Трехходовой клапан в системе отопления: устройство и особенности монтажа

Сервопривод для трехходового клапана

Сервопривод — это электродвигатель, управляемый через отрицательную обратную связь. В данном случае отрицательной обратной связью будет датчик угла поворота вала, который прекращает движение вала при достижении нужного угла.

Для наглядности рассмотрим устройство сервопривода по рисунку:

• Как видно, внутри сервопривода расположены следующие составные части:
• Электрический мотор.
• Редуктор, состоящий из нескольких шестеренок.
• Выходной вал, которым привод вращает клапан или другое устройство.
• Потенциометр — эта та самая отрицательная обратная связь, с помощью которой осуществляется управление углом поворота вала.
• Управляющая электроника, которая расположена на печатной плате.
• Провод, по которому подводятся напряжение питания (220 или 24 В) и управляющий сигнал.

Давайте теперь подробно остановимся на управляющем сигнале. Сервопривод управляется импульсным сигналом с изменяемой шириной импульса. Для тех кто не знает о чем идет речь, привожу еще одну картинку:

То есть ширина импульса (по времени) определяет величину угла поворота вала. Настройка таких управляющих сигналов дело нетривиальное и зависит от конкретного привода. Количество управляющих сигналов зависит от того, сколько положений может занимать выходной вал.

Сервопривод может быть двухпозиционным (2 управляющих сигнала), трехпозиционным (3 управляющих сигнала) и так далее.

Клапан трехходовой регулирующий с электроприводом

В качестве электрического привода трехходовых регулирующих кранов с электроприводом выступают различные элементы.

1. Существует две разновидности:
2. трехходовые краны для отопления с электроприводом в виде электрического магнита;
3. трехходовые клапаны с сервоприводом на базе электрического мотора.

Исполнительный механизм получает команду прямиком от температурных датчиков или от управляющего контроллера. Модели трехходовых кранов для отопления с электроприводом наиболее эффективны, так как позволяют обеспечивать максимально точную регулировку тепловых потоков.

Трёхходовой регулирующий клапан — предназначен для смешения или разделения потока теплоносителя, поэтому их ещё называют смесительными и разделительными клапанами. Трёхходовые регулирующие клапаны имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу.

Наиболее широкое распространение получили в системах теплоснабжения подключённых от автономных котельных, в которых нет необходимости в ограничении расхода при сохранении коэффициента смешения.

Они устанавливаются для управления теплоотдачей калориферов системы вентиляции, теплообменных аппаратов систем горячего водоснабжения и отопления подключённых по независимой схеме, управления процессом смешения в системах отопления с зависимым подключением в котельной.

Управляют клапаном с помощью электропривода, по сигналу электронного регулятора, либо от центральной системы диспетчеризации. Работа трёхходового клапана основана на создании в циркуляционном кольце контуров с постоянным и переменным гидравлическим режимом, за счёт разделения одного потока или смешения двух потоков теплоносителя.

Вне зависимости от положения штока в трехходовом клапане, циркуляция не прекращается, поэтому такой тип устройства не годится для уменьшения расхода теплоносителя. В этом основное отличие шарового трехходового крана с электроприводом от двухходовых кранов, регуляторов и других устройств.

Данный клапан предназначен для смешивания или разделения, распределения потоков. Разделительный клапан регулирует количество воды, пуская часть жидкости по байпасному пути вместо прямого. Два патрубка устройства служат для выхода, а один – для входа.

Принцип действия трехходового смесительного клапана с термоголовкой основан на подмешивании к горячему теплоносителю более холодного или к холодному более горячего. В результате качественная характеристика, а именно температура теплового потока изменяется, при этом уровень этого изменения зависит от установленной пропорции соединяемых струй.

Два порта для входа и один для выхода могут также выполнять разделительную функцию. Такие клапаны могут использоваться в различных съемах.

Часто актуально использование трехходовых клапанов для твердотопливных котлов, в камере которых выпадает конденсат в начале топки. В таком случае клапан помогает временно отсечь холодную воду, а по короткому контуру пустить часть нагретой жидкости.

Вид #3 — автоматический вариант байпаса

Автоматический байпас устанавливается в обвязке насоса гравитационной системы отопления. Теплоноситель в такой магистрали может циркулировать по контуру без перекачивающего агрегата.

Электрический нагнетатель устанавливается в систему для увеличения скорости движения жидкости, что способствует меньшим теплопотерям, равномерному прогреву помещений, увеличению КПД системы.

Перенаправление потока жидкости в насосной обвязке с автоматическим байпасом происходит без участия человека. При работе насоса теплоноситель идет через агрегат, а байпас перекрывается.

Если же насос останавливается, вследствие поломки или отключения электроэнергии, то теплоноситель идет через байпас. Обездвиженная крыльчатка агрегата ограничивает или полностью перекрывает поток.

Автоматические байпасы бывают двух видов:

В первом случае в обходной патрубок монтируют обратный шаровой клапан, который создает наименьшее гидравлическое сопротивление и практически не препятствует прямому движению жидкости в самотечном режиме.

При включении насоса скорость потока увеличивается. Теплоноситель из выходной трубы поступает в магистраль и расходится в обоих направлениях.

Дальше по контуру он движется беспрепятственно, а при перемещении в обратную сторону натыкается на обратный клапан.

Поскольку гидравлическое давление со стороны выходного патрубка выше, чем со стороны входного – шарик плотно прижимается к седлу клапана и полностью перекрывает просвет трубопровода.

Недостатком клапанного байпаса является его чувствительность к чистоте воды. Попадание загрязнений – хлопьев накипи, ржавчины, окалины – приводит к его выходу из строя.

Инжекционный байпас работает по принципу гидроэлеватора. В основную магистраль большого диаметра вваривается насосный узел, устроенный на трубопроводе меньшего диаметра. При этом входной и выходной патрубки имеют продолжение внутри трубопровода магистрали.

При включении насоса часть потока поступает в диффузор входного патрубка, проходит через агрегат и ускоряется.

Выходной патрубок имеет небольшое сужение и представляет собой сопло, через которое жидкость под давлением выбрасывается в основную магистраль с большой скоростью.

Позади среза выходного патрубка (по ходу движения теплоносителя в магистрали) создается область разряжения. За счет этого затягивается жидкость из байпаса. Вылетающая под напором струя увлекает за собой окружающую среду, передавая ей кинетическую энергию.

Таким образом весь поток с ускорением устремляется дальше по магистрали. Такое направленное движение жидкости исключает возникновение обратного потока.

Если насос не работает, то теплоноситель спокойно проходит через байпас в режиме естественной циркуляции.

Трехходовой клапан для отопления с терморегулятором: принцип работы и назначение

Терморегуляторы устанавливают на проходные пробки радиатора. В случае необходимости данные приборы целиком или частично перекрывают поток теплоносителя. Ту же функцию выполняет кран, однако, при наличии терморегулятора вы единожды выставляете необходимые параметры, после чего термоклапан поддерживает заданный температурный режим самостоятельно. Наибольшую точность работы и функциональность обеспечивают электронные термоклапаны.

Важно понимать, что терморегулятор не способен изменить изначальную мощность источника тепла, однако позволяет грамотно распорядиться тепловой энергией и создать в помещении комфортные условия

Принцип работы терморегулятора

Регулятор температуры представляет собой двухходовое устройство, состоящее из двух основных частей:

• вентиль («клапан»);
• термоголовка.

Устройство терморегулятора:

Элемент	Функция	Устройство	Принцип действия
Вентиль (клапан)	Запирающий механизм	Состоит из седла, конуса и штока.	Рабочий шток задвигается, уменьшая расстояние между седлом и конусом и тем самым уменьшая поток. При увеличении расстояния между этими частями поток, напротив, увеличивается.
Термоголовка	Управление штоком	В «сильфоне» (специальном цилиндре) замкнуто термочувствительное вещество.	Принцип работы основан на расширении газа и жидкостей в случае нагревания. Под действием горячего теплоносителя вещество в сильфоне расширяется, подталкивая подпружиненный поршень. Тот воздействует на шток с конусом в строну седла. При снижении потока теплоносителя происходит охлаждение и, соответственно, уменьшение объема активного вещества. Пружина возвращает поршень, конус и шток на место, и поток усиливается. Повторение цикла позволяет регулировать степень нагревания радиатора с высокой точностью.

Разновидности терморегуляторов для радиатора

Выделяют несколько разновидностей классификации терморегуляторов для трехходового клапана.

Классификация терморегуляторов по способу установки температуры и управления температурным режимом:

Тип терморегулятора	Особенности
Механические терморегуляторы	Предустановка устройства выполняется при помощи рукоятки с делениями. Шток приводят в движение сильфон и возвратная пружина.
Ручные терморегуляторы	Принцип работы аналогичен обычному крану. Такую модель легко заменить на регулятор для автоматической работы клапаны при изменяемых условиях.
Электронные терморегуляторы	Обладают цифровой панелью. Источником энергии служат батарейки. Учитывают температуру теплоносителя. Позволяют программировать режим по времени.

Ручные и механические терморегуляторы можно разделить по типу активного вещества в сильфоне. В качестве термочувствительного вещества в сильфоне может использоваться жидкость или газ, соответственно, терморегуляторы бывают:

• жидкостные;
• газовые.

Также терморегуляторы разделяются по назначению. В зависимости от особенностей, терморегуляторы предназначены:

• для двухтрубных систем разводки;
• для однотрубных систем разводки.

По способу подключения терморегуляторы бывают:

• угловые;
• прямые.

Принцип работы трехходового клапана

Трехходовой смесительный клапан устанавливается на тех участках трубопровода, где необходимо разделение основного потока теплоносителя на 2 контура:

• с переменным гидрорежимом;
• с постоянным.

Зачастую постоянный поток необходим для того, кому подается теплоноситель высокого качества и в установленных объемах. Его регулировка соответствует показателям качества. Касаемо же переменного потока, то он используется для объектов, где показатели качества не являются ключевыми. Здесь важную роль играет показатель коэффициента количества. Другими словами , подача тёплого носителя в этом случае осуществляется по требуемому количеству.

Обратите внимание! Одним из элементов запорной арматуры является и аналог прибора, о котором мы повествуем в данной статье, который называется двухходовой клапан. В чем его отличие? Он отличается от трехходового принципом своей работы. Дело в том, что один из элементов его конструкции, шток, не может перекрывать поток жидкости, имеющий постоянные гидравлические показатели

Дело в том, что один из элементов его конструкции, шток, не может перекрывать поток жидкости, имеющий постоянные гидравлические показатели.

Шток постоянно открыт, он настраивается на определенный объем жидкости. Исходя из этого, у пользователей появляется возможность получать требуемый объем как в плане количества, так и в плане качества. В общем, данный прибор не может остановить подачу жидкости для сети с постоянным гидравлическим потоком. А вот поток переменного типа он способен перекрыть, из-за чего появляется возможность регулировать давление/расход.

Можно создать один трехходовой клапан, соединив пару двухходовых. Но они должны работать в режиме реверса, то есть, при открытии одного, другой должен закрываться.

Трехходовой клапан для теплого пола или других целей работает со следующей последовательностью:

• к коллектору, который является одним из элементов теплого пола, поступает горячая вода;
• степень нагрева жидкости определяется во время ее прохождения через термосмесительный клапан;
• в том случае когда температура превышает установленный уровень, открывается проход откуда поступает охлажденная жидкость;
• оба потока смешиваются внутри;
• после того как температура падает до установленного предела, проход для холодной воды закрывается.

К недостаткам трехходовых клапанов, можно отнести вероятность появления резких скачков температуры, которые могут происходить при запуске нагретой воды, что может оказывать негативное воздействие на состояние трубопровода при смешении.

Трехходовой термостатический смесительный клапан применяется для того, чтобы:

• при необходимости перенаправлять потоки с разных трубопроводов;
• смешивать потоки диаметрально разных температур, для получения потока установленной температуры;
• динамически управлять направлением потоков для получения потока с постоянно установленной температурой;
• в водопроводной системе, это получение потока с заданной стабильной температурой;
• в отопительной системе, это получение отдельного смесительного узла со стабильно постоянной температурой циркуляции.

С помощью обычного шарового крана можно регулировать вручную. С виду он схож с обычным вентилем, но обладает такой особенностью как дополнительный выход. Данный вид арматуры используется для принудительного ручного управления.

Для автоматической регулировки используется особый трехходовой клапан, который оснащен электромеханическим прибором для того чтобы менять положение штока. Его нужно подключать к термостату для того, чтобы была возможность регулировать температурный режим в помещении.

Нюансы монтажа и обслуживания

Перед установкой клапанов в технологическом трубопроводе необходимо визуально осмотреть все детали и исключить наличие внешних механических повреждений. Кроме того, нужно проверить состояние соединения устройства с ЭИМ или МИМ, а также плавность и легкость хода штока. Оборудование, с помощью которого можно разделить или смешать потоки транспортируемой среды, следует очистить от консервационной смазки и промыть растворителем.

Монтаж клапана осуществляется горизонтально, располагая его исполнительным механизмом вверх. Если устройство размещается под наклоном, то под ЭИМ или МИМ понадобится установить опоры. Монтаж ниже линии горизонта запрещается.

При установке клапанов в технологических трубопроводах нужно также выполнять следующие правила:

• Располагать устройство таким образом, чтобы стрелка на корпусе совпадала по направлению с движением транспортируемой среды.
• Обеспечить защиту изделий с ЭИМ от атмосферных осадков, если установка предполагается на открытом воздухе.
• Использовать фильтр при наличии в перемещаемой среде примесей, размер которых более 70 мкм.
• Устанавливать запорную арматуру, чтобы обеспечить возможность демонтажа разделяющих или смешивающих клапанов.
• Избегать воздействия вибрации и других нагрузок от трубопровода, для чего предусматривают опоры или компенсаторы.

Место установки оборудования должно быть доступным, чтобы создать необходимые условия для профилактического осмотра и проведения ремонтных работ.

Помимо соблюдения технологии монтажа для продолжительного функционирования клапанов важно своевременное и технически грамотное обслуживание. Его проведение осуществляется при отсутствии давления в трубопроводе и предусматривает каждые 6 месяцев проверку:

• общего состояния;
• герметичность сальникового уплотнения;
• крепежных соединений.

При этом запрещается использование уплотнений меньшего или большего сечения при замене расходных материалов. Также не допускается разборка клапана при наличии в нем остатков среды, подтяжка фланцевых соединений и применение устройства в качестве опоры для трубопровода. Органы управления оборудования должны быть защищены от самопроизвольного включения и иметь конечные выключатели для сигнализации.

Термостатический клапан – принцип работы

Главным достоинством термостатического клапана является возможность добиться автоматизации поддержания определенной температуры в помещениях. Термоклапан не нужно каждый раз регулировать вручную. При этом температуру в разных помещениях можно выставить разную. Например, в коридоре +20°С, в спальне +24°С, в ванной +22°С. Поворачивая настроечную рукоятку относительно метки можно настроить температуру воздуха в помещении. Как правило в пределах от +5°С до +28°С. То есть +5°С – минимальная температура для того, чтобы система не замерла. А вот +28°С – максимальный уровень, так называемой комнатной температуры, комфортной для человека.

Устройство термостатического клапана

Устройство которое автоматически регулирует температуру находится в термоголовке. Которая устанавливается на термостатическом клапане. Это термоэлемент. Внутри него находиться сильфон – замкнутая гофрированная система, меняющая свои размеры. Сильфон заполнен специальным веществом. Это вещество изменяет свое состояние, в том числе объем, под воздействием температуры воздуха.

Если отрегулировать термоклапан, допустим, на +22°С, то при падении температуры воздуха в комнате до +21°С вещество в сильфоне уменьшиться в объеме. Несомненно, это уменьшит давление на шток клапана. Клапан откроется и теплоноситель будет нагревать радиатор. Температура воздуха в помещении будет повышаться. Когда она достигнет +23°С вещество в сильфоне начнет расширятся и давить на шток клапана. Клапан закроется и теплоноситель пойдет в обход радиатора. Радиатор перестанет нагреваться и температура воздуха в комнате будет понижаться. И так далее. По замкнутому кругу. Поддерживая в помещении постоянную температуру.

Советы

Перед началом запуска отопительной системы нужно проверить исправность и состояние трехходового крана и всей системы отопления. Не следует монтировать кран на трубы с диаметром выше 40 мм. В горячей среде открывать кран нужно очень аккуратно, чтобы избежать отказа гидравлического клапана

Важно, чтобы шток вместе с регулирующим устройством или ручкой поворота выходили в сторону свободного к ним доступа. Лучше покупать кран, выполненный из латуни

Он прослужит несколько дольше, чем из других материалов. Самый оптимальный вариант – кран с пневмоприводным контролем работы. Чтобы не допустить ошибок, посоветуйтесь предварительно со специалистом.

Срок службы трехходового крана

Период безаварийной работы прибора определяют:

• Особенности конструкции.
• Материал, из которого он изготовлен.
• Соответствие его технических характеристик реальным условиям эксплуатации.

На стальные «тройники» производители дают гарантию в 5-7 лет, но при умеренной интенсивности они вполне могут прослужить и 50 лет. Срок службы пластиковых моделей, как правило, не превышает 2 лет.

Область применения

Установка такого устройства необходима отопительным системам, особенно если нагрев носителя обеспечивается котлом на твердом топливе. Кроме этого, горячая вода для бытового пользования может иметь слишком высокую температуру (до 95ºC) и если не установлен смесительный клапан, могут быть ожоги у пользователей.

Требуется его установка и перед пластиковыми трубопроводными системами, чтобы не допустить перегрева материала, из которого сделаны трубы.

С помощью трехходового смесительного клапана решаются следующие задачи:

• перенаправляются потоки, которые поступают от разных трубопроводов;
• устанавливается необходимая температура жидкости на выходе (за счет смешивания холодного и горячего потока);
• происходит регулировка температуры под нужные параметры в разные промежутки времени.

Трехходовой термостатический смесительный клапан обязательно должен быть установлен в автономной системе отопления и горячего водоснабжения.

Применение трехходового клапана в системе отопления (теплый пол)

Эти системы используются в индивидуальном порядке и имеют собственный нагревательный котел. Как правило, они находятся в частных домах или квартирах, хозяева которых, не могут или не хотят пользоваться централизованной поставкой тепла и воды.

Принцип работы

Устройство имеет корпус с тремя отводами и регулирующую часть, которая находится внутри и выполнена в виде штока или шара. Шток движется вдоль своей оси, а шар может поворачиваться вокруг нее. Через первые два отвода жидкость (холодная и горячая) попадает внутрь корпуса.

Перемешавшись, выходит через третий отвод. Весь секрет заключается в том, сколько именно смешивается жидкости с разной температурой во внутреннем объеме корпуса клапана по объему. Перемещением штока (или поворотом шара) открываются или закрываются два потока в одну или другую сторону – больше открыт горячий поток, значит жидкость (вода) на выходе будет горячее.

Такая конструкция очень эффективна и может работать в автоматическом режиме, если будет оснащена термоголовкой. При нагреве (охлаждении) этого элемента до определенной температуры, за счет теплового расширения, происходит самостоятельное смещение регулирующего механизма.

Таким образом, потоки горячего и холодного носителя будут проходить в разных объемах, что изменит конечную температуру на выходе.

Поэтапно работа клапана выглядит так:

1. Горячая вода из нижнего патрубка свободно поступает в правый (выпускающий) патрубок до тех пор, пока термоголовка не разогреется до температуры проходящей среды.
2. После нагрева термочувствительной составляющей регулирующего механизма выше допустимой температуры, она расширяется, и перемещает клапан, перекрывая подачу горячей воды из нижнего патрубка. Одновременно с этим открывается подача холодной воды через левый патрубок.
3. При смешивании холодной и горячей воды, температура выравнивается и рабочий элемент сжимается. Подпружиненная тарелка клапана занимает исходное положение.

Схемы подключения клапана к системе отопления

Когда есть понимание, что такое трехходовой клапан и в чем состоит его работа, можно рассмотреть различные схемы подключения, зависящие от назначения и роли элемента в отоплении дома. Установка термосмесительного 3-ходового клапана производится в 4 случаях:

1. Для защиты твердотопливного котла от воздействия конденсата и температурного шока после внезапных отключений электроэнергии.
2. Теплоноситель в контурах теплых полов должен прогреваться до 45 °С, температуру поддерживает смесительный узел с трехходовым краном.
3. Для поддержания необходимой температуры воды в разных ветвях системы.
4. Когда требуется подключить бойлер косвенного нагрева к одноконтурному газовому котлу.

Чтобы защитить тепловой агрегат на твердом топливе от образования конденсата, нельзя во время его разогрева допускать подачу в котловой бак остывшей воды из радиаторной сети. Для этого используется следующая схема подключения котла с байпасом и трехходовым смесительным клапаном:

Подробная схема установки клапана в контур ТТ-котла

Схема работает так. Пока теплогенератор не прогрелся, вода циркулирует по малому кругу через байпас. При нагреве теплоносителя в обратке до 50—55 °С клапан начинает открываться и подмешивать холодный теплоноситель из системы. При выходе отопителя на рабочий режим байпас перекрывается и весь поток идет через радиаторы. Подробнее эта тема раскрыта на видео:

В системе теплых полов данный элемент выполняет те же функции. Циркуляционный насос гоняет теплоноситель по греющим контурам до тех пор, пока он не начнет остывать. Как только это произойдет, сработает датчик и термоголовка, после чего трехходовой клапан станет добавлять в замкнутый контур горячую воду, идущую от котла. Как своими руками правильно выполнить монтаж коллектора теплых полов, насоса и клапана, показано на схеме:

Смешивание воды трехходовым клапаном

Насос заставляет циркулировать воду по контурам теплого пола, а клапан поддерживает ее температуру на уровне 35…45 градусов

Следующий пример использования и подключение этой важной детали – обвязка твердотопливного теплогенератора и буферной емкости – аккумулятором тепла. Чтобы прогреть ее целиком достаточно быстро, температура подаваемого теплоносителя должна быть от 70 до 85 °С, каковая вовсе не нужна в системе радиаторного отопления

Понизить ее как раз и помогает трехходовой клапан, установленный за емкостью вместе с отдельным циркуляционным насосом.

Схема подключения буферной емкости к СО

В схеме с теплоаккумулятором и ТТ-котлом применяется 2 смесительных клапана, каждый регулирует температуру в своем контуре

Сложная отопительная система большого коттеджа может иметь множество потребителей, подключаемых посредством гидрострелки и распределительного коллектора. Причем в каждый из контуров надо подать теплоноситель с разной температурой. Самая высокая нужна бойлеру косвенного нагрева, поэтому на подводке к нему регулирующей арматуры нет. Остальным потребителям нужен более холодный теплоноситель, а потому они подключены через трехходовые клапаны.

Схема отопления коттеджа с теплым полом, радиаторами и бойлером

В каждом контуре схемы стоит трехходовой вентиль, поскольку нужно готовить воду с разной температурой. Только бойлер ГВС подключен к гребенке напрямую

В схеме с бойлером косвенного нагрева и одноконтурным газовым котлом тоже не обойтись без 3-ходового крана. Задача элемента – переключать поток теплоносителя на змеевик бойлера ГВС по команде контроллера (срабатывает электропривод).

Подключение термостата для загрузки бойлера

Пока змеевик прогревает бойлер, отопление бездействует, поскольку клапан переключает поток между 2 линиями