Предохранительные клапаны в системах отопления

Виды и конструкции

По принципу действия на запорный элемент клапаны сброса избыточного давления (сокращенно КСИД) делят на два типа:

• Прямого действия. Срабатывают под действием напора рабочей среды. Часто используются в топливопроводах и масляных контурах.
• Непрямого действия. Используется сторонний источник давления. Их применяют в качестве клапанов аварийного сброса избыточного давления воды или газа.

В зависимости от внутреннего устройства клапаны КСИД подразделяются на следующие виды

С выносным датчиком

Арматура укомплектована подпружиненным штоком. Они срабатывают от основных или дополнительных мехов. В датчике находится чувствительный к температуре состав. В случае перегрева он расширяется и попадает в меха по капилляру. Увеличившиеся в размерах меха толкают шток, отжимая запорный элемент от седла. Так открывается просвет для сброса рабочей среды в окружающее пространство или в дренаж.

Комбинированные с подпиткой системы

Продвинутая конструкция разработана для того, чтобы одновременно выполнять несколько операций:

• Сброс рабочей среды по сигналу внешнего сенсора.
• Быстрое снижение температуры теплоносителя.
• Подпитка отопительного контура свежей водой.

Для этого на едином штоке, проходящем через две независимые рабочие камеры, установлены два запорных тарельчатых элемента. Один из них открывает путь перегретому теплоносителю в канал сброса, второй одновременно подает в систему свежий его запас, чтобы компенсировать потери.

Похожие клапана используются и для выпуска избыточного давления воздуха, с одновременным добавлением новой порции из ресивера.

Пружинные

Здесь запорный элемент удерживается силой деформированной пружины. Клапан перестраивается в ограниченном диапазоне напора. Для этого достаточно вращать регулировочный винт, предварительно сжимающий или ослабляющий пружину.

Клапан можно настраивать и в больших пределах, меняя пружину на более или менее жесткую.

Многие пружинные клапаны снабжают рычагом для сброса давления вручную и для проверки работоспособности устройства.

Если прибор предназначен для функционирования в активных средах, на пружину наносят защитное полимерное покрытие.

Рычажно-грузовые

В такой арматуре вместо силы сжатия пружины используется сила земного тяготения. Давление рабочей среды уравновешивается весом тщательно подобранного груза, подвешенного на рычажном механизме. Тонкую настройку момента срабатывания можно добиться, перемещая груз ближе или дальше от штока вдоль по рычагу, снижая или повышая таким образом силу прижима и пороговое значение срабатывания.

Такие конструкции могут устанавливаться только в одном, строго определенном положении относительно горизонта. Как правило, они работают на горизонтальных участках трубопроводов.

Для обеспечения высокой пропускной способности приходится увеличивать диаметр тарельчатых запорных элементов. Чтобы избежать значительного роста габаритов изделия и массы груза, часто в одной рабочей камере размещают два клапана меньшего сечения.

Конструкция отличается высокой стабильностью параметров.

Для чего нужен предохранительный клапан?

Отопительные системы заполняются водой, температура которой равна примерно 15 градусам. Циркулируя по замкнутому контуру, теплоноситель нагревается, значительно увеличиваясь в объеме. В это время существенно повышается давление, оказываемое на внутреннюю поверхность труб и установленные в системе приборы.

Превышение допустимой нормы, в большинстве случаев более 3,5 бар, оборачивается:

• протечкой в местах состыковки частей трубопровода;
• повреждениями или разрывами соединительных элементов и труб, изготовленных из полимеров;
• взрывом котлового бака;
• коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Наиболее высокий риск аварийных ситуаций характерен твердотопливным котлам, в которых сложно регулировать мощность теплоотдачи.

Производительность электрического и газового оборудования быстро корректируется от стартовых до максимальных показателей и наоборот. Зачастую в них присутствует автоматика безопасности, отключающая рабочие элементы при чрезмерных повышениях температуры.

Интенсивность горения дров, угля и другого вида топлива в твердотопливном котле корректируется с помощью открытия/закрытия заслонки. При этом сила отдачи тепла меняется не сразу, а постепенно. По причине инерционности теплогенератора жидкий теплоноситель может сильно перегреваться.

Вместе с вычисляющим давление манометром и удаляющим воздух из системы воздухоотводчиком предохранительный клапан часто включают в состав группы безопасности

Когда дрова в камере хорошо разогреваются, доведя воду в сети до необходимых температурных отметок, доступ воздуха перекрывают, и активное пламя начинает затухать.

Однако в раскаленном состоянии топка продолжает выделять накопившееся тепло. Достигая 90-95 градусов, теплоноситель вскипает и запускает неизбежное интенсивное парообразование. Вследствие этого провоцируется резкий скачок давления.

Именно в таких обстоятельствах включается в работу предохранительный клапан. При достижении граничного параметра давления он открывает затвор, освобождая для образовавшегося пара путь наружу. После стабилизации значений, клапан автоматически закрывается и снова переходит в спящий режим.

Его монтаж обязателен не только для твердотопливных, но и для паровых котлов, а также печей, оснащенных водяным контуром. Многие модификации отопительного оборудования комплектуются эти прибором еще на этапе производства. Часто этот клапан является одним из элементов группы безопасности. Обычно устройство врезают непосредственно в теплообменник или устанавливают в трубопровод поблизости котла.

Теория

В кубе кипит спиртсодержащая жидкость. Если выходное отверстие для пара будет перекрыто, начнет расти давление. Одновременно будет повышаться и температура кипения жидкости. Энергия щедро льется в куб и накапливается каждую секунду, но этот процесс не бесконечен. Рано или поздно произойдет механическая разгерметизация куба. Например, сорвет хомут, и крышка выстрелит в потолок. Если бы на этом всё закончилось, то и обсуждать было бы нечего. Легкий ремонт кухни, замена люстры – дела житейские.

Однако после разгерметизации давление в кубе резко падает, в результате вся накопленная энергия освобождается и приводит к резкому, взрывообразному закипанию всего объема навалки (спиртосодержащей жидкости в кубе). Образовавшийся спиртовой пар вылетает из куба, попутно вынося с собой изрядную долю навалки.

Как работает автоматический воздухоотводчик

Залитый холодный теплоноситель в отопительной магистрали имеет свойство выделять воздух при нагревании, для его стравливания применяют автоматический сброс воздуха из системы отопления.

Принцип действия всех автоматических приборов заключается в открывании стравливающего отверстия при появлении воздуха во внутренней области корпуса воздухоотводчика. Элементом, реагирующим на присутствие воздуха, является погруженный во входной патрубок устройства поплавок, который связан с клапаном, закрывающим отверстие для выхода воздуха. Автоматическое устройство работает по следующему принципу (рис. 3):

1. Когда отопление функционирует нормально, находящийся в пространстве цилиндрической рабочей камеры поплавок находится в верхнем положении и связанным с ним конусообразным штоком запирает выходной канал.
2. Если воздух скапливается в верхней части бачка, поплавок уходит вниз вместе с запирающим штоком и происходит отпирание воздушного клапана, воздух стравливается из устройства.

Рис. 4 Автоматический клапан сброса воздуха из системы отопления

Устройство

На рынке представлены различные конструкции автоматических клапанов для спуска воздуха, рассмотрим конструкцию и функционирование одного из распространенных видов.

Данная модель (рис 4.) имеет составное устройство корпуса из латуни, включающего основную часть 1, которая вкручивается в трубопровод, и его крышку 2 с запорным механизмом, соединенную с основой через уплотнительное кольцо 10.

В нерабочем состоянии поступающая через входной патрубок снизу жидкость поднимает пластмассовый поплавок 3, он через флажок давит на подпружиненный (пружина 7) держатель 5 с золотником 6, который запирает проходной канал в жиклере 4.

Жиклер 4 располагается в боковой части воздушного отводчика и подсоединен к корпусу через уплотнительное кольцо 8, в верхней части прибора имеется пробка 9, которой регулируют проходной канал выпускного отверстия для сброса воздуха или перекрывают его полностью при необходимости.

При появлении в поплавковой камере воздуха, он вытесняет воду, в которой плавает поплавок 3, элемент опускается вместе с флажком, а пружина 7 отталкивает золотниковый держатель от выходного канала – происходит стравливание воздуха. При уменьшении объема сброшенного воздуха в рабочую камеру снова поступает вода, поплавок всплывает и перекрывает канал с помощью запорного механизма.

Обычно при подключении воздухоотводчика используют переходники из отсечного обратного клапана, представляющего собой подпружиненный запорный механизм и связанный с ним флажок. При вкручивании воздухоотводчика он давит на флажок отсечного клапана, последний опускается вниз и открывает путь воде к корпусу воздушника.

При демонтаже отводчика для замены, проведения профилактических или ремонтных работ, освобожденный подпружиненный флажок вместе с запорным клапаном поднимается вверх и перекрывает канал поступления теплоносителя.

Рис.5 Ручной воздушный клапан системы отопления в батарее

Технические характеристики

Основным материалом изготовления корпусов ручных и автоматических воздушных клапанов для стравливания воздуха из систем отопления является латунь, покрытая никелем (намного реже используют бронзу), отводчики имеют следующие характеристики:

• Монтаж – в самых высоких точках отопительных контуров на прямом участке.
• Допустимая температура рабочей среды – от 100 до 120º С.
• Максимальное давление 10 бар (атмосфер).
• Подсоединительной диаметр выходных патрубков 1/2″, 3/4″ (наиболее распространенные размеры, обозначается в метрической раскладке Dy 15 и Dy 20, что соответствует 15 и 20 мм), 3/8″, 1″ дюйм.
• Тип подключения – прямое и угловое.
• Расположение выпускного штуцера – сверху, сбоку.
• Комплектация – иногда поставляется вместе с отсечным клапаном
• Рабочая среда – вода, незамерзающие теплоносители с содержанием гликоля до 50%.
• Материал изготовления поплавка – полипропилен, тефлон.
• Срок службы приборов из латуни может достигать 30 лет.

Материал изготовления

Чаще всего корпус предохранительного элемента изготавливается из латуни. Это обусловлено тем, что данный материал характеризуется низким температурным расширением, надежностью, а также не подвержен коррозийным процессам и цена его вас приятно удивит.

Блок регулировки обычно делается из термостойкого пластика.

Подводя итог, стоит отметить, что предохранительный клапан — очень важное звено в защите отопительной системы. Роль этой детали очень велика, поэтому к выбору стоит подходить ответственно, т.к

безопасность системы обогрева вашего дома находится в непосредственной зависимости от нее.

Выбирая клапан, нужно уделить внимание всем техническим показателям и качеству изделия

Важно правильно настроить и установить предохранительный клапан, т.к. малейшие неточности могут привести к тому, что устройство не будет своевременно срабатывать в случае возникновения аварийной ситуации

малейшие неточности могут привести к тому, что устройство не будет своевременно срабатывать в случае возникновения аварийной ситуации.

Разновидности групп безопасности и принцип выбора подходящей модели

Стандартный предохранительный клапан для бойлера по исполнению может отличаться несколькими особенностями конструкции. Эти нюансы не изменяют функциональность устройства, а лишь упрощают использование и обслуживание. Чтобы правильно выбрать узел безопасности надо знать, какие бывают предохранительные клапаны для бойлеров и чем они отличаются.

Рычажные модели

Самый распространенный тип стандартного узла безопасности – модель с рычажком. Такой механизм можно привести в действие вручную, что удобно при проверке или сливе воды из бака бойлера. Делают это так:

• горизонтально расположенный рычаг устанавливают вертикально;
• прямое соединение со штоком приводит в действие пружинный механизм;
• пластинка предохранительного клапана принудительно открывает отверстие и из штуцера начинает течь вода.

Даже если не требуется полное опустошение бака, контрольный слив выполняют ежемесячно для проверки работоспособности узла безопасности.

Различаются изделия конструкцией рычажка и штуцером для сброса воды. Если имеется возможность, то лучше выбрать модель с зафиксированным к корпусу флажком. Крепление выполнено болтом, препятствующим ручное открывание рычажка детьми. Изделие имеет удобную форму штуцера в виде елочки с тремя нарезками, что обеспечивает надежную фиксацию шланга.

Более дешевая модель не имеет фиксации флажка. Рычажок можно случайно зацепить рукой и начнется ненужный слив воды. Штуцер короткий, всего с одним кольцом нарезки. Фиксировать шланг на такой выступ неудобно и при сильном давлении его может сорвать.

Модели без рычага

Предохранительные клапана без рычага – самый дешевый и неудобный вариант. Такие модели часто идут комплектом с водонагревателем. Опытные сантехники их просто выбрасывают. Работают узлы аналогично рычажным моделям, только нет возможности вручную выполнять контрольный слив или опустошение бака бойлера.

Модели без рычага бывают двух исполнений: с крышкой на конце корпуса и глухие. Первый вариант более удобен. При засорении крышку можно открутить для очистки механизма. Глухую модель нельзя проверить на работоспособность и очистить от накипи. Штуцера сброса жидкости у обоих клапанов короткие с одним кольцом нарезки.

Узлы безопасности для больших водонагревателей

На водонагреватели с объемом накопительного бака от 100 л ставят усовершенствованные предохранительные клапана. Работают они аналогичным образом, только дополнительно комплектуются шаровым краном для принудительного слива, а также манометром.

Особое внимание стоит обратить на штуцер отвода жидкости. Он резьбовой. Надежное крепление предотвращает срыв шланга сильным давлением и избавляет от неудобного пользования хомутом

Надежное крепление предотвращает срыв шланга сильным давлением и избавляет от неудобного пользования хомутом.

Модели оригинального исполнения

Для любителей эстетики и комфорта производители предлагают узлы безопасности в оригинальном исполнении. Изделие комплектуют манометром, наносят хромированное покрытие, придают элегантную форму. Выглядят изделия красиво, но стоимость их высокая.

Различие по маркировке корпуса

Качественные изделия на корпусе обязательно имеют маркировку. Производитель указывает максимально допустимое давление, а также направление движения воды. Вторая маркировка – это стрелка. Она помогает определить, какой стороной поставить деталь на патрубок бойлера.

На дешевых китайских моделях маркировка часто отсутствует. С направлением жидкости без стрелки разобраться можно. Пластинка обратного клапана должна открываться вверх по отношению к патрубку бойлера, чтобы внутрь бака поступала вода из водопровода. А вот с допустимым давлением без маркировки определиться не получится. При несоответствии показателя узел безопасности постоянно будет течь или, вообще, не сработает в аварийной ситуации.

Другие типы клапанов

Когда пытаются сэкономить на группе безопасности, на водонагреватель пытаются установить подрывной клапан, предназначенный для системы отопления. По функциональности узлы схожи, но есть один нюанс. Подрывной клапан не способен понемногу стравливать жидкость. Механизм сработает, когда избыток давления достигнет критической отметки. Подрывным клапаном можно только стравить всю воду из бака при аварии.

Отдельно стоит рассмотреть установку только обратного клапана. Механизм этого узла наоборот запирает воду внутри бака, не давая ей стечь в трубопровод. При избытке давления рабочая пластина со штоком не способна сработать в обратную сторону, что приведет к разрыву бака.

Как выбрать предохранительный клапан

Основной критерий выбора предохранительного устройства – технические параметры отопительной системы, указанные в проектной документации.

В большинстве современных закрытых систем отопления используются стандартные латунные предохранительные клапаны прямого действия.

Они подходят для установки в системы, работающие на дизельных, газовых или электрических котлах.При достижении критической температуры и давления предохранительный клапан практически мгновенно прекращает дальнейший нагрев рабочей среды и предотвращает аварию.

Простые латунные предохранительные клапаны рассчитаны на превышение давления рабочей среды до 3-6 бар.

При выборе клапана для дизельных, газовых и электрических котлов нужно выбирать предохранительные устройства, способные выдержать давление, на 20-25% превышающее нормальное рабочее давление в системе.

Для твердотопливных котлов, работающих на торфе, брикетах или угле, нужно более тщательно выбирать вид сбросников, т.к. твердое топливо не может прекратить горение моментально и еще некоторое время после выключения продолжают нагревать воду.

Для них подходят современные предохранительные клапаны теплового сброса, рассчитанные на максимальное рабочее давление 10 бар. То же самое относится к твердотопливным котлам в открытых системах отопления, в которых сбросные клапаны эффективнее всего работают, реагируя на повышение рабочей температуры, а не давления.

Нежелательно выбирать дешевое инженерное оборудование от китайских производителей: оно обычно не отличается высоким качеством и быстро выходит из строя. Показателем износа является повышение количества срабатываний клапана.

Рекомендуем ознакомиться:  Для чего нужен обратный клапан на воду и как его правильно установить?

Механизм прижима

Рычажно-грузовые предохранительные клапаны рассчитаны на большие нагрузки и диаметр трубы не менее 200 мм, поэтому используются в промышленных отопительных системах.

Для индивидуального отопления частного дома лучше приобрести устройство с пружинным механизмом, это стандартный, надежный и часто используемый вид сбросного клапана.

Высота подъема

Клапаны сброса давления имеют разную высоту подъема затвора:

1. Малоподъемная модель ПС-350.Малоподъемные. Высота затвора в малоподъемных клапанах не превышает 1/20 диаметра седла. Имеют относительно низкую пропускную способность и простую конструкцию. Применяются в магистралях с жидким теплоносителем. Как правило, малоподъемной предохранительной арматуры достаточно для системы отопления с водяным контуром мощностью до 40-43 кВт. Для предотвращения аварии в таких системах необходимо сбросить небольшой объем теплоносителя.
2. Полноподъемные. Высота затвора в полноподьемных клапанах больше или равна диаметру седла. Как правило, это рычажно-грузовые механизмы, более дорогие и сложные по конструкции. Полноподъемные клапаны имеют высокую пропускную способность, могут быть установлены на магистрали, в которых циркулируют газы, пар или сжатый воздух.

Полноподъемная модель PN 16.

Скорость срабатывания механизма

По скорости срабатывания предохранительные клапаны делятся на пропорциональные и двухпозиционные.

В отопительных системах частного дома лучше использовать пропорциональные клапаны, опять таки, их достаточно для большинства систем. Затворная крышка таких устройств открывается постепенно, пропорционально возрастанию давления в магистрали, соответственно и объем сбрасываемого теплоносителя возрастает пропорционально. В таких клапанах отсутствуют автоколебания, они поддерживают корректный уровень давления и стоят дешевле.

Двухпозиционная предохранительная арматура отличается моментальным подрывом и полным открытием клапана. Такой механизм позволяет быстро сбросить большие объемы теплоносителя, однако создает риск гидроудара: из-за быстрого сброса большого количества жидкого теплоносителя, в магистрали существенно снижается давление, после чего клапан резко закрывается. Поэтому двухпозиционную предохранительную арматуру рекомендуют устанавливать на магистрали со сжимаемой средой (воздух, газ, пар).

Диаметр

Диаметр предохранительного клапана сброса давления в системе отопления не должен быть меньше разъема подводящего патрубка. В противном случае, работе механизма будет мешать постоянное гидравлическое давление.

Производитель

Поскольку предохранительные клапаны имеют довольно простую конструкцию, а современные модели в большинстве случаев изготавливаются из латуни по одинаковой технологии, критических различий между арматурой различных производителей нет.

Критерии выбора предохранительного сбросного клапана

Механизм прижима

Рычажно-грузовые предохранительные клапаны рассчитаны на большие нагрузки и диаметр трубы не менее 200 мм, поэтому используются в промышленных отопительных системах.

Для индивидуального отопления частного дома лучше приобрести устройство с пружинным механизмом, это стандартный, надежный и часто используемый вид сбросного клапана.

Высота подъема

Клапаны сброса давления имеют разную высоту подъема затвора:

1. Малоподъемная модель ПС-350.Малоподъемные. Высота затвора в малоподъемных клапанах не превышает 1/20 диаметра седла. Имеют относительно низкую пропускную способность и простую конструкцию. Применяются в магистралях с жидким теплоносителем. Как правило, малоподъемной предохранительной арматуры достаточно для системы отопления с водяным контуром мощностью до 40-43 кВт. Для предотвращения аварии в таких системах необходимо сбросить небольшой объем теплоносителя.

2. Полноподъемные. Высота затвора в полноподьемных клапанах больше или равна диаметру седла. Как правило, это рычажно-грузовые механизмы, более дорогие и сложные по конструкции. Полноподъемные клапаны имеют высокую пропускную способность, могут быть установлены на магистрали, в которых циркулируют газы, пар или сжатый воздух.

Полноподъемная модель PN 16.

Скорость срабатывания механизма

По скорости срабатывания предохранительные клапаны делятся на пропорциональные и двухпозиционные.

В отопительных системах частного дома лучше использовать пропорциональные клапаны, опять таки, их достаточно для большинства систем. Затворная крышка таких устройств открывается постепенно, пропорционально возрастанию давления в магистрали, соответственно и объем сбрасываемого теплоносителя возрастает пропорционально. В таких клапанах отсутствуют автоколебания, они поддерживают корректный уровень давления и стоят дешевле.

Двухпозиционная предохранительная арматура отличается моментальным подрывом и полным открытием клапана. Такой механизм позволяет быстро сбросить большие объемы теплоносителя, однако создает риск гидроудара: из-за быстрого сброса большого количества жидкого теплоносителя, в магистрали существенно снижается давление, после чего клапан резко закрывается. Поэтому двухпозиционную предохранительную арматуру рекомендуют устанавливать на магистрали со сжимаемой средой (воздух, газ, пар).

Диаметр

Диаметр предохранительного клапана сброса давления в системе отопления не должен быть меньше разъема подводящего патрубка. В противном случае, работе механизма будет мешать постоянное гидравлическое давление.

Производитель

Поскольку предохранительные клапаны имеют довольно простую конструкцию, а современные модели в большинстве случаев изготавливаются из латуни по одинаковой технологии, критических различий между арматурой различных производителей нет.

Трехходовой клапан отопления

Обычно автоматикой котла не может быть обеспечена потребность в воде с разной температурой для нескольких контуров системы отопления. На помощь приходит трехходовой термостатический смесительный клапан системы отопления, который поддерживает необходимые тепловые параметры теплоносителя в контурах системы отопления, а также малом контуре системы.
На вид клапан походит на простой тройник, металл — бронза или латунь. Вверху данного тройника устанавливается регулировочная шайба, под которой имеется материал чувствительный к перепаду температур. И при необходимости он давит на рабочий шток, выходящий из корпуса. Основная задача клапана основана на удержании температуры теплоносителя на выходе в заданных пределах, путем добавления холодной или горячей воды. При неподходящих температурных изменениях, внешний привод клапана давит на шток. Далее конус выходит из седла и открывается проход между всеми каналами. В ходе работы, контроль за трехходовым клапаном согласно температуре исполняется наружным приводом.