Принцип работы трехходового крана и его конструкция

Для того, чтобы перенаправлять потоки жидкости в системах водоснабжения или отопления, используют трехходовые клапаны. Они действуют подобно железнодорожной стрелке, подключая к входному патрубку один или другой выходной. Такие краны могут полностью переключать поток воды, а могут плавно регулировать распределение между двумя контурами.

Назначение и области использования

Трехходовые клапаны применяются в следующих областях:

• В магистральных тепловых сетях. С помощью устройства к основному потоку теплоносителя добавляют некоторое количество из обратного контура. Это делают, когда нужно понизить температуру прямого потока без изменения напора и режима работы бойлера. Краны оснащают электромагнитным приводом или термочувствительным сенсором.
• В бытовых системах отопления. Используется термостатический привод, посредством которого регулируют температуру теплоносителя, направляемого, например, в оборудование «теплого пола» или в настенные батареи. Установка модуля дистанционного управления значительно упрощает контроль над микроклиматом. Точное управление температурой жидкости в возвратном трубопроводе позволяет существенно снизить расходы на отопление. Это помогает также ограничить максимальную температуру теплого пола, защищая его от перегрева.

Рисунок 1. Схема включения трехходового крана в систему отопления

• Для водоснабжения при регулировании температуры воды. Самый известный пример- это обычный смеситель.
• Для водоподготовки. Для переключения контура протекания воды в обход фильтра на время сервисных работ, например, по замене картриджей.

Используются трехходовые клапаны и в трубопроводах технологического назначения, везде, где требуется временно или постоянно перенаправлять потоки жидкостей или газов, а также смешивать такие потоки в определенных пропорциях.

Принцип работы и устройство трехходового крана для систем отопления

В основе конструкции трехходового крана лежит обычный Т-образный тройник. Два входящих патрубка (на схеме справа и сверху) служат для подачи холодной и горячей воды. Выходящий патрубок (на схеме слева) отводит смешанный поток. В центральной камере на оси вращается регулирующий сектор, частично перекрывающий входящие патрубки. На рисунке видно, как работает секторный трехходовый кран

Рисунок 2. Принцип работы секторного клапана

Перекрытие может составлять от 0 до 100%. Особенность конструкции в том, что чем больше открывается просвет для одного из входящих патрубков, тем меньше становится просвет для другого. Если сектор стоит в среднем положении, пропускается по 50 % каждого потока. Смещая сектор, например, к верхнему патрубку, можно получать пропорции холодная/горячая:

И так далее до полного перекрытия холодной воды (0/100%), в этом случае в выходной патрубок будет поступать только горячая вода

Управление клапаном может осуществляться вручную и помощью биметаллического термостатического устройства.

Рисунок 3. Схема работы клапана с термостатическим управлением.

Такую функцию можно выполнить и с помощью двух двухходовых кранов и обычного тройника, используемых совместно. Именно так происходит в двухвентильных смесителях. Чтобы обеспечить постоянный напор и точно управлять пропорцией смешения горячего и холодного потока, следует обеспечить открывание двух кранов в противофазе (один открывается- другой пропорционально закрывается), например, насадив их на единую ось.

Трехходовые клапаны разделяются на две большие группы. Они могут быть:

• Разделительные. Служат для пропорционального разделения входящего потока на два выходящих.
• Смесительные. Предназначены для смешивания двух входящих потоков в один суммирующий

Рисунок 4. Схема работы смесительного и разделительного трехходового клапана

Из схемы видно, что конструкция смесительного и разделительного клапана практически идентична. Различаются они лишь направлениями потоков. При правильном монтаже смесительный клапан буде работать и в качестве разделительного. Нужно только правильно настроить систему управления. В случае ручного управления никаких проблем не будет. Сложнее, но также возможно будет настроить и электронное управление. А вот термостатический модуль управления в случае подключения по разделительной схеме будет распределять потоки в зависимости температуры входящего потока. Это придется учитывать при проектировании системы отопления.

Сколько положений имеет секторный кран с электроприводом, показано на рис. 5

Рисунок 5. Варианты использования крана с электроприводом

Кроме секторных трехходовых кранов, выпускаются также и седельные. Принцип действия у них такой же, но имеются конструктивные различия.

Рисунок 6. Седельный, или шаровый тип крана

Смесительный седельный кран имеет двигающийся на штоке шарообразный рабочий орган, он запирает по очереди седла, через которые в камеру и далее в выходной патрубок проходят смешиваемые потоки. Разделительный клапан снабжен двумя рабочими органами, закрепленными на едином штоке и перекрывающие выходные потоки. Чем больше перекрыт один, тем больше открыт другой. Седельные клапаны не могут быть взаимозаменяемыми.

Кроме того, трехходовые устройства подразделяются по способу управления:

Электрические. Сектор поворачивается с помощью электродвигателя с редуктором. Такие устройства подключаются к компьютеризированной системе управления, считывающей показания датчиков температуры и в соответствии со встроенным алгоритмом управляющей потоком.

Рисунок 7. Кран с электроприводом

• Ручные. Применяются в простых схемах с постоянной пропорцией распределения или смешения потоков. Угол поворота сектора выставляется вручную поворотом маховика.

Рисунок 8. Ручное управление

• Термостатические. Управление осуществляется автономным термостатом. Его устанавливают на определенную температуру при настройке системы, в дальнейшем он самостоятельно поддерживает ее, перепуская часть входящего потока из радиатора по обходному патрубку (байпасу).

Рисунок 9. Трехходовой кран Esbe с термостатическим управлением

При необходимости поворотом маховика можно изменить заданную температуру. Часто устанавливается на входе радиаторов отопления для подстройки комфортной температуры в каждой комнате.

Как выбрать

Выбирая трехходовой кран, необходимо учитывать несколько параметров. В процессе выбора хорошо заручиться помощью опытного инженера-сантехника.

Прежде всего нужно оценить назначение устройства- разделительный или смесительный. Следующим шагом следует определить место установки на схеме системы, а также способ управления устройством. Если планируется автоматизированное управление отоплением, надо решить, каким образом будет управляться данный кран- электроприводом, термостатом или вручную.

Далее анализу подлежат следующие технические характеристики:

• Пропускная способность магистрали. Это объем жидкости, проходящий за единицу времени. Пропускная способность крана должна быть не меньше. Слишком маленький просвет создаст нежелательное сопротивление потоку и затруднит работу всей системы.
• Максимальное и рабочее давление. Также должно соответствовать расчетным величинам для системы отопления.
• Присоединительные размеры. Если точного соответствия диаметров достичь не удалось, то применяют переходники-фитинги.
• Диапазон регулировки рабочих температур.

Руководствуясь перечисленными параметрами, нужно отобрать из десятков рыночных предложений несколько моделей, соответствующих заданным требованиям.

На этом этапе настает время сравнивать цену, гарантийный срок, доступность сервиса и, конечно, репутацию фирмы- производителя. Гарантированным качеством обладают такие лидеры рынка, как:

• Honeywell. Американская компания второе столетие производит, поставляет, монтирует и обслуживает широкий спектр компонентов и целых систем управления отоплением, вентиляции, безопасностью.
• Esbe. Шведская фирма также более 100 лет поставляет точные и очень надежные клапана, арматуру и компоненты систем, специализируясь на отопительной технике. Скандинавские традиции тщательной и высококачественной работы сочетаются с инновационными подходами к конструированию.
• Valtec- Российско- итальянское предприятие удачно совмещает высокое итальянское качество с семилетней гарантией и доступными ценами. Полностью локализованное производство с европейской системой контроля качества не давно появилось на рынке, но уже успело завоевать популярность.

На рынке присутствует также множество поставщиков, не успевших завоевать столь безупречную репутацию. Экономия на стоимости клапана может в дальнейшем привести к его нестабильной работе, повышенным расходам или даже к выходу из строя всей системы.

Монтаж

Обычно при монтаже трехходовых кранов выбирают одну из типовых, хорошо отработанных схем.

Безнапорный коллектор или гидравлический разделитель

В такой схеме в контуре №2 предусмотрен насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя. Его обозначение- два синих равносторонних треугольника, соединенных вершинами.

Рисунок 10. Схема монтажа с безнапорным коллектором

Прямое подключение к источнику тепла

Важно! Если кран подключается непосредственно к бойлеру на байпасе, подключенному к патрубку В, перед манометром придется смонтировать клапан с гидравлическим сопротивлением, равным сопротивлению источника тепла.

Рисунок 11. Прямое подключение к источнику

В противном случае начнутся колебания расхода теплоносителя на участке A-B. Они будут вызываться колебаниями штока.

Регулятор перепада давления

В случае высокого давления со стороны источника тепла между напорным коллектором и клапаном устанавливается манометрический дросселирующий регулятор, компенсирующий избыточный напор теплоносителя.

Рисунок 12. Схема с дросселирующим регулятором

Специалисты применяют и другие схемы подключения, исходя из назначения системы и соотношения параметров источника тепла, трубопроводной системы, клапана и потребителя.

Как грамотно выбрать и подключить к системе отопления трехходовой клапан

В отоплении вода может достигать 80-90°C. И если для труб с радиаторами это еще нормально, то для тёплого пола такая температура слишком высокая. Чтобы на полах можно было нормально находиться, используют трёхходовой клапан. Хотя его устанавливают далеко не только для этих целей, он незаменим в системе практически с любым твердотопливным котлом. Давайте разберёмся, что это за механизм, для чего нужен и как правильно выбрать трёхходовой клапан для системы отопления и водоснабжения.

Читайте в статье

Что это такое и зачем он нужен

Как уже понятно из названия, этот клапан имеет 3 хода. Можно даже назвать его краном, так как он относится к запорно-регулирующей арматуре. С виду это обычный тройник, но внутри его устройство гораздо сложнее. Грубо говоря, он служит для изменения температуры воды. Существует два способа: при первом обратка смешивается с подачей для понижения температуры; второй способ наоборот разделяет потоки, сбрасывая горячую воду в обратку. Это полезно в разных случаях:

1. Тёплые полы. К клапану подключают обратку и подачу отопления. Так как обратка холоднее, в полы подаётся вода пониженной температуры. При этом температура остального отопления остаётся прежней.
2. Поддержание температуры. Для нормальной работы практически любого отопительного оборудования нужно, чтобы обратка не была холоднее подачи на 60 градусов. Иначе долго котёл не прослужит. Поэтому клапан берёт из подачи воду и отправляет её в обратку.
3. Защита от конденсата. По этой же причине. Если в теплообменник попадает вода теплее точки росы, на нём начинает скапливаться конденсат.
4. Защита от перегрева. Современные котлы оборудованы различными датчиками. Если же это, например, простой твердотопливный котёл, он продолжит работать даже при перегреве. Трёхходовой клапан решает эту проблему.
5. Для обвязки бойлера косвенного нагрева. Чтобы в доме была горячая вода, можно подключить к котлу бойлер. И тогда вода будет нагреваться при помощи отопления. Трёхходовой кран служит для бесперебойной подачи горячей воды. Он открывается, когда температура воды в бойлере снижается.
6. При организации байпаса. В некоторых случаях требуется направить воду по альтернативному пути – байпасу. Например, для более эффективного обогрева. Сделать это проще всего через трёхходовой клапан. Он откроется и закроется в нужный момент.

Но зачем устанавливать клапан, если можно просто уменьшить температуру? Вопрос кажется логичным, однако на самом деле у обычных котлов при низкой температуре быстро выходит из строя теплообменник. Для такого режима работы лучше подходит конденсационный котёл , но цена у них гораздо выше. Поэтому лучше и проще установить трёхходовой клапан.

Как можно заметить, способов применения достаточно много. В одних случаях его используют для повышения энергоэффективности системы. В других — это незаменимый прибор для подключения оборудования.

Определяемся с видом

Все трёхходовые клапаны разделяют на 3 вида. Они отличаются по устройству и принципу работы, которые понятны из названия. Смесительные клапаны смешивают горячую и холодную воду. Разделительные – разделяют. Их обычно используют для поддержания оптимальной температуры. Но есть и третий вид – переключающий, который переключает воду между двумя линиями. Их используют, например, в газовых настенных котлах или для создания контура ГВС.

Устройство и принцип действия трехходового клапана в системе отопления

Чтобы вам было проще понять принцип действия, предлагаю рассмотреть эту схему:

Конструкция трехходового клапана в разрезе.

Когда нужно добиться определённой температуры, шток поднимается, открывая проток. Это напоминает принцип действия перекрывных кранов. А сам механизм называется седельным. Вместо штока иногда используют шар или вращающийся сектор. Точно так же, как в обычных шаровых кранах. Этот механизм называется поворотным. На схеме их можно изобразить следующим образом:

О том, что именно управляет штоком или шаром, я расскажу чуть позже. Пока давайте разберём каждый вид. Начнём со смесительных клапанов:

Как видите, слева входит горячая вода, а снизу холодная. Шток при необходимости поднимается, позволяя смешивать два потока.

А так выглядит работа разделительного клапана. Здесь наоборот справа заходит горячая вода, а выходить может влево или вниз. Если температура нормальная, шток поднимается. Если требуется более высокая температура, шток опускается, отправляя горячую воду вниз. То есть в обратку.

Из инструкции к клапану типа VMR от Mut International.

Обычно термосмесительные и разделительные клапаны полностью не перекрываются. А вот переключающие, как вы можете увидеть, закрывают один из патрубков, а другой открывают. При этом смешивания или разделения не происходит.

Типичный трехходовой клапан в разрезе.

Как выбрать трехходовой клапан для системы отопления частного дома

Теперь вы знаете, для каких случаев используют те или иные виды клапанов. Но это не единственный критерий выбора, ведь у клапанов несколько способов регулировки температуры и разная пропускная способность. Да и материал изготовления может отличаться. Давайте разберёмся с этим более подробно.

Способ регулирования температуры

Начнём с ручной регулировки. Здесь шток соединён с вентилем или ручкой, под ними находятся отметки, с помощью которых и регулируют температуру. Это самый простой и дешёвый способ, поэтому некоторые относят его к более надёжному. Но я считаю, что всё зависит от фирмы: если клапан качественный, то и с автоматической регулировкой проработает не меньше, чем с ручной.

Преимущества	Недостатки
Низкая цена по сравнению с другими видами клапанов	Приходится самостоятельно реагировать на все изменения условий окружающей среды
Работает без подключения электричества	Отопительный контур прогревается неравномерно

Термостатические.

Если в конструкцию встроен терморегулятор, такой клапан называют термостатическим. Обычно его настраивают только один раз. Потом он сам подбирает положение штока, исходя из колебаний температуры. За это отвечает термочувствительная жидкость или газ: когда температура поднимается, они расширяются и начинают двигать шток. Такие клапаны бывают электронными и механическими. Трёхходовой клапан с терморегулятором намного удобнее ручного, поскольку работают автоматически, но и стоит дороже.

Преимущества	Недостатки
Автоматический контроль за температурой	Высокая цена по сравнению с ручным клапанами
Равномерный прогрев отопительного контура
Механические модели работают без электричества

С сервоприводом.

Самыми точными считаются трёхходовые клапаны с электроприводом. В них встроен термостат, но управление происходит с помощью электронного блока, который работает на сервоприводе. Когда температура изменяется, термостат передаёт сигнал на контроллер. А уже он управляет приводом, поднимая или опуская шток.

Преимущества	Недостатки
Не требует участия человека в контроле за температурой	Высокая стоимость
Самая высокая точность из всех видов трёхходовых клапанов	Зависимость от электричества
Самый качественный и равномерный прогрев отопления	По сравнению с электронными термостатическими клапанами повышенный расход электроэнергии

Я считаю, что лучше остановить выбор на среднем варианте. Ручная регулировка неудобная, а клапан с электроприводом дорогой. Да и такая точность в бытовых условиях редко требуется.

Материал изготовления

От материала, который используется для изготовления корпуса, зависит долговечность изделия. Сразу хочу сказать, что иногда встречаются клапаны, сделанные из силумина. Хоть они на порядок дешевле, я не советую на них обращать внимания. Да и существует много других надёжных материалов:

1. Клапаны из чёрной углеродистой стали прочные и сравнительно дешёвые. К сожалению, они подвержены коррозии, поэтому их обычно покрывают никелем или хромом. Нержавейку тоже часто используют, но такие изделия дороже.
2. Чугун прочный, долговечный и не подвержен коррозии. Но обычно это клапаны старого образца, так как сейчас используют более совершенные материалы.
3. Самыми популярными являются изделия из латуни и бронзы. Это долговечные, прочные и нержавеющие материалы. В промышленных условиях, где температура превышает 200 градусов, их использовать нельзя, но для бытовых нужд подходят идеально. Я советую выбирать именно такие трёхходовые клапаны, если материал не указан в характеристиках, его всегда можно определить по характерному цвету и текстуре.

Ещё хотелось бы сказать по поводу керамики. В качестве материала для корпуса её практически не используют. Зато внутренние детали часто делают из неё. Это связано с тем, что на керамику не воздействуют химические вещества. А ещё она долговечна.

Как выбрать и подключить к системе важнейший элемент – группу безопасности

Диапазон температур и рабочее давление

При выборе трёхходового клапана следует учитывать и диапазон регулировки температур. Например, термосмеситель для тёплого пола обычно настраивают на 30-40°C. Хотя и для получения горячей воды этот диапазон самый комфортный. Различается и максимальное давление, которое может выдержать клапан. Некоторые модели выдерживают до 16 бар. Хотя обычно в бытовых условиях больше 6 бар не требуется. А вообще, значения рабочего давления для этих приборов регламентируются ГОСТ 26349-84.

Другое

Конечно, не стоит забывать, что у трёхходовых клапанов бывает разный диаметр соединительных патрубков. Самые распространённые размеры для бытовых условий – это 1 и ¾ дюйма. Резьба может быть внутренней или наружной.

От показателей пропускной способности зависит количество литров, которое проходит через клапан за час. Выбирать следует так, чтобы у клапана коэффициент был чуть выше, чем результат расчётов. Например, если через систему проходит 2 м³ в час, следует выбирать клапан с пропускной способностью 2,5 м³ в час.

Но пропускная способность меняется в зависимости от того, открыт клапан полностью или приоткрыт. Отношение этих показателей называется динамическим диапазоном регулирования. Чем выше коэффициент, тем лучше сохраняется пропускная способность. Самым лучшим коэффициентом считается 100:1, но встречается он достаточно редко. Самые распространённые показатели — 50:1 или 30:1, клапаны с такими показателями можно спокойно брать.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Теперь я хочу рассказать о самых популярных и надёжных трёхходовых клапанах, чтобы вам было проще выбрать подходящую модель.

Производитель из Китая. Предлагает довольно качественную продукцию для отопления и водоснабжения по сравнительно низкой цене.

Фото	Модель	Технические характеристики	Особенности	Стоимость, руб.
	(ZEISSLER) BL3110C04	Материал: латунь Диапазон температур: 35-60 Рабочее давление: 2-5 бар Диаметр: 1 дюйм	Смесительный, для отопления и ГВС	2 300-3 000
	BL8803	Материал: латунь Диапазон температур: 38-60 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: ¾ дюйма	Смесительный, наружное подключение через американки	2 800-3 500
	BL8804A	Материал: латунь Диапазон температур: 38-60 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйм	Смесительный, с электроприводом	2 000-2 600

Эта шведская компания занимается производством различных моделей клапанов и контроллеров. Я считаю, что товары этой фирмы самые качественные. Хотя и дорогие.

Фото	Модель	Технические характеристики	Особенности	Стоимость, руб.
	VTA321	Материал: латунь Диапазон температур: 35-60 Рабочее давление: 2-10 бар Диаметр: ¾ дюйма	Смесительный, для отопления и ГВС	6 000-6 500
	VTA372	Материал: латунь Диапазон температур: 20-55 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйма	Смесительный, высокая пропускная способность	7 000-8 000
	VTC511	Материал: чугун Диапазон температур: 60-75 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйм	Для твердотопливных котлов	8 000-9 000

STOUT

Совместное производство России, Италии, Испании и Германии. Изделия отлично адаптированы под российские условия.

Фото	Модель	Технические характеристики	Особенности	Стоимость, руб.
	SVM-0120-164325	Материал: латунь Диапазон температур: 20-43 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйм	Смесительный, для отопления и ГВС	4 500-5 000
	SVM-0125-186520	Материал: латунь Диапазон температур: 30-65 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: ¾ дюйма	Смесительный, для отопления	4 000-4 300
	SVM-0120-256025	Материал: латунь Диапазон температур: 35-60 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйм	Смесительный, высокая пропускная способность	5 200-5 800

WATTS

Один из крупнейших производителей отопительного оборудования в Европе. Огромный ассортимент продукции.

Фото	Модель	Технические характеристики	Особенности	Стоимость, руб.
	Aquamix 61C	Материал: латунь Диапазон температур: 32-50 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: ¾ дюйма	Смесительный, для ГВС	5 200-5 700
	Aquamix 63C	Материал: латунь Диапазон температур: 25-50 Рабочее давление: 1-10 бар Диаметр: ¾ дюйма	Смесительный, для тёплого пола	5 500-6 000
	V3GB Watts Classic	Материал: латунь Диапазон температур: 20-50 Рабочее давление: 3-10 бар Диаметр: 1 дюйм	Смесительный, с электроприводом	12 500-14 000

Правила установки арматуры

Обычно на корпусе трёхходового клапана производитель стрелками указывает движение протока воды. По этим ориентирам можно определить и вид клапана. Подключение к системе происходит так, как указано стрелками. Место установки должно быть удобным для последующих регулировок или замены в случае неисправности. Для этого подходит и обратка, и подача. Но внимательно читайте инструкцию, так как не все клапаны можно устанавливать на подачу.

Так как большинство клапанов внутри сделаны из керамики, они плохо переносят грязную воду. Поэтому лучше перед клапаном установить фильтр . Если этого не сделать, прибор может засориться. В некоторых случаях достаточно его почистить, но иногда даже это не спасает. Поэтому не стоит экономить на фильтрах.

Электропривод не должен располагаться внизу, да и механические термостатические смесители тоже не советуют так устанавливать, исключительно вертикально. Но я по своему опыту скажу, что в некоторых случаях такое возможно. Да и отзывы некоторых владельцев это подтверждают.

Схемы расположения трехходового клапана в системе отопления

Как проверить трехходовой кран на работоспособность

В первую очередь следует провести внешний осмотр: на пластиковом и металлическом корпусе не должно быть трещин. Что касается регулятора, он должен плавно поворачиваться во все стороны. Чтобы проверить термоголовку, её нужно нагреть. Например, строительным феном. При этом шток должен двигаться в соответствии с показателями. Если у клапана установлен электропривод, проверить его работоспособность можно с помощью тестера, но для этого придётся электропривод разобрать.

Заключение

Трёхходовые клапаны только с виду напоминают тройник. Их устройство гораздо сложнее, а сферы применения достаточно разнообразны. Подходите к выбору клапана ответственно, рассматривайте модели лишь известных, зарекомендовавших себя производителей, к счастью, таких достаточно. И тогда этот маленький, но очень важный прибор проработает долгие годы, не доставляя проблем.