Hydrofor

Instalacja hydroforowa, zestaw hydroforowy, układ hydroforowo-pompowy, małe instalacje nazywane są pot. hydroforami – (gr. hydor – woda, phoros – niosący), to zespół urządzeń, które zapewniają stałe ciśnienie wody w sieci wodociągowej.

Budowa

Mała instalacja wodociągowa z użyciem hydroforu składa się z elementów:

• zamknięty zbiornik ciśnieniowy częściowo wypełniony wodą, częściowo powietrzem – hydrofor,
• pompa wirowa napędzana silnikiem elektrycznym,
• sterowany ciśnieniem automat włączający i wyłączający silnik, zwany presostatem,
• instalacja wodociągowa,
• elementy pomocnicze i zabezpieczające:
• zawory odcinające, zwrotne i zawór bezpieczeństwa,
• manometr, czasami również wodowskaz.

Zasada działania

Po włączeniu pompy do zbiornika pompowana jest woda, powodując zmniejszenie przestrzeni zajmowanej przez powietrze, a w rezultacie sprężenie powietrza. W momencie osiągnięcia zadanego ciśnienia presostat wyłącza pompę. Zawór zwrotny uniemożliwia wypłynięcie wody ze zbiornika z powrotem do studni. W miarę pobierania wody ze zbiornika objętość powietrza w zbiorniku się zwiększa. W momencie spadku ciśnienia do założonego poziomu presostat załącza pompę i cykl się powtarza.

Wydajność pompy powinna odpowiadać największemu godzinowemu poborowi wody, a wielkość zbiornika dobrana do ilości wody zużywanej, żeby zapewnić stabilne ciśnienie przy niezbyt częstym załączaniu pompy (przy zbiorniku kilkulitrowym pompa będzie włączana w czasie każdego mycia rąk, napełnienie wanny lub prysznic powodowałyby pracę ciągłą).

Dzięki zbiornikowi można zdecydowanie wydłużyć żywotność pompy i silnika, które pracują wtedy bez częstych startów i zatrzymań. Taką rolę pełni hydrofor w instalacji bardzo małej, np. domowej. W dużych stacjach wodociągowych z rozbudowaną siecią wodociągową hydrofor głównie przyjmuje nagły wzrost energii wyzwolonej np. załączeniem się pompy. Wykorzystuje się zjawisko ściśliwości gazów. Pełni rolę amortyzatora zmniejszając uderzenia hydrauliczne.

Hydrofor przeważnie umieszczany jest w budynku lub w piwnicy budynku, aby uniknąć ryzyka zamarzania i nadmiernego nagrzewania się wody.

Pojemność zbiornika hydroforu i różnica ciśnień powinny być tak obliczone, żeby pompa nie była uruchamiana częściej niż 4 do 12 razy na godzinę (co 5–15 min), przy krótkich cyklach pracy pompa pracuje nieekonomicznie, ponadto styki i części mechaniczne presostatu ulegają szybszemu zużyciu. Pojemność zbiornika hydroforu oblicza się korzystając z monogramu, lub użycia wzoru^[1]:

${\displaystyle V=1,2{\frac {Q_{p}\cdot t}{4}}\cdot {\frac {H_{max}+10}{H_{max}-H_{min}}},}$

gdzie:

1,2 i 4 – stałe uwzględniające martwą część zbiornika,

${\displaystyle Q_{p}}$ – wydajność pompy agregatu [l/s],

${\displaystyle t}$ – czas pracy pompy [s],

${\displaystyle H_{max}}$ – najwyższe spodziewane ciśnienie w zbiorniku ustawiane za pomocą presostatu [m],

${\displaystyle H_{min}}$ – najniższe spodziewane ciśnienie w instalacji hydroforowej [m].

Zaletami wpływającymi na upowszechnienie się hydroforów są: niskie koszty budowy, utrzymania i obsługi.

Wadą hydroforów jest brak możliwości gromadzenia zapasów wody (na wypadek pożarów) oraz uzależnienie działania od dopływu prądu elektrycznego.

Ongiś głównym urządzeniem dostarczającym wodę w gospodarstwach rolnych i domowych były instalacje hydroforowe. Obecnie wykorzystuje się w tym celu sieci wodociągowe^[2].

Podział

Zestaw hydroforowy tradycyjny

został pokrótce opisany powyżej.

Zalety:

• duża pojemność najmniejsze zbiorniki od 100 l, przeciętne 1000–1500 l. Na szczególne żądanie nawet 10 000 l.

Wady:

• wymagają pomieszczenia z utwardzoną podstawą dla pompy,
• ze względu na konstrukcję i rozmiary są nieprzenośne,
• okresowa potrzeba uzupełniania ciśnienia poduszki powietrznej w zbiorniku.

Zestaw hydroforowy membranowy (przeponowy)

W zbiorniku ciśnieniowym zamontowana jest przepona (membrana) rozdzielacza przestrzeń na dwie części. W przeponie magazynowana jest woda, natomiast pomiędzy ściankę zbiornika a przeponę wtłaczane jest powietrze pod ciśnieniem takim, by przy ciśnieniu załączenia w zbiorniku pozostała ilość wody odpowiadająca minimalnej rezerwie instalacji.

Zalety:

• Większa mobilność oraz kompaktowość, ponieważ pompa hydroforowa wraz z osprzętem może być zainstalowana na zbiorniku.
• Woda nie styka się ze ściankami zbiornika, wobec czego korozja jest ograniczona.
• Nie trzeba dopompowywać powietrza do zbiornika tak często jak w przypadku klasycznej instalacji hydroforowej.
• Mniejsza pojemność zbiornika np.: 20, 50 100 dm³.
• Cichsza praca.

Wady:

• okresowa wymiana worka gumowego.

Zestawy hydroforowe o stałym ciśnieniu

Jest to zespół dwóch zbiorników: powietrza i wody. Wymaga jednoczesnego działania: sprężarki i pompy wody.

Zalety: stałe ciśnienie, niezmienne warunki pracy pomp, mniejsze zużycie energii.

Wady: skomplikowana budowa.

Układy pomp w stacjach hydroforowych

W większych pompowniach tzw. stacjach pomp (hydrofornia, stacja hydroforowa) stosuje się układy pomp:

• układ jednorzędowy – często stosowany, kompaktowy, stosowany w wąskich pomieszczeniach.
• układ szeregowy – jest mniejszy od układu jednorzędowego.
• układ dwurzędowy, naprzemianległe i skośne – jeśli liczba zespołów jest większa.

Ponadto stacje hydroforowe zaopatrzone są zwykle w dodatkowe pompy tzw. rezerwowe. Optymalny układ to zestaw 2 pompy pracujące + 1 rezerwowa albo 3 pompy pracujące + 1 rezerwowa.

Zobacz też

Zobacz hasło hydrofor w Wikisłowniku

• akumulator hydrauliczny
• wieża ciśnień

Przypisy

Bibliografia

• Kalenik M. „Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków” wyd. SGGW 2009 r.
• Wierzbicki J., Szpindor A., Zaopatrzenie w wodę i kanalizacja osiedli wiejskich, wyd. 5 przerobione i uzupełnione, Warszawa: Arkada, 1978.
• Mała encyklopedia rolnicza, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1964.
• http://www.instsani.pl/665/instalacje-zasilane-woda-ze-studni.