Wenn Wasser erhitzt wird, nimmt der Platzbedarf für jedes Molekül zu. Jeder Versuch, diese Ausdehnung zu verhindern, wird mit enormen Kräften beantwortet.  Wenn ein starker Metallbehälter vollständig mit flüssigem Wasser gefüllt und von der Atmosphäre abgedichtet ist, steigt der Druck schnell an, wenn das Wasser erhitzt wird. Wenn sich dieser Druck aufbaut, wird dieser Behälter schließlich platzen in einigen Fällen gewalttätig.

Um ein solches Ergebnis zu vermeiden, sind Hydrauliksysteme mit geschlossenem Kreislauf mit einem Ausgleichsbehälter ausgestattet. Der Behälter bildet ein „Luftpolster“ – eine stark komprimierbare Flüssigkeit – dagegen das sich ausdehnende Wasser kann drücken, ohne dass es zu großen Druckerhöhungen im System kommt. Sehen Sie die Luft im Tank als Feder an. Wenn sich das Wasser des Systems ausdehnt, " spring" komprimiert. Wenn das Wasser abkühlt und sich zusammenzieht, kehrt die "spring" in ihren ursprünglichen Zustand zurück.

Ältere Systeme verwendeten häufig „Standard“-Ausdehnungsgefäße, in denen Luft und Wasser in direktem Kontakt stehen. Diese Art von Ausdehnungsgefäß wird typischerweise an der Decke eines Technikraums aufgehängt .< span> Dadurch kann aus dem anfänglichen Wasservolumen des Systems freigesetzte Luft nach oben in den Tank strömen. Ein Beispiel für einen solchen Tank ist in Abbildung 1 dargestellt. < /span>

Standard-Ausdehnungsgefäße sind zwar funktionsfähig, aber erheblich größer als moderne Membran- oder Blasen-Ausdehnungsgefäße. Daher sind sie teurer, schwerer und benötigen mehr Einbauraum. Wenn sie nicht mit den richtigen Armaturen ausgestattet sind, können sie sich mit der Zeit auch mit Wasser füllen und "wasserspeichernd" werden. Sie werden selten in modernen Hydroniksystemen verwendet, insbesondere in Anwendungen im Wohn- oder leichten Gewerbebau.

LUFT UND WASSER GETRENNT

Heutzutage verwendet das am meisten spezifizierte Ausdehnungsgefäß für hydraulische Heiz- oder Kühlsysteme eine hochflexible Butylkautschuk- oder EPDM-Membran, um Luft und Wasser im Tank vollständig zu trennen. Diese Membran entspricht an die innere Stahloberfläche des Tanks, wenn die Luftseite unter Druck steht.

Wenn das Wasser des Systems erhitzt wird und sich im Tank ausdehnt, verformt sich die Membran und bewegt sich in Richtung der eingeschlossenen Luftkammer. Der Luftdruck im Tank steigt und damit auch der Wasserdruck im System. Wenn der Tank jedoch richtig dimensioniert ist, reicht der Anstieg des Systemdrucks nicht aus, um das Druckentlastungsventil zu öffnen, selbst wenn sich das gesamte Wasser im System befindet bei maximaler Temperatur erreicht.

Membranausdehnungsgefäße können mithilfe von Diagrammen oder Software dimensioniert werden. Ein detailliertes Verfahren zur Dimensionierung von Membranausdehnungsgefäßen ist in Referenz 1 sowie in mehreren anderen Branchenpublikationen angegeben.< span> Die Schlüsselbegriffe sind:

1. Druckbeaufschlagung der Luftseite des Tanks, um dem statischen Druck des Wassers am Ort des Ausdehnungsgefäßes zu entsprechen, und bevor Wasser in das System eingefüllt wird. Dadurch wird verhindert, dass kaltes Wasser in die Luft eindringt, die im Tank teilweise komprimiert wird . Die Membran beginnt sich erst zu komprimieren, wenn die Wassertemperatur steigt.

2. Dimensionieren Sie den Tank so, dass der Druck am Systementlastungsventil 5 psi unter dem Nennventilöffnungsdruck liegt, wenn die gesamte Flüssigkeit im System die maximal erwartete Temperatur hat. Die Spanne von 5 psi verhindert das Entlastungsventil vor dem "Nachtropfen", wenn sich der Druck dem Nennöffnungsdruck nähert.

Auch wenn ein Ausdehnungsgefäß richtig dimensioniert ist, können Installationsdetails seine Fähigkeit beeinträchtigen oder beeinträchtigen, wie vorgesehen zu funktionieren und viele Jahre lang zu dienen.

DIE DOs

 

1. Abpumpen: Ein Detail, das in der Hydraulikbranche einst verstanden und respektiert wurde, aber langsam von anderen Verpackungs- oder Installations-"Komfortmöglichkeiten" verblasstum das Ausdehnungsgefäß an einen hydraulischen Rohrkreislauf in der Nähe des Einlasses der Umwälzpumpe anzuschließen. Dies minimiert den Druckabfall zwischen dem Punkt, an dem der Tank mit dem Kreislauf verbunden ist, d. h. dem dortigen Punkt keine Druckänderung ist, wenn die Umwälzpumpe eingeschaltet ist, und der Einlass der Umwälzpumpe. Dadurch kann der von der Umwälzpumpe erzeugte Differenzdruck zum statischen Druck im System addiert werden . Erhöhter Systemdruck hilft, die Umwälzpumpe vor Kavitation zu schützen und sorgt häufig für einen leiseren Betrieb. Er verbessert auch die Fähigkeit der Lüftungsöffnungen, Luft aus dem System zu blasen.  Abbildung 3 zeigt mehrere akzeptable Tankplatzierungen.

2. Montieren Sie den Behälter senkrecht mit dem Anschluss nach oben: Membranausdehnungsgefäße bauen Sie am besten auch senkrecht mit dem Rohranschluss nach oben ein. < span> Dies reduziert die Belastung des Anschlusses des Tanks im Vergleich zur horizontalen Montage. Es verhindert auch, dass Luft in den Rohren auf der Wasserseite des Tanks eingeschlossen wird. das Ausdehnungsgefäß, wenn das System zum ersten Mal gefüllt wird. Abbildung 4 veranschaulicht die Unterschiede.

3. Prüfen Sie den Luftdruck: Es ist wichtig zu prüfen, ob der luftseitige Druck im Tank gleich dem statischen Druck ist, der am Tank vorhanden sein wird Anschluss des Tanks, wenn das System mit kalter Flüssigkeit gefüllt ist. Die meisten Hersteller geben an, dass ihre Tanks auf 12 psi vorgefüllt sind. Gehen Sie nicht davon aus ist immer wahr oder richtig. Zwölf psi ist für Systeme geeignet, bei denen sich die Oberkante der Rohrleitung etwa 5 Meter über dem Einlass des Ausdehnungsgefäßes befindet (unter der Annahme eines statischen Drucks von 5 psi an der Oberseite des Systems). ist erwünscht, damit die Entlüftungen ordnungsgemäß funktionieren). Höhere Rohrleitungssysteme erfordern einen höheren Luftdruck, um eine teilweise Kompression der Membran vor dem Erhitzen der Flüssigkeit zu vermeiden.  Berechnen Sie die Statik Druck am Tankeingang mit Formel 1.

Formel 1:

Wo:

Pa = richtiger luftseitiger Druck (psi)
H = Abstand vom Anschluss des Ausdehnungsgefäßes bis zur Oberseite des Rohrkreises (Fuß)
Dc = Dichte der „kalten“ Flüssigkeit im System bei etwa 60F (lb/ft3)
5 = 5 psi statischer Druck an der Oberseite des Systems für den Entlüftungsbetrieb erwünscht
144 = Umrechnungskonstanteneinheiten

Beispiel: Wenn sich die Oberkante des Leitungskreises 25 Fuß über dem Anschluss des Ausdehnungsgefäßes befindet und angenommen wird, dass das System mit Wasser gefüllt ist, wäre der korrekte Luftdruck im Behälter:

Kaufen Sie ein Niederdruck-Reifenmessgerät mit einer Skala von 0–30 psi und eine Fahrradpumpe oder einen kleinen Luftkompressor. Verwenden Sie diese, um den berechneten luftseitigen Druck einzustellen, bevor Sie das System füllen mit Flüssigkeit.

4. Vorausplanen: Die Lebensdauer eines Ausdehnungsgefäßes hängt von der Betriebstemperatur, dem Druck, der Flüssigkeitschemie und dem Sauerstoffgehalt des Systems ab.  ;Einige Tanks fallen aus, wenn sich ein Leck in der Membran entwickelt. Dies führt normalerweise dazu, dass sich der Tank mit Flüssigkeit füllt und "durchnässt" wird.  Sie können dies überprüfen, indem Sie auf den Schaft des Schrader-Ventils drücken. Wenn ein Flüssigkeitsstrahl austritt, ist der Tank geröstet.  Auch Tanks können undicht werden ihre dünne stMetallgehäuse. Die einzige Option ist ein neuer Tank. In diesem Fall schätzen Sie einen Kugelhahn, der den Tank vom Rest des Systems isolieren kann . Ohne dieses Ventil müssen Sie möglicherweise mehrere Gallonen Flüssigkeit aus dem System ablassen, um den defekten Tank abzuschrauben und einen neuen einzuschrauben.

5. Ziehen Sie eine Überdimensionierung in Betracht: Die typischen Berechnungen zur Dimensionierung eines Membranausdehnungsgefäßes bestimmen das minimale Behältervolumen. Verwenden Sie einen größeren Tank, obwohl wahrscheinlich teurer, ist in Ordnung. Dies reduziert Änderungen des Systemdrucks, wenn sich die Flüssigkeitstemperatur ändert.

6. Berücksichtigen Sie die niedrigsten Flüssigkeitstemperaturen: In den meisten hydraulischen Heizsystemen basieren die Größe des Ausdehnungsgefäßes und der luftseitige Druckanstieg auf der Annahme, dass die kalte Flüssigkeit im Temperaturbereich des Systems verwendet wird von 45F bis 60F. Das ist in Ordnung. Wenn jedoch ein Ausdehnungsgefäß in einem Solarkollektorkreis oder einem Schneeschmelzsystem verwendet wird, wird die Frostschutzlösung manchmal viel kälter, vielleicht sogar unter 0°F. Wenn die Tankmembrane bei einer Flüssigkeitstemperatur von vielleicht 45°F vollständig gegen die Stahlhülle ausgedehnt ist, könnte jede weitere Abkühlung der Flüssigkeit einen Unterdruck im System verursachen und möglicher Luftzutritt von einer Schwimmerentlüftung. Referenz 2 unten erläutert, wie diese Möglichkeit korrigiert werden kann.

7. Anpassung an Frostschutzlösungen: Propylen- oder Ethylenglykollösungen haben im Vergleich zu Wasser einen höheren Ausdehnungskoeffizienten. Die je höher die Konzentration des Frostschutzmittels, desto größer ist das erforderliche Ausdehnungsvolumen. Die Volumenzunahme bei Wasser, das von 60 F auf 180 F erhitzt wird, beträgt etwa drei Prozent. Das Volumen Erhöhung für eine 50-prozentige Lösung von Propylenglykol, die von 60 °F auf 180 °F erhitzt wird, beträgt ungefähr 4,5 %. Dies muss bei der Dimensionierung von Tanks für Systeme wie Schneeschmelze, Solarthermie oder andere Anwendungen berücksichtigt werden, bei denen Glykol- basierte Frostschutzlösungen verwendet werden. Auch hier können die Methoden in Referenz 1 dies korrigieren.

DIE DON'S

Wie üblich würde eine Liste aller "Don'ts" von Natur aus das Gegenteil aller "Dos" enthalten. Es gibt jedoch immer noch ein paar "Don'ts" die auffallen .

1. Kombinieren Sie nicht Stahl und Sauerstoff: Verwenden Sie kein Standard-Ausdehnungsgefäß mit einem Gehäuse aus Kohlenstoffstahl in einer Anwendung mit offenem Kreislauf, wie z. B. einem System das Trinkwasser verwendet, um Wärme an hydraulische Wärmestrahler zu übertragen, was aus einer Reihe anderer Gründe eine schlechte Idee ist. Der erhöhte Gehalt an gelöstem Sauerstoff des Wassers in einem offenen Kreislaufsystem im Vergleich zu das in einem System mit geschlossenem Kreislauf die Korrosion der dünnen Karbonstahlhülle des Tanks beschleunigt. Diese Einschränkung gilt auch für Systeme mit geschlossenem Kreislauf, die PEX-Rohre ohne Barriere oder andere Materialien verwenden, die dies zulassen Sauerstoffdiffusion in das System  Ausdehnungsgefäße mit internen Polymerauskleidungen sollten in allen Anwendungen verwendet werden, in denen höhere Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff vorhanden sein können.

2. Nicht mit Schmutz befüllen: Ausdehnungsgefäße nicht direkt unter hydraulischen Weichen installieren. So wird es möglich sich auf dem Boden des Abscheiders absetzender Schmutz fällt in den Ausgleichsbehälter. Das kann mit der Zeit zum Membranbruch führen. Wenn der Behälter in der Nähe ist B. einer hydraulischen Weiche, ist es am besten, sie von einem T-Stück in einem Rohr zu installieren, das mit den unteren Seitenwandanschlüssen der Weiche verbunden ist, wie in Abbildung 5 gezeigt.

3. Überhitzen Sie es nicht: Stellen Sie Ausdehnungsgefäße nach Möglichkeit nicht in der Nähe von sehr heißem Wasser auf. Wenn die Tankwand ist erwärmt durch Wärmemigration (Leitung und Konvektion) nimmt den Druck der Luftdes Tanks. Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, erhöht sich der Systemdruck im Vergleich zu einer Situation, in der der Tankmantel kühler ist. Dies kann zu Undichtigkeiten führen Druckentlastungsventil. Es ist in Ordnung, den Tank ein paar Meter entfernt von der Stelle zu platzieren, an der das Rohr vom Tank an das System angeschlossen ist. Halten Sie den Tank niedriger als dieser Verbindungspunkt, um die Wärmemigration durch Konvektion zu reduzieren.

4. Erstellen Sie nicht mehrere Verbindungspunkte: Es ist in Ordnung, zwei oder mehr Ausdehnungsgefäße mit einem kombinierten Volumen eines größeren Gefäßes zu verwenden.  ;< /span>Diese Tanks müssen jedoch an ein gemeinsames Rohr angeschlossen werden, das einen einzigen Verbindungspunkt im System hat. Vermeiden Sie es, mehrere Tanks an verschiedene Teile desselben Rohrs anzuschließen.< span>  Dies kann zu unerwarteten Druckschwankungen führen, je nachdem, wo sich die Umwälzpumpe(n) im Verhältnis zu den Tanks befinden.