регулирующие клапаны

Что такое трехходовой регулирующий клапан?

Трехходовой регулирующий клапан имеет три патрубка. При перемещении штока плунжер меняет распределение потока между двумя патрубками: расход через один патрубок увеличивается, а через другой — уменьшается. Поэтому суммарный расход остается практически постоянным, а регулируется его распределение между двумя ветвями. Благодаря этому клапан хорошо подходит для корректировки температуры или соотношения смешения в контуре без прерывания основного потока.

Трехходовые клапаны работают в двух основных режимах. В режиме смешения два разных потока объединяются в одном выходе — например, горячий и холодный потоки смешиваются для достижения заданной температуры. В режиме разделения один входящий поток делится между двумя выходами; типичный пример — байпас теплообменника. При выборе клапана режим работы всегда должен быть указан.

Промышленные трехходовые регулирующие клапаны выпускаются в разных семействах — от седельных корпусов с направляющей клеткой для тяжелых условий до компактных корпусов с нижним патрубком для малых диаметров, общепромышленных задач и систем ОВиК. Семейство выбирается по диаметру трубопровода, классу давления, чистоте среды и требуемому уровню герметичности.

Как работают смешение и разделение потоков?

В трехходовом клапане плунжер перемещается между двумя седлами. Удаляясь от одного седла, он приближается к другому, поэтому распределение потока между патрубками непрерывно меняется с ходом штока.

1.      Сигнал и позиционирование: Сигнал регулятора температуры или соотношения поступает на привод через позиционер, и шток перемещается в соответствующее положение.

2.      Распределение между двумя патрубками: Плунжер открывает один патрубок, одновременно дросселируя другой. Линейная характеристика дает сбалансированную зависимость между ходом штока и изменением расхода в каждом патрубке.

3.      Сохранение суммарного расхода: Регулируется соотношение между двумя ветвями; поскольку суммарный расход в основном сохраняется, насосы и оборудование на основной линии не испытывают резких изменений нагрузки.

4.      Крайние положения: В крайних положениях весь поток проходит через один патрубок; герметичность в этих положениях определяется классом герметичности трима.

Режим смешения

Два входящих потока встречаются внутри клапана и выходят через общий патрубок. Типичное применение — дозирование горячего и холодного потоков для получения постоянной температуры на выходе. Клапан нужно рассчитывать так, чтобы разница давлений на двух входах не ухудшала качество регулирования.

Режим разделения потока

Поток, поступающий в общий патрубок, делится между двумя выходами. При байпасе теплообменника часть потока проходит через теплообменник, а остальное — через байпасную линию, что позволяет регулировать температуру на выходе. При расчете учитывается сопротивление обеих выходных ветвей.

Ключевые особенности

·         Две функции в одном корпусе: Один клапан заменяет два отдельных клапана и связанную с ними обвязку для смешения или разделения.

·         Разгруженные и неразгруженные исполнения: Разгруженные тримы работают с меньшим усилием привода; неразгруженные обеспечивают более высокий класс герметичности.

·         Трим с клеточным направлением или направлением по седлу: Клеточное направление для тяжелых условий, направление по седлу с ввинчиваемым седельным кольцом — в компактных корпусах.

·         Линейная характеристика: Линейная расходная характеристика для сбалансированного распределения потока между двумя патрубками.

·         Седло с наплавкой: Плунжер из нержавеющей стали с кобальт-хромовой наплавкой на уплотнительной поверхности в компактном семействе.

·         Разнообразные присоединения: Резьба NPT, фланцы с плоской или выступающей уплотнительной поверхностью, RTJ, в раструб под сварку и под приварку встык — в зависимости от семейства.

·         Пневматические и электрические приводы: Пружинно-мембранные и поршневые пневмоприводы, а также варианты электроприводов для семейств малых диаметров.

Технические характеристики

В таблице приведен диапазон конфигураций семейств трехходовых регулирующих клапанов.

Допустимое давление для бронзового корпуса малого диаметра — 400 psi при 66 °C и 250 psi при 204 °C; для корпуса из нержавеющей стали — 720 psi при 66 °C и 515 psi при 204 °C. Все значения необходимо подтверждать для конкретной конфигурации.

Основные преимущества

·         Меньше оборудования: Один клапан заменяет два клапана, два привода и дополнительную обвязку.

·         Постоянный суммарный расход: Поскольку поток распределяется между двумя ветвями, нагрузка на насосы и линию не меняется скачкообразно.

·         Устойчивое регулирование температуры: Линейная характеристика обеспечивает сбалансированное регулирование в контурах байпаса теплообменника и смешения.

·         Широкий диапазон размеров и материалов: Исполнения от NPS 1/2 до NPS 8 и от чугуна до нержавеющей стали.

·         Простое обслуживание: Ввинчиваемые седельные кольца и клеточные конструкции упрощают замену трима.

Области применения

Трехходовые регулирующие клапаны применяются в контурах, где соотношение или температуру нужно регулировать без прерывания потока.

Байпас теплообменника

Температура технологической среды на выходе регулируется распределением потока между теплообменником и байпасом.

Смешение и гликолевые системы

Смешение двух потоков в заданных соотношениях; регулирование температуры в гликолевых контурах охлаждения.

Промышленные системы ОВиК и чистые помещения

Смешение или разделение в калориферах и охладителях; контуры климат-контроля чистых помещений.

Бумагоделательные машины

Задачи разделения потока, например регулирование давления в напорном ящике бумагоделательной машины.

Ключевые моменты при выборе трехходового клапана

В отличие от двухходовых клапанов, трехходовые клапаны нужно рассчитывать с учетом гидравлического поведения обеих ветвей.

Режим работы

·         Требуется смешение или разделение

·         Расположение общего патрубка и направления потоков

·         Требуемая герметичность в крайних положениях

Размер и давление

·         Расход и перепад давления в каждой ветви

·         Суммарный расход и требуемый Cv

·         Расчетное давление, температура и класс давления

Трим и герметичность

·         Разгруженный или неразгруженный трим

·         Клеточное направление или направление по седлу

·         Совместимость материалов корпуса и трима со средой

Привод

·         Какой патрубок остается открытым при отказе

·         Пневматический или электрический привод

·         Позиционер и тип сигнала

Стандарты и герметичность

Герметичность и присоединения трехходовых регулирующих клапанов определяются следующими стандартами.

Применимые стандарты зависят от выбранного семейства.

Инженерная поддержка TLY Enerji

Самая частая ошибка с трехходовыми клапанами — неверно указанный режим работы или выбор клапана только по диаметру трубопровода. Получив запрос на трехходовой регулирующий клапан, TLY Enerji в первую очередь изучает схему контура и гидравлические условия в обеих ветвях.

Затем для режима смешения или разделения определяются семейство корпуса, тип трима, требуемый Cv и положение привода при отказе, а также даются рекомендации по размещению датчиков и преобразователей в контуре регулирования температуры. Так клапан подбирается с учетом всего контура регулирования. Предложение, техническая документация и поддержка при пусконаладке планируются по потребностям проекта; для действующих контуров с колебаниями или отклонениями температуры пересматриваются размер и характеристика клапана и готовятся предложения по улучшению.

·         Анализ схемы контура и режима работы

·         Расчет для обеих ветвей

·         Определение положения привода при отказе

·         Рекомендации по контуру регулирования

·         Предложение и документация

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между смесительным и разделительным клапаном?

В смесительном клапане два входящих потока встречаются внутри клапана и выходят через один патрубок; в разделительном клапане один входящий поток делится между двумя выходами. Внутренняя конструкция и направления потоков могут различаться, поэтому при заказе режим работы нужно указывать всегда. Клапан, работающий не в своем режиме, может вызывать неустойчивость регулирования и вибрацию.

Можно ли вместо одного трехходового клапана использовать два двухходовых?

Технически да, но для этого нужны два клапана, два привода, больше трубопроводов и согласованное управление обоими клапанами. Трехходовой клапан одним ходом штока изменяет соотношение между двумя ветвями, сохраняя суммарный расход. Два отдельных клапана можно рассматривать для ветвей с сильно различающимися условиями по давлению или температуре.

Какая расходная характеристика применяется в трехходовых регулирующих клапанах?

Как правило, в этих клапанах применяется линейная характеристика. Она обеспечивает сбалансированную зависимость между ходом штока и изменением расхода в двух патрубках и помогает сохранять суммарный расход. Настройка контура регулирования при этом также становится более предсказуемой.

От чего зависит класс герметичности трехходового клапана?

Класс герметичности зависит от типа трима. Семейство для тяжелых условий обеспечивает класс II или IV с разгруженным тримом и класс IV или V с неразгруженным. Компактное семейство с металлическим седлом обеспечивает класс IV, а семейство малых диаметров для общепромышленных задач — класс III.

Как трехходовой клапан устанавливается на байпасе теплообменника?

В типовой схеме клапан работает в режиме разделения: часть потока из общего патрубка направляется в теплообменник, а остальное — в байпасную линию. Преобразователь температуры, измеряющий температуру на выходе теплообменника, передает сигнал в контур регулирования. При расчете клапана потери давления в ветвях теплообменника и байпаса необходимо оценивать совместно.

Где предпочтительны трехходовые клапаны малых диаметров?

Компактные трехходовые клапаны с нижним патрубком NPS 1/2–2 предпочтительны для общепромышленных задач: промышленных систем ОВиК, климат-контроля чистых помещений, гликолевых систем, смешения и байпаса теплообменников. Они выпускаются с корпусами из бронзы и нержавеющей стали и могут комплектоваться пневматическими или электрическими приводами.