Без базовых представлений о принципе работы реле давления воды и его назначении прибор невозможно правильно подключить и настроить. В материале подробно разберемся в деталях:
- зачем нужно реле давления воды;
- за что отвечает реле давления;
- из каких рабочих элементов состоит устройство – разберем прибор до самого основания;
- каков принцип работы реле давления: как происходит замыкание и размыкание контактов и, соответственно, запуск и отключение насоса;
- чем электромеханическое реле давления отличается от электронного, плюсы и минусы разных видов устройства.
В статье мы рассматриваем устройство и принцип действия классического механического прибора с двумя пружинами типа РД-5 (РДМ-5).
Где используется и для чего нужно реле давления
Электромеханическое реле давления относится к системе автоматики для управления работы однофазным насосом и используется только совместно с гидроаккумулятором. Устройство смыкает и размыкает электрическую цепь (и, соответственно, включает и отключает насос) в зависимости от давления в системе. Входит в состав классических насосных станций (гидрофоров) наряду с гидробаком, манометром и поверхностным насосом:
Если систему водоснабжения собирают из разных элементов, реле обычно подключают к системе через пятивыводной штуцер. Устройство подключают к выводу диаметром 1/4” НР (наружная резьба).
Пятивыводной штуцер или «пятерник» – назначение выводов
Необходимо, чтобы водоснабжение работало по принципу «Открыл кран – пошла вода». В системах автоматики этот принцип называется «по запросу»: у пользователя есть возможность просто открыть кран и сразу получить воду, когда она ему нужна, без ручного включения / отключения насоса.
Важную роль тут играет гидроаккумулятор:
- аккумулирует запас воды под давлением;
- обеспечивает комфортный цикл включений / отключений насоса, не расходуя его ресурс понапрасну;
- смягчает гидроудары, защищает арматуру и пользователей от скачков напора.
Мнение эксперта!
Именно гидроаккумулятор связывает между собой 2 разные величины – давление воды в трубе и расход воды. Принцип действия следующий. Когда мы используем воду из пневмобака, давление пропорционально снижается, что приводит к пуску насосной установки. Другими словами, чем меньше запас воды в гидроаккумуляторе, тем ниже давление, и наоборот.
Реле давления же действует как размыкатель сети. По сути, оно объединяет в себе сразу два прибора:
- датчик – это устройство, которое преобразует изменения параметров системы (в нашем случае, давления) в сигналы, которые передаются на измерительные или управляющие элементы системы;
- непосредственно реле – в электротехнике это прибор, который смыкает и размыкает цепь в зависимости от изменения параметров системы.
В нашем случает датчик преобразует давления рабочей среды в механическое отклонение подвижной платформы. Контакты смыкаются механическим способом.
Важно! На качество работы реле давления влияет его расположение. Подключать устройство нужно правильно. Подробнее о схеме подключения реле читайте в нашей статье.
Как работают реле и насос в системе
Электромеханическое реле давления – силовое. Оно напрямую пропускает через себя ток той мощности, что идет по цепи. Поэтому важно учитывать номинальную мощность насоса, подключенного к системе.
Чтобы понять, будет ли реле работать в паре с насосом, нужно обратиться к техническим характеристикам и произвести простой расчет. Например, номинальная мощность, которую может осилить реле давления Belamos PS-02 – 10 А. Максимальная – 16 А. Технические параметры на конкретное реле также можно найти в паспорте на изделие. Какое бы реле вы ни выбрали, характеристики насоса должны ему соответствовать.
Так, если номинальное напряжение – 220 Вольт, рассчитаем максимальную мощность насоса по формуле, известную из школьного курса физики:
P = U ⋅ I
Или мощность равна произведению силы тока на напряжение. Значит, максимально допустимая мощность насоса при номинальной силе тока и номинальном напряжении 220 Вольт составит:
P = U ⋅ I = 10 А × 220 В = 2,2 киловатта.
Важно!
Большинство бытовых насосов не выходят за пределы этой мощности, но для уверенности можно проверить «совместимость» устройств по их техническим характеристикам.
Если требуется установить более мощный насос – например, собрать насосную станцию для дачного поселка – то реле давления РД(М)-5 не подойдет. В этом случае потребуется более мощная автоматика – коммутационное реле с блоком управления насосом. Датчик давления пропускает слабый ток, а блок управления коммутирует его в большее напряжение. То есть, сама электрическая цепь идет через блок управления насосом.
Как устроено и из чего состоит механическое реле давления воды РД-5
Разберемся в устройстве реле давления. Для этого наши инженеры разобрали прибор марки Беламос PS-02, как говорится, «до винтика». Его конструкция наиболее распространена. Например, такой же Unipump РД-5 или Джилекс РДМ-5.
Исходя из принципа действия, реле давления будет работать в любом положении. Поэтому, формально, у него нет «верха» или «низа». В материале под верхом будем понимать крышку, а под низом – основание реле с присоединительным фланцем.
Крышка (кожух) расположена на пластиковой панели реле. Она защищает устройство от загрязнений и повреждений. У всех реле преимущественно черные крышки, но встречаются и приборы с прозрачными – в таких устройствах обычно предусмотрена шкала давления для включения насоса. Это немного помогает при настройке.
Классическое электромеханическое устройство и реле давления Belamos PS-3 с прозрачной крышкой и шкалой
Кожух крепится пластиковым винтом к штоку большой пружины. Под ней – пластиковое основание (корпус) реле. Снизу к нему четырьмя винтами прикручено металлическое основание. С краю платформы находится шарнир, соединяющий основание с подвижной металлической платформой. За счет данного сочленения платформа может поворачиваться относительно данной оси вверх и вниз.
Две пружины – основная (большая) и дополнительная (малая) – располагаются на штифтах, которые запрессованы в металлическое основание. Удерживаются шайбами и гайками для регулировки сжатия. Обе пружины поджаты с завода и находятся в напряженном состоянии.
Рычаг (или коромысло) вставлен в пазы лап корпуса. Он подвижен, может немного сдвигаться в опорах корпусной детали и поворачиваться. Рядом расположен блок контактов с электрическими клеммами. К этим контактам подключаются электропитание и кабель от насоса. Провода удерживаются прижимными винтами.
Коромысло с размыкателями контактов сцеплено с поворотной платформой пружиной кручения – ее также называют пружинным регулятором. В зависимости от положения платформы, рычаг может быть прижат к основанию или поднят, замыкая контакты.
Под блоком контактов – клеммы для подключения заземления. Они соединены непосредственно с металлическим основанием реле. Грубо говоря, корпус реле заземляется – это важное условие подключения прибора, согласно электротехническим нормам.
Под корпусом реле давления мы видим металлическую крышку мембранного отсека. На ней – присоединительный фланец к штуцеру диаметром ¼ дюйма. В данном случае модель имеет накидную гайку, подключается к наружной резьбе. Внутри гайки – резиновая прокладка, которая обеспечивает герметичность при закручивании. 
Снизу – крышка мембранного отсека. С одной стороны крепится к корпусу, с другой проходит его насквозь и вкручивается в металлическое основание. Откручиваем винты на днище и видим отсек, резиновую мембрану и поршень – пластину с двумя «лапками», которые упираются в подвижную платформу через отверстия в корпусе и металлическом основании.
Сама мембрана фактически представляет собой плоский кусок резины толщиной примерно 1 мм. На корпусе в месте примыкания есть насечки для обеспечения герметичности.
И, наконец, вводы для кабелей – к электропитанию и от насоса. Внутри – фиксаторы. Герметичность они не обеспечивают, только закрепляют провода внутри канала, не позволяя их случайно оторвать. Сила зажима регулируется гайками на вводах.
Клеммник и рычаг можно отделить от корпуса реле и подвижной пластины – они не скрепляются винтами.
Так можно разглядеть подвижные контакты на рычаге и внутри блока. Они представляют собой подпружиненные пластины овальной формы из токопроводящего материала – скорее всего, меди.
Блок контактов фиксируется в пазах неподвижного стального основания. Чтобы их разделить, нужно сначала освободить фиксаторы, а потом вытащить блок под наклоном, проходя через клеммы заземления. Рычаг при этом нужно отжать максимально вниз к основанию. Без острой необходимости клеммник лучше не снимать, чтобы не повредить пластиковый корпус и замыкающие контакты.
Снимаем рычаг с контактами с посадочных лапок корпусной детали – только так можно отсоединить панель с пружинами. Из корпуса через пластину торчит стержень, который служит для центровки основания в посадочном месте корпусного элемента.
Металлические пластины выполнены методом штамповки из оцинкованной стали.
Малая пружина ограничена шайбами. Одна из них располагается межу регулировочной гайкой и пружиной, а другая расположена на утолщении штифта.
Кабели подключаются к контактам через вводы следующим образом:
Если кабель многожильный, по электротехническим нормам его опрессовывают наконечником.
Принцип работы реле давления воды – как действует прибор
Базовое представление о том, как работает реле давления воды, можно сформулировать так:
- когда давление в системе падает ниже установленного порога включения (Pпуск), реле замыкает электрическую цепь и запускает насос;
- когда давление поднимается до заданного порога отключения (Pстоп), рычаг размыкает контакты и отключает насос.
Как именно это происходит.
Вода давит на мембрану, которая, в свою очередь, воздействует на поршень. Поршень «лапами» поднимает подвижную платформу через отверстия в корпусе. Отклоняясь, платформа сжимает большую пружину. Чем выше давление в системе, тем больше угол отклонения платформы от основания. Иными словами, есть прямая пропорциональная зависимость угла отклонения от давления в системе водоснабжения.
Поднимаясь, платформа постепенно достигает и малой пружины. Сжав ее еще немного, доходит до заданного порога Pстоп.
Когда точка закрепления пружины на металлической платформе проходит плоскость рычага (точнее сказать, плоскость между осью вращения рычага и осью крепления пружины на нем), реле перещелкивает. Пружина кручения расталкивает рычаг в сторону, противоположную от платформы. В данном случае, вниз. Тем самым происходит срабатывание реле: электрическая цепь питания насоса размыкается, и тот отключается. Это называется скачкообразным переключением, которое лежит в основе конструкции реле давления.
Принцип действия реле давления при включении насоса аналогичный:
- Вода расходуется из гидробака, давление в трубопроводе постепенно падает.
- Воздействие воды на мембрану ослабевает, платформа постепенно опускается под давлением пружины.
- Большая пружина все больше разжимается. Платформа достигает плоскости рычага. Когда она становится параллельно шарниру, пружинный регулятор перещелкивает рычаг вверх, и контакты замыкаются.
- Насос включается и начинает подавать воду в водопровод и к потребителям.
Визуально можно представить это так:
Пружина кручения меняет положение рычага в обратном от платформы направлении, когда они встают в одну плоскость
Рычажный способ соединения платформы и шарнира не позволяет значениям Pпуск и Pстоп сравняться. Так, система рычагов обеспечивает разницу (дельту или гистерезис) между порогами включения и отключения насоса.
Мнение эксперта!
Вообще, у реле давления простая и интересная конструкция. Когда коромысло с контактами находится в верхнем положении, переключение (в нашем случае, размыкание) произойдет на большем углу отклонения платформы. Данное положение соответствует верхнему порогу давления. Когда рычаг находится в нижнем положении (отталкивается от платформы вниз), то срабатывание реле происходит на меньшем углу отклонения. Это соответствует порогу включения насоса.
Интересно, что невозможно точно сказать, будет ли реле замкнуто или разомкнуто, если давление воды находится в диапазоне между нижним и верхним порогами.
Дельта между давлением включения и отключения насоса устанавливается благодаря еще одной конструкционной особенности реле – расположению малой пружины. В отличие от большого регулятора, который всегда упирается в подвижную платформу, малая спираль действует по-другому. Когда давление воды в системе небольшое, пружина зажата шайбами между регулировочной гайкой и утолщением шпильки, не касаясь пластины. Она включается в работу только при значительном повышении давления. В итоге, она дополнительно увеличивает разницу между Pпуск и Pстоп насосной установки путем возрастания последнего.
Важно!
Исходя из принципа работы реле давления, малая пружина не оказывает влияния на порог замыкания реле. Но влияет на порог отключения насосной установки.
Кстати, реле будет работать даже без малой пружины, но с минимальным гистерезисом в 0,7-0,9 bar (бар).
Принцип настройки реле давления
Сам процесс регулирования мы подробно описали в отдельном материале. Здесь остановимся на основных аспектах, которые следуют из конструкции прибора.
Закручивая гайку, мы сжимаем пружину и тем самым увеличиваем нажим на пластину – так жидкости будет сложнее ее отогнуть. Соответственно, переключение произойдет на большем давлении.
Другими словами, изменяя степень сжатия пружин, мы меняем зависимость угла поворота платформы от давления, соответственно изменяя уровни включения и отключения насоса. При этом углы отклонения платформы, на которых происходит переключение реле, остаются неизменными при настройке прибора, так как связаны только с геометрическими параметрами системы.
Если сжимать только большую пружину, а малую не трогать – давление отключения увеличится на ту же величину, а гистерезис останется неизменным.
Сжатие малой пружины увеличивает разницу между давлением включения и отключения. Дельта меняется так, что возрастает только верхний порог давления, а нижний остается прежним. Если пружины ослабляют, все указанные параметры уменьшаются.
Важно!
Еще раз уточним ключевой принцип: контакты замыкаются и размыкаются на одном и том же углу отклонения пластины, но, в зависимости от настройки (степени сжатия пружин), для этого требуется разное давление.
Что можно сказать о реле давления, исходя из конструкции устройства и принципа действия
Исходя из самого устройства механического реле давления, можно сделать некоторые выводы о его надежности и работе.
Что отметим из минусов:
- Мембранный отсек может коррозировать, потому что выполнен из обычной оцинкованной стали. В нем постоянно находится вода, с которой приходит песок и прочие загрязнения. Также в такой воде из скважины или колодца содержится растворенный кислород. При коррозии крышки мембранного отсека реле не сможет нормально работать. В этом случае следует заменить реле на новое.
- Сама мембрана может прохудиться. Тогда реле начнет протекать, и использовать его будет невозможно. Нужно сразу заменить устройство, так как отдельно мембрану на реле не купить.
- Соединение мембранного отсека с трубой выполнено из трубки небольшого диаметра. Туда может попадать мусор. Отчасти поэтому многие проблемы в работе реле давления связаны именно с мембранным отсеком. Иногда там появляются загрязнения и коррозия. Если кажется, что реле начинает «шалить», например, не запускает насос или работает с «задержкой» – первым делом стоит разобрать мембранный отсек.
Важно!
Блок контактов крепится к корпусу реле винтами. Если планируете разбирать реле давления по нашему примеру, имейте в виду, что мембранная крышка закрепляется длинными винтами, а клеммник – короткими.
- Крышка реле не герметична. Степень защиты от пыли и влаги IP – 44. То есть, кожух предохраняет прибор от водных брызг и частиц крупнее 1 мм. Крышка справится с пыле- и влагозащитой, но уязвима к затоплению и загрязнениям менее 1 мм. Поэтому не рекомендуем располагать реле давления под гидробаком – на него будет стекать конденсат, а из-за влажности окислятся и оплавятся контакты. Если другого выхода нет, стоит надежно обмотать гидробак любым теплоизолирующим материалом, чтобы холодный корпус не контактировал с теплым воздухом, и конденсат не образовывался. Также не рекомендуем устанавливать реле горизонтально пружинами вниз – в таком положении мелким загрязнениям и влаге легче проникнуть под крышку. Оптимальное расположение прибора – вертикально, чтобы грязь и вода стекали по крышке вниз.
Однако у реле есть и свои преимущества, которые и сделали его таким популярным:
- Функционал электромеханического устройства минимален. А значит, если устройство исправно, то будет работать понятно и предсказуемо.
- Классическое электромеханическое реле давления надежно и долговечно. Это обеспечивается его конструкцией. Реле устроено так, чтобы ничто не мешало нормальному движению платформы и переключению рычага. Риск заеданий и сбоев тут минимальный.
- Проблемы в работе реле давления возможны, какие-то механические повреждения отдельных рабочих элементов не исключаются. Однако любые возможные неисправности будут видны сразу – все «внутренности» реле перед глазами, стоит просто снять защитный кожух. Подробнее о возможных неисправностях реле давления мы рассказали в другой статье.
Причина, по котором реле давления стали очень популярными среди пользователей – простота конструкции, надежность устройства и низкая стоимость. Другими словами, реле давления – это дешево и сердито.
Мнение эксперта!
Вместе с реле давления к системе часто подключают и реле сухого хода. Оно отключает насос, когда в источнике заканчивается вода. Также на рынке представлен широкий выбор электронных реле. У них есть дисплей с показателями и нет пружин, прибор настраивается кнопками. Предусмотрена защита от сухого хода и дополнительные возможности, например, защита от недобора давления или разрыва трубопровода. Но такие реле имеют электронную плату, которая может выйти из строя при скачках напряжения. А иногда они просто «встают» в непонятную ошибку. Поэтому мы предпочитаем электромеханические реле давления или автоматику с частотным регулированием – более современное решение, которое значительно увеличит комфорт пользования водопроводом. По опыту, электронные реле не дают существенных преимуществ, но уступают в надежности механическим моделям.
Если вам нужно провести водоснабжение в загородный дом или на дачу под ключ, смело обращайтесь в компанию «Загород». Подведем воду в дом от колодца или скважины и организуем работу системы водоочистки:
- проведем анализ и поможем с выбором;
- правильно установим;
- возьмем на себя обслуживание.
Мы работаем в нескольких регионах страны:
- Москва и Московская область;
- Санкт-Петербург и Ленинградская область;
- Псковская и Новгородская области;
- Юг Карелии – Сортавала и Лахденпохья.
Делаем водоснабжение под ключ правильно и с гарантией на два года!
Оставьте заявку на обратный звонок в форме ниже, и наши менеджеры свяжутся с вами в ближайшее рабочее время – проконсультируют по стоимости работ и согласуют выезд инженера для необходимых замеров.
Если остались вопросы или замечания, ждем их в комментариях под статьей. Все читаем и на все ответим.
Виталий Седунов,
генеральный директор компании «Загород»,
автор книги «7 ошибок при выборе и монтаже септика»
Комментарии