Особенности комбинированных регулирующих клапанов PIBCV
Клапан PIBCV (Pressure Independent Balancing and Control Valve – независимый от давления балансировочный и регулирующий клапан) — это комбинированный клапан, сочетающий в себе две функции и используемый, главным образом, в системах кондиционирования совместно с фанкойлами и вентиляционными установками. Он состоит из регулятора перепада давления (часть желтого цвета на рис. 1) и регулирующего клапана с электроприводом (часть оранжевого цвета на рис. 1).
рис. 1
Что касается принципов работы, то регулятор Δр поддерживает
постоянный перепад давления на регулирующем клапане с электроприводом, чем устраняет
влияние колебаний давления в системе на качество регулирования температуры и
препятствует искажению расходной характеристики клапана. Еще одно преимущество
заключается в том, что при проектировании системы требуемый расчетный расход для
каждого потребителя обеспечивается путем его установки на соответствующем клапане.
Нет никакой необходимости в специальных измерительных устройствах для проведения
балансировки системы. В то же время существует возможность проверить работоспособность
клапана, используя измерительные ниппели.
Использование клапанов PIBCV в системе
устраняет все избыточные расходы, регулирование расхода становится оптимальным,
и в системе устанавливается наиболее эффективный перепад температур. Все эти
особенности обеспечивают максимально возможную экономию энергии (электропотребление
циркуляционных насосов, точную комнатную температуру, более высокую эффективность
работы источников тепла и холода).
Независимость регулирующих клапанов от перепада давления
Регулирующий клапан может считаться независимым от перепада давления только в том случае, если колебания давления в системе не влияют на его работу, и постоянный перепад давления поддерживается на клапане во всем диапазоне регулирования. Это также означает, что авторитет регулирующего клапана должен быть 1 (= 100%).
Рис. 2.
a) схема клапана PIBCV, а = 1
b) схема клапана PIBCV, а ≠ 1
с) схема ограничителя расхода, авторитет зависит от состояния давления в системе
На рис. 2 показаны блок-схемы клапанов, которым разные
производители дали название PIBCV. Легко заметить, что решение a) представляет
собой настоящий клапан PIBCV, в то время как в решении b) поддерживаемый постоянный
перепад давления распределяется между регулирующим клапаном и устройством ограничения
расхода. Решение c) никоим образом не может называться «независимым от перепада
давления», поскольку клапан с электроприводом вообще не имеет никакого регулятора
перепада давления, а устройство перед ним — обычный ограничитель расхода (это
решение в дальнейшем не обсуждается). Давайте посмотрим, какое значение авторитета
для регулирующего клапана обеспечивает решение b). Предположим, что перепад давления
в ограничителе расхода и в клапане с электроприводом составляет 12 кПа, он
разделен поровну (6–6 кПа) между регулирующими элементами (ограничитель
расхода и клапан с электроприводом) при максимальной предварительной установке
расхода (100%).
В этом случае авторитет клапана (a = Δрконтролирующий
клапан/Δррасполагаемое = 6/12 = 0,5) составит 50%! Стоит
проверить это условие при установках расхода менее 100%. Например, пусть требуемый
расход будет составлять половину максимального значения. В таком случае через
полностью открытый клапан с электроприводом проходит вдвое меньше воды (в сравнении
с предыдущим случаем), что означает снижение перепада давления на нем до 1/4 от
прежнего значения. Это равняется 6/4 = 1,5 кПа, а весь оставшийся перепад
давления приходится на элементе установки расхода. Авторитет составляет:
a = 1,5/12 = 0,125, т.е. 12,5%.
Очевидно, что это решение является далеким от
обеспечения 100% авторитета. Хотя клапан не зависит от колебаний давления в сети
(в этом смысле он является независимым от перепада давления), качество регулировки
значительно изменяется в зависимости от выполненной предварительной настройки!
Рис. 3. График регулирования клапана по схеме b) из рис. 2.
Рис. 4. График регулирования клапана AB-QM компании «Данфосс»
На рис. 3 показаны регулировочные характеристики такого клапана
с различными предварительными установками и значениями перепада давления на клапане.
Очевидно, что действительное регулирование происходит только в диапазоне 2–3 В
(причины этого обсуждались ранее). В то же время, можно проверить, насколько
соответствует ожиданиям характер регулирования клапана PIBCV, выполненного по
схеме а) (см. рис. 4).
Минимальный требуемый перепад давления
Любой ограничитель расхода имеет так называемый «эффективный
перепад давления». Этот термин означает минимальный перепад давления в клапане,
который требуется для функционирования любого автоматического регулятора давления.
Однако этой величиной как таковой сложно пользоваться, поэтому производители обычно
указывают требуемое давление на клапане, которое учитывает требования как элемента
установки расхода, так и клапана с электроприводом. Чем ниже будет это число,
тем лучше, поскольку рабочая точка циркуляционного насоса становится ниже, что
означает снижение годового потребление электроэнергии. На практике эта минимальная
потребность в перепаде давления зависит от предварительной установки клапана
(чем выше предварительная установка, тем больше будет это значение). Несмотря на
это, большинство производителей указывают фиксированное значение для того, чтобы
сделать калибровку размера клапана проще.
К сожалению, нельзя быть полностью
уверенным в хорошем результате, опираясь лишь на цифру в техническом описании
изделия. Причина заключается в том, что нет стандартной процедуры измерения,
которая указала бы, при каком уровне точности это значение должно быть зафиксировано.
Рис. 5
На рис. 5 показаны характеристики двух изделий. Изделие а) аппроксимирует установленное значение с точностью 8% при 16 кПа, в то время как изделие b) показывает отклонение в 17%. В этом примере изделию b) для достижения такой же точности, как у первого изделия, потребовался бы перепад давлений в 20 кПа.
Точность поддержания установленных расходов через клапан
При использовании клапана PIBCV ожидается, что фактический расход
через клапан никогда не будет превышать значение, определенное при проектировании
системы, вне зависимости от колебаний давления в системе. Это особенно важно в
случае дискретного управления мощностью потребителя (включено/выключено).
Хороший клапан должен поддерживать установленное значение в пределах точности
±10–15%. В противном случае во всей системе возникнет значительный избыточный
расход с чрезмерным потреблением энергии, или перерасход через некоторые потребители
приведет к недостатку мощности на других потребителях.
На рис. 5 показано, что
изделие b) подает потребителям значительно более высокий расход воды, чем установленное
значение (показанное красной линией). Таким образом, важно выбрать клапан, который
может поддерживать предварительно установленное значение расхода с достаточной точностью.
Опасность засорения
Известно, что во всех системах есть загрязнения. Как отечественный, так и зарубежный опыт монтажа показывают, что в основном существует два типа загрязнений, которые необходимо рассматривать:
Загрязнения первого типа появляются в результате неизбежной
коррозии в системе (различные металлы, кислород), а загрязнения второго типа
попадают в систему при сварке и резке труб.
Каким же образом оборудование (не
только автоматические клапаны) реагирует на эту проблему? Загрязнения первого типа
не вызывают засорения регулирующей арматуры и оседают, главным образом, в грязевиках
или в компонентах с большими объемами воды (например, радиаторы системы отопления).
Рис. 6. а) мелкий порошок; b) загрязнения в виде комков
Рис. 7. а) традиционный клапан; b) клапан AB-QM
Также такое загрязнение оседает на поверхностях трубопроводов
и неподвижных элементах регулирующей арматуры (в т.ч. на штоках клапанов, длительное
время не осуществляющих регулирование, что приводит к тому, что через несколько
лет после установки клапан вообще не может перемещаться или перемещение вызовет
повреждение уплотнительных прокладок с последующим появлением утечки). Автоматические
клапаны от этого защищены лучше, так как их элементы непрерывно перемещаются
вследствие изменений давления, что препятствует образованию загрязнения.
Обычно проблемы в работе вызывают загрязнения типа b). Эти «небольшие» кусочки
материала засоряют проходные сечения в оборудовании. Таким образом, большое
значение имеет форма и размер проходных сечений в регулирующих клапанах. На рис. 7
показано внутреннее устройство двух современных клапанов с их размерами и формой
отверстий управления.
В большинстве примеров регулятор перепада давления не будет
засоряться загрязнениями такого большого размера, поскольку в случае засорения
клапана расход снижается (ниже требуемого значения), и регулятор перепада давления
открывается, позволяя комку материала проходить через отверстие дальше в систему.
Часто опасаются, что клапаны PIBCV более чувствительны к загрязнению, чем обычные.
Но приведенные выше примеры продемонстрировали, что никаких особых требований в
этой части не существует.
Проведения измерений
Возможность проведения измерений клапанов на сегодняшний день представляет собой очень важный фактор для многих наладчиков и операторов. Без сомнения, это обеспечивает безопасность и дает возможность для поиска и устранения неисправностей. Такой подход происходит от прежних методов, когда расход в трубопроводе определялся на основании перепада давления в измерительных клапанах.
Конечно, эти клапаны имеют и множество других особенностей, которые в целом не влияют на их функционирование, но могут быть приняты во внимание в некоторых случаях (например, материал корпуса клапана, номинальное давление Ру, минимальная/максимальная температура, коэффициент протечки и т.д.)
Источники: Результаты (цифры) измерений взяты из публикации английской независимой лаборатории BSRIA.
По материалам компании «Данфосс ТОВ»
