Балансвентили от Данфосс

Сравнение между независими от налягането балансиращи и регулиращи вентили (PIBCV) на Данфосс и други производители.

Първи на унгарския пазар, преди около четири години Данфосс  лансира добре познатия вентил AB-QM (виж Фиг. 1), наричан общо PIBCV (от английски, независим от налягането балансиращ и регулиращ вентил). Като видяха предимствата на този вентил и популярността на новата технология, други производители също започнаха бързо да разработват подобни продукти. Вследствие от това, се появиха, и предстои да се появят няколко марки. Възниква обаче въпросът дали всички марки PIBCV са с еднакви характеристики. Можем ли да очакваме същата функционалност, точност, енергийна ефективност и т.н.? Всъщност, както две марки автомобили се отличават, така се отличават и всички други продукти. Освен това, искам да подчертая коренните разлики между различните решения, а възоснова на това могат да се преценят и сравнят техническите характеристики при избора на продукт.

Фиг. 1

Но, преди да навлезем в подробности, нека обобщим какво означава PIBCV вентил. На практика това е вентил с двойно предназначение, който се използва предимно в климатични и вентилационни системи. Вентилът се състои от регулатор на диференциално налягане (оцветен в жълто на Фиг. 1) и управляващ моторизиран вентил (в оранжево). Що се отнася до принципа на действие, регулаторът на Δp поддържа постоянно диференциално налягане през управляващия вентил, като по този начин премахва колебанията на налягането в системата. Вследствие на това, управляващият вентил е напълно автономен. Допълнително предимство е, че при проектирането на системата лесно може да се определи максималният дебит към всеки отделен потребител посредством предварителна настройка.

Не са необходими инструменти, за да се балансира системата. Възможно е обаче работата на вентила да се контролира чрез измервателни нипели. Когато се използват PIBCV вентили, в системата няма свръх дебит, дебитът се регулира идеално, а температурната разлика се увеличава максимално. Благодарение на всички тези характеристики се постига максимално пестене на енергия (намалена мощност на изпомпване, прецизна температура в помещенията, както и по-висока ефективност на отопление и охлаждане.

Фиг. 3

Да видим разликите:
1) Управляващи вентили, независими от налягането
Регулаторът на дебит не зависи от налягането (т.е. от колебанията на налягането в системата) само ако през управляващия вентил може да се поддържа постоянно диференциално налягане в целия диапазон на регулиране. Това означава също, че автономността на управляващия вентил трябва да е 1 (=100%).


a) кръг с PIBCV вентил, a=1


б) кръг без PIBCV вентил, a≠1


в) Кръг с ограничаване на дебита, автономността зависи от налягането в системата

Фиг. 2

По-горе са показани блок-схеми на PIBCV вентили, както ги наричат производителите. Лесно се вижда, че само решение a) е истински PIBCV вентил (вентилите AB-QM на Данфосс съответстват на тази схема), докато приложение б) поддържа постоянно диференциално налягане през мотор-вентил и дросел. Решение в) по никакъв начин не може да се нарече независимо от налягането, защото мотор- вентилът не разполага с регулатор на диференциалното налягане, а устройството пред него е обикновен ограничител на дебит (това решение не се разглежда по-нататък). Да видим каква автономност осигурява решение б) на регулиращия вентил.

Да приемем, че диференциалното налягане през ограничителя на дебит и мотор вентила е 12 kPa.

Да разпределим пада на налягането поравно (6-6 kPa) между управляващите елементи (ограничител на дебит и мотор-вентил) при предварително зададен максимален дебит (100%).

В този случай излиза, че автономността на управляващия вентил (a= Δpрег.вентил/Δpналично=6/12=0,5) е точно 50%! Трябва да се разгледат ситуации с дебит по-малко от 100%. Например, да вземем натоварване на половината от максималната стойност. В този случай, през напълно отворения мотор- вентил преминава половината от количеството вода (сравнено с предишния случай), което означава, че стойността на пада на налягането е 1/4 от предишната. Той възлиза на 6/14=1,5 kPa, а останалият пад на налягането е при устройството за регулиране на дебита. Автономността е: a=1,5/12= 0,125 т.е. 12,5%.

Очевидно това решение далеч не осигурява 100% автономност. Макар че вентилът не зависи от налягането в мрежата (в този смисъл той е независим от налягането), качеството на управление се променя значително в зависимост от предварителните настройки! На Фиг. 3 са показани характеристиките на такъв вентил (който не е на Данфосс) с различни предварителни настройки и различно диференциално налягане при вентила.

Фиг. 4

Видно е, че има регулиране в диапазона 2-3 V (причините за това са обсъдени по-рано). Същевременно, си струва да се разгледа какво управление се очаква от работещ същински PIBCV вентил. Да вземем характеристиките на вентил   AB-QM DN 15 на Данфосс, за да видим това. Те са дадени на Фиг. 4.

Характеристики на управление на вентил AB-QM на Данфосс

Фиг. 5

Разликата е очевидна! Стигаме до извода, че единствено решение а) от Фиг. 2 осигурява 100% автономност, която е от решаващо значение за идеалното управление, поддържането на точната температура и пестенето на енергия.

2) Необходимо минимално диференциално налягане
Всеки ограничител на дебит има т.нар. ефективно диференциално налягане. Това е минималното диференциално налягане през вентила, необходимо, за да работи автоматичният регулатор на диференциалното налягане. Трудно е обаче тази стойност да се поддържа сама по себе си и затова производителите обикновено посочват необходимото налягане при вентила, което включва съпротивлението на регулатора на дебит и на мотор- вентила. Колкото е по-ниска тази стойност, толкова по-добре, защото се снижава точката на работа на помпата, което означава намален разход на енергия в годишен разрез. На практика, изискваното минимално диференциално налягане зависи от предварителната настройка на вентила (колкото тя е по-висока, толкова е по-голяма тази стойност). Въпреки това, повечето производители посочват постоянна стойност, за да опростят оразмеряването на вентилите.

Фиг. 6: a) фин прах; б) бучки.

За Данфосс стойността е 16 kPa за модел DN 10-20, при максимална предварителна настройка. За съжаление, не можем да сме спокойни, дори когато в характерис-тиките е посочена ниска стойност. Това се дължи на липсата на стандартна про-цедура за измерване, която да определя с каква точност следва да се фиксира тази стойност. На Фиг. 5 са показани характеристиките на два продукта. Продукт a) се доближава до зададената стойност с 8% точност при 16 kPa (вентил  AB-QM DN 15 на Данфосс),  докато продукт б) дава 17% отклонение. Разликата е очевидна! В този пример, за продукт б) е необходимо около 20 kPa минимално диференциално налягане за същата точност (от фигурата могат да се направят и други изводи, които не се обсъждат тук).

3) Точно поддържане на предварително зададения дебит
Когато се ползва PIBCV вентил, целта е да се ограничи дебитът до максималния дебит, определен при проектирането на системата, независимо от колебанията на налягането в системата. Това е особено важно при управление ВКЛ/ИЗКЛ. Добрият вентил трябва да поддържа зададената стойност с точност до ±10-15%. В противен случай, в системата ще възникне свръх дебит, който ще доведе до увеличена консумация или недостатъчно количество вода за консуматорите. На Фиг. 5 е показано, че продуктът б) подава значително по-голям дебит вода от зададения (посочен с червена линия) към консуматорите. Този свръх дебит може да достигне до 50%! Затова е важно да се избере вентил, който може да поддържа предварително зададения дебит с достатъчна точност. Такъв е вентилът на Данфосс AB-QM.

4) Опасност от запушване
Известно е, че във всички системи има замърсявания. Това се доказва както от местната, така и от международната практика. Следва да се разгледат два основни вида замърсители. Единият е „фин прах” като материал (Фиг. 6, изображение а), а другият – бучки (Фиг. 6, изображение б).

Фиг. 7

Първият вид се предизвиква от неизбежната корозия в системата (различни метали, кислород), а вторият – влиза в системата при рязане и заваряване на тръби.

Тук естествено възниква въпросът как реагират компонентите на системата (не само автоматичните вентили) на този проблем. Първият тип не предизвиква запушване и се отлага предимно в елементи с големи водни обеми, като радиатори, или в най-добрия случай – утаители. Също така, той се отлага по осите на статичните елементи, като  коленните съединения, при което с течение на времето осите заяждат и няколко години след монтажа вентилите изобщо не могат да се раздвижат, или могат, но с цената на повреждане на уплътненията, което пък води до течове. Това е въпрос на поддръжка. Автоматичните вентили са по-добре предпазени, ако елементите им се движат постоянно от промените в налягането и нямат неподвижни „колена”.

Обикновено замърсителите тип б) са тези, които причиняват проблеми във функционирането. Тези „малки” бучки запушват част от сечението на тръбите. Затова формата и размера на отворите за регулиране на дебита на регулиращите вентили са много важни. На Фиг. 7 проблемът е ясно показан. Явно е, че уредбата с конвенционален вентил (отляво) е много по-чувствителна на замърсяване от решението на Данфосс (отдясно). На Фиг. 8 е показано вътрешното устройство на два реални вентила с размера и формата на регулиращите отвори (за PIBCV вентили, Данфосс използва само решението отдясно).

Фиг. 8

В повечето случаи, регулаторът на диференциално налягане не се запушва от замърсители с по-големи размери (освен ако проточните му части са много тесни), защото, ако вентилът се запуши, дебитът намалява (под нужната стойност) и регулаторът на диференциално налягане се отваря и бучките падат през отвора.

PIBCV вентилите често са по-силно застрашени от замърсяване. Надяваме се, че горните примери доказаха, че нито един от двата вида замърсители не може да причини проблем в проточните части (особено, ако се ползва вентил на Данфосс). Какво става обаче в задвижването? Ако се спазва правилното разположение на монтажа, около мембраните не могат да се натрупват замърсявания. Това е така, защото самата мембрана действа като помпа. Ако бъдат всмукани замърсители, в следващата фаза те се изпомпват. Няколкостотин  хиляди вентила, монтирани от Данфосс през последните четири години, доказват, че това е истина.

5) Материали на затварящите повърхности на управляващ вентил и регулатор на диференциално налягане

Предназначението на тези вентили е различно. Регулиращият вентил трябва да регулира точно дебита. За целта трябва да се създаде възможно най-голям обхват на регулиране, което се постига най-добре с повърхности метал към метал. При вентилите PIBCV, освен регулиране на диференциалното налягане има и затваряща функция, което се постига най-добре чрез метална повърхност, затваряща към гумено легло (EPDM). Вентилите на Данфосс AB-QM са изработени по този начин.

6) Възможност за измерване

Фиг. 9

В наши дни възможността за измерване на вентилите е много важен фактор за много инсталатори и оператори. Това произтича от по-стари практики, при които дебитът в тръбопровода беше определян от диференциалното налягане през измервателните вентили. За вентилите PIBCV не е необходимо измерване. Ако необходимото диференциално налягане е налично, регулираният дебит преминава през вентила с точност, зависеща от качеството на вентила. (И  мощността на автомобилните двигатели не се измерва, а просто вярваме на посоченото в брошурата). Все пак, може да се наложи да се провери дали нужната разлика в налягането съществува (виж Фиг. 9), за да се оптимизира системата (основно в нейните крайни точки). Освен това, правилната работа на вентилите PIBCV може да се провери чрез измерване. По-евтини модели без измервателни нипели се предлагат за тези, които не желаят да измерват всеки вентил (и вероятно избират друг начин за откриване и отстраняване на проблеми, напр. чрез измерване на температурата). Данфосс предлага и двата варианта!

Разбира се, тези вентили имат много други характеристики, които по принцип не влияят върху работата им, като например материалът, от който са изработени телата на вентилите (мед и месинг се използват в отоплителни системи повече от 50 години), номиналното налягане PN (не се ползва номинално налягане над 16 bar), минимална/максимална температура (ако тя е в общоприетите граници (-10°C ~ +120°C)), и т.н.

Надяваме се, че разглеждането на тези характеристики на вентилите ще Ви даде възможност да разберете по-добре технологията PIBCV и в бъдеще ще знаете кои параметри трябва да се вземат под внимание при избора на продукт!

В тази статия  не могат да се разгледат всички подробности. Не се колебайте да се свържете с нас, ако имате въпроси, свързани с приложението или техническите характеристики на вентилите PIBCV!

Източник: Цитираните резултатите от измервания са взети от статия на английската независима лаборатория BSRIA.