Расширитель закрытого типа: Установка расширительного бака в системе отопления: выбор и монтаж

Расширительный бачок для отопления закрытого типа: устройство и принцип действия

Система отопления, являясь сложной инженерной конструкцией, состоит из множества элементов, имеющих различное функциональное назначение. Расширительный бачок для отопления — одна из важнейших частей контура отопительной системы.

Для чего необходим расширительный бачок в системе отопления?

При нагревании теплоносителя, в котле и контуре системы отопления значительно повышается давление ввиду температурного увеличения объёма теплонесущей жидкости. Учитывая, что жидкость является практически несжимаемой средой, а отопительная система герметична, данное физическое явление может привести к разрушению котла или трубопроводов. Проблему можно было бы решить установкой простого клапана, который может стравливать избыточный объём горячего теплоносителя во внешнюю среду, если бы не один немаловажный фактор.

Жидкость при охлаждении сжимается и на место сброшенного теплоносителя в контур отопления проникнет воздух. Воздушные пробки – головная боль любой системы отопления, из-за них циркуляция в сети становится невозможной. Поэтому необходимо спускать воздух из радиаторов отопления. Постоянное же добавление нового теплоносителя в систему весьма затратно, подогрев холодной воды обходится гораздо дороже подогрева теплоносящей жидкости, пришедшей в котёл по обратному трубопроводу.

Эту проблему решает установка так называемого расширительного бака, который представляет собой резервуар, подключённый к системе одной трубой. Избыточное давление в расширительном бачке отопления компенсируется его объёмом и позволяет обеспечить стабильную работу контура. Внешне бачки расширительные для системы отопления, исходя из результатов расчёта и вида отопительного контура, различны по своим форме и размеру. В настоящее время выпускаются баки различных форм, от классических цилиндрических баков до так называемых «таблеток».

Виды отопительных систем

Существуют две схемы отопительных сетей здания — открытая и закрытая. Открытая (самотёчная) система отопления используется в централизованных отопительных сетях и позволяет напрямую забирать воду на потребности горячего водоснабжения, что невозможно в частном домостроении. Такой прибор располагают в верхней точке контура отопительной системы. Помимо нивелирования перепадов давления расширительный бачок отопления выполняет функцию естественной сепарации воздуха из системы, так как имеет возможность сообщения с наружной атмосферой.

Таким образом, конструктивно такое устройство представляет собой компенсационный бак системы отопления, не находящийся под давлением. Иногда по ошибке открытой могут называть систему с гравитационной (естественной) циркуляцией теплонесущей жидкости, что в корне неверно.

При более современной закрытой схеме применяют расширительный бачок системы отопления закрытого типа со встроенной внутренней мембраной.

Иногда такой прибор могут называть расширительный бачок вакуумный для отопления, что тоже справедливо. Такая система предусматривает принудительную циркуляцию теплоносителя, воздух из контура при этом отводится через специальные краны (клапаны), установленные на отопительных приборах и вверху трубопроводов системы.

Устройство и принцип действия

Конструктивно закрытый расширительный бак в системе отопления представляет собой резервуар цилиндрической формы с установленной внутри мембраной из резины, которая разделяет внутренний объём сосуда на воздушную и жидкостную камеры.

Мембраны бывают следующих типов:

• баллонного, при этом внутри резинового баллона находится теплоноситель, снаружи – воздух или азот под давлением;
• в виде диафрагмы, делящей внутренний объем расширительного бака для закрытой системы отопления на две части – с водой и закачанным воздухом или газом.

Давление газа настраивается для каждой системы в индивидуальном порядке, который описывает прилагаемая к таким приборам как расширительный бачок для отопления закрытого типа инструкция. Некоторые производители в конструкции своих расширительных баков предусматривают возможность замены мембраны. Такой подход несколько повышает первоначальную стоимость прибора, зато впоследствии, при разрушении или повреждении мембраны стоимость её замены будет ниже цены нового расширительного бака.

С практической точки зрения форма мембраны никак не влияет на эффективность работы приборов, следует лишь отметить, что в баллонный расширительный бак закрытого типа для отопления вмещается несколько больший объём теплонесущей жидкости.

Принцип работы их также одинаков – при росте давления воды в сети за счёт расширения при нагревании, мембрана растягивается, сжимая находящийся по другую сторону газ и позволяет попасть внутрь бака излишкам теплоносителя. При остывании и, соответственно, падении давления в сети, процесс проходит в обратном порядке. Таким образом, регуляция постоянного давления в сети происходит в автоматическом режиме.

Нужно заострить внимание на том, что если купить расширительный бачок системы отопления наугад, без необходимого расчёта, то стабильности работы отопительной сети будет добиться весьма сложно.

При значительно большем, чем необходимо, размере бака не будет создаваться требуемое для системы давление. В случае же если бак будет размера меньше требуемого, то он не сможет вместить избыточный объём теплонесущей жидкости, что может вылиться в создание аварийной ситуации.

Расчёт расширительных баков

Чтобы провести расчет расширительного бака для отопления закрытого типа сначала необходимо посчитать общий объём системы, складывающейся из объёмов трубопроводов контура, отопительного котла и приборов отопления. Объёмы котла и радиаторов отопления указываются в их паспортах, а объём трубопроводов определяется методом умножения площади внутреннего поперечного сечения труб на их протяжённость. Если в системе присутствуют трубопроводы разных диаметров, то следует определить их объёмы по отдельности, а затем сложить.

Дальнейший для таких приборов, как расширительный бачок для отопления закрытого типа расчет проводится по формуле V = (Vс х k) / D, где:

Vс – объём теплонесущей жидкости в системе отопления,
k – коэфф. объёмного теплового расширения, принимаемый для воды 4%, для 10% этиленгликоля – 4,4%, для 20% этиленгликоля – 4,8%;
D — показатель эффективности мембранного блока. Обычно он указывается производителем или его можно определить по формуле: D = (Рм – Рн) / (Рм +1), где:
Рм – максимально возможное давление в сети отопления, обычно оно равно предельному рабочему давлению предохранительного клапана (для частных домов редко превышает значения 2,5 – 3 атм.)
Рн – давление начальной накачки воздушной камеры расширительного бака, принимается как 0,5 атм. на каждые 5 метров высоты контура отопительной системы.

В любом случае следует считать, что расширительные бачки для отопления должны обеспечивать увеличение объёма теплоносителя в сети в пределах 10%, то есть при объёме теплоносящей жидкости в системе 500 л., объём вместе с баком должен составлять 550 л. Соответственно, необходим бачок расширительный системы отопления объёмом не менее 50 литров. Такой метод определения объёма весьма приблизителен и может вылиться в излишние затраты на покупку расширительного бака большего объёма.

В настоящее время в интернете появились онлайн калькуляторы для расчёта расширительных бачков. В случае использования для подбора оборудования таких сервисов, необходимо провести расчеты минимум на трёх сайтах, чтобы определить, насколько корректен алгоритм вычисления того или иного интернет-калькулятора.

Производители и цены

В настоящее время проблема купить бачок расширительный для отопления заключается лишь в правильном подборе типа и объёма прибора, а так же в финансовых возможностях покупателя. На рынке представлен широкий выбор моделей приборов как отечественных, так и иностранных производителей. Однако следует отметить, что если на такие приборы как расширительный бачок закрытого типа для отопления цена при покупке будет гораздо ниже, чем у основных конкурентов, то от такого приобретения лучше отказаться.

Невысокая стоимость указывает на ненадёжность производителя и низкое качество используемых при его изготовлении материалов. Зачастую таковой является продукция из Китая. Как и на все остальные товары, на качественный расширительный бачок для отопления цена не будет иметь значительной разницы порядка двух – трёх раз. Добросовестные производители используют примерно одинаковые материалы и разница в цене схожих по параметрам моделей порядка 10-15% обусловливается лишь локацией производства и ценовой политикой продавцов.

Хорошо зарекомендовали себя в этом сегменте рынка отечественные производители. Установив современные технологические линии на своём производстве они добились выпуска продукции, по своим параметрам не уступающей лучшим мировым брендам при более низкой стоимости.

Следует учитывать, что важно не только расширительный бак для отопления закрытого типа купить, требуется также правильная его установка.

Имея необходимые навыки при соблюдении инструкции возможна его самостоятельная установка. Если же у мастера остаются какие-либо сомнения на счёт своих познаний, то лучше всего обратиться к профессионалам для гарантированно стабильной работы сети отопления и исключения возможных неисправностей.

Установить расширительный бак для отопления закрытого типа —

Схема и правила установки расширительного бака в системе отопления

При запуске внутридомовой тепловой сети из холодного состояния, вода, циркулирующая по бойлеру котла, начинает нагреваться, при этом подъем температуры сопровождается расширением объема.

Для того чтобы не создавалось чрезмерное давление внутри корпуса, которое может вызвать разрыв труб и котла, «лишнюю воду» сбрасывают.

Для этой цели нужно установить расширительный бак в системе отопления закрытого типа, который будет выполнять роль демпфера давления в магистрали.

Устройство и виды расширительного бака

Расширительные баки выпускаются открытого и закрытого типа. Первые имеют доступ к атмосфере, а вторые — нет. Открытые расширители устанавливаются в схемы, работающих по принципу естественной циркуляции. Лишняя вода просто вытекает на улицу либо в канализацию, а подпитку контура после охлаждения, проводят в ручном режиме через подпиточный кран.

Закрытые системы расширительных баков наиболее применимы в системах отопления. Конструктивно они состоят из 2-х камер: водяной и воздушной. Компенсация лишнего давления производится таким способом: избыток теплоносителя наполняет водяной сектор, создавая давление на эластичную мембрану, установленную между камерами. При этом воздух или специальный газовый наполнитель, имеющийся в воздушном секторе, сжимается. В противоположность воде, он может подвергаться сильному сжатию, при этом увеличение давления в сосуде не происходит.

В торговой сети реализуются два типа, которые хорошо интегрируются в группу безопасности для отопления с расширительным баком:

• С мембраной тарельчатого типа;
• с грушевидной мембраной.

Принцип действия оборудования для закрытой системы

При нагреве сетевой воды в отопительном замкнутом контуре она расширяется, при этом соответственно растет давление в каждой точке сети, в том числе и в расширительном баке. Из-за этого начинает растягиваться мембрана, при этом сжимая воздух. В том момент, когда температура теплоносителя достигает максимального значения, давление в сети стабилизируется и система начинает функционировать с рабочими параметрами.

После отключения отопительного котла, начинает снижаться температура в сети, и объем воды. Напор на мембрану падает и ранее принятый объем воды выталкивается воздухом в сеть, таким образом, происходит ее подпитка. Необходимо отметить, что результативная работа расширителя в схеме теплоснабжения возможна при профессиональном расчете и настройке.

Установка расширительного бака в закрытой отопительной сети

Монтаж расширительного бака отопления закрытого типа выполняют так, чтобы ниппель воздушной камеры устройства смотрел вниз. Крепление бака-расширителя в закрытых отопительных системах с настенным двухконтурным котлом выполняется с использованием специальных фитингов – «американки». Перед его установкой необходимо установить кран, для проведения ремонта и технического обслуживания.

Перед запуском котлоагрегата проверяют работоспособность бачка, для чего закрывают вход рабочего агента в него. Затем открывают систему, пока давление на манометре не достигнет единицы. После чего открывают вентиль на резервуар, и контролируют показание давления по манометру. Если бак-расширитель функционирует исправно, давление поднимется на 0.2 атм, поскольку из него в систему поступит дополнительная жидкость. Расширительный сосуд закрепляется к стенке. Для того чтобы подключать его, к корпусу прикреплены специальные монтажные планки, с отверстиями для крепежа, положение корпуса устанавливают по уровню.

Расчет объема бака

Наиболее доступный метод расчета бачка в системе теплоснабжения:

Умножают на 0.08 объем теплоносителя в системе. Его определяют путем умножения 15 литров на 1 кВт тепловой нагрузки. Для системы 15 кВт, для жилого домовладения 150 м2 потребуется расширительный бак емкостью:

15 кВт Х 15 л Х 0.08 = 18 литров.

Можно также установить минимальный объем по формулам:

Объем расчетного сосуда V = (Vсум x Eрас)/Dм, где:

• Vсум — общий объём сети.
• Ерас — коэффициент, учитывающий тепловое расширения среды
• Dм — эффективность бака-расширителя.

Например, для объекта с 300 м2, высотой системы отопления 5 м и тепловой мощностью 44 кВт, объем гидроаккумулирующей емкости составит:

• Vос = 30 x 15 = 450 л.
• P м = 2.5 бар
• P о = 0.5 бар

D = (2.5 — 0.5)/(2.5 + 1) = 0.57

Vрб = 450 x 0.04/0.57 = 31.57 литров

Также можно выполнить расчет с помощью применения онлайн калькуляторов:

например для жилого дома — 150 м2, начальным давлением в сети — 1.5 бар, максимальным давлением — 3.0 бар, программа определяет объем бака — 17 литров.

Подбор модели

После того как будет установлен необходимый минимальный объем расширительного бачка, по каталогам производителей в интернете или магазине сантехнике выбирают нужную модель.

Баки выпускаются стандартных размеров, очень редко, расчетный объем в точности совпадает со стандартным типоразмером. По этой причине, полученный результат округляют в большую сторону.

Например, если нужно выбирать расширитель из модельного ряда «ROZ-NAVI», для примера онлайн калькулятора :

При расчетном показателе — 18 литров выбирают модификацию ROZ-NAVI 35.

Для больших тепловых объектов, расчетные объемы гидроаккумулятор имеют показатели, когда они не проходят в стандартные двери. В таком случае одну емкость можно заменить на несколько менее объемных, выполнив их соединение последовательно. При этом важно, чтобы их общий объем равняться или был выше расчетного.

Способы подключения

Монтажная схема гидроаккумулирующей емкости зависит от вида отопительной системы: открытая или закрытая и модификация бака. Очень важно правильно установить емкость, чтобы она могла надежно компенсировать удельное расширение теплоносителя. Во внутридомовой системе отопления могут быть установлены не один, а несколько баков.

При установке расширителя в открытой системе в чердачном помещении придерживаются таких правил:

1. Бак размещают над котлом по прямому стояку подающей магистрали.
2. Корпус бака требуется тщательно теплоизолировать.
3. Должен быть выполнен монтажный перелив в канализацию.

Самым универсальным вариантом установки гидроаккумулирующего бака закрытой системе отопления — включение его на подачу, перед всасывающим патрубком центробежного насоса. Такая схема обеспечивает внутридомовую систему теплоснабжения устойчивым режимом работы.

В закрытых системах отопления, использующих незамерзающий антифриз, объем бака увеличивают на 15% от общего объема, поскольку он имеет высокий коэффициент теплового расширения.

Первый запуск

Для того чтобы правильно выполнить подключение расширительного бака нужно тщательно изучить заводскую инструкцию, в которой прописываются предельные параметры работы по давлению и температуре среды, схема и инструкция подключения.

После выполнения монтажных работ до заполнения емкости рабочей средой, в нее через воздушный ниппель насосом накачивают воздух, и контролирую показания по манометру. Иногда фирма-производители реализуют сосуды, уже заполненные воздухом либо аналогичной средой с рабочими параметрами.

Первоначальное давление должно быть на 0.2 бар больше статических показателей в сети, это выполняется, чтобы снизить риск создания вакуумной среды.

После этого открывают подпиточный вентиль и набирают систему вместе с сосудом до начального давления свыше 0.3 бар от первоначального давления в воздушном секторе. В техдокументации котла обозначено самое низкое давление контурной воды, ниже которого агрегат не сможет включиться.

Далее, запускают котел в работу и нагревают теплоноситель до допустимой рабочей температуры. В процессе нагрева удаляют воздух из сети, и контролируют давление. Останавливают электронасос и открывают подпиточный кран и доводят давление в горячей системе до рабочего показателя.

Техника безопасности при установке

Исходя от конструкции гидроаккумулирующего бака и используемых материалов, фирмы устанавливают некоторые ограничение в работе систем теплоснабжения.

Обычно, это касается коррозионной активности жидкой среды в системе. К примеру, ограничивается процент содержание этиленгликоля.

Условия использования таких устройств прописаны в заводских инструкциях, к общим требованиям безопасности относятся:

1. Эксплуатация бачка при давлениях, выше допустимого размера.
2. В точке монтажа емкости к системе теплоснабжения, необходимо размещение группы безопасности, срабатывающей при превышении давления в сети.
3. В автономных системах отопления применяют сборники с предельным давлением не менее 3.0 бар.

Расширительный бак своими руками

Все виды работ, связанные с установкой, подсоединением и наладкой расширительного бачка, не относятся к особо сложным и могут выполняться домашними мастерами самостоятельно.

Тем более, для них этот опыт будет полезным, потому что в процессе эксплуатации расширителя потребуется знать, как в нем корректировать показатель давление. Кроме того расценки на такие работы довольно высокие.

Для того чтобы выполнить гидроаккумулирующую емкость небольшого объекта отопления, подойдет сосуд 10-12 литров, в зависимости от полученного расчетного результата по объему.

Можно расширитель выполнить из листовой стали. Выполняют разметку стального листа, предварительно выполнив карту раскроя из бумаги. Такой метод поможет вырезать детали с меньшими потерями металла. При стыковке листов, в обязательном порядке, учитывают толщину круга шлиф машинки, которая сможет «съесть» пару миллиметров. Все операции выполняют скрупулезно с дальнейшей зачисткой кромок.

Корпус сосуда складывается из 5 или 6 прямоугольников, исходя из необходимости изготовления крышки. При надобности можно верхнюю часть крышки поделить на 2 детали таким образом, приварить одну часть к основанию, а вторую — на завесы.

Вырезанные детали устанавливают под 90 градусов и приваривают. Метод сварки: газосварка хорошо подходит для 2-х мм стали, а 4 мм нужно соединять электросваркой.

В днище корпуса выполняют отверстие для патрубка подающего теплоносителя. В конструкцию емкости устанавливают врезки для подпитки системы и аварийного дренажа, выше максимального допустимого уровня заполнения сборника, с тем, чтобы избежать перелива воды.

После выполнения сварочных работ и обвязки с трубами отопления, емкость утепляют, чтобы вода не замерзла.

Сквозь просвет в крышке вода из сборника испаряется и в систему отопления поступает воздух. Это может привести к перегреву труб и низкой скорости циркуляции в системе отопления.

Для того, чтобы разрешить данную проблему, специалисты советуют залить в бак незначительное количество масла. Жировая пленка защитит теплоноситель от проникновения воздуха.

Таким образом, подводя итог можно подчеркнуть, что расширительный бак в системе отопления частных домов — обязательное защитное устройство, для стабилизации давления в сети во время запуска ее из холодного состояния.

Чтобы обеспечить надежную защиту, потребуется выполнить расчет необходимого объема емкости, и сделать выбор модели по каталогам в интернете или в торговой сети.

Как правильно установить расширительный бак в системе отопления

В процессе нагрева котла вода расширяется, избыток теплоносителя заполняет специальную емкость, расположенную в определенной точке отопительной сети. Отсюда наша задача – пояснить, как установить расширительный бак в системе отопления частного дома. Также уточним место подключения, способ опорожнения и настройки расширительного бачка.

Где устанавливается расширительный бак на отопление

Итак, установка бачка зависит от типа системы отопления и назначения самого резервуара. Вопрос не в том, для чего нужен расширительный бак, а в каком месте он должен скомпенсировать расширение воды. То есть, в тепловой сети частного дома может стоять не один такой сосуд, а несколько. Вот перечень функций, возлагаемых на различные расширительные емкости:

• компенсация теплового расширения воды в закрытых системах отопления;
• в открытых сетях резервуар выполняет 2 функции – воспринимает лишний объем теплоносителя и удаляет воздух из системы в атмосферу;
• в определенных условиях мембранный бак служит дополнением к штатному расширительному бачку газового котла;
• поглощать излишки нагретой воды в сети горячего водоснабжения.

Находясь в наивысшей точке системы открытого типа, бачок работает как воздухоотводчик

В открытых тепловых сетях вода в резервуаре контактирует с атмосферным воздухом. Поэтому установка расширительного бака предусматривается в наивысшей точке – на стояке, идущем от котла. Зачастую эти системы делаются самотечными, с увеличенными диаметрами трубопроводов и большим количеством теплоносителя. Вместительность бака должна быть соответствующей и составлять около 10% от общего объема воды. Куда, как не на чердак, ставить такой габаритный резервуар.

Справка. В одноэтажных домах старой постройки встречаются небольшие расширительные бачки для открытой системы отопления, установленные на кухне рядом с напольным газовым котлом. Так тоже правильно, находящуюся под потолком емкость проще контролировать. Правда, это не слишком хорошо выглядит в интерьере. Мягко говоря.

Отопительные системы закрытого типа отличаются тем, что мембранный расширительный бак для воды полностью герметичен. Оптимальный вариант монтажа – в помещении котельной, рядом с остальным оборудованием. Другое место, где иногда приходится устанавливать закрытый расширительный бачок для отопления – это кухня в небольшом доме, поскольку там размещен котел.

В системах закрытого типа, работающих на незамерзающем теплоносителе, объем резервуара следует увеличить до 15% от общего количества жидкости. Причина — повышенный коэффициент теплового расширения гликолевых антифризов.

О дополнительных емкостях

Производители комплектуют настенные теплогенераторы встроенными бачками, воспринимающими избыток нагретого теплоносителя. Размеры бака не всегда соответствуют домовой отопительной разводке, иногда вместительности не хватает. Чтобы давление теплоносителя при нагревании находилось в пределах нормы, производится расчет литража и ставится дополнительный расширительный бак для настенного котла.

К примеру, вы переделали открытую самотечную систему в закрытую без замены магистралей. Новый отопительный агрегат подобрали по тепловой нагрузке. Встроенной котловой емкости не хватит на расширение такого количества воды.

Другой пример: отопление теплыми полами всех помещений двух– или трехэтажного дома плюс радиаторная сеть. Здесь объем теплоносителя тоже выйдет внушительный, маленький бачок не справится с его увеличением, давление внутри системы вырастет. Нужен второй расширительный бак для котла.

Примечание. Второй резервуар в помощь котловому – это тоже закрытая мембранная емкость, размещается в помещении топочной.

Когда горячее водоснабжение дома обеспечивает бойлер косвенного нагрева, возникает аналогичная проблема – куда девать избыток санитарной воды из накопителя? Простое решение – поставить сбросной клапан, как это делается на электрических водонагревателях. Но бойлер косвенного нагрева объемом 200…300 л станет терять через клапан слишком много горячей воды. Правильное решение – подобрать и установить расширительный бак для бойлера.

Справка. В буферных емкостях (теплоаккумуляторах) некоторых производителей также предусмотрена возможность подключения компенсирующего бачка. Более того, специалисты рекомендуют ставить его даже на электрические бойлеры большой вместительности, что и показано на видео:

Как правильно поставить бак

При монтаже открытого резервуара в чердачном помещении следует соблюдать ряд правил:

1. Емкость должна стоять прямо над котлом и соединяться с ним вертикальным стояком подающей магистрали.
2. Корпус сосуда надо тщательно утеплить, дабы впустую не терять тепло на обогрев холодного чердака.
3. Обязательно организовать аварийный перелив, чтобы в нештатной ситуации горячая вода не залила потолок.
4. Чтобы упростить контроль уровня и подпитку, рекомендуется вывести в котельную 2 дополнительных трубопровода, как это показано на схеме подключения бака:

Примечание. Трубу аварийного перелива принято направлять в канализационную сеть. Но некоторые домовладельцы с целью упростить задачу выводят ее под кровлей прямиком на улицу.

Установка расширительного бака мембранного типа выполняется вертикально либо горизонтально в любом положении. Малые емкости принято крепить к стене хомутом или подвешивать к специальному кронштейну, большие – просто ставить на пол. Тут есть один момент: работоспособность мембранного бачка не зависит от его ориентации в пространстве, чего нельзя сказать о сроке службы.

Сосуд с закрытого типа прослужит дольше, если его смонтировать вертикально воздушной камерой кверху. Рано или поздно мембрана исчерпает свой ресурс, появятся трещины. При горизонтальном расположении бачка воздух из камеры станет быстро проникать в теплоноситель, а тот – занимать его место. Ставить новый расширительный бак на отопление придется в срочном порядке. Если емкость висит на кронштейне «вниз головой», эффект проявится быстрее.

В нормальном вертикальном положении воздух из верхней камеры будет медленно проникать через трещины в нижнюю, как и теплоноситель неохотно пойдет вверх. Пока размеры и количество трещин не возрастет до критичного уровня, отопление будет исправно работать. Процесс занимает длительное время, неполадку вы заметите далеко не сразу.

Верный признак критического износа и растрескивания мембраны в расширительном закрытом бачке – падение давления в домашней отопительной сети. Периодически отслеживайте показания манометра на группе безопасности.

Но как бы вы ни размещали сосуд, стоит придерживаться следующих рекомендаций:

1. Изделие надо располагать в котельной таким образом, чтобы его было удобно обслуживать. Не устанавливайте напольные аппараты вплотную к стене.
2. При настенном монтаже расширительного бака системы отопления не ставьте его слишком высоко, чтобы при обслуживании не пришлось дотягиваться до отсекающего крана или воздушного золотника.
3. Нагрузка от подводящих трубопроводов и отсекающей арматуры не должна ложиться на патрубок бачка. Крепите трубы вместе с кранами отдельно, это облегчит замену резервуара в случае поломки.
4. Не допускается прокладывать подводящую трубу по полу через проход или подвешивать на высоте головы.

Вариант размещения оборудования в котельной – бачок больших размеров ставится прямо на пол

Способы подключения

Гидравлически правильно подключать бак в точке, находящейся на обратной магистрали перед котлом и циркуляционным насосом (если смотреть по направлению течения воды). Бак можно врезать и на подаче, но при 1 условии: насос должен располагаться на подающей линии и все так же стоять впереди компенсирующей емкости.

Лучшее место подключения мембранного бачка – обратка отопления в котельной, но обязательно перед насосом, а не после него

Момент второй: при перегреве твердотопливного котла бачок, подключенный к подаче, начнет заполняться паром. Воздух и пар – это сжимаемые среды, в этом случае резиновая «груша» перестанет компенсировать расширение воды.

Правильное подключение расширительного бака к системе отопления всегда осуществляется через отсекающий шаровой кран с американкой. Тогда резервуар можно в любой момент вывести из эксплуатации и быстро поменять, не дожидаясь остывания теплоносителя. Если же установить на подводке тройник и второй кран, как изображено на схеме подключения, то емкость можно предварительно опорожнить:

Рекомендация. При обвязке бойлера косвенного нагрева с котлом и ГВС подключайте расширительный бак к линии холодного водоснабжения на входе в накопитель. Здесь применяется специальный бак, выдерживающий давление водопроводной сети. Емкость для отопления или гидроаккумулятор не годится. Как их различить, смотрите на видео:

Где лучше устанавливать расширительный бак. На подаче или обратке?

Так уж устроено, что частные дома практически повсеместно обделяют поставками центрального отопления. Но зимы суровые и простым заклеиванием и запениванием щелей в доме тепло не сохранить. Поэтому очень важно свой дом оборудовать собственной системой отопления. Однако не все знают, как проходит выбор и установка расширительного бака. Ведь даже при подключении такой, казалось бы, посредственной и простой, детали есть свои нюансы.

Говорить о различных видах расширительных баков мы в этой статье не будем, так как их всего 2: открытый и закрытый. Первый тип, открытый, в наше время можно встретить в основном в старых домах. А второй тип между собой отличается только объемом, да внешним видом. Здесь будет обозреваться закрытый тип расширительных мембранных баков и то, как именно следует его устанавливать в системе домашнего отопления.

Подключение расширительного бака на подачу

Что же означает «установка бака на подачу»? Очень даже просто — это такой тип установки расширительного бачка, при котором циркуляционный насос выкачивает давление из расширительного бочонка. То есть бак устанавливается на всасывающей стороне насоса. Рассмотрим ниже, как это отобразится на работоспособности системы домашнего отопления в целом.

После сборки такой отопительной цепи, при которой насос качает из расширительного бака, мы наполняем ее водой. Пусть, для примера, будет закачано воды на 1 бар статического давления. Когда будет включен насос, он начнет создавать динамическое давление. Это легко можно увидеть, посмотрев на показания манометров, установленных в разных углах системы.

И так, насос включен. Он создает давление в 1,5 атмосферных давления. На ближайшем к нему манометре отображаются показания давления равные 1,4 бар. Пока жидкость в системе добирается до последующих измерительных приборов, давление опускается все ниже и ниже.

Когда жидкость совершает практически полный круг обращения по системе и доходит до установленного расширительного бачка — можно увидеть, что динамическое давление системы отопления будет равняться статическому. И на участке между насосом и бачком давление опустится еще ниже, снижая нагрузку на систему.

Монтаж расширительного бака в системе на обратку

Как мы определились, установка расширительного бака на подачу делает так, чтобы динамическое давление системы отопления на подходе к баку выравнивалось со статическим давлением. Подключение же бака на обработку даст нам совершенно другую картину.

Для удобства представьте, что система выглядит точно также, имеет те же размеры и параметры. Единственное отличие — бак установлен на выходе напора насоса. Это приводит к тому, что насос давит, в первую очередь, внутрь расширительного бака.

Система вновь наполняется жидкостью, которая создает давление 1 бар. Что следует после включения насоса? Он также создает давление 1,5 бар. Следом давление перераспределяется в расширительный бак. В данной точке, как и в случае с установкой бака на подачу, давление динамическое становиться равно давлению статическому. Но вот уже после того, как нагнетание покинет пределы расширительного бака, при изучении показаний манометров будет видно, что динамическое давление системы ниже, чем статическое!

Однако, несмотря на кажущиеся удобство второго метода установки, при неправильном расчете длинны системы отопления и наполнении её статическим давлением, давление может упасть ниже, чем атмосферное давление. Это приводит к тому, что вода начинает вскипать при более низких температурах, что приводит к крайне быстрому изнашиванию насоса, из-за чего его лопасти разрушаются в течении короткого времени.

Что следует помнить при монтаже расширительного бака

⦁ Установка мембранного бака должна производиться в помещении отопленном выше 0.

⦁ Бак необходимо подключить так, чтобы не был перекрыт доступ к его запору и сливу.

⦁ Система, в которой редуктор давления устанавливается после водомера, обеспечивает постоянное начальное давление в баке.

⦁ Расширительный бак устанавливается так, чтобы клапан предохранения устанавливался перед проточной арматурой.

Выводы и советы по установке расширительного бака

Из этой статьи становиться понятно, что универсальным способом установки расширительного бака — является подключение его на подачу, перед всасывающей стороной насоса. Это всегда обеспечит систему отопления стабильной работоспособностью и износоустойчивостью, а, следовательно, и уменьшит затраты как энергии, так и времени, и денег. При этом на подачю или на обратку работает насос — неважно.

В случае, если в отопительной системе имеется 2 или более циркуляционных насосов, то расширительный бак следует смонтировать как можно ближе к всасывающей стороне всех насосов. Когда отопительная система вашего помещения имеет большие размеры, можно установить несколько расширительных баков, при установке ориентируюсь на указание выше — как можно ближе к всасывающей стороне насоса.

Как установить расширительный бак в системе отопления

Вы успешно подобрали и приобрели бак мембранного типа на свою систему отопления. Пришло время его установить, и тут возникает масса вопросов: куда ставить, как подключать и так далее. На просторах интернета на эту тему советов – множество и все противоречивые. Чтобы прояснить все спорные моменты и подробно рассмотреть, как правильно производится установка расширительного бака, предлагаем вашему вниманию данную статью.

Где ставить расширительный бак в закрытой системе отопления?

К слову сказать, в частных домах не бывает открытых и закрытых систем, бывают гравитационные и напорные (насосные). В первых вода движется за счет разности удельного веса (естественная циркуляция), а во вторых – принудительно побуждается насосом.

Для справки. Открытая система работает одновременно на отопление и ГВС, применяется только в крупных централизованных сетях. Вот почему все индивидуальные системы – закрытые.

Чтобы правильно установить расширительный бак в системе отопления, надо выполнить следующие требования:

• расположение бачка – помещение топочной, недалеко от котла;
• аппарат должен стоять в таком месте, где к нему будет свободный доступ для настройки и обслуживания;
• в случае крепления бачка к стене на кронштейне рекомендуется выдержать высоту, удобную для доступа к его воздушному клапану и запорной арматуре;
• труба подводки вместе с кранами не должна нагружать своим весом расширительный бачок. То есть, подводку следует крепить к стене отдельно;
• подводку к напольному расширительному баку для отопления не допускается прокладывать по полу поперек прохода;
• емкость не ставить вплотную к стене, оставить достаточный просвет для осмотра.

Резервуары небольшой вместительности допускается подвешивать к стене при условии, что ее несущей способности будет достаточно. Что же касается ориентации бачка в пространстве, то тут много противоречивых советов. Одни рекомендуют способ установки, при котором труба присоединяется к емкости сверху, а воздушная камера, соответственно, находится снизу. Обоснование – легче удалить воздух из-под мембраны при заполнении, вода его вытеснит.

На самом деле в первоначальном состоянии резиновая «груша», поджимаемая с одной стороны давлением воздуха, не оставляет места для него с другой стороны, как показано на фото выше. Специалисты по монтажу как раз советуют устанавливать расширительный бак присоединительным патрубком вниз, и только так. В некоторых моделях штуцер изначально находится на боковой стенке, в ее нижней части, и сосуд по-другому поставить невозможно (см. фото ниже).

Пояснить это просто. Аппарат будет функционировать в любом положении, хоть и лежа на боку. Другое дело, что рано или поздно в мембране появятся трещины. Когда установка мембранного расширительного бака выполнена воздушной камерой вверх, а патрубком вниз, то воздух будет проникать сквозь трещины в теплоноситель очень медленно и резервуар еще прослужит какое-то время. Если же он будет стоять вверх ногами, то воздух, будучи легче воды, быстро перетечет в камеру с теплоносителем и бачок придется срочно менять.

Примечание. Некоторые производители предлагают осуществлять монтаж расширительного бака системы отопления, как раз подвешивая его «головой» вниз, на кронштейне. Это не запрещается, все будет работать, только в случае неисправности мембраны узел выйдет из строя сразу же.

Как подключить расширительный бак

После того как емкость надежно закреплена на стене или зафиксирована на полу, необходимо правильно подключить расширительный бак к трубопроводам отопления. Для этого нужно наметить трассу для трубы, проходящую кратчайшим путем к месту присоединения. Считается, что наилучшее место подключения для закрытых мембранных бачков находится на обратном трубопроводе. Только не перед самым входом в котел, а до циркуляционного насоса (если он не установлен на подаче) и сопровождающей его запорной арматуры. Ниже показана схема установки расширительного бака:

Обоснований такой врезке несколько:

• в обратке температура теплоносителя значительно ниже, что продлит срок службы мембраны;
• если место установки и врезки находится на обратном трубопроводе, то циркуляционный насос работает в комфортном режиме;

в подающем трубопроводе твердотопливного котла может возникать критическое давление и пароводяная смесь вследствие перегрева по разным причинам. Попадание этой смеси в резиновую «грушу» емкости приведет к тому, что она прекратит выполнять свои функции.

На самом деле практика показывает, что большой разницы для присоединения между подачей и обраткой нет. Просто принято подключение расширительного бака к системе отопления через обратный трубопровод, так надежнее. А вот что точно не помешает, так это отсекающий шаровой кран на подводке, а еще лучше – штуцер для опорожнения и второй кран. Тогда в любой момент бак можно отсечь от системы, слить из него воду и снять для ремонта или замены.

Совет. Для тех, у кого газовый котел не снабжен манометром или группой безопасности, нелишним будет встроить ее в контур расширительной емкости, используя такую схему монтажа:

Указания по настройке

После монтажа и врезки аппарата в тепловую сеть требуется произвести его настройку. Она заключается в том, чтобы обеспечить необходимое давление в воздушной камере, соответствующее вашей системе. Это нужно для избегания гидроударов в сети, их может создавать мембрана бачка во время остывания теплоносителя и выталкивания его излишков из камеры. Операция выполняется в такой последовательности:

• когда монтаж бака закрытого типа завершен, система заполняется холодной водой;
• с помощью клапанов и кранов Маевского из труб и радиаторов удаляются воздушные пробки;
• манометром измеряется давление в системе, а потом в воздушной камере бачка;
• стравливанием или подкачиванием давление в камере устанавливается на 0.2 Бар ниже, чем давление в системе.

Теперь, когда произведена правильная установка расширительного бачка с последующей настройкой, можно запускать котел. Давление в емкости будет расти одинаково плавно при нагреве и остывании теплоносителя.

Заключение

В принципе, монтаж компенсирующей емкости не является слишком уж сложной процедурой. Какие-то специальные инструменты или приспособления тоже не требуются, достаточно обычного набора, что есть у каждого рачительного хозяина. Но чтобы установить бак в системе отопления и настроить его, надо быть внимательнее и не пропускать никаких мелочей. Тогда аппарат прослужит долго и без проблем.

Залив антифриза в системы отопления открытого и закрытого типа

Промышленные антифризы, которые используются для заливки в системы отопления частных домов, административных учреждений, торговых, спортивных или промышленных объектов, изготавливаются на основе раствора этиленгликоля или пропиленгликоля. Антифризы (теплоносителей) из раствора пропиленгликоля  безопаснее и дороже.

Некоторые  продавцы и поставщики используют эту информацию как маркетинговый ход. Периодически появляются мнения, что раствор этиленгликоля настолько опасен, что малейшая протечка приведет к его попаданию в систему горячего водоснабжения здания и отравит все живое. Реальная картина обстоит иначе.

Профессионалы уверены: при качественно подобранной конструкции и правильном монтаже системы отопления риск протечки и попадания промышленного гликолевого антифриза в воду сводится к нулю. Протечки из отопительной системы несущественны и безвредны для окружающей среды и здоровья человека.

Если вы уверены в качестве монтажа отопительной системы, смело применяйте растворы этиленгликоля.

Обратите внимание! Для объектов с особыми требованиями к экологической безопасности (детские, медицинские или оздоровительные учреждения) допускается только растворы на основе пропиленгликоля.

Чаще всего промышленный антифриз реализуется в виде концентрата, который в нужной пропорции разбавляется водой и заливается в отопительную систему. Помните, что при покупке концентрированного раствора важно приобрести антикоррозионные присадки: раствор гликоля обладает окислительными свойствами и приводит к разрушению металлических элементов системы, полимерных уплотнителей и прокладок трубопроводов.

Рекомендуемый срок эксплуатации большинства гликолевых антифризов – 5 лет, а нашей продукции до 10 лет.

Соблюдайте рекомендации производителя рабочей жидкости и не превышайте допустимую концентрацию раствора гликоля. Это не повлияет на срок эксплуатации антифриза (теплоносителя), но повысит температуру замерзания (между температурой кристаллизации и концентрацией присутствует нелинейная зависимость), что негативно скажется на работоспособности системы отопления.

Как залить антифриз в открытую отопительную систему?

Конструкция климатической системы часто предусматривается наличие открытого расширительного бачка, который располагается в пределах отапливаемого здания и сообщается с атмосферным воздухом. При раствора использовании этиленгликоля присутствует риск попадания токсичных испарений в жилые или рабочие помещения. Поэтому специалисты рекомендуют отдавать предпочтение пропиленгликолевым антифризам.

• Разбавленный в нужной пропорции концентрат раствора гликоля заливается через подпиточный вентиль или расширительный бак с помощью насоса.
• Установленные на радиаторах отопления краны Маевского должны быть открыты.
• По мере заполнения системы теплоносителем краны закрываются, а уровень рабочей жидкости доводится примерно до трети от объема расширительного бака.

Важно!

Перед тем, как заливать промышленный антифриз в систему открытого типа, обязательно проверьте работоспособность запорно-регулирующей арматуры. После запуска и прогрева отопительного котла повторно стравите воздух через радиаторы. Если в процессе удаления воздуха из системы уровень нагретого теплоносителя в расширительном баке падает, долейте антифриз примерно до половины от объема бака.

Как залить антифриз в закрытую систему отопления?

Закрытая отопительная система гликолевым антифризом заполняется с помощью насоса, который подключается к штуцеру подпитки. Если насоса нет, придется заливать жидкость через самую высокую точку. Для этого нужно открутить автоматический воздухоотводчик. Это длительный и трудоемкий процесс, с которым сложно справиться в одиночку. Роль помощника – следить за своевременным удалением воздуха из батарей в момент залива теплоносителя в систему.

Перед началом работы важно проверить:

• открыта ли запорно-регулирующая арматура;
• закрыты ли краны, отсекающие котел;
• правильно ли разбавлен концентрат антифриза;
• закрыты ли сбросные клапаны Маевского;
• открыт ли вентиль, отсекающий мембранный расширительный бак.

1. Антифриз закачивается в систему пока показания манометра не достигнут 1,5 Бар (усредненное значение). После этого нужно выпустить воздух из радиаторов отопления и параллельно следить за падением давления в системе по манометрам (минимально допустимый показатель – 1 Бар). После этого нужно регулировать уровень давления периодической подкачкой теплоносителя.

   Важно! В системах отопления закрытого типа на подпиточной врезке должен располагаться обратный клапан пружинного типа. Иначе закачать внутрь системы антифриз практически невозможно.

2. После удаления воздуха из радиаторов отопления рабочая жидкость доливается в систему до достижения показателей давления 1,5 Бар.
3. Далее нужно открыть отсекающие котел краны: на обратной и подающей магистрали. Второй кран открывайте максимально аккуратно, чтобы атмосферный воздух успевал выйти через автоматический воздухоотводчик.
4. При пробном запуске котла и прогреве рабочей жидкости контролируйте показатели давления в системе. Максимально допустимый показатель – 1,8 Бар (усредненное значение).
5. Последний этап заливки антифриза – повторный сброс воздуха и корректировка давления.

После завершения работы тщательно обследуйте трубопроводы и соединения на наличие протечек антифриза. При обнаружении протечки можно не сливать весь объем теплоносителя из системы, а отсечь отдельную ветку или радиатор арматуры. После устранения дефектов конструкции скорректируйте давление выпустив воздух и долив необходимый объем рабочей жидкости.

Советы специалистов

Залив гликолевого антифриза (теплоносителя) в систему отопления – трудоемкий процесс. Важно использовать рабочую жидкость одной концентрации и от одного производителя. Это связано с различиями в пакетах антикоррозионных присадок. Некоторые компоненты могут вступать в химическую реакцию и образовывать осадок, который негативно сказывается на производительности системы и эксплуатационном ресурсе оборудования.

Смотрите допуски и сертификаты соответствия жидкостей компании «Техноформ». 

В ассортименте компании «Техноформ» вы  подберете раствор гликоля нужной концентрации, а также сможете приобрести карбоксилатные ингибиторы коррозии бельгийского производства.

Для использования в системах отопления рекомендуем готовые составы Hot Stream, температура кристаллизации и рабочие характеристики которых адаптированы под нужные климатические условия.

Главное — использовать антифриз (теплоноситель) совместимый с отопительным котлом для сохранения гарантии на котел. Многие производители выдвигают строгие требования, не допуская совместной работы теплогенераторов и незамерзающей жидкости. Перечень антифризов на основе раствора гликоля устанавливает производитель, поэтому важно придерживаться требований и проводить регулярное техническое обслуживание оборудования.

Вам могут быть интересны следующие товары

Вам могут быть интересны услуги

Расширительные баки для системы отопления закрытого типа

В последнее время самым популярным видом автономных отопительных систем считаются закрытые конструкции, состоящие из трубопроводов, насоса и нагревательного элемента (котла). Минимальная вероятность попадания кислорода в теплоноситель повышает срок службы оборудования и делает такой вариант более надёжным. Однако работа домашней сети теплоснабжения невозможна баз специальной ёмкости, компенсирующей расширение жидкости в трубах и внутри котла. А правильный расчет расширительного бака для закрытой системы отопления является одной из главных задач при создании комфортных условий внутри жилья с автономным обогревом.

Назначение оборудования

Находящийся в трубопроводах теплоноситель в процессе эксплуатации системы отопления нагревается до температуры около 80–90 градусов. И отсутствие расширительного бака в данном случае может привести к заметному повышению давления в сети и появлению трещин в трубах. Именно поэтому каждая отопительная система должна быть оборудована ёмкостью, предотвращающей аварию.

Устанавливая расширительные баки для системы отопления закрытого типа, компенсируют объём растущего при нагревании теплоносителя. Тогда как попытка заменить такой бачок предохранительным клапаном, сбрасывающим лишнее давление в окружающую среду, может привести к попаданию в систему воздуха. Со временем это приводит к появлению воздушных пробок и может отрицательно повлиять на работоспособность и долговечность системы.

Принцип действия и конструкция

Конструкция бака-расширителя в закрытой системе отопления представляет собой металлическую ёмкость в виде цилиндра. Внутри неё установлена мембрана, разделяющая весь объём на две камеры – жидкостную и воздушную. Эта деталь конструкции может быть двух видов:

• баллонной, в которой теплоноситель помещается внутри резинового баллона, а снаружи находится воздух или газ (азот). Такой вариант отличается большим объёмом жидкости;
• стандартной, в виде плоской диафрагмы.

Давление газовой среды внутри бачка настраивается практически индивидуально, согласно прилагающейся к оборудованию инструкции. При этом мембрана может быть заменяемой. Такой вариант увеличивает стоимость ёмкости, однако одновременно повышает и его ремонтопригодность.

Принцип действия расширительного бака не зависит от его конструкции. Расширяющийся при нагревании теплоноситель попадает внутрь ёмкости, растягивая расположенную здесь мембрану и сжимая газ. В процессе остывания жидкости происходит уменьшение её объёма и возвращение в трубопровод. Всё это обеспечивает автоматическую компенсацию расширения и нагревания рабочей среды системы теплоснабжения.

Покупка расширителя без проведения предварительных расчётов может привести к нехватке его объёма для правильной работы сети. Ведь, если бак будет слишком большим, он не сможет обеспечить требуемое давление. Слишком маленькая ёмкость приведёт к невозможности полностью компенсировать расширение теплоносителя, а, значит, не спасёт и от аварийной ситуации.

Расчёт и выбор оборудования

Ориентировочно считают, что размер расширительного бака должен быть равен примерно 10% от общего объёма теплоносителя. Это значит, что системе, в трубах и баке которой содержится, например, 400 литров жидкости, нужна сорокалитровая ёмкость. А для подбора понадобится правильно рассчитать параметры сети.

Среди способов выполнения расчёта расширительного бака одним из самых точных является определение объёма внутри труб, котла и нагревательных приборов. При этом далеко не всегда требуется использование сложных формул. Существует сравнительно простой вариант расчёта:

• объём теплоносителя в котле определяется по паспорту оборудования;
• количество жидкости в радиаторах – по документам на эти изделия;
• параметры труб находится по их внутреннему диаметру и длине.

Сложив полученные объёмы, к сумме прибавляют от 5 до 10 процентов и подбирают модель достаточно большого бака одного из надёжных производителей. При выборе обращают внимание и на марку, и на цену, и на отзывы, которые покупатели оставляют о продукции каждого бренда. Как правило, невысокая стоимость расширительного бака говорит о минимальной надёжности. И, если это оборудование выпущено малоизвестной китайской компанией, от покупки следует отказаться. В то время как даже самые выгодные по цене модели известных производителей, таких как Elbi или Reflex, имеют достаточно высокое качество. А в последнее время получили популярность и бачки отечественного производства, по характеристикам и надёжности практически не уступающие европейским, однако более дешёвые.

Монтаж расширителя

Правильный выбор расширителя представляет собой решение только части задачи, стоящей перед владельцем жилья, где устраивается автономная и закрытая система отопления. Следующий этап, отнестись к которому следует с не меньшей ответственностью, заключается в правильной установке расширительного бака. Причём, пользователям, не имеющим опыта выполнения сантехнических работ желательно воспользоваться для этого услугами специалиста.

В процессе установки необходимо руководствоваться определёнными правилами:

• устанавливать расширитель следует на обратном трубопроводе перед точкой подключения насосного оборудования;
• при невозможности установки ёмкости перед насосом допускается её размещение на другом участке. Одним из главных требований к монтажу расширительных баков в этом случае будет горизонтальное расположение и прямолинейность трубы;
• повысить удобство контроля давления в системе и, соответственно, работы резервуара можно путём его оснащения манометром;
• для повышения безопасности работы системы желательно монтировать бачки вместе с предохранительными клапанами – устройствами, задачей которых является сброс избыточного давления.

Следует знать, что неправильный подбор бака и установка меньшего по размеру сосуда может привести и к проблемам в работе клапана. В этом случае предохранительное устройство будет срабатывать слишком часто. А исправить ситуацию можно будет только заменой резервуара на более вместительный вариант или параллельным присоединением дополнительной ёмкости.

Особенности эксплуатации баков

Выбор и монтаж оборудования для компенсации теплового расширения – важный этап. Однако кроме соблюдения правил расчёта и монтажа расширительного бака, требуется воспользоваться ещё и такими рекомендациями:

• баки следует осматривать раз в полгода, проверяя наличие повреждений и следов коррозии. При их обнаружении ёмкость следует привести в нормальное состояние или, если это невозможно, заменить;
• для ремонта сосуда стоит применять только оригинальные детали от того же производителя;
• для закрытых систем обязательно не реже 2 раз в год проверять давление и состояние мембраны;
• при остановке отопительной системы (на летний период или при отсутствии жильцов) расширитель опустошают для просушивания его внутренней поверхности.

Соблюдение всех требований к эксплуатации прибора, в первую очередь, позволяет продлить срок его службы. А, значит, и повышает надёжность всей отопительной системы в целом. И, учитывая не слишком низкую стоимость качественного оборудования, ещё и экономит средства.

Давление в расширительном бачке закрытого типа

Насколько важным является такой элемент в системе отопления, как расширительный бачок? Для того, чтобы это понять, необходимо знать его назначение. Все дело в законах физики. При нагревании вода изменяет свою плотность, а если быть точнее, плотность уменьшается. Соответственно объем воды увеличивается, что приводит к повышению давления в трубах и радиаторах системы отопления, вплоть до запредельных величин. Отсюда и появляется дополнительный элемент в виде расширительного бачка для сброса излишков воды. Затем вода в емкости остывает и возвращается в систему обратно.

Виды и устройство

Существуют два вида отопительных систем закрытого и открытого типа. В открытой системе циркуляция воды происходит естественным образом. Это значит, что дополнительных устройств для создания давления воды не предусмотрено. Расширительные бачки для данной системы отопления используются без верхней крышки. Контур крепления у таких емкостей сверху. Для того, чтобы в системе трубопровода не скапливался воздух, мешающий нормальному функционированию теплоносителя, необходимо постоянно следить за уровнем воды в расширительном бачке.

Еще один вид отопительной системы – система закрытого типа. Еще ее называют автономной отопительной системой. Главное отличие в том, что давление в расширительном бачке отопления закрытого типа создается за счет насоса. Поэтому в качестве теплоносителя иногда используют антифриз для исключения перемерзания труб в зимнее время в случае, например, отключения электричества или газа. Данная система полностью герметична, поэтому в контуре устанавливается полностью закрытый расширительный бачок.

Особенности конструкции

Особенность конструкции расширительного бака закрытого типа зависит от вида установленной мембраны. Всего существуют два основных вида мембраны – в виде диафрагмы и баллонного типа.
Расширитель с мембраной в виде диафрагмы имеет форму бочки или прямоугольного бака. Резиновая перегородка внутри делит бак на две камеры. В верхнюю камеру закачивается воздух, в нижнюю теплоноситель.

При подключении расширительного бака приводится в движение гибкая мембрана. Система готова к пуску, когда мембрана опускается на поверхность теплоносителя. При нагреве воды или антифриза в системе, за счет образования давления в нижней камере мембрана смещается вверх. Образуется дополнительное место в расширителе для сброса излишков теплоносителя. Соответственно при остывании запускается обратный процесс. Мембрана опускается вниз за счет снижения плотности воды (антифриза).

Еще один вид мембраны – баллонного типа. Внутрь расширителя устанавливается резиновая емкость. Когда происходит наполнение бака нагретой жидкостью, емкость растягивается по принципу воздушного шарика.При остывании принимает прежнюю форму. Главным преимуществом над мембраной в виде диафрагмы является его ремонтопригодность. Резиновая емкость легко заменяется при износе.

Знаете ли вы, что расцветка бачка расширителя имеет не только эстетический смысл. Как правило существует два цвета. Красная емкость расширителя предназначена только для системы отопления. Бак синего цвета подходит и для отопления и для водоснабжения. Все дело в используемой мембране. Она изготавливается из пищевой резины»

Какое давление должно быть  в расширительном бачке газового котла системы отопления закрытого типа

Как правило необходимая величина настраиваемого давления воздуха в расширительном бачке указывается в паспорте на газовый или электрический котел, однако этой записи может и не быть. Тогда принято использовать величину давления на 0,2 – 0,3 атмосферы ниже рабочего. Все зависит от размера частного дома и площади отопления. Обычно диапазон давления в мембранном баке составляет от 1,5 до 2,5 атмосфер. Например, для малоэтажного загородного дома нормальное функционирование системы отопления происходит при 1,5 — 1,8 атм, поэтому давление в расширительном баке настраивается в пределах 1,2 – 1,6 атм.

Как проверить давление в расширительном бачке

Чтобы измерить величину давления в расширительном бачке системы водоснабжения или отопления для газовых котлов различных видов, необходимо подсоединить обыкновенный автомобильный манометр к ниппелю. Для того, чтобы добраться до ниппеля, необходимо снять верхнюю пластиковую крышку. Там же находится золотник, с помощью которого можно стравить излишки давления воздуха. Для увеличения давления можно воспользоваться автомобильным насосом, подсоединяя его к ниппелю.

Корректировка давления в расширителе лучше проводить на снятом с системы отопления бачке. Без отсоединения корректировку выполнять можно, но тогда необходимо полностью убедиться в отсутствии теплоносителя в котле.

Расчет объема

Для того, чтобы система отопления функционировала без перебоев и поломок необходимо правильно выбрать расширительную емкость нужного объема. Для вычисления следует использовать такие показатели, как объем системы теплоносителя V_t, коэффициент теплового расширения применяемого теплоносителя K_t. Он зависит от применяемого антифриза в системе. И показатель эффективности работы мембраны F. Формула ниже:

V_b = V_t * K_t / F

коэффициент теплового расширения берется из специальной таблицы. Все зависит от процентного содержания водогликолевой смеси в антифризе.

Коэффициент расширения воды и водогликолевой смеси

Показатель эффективности работы мембраны рассчитывается следующим образом:

F = (P_max -P_b)/ (P_max + 1),

где:

P_max – максимальное давление в отопительной системе. Этот показатель можно найти в паспорте на котел;
P_b – давление воздуха в расширительном бачке.

Данную величину можно взять из паспорта расширителя или определить самостоятельно через подсоединение к ниппелю бачка автомобильного манометра.

Читайте также по теме: Как посчитать расход газа на отопление дома

К чему приведет недостаточный объем расширительного бачка

При покупке расширительного бачка нужно убедиться в наличии сбрасывающего клапана. При его отсутствии клапан следует докупить. В том случае, если сбрасывающий клапан начнет постоянно сбрасывать теплоноситель. Это значит, что выбранного объема расширителя недостаточно.

Почему падает давление

Причиной падения давления в расширительном бачке двухконтурного котла или в системе отопления чаще всего является отсутствие электричества. Ведь от источника энергии работает насос, который обеспечивает нужное давление. Еще одна причина — это протечки в системе отопления и водоснабжения. И последняя причина, которую бы хотелось озвучить — это неправильные или сбитые настройки давления воздуха бачка расширителя. Как регулировать давление в бачке читать выше. Конечно нельзя исключать факт поломки расширителя. Для ремонта расширительного бачка газового котла стоит обратиться в специализированную сервисную службу.

Где поставить в системе

Для систем открытого типа бачок расширителя устанавливается в самой верхней точки контура отопления.

Рекомендуем: Подключение газа к частному дому

Для отопительных систем закрытого типа таких жестких условий нет. Бачок монтируется рядом с источником тепла в котельной.

Если, например, котел стоит в кухне, то бачок может устанавливаться в кухонном помещении. Если в доме 3, 4 этажа, да еще и контур водяного напольного отопления, то одного расширительного бачка может не хватить. Тогда в контур приспосабливают второй бак.

Выводы можно сделать следующие. Расширительный бачок является неотъемлемой частью отопительной системы. Обойтись без него в современном мире пока не получится. Однако и обслуживание данного оборудования не требует высококвалифицированной помощи. Следить за давлением, регулировать его, производить замену самого бачка можно вполне самостоятельно.

Мне нравитсяНе нравится

Мембранный расширительный бак для отопления – преимущества и недостатки

В последнее время магистраль газопровода достигает все дальние уголки населенных пунктов. Это более дешевое топливо позволяет использовать его для водяного обогрева домов и квартир. Используемая автоматика дает возможность хозяевам освободиться от забот по поводу обеспечения тепла. Единственным слабым местом было использование открытого расширителя. Приходилось регулярно проверять уровень воды и добавлять ее по мере необходимости. Если поставить мембранный расширительный бак для отопления, то и эта проблема будет решена.

Внешний вид бака

Назначение и особенности конструкции

Чем различаются мембранный и открытый расширители? Основное отличие заключается в строении. Расширители открытого типа дают воде возможность расширяться при нагревании, забирая излишки, а когда вода охлаждается – бачок ее возвращает. Однако у этой системы есть два существенных недостатка:

1. из-за открытой конструкции бак необходимо устанавливать выше уровня воды в системе отопления. Иногда его ставят на чердаке, и тогда его требуется утеплять;
2. открытая система позволяет нагретой воде испаряться, что приводит к уменьшению ее объема, тогда его требуется пополнять.

Бак мембранного типа в силу своих конструктивных особенностей лишен таких недостатков, кроме того, он позволяет жидкости не только менять свой объем, но и поглощает гидроудары при включении насоса. В отличие от расширителя открытого типа, которые устанавливаются только вверху, эти баки можно поставить в любом месте и на любом уровне.

Другое отличие заключается в объеме. Эти бачки, по сравнению со своими собратьями открытого вида, обладают большим объемом, поэтому для их крепления требуются более прочные основания. Обычно для этого используются стены или пол помещения.

Крепление к стене

Внимание! При креплении на горизонтальные поверхности необходимо убедиться в их прочности. Емкости с большим объемом выпускаются только в горизонтальном исполнении и устанавливаются на полу или подставке. Допускается устанавливать вместо одного бачка с большим объемом несколько с меньшим объемом, но их суммарная емкость не должна быть меньше расчетной.

Последовательное подключение нескольких бачков

Отличия от гидроаккумулятора

Не все баки закрытого типа являются расширителями. Такую же форму и конструкцию имеют гидроаккумуляторы. Чтобы отличать один вид от другого их окрашивают в разные цвета: расширители окрашивают в красный цвет, гидроаккумуляторы – в синий.

Внешний вид расширителей и гидроаккумуляторов

Что различает эти два вида? Существует несколько особенностей:

• способ подключения;
• материал мембраны;
• прочность корпуса.

Расширители применяются в отопительной системе, они устанавливаются перед насосом, на его входном патрубке, или вблизи него. Их задача, кроме регулирования объема жидкости, обеспечивать насос необходимым давлением, особенно при его запуске, когда жидкость из его входной трубы резко уходит. Перекачивающий насос, как правило, имеет небольшую мощность, поэтому давление в системе не превышает четырех Бар. Следовательно, бачки для систем отопления изготавливают, рассчитывая на это давление.

Гидроаккумуляторы, напротив, используются в водопроводе, устанавливаются после насоса на его выходном патрубке. Предназначены для накапливания (аккумуляции) воды во время работы насоса, а после его отключения поддержания необходимого напора в трубопроводе. В водопроводе используются мощные насосы, они могут создавать большое давление, поэтому бачки рассчитаны на давление до 10 Бар.

Материал, из которого изготавливается мембрана, тоже отличается. В отоплении в закрытой системе температура может достигать 115 градусов в котле, поэтому резина должна быть термостойкой. В водопроводе таких температур нет, но вода может быть использована для питья и приготовления пищи, поэтому мембрану изготавливают из пищевой резины.

Поскольку гидроаккумулятор подвергается действию большого давления, его корпус делается значительно прочнее, изготавливается из более толстого и прочного материала.

Совет! Хотя гидроаккумуляторы и работают при большем давлении, установка их в отопительную систему недопустима. Повышенная температура жидкости приводит к размягчению резины, и она быстро выходит из строя. Установка расширителя на водопровод также запрещена, так как материал, из которого выполнена мембрана, токсичный.

Устройство и принцип работы

Корпус может быть любой формы: круглой, овальной или прямоугольной. Состоит из двух частей, которые соединены зажимом или сваркой. Если используется мембрана грушеобразной формы, тогда корпус не разделяется на отсеки.

Мембрана грушеобразной формы

С одного края на корпусе расположен фланец с внешней резьбой, с помощью которого производится соединение с трубопроводом. При использовании грушеобразной мембраны фланец имеет разборную конструкцию, с помощью болтов он прижимает мембрану к корпусу. Рядом располагается предохранительный клапан, срабатывающий при превышении максимально допустимого давления. На обратной стороне вмонтирован газовый клапан. Он соединен с воздушным отсеком и позволяет:

• закачивать газ;
• выпускать излишек воздуха;
• подключать манометр.

Устройство бачка

Клапан снабжен шинным ниппелем, к нему при необходимости подключают насос для подкачки автомобильных камер и закачивают воздух до необходимого давления. Этим же ниппелем удобно выпускать газ из воздушной камеры во время регулирования давления, при установке нового бака или периодичном техническом осмотре. Для защиты от повреждения и грязи клапан закрывается колпачком, затем крышкой. Для наглядности ниже приведен ролик.

Некоторые большие емкости на корпусе имеют ручки для удобной транспортировки. По способу крепления бачки бывают

• горизонтальные;
• вертикальные.

Большие емкости устанавливаются на ножках, что облегчает доступ к нижней части бака.

Работа бака при нагревании и остывании жидкости

Работа мембранного расширителя заключается в следующем. В начальный момент, когда температура воды равна температуре окружающей среды, бак заполнен примерно на третью часть от его объема. При повышении температуры жидкости она начинает расширяться, в трубопроводе появляется избыточное давление. Это давление превышает давление газа в бачке, из-за чего жидкость начинает заполнять пространство под мембраной. Мембрана расширяется и сдавливает газ, увеличивая его давление. Заполнение емкости продолжается до тех пор, пока идет нагрев воды и ее расширение.

После того как вода перестала нагреваться, ее объем больше не увеличивается, прекращает расти и давление. Мембрана в бачке занимает такое положение, при котором давление жидкости и газа в баке приходят в равновесие. Когда вода в системе начинает остывать, ее объем постепенно уменьшается, понижается и давление. В этом случае давление газа превышает давление жидкости, и газ начинает выталкивать воду из бака. Это происходит до тех пор, пока давление между жидкостью и газом не уравняется. Мембрана снова займет определенное место.

Во время запуска мощного насоса на его входящем патрубке возникает падение давления. Если расширительный бачок находится в непосредственной близости от насоса, то в нем нарушается равенство давления между жидкостью и газом. Давление газа становится больше, и жидкость начинает выходить из бачка. После разгона насоса давление в системе увеличится и превысит давление газа в бачке. Вода снова вернется в емкость.

Виды и критерии выбора

Перед покупкой бачка следует ответить на два вопроса: где будет крепиться бак, и что делать в случае его поломки? Первый вопрос больше связан со вкусом и особенностями помещения. Например, если котельная расположена в отдельном помещении и в ней достаточно места, то, возможно, предпочтение будет отдано бачкам, установленным на полу или подставке. Такое размещение более надежное, но занимает дополнительную площадь и может затруднять проход.

Крепление на горизонтальной поверхности лишено таких недостатков, но есть и свои минусы. Стена должна быть достаточно прочной, чтобы могла выдержать вес конструкции и не «играть», так как трубы, особенно пластиковые, плохо переносят вибрации.

Другая сложность может возникнуть, если необходимо установить емкость большого объема. Такие бачки выпускаются только для горизонтальной установки. Можно, конечно, выйти из положения, заменив один бак несколькими меньшего объема, подсоединив их последовательно. Однако это усложнит всю систему, внесет дополнительные затраты и может испортить общий внешний вид.

Относительно ремонта бачка следует помнить, что рано или поздно мембрана выйдет из строя. Если бак имеет разъемный корпус — это сделает ремонт дешевле, достаточно будет купить замену. В случае неразъемного корпуса придется менять всю емкость, а это обойдется намного дороже.

Ограничения

Изготовители постоянно работают над улучшением эксплуатационных характеристик, тем не менее остаются некоторые ограничения в эксплуатации этих конструкций. Более подробные инструкции описываются в паспортах к изделиям, но следует всегда помнить о следующих требованиях:

1. давление в системе не должно превышать максимально допустимые значения используемого устройства, иногда это может быть связано с неправильно подобранным объемом расширителя;
2. температура воды не должна превышать рекомендуемые заводом значения;
3. используемая жидкость не должна содержать агрессивных веществ, способных испортить изделие.

Расчет объема

Прежде чем покупать расширитель, необходимо рассчитать, каким объемом он должен обладать. Это можно сделать несколькими способами:

1. вычисляется объем всей используемой арматуры. Для этого число пи (3,14) умножают на квадрат радиуса, измеренный в сантиметрах. Полученную площадь умножают на длину трубы. Прибавляют объем котла и других устройств, присоединяемых к отоплению. Даже если какое-то устройство не всегда будет подключено, его все равно следует учитывать;
2. можно воспользоваться таблицами или электронным калькулятором;
3. при заполнении системы воспользоваться водяным счетчиком.

После чего определяется коэффициент расширения теплоносителя. Это можно сделать при помощи таблиц или графиков. Коэффициент – это изменение объема жидкости при ее нагревании. Например, при нагревании воды от 0 до 90 градусов коэффициент составит 3,5%, то есть при нагревании на указанную величину 100 литров воды, получится 103,5 литра. В домах, обычно, температура не опускается ниже 15 градусов, тогда вносится поправка на 15 градусов и смотрят коэффициент при нагревании от 0 до 75 градусов, получается 2,6%. В этом случае вода расширится на 2,6 литра.

В бачке жидкость сразу занимает примерно третью часть от объема, еще примерно 1/3 необходимо оставить на газ, получается, только третья часть будет использоваться для поглощения избытка теплоносителя. 2,6 литра умножаем на 3, и получается 7,8 литра, можно округлить до 10. Именно такого объема бак и необходим.

Установка

В отличие от расширителя открытого типа, в закрытых системах бачок можно устанавливать в любом месте, но существуют некоторые рекомендации. Например, его не следует ставить сразу после котла и насоса. В этом случае при включении насоса создается давление, которое может вытолкнуть жидкость из бака. Установка после котла приведет к тому, что в емкость будет поступать более горячий теплоноситель, а это плохо сказывается на мембране и уплотнителях.

Для возможности отсоединять бак для профилактики или ремонта между ним и арматурой ставится запорный кран. Рядом с ним или непосредственно на баке должен располагаться манометр для визуального контроля давления.

Неисправности

Основными неисправностями является разгерметизация емкости, прорыв мембраны или падение давления. Если вся система работает относительно нормально, такие повреждения могут быть выявлены во время осмотров, которые проводятся не реже одного раза в 6 месяцев.

Разгерметизация происходит в основном в аварийном клапане. Из-за неправильной регулировки давления клапан часто срабатывает и затем начинает пропускать. В этом случае требуется отрегулировать давление и заменить клапан. При повреждении мембраны ее необходимо заменить, если корпус неразъемный – поменять бак.

Если в рабочем режиме давление ниже номинального, это говорит о недостатке жидкости. Потеря может произойти по первым перечисленным причинам или неправильной регулировке бака. Для настройки его необходимо отключить от трубопровода, снять, слить с него воду и проверить внутреннее давление. Если оно отличается от ранее установленного значения – поправить.

Чтобы система отопления работала безотказно, важно не только правильно отрегулировать ее, но и проводить своевременные осмотры. Тогда она не причинит неудобств, а будет верно исполнять свои функции.

Иногда в тепловой магистрали изначально существует избыточное давление, тогда теплоноситель будет занимать еще больший объем. Когда такое возможно, и как производить расчет можно узнать из этого видеоролика:

Средняя оценка оценок более 0 Поделиться ссылкой

Как залить воду в систему отопления закрытого типа: три возможных способа

Порядок действий

Прежде чем разбираться, как можно залить воду в систему отопления закрытого типа, необходимо определиться с самой системой и выяснить, из каких элементов она состоит и почему так называется.

Начнем с того, что существует два ее типа:

• Открытая.
• Закрытая.

В первом случае теплоноситель соприкасается с наружным воздухом через расширительный бачок, который устанавливается в самой верхней точке отопительной сети. Сам же расширительный бак выполняет функцию сбора теплоносителя, который расширяется при повышении температуры. Тут действует один из физических законов. Обычно открытая система отопления используется, если применяется принцип естественной циркуляции теплоносителя.

Мы же будем говорить об отоплении закрытого типа. Из самого названия понятно, что эта система герметична, и в ней теплоноситель не соприкасается с наружным воздухом. Отличительной чертой этого вида является наличие двух элементов — циркуляционного насоса и мембранного расширительного бачка. Получается, что в системе отопления закрытого типа используется принцип принудительной циркуляции теплоносителя.

И буквально несколько слов о мембранном расширительном баке, потому что он играет одну из самых важных ролей. Это герметичная конструкция, разделенная внутри резиновой мембраной. Нижнюю часть обычно заполняет теплоноситель, а верхнюю — воздух, закачанный внутрь на заводе под давлением 1,5 кг/см² (атм.). При расширении теплоноситель давит на мембрану, приподнимая ее до определенного уровня. Воздух под давлением этому сопротивляется. Получается, что внутри отопительной сети давление теплоносителя всегда будет 1,5 атм.

Схема отопления закрытого типа

Теперь о самом отоплении. Если в доме есть централизованная водопроводная сеть, то проблем с заполнением не будет. В водопроводе вода всегда находится под давлением 3–4 атм., и этого достаточно, чтобы заполнить отопительную сеть. Для этого котел соединяется с водопроводом, а между ними устанавливается отсекающий вентиль. При его открытии происходит заполнение, а воздух внутри системы стравливается через краны Маевского, установленные на радиаторах.

Для слива теплоносителя в самой низкой точке монтируется сливной патрубок с вентилем. Это важный элемент отопительного контура, когда дело касается заливки в него воды при отсутствии в загородном поселке водопровода.

Схема отопительной системы

Варианты заполнения отопления закрытого типа следующие:

1. Вам потребуется насос, с помощью которого можно забирать воду из колодца, скважины или любого открытого водоема. Нагнетательный шланг насоса подсоединяется к сливному патрубку, на котором открывается вентиль. Получается прямой доступ к отоплению. Именно таким способом можно заполнить отопление закрытого типа. При этом все доступные краны открываются полностью. Особенно это касается кранов Маевского, через которые воздух изнутри вытравливается наружу.

2. Обратите внимание, что подающий насос может обладать давлением большим, чем необходимо для отопления. Поэтому обязательно следите за этим показателем по манометру, установленному в трубопровод или в котел.

3. Что такое 1,5 атм.? Это водяное давление, равное 15 метрам водяного столба. То есть, подняв резервуар с водой на высоту 15 м, можно добиться внутри системы необходимого давления. Если насоса у вас под рукой нет, и вы пользуетесь водой из колодца, то заполнить отопительный контур можно, подняв шланг на высоту 15 м, после чего ведрами заливать в него воду. Шланг, как и в случае с насосом, подключается к сливному патрубку. Скажем прямо — вариант не самый лучший, но в качестве альтернативы его использовать можно.
4. А теперь, что касается расширительного бачка. Обычно он крепится к трубопроводу резьбовым соединением. Снять его будет очень просто. Открытый трубопровод — это отличное место, куда можно залить воду. Для этого необходимо подготовить воронку, чтобы было легче проводить процесс заполнения. Как только вода покажется в трубе, можно считать, что система заполнена полностью. Ведь место установки бака — самая верхняя точка в отоплении. Хотя в закрытых системах это не всегда так. После этого можно бак установить на место.

Устройство бака

При использовании последнего варианта заполнения появляется вопрос, как будет создаваться необходимое давление? Здесь все просто. В верхней части расширительного бачка расположен ниппель, с помощью которого стравливается воздух, если возникает ситуация с избыточным давлением внутри бака. Так вот ниппель легко снимается. К отверстию от ниппеля прикладывается шланг от обычного велосипедного насоса, и последним производится закачка. Обращайте внимание на манометр — как только показатель достигнет уровня 1,5 атм., перестаньте качать.

Вот как можно заполнить закрытую систему отопления. Конечно, оптимальный вариант — использовать насос для закачки воды. Кстати, можно взять маломощный агрегат. Для этого установите около дома металлическую бочку или другой резервуар, наполните его водой из открытого водоема ведрами (можно использовать собранную дождевую воду), подключите насос к отоплению, а другой шланг (всасывающий) опустите в бочку. Если объем резервуара меньше необходимого объема теплоносителя, при работе качающего прибора носите воду ведрами и заливайте ее в бочку.

И последнее, что касается стравливания воздуха. Дело это серьезное и непростое. Вам придется стравливать его с каждого отопительного прибора. На это уйдет какое-то время, но пренебрегать этой процедурой нельзя. Внутри системы не должно оставаться ни одного пузырька, поскольку это влияет на эффективность работы.

Заключение по теме

Закрытый тип контура самый эффективный. Дело в том, что теплоноситель при высоких температурах начинает испаряться. И если для паров найдется выход, то объем теплоносителя будет уменьшаться. За этим придется постоянно следить и заполнять сеть водой через водопровод или ведрами. В случаях с ведрами это доставляет много хлопот. Но всего это можно избежать.

Closed Dual Split Expander — Жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

Если вы вернетесь на несколько поколений в семью со стороны моей матери, вы найдете знаменитого художника по имени Чарльз Фредерик Кимбалл. Также по материнской линии в семье, в другой ветви, пару поколений спустя был профессиональный коммерческий художник. Со стороны отца моя бабушка была прекрасным художником, писавшим в основном пейзажи долин реки Ирокез и Гудзон в северной части штата Нью-Йорк.И, конечно же, я замужем за чрезвычайно талантливым художником. Можно подумать, что с такими родословными и таким большим размахом у меня самого есть немного художественных способностей. Вы ошибаетесь. Я люблю искусство. Я просто не могу это сделать.

Самое близкое, что я подхожу к визуальному выражению, ограничивается творениями Microsoft PowerPoint. Однако на этой узкой арене, особенно когда дело доходит до инженерных дисциплин, все еще есть чем заняться. В этой статье мы займемся одним из моих любимых псевдохудожественных хобби и поиграем со схемами двигателя с экспандерным циклом.

Итак, давайте начнем с простого, счастливого маленького цикла, который называется замкнутым циклом расширителя. Большая часть того, что вам нужно знать об этом цикле, содержится в его названии. Во-первых, он закрыт. Это означает, что все пропелленты, попадающие в двигатель, уходят, проходя через горловину основной камеры сгорания, тем самым обеспечивая наибольшую доступную химическую эффективность. Позже мы увидим, что «закрыто» противоположно «открыто». Во-вторых, это расширитель. Это означает, что турбомашина приводится в движение топливом, которое забирает тепловую энергию из контуров охлаждения в основной камере сгорания и сопле.Обычно в двигателях с детандерным циклом используются криогенные пропелленты, так что при нагревании эти пропелленты превращаются из жидкоподобных жидкостей в газоподобные. В турбинах очень эффективно используются газоподобные приводные жидкости. (Обратите внимание, что я продолжаю говорить о «жидкости», а не просто о жидкостях и газах. Это потому, что обычно рекомендуется иметь дело со сверхкритическими жидкостями в охлаждающих трубах или каналах. Фазовые изменения могут быть непредсказуемыми и приводить к некоторым странным профилям давления.)

Выше представлен шедевр Microsoft PowerPoint, иллюстрирующий ракетный двигатель с замкнутым циклом детандера.Топливо и окислитель поступают из ступени и пропускаются через насосы для повышения их давления. Со стороны топлива нагнетание насоса направляется через главный топливный клапан (MFV) к форсунке и рубашкам охлаждения основной камеры сгорания (MCC). Я не показывал здесь фактическую маршрутизацию. Обычно сначала охлаждается МКЦ, а затем уже более теплое топливо используется для охлаждения сопла. Тепловые нагрузки в МКЦ значительно выше, чем в сопле. Но каким бы ни был точный путь охлаждающей жидкости, разряд, теперь полный энергии, полученной в процессе охлаждения, подается в турбины.Перепускной клапан турбины окислителя (OTBV), показанный на схеме, является средством управления соотношением компонентов смеси путем снижения мощности, подаваемой на турбину окислителя. В некоторых случаях, если у вас есть только одна настройка отношения смеси для двигателя, вы можете поставить здесь отверстие, а не клапан. Турбины приводятся в движение теплым топливом, а затем выход турбин подается через главный инжектор, а затем в зону сгорания. На стороне окислителя трассировка намного проще. Выпуск насоса окислителя проходит через главный клапан окислителя (MOV) непосредственно в главный инжектор.Внутри МСС происходит сгорание топлива, возникающее в результате высвобождение энергии, образование высокоскоростных продуктов сгорания и выброс этих продуктов через звуковое горло МСС и через сверхзвуковое сопло. Та-да, выпад сделан!

Закрытый детандер — это один из самых простых циклов двигателя, который когда-либо можно было представить. Известный двигатель RL10, впервые разработанный в 1950-х годах и работающий до сих пор, основан на этом цикле (с небольшим поворотом, что есть только одна турбина, а насосы соединены через коробку передач, что устраняет необходимость в OTBV).Эта простота является одновременно сильной стороной цикла и его ограничивающей чертой. Примите во внимание тот факт, что все топливо — водород в случае большинства детандеров — проходит через двигатель и в конечном итоге попадает в камеру сгорания. Все это давление приводит к падению давления. Это означает, что турбины не имеют такого большого перепада давлений, с которым приходится иметь дело с точки зрения создания мощности для насосов. Другими словами, выходная сторона турбины — это точка с самым низким давлением в цикле, и это камера сгорания.В результате давление в вашей камере не может быть очень высоким. Это означает, что горловина вашего MCC относительно велика, а затем это означает, что степень расширения вашего сопла и удлинителя сопла начинает ограничиваться просто размером и структурным весом.

Также обратите внимание, что вся мощность для управления полным циклом обеспечивается теплом, улавливаемым топливом в каналах MCC и охлаждения форсунок. Это становится ограничивающим фактором с точки зрения общей мощности и класса тяги двигателя.По мере того, как двигатель становится больше, при заданном давлении в камере, уровень тяги увеличивается до второй степени характеристического диаметра горловины, но доступная площадь поверхности, которая будет использоваться для сбора тепла для приведения в действие цикла, увеличивается только на этот характеристический диаметр до первая сила. Другими словами, тяга пропорциональна «D-квадрату», но в первом порядке мощность турбины пропорциональна «D». Таким образом, вы можете стать настолько большим только тогда, когда у вас не будет достаточно энергии для выполнения цикла. Одним из способов преодоления этого является увеличение длины камеры сгорания, чтобы получить большую площадь поверхности теплопередачи.Европейский двигатель под названием Vinci следует этому подходу. Но даже этот подход является ограничивающим, если зайти слишком далеко, поскольку слишком длинная камера снижает эффективность сгорания, и, конечно же, более длинная камера сгорания также начинает становиться ужасно тяжелой.

Итак, насколько большим может быть ракетный двигатель с замкнутым детандерным циклом? Что ж, это повод для постоянных споров и дебатов. Я могу только высказать свое мнение. Я бы сказал, что двигатель с закрытым расширяющимся циклом наиболее полезен и наиболее практичен, когда он поддерживается на уровне тяги менее примерно 35 000 фунтов силы.

Возвращаясь к понятию художественного самовыражения, каковы же тогда возможные вариации на тему двигателя с детандерным циклом? Что ж, темы и вариации используются для изучения и потенциального преодоления предполагаемых недостатков в замкнутом цикле расширителей. Первым в этой серии является Closed Split Expander, портрет которого представлен ниже:

Недостаток, рассматриваемый здесь, заключается в том, что в замкнутом цикле детандера все топливо было вытеснено по всему двигателю, что привело к большим потерям давления.В этом случае некоторая часть — обычно большая часть — топлива перекачивается до более низкого давления через первую ступень насоса, а затем другая часть перекачивается до более высокого давления. Таким образом, подача топлива «раздельная», отсюда и название. Именно этот поток с более высоким давлением, проходящий через регулирующий клапан охлаждающей жидкости (FCCV), проталкивается по всему двигателю для охлаждения MCC и сопла и для приведения в действие турбин. Поток с более низким давлением подается непосредственно в главный инжектор. Теоретически, не требуя нагнетания всего топлива до максимального давления, вы уменьшаете потребность в мощности для топливной турбины.Водородный турбонасос всегда потребляет большую часть энергии, вырабатываемой в цикле, поэтому это важное понятие.

Помогает ли этот цикл? Да, немного. Может быть. Баланс того, насколько разделить, что это разделение влияет на эффективность теплопередачи (меньший поток означает, возможно, более низкие скорости жидкости, более низкие скорости означают меньшую теплопередачу, более низкая теплопередача означает меньшую мощность …) не всегда ясно, что вы много выиграют от усилий по усложнению цикла.А вот портрет красивый, не правда ли? У него реалистичное чутье, индустриально-утилитарное чутье середины века.

Далее, желая заявить о себе, можно обратиться к извечной проблеме промежуточного уплотнения в турбонасосе окислителя. Внимательно посмотрите на первые две схемы, представленные здесь. Вы увидите, что насос окислителя приводится в движение турбиной, использующей топливо в качестве рабочего тела. Это очень типичная ситуация с ракетными двигателями, будь то двигатель с детандерным циклом или другие циклы.Например, такая ситуация наблюдается в двигателе с поэтапным сгоранием RS-25 и в газогенераторном двигателе J-2X. Однако эта ситуация может привести к катастрофическому провалу. У вас есть топливо и кислород в одной машине вместе с вращающимися металлическими частями. Если две жидкости смешиваются и что-то трется, то БУМ, у вас плохой день. Итак, внутри насосов окислителя у вас обычно есть сложное уплотнение, которое включает непрерывную продувку гелиевым барьером для разделения двух жидкостей.Однако для следующей схемы цикла детандера мы можем исключить необходимость в этом сложном очищенном уплотнении.

Это замкнутый цикл двойного расширителя. Он по-прежнему «закрыт» в том смысле, что все, что попадает в двигатель, выходит через горловину MCC. Новая часть состоит в том, что она «двойная»: теперь мы не только используем топливо для охлаждения, но и используем окислитель. Таким образом, мы используем нагретое топливо для привода топливного турбонасоса и нагретого окислителя для привода турбонасоса окислителя. Для этого эскиза я использовал конфигурацию разделения на стороне окислителя, при этом часть потока перекачивается до более низкого давления и направляется непосредственно к основному инжектору, а другая часть перекачивается до более высокого давления, проходя через регулирующий клапан охлаждающей жидкости окислителя. (OCCV), который будет проталкиваться через рубашку сопла с регенеративным охлаждением, а затем через турбину турбонасоса окислителя.Я сделал это, поскольку вы, вероятно, работаете в двигателе при соотношении смеси (водород / кислород) от 5 до 6. Вы не захотите проталкивать такое количество окислителя через каналы или трубки охлаждения форсунок. Теперь, если вы разрабатываете детандер с использованием чего-то вроде метана в качестве топлива, чтобы ваше соотношение смеси было ниже, то, возможно, вы можете рассмотреть вариант со стороной окислителя без разделения.

Обратите внимание, что с подходом с двумя расширителями я избавился от необходимости в продуванном уплотнительном пакете в насосе окислителя и, таким образом, я исключил потенциальный катастрофический сценарий (в случае отказа уплотнительного пакета).Однако я добился этого за счет некоторой сложности цикла. К тому же охлаждение окислителем не всегда радует. Всякий раз, когда у вас есть охлаждающая рубашка (гладкая стенка или трубы), у вас всегда есть вероятность растрескивания и утечки. Если вы охлаждаете водородом, небольшая утечка лишнего водорода в богатую топливом среду является относительно благоприятной ситуацией. Это происходит постоянно. Но что, если вы протечете окислитель в среду с богатыми топливом продуктами сгорания? Что ж, некоторые исследования показали, что с вами все будет в порядке, но меня это немного смущает.Кроме того, вы используете нагретый окислитель для привода турбины. Это можно сделать, но использование чего-то вроде кислорода для вращения вращающихся металлических деталей требует большой осторожности. При неправильных обстоятельствах чистая среда окислителя может сгореть практически с чем угодно в качестве топлива, включая большинство металлов. Итак, несмотря на все ваши усилия по устранению уплотнения в турбонасосе окислителя, мне не ясно, что вы сделали ситуацию намного безопаснее. Однако, несмотря на эти потенциальные недостатки, схематический портрет сам по себе имеет определенное ощущение барокко, а сторона окислителя — положительно рококо.

Итак, вы зашли так далеко. Почему бы не сделать последний шаг? Представляем закрытый двойной сплит-расширитель:

К настоящему времени, пройдя через прогрессию, вы понимаете, как она «закрыта», как она «двойственна» и как она «разделена» (на этот раз с обеих сторон). Это непрактично с точки зрения рецепта успешной конструкции ракетного двигателя по ряду причин, уравновешивающих сложность и предполагаемые преимущества, но это впечатляющая схема. На мой взгляд, это ощущение готики, почти как средневековый собор с великолепными аркбутанами и каскадными орнаментами, которые просто поражают воображение деталями.

Итак, мы разобрались с сорняками создания портретов из эспандерных циклов ради их красоты, а не обязательно их полезной практичности. Давайте вернемся в более практическую сферу и поставим под вопрос то, что было общим для всех представленных до сих пор циклов. Это было слово «закрыто». Должен ли двигатель с детандерным циклом быть замкнутого цикла? Конечно, нет! Сделав это наблюдение, мы приходим к очень практичному варианту. Представляем «Открытый цикл расширителя»:

Это самое большое различие между этой и любой другой предыдущей схемой заключается в том, что рабочая жидкость, приводящая в действие турбины, сбрасывается в нижнюю по потоку часть сопла.Это точка с гораздо более низким давлением, чем в основной зоне горения. Первое, что думает большинство людей, когда видят этот цикл, это то, что это должен быть двигатель с более низкой производительностью. В конце концов, вы сбрасываете топливо после горловины ГЦК. И да, это внутренняя неэффективность этого цикла. Всякий раз, когда вы удаляете топливо каким-либо образом в обход первичного сгорания, вы теряете эффективность. Однако вот что вы получите: много-много маржи для вашего бюджета давления. Поскольку мне не нужно пытаться засунуть байпас турбины в камеру сгорания, я могу сделать давление в камере намного выше.Практически я могу сделать его в два-три раза выше, чем в простом двигателе с замкнутым детандерным циклом. Что это позволяет мне сделать, так это сделать горловину очень маленькой, что, в свою очередь, дает возможность очень высокого коэффициента расширения сопла в разумных пределах по размеру и весу конструкции. Очень высокий коэффициент расширения означает большее ускорение выхлопа, и, таким образом, я могу почти полностью вернуться к тем же характеристикам, что и при замкнутом цикле, несмотря на сброс топлива.

Вот, однако, действительно крутая часть цикла открытого детандера: я могу использовать высокий перепад давлений на турбинах, чтобы получить больше мощности от заданного уровня теплопередачи в рубашках охлаждения. Выше, ранее в этой статье, я предположил, что существует практический предел тяги для закрытых расширителей примерно в 35 000 фунтов силы (мое мнение), и это было связано с геометрическими соотношениями между силой тяги и площадью поверхности теплопередачи. Для открытого детандера я могу спроектировать турбины с высокой степенью сжатия, для которых мне не нужно столько тепла, чтобы приводить в действие насосы.Таким образом, я могу сделать двигатель с большей тягой. Как высоко? Что ж, мои хорошие друзья из Mitsubishi Heavy Industries (MHI) и Японского агентства космических исследований (JAXA) разработали версию этого цикла, которая обеспечивает тягу до 60000 фунтов силы, и я видел другие концептуальные проекты, которые идут еще выше. . Японцы уже используют меньшую версию этого цикла на двигателе LE-5B, который генерирует 32 500 фунтов силы. Обратите внимание, что они часто ссылаются на этот цикл под другим названием, которое очень часто встречается в литературе, и это «цикл слива расширителя» с частью «слива», описывающей сброс за борт в сопло.Я предпочитаю обозначение «открытый», поскольку оно четко отличает его от «закрытых» циклов, проиллюстрированных ранее.

Мы почти подошли к концу этой статьи, но мы еще не достигли конца возможностей со схемами двигателя с детандерным циклом. Это то, что делает их забавными и, на мой взгляд, чем-то вроде игры с искусством. Можно придумывать всевозможные комбинации и дополнения. Например, что, если вы взяли цикл экспандера и добавили немного горелки? Снова и снова я говорил, что ограничивающим фактором для закрытого детандера является количество тепла, которое вы собираете в охлаждающих рубашках.Ну, ладно, давайте добавим небольшую горелку, у которой нет другой цели, кроме как подогревать газ турбины. Результат выглядит примерно так:

В этом цикле используется газогенератор, но он не является газогенераторным циклом, поскольку продукты сгорания этого газогенератора не используются для непосредственного привода турбин. Скорее выхлоп GG проходит через теплообменник, а затем сбрасывается за борт. Да, вы немного теряете эффективность своей производительности, потому что это больше не замкнутый цикл, но потоки ПГ могут быть небольшими, и вы получаете от этого повышение доступной мощности турбомашин и, следовательно, потенциальной тяги.Это мое собственное произведение искусства, которое я хочу продемонстрировать, и это может сделать каждый.

Помните Боба Росса из Общественного вещания? Мне нравилось смотреть его шоу, и, как я уже сказал, я не умею рисовать достойно. Но его шоу было расслабляющим, чтобы смотреть и слушать, и он всегда безжалостно поддерживал его. Ошибок никогда не было. В конце концов, все можно было исправить. И любой мог сделать красивые горы и счастливые деревца. Я хотел бы предположить, что то же самое можно сказать и о моем маленьком хобби — сборке схем счастливых маленьких циклов экспандеров.Нет, большинство из них, вероятно, никогда не будут построены и не летают, и схематические портреты, вероятно, никогда не украсят стены MOMA, но это нормально. Моя бабушка-художница говорила мне, что иногда цель искусства не обязательно находится в конечном продукте, а скорее как часть творческого пути.

Почему на нижних ступенях не используются двигатели с детандерным циклом?

Эта статья «Внутри собачьей будки LEO» очень хорошая. Он написан парнем, с которым я работаю, и если вы не прочитали его целиком, стоит потратить на это время.

1. Открытые циклы расширителя могут быть очень эффективными. Вы можете получить Isp с LOX / Lh3 в районе 450 с, что всего на несколько секунд ниже RS-25 и RL-10.

2. Вы должны понимать, что самым большим фактором, влияющим на производительность детандера, являются турбонасосы. Тогда самым большим ограничением является противодавление в ваших турбинах. Поскольку в закрытом детандере вы должны сбрасывать нагнетание турбины в MCC, давление на выходе вашей турбины должно быть выше, чем давление MCC.Это означает, что степень давления на ваших турбинах будет очень ограничена, порядка 1,5-2,5. Чем выше PR, тем эффективнее будет работать ваша турбина. Единственный способ увеличить этот PR в закрытом детандере — запустить MCC при более низком давлении (например, RL-10), что ограничивает общую тягу / производительность или дает в вашу турбину жидкость с более высоким давлением, но это увеличивает работу насоса сторона должна работать, которая должна приводиться в действие турбиной. Эта работа, конечно, должна исходить откуда-то, что приводит меня к следующему большому ограничителю циклов экспандера:

Вторичный ограничитель циклов детандера — это количество энтальпии, которое вы можете получить от охлаждения ваших устройств сгорания.Легко сделать камеру длиннее, чтобы увеличить площадь поверхности для сбора тепла, но в конечном итоге ваша температура ограничена материалами турбины. Таким образом, вы также нарушаете права на оболочку вашего двигателя. Другой способ — увеличить массовый расход турбины, но опять же, это больше работы, которую должны выполнять насосы. По мере увеличения класса тяги такие вещи, как отвод тепла и работа насоса / турбины, не масштабируются 1 к 1. Все это очень круговое и повторяющееся с закрытыми расширителями, и везде есть компромиссы.Если мы не добьемся значительного прорыва в науке о материалах, мы сможем извлечь из этого цикла лишь очень многое.

Интересно, что давление в камере SSME составляет около 3000 фунтов на квадратный дюйм, поэтому вы можете представить себе, каковы уровни давления в остальной части двигателя. Прежде чем он попадет в камеру, он должен пройти через все линии охлаждающей жидкости, предварительные горелки и, наконец, инжектор. Некоторые из них также отключаются для питания LPFP, а затем используются для подавления танков. Выходя прямо из HPFP, Lh3 имеет давление около 7000 фунтов на квадратный дюйм! Это безумие.

ORRRRRRRR, вы можете открыть выпуск турбины в атмосферу, как в открытом детандере, и PR вашей турбины мгновенно изменится с <2 до> 10. При этом многие из этих проблем не так серьезны, и у вас есть гораздо больше возможностей для масштабирования. Я добился закрытия цикла на уровне около 45 фунтов-силы для открытого расширителя, над которым я работаю, и это основано на реальном оборудовании, которое действительно было протестировано. Было бы намного больше возможностей подняться даже выше, если бы у нас были другие насосы.

Да, открытый экспандер менее эффективен, но не совсем , почему вы думаете .Вы правы в том, что потеря эффективности происходит из-за количества топлива, которое остается несгоревшим, но направление его в резервуары для подавления мало что дает — требуется так мало, чтобы подавить резервуары, поэтому вы в конечном итоге выпустите остальное. . Более разумный способ — выбросить эту жидкость из сопла гораздо меньшего размера, чтобы вы, по крайней мере, получили из нее что-то (например, Мерлин, даже если это цикл GG), что часто используется для управления креном на одномоторном транспортном средстве или управление ориентацией на многомоторном автомобиле.Потери происходят из-за того, что насосы должны работать в этой жидкости, но, как вы указали, эта жидкость выбрасывается несгоревшей, поэтому вы получаете гораздо меньше работы, чем вкладываете. Независимо от того, используете ли вы топливо для подавляете, ваши насосы продолжают работать с жидкостью, которую они не возвращают при сгорании. Нарисуйте контрольный объем вокруг своего двигателя, и вы поймете, что я имею в виду.

Другая проблема заключается в том, что удельная теплоемкость различных топлив делает одни лучше других для разных циклов.Что касается расширителей, о которых мы говорим, Lh3 даст вам наибольшую энтальпию от охлаждения MCC, плюс его легко зажечь, но Lh3 дает ужасное топливо для ступени активной зоны. А поскольку циклы расширителя настолько чувствительны к подбору тепла, Lh3, имеющий хорошее низкое критическое давление (около 200 фунтов на квадратный дюйм, если я припоминаю), позволяет лучше работать, поскольку вам не нужно иметь дело с двухфазным потоком в ваших каналах охлаждающей жидкости. Метан, с другой стороны, имеет гораздо более высокое критическое давление (почти 700 фунтов на квадратный дюйм, если я припоминаю), поэтому вы можете легко столкнуться с двухфазным потоком в ваших каналах охлаждающей жидкости, если ваше давление не будет достаточно высоким.Двухфазный поток создает непредсказуемую теплопередачу и может привести к горячим точкам и прожогу горячей стенки камеры, если она станет достаточно плохой. Метан также является источником света.

Вы правы относительно своих дополнительных потенциальных преимуществ №2 и №3. Но пока мы сравниваем циклы SC или GG, есть еще одно дополнительное преимущество. Поскольку все в цикле экспандера внутренне связано вместе, они безопасны в случае аномалии. Допустим, ваш топливный насос начинает выходить из строя по какой-либо причине — он не выпускает жидкость под давлением, поэтому турбины не получают того, что им нужно, и двигатель медленно выключается.Допустим, ваш насос Ox или главный клапан Ox выходят из строя, соотношение смеси начинает снижаться, охлаждающая жидкость не получает достаточно тепла для питания турбин, и двигатель останавливается. Допустим, у вас даже вышел из строя один из топливных клапанов — соотношение смеси резко возрастет и прожигает стенку камеры. Как только это произойдет, ваша охлаждающая жидкость вытечет в камеру вместо того, чтобы приводить в действие насосы, и, как вы догадались, двигатель выключается. Очень маловероятно, что у вас будет взрыв, разрушающий машину, при выходе из строя детандера.

Открытый детандер LOX / Lh3 I работает с уносом примерно 2% по массе топлива за борт.

---

Антон поднял несколько хороших моментов, которые я упустил. Однако есть некоторые вещи, с которыми я не согласен.

Что вы имеете в виду со всеми этими разговорами о незаполненном объеме? Выкипание — это незаполненный объем. Еще одно место, где вы определенно не хотите, чтобы двухфазный поток поступал в ваши насосы, поэтому я не уверен, что вы имеете в виду, говоря о пропускании кипячения через ваши насосы.

Кроме того, многие двигатели запускаются с уже вращающимися насосами.Это просто называется запуском топливного бака, как это происходит при ступенчатом сгорании SSME, и на самом деле это не имеет большого отношения к тому, насколько легко зажигать двигатель. Комбинация пороха имеет гораздо большее влияние на легкость воспламенения. А «практически неограниченное количество запусков» на самом деле не существует. Запуск ракетного двигателя серьезно сказывается на всем оборудовании. Насосы работают не по конструкции, поэтому уплотнения трутся, а если это гидростатические подшипники, они тоже трутся. Камера страдает от скачков соотношения компонентов смеси и неоднородного распределения потока, особенно если она должна пройти стехиометрическую форму, и в конечном итоге будет прогорать.Вот почему количество запусков является очень приоритетным требованием к дизайну, когда мы собираемся разработать какой-либо новый двигатель.

Вы правы в том, что RL-10 — исключительно надежный двигатель. Но это не лучший вариант для двигателей верхней ступени только потому, что это детандер. Это потому, что он обладает отличной производительностью и надежностью. Надежность является ключевым фактором, когда вы говорите о двигателях верхней ступени, где часто требуется несколько запусков. Отчасти надежность заключается в том, что он является детандером — чем меньше у вас устройств сгорания, тем лучше.Однако GG также часто используются в качестве двигателей разгонного блока — SpaceX M1vac и J-2X. Я также считаю, что разгонная ступень SpaceX Starship также будет оснащена Raptors с поэтапным сгоранием.

Один инсайдер компании однажды сказал мне, что RL-10 в основном субсидирует все остальное в Aerojet, пока не произойдет перезапуск RS-25. Однако стоимость с добавкой удешевила. Вся программа разработки открытого расширителя, над которой я работал, была меньше 18 миллионов. Но просто по аппаратному обеспечению и трудозатратам мы говорим только о 2-3 миллионах на копию.Он почти полностью аддитивен. Причина, по которой SSME / RS-25 стоит около 40 миллионов долларов за копию, а срок выполнения заказа 7 лет, — это в основном сопло. Сопло имеет 1080 отдельных трубок для охлаждающей жидкости, которые необходимо тушить вместе. Большая часть этой работы выполняется вручную. До недавнего времени на каждую форсунку требовалось 6 ЛЕТ. Я думаю, что у нас это время сократилось до 3 или 4 лет, но не из-за добавок, а просто из-за изменений в процессе. НАСА постепенно вводит добавку в RS-25, чтобы снизить стоимость, но это продвигается очень медленно.

Вы также упомянули размер сопла SL.Сейчас есть технологии, позволяющие это смягчить. Помимо Aerospike, который существует уже долгое время, у нас теперь есть форсунки с усиленной тягой и форсунки с двойным колоколом, но оба из них находятся по крайней мере через 10 лет до готовности к полету.

ракет — Как в двигателях детандерного цикла впрыскивается жидкое топливо во время запуска?

Классический двигатель с детандерным циклом, RL-10 запускается следующим образом:

Двигатель RL-10 запускается за счет разницы давлений между топливный бак и выход из форсунки (верхнее атмосферное давление), а тепло окружающей среды, хранящееся в металле стенок рубашки охлаждения.В двигатель «самонаводится» до полной тяги в течение двух секунд после зажигания.

Типичный график движения клапана при запуске двигателя показан на Рис. 2. Для начала запуска FSOV открывается и топливный насос выпускной клапан охлаждения (FCV-2) закрыт. клапан (FCV-1) остается частично открытым, чтобы избежать остановки топливный насос при разгоне двигателя. Падение давления между впускное отверстие для топлива и камера сгорания перемещает топливо через рубашка охлаждения, забирающая тепло от теплого металла.Это давление разница также прогоняет нагретую жидкость через турбину, начиная вращение насосов, которые нагнетают больше топлива в систему. В старт, OCV также частично закрывается, ограничивая поток кислорода в камеру сгорания. Это сделано для ограничения давления в камере. и обеспечить прямой перепад давления на топливной турбине после зажигание камеры тяги.

По мере разгона турбонасосов двигатель пневматическое давление используется для закрытия межкаскадного клапана охлаждения полностью и открыть OCV при предварительно установленном топливе и нагнетании насоса LOX давления.OCV обычно открывается очень быстро, и в результате поступление кислорода в камеру сгорания вызывает резкое увеличение давление в системе. В этот период быстрого роста давления тяга регулирующий клапан (TCV) открывается, регулируется пневматическим опережением-запаздыванием схема управления превышением тяги. Затем двигатель переходит в нормальная установившаяся рабочая точка.

Источник: ПЕРЕХОДНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ РЛ-10А-3-3А

Будет ли практичным этот двигатель с гибридным детандерным циклом?

Это еще одна попытка сделать замкнутый цикл расширителя немного более эффективным (первая попытка была здесь).3) — так что, похоже, теплообменник не должен быть слишком большим — но мы были бы признательны за подтверждение или недействительность этого.

Каким может быть разумный перепад давления на таком теплообменнике? Я предположил 10-15 бар, но не уверен, слишком ли это много или слишком мало.

И, конечно, если есть другие проблемы с этим дизайном, которых я не замечаю, буду благодарен за обратную связь.

Краткое описание и схема

Цикл работает аналогично циклу открытого детандера, но вместо того, чтобы отбрасывать выхлоп турбины, выхлоп охлаждается и закачивается обратно в двигатель.

Есть одна турбина, которая приводит в действие как топливный (метан), так и насосы окислителя. После того, как топливо проходит через его насос, оно разделяется на 2 потока:

• Первый поток составляет около 20% потока. Во время охлаждения камера / сопло нагревается примерно до 600К и используется для привода турбины. На выходе из турбины он проходит через теплообменник, который снижает его температуру с 400K до 110K, эффективно сжижая метан. После этого поток сливается с потоком метана из резервуара и возвращается обратно в двигатель.
• Второй поток — это оставшиеся 80% топлива. Он также используется для охлаждения камеры и сопла и при этом газифицируется. После этого он впрыскивается в камеру сгорания.

Охлаждающей жидкостью для теплообменника является переохлажденный кислород. Когда он охлаждает метан, его температура повышается с 60 К до 120 К (хотя из-за высокого давления кислород остается жидким). Важно отметить, что, хотя температура на выходе кислорода выше, чем температура на выходе метана, они текут в противоположных направлениях.Таким образом, во всех точках теплообменника метан горячее кислорода, и, следовательно, тепло переходит от кислорода к метану. После прохождения кислорода через теплообменник он впрыскивается в камеру сгорания.

Все числа выше (и на диаграмме ниже) являются направленными. Я заставил их делать предварительные расчеты. Я подсчитал, что около 20% потока метана должно быть достаточно, чтобы получить давление в камере сгорания около 100 бар. Эти 20% должны составлять около 15 кг / с для двигателя класса Merlin.

Двигатели

— Есть ли что-то принципиально неправильное в «цикле автодетандера»?

На основании обсуждения в комментариях и некоторых дополнительных исследований я постараюсь ответить на свой вопрос:

Дизайн, по крайней мере, как он есть, не кажется работоспособным.

Во-первых, в то время как для работы насосов требуется всего 2% массы топлива, когда рабочей жидкостью является водород, для других жидкостей требуется гораздо больше, чем 2%. По моим приблизительным подсчетам, для работы соответствующих насосов потребуется 10–12% метана и 8–10% кислорода.Еще одним потенциальным топливом для использования может быть пропан, но я получил противоречивые цифры, пытаясь подсчитать, сколько пропана потребуется для работы насосов.

Во-вторых, закачка около 10% топлива обратно в резервуары значительно повлияет на температуру резервуаров. Фактически, в случае метана или водорода, он фактически испарит топливо в резервуарах. Что касается кислорода, он будет очень близок к точке кипения (хотя, если вы откачиваете обратно менее 12%, кислород не должен испаряться).Для пропана это не должно быть проблемой, так как пропан имеет очень высокую температуру кипения (231K), но опять же, не уверен, сколько пропана нужно закачать обратно, чтобы схема работала.

Наконец, и, возможно, более важно, в этой конструкции большая часть тепловой энергии, извлекаемой из сопла, не выполняет полезной работы. Около 90% нагретого пороха сразу сгорает. Таким образом, только около 10% энергии используется для работы насосов. Таким образом, эта конструкция не будет работать, если не будет много дополнительного тепла.И если есть много дополнительного тепла, возможно, лучше подойдет замкнутый цикл детандера.

Еще одна потенциальная проблема, затронутая в комментариях, заключалась в том, что охлаждение пороха после его возврата в резервуары будет затруднено. Я не верю, что это фундаментальная проблема, и ее можно решить несколькими способами (например, выпустить газ ближе к дну резервуаров и дать ему остыть, пока он пузырится) — но у меня нет окончательных доказательств того, что это.

Подведем итог: эта конструкция не будет работать с такими видами топлива, как водород и метан.Он мог бы работать с пропаном, но даже в этом случае, вероятно, не был бы самым эффективным способом использования тепловой энергии. Наверное, поэтому его нигде не использовали.

Почему ортодонтические расширители создают такой промежуток

В Armbrecht & Wierenga наши ортодонты в Гранд-Рапидсе делают все возможное, чтобы избежать удаления зубов, расширяя дуги зубов, когда имеется скученность.

Expanders отлично работают, но есть некоторые побочные эффекты, которые застают родителей и пациентов врасплох.Один из них — появление и исчезновение щели между двумя верхними передними зубами.

Для чего нужен расширитель?

Наши ортодонты могут порекомендовать расширитель , чтобы расширить небо и освободить место для скученных зубов. Важно, чтобы мы расширяли нёбо пациента, пока он ещё растет, чтобы освободить место в челюсти для всех его зубов. В противном случае скученные зубы будут сталкиваться друг с другом и вызывать проблемы со здоровьем полости рта.Например, у пациентов с скученными зубами чаще возникают полости, недоступные для щетины зубной щетки.

Что эспандеры делают с зубами и нёбом?

Ваше небо состоит из двух костей, которые соединены по центру соединением, называемым средне-небным швом. У молодых пациентов средне-небный шов состоит из растягиваемого хряща, который способствует росту и развитию верхней челюсти.

После того, как человек закончил рост в возрасте 14-17 лет, этот средне-небный шов срастается, и небо становится единой твердой структурой.Расширители используют присутствие пластинки роста, если они используются до сращивания шовного материала. Прочтите другой пост в нашем блоге, чтобы узнать, когда вам следует отвести ребенка к ортодонту.

Появление промежутка между передними зубами — один из признаков того, что расширитель раздвинул две половины неба. Центральные резцы расположены по разные стороны от шва и расходятся по мере расширения неба. Образовавшаяся щель нормальна и желательна — вы знаете, что расширение работает, когда видите щель между зубами!

Сколько времени нужно, чтобы расширитель работал?

После того, как ортодонтический расширитель обеспечил желаемую степень расширения, мы обычно оставляем его на месте на несколько месяцев, удерживая две половины неба отдельно, пока между ними не образуется новая кость.После удаления расширителя всегда наблюдается рецидив или потеря ширины дуги. Большинство ортодонтов делают излишнюю коррекцию на несколько миллиметров в ожидании этого изменения.

В течение этого периода стабилизации разрыв, образовавшийся во время расширения, имеет тенденцию сокращаться сам по себе. Это происходит медленно с течением времени, но многих родителей шокирует, когда они впервые замечают, что он стал меньше или совсем исчез. Понятно, что многие родители звонят в наш офис, обеспокоенные тем, что ортодонтический расширитель соскользнул и преимущества, достигнутые на этапе активации, были потеряны.Но не волнуйтесь, точно так же, как когда возник разрыв, его закрытие — это нормальный процесс.

Хотя сила, создаваемая расширителем , раздвигает нёбо, в то же время на зубы действует противоположная сила, создаваемая тканями десны. Десны эластичны, как и другие мягкие ткани тела, например кожа. Когда расширитель выдвигается наружу, растянутая ткань десны начинает стягивать зубы вместе. Вы можете сказать, что это происходит, сравнив размер щели между зубами с величиной расширения, видимой на расширителе неба.

У всех есть щели с расширителем?

Небольшая щель между передними зубами — это нормально. Тем не менее, редко когда размер промежутка между зубами становится таким большим, как расстояние между двумя сторонами ортодонтического расширителя , потому что зубы начинают двигаться вместе еще до того, как расширение будет завершено. Еще один признак того, что передние зубы стянуты вместе, — это то, что они болезненны и кажутся немного расшатанными во время расширения без очевидной причины (точно так же, как когда их перемещают брекеты).Теперь вы знаете, что они снова стягиваются эластичными волокнами ткани десен. На самом деле, нередко зазор между двумя передними зубами полностью закрывается к моменту удаления расширителя .

Приятно знать заранее, что ваш ортодонтический расширитель создаст промежуток между передними зубами и что впоследствии он исчезнет сам по себе. Понимание того, что является нормальным, убережет вас от беспокойства и позволит избежать ненужных телефонных звонков в наш офис.Как всегда, если у вас есть опасения или если то, что вы видите во рту или во рту вашего ребенка, не соответствует описанной схеме, позвоните в офис и сообщите нам об этом.

Наши ортодонты в Гранд-Рапидсе и Грандвилле готовы помочь вам добиться вашей наилучшей улыбки. Чтобы записаться на прием, позвоните в Armbrecht & Wierenga Orthodontics по телефону (616) 455-4800 .

Экспериментальное исследование криогенного жидкостного турбодетандера с замкнутой системой сжиженного азота

Основные моменты

•

Проведены криогенные экспериментальные испытания жидкостного турбодетандера.

•

Создана замкнутая система испытаний сжиженного азота.

•

Получена зависимость изэнтропической эффективности от массового расхода.

•

Выполнено сравнение общего КПД и гидравлического КПД.

•

Анализируются и обсуждаются потери в проточном канале и системе вал-подшипник.

•

Получены и проанализированы характеристики переменной скорости.

Реферат

Турбодетандер для криогенных жидкостей разработан в качестве замены традиционных клапанов Джоуля – Томсона, используемых в криогенных системах, с целью экономии энергии. Экспериментальное исследование было проведено для оценки характеристик турбодетандера и является предметом данной статьи. Стенд состоит из замкнутой системы сжиженного азота, турбодетандера с криогенной жидкостью, его вспомогательной и измерительной систем. Параметры тестовой работы турбодетандера определяются на основании правил подобия потоков.Сначала выполняется предварительное охлаждение системы жидкого азота, а затем проводятся испытания при различных расходах и соотношениях скоростей. Были измерены расход расширителя турбины, давление и температура на входе и выходе, частота вращения и крутящий момент на валу. Были проанализированы и обсуждены экспериментальные результаты и их неопределенности. Демонстрируется следующее: (1) Для обоих тестовых случаев пиковая изоэнтропическая эффективность турбодетандера составляет соответственно 78,8% и 68,4%, полученные при 89,6% и 92% расчетной скорости потока.Большие погрешности в изоэнтропической эффективности вызваны большими вариациями энтальпии, подверженными небольшим погрешностям измерения температуры и давления. (2) Получены общий КПД и гидравлический КПД турбодетандера. По сути, они одинаковы, поскольку оба включают эффекты, связанные с потоком, а также потери в подшипниках. Сравнение общего КПД и гидравлического КПД использовалось для обоснования погрешностей измерения различных величин, поскольку первое включает измеренный массовый расход и падение энтальпии (зависящее от температуры и давления на входе и выходе), а второе включает фактическую мощность на валу, объемный расход, а также давление на входе и выходе.(3) Потери в проточных каналах и системе подшипников вала были выведены на основании измеренных значений полного КПД турбодетандера, изоэнтропического КПД и механического КПД, которые составляют соответственно 57,6–74,8%, 62,1–78,8% и 89,5–96,4%. Анализ неопределенности проводится для экспериментального изоэнтропического КПД, гидравлического КПД и полного КПД. Гидравлический КПД кажется лучшим показателем для оценки производительности турбодетандера, работающего на криогенной жидкости. (4) Изэнтропическая эффективность в зависимости от отношения скоростей получена из экспериментальных данных.Экспериментальная изэнтропическая эффективность увеличивается с увеличением передаточного числа и достигает 78,8% при наибольшем экспериментальном передаточном отношении. Более высокая эффективность была бы достигнута, если бы передаточное отношение могло достигнуть большего значения. Это дает некоторые рекомендации по оптимальной работе турбодетандера в будущем.

Ключевые слова

Криогенная жидкость турбодетандера

J — T замена клапана

Криогенное экспериментальное испытание

Замкнутая система испытания сжиженного азота

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотреть полный текст

Copyright © 2015 Elsevier Ltd.