 |
Запорно- регулирующая арматура.
|
|
|
|
Лекция 7
ЗАПОРНО- РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА.
| Ручная арматура – устройства на системе отопления, регулирующие расход и температуру теплоносителя вручную |
| Автоматическая арматура – устройства на системе отопления, регулирующие расход и температуру теплоносителя автоматически |
Содержание темы.
7. 1 Размещение запорно-регулирующей арматуры
7. 2 Современная запорно-регулирующая арматура
7. 3 Терморегуляторы
7. 1 Размещение запорно-регулирующей арматуры
Ручную запорно-регулирующую арматуру систем центрального отопления подразделяют на муфтовую и фланцевую.
Муфтовую арматуру (с внутренней резьбой на концах для соединения с трубами) устанавливают на трубах малого диаметра (Dy £ 40мм), фланцевую арматуру (с фланцами на концах) — на трубах большого диаметра (при Dy> 50мм).
Арматура на подводках к приборам систем водяного отопления различна: при двухтрубных стояках применяют краны, обладающие повышенным гидравлическим сопротивлением, при однотрубных стояках — пониженным сопротивлением протеканию теплоносителя. В первом случае повышение гидравлического сопротивления кранов делается для равномерности распределения теплоносителя воды по отопительным приборам.
Во втором - понижение сопротивления способствует затеканию в приборы большего количества воды, что повышает среднюю температуру теплоносителя в них и, следовательно, обеспечивает уменьшение их площади.
| РАЗЪЯСНЯЕМ | В двухтрубных системах отопления циркуляционные кольца проходят через каждый отопительный прибор. И если они находятся на разных отметках, естественные давления для нагревательных приборов вышерасположенных больше чем для нагревательных приборов нижерасположенных. Следовательно, для того, чтобы их погасить нужна арматура с повышенным гидравлическим сопротивлением |
|
|
|
Регулирующую арматуру на подводках к приборам устанавливают не всегда. Ее не применяют во вспомогательных помещениях и в лестничных клетках зданий, близ ворот и загрузочных проемов, люков и прочих мест, опасных в отношении замерзания воды в трубах и приборах. Арматура у приборов для эксплуатационного регулирования не нужна, если предусмотрено регулирование температуры подаваемого в помещения вентиляционного воздуха.
| Эксплуатационное регулирование – Регулирование теплоотдачи потребителем в любое время в течение отопительного сезона. |
На подводках к приборам систем парового отопления во избежание «прикипания» пробки краны заменяют вентилями с золотником без уплотнительного кольца, хотя гидравлическое сопротивление и шумовая характеристика их значительно превышают показатели кранов.
В системах отопления возможна установка общего регулирующего крана на трубе, подающей теплоноситель к группе отопительных приборов, расположенных в одном помещении.
Арматура на стояках предназначена для полного отключения отдельных стояков, если требуется проводить ремонтные и другие работы во время отопительного сезона. Арматуру для тех же целей помещают в начале и конце каждой ветви горизонтальных систем отопления.
Арматуру на стояках малоэтажных (1—3 этажа) зданий устанавливать нецелесообразно так как возрастают гидравлическое сопротивление системы отопления и её первоначальная стоимость. Здесь проще предусматривать возможность отключения арматурой сравнительно небольшой части системы отопления (например, вдоль одного фасада здания). На стояках лестничных клеток арматуру применяют независимо от числа этажей.
|
|
|
В многоэтажных зданиях на стояках систем отопления устанавливают запорные проходные (шаровые) краны и вентили. Проходные (шаровые) краны используют при температуре теплоносителя воды до 105 °С и небольшом гидростатическом давлении в системе. В высоких зданиях при гидростатическом давлении, превышающем 0, 6 МПа в нижней части стояков, проходные краны заменяют более прочными и надежными в работе вентилями. Вентили также предусматривают на стояках при других теплоносителях — высокотемпературной воде и паре. Предпочтительно применение вентилей с наклонным шпинделем («косых» вентилей), создающих меньшие гидравлические потери давления и шум по сравнению с «прямыми» вентилями.
При водяном отоплении для спуска воды из одного стояка (ветви) и впуска воздуха в него при этом, а также для выпуска воздуха при последующем заполнении водой рядом с запорными кранами (или вентилями) размещают спускные краны (внизу стояков со штуцером для присоединения гибкого шланга) — см. рис. 7. 1.
При паровом отоплении иногда (при значительном протяжении систем) на конденсатных трубах удаленных стояков предусматривают установку спускных вентилей для «продувки» системы, т. е. для быстрого удаления воздуха из нее при пуске пара.
Арматура на магистралях необходима для отключения отдельных частей системы отопления. В качестве такой арматуры используют муфтовые проходные (шаровые) краны и вентили, а также фланцевые задвижки на трубах крупного калибра (Dy> 50мм). В пониженных местах на магистралях устанавливают спускники, а на концах водяных магистралей — воздушные краны или воздухосборники.
Рис. 7. 1. Схема дренажа стояков систем водяного отопления
1 — запорный кран; 2 — стояк, 3 — спускной кран, 4 — магистраль; 5 -дренажная линия; 6 — общий запорный вентиль; 7 — открытый перепускной бачок; 8 — в водосток
Паровые магистрали снабжают гидравлическими затворами (петлями) или конденсатоотводчиками для удаления конденсата, образующегося попутно при движении пара. Их можно отнести к запорной арматуре для пара.
| Конденсатоотводчик – Устройство, которое улавливает пар, несконденсировавшийся в нагревательных приборах, чтобы он не поступал в конденсатопровод или для удаления попутного конденсата для предупреждения возникновения гидравлических ударов |
На вертикальных воздушных трубах систем водяного отопления с нижней разводкой предусматривают арматуру (шаровые краны) в тех случаях, когда предусмотрена установка запорных кранов на самих стояках.
|
|
|
На дренажных трубах для опорожнения отдельных стояков или горизонтальных ветвей (при числе этажей три и более) систем водяного отопления применяют кроме спускных кранов у каждого стояка или ветви общий запорный вентиль перед бачком с разрывом струи для перепуска воды в водосточную сеть (рис. 7. 1). Так поступают во избежание утечки воды через неисправные спускные краны стояков (ветвей) при действии системы.
| РАЗЪЯСНЯЕМ | Разрыв струи необходим для контроля за наличием утечек при неисправном спускном кране |
Арматура в тепловом пункте здания предназначена для регулирования и отключения отдельных систем отопления, а также отопительного оборудования.
Задвижки размещают на главных подающих и обратных магистралях, до и после (по движению теплоносителя) теплообменников, циркуляционных и смесительных насосов, водоструйных элеваторов, редукционных клапанов, конденсатоотводчиков, исполнительных механизмов автоматического регулирования и других аппаратов, а также на обводных линиях.
| Редукционный клапан – клапан, понижающий давление пара до давления допустимого в системе |
Если кроме рабочего насоса установлен второй — резервный насос, то после каждого из них кроме задвижек помещают обратные клапаны.
| Обратный клапан – Клапан, пропускающий теплоноситель только в одном направлении. |
Насос находится в резерве при открытых задвижках, и обратный клапан предотвращает обратное движение воды через него к всасывающему патрубку работающего насоса. Основная запорная арматура дополняется воздушными и спускными кранами в повышенных и пониженных местах.
7. 2 СОВРЕМЕННАЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА
|
|
|
Особенность современных систем отопления состоит в широком применении автоматической (активной) запорно-регулирующей арматуры. К ней относят, прежде всего, терморегуляторы, регуляторы перепада давления (7. 8) регуляторы расхода (7. 9) перепускные клапаны (рис. 7. 3 и 7. 4)
Терерморегулятор– Регулятор автоматически ре- гулирующий теплоотдачу нагревательного прибора изменением количества.
Регулятор перепада давления Регулятор, поддерживающий необходимый постоянный перепад давления в ветви, на стояке для предупреждения возникновения шума при закрытии терморегуляторов в другой части системы
Регулятор расхода – Регулятор, поддерживающий
необходимый постоянный расход теплоносителя в ветви, в стояке для предупреждения возникновения шума при закрытии терморегуляторов в другой части системы
Перепускной клапан– Клапан, устанавливаемый у циркуляционного насоса для предупреждения выхода его из строя при закрытии терморегуляторов
Ручная (пассивная) запорно-регулирующая арматура — вентили, краны, клапаны «Баттерфляй» — тоже повсеместно используется в этих системах. Существует также арматура с возможностью дальнейшей поэтапной модернизации — изменения функциональности. Так, например, комплект арматуры ручного регулирования USV-I + USV-M, путем дополнения мембранным элементом и импульсной трубкой, превращают в комплект арматуры автоматического регулирования перепада давления USV-I + USV-PV.
Одни из главных отличий современной арматуры — это многофункциональность, повышенная надежность эксплуатации, высокая точность регулирования заданных параметров. Изменились и функциональные требования к ней. Наличие автоматической арматуры (11. 2) требует несколько иных подходов проектировании. Отечественная практика применения арматуры основывалась на обеспечении постоянного гидравлического режима работы системы отопления. Современные системы имеют переменный гидравлический режим, в условиях которого следует обеспечить управляемость потоками теплоносителя. В заграничной практике проектирования обеспечение эффективной работы автоматической арматуры осуществляют путем соблюдения рекомендованных значений авторитета.
| Постоянный гидравлический режим– Режим работы системы отопления с постоянным расходом во времени, при котором работают все нагревательные приборы | ||||
| Преременный гидравлический режим – Режим работы системы отопления с переменным расходом теплоносителя, возникающим при срабатывании терморегуляторов у разных потребителей | ||||
| Авторитет арматуры – Способность арматуры осуществлять регулирование расхода пропорционально ходу перемещения клапана
| ||||
Аналогом данного термина может быть коэффициент управления, который показывает долю регулируемого потока от имеющегося.
В отечественной практике проектирования центрального отопления устанавливали на трубах до 50мм муфтовую запорно-регулирующую арматуру, при больших диаметрах — фланцевую, что было вызвано, прежде всего, возникающей нагрузкой на соединения и обеспечением их герметичности. Сегодня при использовании не стальных труб такой тенденции не существует; поэтому любой тип арматуры представлен широким спектром диаметров и соединений. Характерной особенностью крупногабаритной арматуры является уменьшение ее металлоемкости. К ней относят бесфланцевую, устанавливаемую между трубными фланцами. Так, например, клапаны (дисковые поворотные затворы) Данфосс «Баттерфляй» при диаметре 150мм имеют вес 8, 2кг, что почти в 9 раз меньше задвижек клиновых с выдвижными шпинделями, ( эти клапаны устанавливаются вместо задвижек), а диаметр присоединения находится в диапазоне 25... 300 мм. Применение запорной арматуры пониженного сопротивления улучшает условия регулирования терморегуляторами потоков теплоносителя (смотри дальше разъяснение относительно авторитетов терморегуляторов) поскольку основные потери давления должны приходиться на них, и уменьшает эксплуатационные затраты.
 |
Рис. 7. 2 Общий вид термостатических клапанов «Данфосс»
Рис. 7. 3 Общий вид регулятора расхода ASV-Q, перепускного клапана AVDO, теплоизоляционной оболочки и измерительного устройства
Многофункциональность арматуры упрощает проектирование, монтаж и эксплуатацию систем, уменьшает их металлоемкость и инерционность. В особенности это касается спускной арматуры. Почти вся запорно-регулирующая арматура, предлагаемая фирмой «Данфосс» выполняет данную функцию, реализуемую тремя способами:
• специально предусмотренными отверстиями в корпусе, изначально укомплектованными пробками, вентильками или краниками значительно меньшего размера от основной арматуры.
• специально предусмотренными отверстиями в корпусе с закрытыми пробками, которые могут быть заменены спускной арматурой по заказу (эта и другие функции, предусмотренные дополнительной комплектацией,
• дополнительным спускным устройством, поставляемым по заказу например, спускным вентилем для вентилей RLV и RLV-K или сервисным устройством шлюзового типа для терморегуляторов всех типов
При необходимости использования запорно-регулирующей арматуры без спускной функции используют спускной шаровой кран, присоединяемый к трубопроводу через тройник.
Отличием ручной регулирующей арматуры вентильного типа, например, RLV, RLV-S, RLV-K. ASV-I, MSV-i'm MSV-F, является градирование ее гидравлических характеристик (создаваемого сопротивления) по подъему штока. Отсчет настройки начинают от закрытого положения. Каждый полный оборот открытия отвечает изменению значения настройки на единицу, неполный — на доли единицы. Наличие такой арматуры позволяет отказаться от практики применения диафрагм (дроссельных шайб).
Повышения надежности работы запорно-регулирующей арматуры достигают за счет использования высокоточных технологий и конструктивного упрощения, применения высококачественных уплотнителей. Так, например, в арматуре ASV-P, ASV-PV, RLV всех типов ASV-M, ASV-I, MSV-M, MSV-I регулирование или запирание осуществляется без промежуточных элементов (тарелки с уплотнительной прокладкой), а непосредственно специально подготовленной торцевой поверхностью штока, которая точно подогнана к поверхности седла. Это дает возможность также обеспечить точность поддержания гидравлических параметров на протяжении всего срока эксплуатации.
Широкий диапазон температур теплоносителя определяет соответствующие
условия эксплуатации. Так, для разных конструкций шаровых кранов максимальные рабочие температуры составляют 80... 200 °С, клапанов «Баттерфляй» — 85... 200 " С, терморегуляторов и автоматических регуляторов — 120 °С. Следует отметить, что запорно-регулирующая арматура «Данфосс» для стояков и приборных веток поставляется в упаковке, которая используется как теплоизоляционная оболочка при температуре теплоносителя до 80 0С, при теплоносителе с температурой до 120 0С заказывается теплоизоляционная оболочка из стиропора ЕРР
Размещение арматуры на стояках, приборных ветках, подводках к отопительным приборам многовариантное, ( в зависимости от вида нагревательного прибора и требований Заказчика, что рассмотрено в дальнейших соответствующих разделах.
Современная запорно-регулирующая арматура многофункциональна, что упрощает проектирование, монтаж и эксплуатацию систем отопления.
Запорно-регулирующая арматура имеет конкретное назначение и взаимоувязку между собой. Использование арматуры не по назначению выводит систему отопления из строя. Так, например, применение шаровых кранов (запорной арматуры быстрого действия) для регулирования теплопередачи отопительных приборов повышает вероятность образования гидравлического удара.
7. 3 ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ
Терморегулятор автоматический отопительного прибора системы водяного отопления здания (сокращенно терморегулятор или термостат) - запорно-регулирующая арматура автоматического регулирования теплоотдачи отопительного прибора на уровне, соответствующем установленной потребителем температуры воздуха. Он автоматически поддерживает заданную температуру воздуха в помещении путем количественного) регулирования теплоносителя, поступающего в отопительный прибор. Стабильность и точность поддержания необходимой температуры воздуха в помещении на уровне индивидуального теплового комфорта является принципиальным отличием от вентилей и кранов ручного (пассивного) регулирования, традиционно используемых в отечественных системах отопления. Выбор качественных терморегуляторов и обеспечение на стадии проектирования системы оптимальных условий для их эффективной работы экономят в процессе эксплуатации здания 15... 25% тепловой энергии.
Рис. 7. 4 Знак соответствия европейской норме EN 215
В Украине отсутствуют нормативы, регламентирующие характеристики терморегуляторов. До принятия соответствующих отечественных стандартов рекомендуется при выборе терморегуляторов ориентироваться на европейскую норму EN 215. Терморегуляторы, отвечающие данной норме, имеют знак, изображенный на рис. 7. 4, и на термостатическом клапане, и на термостатической головке. Конструктивные составляющие терморегулятора показаны на рис. 7. 5.
Датчик — часть терморегулятора, отслеживающая температуру воздуха. Представляет собой, как правило, сильфон, заполненный у каждого производителя эксклюзивным веществом. Изменение температуры воздуха вызывает соответствующее изменение объема сильфона — удлинение или сокращение. Через передаточное звено сильфон двигает шток и конус клапана. Изменение расстояния между седлом и конусом клапана приводит к количественному регулированию теплоносителя.
На рис. 7. 5 — терморегулятор со встроенным датчиком. В нем смонтированы в одном корпусе датчик, передаточный механизм и регулятор температуры. Устанавливают такие регуляторы при наличии свободного обтекания термостатической головки потоком воздуха, а также при условии не влияния на нее облучения от торцевой части отопительного прибора (радиатора) и конвективных потоков от труб его обвязки. Схема установки таких терморегуляторов показана на рис. 7. 6.
Рис 7. 5 Терморегулятор со встроенным датчиком
Рис 7. 6 Типы терморегуляторов
При возможности свободного доступа к терморегулятору, но несоответственном его восприятии температуры воздуха помещения (закрытии занавесками, чрезмерной строительной глубине отопительного прибора... ), применяют терморегулятор со встроенным регулятором температуры и выносным датчиком, изображенным на рис. 7. 5. Он имеет регулятор температуры, объединенный с передаточным механизмом и термостатическим клапаном в одном корпусе. Датчик отдален от передаточного механизма и сообщается с ним передаточным звеном (капиллярной трубкой). Схема установки показана на рис. 7. 6, б и в.
Терморегулятор с выносным регулятором температуры и датчиком в одном корпусе (рис. 7. 5, в) используют при невозможности доступа к термостатическому клапану (рис. 7. 5, г). Они соединены между собой передаточным звеном (капиллярной трубкой).
Терморегулятор с отдельными выносными датчиком и регулятором температуры (рис. 7. 5, г), каждый из которых соединен с термостатическим клапаном посредством передаточного звена (капиллярной трубкой), применяют при ограниченности доступа к помещению, удобств обслуживания регулятора и нехарактерной температурной зоне помещения, централизации обслуживания…
Схемы установки терморегуляторов, не рекомендованных к использованию, изображены на рис. 7. 6 перечеркнутыми накрест.
Применение программаторов, соединенных передаточным звеном (электропроводами) с микромотором (М) на термостатическом клапане, регуляторов температуры с волновым управлением микромотором и комбинированных электромеханических терморегуляторов осуществляют для удобств обслуживания и получения дополнительного энергосберегающего эффекта.
| Программатор – Устройство, которое программирует работу терморегулятора во времени |
Датчик терморегулятора должен реагировать на характерную температуру воздуха в помещении. Его не следует устанавливать:
• вблизи источников теплоты любого типа — ламп, компьютеров электронных приборов...;
• в месте прямого попадания излучения от солнца или других источников;
• в опускающихся холодных потоках воздуха — конвективных и вынужденных охлажденных струях систем кондиционирования и вентиляции;
• в восходящих конвективных и нагретых вынужденных струях систем кондиционирования и вентиляции;
• за занавесками, мебелью и т. п.;
• вблизи внешней двери, балконной двери, внешних окон;
• на стене с камином...;
• на внешней стене.
Рис 7. 6 схемы установки терморегуляторов
Выносные датчики устанавливают на стене на высоте приблизительно 1, 5м над уровнем пола. Желательна установка на внутренней стене на некотором расстоянии от внутренней двери.
Термостатические элементы (головки) и программаторы фирмы «Данфосс» охватывают все типы терморегуляторов. Головки RTD относятся к пропорциональным регуляторам прямого действия с вмонтированными или выносными датчиками, с защитой от несанкционированного вмешательства. Все модели защищают систему отопления от замерзания (блокировки) теплоносителя.
При подборе терморегуляторов необходимо обращать внимание на конструкцию термостатического клапана — прямоточную или угловую и проектировать таким образом, чтобы термостатические головки находились вне влияния конвективных потоков от труб.
Терморегуляторы размещают на подающей подводке к отопительному прибору при схеме движения теплоносителя «сверху — вниз». Остаточной теплопередачей отопительного прибора приблизительна 20... 35% при закрытом термостатическом клапане и однотрубных системах, возникающей вследствие расслоения циркуляции теплоносителя в обратной подводке, пренебрегают. Остаточная теплопередача отопительного прибора, вызванная механическим закрытием терморегулятора потребителем, обеспечивает не замерзание теплоносителя и уменьшает несанкционированный отбор теплоты от других приборов через внутренние ограждения помещения. Если эта теплопередача избыточна для всех терморегуляторов, происходит соответствующая реакция автоматики погодного регулятора в тепловом пункте на уменьшение тепловой мощности системы отопления.
Термостатические клапаны различают по назначению — для однотрубных и двухтрубных систем отопления. Первые, по сравнению со вторыми, характеризуются повышенной пропускной способность». Вторые, как правило, объединяют в себе функцию гидравлического увязывания циркуляционных колец, осуществляемую, чаще всего встроенным дросселирующим механизмом предварительной настройки. Настройку определяют на стадии проектирования и устанавливают при монтаже системы отопления. Клапаны первого и второго типов поставляют с колпачками (на месте термостатической головки) разной цвета. Клапаны «Данфосс», отнесенные к первому типу, — RTD-G с колпачками серого цвета, второго типа — RTD-N с колпачками красной цвета.
Колпачки предназначены для защиты штока от повреждений и загрязнения. Их используют при пусковых испытаниях системы отопления.
Терморегулятор — устройство индивидуального поддержания теплового комфорта в помещении и обеспечения энергосбережения. Эффективное реагирование терморегулятора на температуру воз духа в помещении зависит от его конструктивных особенностей места установки.
Эффективная работа терморегулятора зависит как от декларируемых производителем его характеристик, так и от условий, в которых он работает. Данные условия создают не только при эксплуатации, но и при проектировании. Главная цель последнего — достижение пропорциональности регулирования теплоотдачей отопительного прибора, то есть соответствующей реакции терморегулятора на смену температуры воздуха в помещении. Пропорциональность, прежде всего, характеризуют определенными гидравлическими соотношениями. Изначально они заданы производителем. Задача проектанта — обеспечить их достижение в реальной системе отопления.
Потокораспределение терморегулятора в системе отопления зависит от потерь давления в циркуляционном кольце. Активная составляющая потерь давления от расположения штока в номинальном (промежуточном) положении характеризуется разностью DР1— DР2, а пассивная — потерей давления в остальных элементах кольца, в том числе DР2.
Продуктивная управляемость потоками теплоносителя происходиг при оперировании 50±20% располагаемого давления. Такой диапазон должен быть обеспечен относительно потерь давления циркуляционнонго кольца DР, в котором установлен терморегулятор есть = 0, 3... 0, 7.
| Циркуляционное кольцо – Кольцо циркуляции через нагревательный прибор (стояк), где образуется расчётный перепад температур теплоносителя Т1 – Т2 |
Для наглядности расчетов и оперативности манипулирования при увязывании циркуляционных колец, сохранении изначальных регулировочных характеристик терморегулятора в системе отопления, в предлагаемых компьютерных программах используют лишь понятие внешнего авторитета а терморегулятора
(7. 1)
Он характеризует отношение потерь давления на терморегуляторе при номинальном расходе к гидравлическом; сопротивлению кольца сопротивлению системы в целом, или подсистемы (стояка или приборной ветки со стабилизированным перепадом давления).
| Номинальный расход – Расход теплоносителя через терморегулятор при перепаде давления на нём 10 кПа |
В двухтрубных системах отопления по европейским методикам рекомендованные потери давления на терморегуляторах должны составлять 30... 70% располагаемого циркуляционного давления системы или подсистемы, что отвечает диапазону значении внешнего авторитета 0, 3-0, 7
Выбор терморегуляторов осуществляют по характеристикам, которые отвечают рекомендованным значениям.. Для двухтрубных систем отопления выбирают терморегуляторы Данфосс типов RTD-N, RTD-K и встроенный; для однотрубных - RTD-G, RTD-KE.
Определение гидравлических характеристик терморегулятора следует осуществлять согласно предоставляемым производителем диаграммам.
Зона пропорциональности не должна превышать 2К и быть ниже 1К. Выбор осуществляют при 2К.
| Зона пропорциональности – разность температур между кривыми открывания и закрывания, при которой должно иметь место пропорциональное регулирование |
Диапазон потерь давления на терморегуляторах определяют
по рекомендованному диапазону внешнего авторитета а=0, 3…0, 7.
Использование настроек терморегуляторов от 1 до 2 в гидравлически зависимых от тепловой сети системах отопления и несоответствующем качестве теплоносителя является нежелательным.
| РАЗЯСНЯЕМ | При маленьких значениях величины настройки сильно уменьшается сечение для прохода теплоносителя. Возрастает вероятность засорения терморегулятора механическими примесями |
Указанные параметры выбора терморегуляторов отображают западноевропейские методики и не в полной мере отвечают предлагаемому подходу, согласно которому диапазон потерь давления на терморегуляторах определяют по рекомендованному диапазону общего авторитета, равного для двухтрубных систем отопления –а* = 03. -0, 7.
|
|
|
