Как работает реле давления - принцип работы и устройство

Реле давления – устройство автоматического управления насосом, которое воспринимает давление воды в напорной системе и при достижении заданных условий переключает электрическую цепь управления. Само реле давление не создает давление: давление и расход обеспечивает насос.

В типичной системе с механическим реле при снижении давления до Pвкл контакты переходят в состояние запуска насоса. Насос подает воду, давление повышается, а при достижении Pоткл контакты переключаются обратно и насос останавливается. После следующего водоразбора цикл повторяется.

Для чего нужно реле давления воды

Реле давления нужно для автоматического запуска и остановки насоса по давлению. Оно позволяет системе работать между заданными порогами без ручного включения насоса при каждом водоразборе.

Когда пользователь открывает кран, расход воды приводит к снижению давления. При достижении порога включения реле формирует условие для запуска насоса. После уменьшения или прекращения водоразбора насос может повысить давление до точки отключения, после чего реле останавливает его.

Обычное пороговое реле не является регулятором постоянного давления в строгом техническом смысле: оно не удерживает давление на одном значении, а переключает насос при достижении заданных порогов. Поэтому давление внутри рабочего диапазона может изменяться.

Стандартное механическое реле также не следует автоматически считать защитой от сухого хода. Такая функция должна быть предусмотрена конструкцией устройства либо реализована отдельной автоматикой.

Устройство механического реле давления

Механическое реле преобразует воздействие давления воды в перемещение чувствительного элемента, а затем – в переключение электрических контактов.

Основные элементы типичного механического реле:

• корпус;
• гидравлический вход;
• мембрана или другой чувствительный элемент;
• передаточный и переключающий механизм;
• регулировочные пружины;
• электрические контакты;
• клеммы для подключения электрической цепи.

Давление из напорной линии через гидравлический вход действует на мембрану или другой чувствительный элемент. Чем выше давление и эффективная площадь чувствительного элемента, тем больше создаваемое им усилие. Это усилие передается механизму и противодействует усилию пружин. При достижении предусмотренного конструкцией порога переключающий механизм изменяет состояние контактов.

Упрощенная цепочка работы: давление воды → чувствительный элемент → передаточный и переключающий механизм → контакты → включение или отключение насоса.

Пружины формируют механические условия переключения. Конкретная кинематика, число пружин, назначение регулировочных элементов и схема контактов зависят от модели, поэтому внутреннее устройство нельзя считать полностью одинаковым для всех реле.

Устройство механического реле давления: давление воды через гидравлический вход воздействует на мембрану, а возникающее усилие через передаточный механизм и пружины передается на электрические контакты. Конструкция и расположение элементов могут различаться в зависимости от модели реле.

Принцип работы реле давления воды

Принцип работы механического реле давления основан на балансе сил: давление воды воздействует на чувствительный элемент, а пружинный механизм создает противодействующее усилие. При достижении заданного порога переключающий механизм изменяет состояние электрических контактов.

Рабочий цикл типичной насосной системы:

1. Пользователь открывает кран, начинается расход воды.
2. Давление в системе снижается.
3. При достижении Pвкл чувствительный и переключающий механизм реле изменяет состояние контактов.
4. Цепь управления насосом переходит в состояние запуска, и насос включается.
5. Насос подает воду; если его производительность превышает текущий водоразбор, давление начинает повышаться.
6. При достижении Pоткл реле переключает контакты обратно.
7. Насос отключается.

Уточнение о производительности важно: работа насоса сама по себе не гарантирует рост давления до Pоткл. Если расход воды слишком велик, есть утечка или насос не способен создать требуемое давление в рабочей точке, условие отключения может не наступить.

Причинно-следственная цепочка выглядит так: давление снизилось → чувствительный элемент изменил положение → механизм переключил контакты → насос включился → при достаточной подаче давление выросло → достигнуто Pоткл → контакты переключились → насос остановился.

Механическое реле имеет разные точки включения и отключения не случайно. Переключающий механизм создает гистерезис – устойчивую разницу между порогами, благодаря которой контакты не должны переключаться туда и обратно от минимального изменения давления около одной точки.

Само реле напор не создает. Оно определяет моменты запуска и остановки насоса; давление и расход формирует насос в соответствии со своей характеристикой и условиями системы.

Рабочий цикл реле давления: при снижении давления до Pвкл насос включается и повышает давление до Pоткл, после чего отключается. При расходе воды давление снова снижается до Pвкл, и цикл повторяется.

Что такое Pвкл, Pоткл и ΔP

Pвкл, Pоткл и ΔP описывают пороги работы типичного механического реле давления.

Pвкл – давление, при снижении до которого реле включает насос.

Pоткл – давление, при повышении до которого реле отключает насос.

ΔP – перепад между точками отключения и включения: ΔP = Pоткл − Pвкл.

Разные точки включения и отключения образуют гистерезис. Он нужен для устойчивого переключения: без достаточной разницы между порогами небольшие пульсации и колебания давления около одной точки могли бы вызывать частые коммутации и пуски насоса.

Конкретные Pвкл, Pоткл и ΔP выбирают с учетом характеристик насоса, допустимого давления оборудования и требований системы. Подробный порядок изменения уставок рассматривается в статье о настройке реле давления.

Как реле работает вместе с гидроаккумулятором

В системе с гидроаккумулятором реле контролирует давление, насос создает давление и расход, а гидроаккумулятор хранит запас воды под давлением и позволяет часть водоразбора обеспечить без немедленного запуска насоса.

После остановки насоса в баке остается запас воды. При открытии крана вода может сначала поступать из гидроаккумулятора, поэтому давление постепенно снижается. Когда оно достигает Pвкл, реле запускает насос.

Насос обеспечивает текущий расход и, когда его подача превышает водоразбор, одновременно увеличивает запас воды в гидроаккумуляторе и повышает давление. При достижении Pоткл реле останавливает насос.

Функции элементов различаются: реле измеряет или воспринимает давление и управляет насосом → насос создает напор и обеспечивает расход → гидроаккумулятор накапливает воду под давлением и помогает уменьшить частоту пусков.

Предзаряд бака и его согласование с Pвкл рассматриваются отдельно в статье о настройке реле давления с гидроаккумулятором.

Функциональная схема системы водоснабжения: насос создает поток и давление, реле контролирует давление и управляет насосом по Pвкл и Pоткл, а гидроаккумулятор накапливает запас воды и поддерживает давление между включениями насоса. Стрелками показано движение воды и последовательность рабочего цикла, а не схема монтажа оборудования.

Как работает электронное реле давления

В электронном реле или контроллере давление воспринимает датчик, а решение об управлении насосом принимает электронная схема по алгоритму конкретной модели.

Датчик преобразует давление в электрический сигнал. Электроника обрабатывает его, сравнивает с заданными условиями и формирует команду на включение или отключение насоса либо внешнего коммутационного устройства.

В зависимости от модели могут применяться электронные уставки, дисплей, контроль протока, защита от сухого хода, задержки и автоматический перезапуск. Эти функции не являются обязательными для любого электронного реле.

Электронное устройство не всегда работает как механическое реле с двумя независимо задаваемыми порогами. Например, у некоторых контроллеров запуск определяется падением давления до заданной уставки, а остановка – прекращением протока или другим условием алгоритма. Поэтому обозначение Pоткл применимо только тогда, когда такая точка предусмотрена конкретным устройством.

Общий принцип можно представить так: датчик → сигнал о давлении → электронная обработка → алгоритм управления → команда насосу. Настройка таких устройств рассматривается в статье «Как настроить электронное реле давления воды».

Что происходит при изменении настроек

Настройки механического реле изменяют механические условия, при которых переключаются контакты. Они не повышают характеристику насоса и сами по себе не создают дополнительного давления.

В распространенной двухпружинной конструкции большая пружина P обычно смещает рабочий диапазон, а малая пружина ΔP изменяет дифференциал. Однако фактическое влияние регулировок и взаимное изменение Pвкл и Pоткл зависят от конструкции конкретной модели.

Поэтому число оборотов регулировочной гайки нельзя использовать как универсальный способ получить заданное изменение давления. Фактические точки переключения контролируют по манометру и сверяют с инструкцией производителя.

Кратко: как работает реле давления

Реле давления контролирует давление воды в напорной системе и управляет насосом по заданным условиям. В типичной системе с механическим реле при снижении давления до Pвкл контакты переключаются и насос запускается. При достаточной производительности насоса давление повышается, а при достижении Pоткл реле переключает контакты обратно и останавливает насос. При следующем водоразборе давление снова снижается, и цикл повторяется.

Само реле давление не создает и не поддерживает его на одном постоянном уровне. Если устройство работает нестабильно, причины рассматриваются отдельно в статье о неисправностях реле давления.

Часто задаваемые вопросы