Запорно-балансировочный клапан

Полезная модель относится к арматуростроению узлов для гидравлических систем и предназначена для регулирования и контроля потока гидравлической среды (или теплоносителя и холодоносителя) через клапан в системе отопления и охлаждения. А также для контроля и измерения количества рабочей среды (жидкости), проходимой через клапан (вентиль) при помощи дифференциального манометра (прибора для измерения перепада давления на клапане).
Балансировочный клапан или балансировочный вентиль - это устройство или вид водопроводной арматуры, предназначенный регулировать проходимое сечение для пропуска жидкости заданного расхода. Расход - это количество проходимой через клапан рабочей среды (жидкости) в единицу времени. Расход меняется в зависимости от сечения между седелкой и клапаном, что соответствует конкретному перепаду давления на клапане (до и после клапана), при помощи прибора (дифференциального манометра). Эта разница давления измеряется и пересчитывается прибором либо при помощи формул в расход жидкости на клапане, то есть в фактическое количество жидкости, проходимое через клапан в единицу времени. Другими словами, балансировочный клапан предназначен, чтобы регулировать количество жидкости проходящей к потребителю (источнику).
Регулировка расхода жидкости обеспечивается увеличением или уменьшением проходимого сечения через клапан. Тем самым это сечение создает конкретное (заданное) гидравлическое сопротивление соответствующее положению (градуировке) на рукоятке клапана и если сечение уменьшать, то гидравлическое сопротивление, будет увеличиваться. А если сечение увеличивать, то гидравлическое сопротивление будет уменьшаться. При уменьшении проходимого сечения - расход падает.
Балансировочные клапаны применяются для регулировки расхода холодо- и теплоносителя в системах горячего водоснабжения, отопления, вентиляции, холодоснабжения и систем кондиционирования с точностью ±5-10%. Балансировочные клапаны оснащаются расходомером или штуцерами, к которым возможно подключить для измерения любой дифференциальный манометр (прибор) от различных производителей. Балансировочный клапан может выполнять следующие функции: балансировка, преднастройка, закрытие, измерение и функцию дренажа, а так же имеет отдельное отверстие для подключения датчика температуры, что особенно актуально для учета тепловой энергии.
Например, известный балансировочный клапан ТА STAD 52 151-014 с дренажом укомплектован специальной рукояткой, которая имеет две шкалы и возможность фиксации настроек клапана. Это позволяет с большой точностью производить регулировку и балансировку клапана и при закрытии клапана сохранять (не сбивается) настройку клапана. С помощью этой рукоятки клапан может быть полностью перекрыт, повторные настройки после открытия не требуются. Наличие дренажного устройства на балансировочном клапане очень удобно, поскольку не нужно ставить дополнительных дренажных кранов на стояке.
Так известен такой запорно-балансировочный клапан, предназначенный для регулирования и контроля потока в системе отопления и охлаждения, содержащий трубчатой формы корпус, имеющий вход и выход, выполненные с элементами присоединения к ним трубопроводов, корпус выполнен с отходящим от него под углом к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода трубчатым патрубком, используемым для установки в него выполненного с возможностью перемещения вдоль патрубка узла перекрытия проходного сечения корпуса в виде затвора в направлении от входа до выхода, выполненного с седлом и оснащенного рукояткой с механизмом перемещения этого узла, в корпусе выполнена наклонная перегородка, делящая полость корпуса на зону входа и зону выхода и выполненная с отверстием, имеющим посадочное гнездо для размещения седла узла перекрытия в зоне выхода при полном перекрытии проходного сечения корпуса, а также корпус выполнен с двумя расположенными на стороне трубчатого патрубка на участке зоны входа двумя трубчатой формы коленами в виде глухих отверстий, продольные оси которых расположены наклонно к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода под углом, противоположно направленным углу, под которым расположена продольная ось трубчатого патрубка, полость одного из колен в зоне дна каналом сообщена с полостью трубчатого патрубка на участке хода седла, а полость другого колена в зоне дна каналом сообщена с полостью корпуса в зоне входа, в указанных трубчатой формы коленах размещены ниппели для подсоединения устройств контроля давления в зоне входа и в зоне выхода, при этом клапан оснащен дренажным отводом, сообщенным с полостью зоны входа, причем дренажный отвод выполнен в виде патрубка, размещенного на корпусе на участке от входа до наклонной перегородки внутри корпуса и на стороне корпуса, противоположной размещению трубчатого патрубка и трубчатой формы колен, при этом корпус также выполнен с дополнительным трубчатой формы коленом с внутренней резьбой, расположенным на стороне дренажного отвода на участке от наклонной перегородки внутри корпуса до выхода (RU 158563, F16K 1/10, F24D 19/10, опубл. 10.01.2016 г.).
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Запорно-балансировочный клапан (фиг. 1) содержит трубчатой формы корпус 1, имеющий вход 2 и выход 3, выполненные с элементами присоединения к ним трубопроводов. Корпус выполнен с отходящим от него под углом к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода трубчатым патрубком 4, используемым для установки в него выполненного с возможностью перемещения вдоль патрубка узла перекрытия 5 проходного сечения корпуса в направлении от входа до выхода. Трубчатый патрубок 4 выполнен с внутренней резьбой для вворачивания узла перекрытия. Этот узел 5 перекрытия выполнен в виде затвора, выполненного с седлом 6 и оснащенного рукояткой 7 с механизмом 8 перемещения этого узла (этот механизм выполнен в виде втулки, связанной с седлом и с рукояткой). В корпусе 1 выполнена наклонная перегородка 9, делящая полость корпуса на зону входа и зону выхода и выполненная с отверстием, имеющим посадочное гнездо для размещения седла 6 узла 5 перекрытия в зоне выхода при полном перекрытии проходного сечения корпуса.
Так же в механизм 8 перемещения встроен узел регулировки положения рукоятки на выбранном режиме перекрытия проходного сечения в корпусе. Этот узел включает в себя расположенные в полости втулки ограничитель 10 и вкладыш 11.
Недостаток данного решения заключается в том, что на промежуточных режимах частичного перекрытия проходного сечения в корпусе (положения между положением «полностью открыто» и положением «полностью закрыто») происходит просачивание воды через полость управляющей втулки механизма перемещения седла (в которой размещены ограничитель и вкладыш узла регулировки и балансировки) в сторону рукоятки. При частичном открытии проходного сечения полость за седлом заполняется водой и через винтовое соединение проникает в полость управляющей втулки механизма перемещения седла, которая герметизирована от протечек только со стороны ее связи с корпусом клапана. Участок винтовой резьбы не герметизирован, и он является каналом просачивания жидкости в сторону рукоятки клапана. Седло связано с управляющей втулкой винтовой связи, которая не относится к прецизионным соединением и выполнена по свободной посадке. По свободной посадке седло контактирует и перемещается вдоль стенки трубчатого патрубка. А по закону Паскаля давление в замкнутой системе одинаково по всем направлениям. В связи с этим по зазорам вода под давлением системы в трубопроводе проникает в полость управляющей втулки и проявляется на рукоятке в виде следов протечки. Появление протечек в любом кране любого типа считается дефектом и требует устранения нарушения функционирования крана. Но в отношении прототипа протечка не является дефектом, показывающим нарушение функций крана. Поэтому такие протечки являются ложными и способными ввести в заблуждение обслуживающую службу.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности за счет устранения протечек через рукоятку клапана, ложно свидетельствующих о дефектности самого запорно-балансировочного клапана.
Указанный технический результат достигается тем, что в запорно-балансировочном клапане, предназначенном для регулирования и контроля потока в системе отопления и охлаждения, содержащем трубчатой формы корпус, имеющий вход и выход, выполненные с элементами присоединения к ним трубопроводов, корпус выполнен с отходящим от него под углом к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода трубчатым патрубком, используемым для установки в него выполненного с возможностью перемещения вдоль патрубка узла перекрытия проходного сечения корпуса в виде затвора, выполненного с седлом и оснащенного рукояткой с механизмом перемещения этого узла, при этом в корпусе выполнена наклонная перегородка, делящая полость корпуса на зону входа и зону выхода и выполненная с отверстием, имеющим посадочное гнездо для размещения седла узла перекрытия, механизм перемещения затвора включает в себя выполненный монолитным стержневой элемент, размещенный внутри трубчатого патрубка и имеющий на одном конце элементы закрепления на нем рукоятки, а на другом конце - винтовую нарезку на наружной поверхности, с которой связана ответная винтовая нарезка на внутренней стенке охватывающего стержневой элемент седла, при этом в верхней части со стороны прикрепления рукоятки стержневой элемент выполнен с кольцевым буртом, поджатым в сторону рукоятки пружиной к герметизирующему уплотнению.
При этом корпус может быть выполнен с двумя расположенными на стороне трубчатого патрубка на участке зоны входа двумя трубчатой формы коленами в виде глухих отверстий, продольные оси которых расположены наклонно к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода под углом, противоположно направленным углу, под которым расположена продольная ось трубчатого патрубка, полость одного из колен в зоне дна каналом сообщена с полостью трубчатого патрубка на участке хода седла, а полость другого колена в зоне дна каналом сообщена с полостью корпуса в зоне входа,
А в указанных трубчатой формы коленах размещены ниппели для подсоединения устройств контроля давления в зоне входа и в зоне выхода.
Кроме того, клапан оснащен дренажным отводом, сообщенным с полостью зоны входа и который выполнен в виде патрубка, размещенного на корпусе на участке от входа до наклонной перегородки внутри корпуса и на стороне корпуса, противоположной размещению трубчатого патрубка и трубчатой формы колен, при этом корпус выполнен с дополнительным трубчатой формы коленом с внутренней резьбой, расположенным на стороне дренажного отвода на участке от наклонной перегородки внутри корпуса до выхода.
Указанные признаки по независимому пункту формулы полезной модели являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображено продольное сечение запорно-балансировочного клапана по прототипу;
фиг.  2 - изображено продольное сечение запорно-балансировочного клапана согласно полезной модели.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция запорно-балансировочного клапана, применяемого для регулировки расхода холодо- и теплоносителя в системах горячего водоснабжения, отопления, вентиляции, холодоснабжения и систем кондиционирования. Этот клапан или вентиль предназначен регулировать проходимое сечение для пропуска жидкости/газа заданного расхода.
Запорно-балансировочный клапан (фиг. 2), встраивается в систему трубопроводов для регулирования и контроля потока в системе, например, отопления и охлаждения, содержит трубчатой формы корпус 1, имеющий вход 2 и выход 3, выполненные с элементами присоединения к ним трубопроводов (элементы присоединения выполнены в виде внутренней резьбы входных и выходных частях корпуса и выполнены на наружной их поверхности с гранями под гаечный ключ). Корпус выполнен с отходящим от него под углом к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода трубчатым патрубком 4, используемым для установки в него выполненного с возможностью перемещения вдоль патрубка узла 5 перекрытия проходного сечения корпуса в направлении от входа до выхода. Трубчатый патрубок 4 выполнен с внутренней резьбой для вворачивания узла 5 перекрытия. Этот узел 5 перекрытия выполнен в виде затвора, выполненного с седлом 6 и оснащенного рукояткой 7, связанной с механизмом 8 перемещения этого узла.
В корпусе 1 выполнена наклонная перегородка 9, делящая полость корпуса на зону входа и зону выхода и выполненная с отверстием, имеющим посадочное гнездо для размещения седла 6 узла 5 перекрытия в зоне выхода при полном перекрытии проходного сечения корпуса.
Корпус 1 выполнен с двумя расположенными на стороне трубчатого патрубка 4 на участке зоны входа двумя трубчатой формы коленами 12 и 13 в виде отверстий, продольные оси которых расположены наклонно к оси прохождения потока в направлении от входа до выхода под углом, противоположно направленным углу, под которым расположена продольная ось трубчатого патрубка 4. Оба колена соединены между собой тонкой перегородкой (для придания позиционной жесткости). Оба колена выполнены с внутренней резьбой для размещения в каждом из них обратного клапана, выполненного в виде ниппеля 14 для подсоединения устройств контроля давления в зоне входа и в зоне выхода. Полость одного колена 13 сообщена с полостью трубчатого патрубка 5 на участке хода седла 6, а полость другого колена 12 сообщена с полостью корпуса в зоне входа 2. В указанных трубчатой формы коленах размещены ниппели 13.
В корпусе дренажный отвод выполнен в виде патрубка 15, размещенного на корпусе на участке от входа до наклонной перегородки внутри корпуса и на стороне корпуса, противоположной размещению трубчатого патрубка и трубчатой формы колен. Этот патрубок 15 выполнен с наружной резьбой для присоединения сливной арматуры (трубопровода) или установки заглушки (для случая, когда дренаж не требуется). Размещение дренажного патрубка на противоположной стороне от места размещения трубчатого патрубка и колен позволяет сформировать полноценный отвод жидкости в объеме поступления ее на вход. При этом освобожден доступ к этому патрубку, что позволяет использовать стандартный гаечный ключ.
Корпус так же выполнен с дополнительным трубчатой формы коленом 16 с внутренней резьбой, расположенным на стороне дренажного отвода на участке от наклонной перегородки внутри корпуса до выхода 3. Этот вывод можно использовать для различных целей: от подключения устройств контроля до присоединения дренажного вывода со стороны зоны выхода.
В рассматриваемой полезной модели сохранены важные качества прототипа: размещение с одной и той же стороны корпуса двух колен с ниппелями внутри для подсоединения устройств контроля за давлением в зоне входа и в зоне выхода и трубчатого патрубка, используемого для вкручивания в него регулируемого затвора, перекрывающего проходное сечение в корпусе. Таким образом, в режиме контроля и настройки все важные и необходимые узлы находятся перед оператором. Узлы контроля могут представлять собой манометры с коротким трубопроводом с иглой на конце. При введении иглы в ниппель оператор должен удерживать манометр и введенную в ниппель иглу, но иметь при этом возможность управлять затвором (иметь возможность поворачивать рукоятку на затворе для выравнивания давлений в зонах входа и выхода). Таким образом, размещение узлов регулирования и контроля с одной стороны корпуса позволяет удобно проводить соответствующие операции с этими узлами. А размещение трубчатого патрубка дренажа с другой стороны корпуса позволяет свободно проводить операции по присоединению сливного трубопровод с использованием обычного гаечного ключа или шведского ключа. При наворачивании соединительного штуцера на трубчатый патрубок оператор может свободно оперировать инструментом, так как ничто не препятствует повороту ключа в широком угловом диапазоне. Такие же свободные действия могут проводиться и при использовании инструмента для подсоединения трубопровода или контрольно-измерительного прибора к дополнительному колену 16 с внутренней резьбой.
Особенностью заявленной полезной модели является то, что механизм 8 перемещения затвора включает в себя выполненный монолитным стержневой элемент, размещенный внутри трубчатого патрубка 4 и имеющий на одном конце элементы закрепления на нем рукоятки 7, а на другом конце винтовую нарезку на наружной поверхности, с которой связана ответная винтовая нарезка на внутренней стенке охватывающего стержневой элемент седла, при этом в верхней части со стороны прикрепления рукоятки стержневой элемент выполнен с кольцевым буртом 17, поджатым в сторону рукоятки пружиной 18 к герметизирующему уплотнению 19.
Вода, заполняющая полость в зоне затвора при частично открытом проходе наклонной перегородке 9 в корпусе, под давлением поступает в межвитковые зазоры резьбового соединения седла со стержнем и попадает в зону трубчатого патрубка 4 до кольцевого бурта. Так как кольцевой бурт поджат пружиной к уплотнительному элементу, то дальнейшее просачивание воды не происходит.
Исключение протечек в сторону рукоятки стало возможным за счет исключения узла регулировки положения рукоятки на выбранном режиме перекрытия проходного сечения в корпусе и переносе этой функции на рукоятку. Это позволило исключить наличие втулки с полостью внутри, заменив ее на монолитный полноценный стержневой элемент. При этом заявленное устройство стало проще и надежнее в эксплуатации.
Следует понимать, что точная регулировка параметров водного потока, проходящего через регулировочный балансировочный клапан ручного управления возможна только при выполнении двух условий: ламинарное течение воды с постоянной скоростью и неизменяемость давления подачи воды в потоке. В этом случае становится возможным точно произвести частичное перекрытие проходного сечения клапана и выставить требуемое давление на выходе по отношению к давлению на входе. И зафиксировать его через узел регулировки положения рукоятки на выбранном режиме перекрытия с тем, чтобы при повторном открытии клапана сразу же вернуться к требуемым параметрам потока на выходе. Эта конструктивная особенность хороша только тогда, когда на входе в течение всего срока эксплуатации имеется одно и то же постоянное и неизменяемое давление потока.
Но, в реальности, по любому трубопроводу протекание воды проходит под изменяющимся давлением и с изменяющейся скоростью. При этом на отдельных участках поток приобретает турбулентность, которая тормозит поток и изменяет картину давления по толщине потока. Это давление зависит от работы перекачивающего насоса, от наличия местных сопротивлений в трубопроводе (стуки, разветвите ли потока и т.д.), состояния внутренних поверхностей трубопроводов, температуры окружающей среды и т.д. В результате давление на входе в клапан всегда отличается от средне установленного для этого типа трубопроводов и гидравлической трубопроводной системы в целом. Поэтому при повторном открывании клапана в большинстве случаев нельзя получить то же соотношение по потокам на входе и выходе, что было до закрытия клапана. Поэтому узел точной регулировки положения рукоятки теряет смысл в применении.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как основана на оптимизации компоновочного решения по рациональному расположению патрубков и колен на общем корпусе, что исключает повреждение колен с ниппелем и затвора. Повышается удобство монтажа и сокращается время на проведение этих операций за счет переноса дренажного отвода на сторону корпуса, противоположную расположению узла перемещения затвора и ниппелей. Упрощается конструкция клапана за счет исключения провоцирующего протечки узла регулировки положения рукоятки на выбранном режиме перекрытия проходного сечения в корпусе.