3.2.4.1. Внутренний авторитет терморегулятора

Регулирование трубопроводных систем и управление потоками теплоносителя в них осуществляют запорно-регулирующей арматурой, в том числе терморегуляторами, которые имеют отверстия переменного проходного сечения. От их размеров зависит гидравлическое сопротивление(давление) за ними.

При малых проходных сечениях самые незначительные их изменения приводят к значительному возрастанию сопротивления, и наоборот, — при более открытых отверстиях сопротивление изменяется незначительно. Отсюда следует: закрывание термостатического клапана из максимально открытого положения сначала имеет незначительное влияние; закрывание больше чем на половину — становится влиятельней; в конце концов, при закрывании более чем на 2/3 — незначительные изменения положения конуса клапана вызывают значительное изменение сопротивления и соответствующее изменение количественного регулирования теплоносителя, который поступает в отопительный прибор. Эта зависимость всегда используется проектировщиками peгулирующих и управляющих гидравлических устройств, а также эксплуатационниками при манипулировании запорно-регулирующей арматурой. Относительно терморегуляторов она определяется понятием внутреннего авторитета, которое с конструктивной точки зрения характеризует степень (меру) открытия проходного отверстия.

А. Определение по EN215 ч.1

Внутренний авторитет терморегулятора а_в — отношение потерь давления, вызванных изначальным (конструктивным) перекрытием конусом клапана проходного сечения отверстия (щели между седлом к конусом клапана при его промежуточном положении), которые характеризуются разностью Р₁ - Р₂-, (см. рис. 18), к потерям давления Р₁ на термостатическом клапане

где Р₁, - общие потери давления на терморегуляторе, кПа; производители принимают равными 10 кПа в соответствии с европейской методикой тестирования EN2154.1;  Р₂ -потери давления при номинальном расходе G_N на терморегуляторе без потерь давления в регулируемой отверстии (при максимально открытом клапане).

Значение внутреннего авторитета в соответствии с EN 215 ч.1 определяют по формуле (3), при этом диапазон значений не регламентируют.

Данный параметр в явном виде существующих европейских методик гидравлического расчета не применяют. Поэтому в технических характеристиках терморегуляторов его преимущественно не предоставляют. В особенности это касается терморегуляторов с предварительное настройкой для двухтрубных систем отопления.

Б. Трактовка внутреннего авторитета, предложенная автором

По мнению автора, неиспользование внутреннего авторитета в европейских методиках существенно упрощает расчет, но может иметь место лишь при принципиально одинаковых конструктивных различных различными производителями настроек терморегуляторов для двухтрубных систем отопления, что в действительности не так. Поэто­му в дальнейшем внутренний авторитет терморегуляторов рассмотрен более подробно.

Зависимость (3), с учетом уравнения (2), принимает вид:

Из приведенного уравнения следует, что при начальном (заводском) размещении конуса клапана в положении, которое распределяет регулируемые 100% (характеризуемые параметром k_vs) потока в пропорции —

70% (характеризуемые параметром k_v) на закрывание клапана и 30% (характеризуемые разностью k_vs - k_v) на открывание (см. рис. 19), внутренний авторитет будет составлять а_а=0,5. Из уравнения (3) это означает, что из общих потерь давления Р₁ на терморегуляторе 50% теряется за счес отдаления конуса клапана от максимально открытого положения, характеризуемого разностью Р₁ - Р₂ а остаток 50% (Р₂) — на конструктивных внутренних особенностях прохода через термостатический клапан. Таким образом, изначально конус клапана находится в определенном промежуточном положении между позициями «полностью открыто» и «закрыто».

Распределение потоков в пропорции примерно 50% на 50% достижимо при авторитете а_а = 0,7, являющемся рекомендованным верхним пределом. При высших значениях работа терморегулятора не в полной мере отвечает его основному назначению с гидравлической точки зрения - пропорциональному перекрытию поступления теплоносителя к отопительному прибору. В таком случае терморегулятор в большей мере начинает управлять потоком при открывании, чем при закрывании. Приближение значений авторитета к единице ведет к возрастанию потерь давления на терморегуляторе; возникновению вероятности шумообразования, поскольку конус клапана находится очень близко к седлу и регулирование происходит при больших 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 шумообразования при открывании терморегулятора. Таким образом, при выборе терморегулятора необходимо, чтобы выполнялась зависимость k_vs  2k_v.

Распределение потоков в пропорции примерно 80% на закрывании 20% на открывание возможно при авторитете а_в= 0,3. При меньших значениях работа терморегулятора сводится только к закрыванию, при чем не совсем эффективному. Конус клапана находится очень близко ] позиции «полностью открыто», то есть начинается регулировании отверстия из неэффективной зоны и нарушается пропорциональность регулирования.

Рис. 19. Влияние внутреннего авторитета терморегулятора для

двухтрубных систем на потокораспределение

Терморегулятор должен в равной мере работать на закрывание и на открывание. В первом случае происходит недопущение перегревания помещения, во втором — переохлаждения. Анализ влияния внутреннего авторитета на эффективность поддержания заданной температуры помещении осуществляют по пропорциональности между гидравлической характеристикой терморегулятора и теплотехнической характеристикой отопительного прибора. Ощутимое нарушение пропорциональности (отклонения от теоретических прямых) начинается примерно при расходах меньших, чем 20%, и больших, чем 80% от максимального, соответствующего k_vs. Превышение указанного диапазона приводит к возрастанию несоответствия регулирования температуры помещения, а, следовательно, снижению энергосберегающих и санитарно-гигиенических показателей.

Результирующее влияние потокораспределения терморегулятором на эффективность работы системы отопления в зависимости от его внутреннего авторитета (определяющего положение конуса клапана) показано на рис. 19. Основой определения эффективного диапазона значений внутреннего авторитета являются характерные значения расхода теплоносителя на кривой регулирования терморегулятора в соответствии c EN215 ч. 1 (см. рис. 16).

При выборе терморегулятора диапазон внутреннего авторитета должен входить в рекомендуемый диапазон зоны пропорциональности Хр =1...2К, который определяет изначальную пригодность терморегулятора к эффективной работе. Но выбор такого регулятора не означает его эффективную работу в реальных условиях. Для этого надо обеспечить сохранение конструктивно заложенных функциональных качеств, создав благоприятные условия для его работы, которые определяются внешним а и проверяются общим а* авторитетами терморегулятора.

Следует обратить внимание на то, что для конструкций терморегуляторов с предварительной настройкой путем смещения положения штока для каждой позиции настройки имеется соответствующее значение внутреннего авторитета. Это накладывает определенные гидравлические ограничения на возможность увязывания циркуляционных колец и усложняет проектирование с обеспечением условий эффективной работы терморегуляторов.

Для терморегуляторов «Данфосс» с предварительной настройкой Дросселем внутренний авторитет остается практически постоянным, что создает взаимосвязь между гидравлическими характеристиками настроек

Где- k_vs и k_vsN номинальная и максимальная пропускные способности ^пРи настройке терморегулятора, соответствующие максимально отбытому положению дросселя (N); k_vs. nk_vs— то же, соответствующие i- тому положению дросселя (от 1 до 7 с шагом 0,5).

Внутренний авторитет терморегулятора характеризует доли максимально возможного расхода теплоносителя, которые приходятся на процессы закрывания и открывания клапана от номинального положения при обеспечении постоянной потери давлениях равной 10 кПа.