Гидравлика систем отопления и охлаждения

Внутренний авторитет терморегулятора

Внутренний авторитет терморегулятора в существующих европей­ских методиках гидравлического расчета не применяют, поэтому в тех­нических характеристиках терморегуляторов его преимущественно не предоставляют. В особенности это касается терморегуляторов с предва­рительной настройкой для двухтрубных систем.

Внутренний авторитет терморегулятора ав, определяемый по EN 215 [16], — отношение потерь давления, возникающее вследствие изначального (конструктивного) перекрытия затвором клапана площа­ди регулирующего отверстия (щель между седлом и затвором клапана), характеризуемое разностью ДД - ДД (активной составляющей потерь давления), к потерям давления ДД на полностью открытом терморегуляторе:

АР1-АР2 АРг ’

где АР j — потери давления на терморегуляторе, принимаемые равными 10 кПа (слагаемые из активной и пассивной составляющих); АР2 — поте­ри давления (пассивная составляющая) при номинальном расходе теп­лоносителя на терморегуляторе без потерь давления в регулирующем от­верстии (т. е. при максимально открытом клапане), кПа.

Графическое толкование внутреннего авторитета показано на рис. 4.15. Прямая 1 характеризует взаимосвязь расхода теплоносителя, проходя­щего через терморегулятор, с перепадом давления на нем. По ней осу­ществляют подбор терморегулятора при проектировании, используя про­пускную способность kv и номинальный расход теплоносителя GN. Она

характеризует тер­морегулятор в ста­тическом состоя­нии. В динамичес­ком состоянии — дрейфует от нуле­вого до максималь­ного расхода Gmax, что показано кон­турными стрелка­ми. Максимальный расход теплоноси­теля возникает при полном открытии Рис. 4.15. Зависимость потерь давления от рас - терморегулятора.

хода теплоносителя в терморегуляторе Его определяют по

прямой 2 либо рассчитывают по максимальной пропускной способнос­ти kvs и потерям давления на регулируемом участке. Таким образом, на регулируемом участке расход теплоносителя может увеличиться на AG = Gmax - Gn. Чем больше смещение затвора клапана относитель­но максимально открытого положения, тем выше эта разность расходов.

Уравнение внутреннего авторитета терморегулятора с учетом взаимосвязи гидравлических параметров, представленной в табл. 3.1, принимает развернутый вид:

0,1 G2n 0,1 G2n 1 1

lr2 7,2 7,2 .2

(4.5)

Данное уравнение позволяет определить внутренний авторитет тер­морегулятора без применения графиков, как того требует норматив [16], что точнее и удобнее для расчетов.

Из уравнения следует, что при начальной (заводской) установке за­твора клапана в положение, которое распределяет регулируемые 100 % потока в пропорции 70 % на закрывание клапана и 30 % на открывание, внутренний авторитет будет составлять ав = 0,5. Это означает, что из общих потерь давления на терморегуляторе 50 % теряется за счет отда­ления затвора клапана от максимально открытого положения, характе­ризуемого разностью APj — АР2, а остаток 50 % (АР2) — за счет конструк­тивных внутренних особенностей прохода через терморегулятор. Таким образом, изначально затвор клапана находится в определенном промежу­точном положении между позициями "полностью открыто" и "закрыто".

Распределение потоков в пропорции примерно 50:50 % достигается при авторитете ав = 0,7. При больших значениях работа терморегулятора не в полной мере отвечает его основному назначению с гидравлической точки зрения — регулированию подачи теплоносителя в теплообменный прибор пропорционально изменению температуры воздуха. В этом случае термо­регулятор начинает управлять потоком при открывании в большей мере, чем при закрывании. Приближение значений авторитета к единице ведет к возрастанию потерь давления на терморегуляторе; возникновению вероят­ности шумообразования, т. к. затвор клапана находится ближе к седлу и ре­гулирование происходит при высоких скоростях теплоносителя в регули­руемом сечении; возрастанию вероятности кавитации и гидравлических ударов и, как следствие, разрушению клапана; к выходу из зоны пропорци­онального регулирования и сведению его работы к регулированию пропу­сками — положению "открыто" или "закрыто"; увеличению погрешности регулирования; увеличению скорости в трубопроводах выше границы
бесшумности при открывании терморегулятора. Следовательно, при выбо­ре терморегулятора необходимо, чтобы выполнялась зависимость kvs ^ 2 kv.

Распределение потоков в пропорции примерно 80 % на закрывание и 20 % на открывание возникает при авторитете ав = 0,3. При меньших значениях работа терморегулятора сводится только к закрыванию, при­чем не совсем эффективному. Затвор клапана находится ближе к пози­ции "полностью открыто" и регулирование выходит из прямолинейной области кривой регулирования.

Таким образом, можно выделить из рабочей области потокораспре - деления терморегулятором рекомендуемый диапазон, в котором управ­ление потоком будет осуществляться с прогнозируемым положитель­ным результатом: ав = 0,5 ± 0,2. Чем больше отклонение от данного диа­пазона, тем менее эффективна работа терморегулятора. Условные гра­ницы работоспособности терморегулятора выделены на рис. 4.16.

В левой части рисунка показана кривая зависимости расхода тепло­носителя от хода штока терморегулятора, представленного в виде зоны пропорциональности 2К. Данная кривая регулирования является рабо­чей равнопроцентной расходной характеристикой терморегулятора при полном внешнем авторитете а+ ~ 0,1...0,3 (сравни зеркально кривые на рис. 3.11). В указанном диапазоне авторитета можно выделить линей­ную область регулирования за исключением концевых участков. Эта область обозначена теоретической прямой регулирования. Диапазон ее совпадения с кривой регулирования регламентирован нормативом [16] от 0,25Gmax до 0,8Gmax (см. рис. 4.13).

В центре рис. 4.16 параллельно теоретической прямой регулирова­ния проведена прямая линия, характеризующая начальное положение клапана. Выше неё указана часть расхода теплоносителя в процентах от максимально возможного, приходящаяся на процесс закрывания термо­регулятора. Ниже — на процесс открывания. Точка на прямой соответ­ствует высоте расположения затвора клапана h от седла. Для этого не­обходимо от данной точки провести условную линию перпендикулярно оси 0-G до пересечения с кривой регулирования и затем параллельно оси 0-G опустить ее до оси хода штока.

В нижней части рис. 4.16 схематически показано расположение за­твора клапана относительно седла и верхней части затвора. Из рисунка следует, что увеличение хода штока выше предельного значения hl00 нецелесообразно, т. к. приводит к значительному искажению процесса регулирования. Между предельным ходом штока hwo и диаметром сед­ла d существует геометрическая взаимосвязь, определяемая равенством площадей регулируемого отверстия nd1/4 и цилиндрической поверх­ности выхода потока из-под затвора rdhl00, откуда следует: hl00 = d/i.

Рис. 4.16. Влияние внутреннего авторитета терморегулятора на потоко- распределение

Ограничение высоты подъема штока относительно указанной пропор­ции улучшает гидравлические показатели клапана путем недопущения управлением потока по верхней части кривой регулирования. Такая конструктивная особенность реализована в терморегуляторах Данфосс.

Терморегулятор должен в равной мере управлять потоком на закры­вание и открывание. Производитель изначально создает такую возмож­ность. Однако конструктивно обеспеченная внутренним авторитетом пропорция регулирования соответствует внешнему авторитету а -» 1. В реальных условиях внешний авторитет, как правило, иной. Поэтому для эффективной работы терморегулятора необходимо создать благо­приятные условия, при которых сохраняются его конструктивно зало­женные функциональные качества.

Внутренний авторитет терморегулятора определяет начальное конструктивное расположение штока клапана, обеспечивающее эксплуатационную возможность уменьшения и увеличения расхода теплоносителя относительно номинального значения.