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.

Трехходовой кран для отопления и его особенности

Чтобы создать комфортную температуру в отапливаемом помещении, необходимо грамотно распределить потоки воды в контуре обогрева. Например, иногда вода в контуре слишком горячая, поэтому ее можно разбавить остывшей водой, взятой из обратки. Эту и подобного рода функции выполняют элементы запорно-регулирующей арматуры, в частности, трехходовой кран для отопления. Благодаря перераспределению жидкостей, удается добиться нужной температуры теплоносителя, подаваемого к радиаторам отопления.

Таким образом, можно перечислить основные функции трехходового крана:

• регулировка температуры теплоносителя, поступающего на радиаторы, посредством его смешивания;
• перераспределение потока теплоносителя в системе.

Конструкция и принцип работы

Регулировочный трехходовой кран конструктивно состоит из следующих элементов:

• металлический корпус;
• затвор, в котором имеются проходные каналы;
• 3 патрубка. Два из них предназначены для подключения холодной и горячей воды, а третий — для выхода теплоносителя (в зависимости от вида крана назначение патрубков может отличаться).

Принцип работы трехходового крана в системе отопления заключается в следующем. Предполагается, что к распределительному крану подводятся жидкости от отопительного котла и от обратки. В зависимости от положения крана, через него будет проходить теплоноситель разной температуры:

Устройство и принцип работы трехходового крана

1. При полностью открытом положении крана горячий теплоноситель будет поступать к радиаторам отопления. Его температура будет соответствовать температуре в котле.
2. При полностью закрытом кране к радиаторам будет подаваться остывшая вода от обратки.
3. Если установить какое-то промежуточное положение затвора, вода будет смешиваться. Так можно регулировать ее температуру.

Разновидности трехходовых кранов

Поскольку сейчас в продаже имеются распределительные краны различного предназначения, необходимо понимать разницу между ними, знать конструктивные особенности данных устройств. В этом случае можно будет сделать правильный выбор трехходового крана. Ниже мы рассмотрим, чем различаются изделия разных моделей.

По назначению и принципу работы

Внешне разные типы кранов ничем не отличаются, так как у них имеется 3 патрубка, но принцип работы у них прямо противоположный:

1. Смесительный кран (регулировочный). Производит смешивание двух потоков теплоносителя. Подвод осуществляется по двум патрубкам, а выход — по одному. Внутри прибора имеется шток с клапаном.
2. Распределительный кран (запорный). Не смешивает, а разделяет один поток на 2 части. В патрубках установлены клапаны. Когда один клапан открывает проход для теплоносителя, второй перекрывает свою магистраль. Теплоноситель входит в кран через один патрубок, а выходит через два. Такие устройства часто используются для обвязки водонагревателей, в системах с установленными бойлерами, для распределения тепла на несколько помещений.

Ручной шаровой трехходовой кран

Совет: Не пытайтесь разобрать кран, так как это не предусмотрено его конструкцией. Механическое воздействие приведет к поломке устройства.

Материал корпуса

1. Латунь. Это наиболее популярный сплав металлов, который отличается надежностью и практичностью.
2. Сталь. Можно встретить гораздо реже. Характеризуется повышенной прочностью, но меньшей, нежели у латуни, долговечностью.
3. Чугун. В быту не используется. Применяется для монтажа промышленных систем обогрева, в которых трубы имеют диаметр более 40 мм.

По способу монтажа

1. С помощью муфт.
2. Фланцевое соединение.
3. Сварной тип соединения.

Тип механики затвора

Тип запорного устройства

1. Шаровый.
2. Конусный.
3. Цилиндрический.

По принципу управления

Трехходовой кран для домашнего отопления может различаться по способу управления:

1. Ручное управление. Изделия такого типа имеют поворотные ручки, которыми и осуществляется управление потоками теплоносителя. При повороте ручки изменяется пропорция подаваемой из разных линий воды. Недостатком таких механизмов является неравномерное и долгое прогревание отдаленных радиаторов. Такая арматура отличается простым устройством и невысокой стоимостью.

2. Автоматическое управление. Краны, управляемые автоматикой, позволяют обеспечивать обогрев помещений до нужной температуры без участия человека. Причем, обогрев становится более эффективным, радиаторы прогреваются равномерно, нет необходимости постоянно контролировать работу отопительного контура. Управление распределительным краном может осуществляться посредством сервопривода, а также с помощью гидродинамического или пневматического термостата. Ниже мы рассмотрим особенности каждого их таких устройств.

Трехходовой кран с электроприводом

В качестве управляющего элемента используется сервопривод, представляющий собой электрический двигатель. От блока электронного управления на сервопривод поступает команда, согласно которой двигатель изменяет положение шара или штока внутри устройства. Блок управления определяет температуру на выходе из клапана или вычисляет оптимальную настройку по температурам обратки и поступаемой из котла воды.

Трехходовой кран с сервоприводом

Разумеется, устанавливать трехходовой кран для системы отопления с электроприводом без наличия управляющего блока не имеет смысла.

На заметку: Сервоприводом может быть оснащен почти любой трехходовой кран, но рекомендуется использовать для этой цели только специально предназначенную для этого арматуру. Она адаптирована для установки на ней электропривода.

Распределительный кран с терморегулятором

Такое устройство представляет собой кран с термоголовкой, в которую помещены газ или специальная жидкость. Данные компоненты реагируют на изменение температурных показателей окружающей среды. В результате колебаний температуры изменяется объем жидкости или газа, что приводит к автоматическому срабатыванию клапана.

При установке прибора требуется его тщательная настройка. Определяются предельные значения температуры, которые связываются с крайними положениями крана. Тем самым определяется рабочий диапазон, в пределах которого трехходовой кран для отопления с терморегулятором будет изменять температуру теплоносителя. С этой целью производится ручная регулировка давления в термоклапане.

Трехходовой кран для системы отопления с терморегулятором

Теплоноситель циркулирует через устройство до тех пор, пока его температура не изменится до установленного значения. Как только температура выйдет за эти пределы, пропорция смешивания холодной и горячей воды в кране изменится.

Преимущество крана с терморегулятором состоит в том, что для его работы не требуется наличие блока управления. Такие устройства работают автономно, а также обладают приемлемой стоимостью.

Особенности выбора

Для обеспечения максимальной отдачи от отопительного трехходового крана, необходимо его правильно подобрать. Для этого следует придерживаться некоторых рекомендаций:

• Диаметр крана должен соответствовать диаметру трубопроводов. В этом случае не будет страдать пропускная способность контура, а монтаж будет произведен без использования переходников;
• Тип соединения должен соответствовать имеющемуся. Например, штуцерное соединение невозможно будет согласовать с фланцевыми разъемами крана;
• Заранее необходимо решить, будет ли на кране монтироваться сервопривод;
• Не покупайте бытовые трехходовые краны для систем с высокими показателями давления теплоносителя. Для таких систем существует специальная арматура. Такие же ограничения рекомендуется соблюдать, если диаметр трубопровода превышает 4 см.

Рекомендации по установке

Чтобы добиться максимальной эффективности работы трехходового крана, его не только следует правильно выбрать, но и подсоединить должным образом.

Установка этого изделия ничем не отличается от установки другой арматуры. Желательно в процессе работы принимать в учет следующие рекомендации:

• Можно не задумываться о пространственном расположении крана. На работу прибора не оказывает влияния его вертикальное или горизонтальное положение;
• Чтобы установить кран в нужном направлении, взгляните на его корпус. На нем будет видна стрелка, указывающая на направление потока теплоносителя;
• Регулирующее устройство крана должно располагаться так, чтобы к нему был обеспечен свободный доступ;
• Если установка проводится сварным способом, важно не допустить попадания внутрь трубопровода окалины или прочего мусора;
• В процессе сварочных работ необходимо оберегать кран от нагревания. Для этого можно обеспечить ему какой-либо теплоотвод;
• Перед началом каждого отопительного сезона необходимо проверить работу всей регулирующей и запорной арматуры.

Установив в контур своей отопительной системы качественный трехходовой кран, вы сможете по своему желанию регулировать температуру различных отопительных приборов, контролировать и изменять температуру в отдельных помещениях.