ventily 

Jak určit pokles tlaku na ventilu. Výběr regulačních ventilů

Kapacita regulačního ventilu Kvs- hodnota koeficientu Kvs je číselně rovna průtoku vody ventilem v m³ / h při teplotě 20 ° C, při které bude tlaková ztráta na ventilu 1 bar. Průchodnost regulačního ventilu pro konkrétní parametry systému můžete vypočítat v části Výpočty na webu.

regulační ventil DN- jmenovitý průměr otvoru ve spojovacích trubkách. Hodnota DN se používá ke sjednocení velikostí potrubní armatury. Skutečný průměr otvoru se může mírně lišit od jmenovitého průměru nahoru nebo dolů. Alternativním označením jmenovité světlosti DN, běžného v postsovětských zemích, byl jmenovitý průměr Du regulačního ventilu. Řada podmíněných průchodů DN potrubních armatur je regulována GOST 28338-89 "Podmíněné průchody (nominální velikosti)".

PN regulační ventil- jmenovitý tlak - nejvyšší přetlak pracovního média o teplotě 20°C, při kterém dlouhodobě a bezpečný provoz. Alternativním označením jmenovitého tlaku PN, běžného v zemích postsovětského prostoru, byl podmíněný tlak Ru ventilu. Množství jmenovitých tlaků PN potrubních armatur je regulováno GOST 26349-84 "Jmenovité (podmíněné) tlaky".

Ovládání dynamického rozsahu, je poměr nejvyšší kapacity plně otevřeného regulačního ventilu (Kvs) k nejmenší kapacitě (Kv), při které je zachována deklarovaná průtoková charakteristika. Dynamický rozsah řízení se také nazývá regulační poměr.

Například poměr otáčení ventilu 50:1 při Kvs 100 znamená, že ventil může řídit průtok 2 m³/h při zachování jeho průtokových charakteristik.

Většina regulačních ventilů má převodové poměry 30:1 a 50:1, ale existují i ​​velmi dobré regulační ventily s převodovým poměrem 100:1.

Autorita regulačního ventilu- charakterizuje regulační schopnost ventilu. Číselně je hodnota autority rovna poměru tlakových ztrát v plně otevřeném šoupátku ventilu k tlakovým ztrátám v regulované části.

Čím nižší je autorita regulačního ventilu, tím více se jeho průtoková charakteristika odchyluje od ideálu a tím méně plynulá bude změna průtoku při pohybu vřetena. Takže například v systému řízeném ventilem s lineární charakteristikou průtoku a nízkou autoritou - uzavření oblasti průtoku o 50 % může snížit průtok pouze o 10 %, zatímco s vysokou autoritou by uzavření o 50 % mělo snížit průtok přes ventil o 40-50%.


Zobrazuje závislost změny relativního průtoku ventilem na změně relativního zdvihu dříku regulačního ventilu při konstantním poklesu tlaku na něm.

Lineární průtoková charakteristika- stejné přírůstky relativního zdvihu tyče způsobují stejné přírůstky relativního průtoku. Regulační ventily s lineární průtokovou charakteristikou se používají v systémech, kde existuje přímý vztah mezi regulovanou veličinou a průtokem média. Regulační ventily s lineární průtokovou charakteristikou jsou ideální pro udržování teploty směsi topného média v předávacích stanicích se závislým připojením k topné síti.

Rovnoprocentní průtoková charakteristika(logaritmický) - závislost relativního zvýšení průtoku na relativním zvýšení zdvihu tyče je logaritmická. Regulační ventily s logaritmickou průtokovou charakteristikou se používají v systémech, kde je regulovaná veličina nelineárně závislá na průtoku regulačním ventilem. Takže například regulační ventily s ekviprocentní průtokovou charakteristikou se doporučují používat v topných systémech pro řízení přenosu tepla topných zařízení, který nelineárně závisí na průtoku chladicí kapaliny. Regulační ventily s logaritmickou průtokovou charakteristikou dokonale řídí tepelný výkon rychloběžných výměníků s nízkým teplotním spádem chladicí kapaliny. V systémech, kde je požadována lineární průtoková charakteristika a není možné udržet vysokou autoritu na regulačním ventilu, se doporučuje používat ventily s ekviprocentní průtokovou charakteristikou. V tomto případě snížená autorita zkresluje ekviprocentní charakteristiku ventilu a přibližuje ji k lineární. Tato vlastnost je pozorována, když autorita regulačních ventilů není nižší než 0,3.

Charakteristika parabolického proudění- závislost relativního zvýšení průtoku na relativním zdvihu tyče se řídí kvadratickým zákonem (prochází podél paraboly). Regulační ventily s parabolickou průtokovou charakteristikou se používají jako kompromis mezi lineárními a ekviprocentními ventily.

hodnota kv.

Regulační ventil vytváří dodatečnou tlakovou ztrátu v síti, aby omezil průtok vody v požadovaných mezích. Průtok vody závisí na diferenčním tlaku na ventilu:

kv - průtok ventilem, ρ - hustota (pro vodu ρ = 1 000 kg / m 3 při teplotě 4 ° C a při 80 ° C ρ = 970 kg / m 3), q - průtok kapaliny, m 3 / hodina , ∆р – diferenční tlak, bar.

Maximální hodnoty k v (k vs) je dosaženo při plně otevřeném ventilu. Tato hodnota odpovídá průtoku vody, vyjádřenému vm 3 /h, pro diferenční tlak 1 bar. Regulační ventil je zvolen tak, aby hodnota kvs poskytovala návrhový průtok pro daný dostupný diferenční tlak, když je ventil provozován za specifikovaných podmínek.

Není snadné určit hodnotu kvs požadovanou pro regulační ventil, protože dostupný diferenční tlak na ventilu závisí na mnoha faktorech:

  • Skutečná hlava čerpadla.
  • Tlaková ztráta v potrubí a armaturách.
  • Ztráta tlaku na svorkách.

Tlaková ztráta zase závisí na přesnosti vyvážení.

Při projektování kotelen se pro různé prvky systému vypočítávají teoreticky správné hodnoty tlakových a průtokových ztrát. V praxi je však vzácné, aby různé prvky měly přesně definované vlastnosti. Při instalaci se zpravidla volí čerpadla, regulační ventily a terminály podle standardních charakteristik.

Regulační ventily se například vyrábějí s hodnotami k vs rostoucími v geometrickém poměru, nazývané řada Reynard:

k vs: 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10 16......

Každá hodnota je přibližně o 60 % větší než ta předchozí.

Není typické, aby regulační ventil poskytoval přesně vypočítanou tlakovou ztrátu pro daný průtok. Pokud je např. požadováno, aby regulační ventil vytvářel tlakovou ztrátu 10 kPa při daném průtoku, pak se v praxi může stát, že ventil s mírně vyšší hodnotou kvs vytvoří tlakovou ztrátu pouze 4 kPa, zatímco ventil s mírně nižší hodnotou kvs zajistí tlakovou ztrátu při 26 kPa pro vypočtený průtok.

∆p (bar), q (m 3 / h)

∆p (kPa), q (l/s)

∆p (mm BC), q (l/h)

∆p (kPa), q (l/h)

q = 10k v √∆p

q = 100k v √∆p

∆p = (36q/kv)2

∆p = (0,1q/kv)2

∆p = (0,01q/kv)2

kv = 36q/√∆p

k v = 0,1 q/√∆p

kv = 0,01q/√∆p

Některé vzorce obsahují spotřebu, k v a ∆p (ρ = 1 000 kg/m3)

Také čerpadla a terminály jsou často ze stejného důvodu předimenzované. To znamená, že regulační ventily pracují téměř zavřené a v důsledku toho nemůže být regulace stabilní. Je také možné, že se tyto ventily periodicky otevírají na maximum, nutně při spuštění, což vede k nadměrnému průtoku v tomto systému a nedostatečnému průtoku v jiných. V důsledku toho by otázka měla znít:

Co když je regulační ventil předimenzovaný?

Je zřejmé, že zpravidla není možné přesně vybrat požadovaný regulační ventil.

Uvažujme případ ohřívače vzduchu 2000 W dimenzovaného na teplotní spád 20 K. Tlaková ztráta je 6 kPa pro návrhový průtok 2000x0,86/20=86 l/h. Pokud je dostupný diferenční tlak 32 kPa a tlaková ztráta v potrubí a armaturách je 4 kPa, měl by být na regulačním ventilu rozdíl 32 - 6 - 4 = 22 kPa.

Požadovaná hodnota k vs bude 0,183.

Je-li minimální dostupná kvs například 0,25, bude průtok namísto požadovaných 86 l/h 104 l/h, což je přebytek o 21 %.

V systémech s proměnným průtokem je rozdílový tlak na svorkách proměnný, protože tlaková ztráta v potrubí závisí na průtoku. Regulační ventily se volí podle konstrukčních podmínek. Při nízkém zatížení je maximální potenciální průtok ve všech instalacích zvýšen a nehrozí příliš nízký průtok v jednom jednotlivém terminálu. Pokud je za návrhových podmínek požadováno maximální zatížení, je velmi důležité zabránit nadměrnému průtoku.

A. Omezení průtoku pomocí vyvažovacího ventilu instalovaného v sérii.

Pokud je za konstrukčních podmínek průtok na otevřeném regulačním ventilu vyšší než požadovaná hodnota, lze k omezení tohoto průtoku instalovat do série vyvažovací ventil. Tím se nezmění skutečný regulační faktor regulačního ventilu, ale dokonce se zlepší jeho výkon (viz obrázek na straně 51). Vyvažovací ventil je zároveň diagnostickým nástrojem a uzavíracím ventilem.


B. Snížený maximální zdvih ventilu.

Pro kompenzaci předimenzovaného regulačního ventilu lze omezit stupeň otevření ventilu. Toto řešení lze uvažovat pro ventily se stejnými procentuálními charakteristikami, protože hodnota kv může být výrazně snížena, čímž se odpovídajícím způsobem sníží stupeň maximálního otevření ventilu. Pokud se stupeň otevření ventilu sníží o 20 %, maximální hodnota kv se sníží o 50 %.

V praxi se vyvažování provádí pomocí vyvažovacích ventilů instalovaných v sérii s plně otevřeným regulačním ventilem. Vyvažovací ventily jsou v každém okruhu seřízeny tak, aby při vypočteném průtoku byla tlaková ztráta 3 kPa.

Stupeň zdvihu regulačního ventilu je omezen při dosažení na vyvažovacím ventilu 3 kPa. Vzhledem k tomu, že zařízení je vyvážené a zůstává vyvážené, požadovaný průtok je skutečně dosažen za projektovaných podmínek.

C. Redukce průtoku s regulačním ventilem ∆p ve skupině.

Diferenční tlak na regulačním ventilu lze stabilizovat, jak je znázorněno na obrázku níže.


Regulační ventil diferenčního tlaku STAP je nastaven na požadovaný průtok pro plně otevřený regulační ventil. V tomto případě musí být regulační ventil přesně dimenzován a jeho regulační faktor se blíží jedné.

Několik základních pravidel

Pokud jsou v terminálech použity dvoucestné regulační ventily, bude většina regulačních ventilů při nízkém zatížení uzavřena nebo téměř uzavřena. Protože je průtok vody nízký, tlaková ztráta na potrubí a armaturách bude zanedbatelná. Celý tlak čerpadla dopadá na regulační ventil, který mu musí odolat. Toto zvýšení diferenčního tlaku ztěžuje regulaci při nízkém průtoku, protože skutečný regulační faktor β" je výrazně snížen.

Předpokládejme, že regulační ventil je dimenzován na tlakovou ztrátu 4 % hlavy čerpadla. Pokud systém pracuje s nízkým průtokem, diferenční tlak se pak vynásobí 25. Pro stejné otevření ventilu se pak průtok vynásobí 5 (√25 = 5). Ventil je nuceně ovládán v téměř uzavřené poloze. To může vést k hluku a kolísání požadované hodnoty (za těchto nových provozních podmínek je ventil pětinásobně předimenzován).

Někteří autoři proto doporučují navrhnout systém tak, aby vypočtená tlaková ztráta na regulačních ventilech byla minimálně 25 % dopravní výšky čerpadla. V tomto případě při nízkém zatížení nepřekročí nadměrný průtok na regulačních ventilech faktor 2.

Vždy je velmi obtížné najít regulační ventil, který vydrží tak vysoký diferenční tlak bez hluku. Při použití svorek s nízkým výkonem je také obtížné najít dostatečně malé ventily, které splňují výše uvedená kritéria. Kromě toho musí být omezeny změny diferenčního tlaku v systému, například pomocí sekundárních čerpadel.

S přihlédnutím k této dodatečné koncepci musí kalibrace dvoucestného regulačního ventilu splňovat následující podmínky:

  • Když systém pracuje za normálních podmínek, je třeba vypočítat průtok při plně otevřeném ventilu. Pokud je průtok vyšší, než je specifikováno, vyvažovací ventil v sérii by měl průtok omezit. Potom pro regulátor typu PI bude přijatelný regulační faktor 0,30. Pokud jsou regulační hodnoty nižší, měl by být regulační ventil nahrazen menším ventilem.
  • Hlava čerpadla musí být taková, aby tlaková ztráta na dvoucestných regulačních ventilech byla alespoň 25 % hlavy čerpadla.

Pro on-off regulátory je koncept regulačních parametrů irelevantní, protože regulační ventil je buď otevřený nebo zavřený. Jeho vlastnosti proto nemají velký význam. V tomto případě je průtok mírně omezen vyvažovacím ventilem instalovaným v sérii.

Existuje názor, že výběr třícestného ventilu nevyžaduje předběžné výpočty. Tento názor vychází z předpokladu, že celkový průtok odbočkou AB - nezávisí na zdvihu táhla a je vždy konstantní. Ve skutečnosti průtok společnou odbočkou AB kolísá v závislosti na zdvihu vřetena a amplituda kmitání závisí na autoritě trojcestného ventilu v regulované části a jeho průtokové charakteristice.

Metoda výpočtu třícestného ventilu

Výpočet třícestného ventilu provést v následujícím pořadí:

  • 1. Volba optimální charakteristiky proudění.
  • 2. Stanovení regulační kapacity (autorita ventilu).
  • 3. Stanovení průchodnosti a jmenovitého průměru.
  • 4. Výběr elektrického pohonu regulačního ventilu.
  • 5. Zkontrolujte hluk a kavitaci.

Výběr charakteristiky proudění

Závislost průtoku ventilem na zdvihu vřetene se nazývá průtoková charakteristika. Typ průtokové charakteristiky určuje tvar kuželky a sedla ventilu. Protože třícestný ventil má dvě šoupátka a dvě sedla, má také dvě průtokové charakteristiky, první je charakteristika podél přímého zdvihu - (A-AB) a druhá podél kolmého - (B-AB).


Lineární/lineární. Celkový průtok odbočkou AB je konstantní pouze tehdy, když je autorita ventilu rovna 1, což je prakticky nemožné zajistit. Provoz třícestného ventilu s autoritou 0,1 bude mít za následek kolísání celkového průtoku během pohybu vřetene v rozsahu od 100 % do 180 %. Ventily s lineární/lineární charakteristikou se proto používají v systémech, které nejsou citlivé na kolísání průtoku, nebo v systémech s autoritou ventilu alespoň 0,8.

logaritmický/logaritmický. Minimální kolísání celkového průtoku odbočkou AB u třícestných ventilů s logaritmickou / logaritmickou charakteristikou průtoku je pozorováno při autoritě ventilu 0,2. Současně se snížení autority ve vztahu k zadané hodnotě zvyšuje a zvýšení - snižuje celkový průtok odbočkou AB. Kolísání průtoku v rozsahu autorit od 0,1 do 1 je od +15 % do -55 %.

log/lineární. Třícestné ventily s logaritmickou/lineární průtokovou charakteristikou se používají, pokud cirkulační kroužky procházející přípojkami A-AB a B-AB vyžadují regulaci podle různých zákonů. Ke stabilizaci průtoku během pohybu dříku ventilu dochází při autoritě rovné 0,4. Kolísání celkového průtoku odbočkou AB v rozsahu pravomocí od 0,1 do 1 je od +50 % do -30 %. Regulační ventily s logaritmickou / lineární průtokovou charakteristikou jsou široce používány v řídicích jednotkách pro topné systémy a výměníky tepla.

Výpočet autority

Autorita třícestného ventilu se rovná poměru tlakové ztráty na ventilu k tlakové ztrátě na ventilu a regulovaném úseku. Hodnota autority pro třícestné ventily určuje rozsah kolísání celkového průtoku portem AB.

10% odchylka okamžitá spotřeba přes port AB během pohybu tyče je vybaven následujícími hodnotami oprávnění:

  • A+ = (0,8-1,0) - pro lineární/lineární ventil.
  • A+ = (0,3-0,5) - pro ventil s logaritmickou / lineární charakteristikou.
  • A+ = (0,1-0,2) - pro ventil s logaritmickou / logaritmickou charakteristikou.

Výpočet šířky pásma

Závislost tlakové ztráty na ventilu z průtoku jím je charakterizována kapacitním faktorem Kvs. Hodnota Kvs je číselně rovna průtoku v m³/h plně otevřeným ventilem, při kterém je tlaková ztráta na něm 1 bar. Hodnota Kvs třícestného ventilu je zpravidla stejná pro zdvihy A-AB a B-AB, ale pro každý zdvih jsou ventily s jinou kapacitou.

S vědomím, že když se průtok změní "n" krát, tlaková ztráta na ventilu se změní "n²" krát, není obtížné určit požadovanou Kvs regulačního ventilu nahrazením vypočteného průtoku a tlakové ztráty do rovnice. Z nomenklatury je vybrán třícestný ventil s hodnotou koeficientu průchodnosti nejbližší hodnotě získané z výpočtu.

Výběr elektrického pohonu

Elektrický pohon je přizpůsoben dříve zvolenému třícestnému ventilu. Elektrické pohony se doporučuje vybrat ze seznamu kompatibilních zařízení uvedených ve specifikacích ventilu, přičemž je třeba věnovat pozornost:

  • Rozhraní pohonu a ventilu musí být kompatibilní.
  • Zdvih servomotoru musí být minimálně zdvih vřetena ventilu.
  • V závislosti na setrvačnosti regulované soustavy by se měly používat pohony s různou rychlostí působení.
  • Uzavírací síla pohonu určuje maximální diferenční tlak na ventilu, při kterém jej může pohon zavřít.
  • Jeden a tentýž elektrický pohon zajišťuje uzavření třícestného ventilu pro směšování a separaci průtoku při různých tlakových ztrátách.
  • Napájecí napětí a řídicí signál měniče se musí shodovat s napájecím napětím a řídicím signálem řídicí jednotky.
  • Rotační třícestné ventily se používají s rotačními a sedlové ventily s lineárním elektrickým pohonem.

Výpočet pro možnost kavitace

Kavitace je vznik bublinek páry ve vodním proudu, který se projevuje, když v něm tlak klesne pod tlak nasycení vodní páry. Bernoulliho rovnice popisuje vliv zvýšení rychlosti proudění a snížení tlaku v něm, ke kterému dochází při zúžení průtočného průřezu. Oblast průtoku mezi uzávěrem a sedlem třícestného ventilu je velmi zúžená, tlak ve kterém může klesnout až na saturační tlak a místo, kde se s největší pravděpodobností tvoří kavitace. Bubliny páry jsou nestabilní, objevují se ostře a také se prudce hroutí, což vede k vyžírání kovových částic z uzávěru ventilu, což nevyhnutelně způsobí předčasné opotřebení. Kromě opotřebení vede kavitace ke zvýšené hlučnosti při provozu ventilu.


Hlavní faktory ovlivňující výskyt kavitace:

  • Teplota vody – čím vyšší je, tím větší je pravděpodobnost kavitace.

  • Tlak vody – před regulačním ventilem, čím je vyšší, tím je menší pravděpodobnost, že způsobí kavitaci.

  • Přípustné tlakové ztráty – čím vyšší jsou, tím vyšší je pravděpodobnost kavitace. Zde je třeba poznamenat, že v poloze ventilu blízko uzavření má přiškrcený tlak na ventil tendenci k dostupnému tlaku v regulované oblasti.

  • Kavitační charakteristika třícestného ventilu je dána charakteristikou škrtícího prvku ventilu. Kavitační koeficient se pro různé typy regulačních ventilů liší a měl by být uveden v jejich technických charakteristikách, ale protože většina výrobců tuto hodnotu neuvádí, zahrnuje algoritmus výpočtu řadu nejpravděpodobnějších kavitačních koeficientů.

V důsledku kavitačního testu lze získat následující výsledek:

  • "Ne" - kavitace určitě nebude.
  • "Možné" - u ventilů některých provedení se může vyskytnout kavitace, doporučuje se změnit některý z výše popsaných ovlivňujících faktorů.
  • "Ano" - kavitace určitě bude, změňte jeden z faktorů ovlivňujících vznik kavitace.

Výpočet hluku

Může způsobit vysoký průtok na vstupu 3cestného ventilu vysoká úroveň hluk. Pro většinu místností, kde jsou instalovány regulační ventily, je přípustná hladina hluku 35-40 dB(A), což odpovídá rychlosti na vstupu ventilu asi 3 m/s. Proto se při výběru třícestného ventilu nedoporučuje překračovat uvedené otáčky.


Specifika výpočtu dvoucestného ventilu

Vzhledem k tomu:

prostředí - voda, 115C,

∆prostup = 40 kPa (0,4 bar), ∆ppipe = 7 kPa (0,07 bar),

∆tepelná výměna = 15 kPa (0,15 bar), jmenovitý průtok Qnom = 3,5 m3/h,

minimální průtok Qmin = 0,4 m3/h

Způsob platby:

∆prostup = ∆pventil + ∆ppipe + ∆výměna tepla =
∆pventil = ∆prostor - ∆ppipe - ∆výměna tepla = 40-7-15 = 18 kPa (0,18 bar)

Bezpečnostní přídavek na pracovní toleranci (za předpokladu, že průtok Q nebyl nadhodnocen):

Kvs = (1,1 až 1,3). Kv = (1,1 až 1,3) x 8,25 = 9,1 až 10,7 m3/h
Ze sériově vyráběné řady hodnot Kv volíme nejbližší hodnotu Kvs, tzn. Kvs = 10 m3/h. Tato hodnota odpovídá světlému průměru DN 25. Pokud vybereme ventil se závitovým připojením PN 16 z šedé litiny, získáme číslo (objednací číslo) typu:
RV 111 R 2331 16/150-25/T
a odpovídající pohon.

Stanovení hydraulické ztráty zvoleného a vypočteného regulačního ventilu při plném otevření a daném průtoku.

Takto vypočítané skutečné hydraulická ztráta regulační ventily by se měly promítnout do hydraulického výpočtu sítě.

kde a musí být alespoň 0,3. Kontrola provedena: výběr ventilu odpovídá podmínkám.

Upozornění: Výpočet autority dvoucestného regulačního ventilu se provádí ve vztahu k diferenčnímu tlaku na ventilu v uzavřeném stavu, tzn. dostupný tlak větve ∆paccess při nulovém průtoku, a nikdy ne vzhledem k tlaku čerpadla ∆ppump, v důsledku vlivu tlakových ztrát v potrubí sítě až do místa připojení regulované větve. V tomto případě pro pohodlí předpokládáme

Regulační řízení postoje

Proveďme stejný výpočet pro minimální průtok Qmin = 0,4 m3/h. Minimální průtok odpovídá tlakovým ztrátám , , .

Požadovaný regulační poměr

musí být menší než nastavený regulační poměr ventilu r = 50. Výpočet těmto podmínkám vyhovuje.

Typické uspořádání regulační smyčky pomocí dvoucestného regulačního ventilu.


Specifika výpočtu třícestného směšovacího ventilu

Vzhledem k tomu:

prostředí - voda, 90C,

statický tlak v místě připojení 600 kPa (6 bar),

∆ppipe2 = 35 kPa (0,35 bar), ∆ppipe = 10 kPa (0,1 bar),

∆výměna tepla = 20 kPa (0,2), jmenovitý průtok Qnom = 12 m3/h

Způsob platby:



Bezpečnostní přídavek na pracovní toleranci (za předpokladu, že průtok Q nebyl nadhodnocen):
Kvs = (1,1-1,3) x Kv = (1,1-1,3) x 53,67 = 59,1 až 69,8 m3/h
Ze sériově vyráběné řady hodnot Kv volíme nejbližší hodnotu Kvs, tzn. Kvs = 63 m3/h. Tato hodnota odpovídá světlému průměru DN65. Pokud zvolíme ventil z tvárné litiny s přírubou, dostaneme typ č.
RV 113 M 6331-16/150-65

Podle požadavků pak vybereme vhodný pohon.

Stanovení skutečné hydraulické ztráty zvoleného ventilu při plném otevření

Vypočtená skutečná hydraulická ztráta regulačních ventilů se tedy musí promítnout do hydraulického výpočtu sítě.

Upozornění: U třícestných ventilů je nejdůležitější podmínkou pro bezchybný provoz minimální diferenční tlak
na přípojkách A a B. Třícestné ventily se dokážou vyrovnat se značným rozdílem tlaků mezi přípojkami A a B, avšak za cenu deformace regulační charakteristiky a tím i zhoršení regulační schopnosti. Pokud tedy existuje byť jen sebemenší pochybnost o tlakovém rozdílu mezi oběma přípojkami (např. pokud je na primární síť přímo připojen trojcestný ventil bez tlakového prostoru), doporučujeme použít v připojení dvoucestný ventil s tvrdým obvodem pro dobré ovládání.

Typické uspořádání regulačního potrubí pomocí třícestného směšovacího ventilu.


), uvnitř kterého se nachází měchová nádoba naplněná pracovní kapalinou (plyn, kapalina, pevná látka) s vysokým koeficientem objemové roztažnosti. Když se změní teplota vzduchu obklopujícího měch, pracovní tekutina se roztáhne nebo smrští a deformuje měch, který zase působí na dřík ventilu, otevírá nebo zavírá jej ( rýže. jeden).

Rýže. 1. Schéma činnosti termostatického ventilu

Hlavní hydraulickou charakteristikou termostatického ventilu je kapacita kv. Jedná se o průtok vody, kterým je ventil schopen procházet s tlakovou ztrátou 1 bar. index " PROTI» znamená, že koeficient se vztahuje k hodinovému objemovému průtoku a je měřen v m3/h. Při znalosti kapacity ventilu a průtoku vody přes něj je možné určit tlakovou ztrátu na ventilu pomocí vzorce:

Δ P do = ( PROTI / K v) 2 100 kPa.

Regulační ventily mají v závislosti na stupni otevření různou průchodnost. Plná propustnost otevřít ventil označené Kvs. Tlaková ztráta na termostatickém ventilu radiátoru v hydraulických výpočtech se zpravidla neurčuje při plném otevření, ale pro určité proporcionální pásmo - X p.

X p je zóna činnosti termostatického ventilu v rozsahu od teploty vzduchu při úplném uzavření (bod S na regulačním grafu) do uživatelem definované hodnoty tolerance teploty. Například pokud poměr kv dáno na X p= S– 2 a termočlánek je nastaven do takové polohy, že při teplotě vzduchu 22 ˚С bude ventil zcela uzavřen, pak tento koeficient bude odpovídat poloze ventilu při teplotě okolí 20 ˚С.

Z toho můžeme usoudit, že teplota vzduchu v místnosti se bude pohybovat od 20 do 22 ˚С. Indikátor XP ovlivnit přesnost teploty. V XP = (S- 1) rozsah udržování teploty vnitřního vzduchu bude do 1 ˚С. V XP = (S– 2) – rozsah 2 ˚С. Zóna X p = ( S– max) charakterizuje provoz ventilu bez teplotně citlivého prvku.

V souladu s GOST 30494-2011 „Obytné a veřejné budovy. Parametry vnitřního mikroklimatu“, během chladného období v obývacím pokoji se optimální teploty pohybují od 20 do 22 ˚С, to znamená, že rozsah udržování teploty v obytných prostorách budov by měl být 2 ˚С. Pro výpočet obytných budov je tedy nutné zvolit hodnoty propustnosti při XP = (S – 2).

Rýže. 2. Termostatický ventil VT.031

Na rýže. 3 jsou zobrazeny výsledky testu na lavici ( rýže. 2) s termostatickým prvkem VT.5000 nastaveným na "3". Tečka S na grafu je to teoretický uzavírací bod ventilu. To je teplota, při které má ventil tak malý průtok, že jej lze považovat za prakticky uzavřený.


Rýže. 3. Uzavírací křivka ventilu VT.031 s termočlánkem VT.5000 (poz. 3) při tlakové ztrátě 10 kPa Obr.

Jak můžete vidět na grafu, ventil se uzavírá při 22°C. S poklesem teploty vzduchu se kapacita ventilu zvyšuje. Graf ukazuje hodnoty průtoku vody ventilem při teplotě 21 ( S– 1) a 22 ( S– 2) ˚С.

V tab. jeden hodnoty pasu kapacity termostatického ventilu VT.031 jsou uvedeny pro různé XP.

Tabulka 1. Pasové hodnoty kapacity ventilu VT.031

Ventily jsou testovány na speciálním stojanu, který je zobrazen na rýže. 4. Během testu je konstantní tlakový spád na ventilu udržován na 10 kPa. Teplota vzduchu je simulována pomocí termostatické vodní lázně, do které je ponořena termohlavice. Teplota vody ve vaně se postupně zvyšuje, přičemž se zaznamenává průtok vody ventilem až do jeho úplného uzavření.


Rýže. 4. Zkoušky ventilu VT.032 na zkušební stolici pro průchodnost v souladu s GOST 30815-2002

Kromě hodnot průchodnosti se termostatické ventily vyznačují takovým ukazatelem, jako je maximální pokles tlaku. Jedná se o takový pokles tlaku na ventilu, při kterém si zachovává vlastnosti pasového řízení, nevytváří hluk a také při kterém nebudou všechny prvky ventilu podléhat předčasnému opotřebení.

V závislosti na provedení mají termostatické ventily různé maximální tlakové ztráty. Většina termostatických radiátorových ventilů na trhu má tuto charakteristiku 20 kPa. Současně by se podle bodu 5.2.4 GOST 30815-2002 teplota, při které se ventil uzavírá při maximálním poklesu tlaku, neměla lišit od uzavírací teploty při poklesu tlaku 10 kPa o více než 1 ˚С.

Od grafu dále rýže. Pět je vidět, že ventil VT.031 se zavírá při 22 ˚С při poklesu tlaku 10 kPa a nastavení termočlánku „3“.


Rýže. 5. Uzavírací křivky ventilu VT.031 s termočlánkem VT.5000 při tlakové ztrátě 10 kPa (modrá čára) a 100 kPa (červená čára) Obr.

Při poklesu tlaku 100 kPa se ventil uzavře při 22,8°C. Vliv diferenčního tlaku je 0,8 ˚C. Tedy v reálných provozních podmínkách takového ventilu při poklesu tlaku od 0 do 100 kPa, když je termočlánek nastaven na číslo "3", bude rozsah uzavírací teploty ventilu od 22 do 23 ˚С.

Pokud se v reálných provozních podmínkách tlaková ztráta na ventilu zvýší více než maximum, může ventil vytvářet nepřijatelný hluk a jeho vlastnosti se budou také výrazně lišit od pasových.

Co způsobuje zvýšení poklesu tlaku na termostatickém ventilu během provozu? Faktem je, že v moderních dvoutrubkových topných systémech se průtok chladicí kapaliny v systému neustále mění v závislosti na aktuální spotřebě tepla. Některé termostaty otevírají, některé zavírají. Změna průtoků po úsecích vede ke změně rozložení tlaků.

Zvažte například nejjednodušší obvod ( rýže. 6) se dvěma radiátory. Před každým radiátorem je instalován termostatický ventil. Na společném vedení je regulační ventil.


Rýže. 6. Výpočtové schéma se dvěma radiátory

Předpokládejme, že tlaková ztráta na každém termostatickém ventilu je 10 kPa, tlaková ztráta na ventilu je 90 kPa, celkový průtok chladiva je 0,2 m 3 /h a průtok chladiva každým radiátorem je 0,1 m 3 /h. Tlakové ztráty v potrubí zanedbáváme. Celková tlaková ztráta v tomto systému je 100 kPa a je udržována konstantní. Hydrauliku takového systému lze reprezentovat následujícím systémem rovnic:

kde PROTI o - celková spotřeba, m 3 / h, PROTI p - průtok radiátory, m 3 / h, kv c - kapacita ventilu, m 3 / h, kv protože - kapacita termostatických ventilů, m 3 / h, Δ P c - pokles tlaku na ventilu, Pa, Δ P protože - pokles tlaku na termostatickém ventilu, Pa.


Rýže. 7. Výpočtové schéma s vyřazeným radiátorem

Předpokládejme, že v místnosti, kde je instalován horní radiátor, se teplota zvýšila a termostatický ventil zcela zablokoval průtok chladicí kapaliny skrz něj ( rýže. 7). V tomto případě bude celý průtok procházet pouze spodním radiátorem. Pokles tlaku v systému je vyjádřen následujícím vzorcem:

kde V o ′ je celkový průtok v systému po vypnutí jednoho termostatického ventilu, m 3 / h, V p ′ je průtok chladicí kapaliny chladičem, v tomto případě se bude rovnat celkovému průtoku; m3/h.

Vezmeme-li v úvahu, že tlakový rozdíl je udržován konstantní (rovný 100 kPa), pak je možné určit průtok, který se nastaví v systému po vypnutí jednoho z radiátorů.


Tlaková ztráta na ventilu se bude snižovat, když se celkový průtok ventilem sníží z 0,2 na 0,17 m 3 /h. Tlaková ztráta na termostatickém ventilu se naopak zvýší, protože průtok jím vzrostl z 0,1 na 0,17 m 3 / h. Tlaková ztráta na ventilu a termostatickém ventilu bude:

Z výše uvedených výpočtů můžeme usoudit, že tlaková ztráta na termostatickém ventilu spodního radiátoru při otevírání a zavírání termostatického ventilu horního radiátoru se bude pohybovat od 10 do 30,8 kPa.

Co se ale stane, když oba ventily blokují pohyb chladicí kapaliny? V tomto případě bude tlaková ztráta na ventilu nulová, protože přes něj nedojde k žádnému pohybu chladicí kapaliny. Proto bude rozdíl tlaků před šoupátkem / za šoupátkem v každém ventilu radiátoru roven dostupnému tlaku a bude 100 kPa.

Pokud jsou použity ventily s povoleným diferenčním tlakem nižším než je tato hodnota, může se ventil otevřít, i když to není potřeba. Proto musí být tlaková ztráta v regulované části sítě nižší než maximální povolená tlaková ztráta na každém termostatu.

Předpokládejme, že místo dvou chladičů je v systému instalována určitá sada chladičů. Pokud se v určitém okamžiku všechny termostaty, kromě jednoho, uzavřou, bude tlaková ztráta na ventilu mít tendenci k 0 a pokles tlaku na otevřeném termostatickém ventilu bude mít tendenci k dostupnému tlaku, tj. například k 100 kPa. .

V tomto případě bude mít průtok chladicí kapaliny otevřeným chladičem tendenci k hodnotě:

To znamená, že v nejnepříznivějším případě (pokud zůstane otevřený pouze jeden z mnoha radiátorů) se průtok na otevřeném radiátoru zvýší více než třikrát.

Jak moc se změní výkon topidla při takovém zvýšení spotřeby? Odvod tepla Q sekční radiátor se vypočítá podle vzorce:

kde Q n - jmenovitý výkon ohřívače, W, Δ t cp - průměrná teplota ohřívače, ˚С, t c – vnitřní teplota vzduchu, ˚С, PROTI pr - průtok chladicí kapaliny ohřívačem, n je součinitel závislosti prostupu tepla na průměrné teplotě zařízení, p je součinitel závislosti prostupu tepla na průtoku chladiva.

Předpokládejme, že ohřívač má jmenovitý tepelný výkon Qн = 2900 W, konstrukční parametry chladicí kapaliny 90/70 ˚С. Koeficienty pro radiátor jsou akceptovány: n= 0,3, p = 0,015. Během fakturačního období bude mít takový ohřívač při průtoku 0,1 m 3 / h následující výkon:


Pro zjištění výkonu zařízení při Vр''=0,316 m³⁄h je nutné vyřešit soustavu rovnic:


Pomocí metody postupných aproximací získáme řešení této soustavy rovnic:


Z toho můžeme usoudit, že v topném systému za nejnepříznivějších podmínek, kdy jsou všechna topná zařízení, kromě jednoho, v oblasti zablokována, může pokles tlaku na termostatickém ventilu vzrůst na dostupný tlak. Ve výše uvedeném příkladu se s dostupným tlakem 100 kPa zvýší průtok třikrát, zatímco výkon zařízení se zvýší pouze o 17 %.

Zvýšení výkonu ohřívače povede ke zvýšení teploty vzduchu ve vytápěné místnosti, což následně způsobí uzavření termostatického ventilu. Kolísání diferenčního tlaku na termostatickém ventilu během provozu v mezích pasové maximální hodnoty diferenciálu je tedy přijatelné a nepovede k narušení systému.

V souladu s GOST 30815-2002 je maximální tlaková ztráta na termostatickém ventilu stanovena výrobcem, aby byly splněny požadavky na bezhlučnost a zachování regulačních charakteristik. Výroba ventilu se širokým rozsahem přípustných tlakových ztrát je však spojena s určitými konstrukčními obtížemi. Zvláštní požadavky jsou také kladeny na přesnost výroby dílů ventilů.

Většina výrobců vyrábí ventily s maximální tlakovou ztrátou 20 kPa.

Výjimkou jsou ventily VALTEC VT.031 a VT.032 () s maximální tlakovou ztrátou 100 kPa ( rýže. 8) a ventily řady Giacomini R401-403 s maximálním diferenčním tlakem 140 kPa ( rýže. devět).


Rýže. 8. Technické vlastnosti radiátorových ventilů VT.031, VT.032


Rýže. 9. Fragment technický popis termostatický ventil Giacomin R403


Rýže. 10. Fragment technického popisu termostatického ventilu

Při studiu technické dokumentace musíte být opatrní, někteří výrobci totiž přešli na praxi bankéřů – vkládat do poznámek malý text.

Na rýže. 10 je uveden fragment z technického popisu jednoho z typů termostatických ventilů. V hlavním sloupci je uvedena hodnota maximálního diferenčního tlaku 0,6 bar (60 kPa). V poznámce pod čarou je však poznámka, že skutečný provozní rozsah ventilu je omezen pouze na 0,2 baru (20 kPa).

Rýže. 11. Cívka termostatického ventilu s axiálním upevněním těsnění

Omezení je způsobeno hlukem generovaným ve ventilu při vysokých poklesech tlaku. Zpravidla to platí pro ventily se zastaralou konstrukcí šoupátka, u kterých je těsnicí guma jednoduše upevněna uprostřed nýtem nebo šroubem ( rýže. jedenáct).

Při velkých tlakových spádech se těsnění takového ventilu začne chvět kvůli neúplnému dosednutí na desku cívky, což způsobí akustické vlny (hluk).

Zvýšený přípustný pokles tlaku u ventilů VALTEC a Giacomini je dosažen díky zásadně odlišné konstrukci šoupátkových sestav. Zejména ventily VT.031 mají mosazný plunžr cívky „vystlaný“ elastomerem EPDM ( rýže. 12).

Rýže. 12. Pohled na sestavu šoupátka ventilu VT.031

Nyní je vývoj termostatických ventilů s širokým rozsahem provozních tlakových ztrát jednou z priorit mnoha společností.

    Na základě výše uvedeného lze pro návrh otopných soustav s termostatickými ventily učinit následující doporučení:
  1. Kapacitní koeficient termostatického ventilu se doporučuje stanovit na základě dovoleného teplotního rozsahu obsluhovaných prostor. Například pro obytné místnosti podle GOST 30494-2011 jsou optimální parametry vnitřního vzduchu v rozmezí 20–22 ˚С. Hodnota Kv se v tomto případě bere při Xp = S – 2.
    V místnostech kategorie 3a (prostor s hromadným pobytem osob, ve kterých lidé převážně sedí bez pouličního oblečení) je optimální teplotní rozsah 20–21 ˚С. Pro tyto prostory se doporučuje brát hodnotu Kv při Xp = S - 1.
  2. Na cirkulačních kroužcích topného systému musí být instalována zařízení (obtokové ventily nebo regulátory diferenčního tlaku), které omezují maximální tlakovou ztrátu tak, aby tlaková ztráta na ventilu nepřekročila limitní pasportní hodnotu.

Zde je několik příkladů výběru a instalace zařízení pro omezení poklesu tlaku v prostoru s termostatickými ventily.

Příklad 1 Odhadované tlakové ztráty v systému vytápění bytu ( rýže. 13), včetně termostatických ventilů, jsou 15 kPa. Maximální diferenční tlak na termostatických ventilech je 20 kPa (0,2 bar). Tlaková ztráta na kolektoru včetně ztrát na měřičích tepla, vyvažovacích ventilech a dalších armaturách odebereme 8 kPa. V důsledku toho je tlaková ztráta do kolektoru 23 kPa.

Pokud nainstalujete regulátor diferenčního tlaku nebo obtokový ventil až k rozdělovači, tak při uzavření všech termostatických ventilů v této větvi bude na nich rozdíl 23 kPa, což přesahuje pasportní hodnotu (20 kPa). V tomto systému tedy musí být regulátor diferenčního tlaku nebo obtokový ventil instalován na každém výstupu za rozdělovačem a musí být nastaven na diferenciál 15 kPa.


Rýže. 13. Schéma například 1

Příklad. 2. Pokud připustíme ne slepý, ale sálavý systém vytápění bytu ( rýže. čtrnáct), pak bude tlaková ztráta v něm mnohem nižší. V daném příkladu systému kolektor-paprsk jsou ztráty v každé smyčce radiátoru 4 kPa. Tlaková ztráta na bytovém rozdělovači se předpokládá 3 kPa a tlaková ztráta na patrovém rozdělovači je 8 kPa.

V tomto případě lze regulátor diferenčního tlaku umístit před patrový kolektor a nastavit jej na diferenciál 15 kPa. Takové schéma umožňuje snížit počet regulátorů diferenčního tlaku a výrazně snížit náklady na systém.


Rýže. 14. Schéma například 2

Příklad 3 V této verzi se používají s maximální tlakovou ztrátou 100 kPa ( rýže. 15). Stejně jako v prvním příkladu předpokládáme, že tlaková ztráta v systému vytápění bytu je 15 kPa. Tlaková ztráta na vstupním uzlu bytu (bytová stanice) 7 kPa. Před bytovou stanicí bude tlaková ztráta 23 kPa. V desetipatrové budově může být celková délka dvojice stoupaček otopného systému cca 80 m (součet přívodního a vratného potrubí).

Rýže. 15. Schéma například

Při průměrné lineární tlakové ztrátě podél stoupačky 300 Pa/m bude celková tlaková ztráta ve stoupačkách 24 kPa. Z toho vyplývá, že tlaková ztráta ve spodní části stoupaček bude 47 kPa, což je méně než maximální povolená tlaková ztráta na ventilu.

Pokud namontujete regulátor na diferenční tlak na stoupačce a nastavíte jej na tlak 47 kPa, pak i když se uzavřou všechny radiátorové ventily připojené k této stoupačce, pokles tlaku na nich bude menší než 100 kPa.

Je tak možné výrazně snížit náklady na otopnou soustavu instalací jednoho regulátoru na patě stoupaček namísto deseti regulátorů diferenčního tlaku v každém podlaží.