будет равно 0,5 бар, то это давление действует дополнительно к тому, которое создает запас воды в расширительном бачке.

Подбор бачка для контуров ледяной воды см. в разделе 91.

Рассмотрим в качестве примера небольшой гидравлический контур отопительной системы, заполненной водой при температуре 20°С и давлении 1 бар.
На контуре установлен классический предохранительный клапан, настроенный на срабатывание при давлении 3 бар. Расширительный бачок наддут азотом (N2)h частично заполнен водой (см. рис. 80.1). С каждой стороны гибкой мембраны (отделяющей воду от азота) давление равно 1 бар.
Когда зажигают горелку (см. рис. 80.2), температура воды быстро растет и начинается ее расширение.
Образующийся при этом дополнительный объем воды постепенно поступает в расширительный бачок. Одновременно с этим объем бачка, занятый азотом с другой стороны мембраны, начинает уменьшаться. Уменьшение объема бачка, занятого азотом, приводит к его сжатию и, как следствие, повышению давления, которое начинает действовать во всем контуре.
Когда температура воды поднимается до 40°С, давление азота повышается до 1,8 бар. Поэтому и во всем контуре давление возрастает до 1,8 бар.