Принцип работы, назначение и расчеты по гидравлической стрелке
Как же работает это интереснейшее, и такое простое устройство? Ниже мы рассмотрим принцип работы гидрострелки. При включении котла автоматически подключается циркуляционный насос и зажигается горелка. Поскольку теплоноситель пока ещё не набрал ту температуру, что задана программой, насосы вторичных контуров не вступают в работу, и теплоноситель двигается только по первичному контуру. Поэтому весь поток направляется вниз по гидрострелке.
Практически всегда необходимо использовать гидрострелку в системе отопления, иначе, из-за значительной перегрузки и гидравлического перекоса, из стоя могут выйти, как минимум циркуляционные насосы. Это может принести значительный экономический урон, возможны даже человеческие жертвы. Как видите, принцип работы этого устройства более чем прост. Любому по силам изготовить гидравлическую стрелку своими руками, кроме того, широкий выбор гидрострелок присутствует сегодня на любом рынке технических изделий или в специализированном магазине.
Человеку, изготавливающему гидрострелку своими руками, обязательно следует определиться с параметрами будущего изделия. Самое главное, что нужно знать – это диаметр разделителя/диаметр подводящего патрубка. Все остальные параметры зависят именно от этого важнейшего значения.
Для того, чтобы найти диаметр разделителя, необходимо знать максимальный проток воды в системе (выражается в м3 в час) и обеспечение наименьшей скорости воды в подводящих патрубках и разделителе. Самая большая скорость движения воды через гидравлический разделитель, как правило, принимается за 0,2 метра в секунду.
Есть несколько способов выполнения расчётов диаметра.
I способ. D = 18.8 * корень из (G/W):
- D – диаметр гидрострелки (мм);
- G – максимальный проток через гидравлический разделитель (куб. м./час);
- W – наибольшая скорость движения теплоносителя (желательно принимать за 0.2 м/сек).
II способ. D = 17.4 * корень из (P/(W*дельта T):
- D – диаметр гидравлической стрелки (мм);
- P – максимальная мощность отопительного котла или котлов;
- Дельта T – разница температур подачи и обработки, выражается в оС.
Следует помнить, что выше все формулы представлены в сокращённом виде. Для примитивных расчётов данных формул более чем достаточно.
Особенности и принцип действия гидрострелки
Гидроразделитель часто используют для распределенной системы, в проекте которой предусмотрено использование нескольких насосов. Благодаря этой детали удаётся обеспечить необходимый уровень расхода для теплоносителей. Простыми словами, данная деталь позволяет осуществить развязку в работе насосной станции.
Например, в радиаторных батареях, системе теплых полов, накопительном бойлере. Чтобы не нарушать производительность отопительного котла необходимо правильно подобрать гидроразделитель, чтобы основной насос в зоне котла мог перекачивать большой объём теплоносителя.
- Ознакомимся на нескольких примерах с предназначением гидрострелки в отопительной системе.
- В них будут использовать нескольким насосов. Каждый механизм отличается разной работоспособностью и производительностью.
- Один из них может быть мощным, а другой наоборот. Монтаж всех насосов осуществляют в зоне коллекторного узла.
- Здесь они связанные друг с другом гидравлически. Во время включения мощного насоса, все другие модели будут оставаться без нужного уровня теплоносителя.
Для предотвращения подобных ситуаций необходимо использовать гидрострелку. В другом случае все насосы можно расставить на большом расстоянии друг от друга и избежать перегрузки центрального механизма.
Устройство и принцип действия гидрострелки
Классическое устройство гидрострелки – полый сосуд, имеющий две пары патрубков. Первая пара служит для подключения котла (или каскада котлов), вторая – для присоединения системы потребления. Внутренний объем сосуда круглого или прямоугольного сечения служит зоной гидравлического разделения, разряжения и смешивания потоков разнотемпературных теплоносителей.
В верхней части устройства устанавливают воздухоотводчик, нижняя служит грязеуловителем. В гидрострелке циркулирует два потока теплоносителя – поток котлового (первичного) контура и поток системы потребления (вторичного контура). При различных режимах работы оборудования величина потоков меняется. Происходит либо прямая подача от котла, либо смешивание потоков с разной температурой.
Гидрострелка подбирается из расчета снижения скорости теплоносителя до диапазона 0,1 – 0,2 м/с. Прим этой скорости практически отсутствует гидравлическое сопротивление, гидродинамический режим принимает ламинарный характер, происходит наиболее качественный тепломассообмен между контурами.
Контур циркуляции котла практически не зависит от вторичного контура, режим работы котла приобретает стабильный, ровный характер. Вторичный контур получает теплоноситель с равной температурой для всех ветвей, необходимое его количество отбирается собственными насосами.
Отключение, изменение режима работы любой зоны отопительного оборудование приобретает лишь косвенное влияние на работу котла и системы в целом. Обеспечивается гидравлическое разделение, снижающее нагрузку на теплогенератор, отопительные приборы, насосное оборудование, коммуникации.
Гидравлический разделитель имеет три режима работы:
Режим 1. Прямой тепломассообмен потоков теплоносителя первичного и вторичного контура. Стабильная тепловая нагрузка потребления равна постоянному значению тепловой мощности котлоагрегата. Смешивания теплоносителей практически не происходит, движение приобретает ламинарный режим, происходит отделение воздуха, примесей и так далее. Режим работы котла – постоянный, на средней нагрузке.
Режим 2. Котел работает с максимальной нагрузкой, при этом не может обеспечить все потребности системы. Происходит полная передача потока из первичного контура котла с подмешиванием воды из обратки вторичного контура. При этом общая температура снижается для всех потребителей.
Режим 3. Оптимальный режим работы характеризуется наличием необходимой тепловой мощности котла, обеспечением экономного, «щадящего» режима работы. В этом режиме происходит смешивание прямого и обратного потоков первичного контура, температура поднимается. Котел останавливается при достижении заданной температуры, режим его работы приобретает циклический характер.
Гидравлический разделитель имеет и более сложные конструктивные конфигурации. Устройство оснащается сетчатыми элементами в верхней зоне для качественного отделения воздуха. Внутри изделия выполняются перфорированные перегородки вертикального или горизонтального направления для более эффективного разделения потоков.
Гидрострелки часто комбинируются с распределительными коллекторами. При этом коллекторы иногда входят в конструкцию моноблока, могут подключаться независимые.
Производятся изделия в виде комбинации разделителя и коллектора. При этом реализуется зонный температурный отбор теплоносителя для различных отопительных блоков.
Модели
Разделитель гидравлический с коллектором Север-Компакт
На рынке отопительного оборудования можно найти следующие гидравлические разделители Север:
- Север-60 — гидрострелка, N – 50 кВт;
- Север -80 — гидрострелка, N -75 кВт;
- Север-160 — гидрострелка, N -180 кВт;
- Север-220 — гидрострелка, N- 360 кВт;
- Север-220 — гидрострелка, N- 360 кВт;
- Север М 3 — коллектор с горизонтальной гидрострелкой, N – 70 кВт, 3 контура;
- Север М 4 — коллектор с горизонтальной гидрострелкой, N – 70 кВт, 4 контура;
- Север М 5 — коллектор с горизонтальной гидрострелкой, N – 70 кВт, 5 контуров;
- Север V 4 — коллектор с вертикальной гидрострелкой, N – 70 кВт, 4 контура;
- Север КV 4 — комбинированный коллектор универсальный, N – 70 кВт, 4 контура;
- Север – компакт — разделитель гидравлический с коллектором, N – 50 кВт, 3 контура.
Все вышеописанные виды выполнены по современным технологиям и отличаются долгим сроком эксплуатации.
Север М-3
Гидрострелка Север М-3 — это устройство, основным назначением которого является — работа трех контуров, оно объединяет в себе функции коллектора и гидрострелки.
Север М-3 имеет один вход и несколько выходов. С ним вы можете осуществлять регулировку температуры в контурах, входящие и выходящие потоки могут объединяться один с другим.
В процессе монтажа устройство можно разворачивать как в горизонтальную, так и в вертикальную плоскость, а в качестве места установки можно выбрать любой участок у котла.
Гидравлический разделитель Север-М3 (сталь 09Г2С) совмещенный с коллектором
Помимо этого агрегат может применяться и для:
- отведения воздуха из теплоносителя, благодаря этому процесс окисления металла в элементах системы становится меньше;
- одновременной работы двух или нескольких котлов, которые функционируют на разных видах топлива;
- контроля температуры на входе и выходе, а также он следит за тем, чтобы топливо расходовалось целесообразно;
- подсоединения к системе чугунного котла с природным газом;
- очистки от накипи и отложений, другими словами, для увеличения срока эксплуатации деталей.
Монтировать гидрострелку допустимо при начальном перепаде давления более 0,4 м.
За счет простой конструкции и небольшим габаритам, Север М-3 прост в монтаже и для него не нужно отводить много места.
Схема работы
Гидроразделить функционирует по следующей схеме:
- Поток воды от котла попадает в гидрострелку, где меняет свое направления и снижает скорость.
- В результате изменений выделяется воздух, который постепенно накапливается вверху корпуса. Воздух периодически отводится.
- Затем поток направляется согласно одной из вышеописанных схем, по контуру потребителя.
- Охлажденная вода возвращается в гидрострелку и проходит сквозь разделительные перегородки, где очищается от шлама.
- Шлам накапливается снизу корпуса и периодически отводится.
- Очищенная вода обратно попадает в котел.
Обвязка двух котлов, работающих в каскаде
Можно ли устанавливать по одному насосу на каждый контур?
Казалось бы, вполне логично оборудовать каждый отопительный контур своим циркуляционным насосом, соответствующим всем необходимым параметрам, чтобы решить проблему. Так ли это? К сожалению, даже в таком случае проблема не решится – она попросту перейдет в другую плоскость! Ведь для стабильного функционирования подобной системы необходим точный расчет каждого насоса, однако даже при этом сложная многоконтурная система не станет равновесной. Каждый насос здесь будет связан со своим контуром, а его характеристики будут меняться (то есть, не будут стабильными). При этом один из контуров может полноценно работать, а второй – выключаться. Из-за циркуляции в одном контуре может образоваться инерционное движение рабочей жидкости в соседнем контуре, где это вообще не требуется (по крайней мере, на данный момент). И таких примеров может быть масса.
Как результат – система теплого пола может недопустимо перегреваться, разные помещения могут отапливаться неравномерно, отдельные контуры могут «запираться». Словом, происходит все, чтобы ваши старания обустроить систему с высокой эффективностью пошли насмарку.
Есть ли выход? Есть – не только разделить сеть на контуры, но и позаботиться об отдельном контуре для отопительного котла. И поможем с балансировкой гидрострелка для отопления или, как ее еще называют, гидравлический разделитель.
Конкретный пример дисбаланса в отопительном контуре
Пусть у нас имеется схема отопления на 4 контура, объединенных общим коллектором, и столько же зональных насосов, обеспечивающих подачу воды к зонам ее потребления.
При изменении количества зональных насосов или их характеристик, система будет неизбежно сталкиваться с последствиями взаимовлияния каждого из насосов на все остальные.
Это будет проявляться:
- в падении производительности каждого из насосов;
- в поломках и преждевременном износе оборудования при сильных перепадах давления;
- в отличающемся от нормы режиме эксплуатации всей системы. Общем снижении ее эффективности, неэкономичности и разбалансированности;
- в перегреве радиаторов, температура которых оказывается выше нормы даже при отключении насосов входящих в данный конкретный контур;
- в повышенной вероятности возникновения тепловых ударов, а также в других проблемах, решать которые предназначен коллектор с гидрострелкой.
Статью об изготовлении гидрострелки для отопления своими руками читайте здесь.
Гидрострелка своими руками
Гидравлический распределитель можно изготовить самостоятельно из труб подходящего диаметра, металлического бака и др. Понадобится лишь приварить патрубки, а также верхнее и нижнее дно.
Важно! Сварка должна быть на высоком уровне, чтобы внутрь не попал мусор. Поэтому обратитесь к профессиональному сварщику
Пошаговое руководство:
Рассчитайте диаметр труб, по приведенным выше формулам.
Составить схематический чертеж устройства. При этом учитывайте, что контейнер следуют разделить на несколько промежутков:Дистанция от дна к первому нижнему патрубку должна быть около 10-15 см, чтобы в нем собирался шлам;
Дистанция от верха к первой трубке сверху должна быть тоже около 10 см, для накопления воздуха.
Вход и выход верхних патрубков регламентирован температурным градиентом. Верхние трубки могут располагаться параллельно друг к другу или чередоваться
Важно! Если патрубки находятся на одной оси, то за счет прямого потока, отвод воздуха очень слаб, из-за чего возникают воздушные пробки.
Чем выше располагается патрубок верхнего вывода, тем больше температура поступающего потока. Важно! Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется.
Входная трубка вверху не должна быть в самой верхней точке, поскольку в устройстве не будет двигаться горячий поток и вода не сможет смешиваться.
Провести сварочные работы.
Проверить герметичность устройства, закрыв отверстия и наполнив его водой
Затем оставить в таком состояние на сутки. Если протечек нет, устройство можно монтировать.
Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется
Какие гидравлические процессы протекают в гидрострелке?
Для того чтобы были понятны причины установки гидроразделителя в систему отопления дома, необходимо понять, что же происходит с водой во время её прохождения в полости гидрострелки. Для этих целей обязательно нужно вникнуть в суть основных параметров функционирования, верно спроектированной, двух и более контурных автономных систем отопления с применением гидроразделителя.
https://youtube.com/watch?v=YWC8mhFJZKQ
После выполнения монтажных работ, сварки всех стыковых соединений в трубах, система отопления заполняется прохладной водой, как правило, в пределах 5 – 15 градусов.
При включении котла автоматика подключает циркуляционный насос основного контура и выполняется разжигание горелки, так как теплоноситель пока что не набрал заданную программой температуру, насосы вторичных контуров не включаются и теплоноситель движется только по первичному контуру. Таким образом, весь поток будет направлен вниз по гидрострелке, как показано на схеме (Ситуация №1).
Сразу же после того, как теплоноситель достигнет заданного температурного уровня, начинается равнозначный отбор второстепенным контуром водяного потока. В исключительном порядке, равных водяных потоков, основного и второстепенного контура, гидрострелка функционирует только лишь как воздушный отводчик и грязе-мазутоулавливатель, то есть, так как уже упомянуто выше в пунктах 3 и 4. Таким образом, происходит стандартный отопительный процесс и нагревание горячей воды для нужд вашего дома (на схеме это Ситуацию №2)
Обязательно необходимо обратить внимание, что достичь при практическом применении абсолютного равенства водяных потоков Q1=Q2 во всех контурах отопительной системы практически невозможно. Именно поэтому, в обязательном порядке необходимо устанавливать гидрострелку в системе отопления дома.
Далее автоматика будет регулировать расход во второстепенном контуре, например, когда вода в ГВС достигнет заданной температуры насос горячего водоснабжения отключится; в условиях, если термоголовки радиаторов прикрывают поток в следствии перегрева помещения на солнечной стороне, тем самым повышая гидросопротивления в этом контуре отопления, срабатывает автоматика адаптивного насоса, понижая их производительность и снижая поток Q2
Через это поток Q1-Q2 начинает движение вверх по гидрострелке (на схеме Ситуацию №3). Если в системе отопления нет гидрострелки, из-за значительного гидравлического перекоса вышли бы из строя как минимум циркуляционные насосы.
Когда автоматика котла останавливает насос основного отопительного контура, поток теплоносителя в гидрострелке стремится вверх (на схеме Ситуацию №3). Но данная ситуация бывает очень редко.
Подведём краткие итоги. Учитывая вышеизложенное можно сказать, что установка гидрострелки в системе отопления вашего дома жизненно необходима, если у вас 2 и более контуров отопления и котел имеет теплообменник из чугуна.
Принцип действия
Гидрострелка для отопления функционирует примерно также, как и стрелка железнодорожная.
Только в одном случае речь идет о распределении транспортных потоков, а в другом о распределении потоков теплоносителя – нагретой воды в системах отопления.
Действие данного устройства заключается в отделении первичного контура отопления ( котлового контура) от вторичного – собственно отопительного.
Конструкция с единственным коллектором отопления страдает многими недостатками. В частности при такой системе отопления отдельные компоненты отопительной системы оказывают друг на друга довольно сильное влияние, что не способствует их нормальной работе.
