Смесительный узел
Смесительный узел - является важнейшей частью практически любой современной системы вентиляции с водяным нагревателем. Существует огромное количество разновидностей схем смесительных узлов; в принципе любая из этих схем имеет право на существование и может быть применена в зависимости от особенностей режима работы нагревателя и отопительной сети, к которой он подключен. Сразу оговоримся: выбор схемы смесительного узла является нетривиальной задачей, взгляды специалистов на применение той или иной схемы обвязки нагревателя в тех или иных случаях могут расходиться. Исходя из этого, автор в рамках этой публикации не берется предложить методику выбора оптимальной схемы или предложить универсальную схему на все случаи жизни. Задача сводится скорее к описанию предлагаемой нами линейки смесительных узлов PPU и определению границ применимости этих изделий. В рамках этой публикации автор будет избегать сложных расчетных методик, стремясь при этом сохранить ее общую практическую направленность. Назначение Смесительный узел применяется для управления нагревом воздуха в водяном нагревателе (калорифере). Его предназначение - обеспечивать: a)Характеристику управления нагревом, по возможности приближенную к линейной б)Безопасную эксплуатацию нагревателя в)Совместную работу контура нагревателя с другими потребителями в сети | ! | Внимание! Смесительные узлы PPU не предназначены изготовителем для работы в качестве обвязки водяного охладителя, поскольку не имеют теплоизоляции. Конденсирующаяся на холодных поверхностях вода может вывести из строя компоненты смесительных узлов, находящиеся под напряжением. Однако, приобретя изделие, вы можете выполнить его теплоизоляцию самостоятельно. |
Устройство смесительного узлаОсновными элементами смесительного узла являются:
-Регулирующий клапан (в некоторых источниках он называется регулирующий вентиль или трехходовой вентиль)
-Электропривод регулирующего клапана
-Циркуляционный насос
-Измерительные приборы - комплект термометров и манометров
-Запорные шаровые краны, фильтр, обратный клапан, баллансировочный вентиль и прочая арматура.  Ниже работа этих устройств будет рассмотрена подробнее.
В качестве материалов для запорно-регулирующей арматуры использованы латунь и бронза, материал труб - черная (неоцинкованная) сталь, корпус насоса выполнен из чугуна. Все соединения смесительного узла выполняются на резьбе дюймового стандарта, герметизация осуществляется проверенным надежным способом, с использованием льна. Отсутствие цинкового покрытия позволяет использовать смесительные узлы там, где в качестве теплоносителя применяются водно - гликолевые растворы (которые, как известно, вступают с цинком в реакцию). Стальные части устройства снаружи загрунтованы и окрашены краской голубого цвета.
Марка циркуляционного насоса - GRUNDFOS, регулирующий клапан и электропривод регулирующего клапана производства SIEMENS (Германия). Принцип работы смесительного узла PPU
В узлах PPU осуществляется качественное регулирование процесса нагрева. Это означает, что управление нагревом в калорифере происходит путем изменения температуры теплоносителя при неизменном его расходе через калорифер (второй способ регулирования, при котором изменяется расход называется количественным). Качественное регулирование позволяет при условии правильно выполненного подбора получить максимально близкую к линейной характеристику управления и, соответственно, гарантировать устойчивость процесса регулирования на всем диапазоне положений регулирующего клапана. Другое немаловажное преимущество этого принципа - повышенная устойчивость к замораживанию калорифера, поскольку имеется постоянный проток воды. В смесительных узлах PPU применена схема c трехходовым регулирующим клапаном и циркуляционным насосом "на прямой воде".
"Морозоустойчивость" этой схемы достигается применением циркуляционного насоса в контуре нагревателя, который организует в нем проток воды вне зависимости от внешних условий. В смесительных узлах PPU применяются центробежные циркуляционные насосы "с мокрым ротором". Смысл этого термина заключается в том, что вращающаяся часть двигателя и собственно насос выполнены в одном водонепроницаемом корпусе; ротор электромотора вращаетя, находясь в среде перекачиваемой жидкости, и подшипники смазываются ей же. Достоинством таких насосов является отсутствие сальников. Что это означает для нас? Этот насос никогда, ни при каких условиях не протечет. Он может многократно выработать свой ресурс, в конце концов выйти из строя, но при этом мы можем быть уверены в отсутствии течи. Применяемые в узлах PPU насосы имеют три скорости, переключающиеся на корпусе насоса.
Регулирующий клапан расположен на входе теплоносителя в калорифер. Он осуществляет смешивание остывшего обратного теплоносителя, выходящего из калорифера с прямым теплоносителем, имеющим более высокую температуру и поступающего из внешнего (котлового) контура. Степень открытия регулирующего клапана определяет процентное соотношение прямого и обратного теплоносителей, а в соответствии с этим изменяется и температура поступающего в калорифер теплоносителя. В зависимости от температуры теплоносителя меняется и мощность калорифера. Во всех смесительных узлах PPU применены регулирующие клапаны одного определенного типа - трехходовые смесительные клапаны со штоковым приводом. Преимущество трехходовых клапанов перед двухходовыми - полный контроль над процессом смешения, от полной циркуляции во внутреннем контуре до полностью открытого состояния (без рециркуляции теплоносителя). Штоковые регулирующие клапаны не страдают "болезнью", характерной для поворотных - быстрым износом седла при часто изменяющемся положении.  |  | | двухходовой | трехходовой |
Электропривод регулирующего клапана служит для изменения его положения по электрическому сигналу, приходящему с устройства, регулирующего нагрев воздуха, т.е. с контроллера или температурного регулятора. Электропривод регулирующего клапана смесительных узлов PPU штоковый, в соответствии с типом применяемымого регулирующего клапана. Напряжение питания привода - 24В постоянного или переменного тока, управляющий сигнал 0-10 Вольт. Положение штока меняется пропорционально управляющему сигналу.
| ! | Внимание! Если Вы собрались использовать смесительный узел PPU с автоматикой других производителей, Вы должны помнить о том, что эти приводы с аналоговым управлением, они не поддерживают трехпозиционный управляющий сигнал. |
Привод снабжен электронной защитой и собственной интеллектуальной системой калибровки (производящей определение крайних положений штока). Предусмотрено быстрое закрепление электропривода на клапане без инструментов.
Манометры и термометры, входящие в комплект поставки позволяют в процессе работы наблюдать характеристики нагревателя.
Байпасная линия с баллансировочным вентилем и обратным клапаном служит для баллансировки разных потребителей тепла, работающих совместно в котловом контуре, а также для того, чтобы не допустить прекращения циркуляции теплоносителя в нем при закрытом на проток регулирующем клапане. В системе, подключенной к теплоцентрали, баллансировочный вентиль как правило перекрывают. Фильтр защищает насос и регулирующий клапан от поломок, связанных с попаданием в них крупных частиц загрязнений, которые могут содержаться в отопительной воде. Для обслуживания смесительного узла и калорифера (например для чистки фильтра) используются сервисные шаровые краны на входе в устройство, предназначенные для перекрывания подачи воды. При необходимости система может быть самостоятельно доукомплектована реле протока воды, который будет служить дополнительной ступенью защиты от замерзания. Смесительный узел выбирается из модельной линейки PPU исходя из необходимости соблюдения следующих требований: -Линейность характеристики управления
-Наиболее точное обеспечение заданной рабочей точки
-Обеспечение требуемого режима работы компонентов смесительного узла.
| ! | Внимание! Смесительные узлы PPU производятся заводом согласно модельному ряду как серийное изделие. Ни о какой свободной комплектации речи не идет. Подбор смесительного узла сводится к выбору из модельного ряда изделия с характеристиками, наиболее близкими к требуемой. |
Теперь рассмотрим принципы подбора подробнее.
-Требование линейности характеристики управления.
Это требование означает, что при изменении положения регулирующего клапана (степени открытия) процентное соотношение воды, поступающей из внешнего контура и обратной воды из внутреннего контура меняется линейно, пропорционально степени открытия или по закону, близкому к линейному. Это достигается выбором клапана, гидравлическое сопротивление которого в полностью открытом состоянии "на проток" равно или несколько выше сопротивления остальной части внутреннего контура (то есть, упрощенно говоря, сопротивление регулирующего клапана должно быть больше сопротивления калорифера) при требуемом расходе. Чтобы наглядно показать смысл вышесказанного, попытаемся представить обычный водопроводный кран. В идеале, плавно поворачивая его рукоятку, мы получаем струю воды изменяющейся интенсивности, причем интенсивность будет расти плавно вплоть до полного открытия. Но бывает и по-другому: едва начав открывать водопроводный кран, мы сразу получаем очень сильную струю, а дальнейший поворот рукоятки почти не дает эффекта. "Поймать" нужное положение в этом случае практически невозможно - изменяя положение крана в любую сторону мы как бы "проскакиваем" требуемое положение, что вынуждает нас крутить рукоятку в ту и другую сторону по многу раз. Это означает, что кран "переразмерен" - для данной задачи он слишком большой.
Подобрать регулирующий клапан можно, используя график зависимости потери давления от расхода теплоносителя для этого клапана, либо его характеристику - Kvs. Kvs клапана - это характеристика его пропускной способности, условный объемный расход чистойводы через полностью открытый клапан, (м3/час) при перепаде давлений 1 Бар (100 кПа) при нормальных условиях. Указанная величина является основной характеристикой любого клапана. Чем меньше это значение, тем больше потеря давления теплоносителя при том же расходе. Поскольку гидравлическое сопротивление пропорционально квадрату расхода, формула для потери давления будет выглядеть так: ΔP = (G/Kvs)2
где G - расход, выраженый в М3 в час, а ΔP- потеря давления в барах.
| ! | Внимание! Эта формула справедлива только для чистой воды. Потеря давления для других теплоносителей получается путем пересчета, для этого понадобится знать плотность и вязкость теплоносителя. |
Переразмеренный регулирующий клапан (с завышенным Kvs) может повести себя как переразмеренный водопроводный кран в примере выше - вместо выхода на устойчивое положение он будет открываться и закрываться, проскакивая рабочую точку. Это ухудшает точность регулирования и вызывает ускоренный износ движущихся частей клапана и привода; в особо тяжелых случаях может способствовать замерзанию воды в калорифере.
-Требование наиболее точного обеспечения заданной рабочей точки (протока теплоносителя через калорифер).
Когда регулирующий клапан подобран, появляется задача выбора циркуляционного насоса, достаточного для обеспечения циркуляции нужного количества теплоносителя через внутренний контур (контур калорифера). Насос должен при заданном расходе теплоносителя создавать давление, превышающее суммарные потери давления в калорифере, трехходовом клапане, открытом на 100% подмес и системы труб и соединительной арматуры в этом контуре. Причем чем точнее будет подобран насос, тем ближе рабочая точка расположится к заданной по проекту. Для выбора насоса используется его рабочая характеристика, которая называется расходно-напорной характеристикой и представляет собой график или семейство графиков, построенных для разных скоростей насоса. Обычно на нем наносят область оптимальных характеристик, в которой по возможности должна находиться рабочая точка. Типичная ошибка - выбор слишком производительного насоса; такой же эффект дает насос, подобранный на пониженную скорость (I или II), поставленный при монтаже на III скорость. Эта ошибка повлечет за собой увеличенный расход теплоносителя через калорифер, вследствие чего регулирующий вентиль будет работать не на всем диапазоне положений штока. Вследствие этого ускорится износ деталей, снизится точность регулирования; снижение времени реагирования возможно повлечет за собой перерегулирование.
| ! | Внимание! Рабочая характеристика насоса построена для воды. Характеристика для других теплоносителей получается пересчетом, для этого понадобится знать плотность и вязкость теплоносителя. |
-Требование обеспечения работы всех компонентов смесительного узла в предусмотренных для них заводом-изготовителем режимах.На графике рабочей характеристики насоса мы можем увидеть часть кривой, изображенную жирной линией - она показывает область, в которой насос имеет оптимальные характеристики. Остальная часть характеристики, перед и за этим участком - обычно изображена тонкой линией или пунктиром. Рабочая характеристика насоса на них обеспечивается, но при этом режим работы не оптимален в отношении долговечности или энергопотребления. Следует также обратить внимание на то, чтобы насос не оказался в зоне кавитации (вскипания перекачиваемой жидкости на поверхности лопаток), которая может привести к повышенной шумности, снижению характеристик и разрушению крыльчатки. Регулирующий клапан может также начать кавитировать из-за некорректного подбора. Кроме того, существует опасность того, что слишком большой перепад давления на тарелке регулирующего клапана не даст ему открыться, ее прижмет к седлу клапана напором воды. Проверить условия правильного режима работы всех компонентов смесительного узла помогут данные, содержащиеся в документации на эти компоненты. Кроме сказанного выше важно знать, что слишком высокая скорость движения теплоносителя в трубах обвязки нежелательна, так как вызывает дополнительные потери.
| ! | Внимание! Запрещается превышать предельную температуру теплоносителя 110 оС (см. технические характеристики) |
В последнее время появилась тенденция подбирать регулирующие клапаны с потерей давления несколько ниже, чем у калорифера. Смысл такой тенденции очевиден - снижение потребной мощности насоса. В допустимых пределах нелинейность характеристики действительно не вызывает нестационарного режима регулирования, однако в этом вопросе затруднительно дать какие-либо общие рекомендации, проектировщик здесь действует на свой страх и риск. Где можно и где нельзя применять смесительные узлы PPU 1. Схема, применяющаяся в смесительных узлах PPU предназначена для систем, имеющих невысокий перепад давления между прямой и обратной водой в первичном контуре. В идеале это значение составляет 5 - 30 кПа. Они идеальны для объектов с автономной котельной, например большинства коттеджей. Однако, в системах с высоким перепадом они также могут применяться совместно с автоматическим регулятором перепада давления. 2. Теплоноситель не должен содержать загрязнений и агрессивных веществ, которые могут вывести из строя рабочие части и уплотнения различных частей изделия. 3. В случае использования воды в качестве теплоносителя смесительный узел должен устанавливаться в помещении, в котором температура воздуха не опускается ниже 0 оС.  |  | 1. Привод регулирующего клапана не должен быть повернут вниз
2. Вал насоса должен располагаться горизонтально; электрическая коробка не должна быть повернутой вниз.
3. Отстойник фильтра должен быть направлен вниз. |
1. Смесительный узел следует монтировать в непосредственной близости от калорифера. В случае соединения элементов гидравлической сети гибкими трубками, смесительный узел закрепляется за трубы хомутами к стене или жесткой конструкции. При этом вокруг изделия следует предусмотреть достаточное пространство для обслуживания, предполагающее удобный доступ к элементам изделия, таким как клеммные коробки насоса и электропривода, отстойник фильтра, вентили, регулирующий клапан и электропривод.
2. При выборе места установки изделия и подключении изделия следите за тем, чтобы устройства отвода воздуха котлового контура и смесительного узла находились в местах, где ожидается появление воздушных пузырей.
3. При выборе материала труб, которыми производится подключение, следует помнить, что оцинкованные изделия нельзя применять совместно с гликолевым раствором. Также убедитесь, что полимерные трубы рассчитаны на температуру теплоносителя.
4. Электропривод регулирующего клапана устанавливается на уже смонтированный узел. После установки электропривода на него подается питание, и только после окончания калибровки - управляющий сигнал.
5. При подключении циркуляционного насоса убедитесь, что выполнено его заземление.
6. При выборе места установки следует учесть, что не допускается прямое попадание воды на электрические части изделия и конденсация влаги на них во время работы.
7. Баллансировочным вентилем на байпасе устанавливается потеря давления в байпасной линии с учетом потерь в обратном клапане. При этом надо понимать, что проток теплоносителя через байпасную линию осуществляется и при закрытом на проток регулирующем клапане.
8. В случае, когда смесительный узел PPU установлен на калорифере, являющемся единственном потребителем в котловом контуре, для уменьшения нагрузки на насос котлового контура баллансировочный вентиль следует открыть.
9. В тех системах, где постоянный проток воды нежелателен, например где есть ограничения по максимальной температуре обратной воды, баллансировочный вентиль закрывают полностью.
10.Если при этом трубы котлового контура, идущие к смесительному узлу проходят там, где возможна отрицательная температура воздуха, следует предусмотреть минимально необходимый проток воды, чтобы вода в этих трубах не замерзала. | ! | Внимание! Персонал, производящий подключение, должен иметь достаточную квалификацию. Изделие содержит части, находящиеся под высоким напряжением - производить электромонтаж имеют право только лица, имеющие квалификацию в соответствии с действующим законодательством. |
ЭксплуатацияДля долгой и безопасной эксплуатации калорифера должны выполняться осмотры и обслуживание как самого калорифера, так и его обвязки, производимые с периодичностью как минимум два раза в год - в начале и в конце отопительного сезона.
1. Регулярный осмотр и очистка водяного фильтра. Первая очистка фильтра производится после пробного включения системы, последующие - регулярно, в зависимости от загрязненности теплоносителя. При чистке фильтра сервисные шаровые краны закрываются.
2. После каждого удаления теплоносителя из системы, после обслуживания фильтра или любых других манипуляций, в результате которых в гидравлическом контуре могут оказаться воздушные пузыри, следует удалить их, используя системы воздухоотвода котлового контура, вентили манометров и систему обезвоздушивания насоса. температура окружающей среды | °С | +5...+50 | примечание: при отсутствии теплоизоляции температура теплоносителя должна быть выше температуры окружающей среды, иначе возможно появление конденсата. | | относительная влажность окружающей среды | % | 5...95 | | температура теплоносителя | °С | +2...+110 | | максимальное давление теплоносителя | бар | 10 | | класс защиты | | IP40 |
Габаритные размеры и вес
1. Переразмеренный смесительный узел (см. выше).
2. Подключение напрямую к отопительной сети с высоким перепадом давлений между прямой и обратной водой. Без регулятора перепада давления такая система может начать работать в неправильном режиме.
3. Прискорбно, но частой (хоть и не самой распространенной) ошибкой является монтаж "задом наперед", т.е. когда сторона подключения к теплосети подключается к нагревателю и наоборот. Следует проследить за тем, чтобы персонал, выполняющий подключение, имел в своем распоряжении инструкцию по монтажу.
4. Слишком большое расстояние от смесительного узла до калорифера, а также завышенный диаметр соединительных труб. Это приводит к увеличению времени реагирования.
5. Система, в которой при подборе предполагалось использовать в качестве теплоносителя воду, эксплуатируется с гликолевым раствором. Последствием может быть значительное снижение обеспечиваемой мощности нагревателя, а при высокой концентрации гликоля - перегрев электродвигателя насоса.
6. Неверное положение насоса, привода регулирующего клапана и фильтра (см. рис.).
7. Неверно выставленная скорость насоса (требуемая скорость определяется при подборе).
8. Перепутанные провода питания и управления электропривода.
9. Несвоевременное обслуживание фильтра. Может привести к снижению мощности нагревателя и его замораживанию.
10.Внезапное обесточивание во время зимнего сезона, особенно при работающем вентиляторе.
11.Наличие в гидравлической системе воздушных пузырей (как и предыдущий пункт, грозит замораживанием).
При проектировании и монтаже системы вентиляции после того, как установки кондиционирования воздуха уже подобраны или установлены, возникает необходимость организовать тепло и ходолодоснабжение теплообменников приточных установок. Для того, чтобы система вентиляции работала корректно в расчетные периоды года, необходимо чтобы смесительный узел каждого теплообменника был подобран, таким образом, что бы диапазон его работы максимально соответствовал теплообменнику установки.
Основные проблемы при эксплуатации приточных установок, могу возникнуть из за того, что узел подобран с большим запасом или, наоборот, с заниженными параметрами по проходимости. Если мы имеем проблему с заниженными размерами смесительного узла, тогда, система может не выдать нужные параметры температуры воздуха в период максимальных нагрузок. Если же, в результате ошибки подбора мы имеем завышенные сечения узла, в этом случае регулирование температуры будет происходить с большой инертностью. В случае такого недочета мы получаем большое сечение трубы при маленьком расходе жидкости. Работа клапана в этом случае будет происходить в нижнем диапазоне его движения, и регулирование прохода теплоносителя будет осуществляться не равномерно. Из-за этого и температура воздуха будет колебаться в диапазонах некомфортных температур. Подбирая смесительный узел для Вашего теплообменника, мы несем ответственность, качество его работы, ведь опыт работ в данном направлении позволяет нам гарантировать заказчику, что предложенное нами техническое решение инженерных вопросов данного типа, будет верным, как технически, так и финансово.
| | |
|
| Используется для регулирования температуры жидкости, проходящей через водяной калорифер, и тем самым регулирует температуру приточного воздуха, поступаемого в помещение от приточной системы. Элементы узла обвязки воздухонагревателя подбираются исходя из температуры теплоносителя теплообменника. |
| |
| | |
|
| Предназначен для регулирования расхода и температуры хладагента в теплообменниках охлаждающего контура приточных систем вентиляции. Как правило, давления создаваемого насосом чиллера, работающего на охлаждающий контур, достаточно, для того чтобы система работала в заданном режиме, поэтому стандартное исполнении узла охладителя предлагается без насоса. |
| |
| | |
|
|
| Предназначен для работы водяных теплообменников приточной и вытяжной системы в качестве гликолевых рекуператоров. Задачей узла является не только перенос тепла от одного теплообменника к другому, но и отработка защиты от замерзания теплообменника приточной установки, а так же поддержание давления в контуре за счет расширительного бака. |
| |
| | |
|
| Используется для удобного и быстрого подключения воздушной тепловой завесы к системе трубопроводов и позволяет максимально быстро вывести завесу на заданный тепловой режим. |
|
|
