Узел обвязки (Часть 1)
Одним из важнейших элементов в системе холодоснабжения типа "Чиллер-Фанкойл" является узел обвязки фанкойла, также узел обвязки применяется в системах теплоснабжения вентиляционных установок и четырехтрубных фанкойлов.
Назначение узла обвязки в регулировании расхода тепло-/холодоносителя, защите оборудования от аварийных факторов и контроля показателей сети (давление, температура).
В данной статье разберем виды узлов обвязки, их назначение, правила монтажа и проектирования.
В порядке частного случая данная статья может быть актуальна и для узла учета (например квартирный узел учета холодной или горячей воды или узел учета тепла).
Узел обвязки это не единый элемент системы, а целый комплект из различных регулирующих клапанов, запорной арматуры и т.д. Однако их можно условно разделить на два типа: узел обвязки от производителя и узел обвязки "россыпью".
Состав узлов обвязки, которые предлагают производители оборудования зачастую содержат в себе необходимый минимум для корректной работы оборудования, такой узел прост в сборке и зачатую продается одной позицией, но не гарантирует долгой и беспроблемной работы.
Если нам необходимо, чтобы оборудование работало дольше и ее обслуживание было проще, то в таком случае мы собираем узел сами, добавляя в него различные элементы по типу термоманометров, воздухоотводчиков, регулирующих клапанов и т.д.
Резьбовые соединения
Прежде чем приступить к более подробному разбору каждого элемента узла обвязки нам необходимо разобраться в способах их соединения.
В водяных системах тепло-/холодоснабжения в качестве диаметров присоединения оборудования применяется резьбовое соединение, диаметр резьбы обычно указывается в технической документации к оборудованию.
Резьбовое соединение — крепёжное соединение в виде резьбы. Используется метрическая и дюймовая резьба различных профилей в зависимости от технологических задач соединения.
Резьбовые соединения обладают такими достоинствами, как универсальность, высокая надежность, способность воспринимать большие нагрузки, удобство сборки и разборки, простота изготовления.
Резьбы подразделяются на два типа: метрическая и дюймовая, которые в свою очередь подразделяются на внутреннюю и наружную резьбу. У всех производителей климатического оборудования в теплообменниках систем тепло-/холодоснабжения обычно применяется дюймовая резьба.
Наружная (внешняя) резьба — это резьба, образованная на наружной поверхности цилиндра или конуса.
Внутренняя резьба — это резьба, нарезанная на внутренней поверхности цилиндра или конуса. Она находится внутри детали и обычно не видна снаружи.
Согласно ГОСТ 6357-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая», в условное обозначение резьбы в технической документации должны входить: (R - для конической наружной резьбы, Rc - для конической внутренней резьбы, Rp - для цилиндрической внутренней резьбы) и обозначение размера резьбы.
Примеры обозначения резьбы: нарушать ее циркуляциюнаружная трубная коническая резьба 1 ½: R 1 ½
- внутренняя трубная коническая резьба 1 ½: Rc 1 ½
- внутренняя трубная цилиндрическая резьба 1 ½: Rp 1 ½
Однако, в некоторых случаях, в технической документации может не отображаться информация о типе резьбы - только обозначение ее размера. Если это например, фанкойл, то у его подсоединения скорее всего наружная резьба, но важно в таких случаях запросить у производителя дополнительную информацию.
Регулирующий клапан
Основной компонент, вокруг которого собирается узел обвязки это трехходовой клапан, прибор который корректирует температуру тепло-/холдоносителя и производительность оборудования, перенаправляет поток жидкости мимо теплообменника оборудования, когда то находится в режиме ожидания, тем самым обеспечивая циркуляцию жидкости в системе. Чаще всего трехходовой клапан закладывается производителем в зависимости от типоразмера оборудования.
У разных клапанов могут отличаться направления потока жидкости, от чего зависит место его установки (на подающем или обратном трубопроводе), необходимо, чтобы указанное на клапане направление потока жидкости совпадало с потом жидкости в системе, чтобы не нарушать ее циркуляцию, данную информацию необходимо смотреть в технической документации на клапан.
Клапана регулирования в обязательном порядке комплектуются приводом, который и регулирует положение клапана.
Все устройство собирается в металлическом корпусе (поз.1). На предлагаемом примере корпус клапана изготовлен из латуни, что считается «золотой серединкой» по части качества. Бронзовые обычно надежнее, но цена у них может «кусаться». Чугунные тяжеловаты и не всегда точны в работе. , но доступная цена делает их вполне привлекательными.
Корпус имеет три входа (поз. 2 – один из них, левый), каждый из которых оснащен тем или иным участком (приспособлением) для врезки в систему. В демонстрируемом примере – это резьбовой патрубок, что позволяет переменить соединение с муфтой (поз. 3), снабжённой накидной гайкой-«американкой» (поз. 4). В сочетании с уплотнительной прокладкой (поз. 5) этот узел дает очень надежное соединение, а сам прибор – легко как устанавливать, так и демонтировать. Пожалуй, наиболее удобный вариант. На клапанах с диаметров входов более 1 дюйма могут встречаться фланцевые соединения. Наконец, есть изделия, предназначенные для врезки в контур труб посредством сварки.
Внутри корпус разделён на три камеры, перегородки между которыми имеют проходы четкой геометрической формы – так называемые седла. Одно седло – на перегородке между камерой на входе А и камерой смешения на выходе АВ (поз. 6), второе, соответственно, между камерой В и тоже выходом АВ (поз. 7). Именно эти седла необходимы для клапанного аппарата устройства.
А сам этот аппарат в данном случае состоит из подпружиненного штока, на котором размещены два тарельчатых клапана (поз. 8 и 9), каждый из которых «работает» со своим седлом. Полностью закрывая или приоткрывая поток жидкости со стороны своего входа. Расположение клапанов на штоке строго выверено, поэтому принцип работы устройства, при котором открытие одного входа сопровождается пропорциональным перекрытием второго, полностью соблюдён.
Смешение потоков происходит в отдельной камере, о которой уже упоминалось (поз. 12), и далее жидкость с требуемой температурой транспортируется в нужный участок системы отопления или водоснабжения.
Сверху на приборе хорошо заметен выход подпружиненного штока (поз. 10), разместившегося в крайнем верхнем положении. Именно на него, на шток, будет оказываться регулирующее воздействие от управляющего устройства, для закрепления которого на трехходовом клапане предусмотрена или, как в данном примере, резьба (поз. 11), или какое-то оригинальное замковое соединение.
Система контроля непрерывно измеряет температуру в комнате и сравнивает ее с заданным значением. Если параметр отклоняется от заданного значения, контроллер корректирует положение клапана. Таким образом компенсируется влияние внешних факторов — изменение температуры наружного воздуха, открытие окна, теплопритоки от большого количества людей в помещении. Прибор снижает риск нештатных ситуаций и блокирует работу агрегата при отключении электроэнергии.
Так же может применяться и двухходовой клапан, меняя расход воды проходящей через теплообменник, клапан изменяет производительность оборудования. Такая схема менее эффективна по сравнению с той, где в качестве регулирующего устройства выступает трехходовой клапан.
В данном случае теплоноситель циркулирует в системе, проходя через теплообменник, и возвращает в котел или чиллер по замкнутому контуру. Ограничить подачу и пустить воду в обход теплообменника при достижении заданной температуры нельзя. Возможности регулировки температурного режима ограничены, что увеличивает эксплуатационные расходы.
Существует также вариация четырехпортового трехходового регулирующего клапана, в такой вариации функционал трехходового клапана не отличается от обычного, за исключением того, что нижняя его часть уже содержит в корпусе клапана проходной участок для подающего или обратного трубопровода.
В обычной вариации на нижнюю часть клапана пришлось бы подключать тройник.
Подбор регулирующего клапана
Несмотря на то, что чаще всего требуемый регулирующий клапан закладывается производителем оборудования, иногда требуется подобрать его самостоятельно. Подбор регулирующего клапана производится по пропускной способности клапана (Kvs), степени открытия (x), максимально допустимого перепада давления (ΔPmax) и скорости в клапане (v):
где: G – расход теплоносителя через клапан, м³/час; ∆Р – перепад давления на клапане, бар.
Пропускная способность выбранного клапана (значение должно быть указано в технической документации на клапан) должна быть больше расчетного значения Kv:
Расход через полностью открытый клапан при расчетном перепаде давления определяется по формуле:
Падение давления на полностью открытом клапане при расчетном расходе определяется по формуле:
где: Kv – расчетная пропускная способность клапана, м³/час; Kvs – пропускная способность выбранного клапана, м³/час.
Полученное значение должно быть больше 30%: x ≥ 30%
где: z – фактор кавитации (характеристика клапана) Р1 – давление перед клапаном, бар Рs – давление насыщение водяного пара при заданной температуре теплоносителя, бар.
Если полученное значение ∆Рmax больше (не менее) перепада давления, использованного при расчете пропускной способности клапана, кавитация не будет возникать:
где: G – расход теплоносителя через клапан, м³/час; d – условный диаметр выбранного клапана, мм.
Если скорость превышает 3-3,5 м/с – клапан может шуметь во время работы!
Запорная арматура
Запорная арматура - сборное наименование элементов, предназначенных для перекрытия потока жидкости в системе: шаровые краны, вентили, задвижки, клапана.
Их вариаций может быть множество: полнопроходные, переходные, угловые, специального назначения и т.д.
Рассмотрим наиболее часто применяемые из них:
- Полнопроходной шаровый кран - "полнопроходной" означает, что сечение крана не изменяется - диаметр входного сечения равен диаметру выходного сечения, чаще всего изготавливается из латуни, его ручка может быть флажкового типа или типа "бабочка". Резьба может быть как одинаковая с обеих сторон, так и с одной стороны внутренняя, а с другой наружная.
- Переходной шаровый кран - у таких кранов диаметры входного и выходного сечений отличаются, применяет в случаях, когда необходимо поменять сечение резьбы после крана, в отличие от применяемых с той же целью разборных сгонов и шаровых кранов с полусгонами, не имеет резиновых уплотнительных колец, снижающих температурную стойкость изделия и его общий срок службы, не требует применения специального сгонного ключа при монтаже и демонтаже, компактнее, легче и дешевле крана с полусгоном, имеет меньше зон потенциальной протечки. Однако, типоразмер таких кранов сильно ограничен и не получится перейти с любого на требуемый диаметр.
- Угловые краны - исходя из его названия понятно, что в данной конструкции поток жидкости в кране поворачивается на 90 градусов. Устанавливается обычно при подключении холодного и горячего водоснабжения, а также при подключении полотенцесушителей, котлов, бойлеров, стиральных машин и прочего.
Существуют также множество кранов специального назначения, такие краны могут иметь нестандартную конструкцию и совмещать в себе несколько функций. Например, кран с дренажем и воздухоотводчиком, кран для подключения датчика температуры, кран с обратный клапаном и дренажем, кран со встроенным фильтром и т.д.
Такие краны обычно сильно дороже кранов со стандартной конструкцией, рациональность их применения необходимо оценивать в каждом конкретном случае (стесненные обстоятельства, технологическая необходимость и т.д.)
В узах обвязки запорная арматура устанавливается в начале узла обвязки на подающем и обратном трубопроводах, чтобы можно перекрыть поток жидкости по узлу обвязки. Так же в узлах необходимо предусмотреть сливной кран (небольшой шаровый кран, обычно DN15) в нижней части узла обвязки, чтобы можно было слить остатки теплоносителя после закрытия основных кранов.
Фильтр
В воде, используемой в инженерных системах здания, могут содержаться различные примеси такие как песок, ржавчина, накипь, окалина, их присутствие может пагубно влиять на оборудование и привести к преждевременному выходу его из строя.
Чтобы такого не происходило в применяют фильтры грубой очистки или "грязевики". В узлах обвязки фильтры устанавливаются на подающей линии трубопровода.
Существуют косые, прямые и универсальные фильтры.
Корпус (1) таких фильтров обычно изготавливаются из латуни, а специальный фильтрующий элемент сетка (3) - из нержавеющей стали, на конце "носика" пробка (2), а между пробкой и корпусом - тефлоновая прокладка (4).
- Косые фильтры - могут устанавливаться в горизонтальном и вертикальном (движение потока – сверху–вниз) положении. Движение потока жидкости в системе в случае применения косых фильтров должно соответствовать направлению "носика" фильтра.
- Прямой фильтр - устанавливается только в горизонтальном положении, пробкой вниз. Иногда в такие фильтры встраивается стержневой магнит, который задерживает мельчайшие частицы ржавчины и окалины, которые особенно опасны для квартирных водосчетчиков крыльчатого типа (с магнитной муфтой).
Конструкция прямых фильтров такова, что поток рабочей среды при входе в фильтроэлемент поворачивает на 90°, создавая турбулентный вихрь, омывающий сетку. Это способствует более эффективной очистке, препятствуя нарастанию на сетке коллоидных и волокнистых частиц. В процессе очистки задействована одновременно вся площадь фильтроэлемента.
- Универсальный фильтр - любое направление движения жидкости, благодаря колбе, повернутой навстречу потоку, пригоден для установки на вертикальных участках трубопровода при движении потока снизу–вверх.
Важно правильно подобрать фильтр в зависимости от потока рабочей среды, требований и особенностей конкретной системы, а при монтаже и эксплуатации соблюдать строительные нормы, правила и рекомендации производителя.
Балансировочные клапана
Балансировочный клапан — это механическое устройство, которое является частью трубопроводной системы. Внешне он похож на шаровой кран.
Клапан изготавливается из бронзы, латуни или чугуна. Он имеет металлический корпус, внутри которого находится задвижка. Золотник приводится в движение с помощью наклонного штока.
Принцип работы клапана заключается в автоматическом регулировании уровня или в ручном управлении с помощью ручки затвора. При повороте ручки шпиндель вращает золотник внутри клапана, который меняет своё положение и, соответственно, сечение трубопровода.
Балансировочный клапан - необходимый элемент системы с разветвленной структурой, поддерживающий заданный уровень давления или температуры рабочего потока. Применяется в системах отопления, водоснабжения, холодоснабжения и других системах, где требуется поддерживать температуру, поток, давление. Таким образом, балансировочный клапан представляет собой запор и регулятор в «одном флаконе».
Клапаны могут различаться по способу управления:
- Ручные - эти клапаны оснащены специальными датчиками, которые позволяют измерять расход рабочей жидкости. Это обеспечивает более точную настройку клапана.
- Автоматические - всегда работают в паре, один из клапанов — запорно-балансировочный или запорный — устанавливается на подающей линии. Второй клапан — для регулирования перепада давления — располагается на обратной линии. Такая конструкция позволяет разделить систему на отдельные зоны и последовательно включать и выключать всю линию.
В узлах обвязки рекомендуется применять ручные балансировочные клапана, т.к. они имеют преимущества:
- Балансировочные клапаны с ручным управлением — это доступное и надёжное решение. Они позволяют регулировать поток с высокой точностью, легко ремонтируются и не требуют сложной настройки.
- Эти клапаны подходят для работы с различными средами и могут использоваться в системах с разными параметрами. При необходимости они могут полностью или частично перекрывать поток, не требуя дополнительной настройки.
- Установка таких клапанов проста и занимает немного времени. Они могут быть установлены с помощью резьбы или фланца, обеспечивая герметичное соединение. В корпусе уже есть сливные патрубки, что упрощает процесс монтажа.
- В случае, если управление клапаном становится невозможным в определённых условиях, ручку можно снять и использовать вместо неё шестигранный ключ.
Подбор размера и настройки балансировочного клапана - обязательное мероприятие. Способ подбора балансировочного клапана обычно указывается в технической документации на клапан от производителя и зависит от расхода рабочей среды проходящей через клапан и требуемого перепада давления.
В узлах обвязки ручной балансировочный клапан обычно устанавливается на обратном трубопроводе.
Контрольно-измерительные приборы
Для того, чтобы оборудование исправно работало достаточно продолжительное время, важно время от времени проводить его тех. обслуживание, а во время обслуживания требуется определить и контролировать различные показатели с системе, такие как температура рабочей среды и давление в системе. Эти показатели необходимо контролировать также и во время пуско-наладочных работ.
С целью контроля данных показателей в узлах обвязки применяются следующие типы контрольно-измерительных приборов:
- Термометры - этот прибор разработан для того, чтобы измерять температуру различных жидкостей, пара и газов в отопительных, санитарных системах, а также в системах кондиционирования и вентиляции.
Принцип работы устройства основан на том, что деформация чувствительного элемента зависит от температуры, которую необходимо измерить. В качестве такого элемента используется биметаллическая пружина, которая состоит из двух металлических пластин, соединённых друг с другом. Эти пластины имеют разные коэффициенты линейного расширения при изменении температуры.
Когда температура меняется, пружина изгибается, что приводит в движение стрелку термометра. Один конец пружины закреплён внутри штока, а другой соединён с осью стрелки.
Корпус прибора сделан из коррозионностойкой стали, а шток — из нержавеющей стали. Это обеспечивает долговечность и надёжность прибора.
Существуют также и жидкостные термометры, используемые в условиях высоких динамических нагрузок в различных отраслях промышленности.
Принцип работы жидкостных термометров такой же как и у ртутных градусников - при повышении температуры рабочей среды увеличивается объем жидкости в специальной колбе, по верхнему мениску уровня жидкости и определяется температура.
- Манометр - используется для измерения избыточного, вакуумного или мановакуумного давления в жидкостях, газах.
Корпус прибора выполнен из стали, а его механизм — из латуни. Принцип работы манометра основан на том, что деформация чувствительного элемента зависит от измеряемого давления. В качестве чувствительного элемента используется трубка Бурдона. Под воздействием давления свободный конец трубки перемещается с помощью специального механизма, что приводит к вращению стрелки манометра.
- Термоманометр - это прибор, сочетающий в себе функционал предыдущих двух, который позволяет одновременно измерять и контролировать избыточное давление и температуру рабочей среды.
В корпусе термоманометра находятся два отдельных устройства: манометр и термометр. На прочном металлическом корпусе расположен цветной циферблат, разделённый на сектора, с двумя стрелками, которые показывают давление и температуру.
Термоманометр оснащён клапаном, который упрощает подключение и позволяет снимать прибор без необходимости разгерметизации системы и остановки технологического процесса.
Все эти контрольно-измерительные приборы могут располагаться как вертикально (радиальное исполнение), так и горизонтально (осевое исполнение).
При подключении контрольно-измерительных приборов к узлу обвязки важно правильно подобрать присоединяемые к нему элементы, чтобы прибор работал исправно, конец клапана должен быть погружен на глубину не менее ⅓ и не более ⅔ внутреннего диаметра трубопровода (D). Различная глубина погружения термоэлемента может быть достигнута выбором длины приварной бобышки или погружной части термоманометра.
Контрольно-измерительные приборы в узлах обвязки необходимо располагать как на обратном трубопроводе, так и на подающем, важно на подающем трубопроводе располагать термоманометр перед фильтром, чтобы можно было по показаниям термоманометра определить степень "забития" фильтра.
Продолжение статьи: Узел обвязки (Часть 2)