Зачем нужны дроссельные шайбы?

Дроссельная шайба в системе отопления

Дроссельная шайба в системе отопления устанавливается на теплофикационных вводах жилых домов и используется для ограничения объема подаваемого теплоносителя и соответственно его входного давления. Такая конструкция дает возможность соблюдать гидравлическое сопротивление в трубах внутридомовой системы отопления на расчетном уровне, тем самым гарантируя стабильную подачу тепла в каждый отопительный прибор.

Дроссельная шайба в системе отопления – это устройство выполнено в форме металлического диска, с отверстием в центре. Размер отверстия выполняется по проекту либо по результатам наладки работы тепловых сетей. Также можно выполнить расчет самостоятельно по формулам, обозначенным в СНИП в разделе отопления, для чего понадобятся данные по расходам теплоносителя через абонентский узел, расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды и, соответственные, давления.

Для чего нужна дроссельная шайба на отопление

Исполнительные схемы магистральных и внутриквартальных тепловых сетей имеют десятки, а порой и сотни ответвлений и абонентских узлов. В них входят источники тепловой энергии — котельная или центральный тепловой пункт, система трубопроводов, компенсаторы, отводы, запорно-регулирующая арматура и контрольно-измерительные приборы, установленные в тепловых камерах, тепловых колодцах и в абонентских узлах каждого жилого дома, подключенного к центральной тепловой сети.

На каждом элементе в теплосети подающий теплоноситель теряет часть своего напора. Чем протяженность выше, тем больше будут потери по ходу движения воды. В конце концов, если тепловая система будет рассчитана не правильно и разбалансирована, а насосное оборудование установлено с малой производительностью, может случиться так, что теплоноситель к конечному потребителю не поступит вообще.

Дроссельная шайба в системе отопления нужна для оптимального распределения нагревающей среды, между всеми потребителями тепловой энергии подключенных к одному источнику теплоснабжения. Они выполняются по предварительным расчетам, указанных в соответствующем разделе проекта теплоснабжения либо по результатам наладочных испытаний тепловых сетей. Такие испытания по требованиям директивных документов должны проводиться не меньше, чем один раз в пять лет или после реконструкции теплосетей. Традиционные шайбы изготавливаются с одним проходным отверстием и устанавливаются между фланцами на вводной задвижке элеваторного узла на вводе в дом. Такие конструкции имеют недостаток, в связи с тем, что в случае изменения режима, они требуют перерасчета и переустановки, что довольно затратное мероприятие, так как для установки потребуется сливать весь теплоноситель.

В последнее время приобрели популярность регулируемые шайбы, конструкция которая позволяет менять проход среды, а следовательно их можно использовать для разных тепловых режимов, которые устанавливаются без разгерметизации тепловой сети.

Специалисты утверждают, что впоследствии того, как в абонентский узел жилого дома были установлены расчетные шайбы, расход теплоносителя снизился в 3 раза, при этом качество теплоснабжения значительно выросло. Это действительно возможно, за счет роста скорости движения среды в межтрубном пространстве и радиаторах, после чего увеличивается общий теплосъем на объекте, то есть растет разность температур теплоносителя на входе и выходе из дома. Такая регулировка внутридомовых систем отопления приводит к повышению качества работы магистральных сетей и источников тепла, поскольку уменьшается количество работающих сетевых насосов и снижается потребление электроэнергии на передачу тепловой энергии.

Конструкция устройства

Перед установкой дроссельных шайб на систему отопления ее выполняют по чертежам в форме стального диска, вырезанного из листового металла толщиной 2-4 мм. Строго по центру просверливается расчетное отверстие. Минимальный допустимый диаметр на шайбе ограничен нормативными требованиями и должен быть не менее 3.0 мм. Толщина нерегулируемой шайбы для трубопроводов с наружным диаметром до 89 мм принимается от 2 до 3 мм, свыше – от 3 до 4 мм.

Расчетное отверстие регулируемой шайбы имеет продолговатую форму. Эта конструкция обладает двумя штоками, расположенными диаметрально противоположно в отношении друг друга. Для возможности наружного управления, их выводят сбоку через уплотнительные каналы. Вариация положений данных элементов изменяет площадь отверстия в конструкции. В том случае, когда они до конца задвинуты, то минимальный диаметр прохода равняется 5.5 мм, а при полностью открытых — диаметр прохода будет равный 18.0 мм. Подобные устройства снабжаются специальными ключами для выполнения операций по регулировке.

Кроме того, очень важно знать, что в такой конструкции существует возможность установить ограничения для передвижения штоков и его опломбирования. Это выполняется для того, чтобы потребители не смогли самостоятельно изменять проходное сечение устройства, тем самым вмешиваться в работу тепловой сети, вызывая ее разбалансировку.

Отечественная промышленность выпускает следующие виды дроссельных шайб для регулировки режимов тепловой сети:

1. Первая модификация выполняется в форме корпуса, на который ставится диск, располагающий сквозным отверстием. При регулировке нужно поворачивать шток, после чего элемент, аналогичный по конфигурации усеченной сфере, совершает вращение подвижного диска с выполненными в его полости отверстиями. Недоработка устройства — возможное заклинивание во время регулирования подвижного диска. Кроме того, конструкция устройства довольно сложная имеет достаточно много деталей и узлов, самостоятельно выполнить подобную конструкцию практически не возможно, а в процессе эксплуатации, каждая лишняя деталь, работающая в зоне высоких температур и скоростей жидкости — увеличивают угрозу выхода из строя всей конструкции.
2. Следующий вид ограничительного устройства выполняется из комплекта дроссельных деталей, выполненных с отбортовкой. Модификация имеет преимущество из-за возможности самоуплотнения всех деталей при установке. Конструкция проста и надежна. Для регулировки расходных показателей теплоносителя, достаточно смонтировать нужное число шайб и закрепить их гайкой. Поскольку установка шайбы производится на подающем трубопроводе, в тепловом колодце или на элеваторном узле потребителя, такие устройства устанавливают исключительно летом, во время ремонта тепловых сетей, после дренажа воды из внутридомовых систем отопления.

Место установки дроссельной шайбы

Нормативные документы обязывают проводить установку дроссельных шайб на абонентском узле на трубе подающего теплоносителя после запорно-регулировочного органа — задвижки или вентиля между фланцами. Если необходимо выполнить регулировку по отдельным отопительным стоякам, в этом случае шайбы выполняются не фланцевого типа, а на сгонах. На обратке дроссельные шайбы монтируют исключительно в ситуации, если давления в нем, ниже статического, определенного по давлению пара, если в качестве теплоносителя используется перегретая вода. Поскольку при резком снижении давления на шайбах, в перегретой воде происходит процесс парообразования.

В случае, когда при установке шайбы на обратном теплоносителе система либо батареи оказываются под давлением превышающего их допустимые показатели прочности, рекомендуется ставить 2 шайбы: на обратке для повышения давления в нем по ходу движения теплоносителя со значением выше статического и на подаче для снижения имеющегося избыточного давления.

Расчет диаметра отверстия дроссельной шайбы

Расчет отверстий дроссельных шайб очень ответственное мероприятие, его выполняют согласно требованиям СП 41.101/95 по проектированию теплопунктов. Расчет не представляет сложности для инженерно-технического персонала теплосетей и выполняется на базе одной формулы. Сложность представляется в правильности получения точных данных для расчетной формулы, которые на практике очень часто не соответствуют проектным значениям, из-за чего расчетный диаметр определяется неправильно, а шайба не способна установить необходимый гидравлический и тепловой режим работы.

Дроссельная шайба в системе отопления очень часто меняется или высверливается большее проходное сечение. Эту работу обычно проводят мастера- наладчики во время наладочных режимных испытаний в магистральных теплосетях. Расчет производится или ручным способом, или с применением онлайн калькуляторов. В основе обоих методов расчета лежит одна и та же формула, и используются одни и те же вводных данных.

Формульный метод

Диаметр отверстия Д, мм, вычисляется по формуле:

Формула расчета шайбы Д=10х ∜Р/ ΔН

• Р — определяемый расход греющего теплоносителя при максимальных температурах в подающем/обратном трубопроводе, т/ч;
• ΔН — напор, который способна погасить диафрагма, м.в.ст.

Согласно требованиям нормативный материалов СНИП по отоплению установлен предельный показатель диаметра отверстия шайбы, который не может быть меньше 3.0 мм. Это вызвано тем, то отверстия, которые ниже установленного предела, могут забиваться мелкими взвешенными веществами, например, кусочками ржавчины, слетевших с внутренней поверхности труб, после чего система отопления в доме работать не будет, а для замены такой шайбы придется дренировать всю воду из сети.

В данной формуле расход воды Р, т/ч принимается из соответствующего раздела проекта теплоснабжения либо по материалам наладочных режимных испытаний магистральных тепловых сетей. Потребитель может взять такие данные из договора на услуги теплоснабжения, поскольку они прописываются в соответствующих разделах такого документа.

ΔН – дросселируемый напор в шайбе измеряемого в м. в. ст. Устанавливается данный показатель, как разница между располагаемым напором либо перепадом давлений между подающим и обратным трубопроводом, установленных по манометрам в абонентском вводе потребителя и гидросопротивлением внутридомовых труб отопления. Гидравлическое сопротивление равно сумме всех потерь напора в рассматриваемой системе. Как правило, оно составляет от 0.6 до 2.0 м. в. ст. Данные гидропотерь можно взять из проекта теплоснабжения в разделе гидравлический расчет тепловых сетей.

Для того чтобы расчет выполнить правильно потребуется учесть рекомендации СНИП:

1. При включении системы теплоснабжения дома по без элеваторной схеме, располагаемый напор должен приниматься не менее 6.0 м. вод. ст.
2. При выполнении расчётов дроссельного отверстия шайбы размер расчетных гидропотерь в местной системе отопления берется из расчета 1-2 м. вод. ст.
3. При необходимости определить диаметр шайбы для установки перед бойлером, размер расчетных гидропотерь в таком водоподогревателе принимается в диапазоне 1.5 – 2.0 м. вод. ст.
4. Максимальный напор, который должен быть погашен на шайбе не может превышать 40.0 м. вод. ст.
5. Полученный расчетный диаметр дроссельного отверстия шайбы обязан быть больше, чем диаметр расчетного сопла элеваторного узла.
6. Гидравлические потери на сопле элеватора принимаются 40 м.в.ст.

Примеры определения перепада давления для расчета дроссельной шайбы:

1. Внутридомовая сеть, подключена через элеваторный узел, имеет располагаемый напор в конечной точке участка 63.0 м.в. ст. Для определения расчетного перепада 40 м.в.ст резервируется для работы элеваторного узла, 1.м.в.ст на работу местной системы отопления, в результате на шайбу придется: 63 – 40- 1= 22.0 м.в.ст, что больше минимального порога для шайбы – 6.0 м.в.ст.
2. Внутридомовая сеть, подключена к тепловой камере без элеваторного узла, имеет располагаемый напор в конечной точке участка 31.0 м.в. ст. Для определения расчетного перепада резервируется 2.м.в.ст на работу местной системы отопления, в результате на шайбу придется: 31 – 2= 29.0 м.в.ст, что больше минимального порога для шайбы – 6.0 м.в.ст.

Программный метод

Расчеты дроссельных шайб на систему отопления, особенно если их нужно сделать в большом количестве, лучше выполнять с использованием программы «Гидравлический расчет трубопроводов» в онлайн режиме. Такой расчет выполняется более точно, поскольку учитывает КМС – коэффициент местного сопротивления. Значения присваиваются узлам, установленным в системах водо-теплоснабжения, в которых происходит гидравлическое сопротивление, вызванных деформацией потока жидкой среды. Участок, где протекает процесс деформации, имеет название местного сопротивления.

Существует связь между гидросопротивлением, диаметром и КМС:

• Н – потери напора среды, м.в.ст.;
• V – скорость перемещения среды, м/сек;
• g – 9.8 м/сек.

Формула через расчет по КМС

Алгоритм выполнения расчета шайбы с применением программы:

1. Открываем вкладку программы «дроссельная шайба»;
2. вносим данные по внутреннему диаметру трубопроводу, Д1 мм;
3. вносим значение внутреннего диаметра шайбы, Д2 мм;
4. вносим значение КМС, полученное ранее на вкладке «расчет сопротивлений» ;
5. нажимают клавишу «получить результат»;
6. проверяем результат на соответствие допустимым параметрам расчета, нажимаем клавишу «проверить».
7. Расчет считается допустимым, если при проверке КМС не превышает потерю напора, установленного для местной сети в 2.м.в.ст.

В идеальном случае, можно рассчитать и поставить шайбу на отдельно взятый жилой дом, но, как правило, это не будет качественно работать, поскольку внутриквартальные сети, одновременно подключают десятки и даже сотни абонентов, которые влияют друг на друга. Поэтому расчет и установку шайб имеет смысл проводить только для всех и с учетом технических характеристик каждого абонентского ввода тепловой сети. Такую сложную работу могут выполнять только специализированные организации, имеющие достаточный опыт, соответствующее оборудование и программное обеспечение.

Сбор данных и предварительные расчеты

Выполнение расчета дросселирующих шайб для группы потребителей по вариантам присоединенной тепловой мощности подразумевает сбор более подробной информации о каждом абонентском вводе, чем при обычном гидравлическом расчете. Кроме того должна быть выполнена корректировка по прогнозируемым расчетам на предстоящие 5 лет. Практически трудно найти одинаковые элеваторные узлы у потребителей, а значить каждый из них будет иметь свои гидравлические потери напора. Таким образом, даже при одинаковых теоретических расходах теплоносителя и скорости потока, внутренние расчетные дроссельные диаметры будут отличаться для каждого дома. Поэтому чтобы качественно выполнить расчет потребуется серьезная база данных потребителей тепла.

Этапы сбора информации для расчета дроссельных шайб:

1. Выполнение обследование магистральных труб тепловой сети в абонентском тепловом узле, с фиксацией характеристик и наличия установленного оборудования.
2. Определяют фактические сопротивления напора на: элеваторах, задвижках, отводах, грязевиках, воздушниках и регулирующих устройств.
3. Составляют исполнительной схему абонентского теплового пункта с обозначением диаметров труб, их протяженности и точек расположения арматуры.
4. Проверяют энергоэффективность объекта и наличие сверхнормативных тепловых потерь через конструкционные элементы.
5. Выполняют сбор информации о качестве теплоснабжения по отдельным стоякам, с поквартирным уточнением данных по температуре внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха. Составляют схему теплых и холодных квартир.
6. Выполняют анализ факторов некачественного функционирования системы отопления, выявляют проблематичные стояки в жилом доме.

Расчет ограничительных устройств выполняется на гидравлической модели участка теплосети, откалиброванной в рабочем тепловом режиме. В конечном итоге такого расчета подготавливаются аналитические материалы, которые содержат все нужные сведения о гидравлических параметрах абонентских ввода потребителей и показателях магистральных тепловых сетей от котельной или центрального теплового пункта. На базе этих данных готовится итоговый документ с расчетными конструктивными характеристиками ограничивающих устройств — основных и подпорных диафрагм по видам присоединенной тепловой нагрузки. Также разрабатываются рекомендаций по нормализации работоспособности абонентского ввода.

Этапы выполнения работ

После завершению всех расчетов и разработки рекомендаций по установке ограничительных шайб непосредственно приступают к монтажу дроссельных устройств. На внутридомовых системах отопления ограничительные устройства допускается устанавливать как в отопительный период, так и в теплое время года. Это объясняется тем, что нормально функционирующие внутридомовые тепловые сети можно отключить вводными задвижками на подающем/отбратном трубопроводе от магистральной сети. Установка шайб на внутриквартальных тепловых сетях выполняется только в летний период, до заполнения их теплоносителем. Работоспособность установленных устройств проверяется в начале отопительного периода, во время пусконаладочных работ.

Ключевыми показателями точности расчета ограничительных устройств в системе отопления считаются:

1. Соответствие фактических расходов теплоносителя проектным значениям во трубопроводах на подаче/обратке, во внутридомовых стояках и в индивидуальных приборах нагрева. Эти данные, возможно, определить, как по показателям счетных устройств, установленных на вводе в дом теплосчетчиков, так и расчетным путем. Расчетный вариант базируется на замерах 3-х показателей термометров: горячей воды на входе/выходе из абонентского узла, в индивидуальных внутридомовых стояках и отопительных приборах, а также температуры окружающего воздуха в квартире.
2. Признаком корректности настройки тепловой сети является коэффициент сравнительного расхода теплоносителя, который обязан находиться в интервале 0.9 – 1.15, при условии, что расчетный показатель принят за единицу.
3. Идентичность фактической температуры окружающего воздуха в комнате проектным или санитарным нормам. Усредненные показатели измеренных температур не могут быть ниже расчетных больше чем на 1 С.
4. После завершения процесса монтажа новых шайб или контроля старых устройств на предмет работоспособности и достаточности по диаметру необходимо проконтролировать уровень температуры окружающего воздуха не менее чем в 30 % помещений.
5. В случае, если при выполнении вышеуказанных пунктов будет обнаружены квартиры с низкими температурами воздуха или фактический расход теплоносителя не будет соответствовать параметру 0.9 – 1.15, необходимо будет выполнить смену дроссельных диафрагм, а также перенастроить автоматические регуляторы температуры.

Конечные результаты наладочных испытаний заносятся в тепловой паспорт системы отопления дома, завершением работы оформляется актом, к которому прикладываются следующие документы:

• Расчетные и аналитические материалы.
• Места установки шайбы и их характеристики.
• Результаты испытаний работы системы отопления после установленных дроссельных шайб.
• Анализ установившегося теплового режима после завершения шайбирования внутридомовой системы отопления.
• Коррекция габаритов шайб в зонах, где не достигнут необходимый температурный режим.
• Демонтаж ограничительных устройств, которым требуется корректировка.

Эффект от установки шайб

Дроссельная шайба в системе отопления требуется не только лишь для регулировки внешних теплосетей, но и для внутридомовой системы отопления. Если предварительное обследование теплового объекта выполнено качественно, все параметры учтены при расчете дроссельных шайб, то процесс шайбирования принесет огромное преимущество всей системы теплоснабжения в целом, поскольку:

1. Внутридомовые отопительные стояки, которые находятся на значительном расстоянии от котельной или центрального теплового пункта, и ранее не могли нормально функционировать, станут получать расчетный расход теплоносителя и обеспечат санитарный режим в отапливаемом помещении.
2. Дома и другие объекты отопления, размещенные вблизи теплопунктов, которые перегревались из-за излишнего объема теплоносителя, теперь будут работать в нормальном режиме со стабильной санитарной температурой в нагревемом помещении.
3. Создание системы, которая способно равномерно распределить тепловые и гидравлические нагрузки по разветвленным участкам тепловой сети.
4. Равномерное распределение тепловой и гидравлической нагрузки по стоякам отопления в границах общего теплового объекта: дома или общественного помещения.
5. Справедливое распределение тепла между тепловыми приборами абонентов согласно проектным нагрузкам.
6. Соответствие реальной температуры подающей и обратной магистральной сетевой воды источнику теплоснабжения, по утвержденному температурному графику.
7. Соответствие реального располагаемого напора, вычисленного в контрольных точках тепловой сети и на центральных тепловых пунктах.
8. Гарантия поддержания абсолютного давления в динамическом тепловом режиме в системах, работающих на перегретом водяном теплоносителе при температурах выше 100 С.
9. Гарантия предельного давления в сети не превышающего, верхнего показателя по условиям прочности теплового оборудования ЦТП и котельной, во избежание аварийных разрывов трубопроводов и котельного оборудования.
10. Гарантия наименьшего давления 0.5 кгс/см2 в различных точках сети при динамическом/статическом режиме, во избежание вскипания теплоносителя и создания разрежения на всасывающих патрубках сетевых насосов.

Наладка с регулируемыми шайбами

Перед наладкой тепловых сетей с регулируемыми шайбами также предварительно выполняется гидравлический расчет. Для реализации этого процесса пользователи тепловой энергии могут выбрать несколько доступных для себя вариантов:

1. Выполнить расчет вручную самостоятельно, если под рукой находятся все необходимые исходные данные, тепловая сеть является простой, без большого количества ответвлений и оборудования, создающих значительные гидравлические сопротивления.
2. Выполняется расчет с применением программного обеспечения.
3. Для проведения расчета и наладки приглашается специализированная организация.

На следующем этапе требуется установить, готовность тепловой сети к проведению пусконаладочных мероприятий с установкой дроссельных шайб. В случае, когда для установки выбрана дроссельная шайба в системе отопления с возможностью регулировки, то технологический процесс такой наладки не будет превышать двух-трех дней, а результат, обязательно будет положительным. Настройка осуществляется на действующей тепловой сети, находящейся в рабочем режиме. Путем нескольких замеров устанавливаются различные положения регулировочных винтов шайбы, и замеряется температурный режим. Вариантов не должно быть много, если правильно выполнен предварительный расчет.

После завершения наладочных работ, дроссельная шайба в системе отопления, на которых выполнена регулировка, пломбируются, а на корпусе вывешивают табличку с информацией по установленным параметрам.