VALTEC

Гидравлическая стрелка

Назначение и принцип действия

Гидравлическая стрелка (гидрострелка, гидравлический разделитель) служит для разделения и увязки первичного и вторичного контуров системы отопления. При этом под вторичным контуром понимается совокупность контуров потребителей тепла – петель теплого пола, радиаторного отопления, горячего водоснабжения. Поскольку нагрузка на эти подсистемы не постоянна, переменны и термогидравлические параметры (температура, расход, давление) вторичного контура в целом. В то же время для нормальной работы источника тепла (отопительного котла) желательна стабильность данных характеристик. Обеспечить теплогенератору такую стабильность и позволяет гидравлическая стрелка, установленная между котлом и потребителями (рис. 1).

Рис.1. Гидравлическая стрелка в системе отопления

Действие гидравлического разделителя основано на значительном увеличении сечения потока теплоносителя: как правило, гидрострелку выполняют таким образом, чтобы диаметр ее корпуса (колбы) в три раза превышал диаметр наибольшего присоединительного патрубка или чтобы поперечное сечение корпуса равнялось суммарному сечению всех патрубков.

При увеличении диаметра потока в три раза его скорость снижается в девять, а динамическое давление – в 81 раз (и там, и там – квадратичная зависимость). Это позволяет утверждать, что перепады давлений между присоединяемыми к гидрострелке трубопроводами ничтожно малы.

Режимы работы

Говоря о гидравлической стрелке нередко проводят аналогию со стрелкой железнодорожной. Их работа, действительно, схожа: оба устройства задают нужное направление движения, в одном случае – транспорта, в другом – теплоносителя. Разница в том, что «переключение» гидрострелки не требует какого-либо внешнего усилия, а происходит само собой, в зависимости от потребления тепла и горячей воды. Ниже рассмотрены режимы работы гидравлического разделителя.

Режим 1. Нагрузка на систему отопления такова, что расход первичного и вторичного совпадают, т.е. нагретый котлом теплоноситель полностью передается потребителям, и его достаточно (G₁ = G₁₁ = G₂ = G₂₁, Т₁ = Т₁₁, T₂₁ = T₂). В этом случае гидрострелка «включена» напрямую и работает как два раздельных трубопровода. Схема движения, хромограммы скоростей и давлений теплоносителя в корпусе разделителя показаны для этого режима на рис. 2. Такой режим можно назвать расчетным.

Рис. 2.

Режим 2. Система отопления нагружена. Суммарный расход потребителей превышает расход в контуре источника тепла (G₁ < G₁₁, Т₁ > Т₁₁; Т₂₁ = Т₂; G₁ = G₂; G₁₁ = G₂₁). Разность расходов компенсируется подмесом в линию подачи вторичного контура части теплоносителя из его «обратки» (рис. 3). Режим описывают следующие формулы: ΔТ₁ = Т₁ – Т₂ = Q/c · G₁, ΔТ₂ = Т₁₁ – Т₂₁ = Q/c · G₁₁, Т₂ = Т₁ – ΔТ₁, Т₁₁ = Т₂₁ + ΔТ₂.

Рис. 3.

Режим 3. Потребление тепла понижено (например, в межсезонье), и расход теплоносителя во вторичном контуре меньше, чем в первичном (G₁ > G₁₁, Т₁ = Т₁₁, Т₂₁ ˂ T₂, G₁ = G₂, G₁₁ = G₂₁). При этом избыток теплоносителя возвращается к котлу через гидрострелку, не попадая во вторичный контур (рис. 4). Расчетные формулы: ΔТ₁ = Т₁ – Т₂ = Q/c· G₁; ΔТ₂ = Т₁₁ – Т₂₁ = Q/c· G₁₁; Т₂ = Т₁ – ΔТ₁; Т₁₁ = Т₁; Т₂₁ = Т₁₁ – ΔТ₂. Данный режим является оптимальным при необходимости защиты котла от так называемой низкотемпературной коррозии.

Рис. 4.

При отсутствии потоков по контурам системы отопления гидравлический разделитель не препятствует естественной (за счет гравитационных сил) циркуляции теплоносителя, что демонстрирует хромограмма, представленная на рис. 5.

Рис. 5. Хромограмма температуры в статическом режиме

Конструкция и оснащение

Благодаря резкому снижению скорости потока в гидрострелке, ее конструкции и пространственному расположению (справедливо для вертикальных гидроразделителей) данный элемент является идеальной точкой системы для удаления из теплоносителя воздуха и шлама. (Отметим, впрочем, что не все производители оборудования реализуют такие функции).

На рис. 6. показана гидравлическая стрелка VT.VAR.00 (схема, конструкция и габариты), поставляемая фирмой VALTEC в качестве одного из модулей системы быстрого монтажа VARIMIX. Для удаления воздуха, скапливающегося в верней части колбы, разделитель оснащен автоматическим воздухоотводчиком 1, для отведения осадка и слива теплоносителя предусмотрен дренажный шаровой кран 2. Отключение воздухоотводчика на время ремонта или обслуживания производится шаровым краном 5. Для контроля температуры и давления в подающем трубопроводе первичного контура предусмотрен термоманометр 3, температуры в обратном трубопроводе – термометр 4. На патрубках подачи и «обратки» имеются также гнезда для датчиков температуры 6, 7 (заглушены пробками). Корпус гидроразделителя изготовлен из бронзы OTS 60Pb2. Технические характеристики модуля приведены в табл. 1.

Рис. 6. Схема и конструкция гидравлической стрелки VT.VAR.00

Таблица 1. Технические характеристики гидрострелки VT.VAR.00

Характеристика	Значение
Рабочее давление, МПа	1,0
Пробное давление, МПа	1,5
Максимальная температура рабочей среды, °С	120
Допустимая температура окружающей среды, °С	От 0 до +60
Допустимая относительная влажность окружающей среды, %	80
Максимальный расход теплоносителя, кг/ч	4500
Максимальная подсоединенная тепловая мощность (при ΔТ = 20 °С), кВт	104
Масса комплекта, г	4500
Соединение с коллекторами	Фитинг VT.0 606 1 1/4
Средний полный срок службы, лет	50

В 2015 г. VALTEC анонсировал выпуск гидравлического разделителя из нержавеющей стали VT.VAR05.SS. Выбор материала корпуса позволил снизить стоимость изделия, обеспечив ему высокую прочность и устойчивость к коррозии. При этом разработчики усовершенствовали и конструкцию гидрострелки (рис. 7), дополнив ее перфорированной перегородкой для снижения теплопотерь из-за конвекции теплоносителя – с примерно 7 до 2–3 %, а также спиральным перфорированным сепаратором – для более интенсивного удаления воздуха из рабочей среды.

Рис. 7. Конструкция гидравлической стрелки VT.VAR05.SS: 1 – манометр, 2 – дренажный клапан, 3 – автоматический воздухоотводчик, 4 – отсекающий клапан, 5 – дополнительные резьбовые патрубки, 6 – резьбовые пробки для дополнительных патрубков, 7 – спиральный перфорированный сепаратор, 8 – перфорированная перегородка

Гидравлическая стрелка из нержавеющей стали комплектуется автоматическим воздухоотводчиком с отсекающим клапаном, дренажным краном, манометром. Дополнительно на корпусе имеются патрубки для термометра, датчика температуры, магнитного шламоуловителя. Разделитель предназначен для систем отопления с рабочим давлением до 10 бар и температурой до 110 °С. Максимальная тепловая мощность при ΔТ = 20 °С – 120 и 200 кВт для моделей условным диаметром 1 и 1 1/4" соответственно.

Пример расчета

Рассчитаем температуры Т₂, Т₁₁ и Т₂₁ для системы отопления тепловой мощностью Q = 45 кВт с температурой подачи T₁ = 80 °С, расходом в первичном контуре G₁ = 1500 кг/ч при расходе во вторичном контуре G₁₁ = 3000 кг/ч («нагруженный» режим работы). Формулы и результаты вычислений сведены в табл. 2.

Таблица. 2. Порядок расчета рабочих параметров

Величина	Формула, вычисление	Значение
Секундный расход в первичном контуре, кг/c	G₁ = G₁/3600 = 1500/3600	0,417
Секундный расход во вторичном контуре, кг/c	G₁₁ = G₁₁/3600 = 3000/3600	0,833
Перепад температур в первичном контуре, °С	ΔТ₁ = Q/c· G₁ = 45000 / (4186 · 0,417)	25,78
Перепад температур во вторичном контуре, °С	ΔТ₂ = Q/c · G₁₁= 45000 / (4186 · 0,833)	12,91
Температура обратного теплоносителя первичного контура, °С	Т₂ = Т₁ – ΔТ₁ = 80 – 25,78	54,22
Температура обратного теплоносителя вторичного контура, °С	Т₂₁ = Т₂	54,22
Температура прямого теплоносителя вторичного контура, °С	Т₁₁ = Т₂₁ + ΔТ₂ = 54,22 + 12,91	67,13

Дополнительно к сведению: 1) как правило, гидравлическую стрелку предусматривают в системах отопления мощностью от 40 кВт; 2) при проектировании системы с гидравлическим разделителем обычной конструкции следует учесть снижение тепловой мощности примерно на 10 %.