Трехходовой клапан с электроприводом представляет собой комбинированное устройство, предназначенное для смешивания или разделения потоков жидких сред (чаще всего воды, гликолевых растворов, пара) в системах тепло- и холодоснабжения, вентиляции и технологических установках. Его основная функция – количественное или качественное регулирование параметра теплоносителя (температуры, расхода) путем изменения соотношения потоков через три патрубка. Управление положением регулирующего элемента (штока с затвором) осуществляется автоматически посредством электромеханического привода, получающего сигнал от контроллера системы автоматизации.
Конструктивно устройство состоит из двух основных узлов: трехходового корпуса клапана (смесительного или разделительного) и электропривода (актуатора).
Корпус клапана:
Электропривод (актуатор):
Существует два фундаментально разных типа трехходовых клапанов, определяющих их схему включения в систему.
Имеет два входа (А и В) и один общий выход (АВ). Потоки с разными параметрами (например, горячий из котла и остывший из обратной линии системы) подаются на входы. Затвор, перемещаясь, изменяет соотношение смешивания этих потоков, обеспечивая на выходе заданную температуру. Поток через выход АВ постоянен, суммарный расход равен сумме расходов через А и В. Применяется для поддержания постоянной температуры подающего теплоносителя в зависимых схемах ГВС, в узлах смешения систем отопления «теплых полов», в калориферах приточной вентиляции.
Имеет один вход (АВ) и два выхода (А и В). Поток от источника поступает на вход и распределяется затвором между двумя выходами в переменном соотношении. При этом расход через вход АВ переменный, а сумма расходов через А и В постоянна. Часто применяется для переключения потока через байпас или для регулирования мощности по принципу количественного регулирования (изменение расхода через теплообменник при постоянной температуре подачи).
Важно: Смесительный и разделительный клапаны, как правило, не взаимозаменяемы и имеют разную конструкцию затвора и расположение седел.
Подбор клапана требует комплексного анализа следующих параметров:
| Параметр | Описание и единицы измерения | Влияние на выбор |
|---|---|---|
| Пропускная способность (Kvs) | Расход воды (м³/ч) через полностью открытый клапан при перепаде давления 1 бар. Основная гидравлическая характеристика. | Рассчитывается исходя из требуемого расхода и допустимых потерь давления (обычно 0.2-0.5 бар). Неправильный выбор ведет к недогреву или шуму. |
| Условное давление (PN) | Максимальное избыточное рабочее давление при температуре 20°C (PN16, PN25, PN40). | Должно превышать максимальное давление в системе в точке установки с запасом. |
| Рабочая температура | Диапазон температур транспортируемой среды (°C). Указывается для среды и окружающего воздуха. | Определяет материалы корпуса, уплотнений, тип сальникового уплотнения или необходимость сильфона. |
| Тип присоединения | Резьба (G, Rp), фланец (ГОСТ, DIN), сварка. | Зависит от проекта, диаметра трубопровода и требований к герметичности. |
| Характеристика регулирования | Зависимость относительного расхода от относительного хода штока (линейная, равнопроцентная). | Равнопроцентная характеристика предпочтительна для регулирования температуры (дает логарифмическую зависимость), линейная – для регулирования расхода. |
| Номинальный крутящий момент привода | Момент (Нм), который может развить привод на выходном валу. | Должен на 20-30% превышать требуемый момент для клапана, указанный в его технических данных. |
| Время полного хода | Время (сек, мин), за которое привод перемещает шток из одного крайнего положения в другое. | Влияет на быстродействие контура регулирования. Для систем отопления обычно 30-120 сек. |
| Управляющий сигнал и питание | Для привода: ~230В/50Гц, ~24В, и сигнал 0-10В или 4-20 мА. | Согласование с выходными сигналами контроллера системы автоматики (DDC, PLC). |
Правильная обвязка критична для работы. Перед клапаном рекомендуется устанавливать фильтр-грязевик для защиты седла и затвора от механических частиц. Для возможности обслуживания или замены клапана без слива системы необходимы запорные шаровые краны на всех патрубках и байпасная линия (для критичных систем). Датчик температуры для обратной связи в смесительных схемах должен устанавливаться на достаточном расстоянии от клапана (обычно не менее 5 диаметров трубопровода) для обеспечения полного смешения потоков. Привод монтируется строго в соответствии с инструкцией, обеспечивая соосность с валом клапана. Необходимо предусмотреть доступ для ручного управления (если предусмотрено) и обслуживания.
Смесительный клапан имеет два входа и один выход, его задача – смешивать два потока для получения потока с промежуточными параметрами при постоянном общем расходе. Разделительный клапан имеет один вход и два выхода, его задача – распределять один входящий поток между двумя выходами в переменном соотношении, при этом суммарный расход на выходах постоянен. Их внутренняя геометрия и схема включения в систему различны.
Расчет Kvs ведется для наиболее нагруженного контура (обычно это контур с постоянным расходом для смесительного клапана – выход AB). Используется формула: Kvs = Q / √ΔP, где Q – максимальный расход через этот контур (м³/ч), ΔP – перепад давления на полностью открытом клапане (бар), который выбирается в диапазоне 0.2-0.5 бар для обеспечения резерва на регулирование. Полученное значение округляется в большую сторону до ближайшего стандартного значения Kvs из каталога производителя.
В первую очередь должен быть обеспечен достаточный момент (с запасом 20-30%). Привод, не способный развить необходимый момент, не откроет или не закроет клапан, что приведет к его перегреву и выходу из строя. Скорость (время хода) подбирается исходя из инерционности системы. Для систем отопления зданий, где процессы медленные, подходят приводы с временем хода 60-120 сек. Для быстрых технологических процессов могут потребоваться приводы на 10-30 сек.
Нет, штатно трехходовые регулирующие клапаны не предназначены для функции полного отсечения (запорной арматуры). Даже в крайних положениях один из каналов всегда открыт. Для отсечения потока в линии необходимо устанавливать отдельные шаровые краны или запорные клапаны.
Основная причина – заниженный условный проход клапана (Kvs) для фактических расходов и перепадов давления в системе. При прохождении среды через сильно прикрытый клапан локальная скорость резко возрастает, давление падает, что может привести к кавитации и шуму. Необходимо проверить расчет Kvs и фактический перепад давления на клапане.
Многие электроприводы имеют маховик или рычаг для ручного управления. В приводах с возвратной пружиной при снятии напряжения клапан автоматически перейдет в положение, заданное пружиной (например, «полностью открыт на байпас»). Безвозвратные приводы останутся в последнем положении. Для планового ручного управления необходимо перевести привод в соответствующий режим (обычно с помощью флажка разблокировки), после чего вращать маховик.
Сальниковое уплотнение требует периодической подтяжки и допускает минимальную допустимую утечку. Оно подходит для воды, гликолей, пара в стандартных системах. Сильфонное (мембранное) уплотнение абсолютно герметично, не требует обслуживания, но дороже и имеет ограниченный ход штока. Применяется для токсичных, агрессивных, дорогих или легкокипящих сред (аммиак, фреоны), а также в системах с высокими требованиями к экологической безопасности.