Особенности подбора регулятора перепада давления

Регуляторы давления (РД) являются неотъемлемой частью инженерных систем водоснабжения и отопления, обеспечивают стабильность работы теплового пункта, а также балансировку, что является ключевым условием для бесперебойной и экономичной эксплуатации.

Как мы разбирали в статье ранее, основные функции регулятора давления:

• Снижение давления и защита от гидроударов:
• Гидравлическая балансировка и ограничение расхода:
• Увеличение срока службы и снижение шума:
• Повышение точности и эффективности системы за счёт высокого авторитета РК.

Подбор регулятора давления Ридан можно разделить на 3 основных этапа:

1. Подбор клапана для регуляторов давления
2. Подбор типа регулирующего блока и его диапазона настройки
3. Подбор необходимого количества импульсных трубок

1. Подбор регулирующего клапана для регуляторов давления

Исходя из основных условий необходимо рассчитать основные характеристики:

1.1 Пропускная способность (K_vs)

В основе подбора регулирующего клапана лежит его условная пропускная способность K_VS, которая соответствует расходу G (м3 /ч) холодной воды (Т = 20 °C), проходящей через полностью открытый клапан при перепаде давления на нем в 1 бар.

K_VS — конструктивная характеристика клапана. При выборе клапана его пропускная способность K_VS должна быть равна или близка, но не меньше значения требуемой (расчётной) пропускной способности K_v

K_VS ≥ K_v

Требуемая пропускная способность определяется в зависимости от расчетного расхода теплоносителя через клапан и от фактического перепада давления на нем по формуле:

где G_р — расчетный расход теплоносителя через клапан, м³/ч; _ΔР_кл — заданный перепад давления на клапане, бар

Расчетный расход теплоносителя

При определении требуемой пропускной способности регулирующего клапана для систем отопления и вентиляции расчетный расход теплоносителя G_рО(В) определяется по их тепловой нагрузке Q_О(В) (кВт) и температурному перепаду _ΔT = (Т₁ — Т₂) в контуре, где установлен клапан:

При этом температурный перепад принимается по температурному графику при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления (например, 150–70 °C в зимний период).

1.2 Предельный перепад давления при беcкавитационном режиме

Перепад давления на клапане не должен превышать предельно допустимое значение, гарантирующее работу клапана в бескавитационном режиме. Проверку клапана на возникновение кавитации следует осуществлять при температурах проходящего через него теплоносителя. С этой целью для выбранного клапана определяется предельно допустимый перепад давления _ΔР_кл^пред и сравнивается с принятым перепадом при расчете K_V.

Предельно допустимый перепад давления на регулирующем клапане рассчитывается по формуле:

где Z — коэффициент начала кавитации и принимается по каталогам на регулирующие клапаны в зависимости от их типа и диаметра. Для клапанов Ридан значения Z лежат в диапазоне от 0,2 до 0,6;
P₁ — избыточное давление теплоносителя перед регулирующим клапаном, бар;
Р_нас^изб — избыточное давление насыщенных паров воды в зависимости от ее температуры Т₁ в бар.

В случае если _ΔР_кл^пред окажется меньше принятого ранее _ΔР_кл, необходимо выполнить одно из следующих действий:

1. Снизить заданный перепад давления на клапане за счет перераспределения гидравлических потерь в системе, в том числе путем установки дополнительного регулятора давления «после себя» на входе.
2. Перенести клапан на обратный трубопровод, где температура теплоносителя, как правило, не превышает 70 °C.

Пренебрежение данными мерами приведет к некорректной работе системы и преждевременному выходу оборудования из строя.

1.3 Скорость теплоносителя в клапане

В целях минимизации шумообразования при выполнении расчёта регулирующих клапанов рекомендуется проверять на скорость прохождения теплоносителя во входном сечении клапана (V) по формуле:

где V — скорость прохождения теплоносителя во входном сечении клапана, м/с;
18,8 — переводной коэффициент;
DN — диаметр клапана, мм.

Рекомендуемая скорость прохождения теплоносителя во входном сечении клапана для тепловых пунктов жилого фонда от 1,5 до 3,5 м/с, для всех остальных тепловых пунктов от 1,5 до 5 м/с.

1.4 Динамический диапазон регулирования клапана

Динамический диапазон (или рабочая зона клапана) — это соотношение максимальной пропускной способности клапана к минимальной расчётной, при которых клапан обеспечивает необходимую точность регулируемых параметров.

Регулирующие клапаны Ридан VFG-2R в сочетании с регулирующими блоками имеют относительный диапазон регулирования не менее 1 : 15, т. е. клапаны обеспечивают пропорциональное регулирование при уменьшении расхода проходящей через него среды по сравнению со значением K_VS в 15 раз и могут регулировать, к примеру, от 6,6 до 100 % от номинального расхода на клапанах Ду15 мм. С увеличением Ду клапана динамический диапазон увеличивается, что обусловлено самой конструкцией клапана, к примеру на Ду250 динамический диапазон составляет 1:65.

Это особенно актуально в системах с переменным расходом, например, в системах горячего водоснабжения, где потребление тепла на нагрев воды имеет ярко выраженную неравномерность в течение дня.

Разберём пример:

Необходим регулятор давления перепада, установленный на подаче. Расход теплоносителя принять от 0,5 до 2 м³/ч, давление на вводе — 6 бар, а на обратном трубопроводе — 4 бар, перепад на регулируемом участке (РК+ПТО) — 0,5 бар.

Получаем:

• Расчётный Kv клапана при проверке на максимальный расход — 1,63 м³/ч.
• Расчётный Kv клапана при проверке на минимальный расход — 0,41 м³/ч.

Предварительно принимаем клапан Ду15 с динамическим диапазоном 1:15.

При проверке клапана на минимальный расход необходимо расчётный минимальный Kv (0,41 м³/ч) поделить на заявленный Kvs клапана Ду15 (4 м³/ч) и сравнить с динамическим диапазоном:

0,41/4 > 1/15

Так как данное равенство верно, клапан удовлетворяет условиям максимального и минимального расхода и рекомендован в качестве подбора при данных условиях.

2. Подбор типа регулирующего блока и его диапазона

2.1 Разновидности регулирующих блоков

По типу действия регуляторы давления делятся на 4 типа:

• регуляторы перепада давления;
• регуляторы «после себя»;
• регуляторы перепуска;
• регуляторы давления «до себя».

Регуляторы перепада давления AFP-R и регуляторы «после себя» AFD-R производства Ридан являются нормально открытыми, клапан закрывается при увеличении разности давлений либо при превышении давления больше заданного и открывается при снижении этих параметров, поддерживая тем самым перепад или заданное давление на постоянном уровне. Импульсы давления передаются в полости диафрагменного элемента по импульсным трубкам. Разность давлений воздействует на регулирующую диафрагму, которая, прогибаясь, перемещает золотник клапана. У регулятора перепада давления две импульсные трубки, которые с одной стороны присоединяются к точкам забора импульса (обычно до и после регулирующего клапана), а с другой стороны — к верхней и нижней полостям диафрагменного элемента. В регуляторе «после себя» импульсная трубка присоединяется в верхнюю полость диафрагменного блока, а нижняя сообщается с атмосферой. Забор импульса происходит за регулятором.

Регуляторы давления «до себя» AFA-R производства Ридан имеют обратный принцип действия, являются нормально закрытыми и открываются при повышении заданного давления, поддерживая его на постоянном уровне. Импульс давления от входного патрубка регулятора передается по встроенной импульсной трубке в нижнюю полость диафрагменного элемента, верхняя полость диафрагменного элемента сообщается с атмосферой.

Регуляторы «перепуска» AFPA-R производства Ридан, как и регуляторы «до себя» AFA-R, являются нормально закрытыми, клапан открывается при превышении перепада давления выше заданного. Чаще всего такие регуляторы устанавливаются на байпасных линиях. Импульсные трубки устанавливаются преимущественно до и после регулятора «перепуска» и передают импульсы давления в верхнюю и нижнюю полости диафрагменного блока.

2.2 Выбор диапазона настройки

Диапазон регулирования регуляторов Ридан определяется комбинацией эффективной площади мембраны, а также жесткостью пружины. В линейке компании Ридан, в зависимости от типа регулирующего блока, существует от 5 до 7 диапазонов, позволяющих управлять давлением от 0,05 до 16 бар, и представлены в таблице ниже:

Для оптимальной работы регулятора рекомендуется выбирать диапазон настройки таким образом, чтобы рабочая точка находилась в верхней половине шкалы регулирования. Это обусловлено характеристиками пропорциональной зоны клапана: при меньших значениях верхнего предела настройки регулятор демонстрирует более высокую чувствительность к изменениям параметров системы и обеспечивает меньшее отклонение от заданного значения. Такой подход позволяет достичь максимальной точности и стабильности при гидравлической балансировке систем.

Разберем пример:
Требуется подобрать регулятор перепада давления, при том, что постоянный перепад в регулируемом контуре равен 1 бару.

В качестве решения рекомендуется регулирующий блок AFP-R c настройкой 0,15-1,5 бар, код 003G1016R.

3. Подбор необходимого количества импульсных трубок

Количество необходимых импульсных трубок зависит от типа регулятора:

• Регуляторы перепада давления и перепуска требуют 2 комплекта импульсных трубок;
• Регуляторы «после себя» и «до себя» используют 1 комплект.

Для удобного монтажа компания «Ридан» предлагает комплект импульсных трубок AF-R, в который входят: 2 фитинга 1/4″; импульсную трубку Ду10 мм; футорку переход 1/4"-1/2″ для удобства подключения к трубопроводу.

Это решение обеспечивает надежное и простое подключение регуляторов к системе, а большое сечение трубки предотвращает преждевременное засорение и увеличивает межсервисный интервал.

Рекомендации по подбору в системах с большими перепадами

Рассмотрим простой пример ИТП, в котором давление на подаче — 8 бар, а на обратке 4 бара:

Как правило, перепад при расчёте теплообменника (ТО) 3 принимается 0,3 бара, а на РК 2 — 0,5 бар.
В таком случае остаток давления, а это 3,7 бар, распределяется на РК 2.
В большинстве случаев, при таких вводных с температурным графиком 150-70, на РК 2 возникает кавитация.

Решение задачи 1.

Добавим регулятор перепада давления 4.

Регулятор позволит снизить остаток нагрузки, взяв основную часть на себя (3,2 бара), таким образом на РК 2 будет 0,5 бар, а на ТО 3 — 0,3 бар.

Решение задачи 2.

Но что будет если мы повысим перепад на вводе ИТП, или если перепад на РД 4 будет больше критического?

В данном случае можно изменить схему следующим образом:

В условиях больших перепадов давлений РД «после себя» 1, позволит снизить давление на вводе до безопасного и «срежет» часть давления на себе для обеспечения бескавитационной работы всех элементов системы. При переносе РД 4 можно добиться ещё большего снижения давления.

Решение задачи 3.

На примере решения задачи 2, при превышении критических значений перепадов на клапанах необходимо установить ещё один РД «до себя» 5 на обратном трубопроводе:

Таким образом мы сможем предотвратить возникновение кавитации даже в системах с большим температурным графиком (150-70) и обеспечить стабильную работу регулирующего клапана.

Заключение

Правильный подбор регулятора перепада давления — ключевой фактор стабильной и безопасной работы трубопроводных систем. Учитывая разнообразие конструкций и условий эксплуатации, важно тщательно анализировать параметры среды, технические характеристики регулятора и возможные динамические нагрузки. Ошибки в выборе могут привести к преждевременному износу оборудования, авариям или снижению эффективности системы.

Компания Ридан предлагает отличный инструмент для подбора регуляторов давления собственного производства — HeatSelect, учитывающий основные параметры и особенности при подборе регулятора.