Расчёт и Подбор балансировочного клапана

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список балансировочных клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Расчёт дроссельной шайбы

Методика paсчёта балансировочного клапана

С помощью ручных балансировочных клапанов в инженерных системах решают массу задач, например таких, как ограничение расхода, балансировка циркуляционных колец или просто дросселирование давления. Независимо от поставленной задачи, расчёт балансировочного клапана сводится определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора. Кроме соответствия по пропускной способности, подобранный балансировочный клапан должен быть проверен на возможность возникновения кавитации и шумообразование из-за высокой скорости течения воды через него.

Расчёт пропускной способности Балансировочного клапана

Зависимость потерь напора от расхода через балансировочный клапан называется пропускной способностью — Kvs.

Kvs — пропускная способность численно равная расходу в м³/ч, через полностью открытый балансировочный клапан, при котором потери напора на нём равны 1бар.

Kv – то же, при частичном открытии затвора клапана.

Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на клапане изменяются в «n» в квадрате раз не сложно определить требуемый Kv балансировочного клапана подставив в уравнение расчётный расход и избыток напора.

Некоторые производители рекомендуют выбирать балансировочный клапан с ближайшим большим значением Kvs от полученного значения Kv. Такой подход выбора позволяет с большей точностью регулировать расходы ниже заданного при расчёте, но не даёт возможности увеличить расход выше заданного значения, которое довольно часто приходится превышать. Мы не критикуем вышеописанный метод, но рекомендуем подбирать балансировочный клапан таким образом, чтобы требуемое значение пропускной способности находилось в диапазоне от 50 до 70% хода штока. Балансировочный клапан, рассчитанный таким образом, сможет с достаточной точностью как уменьшить расход относительно заданного, так и несколько увеличить его.

Выше приведенный алгоритм расчёта выводит список балансировочных клапанов, для которых требуемое значение Kv попадает в диапазон хода штока от 50 до 70%.

В результатах подбора приведен процент открытия затвора балансировочного клапана, при котором дросселируется заданный избыток напора на заданном расходе. Приведенные значения действительны, только для клапанов с линейной расходной характеристикой. Степень открытия клапанов иной характеристикой будет другая.

Расчёт балансировочного клапана на возможность возникновения кавитации

Кавитация – образование пузырьков пара в потоке воды проявляющееся при снижении давления в нём ниже давления насыщения водяного пара. Уравнением Бернулли описан эффект увеличения скорости потока и снижения давления в нём, возникающий при сужении проходного сечения. Проходное сечение между затвором и седлом балансировочного клапана является тем самым сужением, давление в котором может опуститься до давления насыщения, и местом наиболее вероятного образования кавитации. Пузырьки пара нестабильны, они резко появляются и также резко схлопываются, это приводит к выеданию частиц метала из затвора клапана, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе клапана.

Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:

• Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
• Давление воды – перед балансировочным клапаном, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
• Дросселируемое давление – чем оно выше, тем выше вероятность возникновения кавитации.
• Кавитационная характеристика балансировочного клапана – определяется особенностями дросселирующего элемента клапана. Коэффициент кавитации различен для различных типов балансировочных клапанов и должен указываться в их технических характеристиках, но так, как большинство производителей не указывают данную величину, в алгоритм расчёта заложен диапазон наиболее вероятных коэффициентов кавитации.

В результате проверки на кавитацию может быть выдан следующий результат:

• «Нет» — кавитации точно не будет.
• «Возможна» – на клапанах некоторых конструкций возникновение кавитации возможно, рекомендуется изменить один из вышеописанных факторов влияния.
• «Есть» – кавитация точно будет, измените один из факторов влияющих на возникновение кавитации.

Расчёт балансировочного клапана на возникновение шума

Высокая скорость потока во входном патрубке балансировочного клапана может стать причиной высокого уровня шума. Для большинства помещений в которых устанавливаются балансировочные клапаны допустимый уровень шума составляет 35-40 dB(A) который соответствует скорости во входном патрубке клапана примерно 3м/c. Поэтому, при подборе балансировочного клапана рекомендуется не превышать выше указанной скорости.

Выбор, установка и настройка балансировочного клапана

Неравномерный прогрев элементов отопительной системы является наиболее распространенной проблем во многих многоэтажных и частных домах. Причинами такого явления могут быть неправильный выбор или монтаж оборудования, недостаточное количество теплоносителя в системе и так далее. Чтобы решить проблему с наименьшими денежными и временными затратами устанавливается автоматический или ручной балансировочный клапан.

Оборудование для регулировки работы отопительной системы

Что это за устройство? По каким критериям производится подбор клапана? Что следует учитывать при установке и регулировке оборудования? Ответы далее.

Плюсы балансировочных клапанов

Положительные характеристики клапанов:

• доступные цены;
• упрощение плановой настройки отопительной сети;
• надежность;
• продолжительный срок эксплуатации.

Отрицательные же характеристики, напротив, отсутствуют, как и достойная альтернатива в бытовом применении. Как и другая арматура для труб, вентили имеют небольшие габаритные размеры и вес, посильный для взрослого человека.

Кавитация

Образования пузырьков пара в потоке воды из-за снижения давления называется кавитацией. Данное явления является негативным и с ним борются всеми доступными способами, так как, кроме ускоренного износа системы, клапан начинает сильнее шуметь при работе.

Существует несколько факторов, влияющих тем или иным образом на возникновении кавитации. Первый из них – температура воды. При росте температуры точка перехода в газообразное состояние становится ближе, поэтому и кавитация более возможна. С давлением все наоборот – высокие значения препятствуют кавитации.

Также существует такой параметр, как кавитационная характеристика клапана. Она определяется конструкцией клапана. Чем дороже и совершеннее балансировочный клапан, тем меньше вероятность того, что кавитация возникнет именно из-за него. Чтобы клапан не шумел, нужно не превышать допустимую скорость потока в 3 м/с.

Может быть интересно Как выбрать дрель, чем она отличается от перфоратора

Конструкция и принцип работы

Стандартный балансировочный вентиль напоминает трубопроводный кран, только он не перекрывает систему, а регулирует. Основным элементом клапана является пружина, настраиваемая путем вращения 2-х ручек. Жёсткая пружина способна выдержать большее давление в трубе.

Механизмы клапана, как и других видов арматуры для труб, уплотняют резиновыми прокладками.

Качественный вентиль обычно состоит из нескольких основных элементов.

1. Регулировочный шпиндель, при активации которого поток воды полностью перекрывается.
2. Пластиковый или металлический колпачок.
3. Прочный корпус, оснащенный патрубками. На них есть резьба для подключения труб системы.
4. Резиновые кольца-уплотнители.

В основном же арматура для труб имеет достаточно примитивные функции.

Конструкция и виды балансировочных клапанов

Балансировочный клапан представляет собой арматурное устройство, с помощью которого можно регулировать расход рабочей среды в трубопроводе путем изменения проходного сечения. Он выполнен в виде специального вентиля, конструкция которого состоит из следующих основных элементов:

• латунный корпус;
• золотник и седло;
• резьбовой шпиндель с неподвижной резьбовой гайкой;
• регулировочная рукоятка с нанесенной на нее измерительной шкалой;
• два измерительных штуцера для измерения перепада давления на клапане.

Регулировка при помощи балансировочного клапана выполняется путем поворота регулировочной ручки на определенное количество оборотов. При этом происходит изменение проходного сечения, и расход теплоносителя после устройства изменяется на соответствующее значение. Различают два вида балансировочных клапанов — ручные и автоматические.
Ручной клапан устанавливают на обратную ветвь трубопровода отопления. Он используется в небольших системах с постоянным давлением, где не применяются термостаты на радиаторах. Устройство позволяет осуществлять простую балансировку системы, а также может использоваться в качестве запорного вентиля, с помощью которого можно перекрыть подачу теплоносителя на определенный участок для проведения ремонтных работ.

Автоматический балансир состоит из непосредственно балансировочного клапана на обратной ветви и регулятора перепада давления, установленного на подаче. Между собой они соединяются капиллярной трубкой, по которой на регулятор перепада подается давление, воздействующее на его золотник. Такое устройство эффективно работает в системах с установленными термостатами, в которых происходит постоянное изменение давления.

Балансировка осуществляется автоматически.

Монтаж

На что следует обратить внимание, так это на стрелку на корпусе, указывающую направление движения носителя, чтобы не допустить турбулентность, влияющую на точность настроек.

Установка всей арматуры для полипропиленовых трубопроводов обычно не считается сложной задачей. Обычно ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫЕ ФИТИНГИ монтируются по технологии сварки при помощи специального паяльника. Однако для монтажа балансировочных клапанов понадобится только разводной ключ.

Участок, на который будут устанавливать оборудование, выбирают прямой, длиной пяти диаметров трубы до точки размещения и двух после. Установка производится в обратную ветвь системы.

Выбирая арматуру для труб, следует избегать подделок и отдавать предпочтение известным фирмам, таким как Valtec или Danfoss.

Устройство и принцип действия

Основными рабочими элементами клапана, предназначенного для балансировки, являются:

• корпус, в большинстве случаев изготавливаемый из различных металлов и их сплавов. Корпус оснащается патрубками с резьбой разных размеров, предназначенных для фиксации оборудования;
• шпинделя, предназначенного для сокращения/увеличения потока теплоносителя;
• системы управления;
• уплотнительных колец;
• штуцеров для замера расхода теплоносителя в системе.

Внутреннее устройство балансировочного клапана

Принцип работы клапана следующий. При наличии неисправностей в работе отопительной системе и обнаружении неравномерного прогрева комплектующих элементов производится замеры параметров системы и увеличение потока теплоносителя путем открытия регулировочной арматуры.

И наоборот, при чрезмерном прогреве одного из участков системы клапан перекрывается, снижая пропускную способность.

Принцип работы балансировочного клапана

Как регулировать балансировочный кран в системе отопления

Настройка механического балансира
Перед тем как настраивать баланс радиаторной сети необходимо изучить инструкцию к клапану, которая прилагается при его покупке. В ней обозначена схема регулировки, если пользователь правильно все установит, то сможет реально снизать затраты на тепловую энергию. Регулировку клапана можно выполнить двумя способами.

Первый способ регулировки клапана

Это самый простой и проверенный вариант регулировки, который рекомендуют опытные настройщики теплового режима в водяных сетях теплоснабжения. Для этого потребуется разделить количество оборотов клапана на число батарей, установленных в контуре нагрева по периметру комнаты. Такой прием даёт возможность правильно определять шаг алгоритма настройки. Метод состоит в закрытии всех вентилей в обратном порядке — от крайней к первой батареи по отношению к источнику нагрева.

Например, для тупиковой схемы, имеющей 4 радиатора, оснащенные механическими балансировочными клапанами и регулировкой шпинделя 4.5 оборота:

4.5:4 = 1.1 оборота

1. Первый балансировочный вентиль – 1.1 оборот.
2. Второй балансировочный вентиль – 2.2 оборот.
3. Третий балансировочный вентиль – 3.3 оборот.
4. Четвертый балансировочный вентиль – 4.5 оборот.

Второй способ настройки балансира

Существует еще один, очень качественный способ балансировки. Выполняется он намного быстрее, и содержит в себе способность учета некоторой специфики месторасположения батареи. Единственно, что для его выполнения потребуется — термометр контактного типа.

Полный процесс проходит в такой очередности:

1. Открывают все вентиля и дают возможность сети войти в температурное равновесие с рабочей температурой, например, в 80 С.
2. Измеряют температуру всех приборов отопления.
3. Устраняют разницу методом перекрытия первых и средних кранов. Крайние клапаны не регулируются.
4. Обычно, первый клапан проворачивается не более чем на 1.5 об, а средние — на 2.5 об.
5. Дают возможность системе прийти в температурное равновесие в течение 20 мин
6. Производят замер температур и выполняют настройку клапанов дальше, если в этом будет необходимость.

Настройка в частном доме

Иногда можно слышать от владельцев частных домов ошибочное суждение, что балансировка отопительных систем нужна только в больших зданиях. Или они считают, что настройку оборудования можно и не проводить, а регулировки делать по мере надобности. Как уже упоминалось ранее, в любой системе отопления, сложной или простой, происходят физико-химические процессы. И если гидравлическое сопротивление рабочей среды достигнет предельных значений, то может случиться аварийная ситуация или даже что-то непоправимое.

Поэтому это заблуждение полностью лишено логики. Там, где проживают или работают люди, балансировка систем отопления просто необходима. Ее миссия не только в обеспечении комфорта, но и безопасности. Все элементы должны работать в оптимальном режиме как одно целое, чем обеспечивается еще и экономия расходов на оплату энергоресурсов.

Чтобы минимизировать риски при эксплуатации индивидуальной системы отопления, нужно иметь базовые представления, что такое балансировка, и зачем ее проводить в принципе. Если вы поручили это дело мнимому мастеру, и он уверяет вас, что система уже грамотно спроектирована, и для настройки достаточно вычислений инженера, тогда целесообразнее балансировку заказать в другой компании. Часто реалии существенно отличаются от теории, когда нужной температуры в здании не удается достичь.

Каждый руководитель жилищного хозяйства, домоуправления, каждый владелец дачи, частного дома или коттеджа обязан знать и должен понимать значимость балансировки и ее первостепенную необходимость и в централизованном отоплении, и в индивидуальном. Отопительная система не может быть готова к эксплуатации без проведения настройки оборудования, а в общественных, жилых и производственных зданиях ее использование не допустят надзорные органы в законодательном порядке.

Чем отличается балансировочный клапан от обычного крана

В отличие от обычно запорно-регулирующей арматуры балансировочный клапан, благодаря совместному действию мембраны и пружины реагирует на изменения давления, возникающие в установке. Он поддерживает перепад давления в тупиковых зонах контура в соответствии с заданным значением. Это регулирование идеально для приборов отопления постоянно работающих на сбалансированном расходе греющей жидкости .

Такой уровень управления гидродинамическими режимами повышает экономичность работы отопительной сети, и снижает себестоимость услуг отопления и не могут быть обеспечены в условиях применения только обычных шаровых вентилей.

Отличие работы балансировочного клапана от типовых вентилей:

1. Снижает затраты на работу насосного оборудования по циркуляции теплоносителя.
2. Поддерживает разницу температур — дельта Т. Клапаны, независимые от давления, обеспечивающие расчетный расход теплоносителя через радиатор для ситуаций полной или частичной нагрузки. Следовательно, рассчитанное значение дельта T будет достигнуто, что приведет к повышению эффективности источников тепла или теплообменников.
3. Уравновешивает циркулирующий поток, измеряет перепады давления в рабочем состоянии и блокирует нарушения заданного гидравлического режима через радиатор.
4. Регулировка расходом греющей воды в зависимости от предназначения объектов приносит значительный экономический эффект, благодаря низким удельным расходам топлива.
5. Установка минимальных расходов газа и поддержка постоянного температурного режима во всех комнатах, в том числе и в период временного отсутствия жильцов.

Принцип действия

Балансировочные клапаны предназначены для того, чтобы с их помощью добиться максимальной отдачи всех нагревательных элементов системы, а также в любой момент произвести ее регулировку.

Рекомендуем ознакомиться: Функциональные и конструктивные отличия вентиля от задвижки

Принцип работы устройства заключается в том, что клапан изменяет проходное сечение с помощью работы деталей.

Когда рукоятку, рассчитанную для регулировки, прокручивают в любую из сторон, крутящий момент передается на гайку и шпиндель. Откручивание заставляет последний элемент подниматься из нижнего положения в верхнее. Находясь внизу, он плотно перекрывает поток, не пропуская теплоноситель по трубам.

Таким образом, когда кран откручивают, золотник пропускает определенное количество энергоносителя, увеличивая проход, когда закручивают, проход сужается, что уменьшает или полностью перекрывает поток. Поворот шпинделя изменяет пропускную способность устройства.

Любая регулировка проходного сечения влечет за собой изменение сопротивления клапана потоку воды или любого другого теплоносителя.

Вода, так же, как и любой другой энергоноситель, всегда идет путем наименьшего сопротивления. В результате дальние отопительные контуры нагреваются недостаточно. Балансировочный клапан создает искусственное сопротивление на пути воды, ускоряя ее подачу в дальние контуры. Таким образом, приспособление обеспечивает рассчитанный перепад давления.

При такой работе основная задача всей конструкции состоит в том, чтобы обеспечить максимальную герметичность. Для этого производители используют несколько вариантов уплотнительных колец:

• из фторопласта;
• из плотной резины;
• из металла.

Для точной настройки нужно изучить технические характеристики, в которых описана работа системы при определенных положениях затвора.