Регулираща тръбопроводна арматура за отоплителни инсталации
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 3, 2010
Конструктивни специфики и приложна област на различни видове регулиращи вентили
Добре известно е основното предназначение на тръбопроводната арматура - да управлява движението на различни работни среди. В зависимост от предназначението си, тръбопроводната арматура се разделя на няколко основни вида – спирателна, регулираща, предпазна и т.н. Групата на регулиращата арматура обхваща богата гама от конструкции. Към нея се отнасят едноседловите, двуседловите, диафрагмените, ъгловите вентили и други. В отоплителните системи и топлоснабдителните мрежи приложение намират предимно двупътните, трипътните и четирипътните вентили, както и бътерфлай клапите. Те се използват за управление параметрите на работната среда като температура, налягане и топлинна мощност на инсталациите.
Видове регулиращи вентили
Принципът на работа на регулиращите вентили се основава на изменението на дебита на преминаващия през вентила флуид чрез промяна в положението на затварящото му устройство. Регулиращите вентили са подходящи за стъпално и непрекъснато регулиране. Обикновено се състоят от две функционално свързани части:
l Регулиращ орган – вентил, непосредствено въздействащ на преминаващия поток работна среда посредством изменение на пропускателната му способност;
l Изпълнителен (управляващ) механизъм, предназначен за създаване на управляващо въздействие на регулиращия орган. Изпълнителните механизми са електрически, пневматични или хидравлични. Според начина на въздействие върху регулиращия орган, изпълнителните механизми са с пряко или непряко (косвено) въздействие. Освен изпълнителен (управляващ) механизъм, регулиращите вентили са снабдени и с управляем чувствителен елемент, реагиращ на налягането на работната среда, без да е необходим външен източник на енергия.
В зависимост от положението на регулиращия (спирателния) орган регулаторите могат да бъдат:
l Нормално отворени – с напълно отворени проходни сечения при отсъствие на управляващ сигнал;
l Нормално затворени – с напълно затворени проходни сечения при отсъствие на управляващ сигнал.
Прието е регулиращите вентили да се класифицират на основата и на други признаци, като пропускателна способност на вентила, според която са за средни, малки и микроразходи. В зависимост от налягането, те са за малко, средно и високо налягане. Класифицирането на регулиращите вентили, като едноседлови, двуседлови, диафрагмени и ъглови, е в зависимост от конструктивните им особености. Обикновено регулиращите вентили могат да работят до температура на работната среда от около 450 оС, а присъединяването им към тръбната мрежа е възможно да се осъществява чрез резба (за по-малките диаметри) или с фланци.
Двупътни регулиращи вентили
В топлоснабдителните системи тези вентили се използват предимно за регулиране на дебита. Предпочитани са двупътните вентили с логаритмична дебитна характеристика. Обикновено те се окомплектоват с електрически изпълнителни механизми. В зависимост от конструкцията на регулиращия орган, двупътните регулиращи вентили се определят като едноседлови и двуседлови, като по-широко приложение намират двуседловите регулиращи вентили.
Едноседловите вентили са предпочитани в случаите, в които е необходимо да се осигури плътно затваряне на вентила. Използването на едноседлови вентили гарантира херметично изолиране на работната среда при затворено положение на вентила и пълно прекратяване на преминаването на флуида през него. Едноседловите вентили са широко използвани при работа с малки условни диаметри на тръбопровода. Често се използват и при регулирането на потоци от лепкави течности или нееднородни среди.
Като основен недостатък на този вид вентили се посочва фактът, че налягането на флуида създава допълнителни усилия, които противодействат или се сумират със силите на изпълнителния механизъм. Това оказва негативно влияние върху вентила и значително затруднява неговата работа особено в случаите, когато налягането на флуида и условният диаметър на вентила са големи. Затова се налага използването на мощни управляващи механизми. В сравнение с двуседловите вентили, при един и същ условен диаметър, едноседловите имат по-малка пропускателна способност.
Двуседлови регулиращи вентили
Въпреки сравнително сложната си конструкция и големи размери, тези вентили намират широко приложение в практиката. Причини са високата им пропускателна способност, малките енергийни разходи и високата надеждност. Двуседловите регулиращи вентили могат да бъдат с линейна или логаритмична характеристика. Характерна тяхна особеност е, че при едни и същи условни диаметри тези вентили могат да имат различни условни пропускателни способности.
Сред основните предимства на двуседловите пред едноседловите вентили е, че при тях седлото е уравновесено. Усилията, възникващи вследствие наличието на пад на налягането във вентила, действат едновременно върху двете му затварящи устройства в противоположни направления. Благодарение на това, двуседловите регулиращи вентили, при един и същ изпълнителен механизъм, могат да се използват при по-големи падове на налягането, в сравнение с други вентили.
Основен недостатък на двуседловите вентили е невъзможността херметически да се изолира преминаването на флуид, тъй като не е възможно да се гарантира плътност на затварянето. Сред причините е неравномерността в температурните деформации на детайлите, вследствие на разликите в коефициента на линейно разширение на материалите, използвани за корпуса и затварящото устройство. Също така не се препоръчва използването на двуседлови регулиращи вентили във функцията на спирателна арматура, както и в инсталации с ниска мощност.
Сред широко разпространените в практиката конструкции двуседални регулиращи вентили е регулиращият вентил с мембранен пневматичен изпълнителен механизъм и пружина. Той се управлява със сгъстен въздух, подаван от външен източник и би могъл да бъде използван за автоматично постоянно безстъпално регулиране при работа с различни параметри и свойства на средата, както и при различни условия на експлоатация.
Характеристики на трипътни вентили
В съвременните отоплителни системи широко приложение намират три- и четирипътните регулиращи вентили. Най-общо, трипътните регулиращи вентили са предназначени за смесване (събиране) на два потока в един или за разделяне на един поток на други два потока, както и за създаване на отделни контури с определена температура. Според формата на седлото, дебитната характеристика е линейна, параболична или логаритмична. По пътя на двата потока характеристиката би могла да бъде еднаква (симетрична) или различна (несиметрична). Сумата на дебитите на двата преминаващи през вентила потока не е постоянна. Тя зависи от дебитната характеристика и относителната част на съпротивлението на вентила спрямо това на мрежата. Обикновено режимът на работа на трипътните вентили се определя в зависимост от начина на присъединяването им в системата. По-честото им приложение е свързано със смесване на потоци. В случаите, при които вентилът работи в режим на смесване, той осигурява постоянен поток в канала, през който преминава общият поток, а в другите два канала позволява потокът да се променя в диапазона от 0 до 100 %. В редки изключения трипътните вентили могат да се използват и за разделяне на потоци. При използването им за разделяне на потока, тези вентили предотвратяват колебания в налягането, характерни за двупътните вентили. Включването на циркулационна помпа в системата запазва приблизително постоянен дебит в кръга на източника или на консуматора (по избор).
Вентилите могат да се използват както за ръчно, така и за автоматично регулиране. За реализацията на автоматично регулиране обикновено се използва електрически изпълнителен механизъм. В зависимост от начина, по който се ограничава преминаването на потока флуид, трипътните регулиращи вентили са три основни групи – трипътни ротационни вентили, трипътни седлови вентили и трипътни вентили с пряко действие (термостатични вентили). Специфична конструкция на трипътните седлови вентили са вентилите с байпас. Посоката, в която се смесват потоците обикновено е обозначена върху корпуса на самия вентил.
Специфики на четирипътни вентили
Тези смесители, условно наричани вентили, разполагат с по два входа и два изхода. Чрез тях едновременно се поддържа температурата на постъпващия в отоплителната инсталация топлоносител, както и температурата на постъпващата за загряване в котела вода. Характерна особеност на четирипътните вентили е, че с тях могат да се организират два самостоятелни контура. Характеризират се със сравнително ограничено приложение. Прилагат се предимно в котелни инсталации с малка топлинна мощност и вероятност от кондензация на водните пари от димните газове, което създава опасност от възникване на корозия по нагревните повърхности на котела, особено, ако в димните газове се съдържат серни окиси. За да се предотврати кондензацията и съответно за да се ограничи възможността от възникване на нискотемпературна корозия, температурата на постъпващата в котела вода трябва да бъде не по-ниска от 45 – 50 °C. Също така се препоръчва дебитът на топлоносителя, който циркулира в инсталацията и кръга на котела, да бъде постоянен.
Поставянето на четирипътен вентил позволява обособяване на два самостоятелни контура, хидравличното съпротивление на които на практика не зависи от положението на затварящото устройство. Връщащата се вода, постъпваща във вентила от отоплителния контур, се смесва с горещата вода, постъпваща от котела, осигурявайки необходимия температурен режим. Необходимата температура в отоплителния контур се поддържа по пътя на подаване на вода от връщащия контур. При изключване на подаването на гореща вода в отоплителния контур, тя циркулира в контура на котела под действието на гравитацията, осигурявайки в него необходимата температура за предотвратяването на корозия. Схемата се прилага често за котли, при които съществуват ограничения по отношение на температурата на връщащата се вода. Обикновено четирипътните вентили се инсталират на височина, която е винаги над горния ръб на котела. Условието е необходимо да бъде изпълнено, тъй като байпасната връзка, през която се извършва рециркулацията, работи само гравитачно. По-висока надеждност за контрол на температурата на връщащата се в котела вода се постига, ако се инсталира още една помпа на байпасната връзка.
Конструкция и приложение на бътерфлай вентили
В повечето случаи, бътерфлай вентилите изпълняват функцията на спирателна арматура, работейки на принципа включено/изключено. В топлопреносните системи, обаче, те често се използват и като регулираща арматура, предназначена за непрекъснато регулиране. Основни техни предимства са малката им строителна дължина, ограниченото тегло, ниските разходи за монтаж и поддръжка, както и високата херметичност. Бътерфлай вентилите са подходящи за монтаж върху тръбопроводи с големи диаметри. Широкото им използване в практиката се дължи на добрите им спирателни характеристики, надеждността при експлоатация и сравнително лесната им поддръжка.
Сред предимствата на бътерфлай вентилите е характерната им конструкция. Поради специфичната форма на корпуса на вентила, при използването им се спестява монтажно пространство.
Сред най-разпространените конструкции бътерфлай вентили са моделите с пръстеновиден, фланцов и монофланцов корпус. Материалите, които се използват за корпуса са предимно сфероидален или обикновен чугун, или стомана. Затварящото устройство е цял или разделен диск, разположен перпендикулярно на оста на отвора, който се върти около оста си. Материалите, които се използват за изработването му, обикновено са неръждаема стомана или сплави от цветни метали. В практиката по-често използвани са бътерфлай вентилите с цял затварящ диск. По-рядко намират приложение вентилите с разделен на две части диск, с които се постига ефектът на трипътните вентили. Двете части се движат в противоположни посоки, вследствие на което, когато едната част затваря - другата част отваря. За постигане на добра херметичност, между затварящото устройство и корпуса на вентила, се използват уплътнителни пръстени. Бътерфлай вентилите са подходящи за инсталиране между почти всички видове тръбни фланцови отвори. Обикновено присъединяването им се осъществява чрез различни фланцови съединения или посредством заваряване. Задвижването на вентилите се реализира ръчно или автоматично.
Като недостатъци на бътерфлай вентилите се посочват по-ниската херметичност на затварящия орган, както и големият въртящ момент на вала, дължащ се на големите неразтоварени усилия, действащи върху диска.
Вижте още от ОВК
Новият брой 8/2024
