Клапаны с электроприводом для систем вентиляции

Клапаны с электроприводом для систем вентиляции: устройство, типы, расчет и применение

Клапан с электроприводом (электроприводной клапан, вентиляционный клапан) – это регулирующее или запорное устройство, устанавливаемое в воздуховодах систем вентиляции, кондиционирования и противодымной вентиляции для управления потоком воздуха. Его основное функциональное отличие от обратных или противопожарных клапанов – возможность плавного или ступенчатого регулирования положения заслонки по сигналу от системы автоматики. Электропривод обеспечивает точное позиционирование исполнительного механизма (лопастей, заслонки) в соответствии с заданными параметрами.

Устройство и основные компоненты

Конструктивно клапан с электроприводом состоит из двух основных узлов:

• Корпус (рама) клапана: Изготавливается из оцинкованной или нержавеющей стали. Внутри корпуса на оси вращения установлена одна или несколько лопастей (заслонок). По периметру рамы часто размещается уплотнение для обеспечения герметичности в закрытом положении. Корпуса различаются по форме (круглые, прямоугольные), типу соединения (фланец, ниппель) и классу герметичности.
• Электропривод (актуатор): Устройство, преобразующее электрический сигнал в механическое движение. Состоит из электродвигателя, редуктора, концевых выключателей и платы управления. Приводы могут быть двухпозиционными (открыто/закрыто) и регулируемыми (0-10В, 4-20 мА, импульсные сигналы «открыть/закрыть»).

Классификация клапанов с электроприводом

1. По функциональному назначению

• Воздушные регулирующие клапаны (ВРК): Предназначены для плавного регулирования расхода воздуха в соответствии с требованиями системы автоматики. Основное применение – поддержание заданных параметров микроклимата, балансировка расходов в ответвлениях сети.
• Клапаны противопожарные нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ): Критически важный элемент систем противодымной вентиляции. При получении сигнала от пожарной сигнализации или системы управления эвакуацией привод переводит заслонку в безопасное положение (закрывает путь огню и дыму или открывает для удаления дыма). Имеют строгие требования по огнестойкости (EI, EIS) и температуре срабатывания. Оснащаются приводом с возвратной пружиной и тепловым замком.
• Клапаны отсечные (запорные): Используются для полного перекрытия сечения воздуховода, например, при отключении отдельных помещений или ветвей системы. Чаще имеют двухпозиционное управление.

2. По конструкции заслонки

• Одно- и многолопастные: Однолопастные применяются для малых сечений. Многолопастные (с параллельными или встречными лопастями) используются в больших воздуховодах для уменьшения крутящего момента и деформации лопастей.
• Круглые и прямоугольные: Выбор определяется формой воздуховода.
• Степень герметичности: Классифицируется по стандартам (например, EN 1751). Класс 1 – низкая герметичность, класс 4 – высокая. Для регулирующих клапанов важен класс утечек в закрытом состоянии.

3. По типу электропривода

• Приводы возвратные (пружинные): При отключении питания возвратная пружина переводит заслонку в заданное безопасное положение (НО или НЗ). Обязательны для противопожарных клапанов.
• Приводы безвозвратные: Остаются в последнем положении при отключении питания. Применяются в регулирующих клапанах систем комфортного кондиционирования.
• По типу управления:
  • Двухпозиционные (On/Off): Управляются сигналом 230В или 24В AC/DC. Заслонка перемещается в крайнее положение.
  • Модулирующие (аналоговые): Управляются сигналом 0-10В или 4-20 мА. Положение заслонки пропорционально величине входного сигнала.
  • Импульсные (трехпозиционные): При подаче импульса на один провод заслонка открывается, на другой – закрывается. Остановка происходит при прекращении импульса.
• По моменту и скорости вращения: Момент (Нм) подбирается исходя из аэродинамического сопротивления и размера клапана. Скорость вращения влияет на быстродействие системы.

Ключевые технические параметры для выбора

Выбор клапана с электроприводом требует комплексного анализа следующих параметров:

• Расчетный расход воздуха (L, м³/ч) и скорость в сечении (v, м/с): Обычно рекомендуемая скорость 2-6 м/с. Высокие скорости приводят к шуму и росту потерь давления.
• Коэффициент местного сопротивления (КМС, ζ) и аэродинамическая характеристика: Зависит от конструкции клапана и угла поворота лопастей. Определяет потерю давления (ΔP, Па).
• Динамический диапазон регулирования (kvs): Способность клапана точно регулировать расход на малых открытиях. Определяется типом профиля лопастей.
• Крутящий момент привода (M, Нм): Рассчитывается исходя из усилия, необходимого для преодоления аэродинамических сил, действующих на заслонку при рабочем перепаде давления. Производители предоставляют диаграммы или программы для подбора.
• Класс герметичности: Для регулирующих клапанов – по утечкам в закрытом состоянии (классы A-D по EN 1751). Для противопожарных – по пределу огнестойкости (EI 60, EI 90, EI 120 и т.д.).
• Уровень звуковой мощности: Важен для клапанов, устанавливаемых вблизи обслуживаемых помещений.

Таблица: Сравнение основных типов электроприводов

Тип привода	Принцип управления	Типовое напряжение питания	Основное применение	Преимущества	Недостатки
Двухпозиционный возвратный (пружинный)	Дискретный сигнал (On/Off)	230В AC, 24В AC/DC	Противопожарные клапаны (НЗ, НО), отсечные клапаны	Обеспечение безопасности при отказе питания, надежность	Невозможность плавного регулирования, высокий пусковой ток
Модулирующий (аналоговый)	Сигнал 0-10В или 4-20 мА	24В AC/DC	Регулирующие клапаны для поддержания температуры, давления или расхода	Точное и плавное регулирование, интеграция в сложные системы автоматики	Более высокая стоимость, необходимость настройки и калибровки
Импульсный (трехпозиционный)	Импульсные сигналы «Открыть»/»Закрыть»	24В AC/DC	Регулирующие клапаны, где требуется запоминание положения	Отсутствие постоянного напряжения на катушке, позиционирование	Более сложная схема управления

Принципы монтажа и интеграции в систему автоматики

Монтаж клапана должен обеспечивать доступ к приводу для обслуживания и ручного управления (при наличии ручного переключателя). Перед клапаном рекомендуется предусмотреть прямой участок воздуховода длиной не менее 1-1.5 эквивалентных диаметров для стабилизации потока. При установке противопожарных клапанов необходимо строго соблюдать требования по огнестойкости монтажных узлов и зазорам.

Интеграция с системой автоматики зависит от типа привода:

• Двухпозиционные приводы подключаются к дискретным выходам контроллера (реле) или через промежуточное реле.
• Модулирующие приводы подключаются к аналоговым выходам контроллера (0-10В) и, как правило, требуют подачи отдельного питания 24В. Обратная связь о положении (потенциометр 0-1000 Ом) подключается к аналоговым входам контроллера.
• Управление противопожарными клапанами осуществляется через специализированные модули управления клапанами (БУК), получающие сигнал от системы пожарной сигнализации и обеспечивающие контроль состояния и целостности цепи.

Расчет и подбор: практические аспекты

Подбор клапана начинается с определения его функциональной роли в системе. Для регулирующего клапана ключевым является расчет авторитета (S), который показывает степень влияния клапана на общее сопротивление ветки. Оптимальный авторитет – 0.3-0.5. Низкий авторитет приводит к нелинейной регулировочной характеристике и потере управляемости.

Расчет требуемого крутящего момента (M) можно выполнить по упрощенной формуле: M = k ΔP (D/1000)³, где ΔP – перепад давления на закрытом клапане (Па), D – диаметр клапана (мм), k – коэффициент, зависящий от типа клапана (0.001-0.003). Точные значения предоставляются производителем в виде номограмм или программ для подбора.

Обслуживание и диагностика

Плановое техническое обслуживание включает:

• Визуальный осмотр корпуса и лопастей на наличие загрязнений и механических повреждений.
• Проверку легкости хода заслонки вручную (при отключенном приводе).
• Контроль состояния уплотнений.
• Проверку срабатывания привода на открытие/закрытие и соответствие крайних положений.
• Для модулирующих приводов – проверку соответствия сигналу управления и обратной связи о положении.
• Для противопожарных клапанов – обязательные ежемесячные и ежеквартальные проверки в соответствии с регламентом, включая тестовое срабатывание с фиксацией времени отклика.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается нормально открытый (НО) и нормально закрытый (НЗ) противопожарный клапан?

НО клапан в дежурном режиме открыт, обеспечивая работу общеобменной вентиляции. При пожаре он закрывается, чтобы перекрыть распространение огня и дыма по воздуховодам. НЗ клапан в дежурном режиме закрыт. При пожаре он открывается в составе системы дымоудаления для вывода дыма из зоны эвакуации или подпора воздуха в лифтовые шахты и тамбур-шлюзы.

Можно ли использовать модулирующий привод для управления противопожарным клапаном?

Нет, категорически запрещено. Противопожарные клапаны должны управляться только приводами с возвратной пружиной (возвратными), соответствующими требованиям по огнестойкости. Управление осуществляется исключительно дискретным сигналом на срабатывание в безопасное положение. Плавное регулирование в них не предусмотрено.

Как выбрать между приводом на 230В и 24В?

Приводы на 24В считаются низковольтными и более безопасными, особенно в условиях повышенной влажности. Они часто требуются по нормам для помещений с особыми условиями. Приводы на 230В не требуют отдельного блока питания, но предъявляют более строгие требования к изоляции цепей управления. Выбор также зависит от выходных возможностей контроллера системы автоматики.

Что такое «авторитет клапана» и почему он важен?

Авторитет клапана – это отношение потери давления на полностью открытом клапане к общим потерям давления на регулируемом участке сети (клапан + ответвление). Если авторитет близок к 0 (клапан слишком мал или сеть имеет большое сопротивление), то регулировочная характеристика становится нелинейной, клапан работает в крайних положениях, и точное регулирование расхода становится невозможным. Рекомендуемое значение – 0.3-0.7.

Как бороться с подклиниванием или шумом клапана после нескольких лет эксплуатации?

Подклинивание чаще всего вызвано накоплением загрязнений на оси лопастей и уплотнениях. Необходима очистка и, при износе, замена уплотнений. Шум (свист) обычно указывает на повышенную скорость воздуха из-за заужения сечения или на острые кромки заслонки. Требуется проверить соответствие фактического расхода проектному и состояние лопастей. Для шумоподавления могут быть установлены специальные перфорированные лопасти.

Обязательно ли использовать отдельный блок управления клапанами (БУК) для противопожарных систем?

Да, согласно действующим нормам (СП 7.13130), противопожарные клапаны должны управляться от специализированных приборов или блоков управления, обеспечивающих автоматическое и дистанционное ручное срабатывание, контроль целостности линий связи с концевыми устройствами и индикацию их состояния. Прямое подключение к общим выходам контроллера АСУЗ недопустимо.