Характерные причины неисправностей квартирных редукторов давления

Автор статьи: В. Поляков

Квартирные регуляторы давления сейчас приобретают популярность и часто устанавливаются в квартирах, где смонтированы квартирные узлы ввода и индивидуальные счетчики. По мере массового распространения регуляторов (редукторов) давления, устанавливаемых на вводе в квартиру трубопроводов холодного и горячего водоснабжения, был выявлен ряд специфических требований и определены причины характерных неисправностей этих приборов

Назначение редуктора – как можно точнее поддерживать заданное давление на выходе, независимо от изменений входного давления и потребляемого расхода воды. Это необходимо, чтобы при разной степени водоразбора (на кухне, в ванной, в душе) потребители не чувствовали дискомфорта, и на каждой точке водоразбора с помощью арматуры можно было бы независимо регулировать расход воды в широких пределах.

Важно также, чтобы редуктор поддерживал настроечное давление и при отсутствии водоразбора (в статическом режиме), т. к. это обеспечивает безаварийную работу квартирных трубопроводов, арматуры и приборов.

По принципу действия квартирные редукторы мало чем отличаются от обычных регуляторов давления, работающих по схеме регулирования «после себя» (рис. 1). Это значит, что имеется дроссель (сопротивление), задающий перепад давления. Данный перепад обусловливает определенный расход. При изменении водоразбора изменяется давление после регулятора. Когда меняется давление после регулятора, его рабочий орган перемещается так, чтобы вернуть перепад на дросселе в прежнее (настроенное) значение, то есть стабилизировать расход и вернуть его в первоначальные пределы.

Представим себе коромысло с равными плечами и опорой в точке «О». Коромысло уравновешено двумя поршнями «а» и «b». Входное давление Рвх. давит на малый поршень «а» с силой

F1= Рвх. • Sа,

где Sа – площадь малого поршня.

Давление на выходе Рвых. давит на большой поршень «b» с силой F2 = Рвх.• Sb , где Sb – площадь большого поршня. Поршень «b» подпружинен пружиной F3 = k • х, где k – упругость пружины, а х – величина сжатия пружины.

Таким образом, силы F1 и F3 стремятся открыть клапан, а сила F2 – стремится его закрыть.

В работе регулятора участвуют также силы трения в уплотнениях большого и малого поршня и реактивные гидродинамические силы на дросселирующей кромке.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора давления «после себя»

В мембранных редукторах вместо поршня «b» используется резиновая мембрана.

В связи с тем, что в мембранных редукторах, по сравнению с поршневыми, меньше трущихся поверхностей, надежность и долговечность таких регуляторов больше, но и стоимость таких редукторов выше, чем поршневых.

Условное обозначение простого редуктора давления (см. рис. 2) полностью отражает описанный выше принцип работы – регулируемое сжатие пружины задает настроечное давление, а давление «после себя» Рвых., меняясь из-за изменения расхода в линии, стремится открыть/закрыть клапан так, чтобы расход через редуктор (обусловленный перепадом на рабочей кромке клапана) оставался прежним. Даже при некотором изменении входного давления Рвх. редуктор все равно стремится поддержать настроенный пружиной перепад, а значит и расход в линии после себя.

Рис. 2. Схематическое обозначение редуктора давления

Идеальный редуктор должен иметь практически линейную горизонтальную характеристику во всем диапазоне рабочих давлений. На практике это далеко не так, и в целом типичная характеристика редуктора выглядит, как показано на рис. 3. Гистерезис (Δ) возникает при разном направлении процесса – при увеличении или при снижении расхода (водоразбора), т. е. в какую сторону в данный момент движется рабочий орган (шток с золотником). Причина гистерезиса – нелинейность регулирующих органов, в первую очередь, вызванная трением в соприкасающихся деталях редуктора, зазорами в кинематической цепи регулятора и наличием загрязнений (отложений) на рабочих органах. Это значит, что при одном и том же расходе давление на выходе может быть разным. Особенно это проявляется в поршневых регуляторах давления. В мембранных регуляторах нелинейность присуща самой мембране – в зависимости от величины смещения от нейтрального положения меняется эффективная площадь мембраны, то есть меняется реакция на изменение давления. если гистерезис Δ оказывается свыше 10%, то такой регулятор давления не рекомендуется использовать в качестве квартирного.

Наклон характеристики на горизонтальном участке обусловливает рабочий диапазон регулирования с заданной погрешностью.

Рис. 3. Типовой график расхода редуктора давления при увеличении (синяя кривая) и при снижении расхода (красная линия)

Однако не только точность определяет пригодность редуктора давления для работы в качестве квартирного регулятора. Производители регуляторов давления, как правило, выпускают достаточно широкую линейку редукторов, как мембранных, так и поршневых, конструктивно отличающихся друг от друга пропускной способностью, диапазонами настройки, максимальным коэффициентом редукции, дополнительными опциями и пр. Для примера, в таблице 1 приведены типы регуляторов давления, выпускающихся под торговой маркой VALTEC.

Из приведенной в таблице 1 номенклатуры наибольшим спросом пользуются редукторы, объединенные с шаровым краном и фильтром механической очистки. Они значительно сокращают монтажную длину квартирного узла ввода, недоступны для постороннего вмешательства в заводскую настройку выходного давления и отлично подходят в качестве квартирных регуляторов.

Эксплуатационная надежность и ремонтопригодность – важнейшие показатели, которые зависят от качества самой воды, ее жесткости, чистоты и содержания растворенных газов (воздуха). Помимо этого важна пригодность редуктора для пропуска воды питьевого качества (то есть, использование подходящих материалов), недоступность для несанкционированного вмешательства в настройки – эти и ряд других дополнительных условий выделяют квартирные регуляторы в отдельную группу регулирующей арматуры. Актуальные рекомендации по установке квартирных регуляторов изложены в ДСТУ-Н Б В.3.2-3:2014 «Руководство по выполнению термомодернизации жилых зданий».

Как показал опыт эксплуатации поршневых приборов, при сильно загрязненной воде наблюдается быстрый износ и/или т. н. «закисание» уплотнительных колец поршней. Регуляторы мембранного типа менее подвержены неисправности такого рода.

Таблица 1. Редукторы торговой марки VALTEC

если говорить о наиболее распространенных причинах отказов квартирных регуляторов давления, то самый большой процент нареканий на работу квартирных редукторов вызывает то, что редуктор «не держит» заданное давление в статическом режиме. То есть, при отсутствии водоразбора давление после редуктора растет выше, чем давление настройки.

Рис. 4. Появление капель воды из пружинной камеры – свидетельство износа поршневых уплотнений

В большинстве случаев это связано с попаданием твердых нерастворимых частиц на седло золотника. В результате такого засорения золотник неплотно перекрывает водяной канал и давление за редуктором начинает расти. Редуктор, тем самым, превращается в обычный дроссель. Такой отказ легко устраним простой прочисткой седла и самого золотника. А это значит, перед редуктором нужно обязательно установить запорный вентиль, а сам редуктор должен обладать ремонтоспособностью, предусмотренной конструктивно. если само седло не повреждено, то после прочистки редуктор восстановит свою работоспособность.

Часто недопустимый рост давления за редуктором, стоящим на холодном водопроводе, вовсе не связан с отказом регулятора давления, а вызван другой причиной. Холодная вода с температурой значительно ниже комнатной, поступив в квартирную систему, при отсутствии водоразбора (например, ночью) нагревается до комнатной температуры. Нагрев воды вызывает ее расширение и рост давления уже после редуктора.

Исправить ситуацию можно, установив после редуктора мембранный гаситель гидроударов (что-то вроде расширительного бачка). Пневмоемкость гасителя скомпенсирует излишек воды из-за ее расширения, что не даст давлению на редукторе «после себя» выйти за допустимые пределы.

Еще одной распространенной причиной отказов поршневых редукторов является износ уплотнительных колец большого или малого поршня (см. рис. 4). Интенсивность этого износа существенно зависит от качества подаваемой из водопровода воды. Повышенная жесткость и наличие мелких нерастворимых частиц ведут к активному абразивному воздействию на детали уплотнений.

Фильтры механической очистки, устанавливаемые перед редуктором, а также встроенные фильтры с размером ячеи 200÷500 мкм не могут защитить арматуру от мелких дисперсных частиц. Усугубляет эту ситуацию установка редукторов так, что шток с золотником и поршнями находится в горизонтальном положении. В этом случае нерастворимые частицы скапливаются внизу поршневой камеры и ускоряют износ уплотнителей.

Износ уплотнений проявляет себя появлением капель воды в вентиляционном отверстии пружинной камеры (рис. 4). Как правило, большинство современных квартирных регуляторов давлений ремонтопригодны, поэтому для устранения течи достаточно поменять кольца на поршне, очистить отложения на стенках поршневой камеры, и регулятор давления снова будет способен работать.

Гораздо большую опасность таит в себе неправильный подбор редуктора по расходному режиму. Когда расход через редуктор начинает превышать номинальный, приведенный в таблице 2, а коэффициент редукции (отношение давлений на входе и на выходе) превышает 2,5, то в районе седла возможно появление кавитации.

Сильное дросселирование потока и резкое местное понижение давления вызывает выделение из воды пузырьков водяного пара, которые, схлопываясь, создают локальное повышение давления до нескольких тысяч бар. Мало того, что кавитация вызывает повышенный шум от редуктора, она может полностью разрушить и само седло, и прилегающую к седлу зону, и даже стенку корпуса редуктора (рис. 5 и 6).

Рис. 5. Кавитационное разрушение зоны седла и стенки редуктора

Рис. 6. Кавитационное разрушение золотниковой обоймы редуктора

Ряд производителей выполняют седло клапана с кольцом из нержавеющей стали, что, по их утверждению, надежно защищает редуктор от последствий кавитации. Но эта мера никак не защищает зону, прилегающую к седлу и стенкам корпуса редуктора.

Таблица 2. Расход через редуктор QN в зависимости от условного диаметра (DN)

Для того, чтобы надежно обезопасить квартирный регулятор давления от кавитации, при его подборе необходимо придерживаться следующих правил:

• Расход через редуктор не должен превышать значений, указанных в таблице 2. Эта таблица по требованиям стандарта DIN EN 1567:2000 рассчитана при скорости потока 2 м/с. Обычная скорость движения воды в трубопроводах внутренних сетей не должна превышать 1,5 м/с.
• Рабочая точка редуктора по соотношению давлений на входе и на выходе должна лежать в зеленой зоне на диаграмме кавитации (рис. 7).
• Потери давления на редукторе (перепад на дросселирующей кромке) по отношению к давлению настройки не должно превышать 1,2 бара.

Рис. 7. Диаграмма кавитации

Что делать, если подобрать квартирный редуктор, удовлетворяющий перечисленным условиям, не удается? Например, давление на входе в редуктор в высотном здании составляет 10 бар, и требуется обеспечить давление на выходе 2,7 бара. По графику на рис. 7 такой редуктор будет работать в зоне возможного возникновения кавитации, т. е. коэффициент при расчетном расходе редукции превышает 2,5. В этом случае требуется каскадное снижение давление, то есть необходимо первый редуктор нужно настроить на давление 4 бара, а следующий − уже на 2,7 бара. Только в этом случае будет обеспечена длительная безаварийная работа регуляторов давлений.

если же эта мера не помогает, то следует выполнить схему разводки по двузонной системе водоснабжения, когда водопроводные стояки по высоте разбиваются на две зоны. Например, в 16-этажном здании стояки первой зоны снабжают этажи с первого по восьмой, а второй зоны – с девятого по шестнадцатый.

Квартирные регуляторы давления – надежные устройства. Например, порядок испытаний регуляторов на герметичность предполагает циклическое нагружение повышенным давлением не менее 50000 раз. Тем не менее, если соленость воды и степень ее загрязненности механическими частицами в норме, правильно выбран рабочий диапазон давления и рабочая точка регулятора, то выход редуктора из строя вероятен из-за конструктивных и производственных недостатков. Применяйте редукторы только от производителей, которые зарекомендовали себя высоким качеством своих изделий.

Нельзя не упомянуть еще об одном аспекте, связанном с квартирными регуляторами давления воды. Зачастую проектировщики, не утруждая себя сложными расчетами, планируют установку квартирных редукторов в квартирах на всех этажах здания. Но так ли это необходимо? Рекомендуем жильцам, прежде чем бежать в магазин за «правильным» редуктором, замерить давление горячей и холодной воды на входе в квартиру. если это давление не превышает 4,5 бара, и разница между давлениями холодной и горячей воды не превышает 1 бар, то никакого регулятора давления ставить просто не нужно.


Источник: aw-therm.com.ua