Zestaw hydroforowy nazywany również instalacją hydroforową czy układem hydroforowo-pompowym lub potocznie hydroforem to zespół urządzeń, które mają za zadanie zapewnienie stałego ciśnienia wody w instalacji wodociągowej.
W typowym hydroforze wraz z załączeniem pompy rozpoczyna się pompowanie wody do zbiornika, przy czym zmniejszana jest przestrzeń zajmowana przez powietrze. Tym sposobem dochodzi do sprężenia powietrza. Wraz z osiągnięciem określonego ciśnienia presostat wyłącza pompę. Ważny jest przy tym zawór zwrotny uniemożliwiający wypływanie wody ze zbiornika ponownie do studni. Rola sprężonego powietrza to wypychanie wody ze zbiornika, przez co powstaje ciśnienie w sieci wodociągowej. W momencie gdy zawór poboru wody zostaje otwarty to powietrze wypycha wodę ze zbiornika przez rury i zawór na zewnątrz. Wraz z obniżaniem poziomu wody w zbiorniku spada ciśnienie, a gdy przekroczy ono założoną minimalną wartość to presostat załącza pompę, natomiast ciśnienie wzrośnie do założonej wartości maksymalnej. Taki cykl jest cały czas powtarzany, a hydrofory to powszechnie stosowane rozwiązania w instalacjach wodociągowych.
Typowy hydrofor składa się z zamkniętego zbiornika, a także manometrów, wodowskazu, pompy wirnikowej napędzanej silnikiem elektrycznym oraz automatu włączającego i wyłączającego napięcie sterowanego pneumatycznie presostatem. Oprócz tego w hydroforze można znaleźć zawory: odcinające, zwrotne, bezpieczeństwa, odpowiednią instalację wodociągową.
Trzeba pamiętać o tym aby wydajność pompy odpowiadała największemu godzinowego poborowi wody, z kolei zbiornik powinien mieć wielkość dobraną do ilości wody zużywanej. Zapewni to stabilne ciśnienie przy niezbyt częstym załączaniu pompy. Dobierając odpowiedni zbiornik wydłuża się trwałość silnika i pompy, które pracują w optymalnym trybie pracy bez częstych zatrzymań i startów.
Z kolei w sieciach wodociągowych bazujących na rozbudowanych instalacjach hydrofor ma za zadanie przejmowanie nagłego wzrostu energii powstałej np. przy załączaniu się pompy. Wykorzystywane jest przy tym zjawisko ściśliwości gazów poprzez działanie jako amortyzator w efekcie uderzenia hydraulicznego. Hydrofor najczęściej jest montowany w budynku ale trzeba pamiętać aby w miejscu instalacji nie panowała ujemna temperatura.
Pojemność zbiornika hydroforu i różnicę ciśnień trzeba tak obliczyć aby pompa nie uruchamiała się częściej niż 4-12 razy na godzinę co 5-15 min. Jak wiadomo przy większej ilości włączeń pompa nie pracuje ekonomicznie ze względu na to, że część energii jest potrzebna do pokonania bezwładności mas wody i wirnika. Szybszemu zużyciu ulegną również styki presostatu.
Jako zalety hydroforów należy wymienić stosunkowo niskie koszty budowy, obsługi i serwisu. Z kolei jako wadę hydroforów podaje się uzależnienie działania od obecności energii elektrycznej. Dawniej zestawy hydroforowe były częściej stosowane z racji braku dostępności sieci wodociągowych.
Zestawy hydroforowe – hydrofory rodzaje
Zaletami zestawów hydroforowych tradycyjnych jest duża pojemność zbiorników. Wadą jest to, że potrzebują pomieszczenia z utwardzoną podstawą dla pompy ze względu na konstrukcję i gabaryty, które nie są przenośne. Nie jest przy tym potrzebne uzupełnienie ciśnienia poduszki powietrznej w zbiorniku.
Osobną grupę stanowią hydrofory membranowe (przeponowe). W takim rozwiązaniu w zbiorniku ciśnieniowym zamontowana jest membrana (przepona) rozdzielająca przestrzeń na dwie części. W przeponie gromadzona jest woda z kolei pomiędzy ściankę zbiornika a przeponę wtłacza się powietrze pod ciśnieniem.
Zestawy membranowe mają większą mobilność, bowiem są kompaktowe ze względu na to, że pompę hydroforową i osprzęt można instalować na zbiorniku. Ponadto woda nie ma styku ze ściankami zatem zmniejsza się ryzyko korozji. W porównaniu z tradycyjnymi instalacjami hydroforowymi nie ma również potrzeby dopompowywania powietrza do zbiornika. Wymagana jest również mniejsza pojemność zbiornika a praca urządzenia jest stosunkowo cicha. Wada to konieczność okresowej wymiany worka gumowego.
Z kolei zestawy hydroforowe o stałym ciśnieniu bazują na dwóch zbiornikach – wody i powietrza. Konieczne jest przy tym jednoczesne działanie sprężarki oraz pompy wody. Niskie zapotrzebowanie na energię, niezmienne warunki pracy pomp, stałe ciśnienie to najważniejsze zalety zestawów hydroforowych o stałym ciśnieniu. W kontekście wad trzeba mieć z kolei na uwadze skomplikowaną budowę.
Układy pomp
W przypadku większych hydroforów wykorzystuje się układy pomp jednorzędowe, szeregowe oraz dwurzędowe. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują pompy rezerwowe. Za najbardziej optymalny układ uznaje się zestaw, w którym dwie lub trzy pompy pracują, a jedna jest rezerwowa.
Hydrofory głębinowe
Hydrofory głębinowe dobiera się uwzględniając konkretne warunki instalacyjne. W typowym hydroforze ważna jest wydajność minimalna (np. 70 l/min), wydajność maksymalna (np. 4,2 m3/h), ciśnienie maksymalne (np. 11,7 Bar) oraz wysokość podnoszenia (np. 117 m). Ważna jest również moc silnika pompy (np. 1,1 kW), zasilanie (np. 230 V), średnica pompy (np. 3 cale), rodzaj zbiornika (np. bezprzeponowy), orientacja zbiornika (np. pionowa), pojemność zbiornika (np. 150 l) oraz rozmiar króćca tłocznego (np. 1 cal). Hydrofor głębinowy określa także masa (np. 49 kg), wymiary pompy (np. 100 x 9 x 9 mm), wymiary zbiornika (np. 97,5 x 5,5 x 55 cm), maksymalny pobór prądu (np. 8,2 A) oraz długość kabla zasilającego (np. 17 m).
W nowoczesnych pompach głębinowych stawia się na małą średnicę pomp. Obudowy pomp najczęściej wykonuje się ze stali nierdzewnej. Stal nierdzewna to również materiał wykonania tulei wirnika, osłony kabla i wału napędowego. Z kolei wirniki, dyfuzory i pokrywy dyfuzorów są wytwarzane z norylu, czyli tworzywa sztucznego o wysokim poziomie odporności na udar. Dzięki zastosowaniu osłony kabla nie przeciera się on pod wpływem drgań w ciasnych studniach. W pompie ważny jest silnik olejowy o wysokim poziomie odporności na zmiany parametrów prądu, który smaruje ułożyskowanie silnika.
Hydrofory z układami równoległymi pomp
Specjalne zestawy hydroforowe są wykonane jako układy równoległe pomp. Takie urządzenia znajdują zastosowanie w aplikacjach wymagających podnoszenia ciśnienia oraz przetłaczania wody w sieciach wodociągowych i kompensowania strat hydraulicznych, które wynikają z właściwości zasilanego rurociągu.
Typowy zestaw hydroforowy tego typu bazuje na układzie kilku pomp najczęściej o tych samych parametrach. Pompy te są połączone równoległe poprzez armaturę zwrotną i odcinającą za pomocą kolektorów napływowych i tłocznych. Pompy są zabudowane za pomocą stalowej konstrukcji nośnej. Istotną rolę w konstrukcji nośnej odgrywają wibroizolatory i elementy poziomujące.
Konstrukcja kolektorów spinających poszczególne pompy zestawu po stronie ssawno-napływowej i tłocznej wykorzystuje konstrukcję w postaci rur oraz znormalizowanych kołnierzy. Z jednej strony kolektory są zakończone kompensatorami metalowo-gumowymi oraz kołnierzami zaślepiającymi. Na kolektorach znajdują się również króćce przyłączeniowe, dzięki którym instaluje się urządzenia pomiarowe i zabezpieczenia – manometry, przetworniki ciśnienia, łączniki ciśnieniowe, presostaty itp. W zakresie armatury zastosowanie znajdują zawory odcinające zarówno po stronie ssawno-napływowej jak i tłocznej, dzięki czemu można odciąć daną pompę bez przerywania pracy całego zestawu.
Wydajność pompy powinna odpowiadać największemu godzinowego poborowi wody, a zbiornik powinien mieć wielkość dobraną do ilości wody zużywanej. Zapewni to stabilne ciśnienie przy niezbyt częstym załączaniu pompy. Dobierając odpowiedni zbiornik wydłuża się trwałość silnika i pompy, które pracują w optymalnym trybie pracy bez częstych zatrzymań i startów.
Dobór zestawu hydroforowego
Na etapie wyboru pompy lub zestawu hydroforowego trzeba przede wszystkim przeanalizować wszystkie informacje dotyczące studni. Od tego zależy bowiem rodzaj zastosowanej pompy – ssąca lub głębinowa. W przypadku studni wierconych np. z rurą o średnicy 32 mm może być podłączona wyłącznie pompa ssąca. Z kolei jeżeli studnia jest wiercona głębinowa, średnica rury wynosi 110 mm, a lustro wody nie jest niżej niż 8 m to warto zastosować pompę głębinową. Za takim rozwiązaniem przemawia przede wszystkim fakt, że pompa jest cicha a na jej pracę nie wpływają straty ciśnienia i spadki wydajności przy ssaniu. A jak wiadomo takie właściwości są istotne dla prawidłowej pracy pomp powierzchniowych. Trzeba zaznaczyć, że sprawdzi się również pompa ssąca ale pompa głębinowa będzie lepszym rozwiązaniem.
W studniach, gdzie konstrukcja wykorzystuje kręgi betonowe a lustro wody jest wysoko, można zastosować pompę ssącą lub głębinową. Jeżeli wybór padnie na pompę głębinową trzeba pamiętać aby umieścić ją w rurze osłonowej, co zapewni prawidłowe chłodzenie silnika.
Kolejny etap doboru obejmuje określenie wydajności studni. Chodzi tutaj o parametry określane przy budowie studni – głębokość, wydajność, poziom lustra, dynamiczny poziom lustra. To właśnie uwzględniając te parametry dobiera się odpowiednią moc i wydajność pompy. Pompa nie powinna być mocniejsza od wydajności studni, ze względu na to, że w przypadku pomp ssących lustro wody może być zrywane a z kolei przy pompach głębinowych może dojść do pracy na sucho.
Na tabliczce znamionowej pompy umieszczona jest informacja o mocy maksymalnej. Trzeba również pamiętać o uwzględnieniu strat tłoczenia i ssania oraz wynikających z długości instalacji.
Podsumowanie
Hydrofor ze zbiornikiem o pojemności 150 l pozwala na zaopatrzenie w wodę domu jednorodzinnego, w którym mieszka 4-5 osób. Hydrofory i pompy hydroforowe zasilają w wodę domy, ogrody, działki czy inwestycje budowlane. Na etapie wyboru hydroforu trzeba uwzględnić przede wszystkim pojemność zbiornika i wydajność pompy. Wszystko po to aby dostosować zestaw ściśle do potrzeb użytkowników i warunków instalacyjnych. W przypadku większego zbiornika pompa będzie pracowała rzadziej i przez dłuższy czas. Ponadto ważna jest maksymalna wysokość podnoszenia wody.
