Классические регулирующие клапаны Принцип действия классического регулирующего клапана раскрыт на примере регулятора перепада давления (рис. 1), который используется для балансировки гидравлических систем. Давление до потребителя (∆p+) действует на низ мембраны (2), давление после потребителя (∆p–) действует на верх мембраны. Пока разность давлений ∆p = ∆p+ – ∆p– меньше, чем сила пружины (2), клапан полностью открыт. Если разность давлений увеличивается, клапан закрывается до тех пор, пока равновесие не восстановится. При восстановленном равновесии верна формула ∆pSM = Fmax – kh ± Fтр, где SM – активная поверхность мембраны, Fmax – сила пружины при полностью открытом клапане, k – упругая постоянная пружины, h – высота штока (полный ход) клапана. Fтр – сила трения, значение которой зависит от направления движения – сила трения действует против суммарных остаточных сил. Расход через замкнутую систему (рис. 2) меняется, если клапан (рис. 2, 1) закрывается. Пока ∆p мал, клапан полностью открыт, кривая характеристики расхода насоса следующая (рис. 3, дуга между A и B).В точке B, ∆p начинает закрывать регулятор перепада давления (рис. 3, 2, дуга B–C). Чем меньше постоянная упругости пружины, тем круче кривая расхода. В точке C плунжер клапана (рис. 1, 3) касается седла (рис. 1, 4).Когда плунжер движется по направлению к точке кипения, плотного закрытия, кривая идет менее круто (C–D), потом появляется добавочная сила, необходимая для сжатия резинового седла. Если клапан (рис. 2, 1) открывается, кривая параллельно сдвигается влево, потому что действует сила трения (кривая D–E–F–A).Некоторые свойства клапанов отображены на рис. 3: гистерезис, как результат трения, пропорциональный диапазон, как следствие закона Хука для пружины, давление уплотнителей, как следствие сжатия резины. В общем, мы можем сказать малые гистерезис, пропорциональный диапазон и давление уплотнителей улучшают работу клапана. Регулирующие клапаны Inline Основное отличие между клапанами Inline и классическим клапаном показано на диаграмме. Диафрагма классического клапана удалена, «подвешена» от его тела (рис. 1, 5), в то время как специально разработанная мембрана (с двумя боковыми волнами и каналом в середине) клапана Inline расположена перпендикулярно направлению потока и симметрично трубопроводу (рис. 5). Цилиндрическое седло клапана движется под влиянием сил, которые действуют на мембрану, пока плунжер клапана не зафиксируется. Так как вода в клапане Inline меняет скорость (направление и величину) незначительно, гидравлическое сопротивление мало в сравнении с классическими клапанами с определенным диаметром седла. Сравнение Kvs клапанов Inline и классических клапанов в зависимости от диаметра седла показано на рисунке. Поэтому седло может быть меньше для одного и того же Kvs клапана. Размер диаметра седла – результат более значительных сил трения уплотнений поршня, и больше усилий требуется, чтобы закрыть клапан плотно. Если гистерезис и давление уплотнителей достаточно малы, размер мембраны должен быть достаточно большим. В клапанах Inline малое седло, следовательно, можно использовать малую мембрану и в результате уменьшить размер клапана. Это важно, если клапаны устанавливаются в компактных тепловых пунктах, и конечно цена такого клапана лучше. Форма клапана Inline практически осесимметричная. Конечно, есть ребра жескости, которые фиксируют плунжер клапана, однако мы можем пренебречь ими в первом приближении.2D-форма более быстрая для компьютерного моделирования гидравлических режимов. Используя относительно простой PC,мы можем добиться успешных результатов в относительно короткое время. Видя скорости и давления на экране, мы можем оптимизировать форму и дальше увеличить Kvs клапана. Рис. 4 показывает линии расходов через клапаны до и после оптимизации. Kvs клапана увеличилась на 15%. Типы клапанов Inline Простейший регулятор Inline – это регулятор перепада давления с фиксированным ∆p (тип D, рис. 5). Давление до потребителя воздействует через импульсную трубку (∆p+) с внутренней стороны мембраны, в то время как давление перед регулятором действует через внутреннюю импульсную трубку с другой стороны мембраны. Когда разность давлений, умноженная на поверхность мембраны, уравновесит усилие пружины, клапан неподвижен, в других случаях клапан открывается или закрывается. Регулятор перепада давления с регулируемым ∆p (тип DA, рис. 6) немного сложнее. Разница вмеханизме, регулирующем усилие пружины, на внешней стороне клапана. В регуляторе Inline расхода и перепада давления (тип DK, рис. 7) имеются два клапана. Первый – регулятор перепада давления ∆p с фиксированным ∆p, вместе с механизмом для ручного ограничения хода клапана, позволяет настроить максимальный расход. Второй в серии – клапан для регулировки расхода. Клапан Inline типа D трансформируется в перепускной клапан (тип Р), если добавляется сосуд давления, вместо внешней импульсной трубки (рис. 8).Если давление до клапана (p1) меньше, чем давление в сосуде, клапан остается закрытым.Когда давление p1 возрастает, клапан открывается, пока не установится новое равновесие сил. Если мембрана разрывается, клапан полностью открывается. В случае разрыва мембраны, давление потока и сжатого воздуха по обеим сторонам мембраны выравниваются и вспомогательная пружина немедленно полностью открывает вентиль. Комбинация классической и Inline технологий дало возможность производства другогоинтересного продукта – комбинированного регулятора расхода и температуры. Комбинированные регуляторы расхода и температуры Существуют три разновидности клапанов, применяемых в жилищном строительстве (рис. 9). Первый в этом ряду дроссель-клапан (1), для настройки максимального расхода. Второй – регулирующий клапан (2).Привод для регулировки температуры (3) соединяется с осью этого клапана. Последний в ряду регулятор ∆p Inline (4). Давление перед дросселем (∆p+) по внутренней импульсной трубке действует на одну сторону мембраны регулятора расхода, давление за температурным регулятором действует на другую сторону мембраны. Падение давления в регуляторе ограничено разностью давлений максимум 20 кПа. Это значит, что седло регулирующего клапана разгружено и можно использовать приводы малой мощности, и в то же время мы лимитируем расход через клапан. А именно, расход равен: где Kv1+2 обозначает величину Kv последовательно смонтированных дросселя и регулирующего клапана. При монтаже клапана дроссель устанавливается в проектную позицию – поэтому мы устанавливаем Kv1.Конечно,Kv2 находится в зависимости от положения штока (открытия) регулирующего клапана. Если привод закрывает регулирующий клапан, клапан Inline также закрывается. Расход через клапан зависит только от позиции дросселя, позиции регулирующего клапана и жесткости пружины, но не от давления до и после клапана. Вот почему этот продукт был назван «не зависящим от давления регулирующим клапаном». Эти клапаны выполнены в трех вариантах. Один из простейших – KT512, который применяется для менее требовательных систем. KTH512 и KTM512 – более сложные. KTH имеет плоский плунжер клапана (следовательно линейную характеристику регулирования) и применяется в основном для первичного контура тепловых пунктов, а также сложных системах центрального отопления. KTM имеет конусный плунжер (параболическую характеристику регулирования) и применяется для систем охлаждения, где точность регулирования более важна. Мы можем использовать KTM также в системах центрального отопления. Однако поскольку седло имеет коническую форму, есть опасность, что твердые частицы забьются между седлом и плунжером, заблокировав работу регулятора.