Регулятор температуры прямого действия — это трубопроводная арматура, предназначенная для автоматического поддержания заданного значения температуры воды. Регулятор автоматически поддерживает температуру воды, изменяя проходное сечение клапана управляемого термостатическим элементом, и не требует дополнительного источника энергии.
   Принцип работы регулятора температуры прямого действия, основан на использовании энергии фазового перехода и теплового расширения рабочей жидкости в замкнутом пространстве температурного датчика для изменения проходного сечения клапана. По реакции на увеличение температуры воды, регуляторы делятся на те которые с ростом температуры открываются и те, которые закрываются.
   Регулятор может управлять теплоотдачей скоростного теплообменного аппарата, обеспечить нагрев до заданной температуры бака водонагревателя или управлять расходом воды в циркуляционном трубопроводе системы горячего водоснабжения.
Наиболее широкое распространение, регуляторы температуры получили в системах горячего водоснабжения (ГВС) для управления расходом греющего теплоносителя в зависимости от изменяющейся потребности в горячей воде.

Достоинства:
 - Невысокая цена
 - Простая конструкция
 - Высокая надёжность
 - Простая настройка
 - Не требует внешних источников энергии

Недостатки:
 - Высокие требования к качеству теплоносителя.
 - Температура настройки изменяется только в ручном режиме.
 - Вынос датчика температуры ограничен длиной импульсной трубки.
 - Диапазон настройки ограничен характеристиками термостатического элемента.
 - Точность поддержания температуры снижается при отклонении температуры настройки от средины к граничным значениям диапазона регулирования.

Устройство и конструкция регулятора температуры прямого действия

   Устройство регулятора температуры прямого действия включает в себя три составляющих: датчик температуры с импульсной трубкой, термоэлемент и регулирующий клапан разъёмно или неразъёмно связанные друг с другом.

Датчик температуры:
   Конструкция датчика температуры — металлическая колба, заполненная рабочей средой способной существенно изменять свой объём при нагреве и соединённая импульсной трубкой с термостатическим приводом. Регуляторы могут быть укомплектованы накладным, погружным или интегрированным датчиком температуры.
   Накладной датчик температуры крепится на поверхность трубы, прост в монтаже, не вносит дополнительного гидравлического сопротивления и не требует устройства специальных расширителей. Но накладные температурные датчики отличаются высокой инерционностью, и существенной погрешностью, которую в принципе можно скорректировать дополнительной настройкой по месту.
   Погружные датчики температуры врезаются в трубопровод через защитную гильзу или без неё. Они отличаются значительно меньшей инерционностью, но требуют проведения сварочных работ для врезки в трубопровод, вносят дополнительное гидравлическое сопротивление и при монтаже на трубопроводах меньше DN65 требуют устройства расширителей.
   Интегрированные температурные датчики встроены в корпус регулятора температуры. Подобные регуляторы применяются в схемах, где по технологическому процессу необходимо поддерживать температуру воды в трубопроводе, на котором установлен клапан регулятора, а температура теплоносителя зависит от его расхода.

Термостатический элемент:
   Конструкция термостатического элемента — сильфон соединённый импульсной трубкой с датчиком температуры и заполненный той же рабочей средой, что и датчик температуры. Жёсткость конструкции сильфона позволяет ему разжиматься с повышением температуры и давления рабочей среды и перемещать шток регулирующего клапана.

Регулирующий клапан:
   Конструкция клапана регулятора температуры прямого действия, ничем не отличается от клапанов, применяемых с приводами другого типа. Как правило, это линейный односедельный разгруженный по давлению клапан, с чугунным, стальным, бронзовым или латунным корпусом, присоединяемый к трубопроводу на фланцах, резьбе или с концами под приварку.

Принцип работы регулятора температуры прямого действия

   Принцип работы регулятора температуры прямого действия основан на использовании энергии теплового расширения жидкости в замкнутом контуре. Замкнутый контур образован полостью датчика температуры соединённого импульсной трубкой с сильфоном термопривода. В зависимости от диапазона регулирования, рабочей средой заполняющей сильфон и датчик может быть жидкость, газ, парафин или газоконденсатная смесь. Датчик регулятора монтируется в месте поддержания температуры. При нагреве объём рабочей среды увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Изменение объёма в замкнутой полости (датчик — импульсная трубка — сильфон термопривода) приводит к изменению давления. С ростом давления сильфон термопривода вытягивается, давит на шток клапана, изменяя положение затвора и автоматически уменьшая расход через регулятор температуры. При снижении температуры воды относительно заданного значения — давление в сильфоне понижается, сжимая его и поднимая шток регулятора. По реакции на увеличение температуры воды, регуляторы делятся на те которые с ростом температуры открываются и те, которые закрываются, при этом следует учесть, что каждый привод регулирует температуру в определённом диапазоне.

Подбор регулятора температуры

   Регулятор температуры прямого действия это самостоятельный элемент системы теплоснабжения, который не требует комплектации дополнительными компонентами и работает без внешних источников энергии. Основная задача регулятора температуры – это управление процессом подогрева или охлаждения рабочей среды, путём перекрытия потока тепло или холодоносителя. Регулирующую способность определяет авторитет клапана в управляемой системе, поэтому настоятельно рекомендуется выбирать клапан с учётом искривления его расходной характеристики связанным с отклонением авторитета регулятора температуры от 1. В противном случае процесс регулирования может проходить в двухпозиционном режиме. Точность поддержания регулятором температуры, зависит от гистерезиса и зоны пропорциональности термопривода, а скорость реакции на отклонение температуры - от постоянной времени. В системах с быстро меняющимися параметрами, лучше отдать предпочтение «быстрым» регуляторам с постоянной времени до 60 секунд, а в системах с накопительными баками водонагревателями и теплоаккумуляторами достаточно будет и более «медленных» регуляторов. Рекомендуется выбирать термопривод регулятора температуры таким образом, чтобы поддерживаемая температура находилась в средней трети регулируемого диапазона.

Методика расчёта

   Методика расчёта и подбора регулятора температуры заключается в определении:
 - требуемой пропускной способности регулятора;
 - оптимального диапазона поддерживаемых температур;
 - скорости закрытия, точности поддержания.

   Расчёт пропускной способности регулятора температуры Kv, выполняется на основании данных о расходе теплоносителя через него и допустимых потерь напора. Следует отметить, что чем большую долю потерь на регулируемом участке от располагаемого напора привносит регулятор температуры, тем выше его авторитет и тем, более плавным будет регулирование.
Выше приведенный алгоритм подбора регуляторов температуры, при расчёте искривления регулировочной характеристики клапана, связанного с отличием авторитета от 1, по умолчанию принимает начальную рабочую характеристику - линейной.
Расчёт возможности возникновения кавитации

   Кавитация – образование пузырьков пара в потоке воды проявляющееся при снижении давления в нём ниже давления насыщения водяного пара. Уравнением Бернулли описан эффект увеличения скорости потока и снижения давления в нём, возникающий при сужении проходного сечения. Проходное сечение между затвором и седлом регулятора температуры является тем самым сужением, давление в котором может опуститься до давления насыщения, и местом наиболее вероятного образования кавитации. Пузырьки пара нестабильны, они резко появляются и также резко схлопываются, это приводит к выеданию частиц метала из затвора клапана, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе клапана.

   Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:
 - Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
 - Давление воды – перед регулирующим клапаном, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
 - Допустимые потери давления – чем они выше, тем выше вероятность возникновения кавитации. Здесь следует отметить, что в положении затвора близком к закрытию дросселируемое давление на регуляторе температуры стремиться к располагаемому давлению на регулируемом участке.
 - Кавитационная характеристика регулятора температуры – определяется особенностями дросселирующего элемента клапана. Коэффициент кавитации различен для различных типов регуляторов и должен указываться в их технических характеристиках, но так, как большинство производителей не указывают данную величину, в алгоритм расчёта заложен диапазон наиболее вероятных коэффициентов кавитации.

   Расчёт регулятора температуры на возникновение шума:
   Высокая скорость потока во входном патрубке регулятора температуры может стать причиной высокого уровня шума. Для большинства помещений, в которых устанавливаются регуляторы температуры допустимый уровень шума составляет 35-40 dB(A) который соответствует скорости во входном патрубке клапана примерно 3м/c. Поэтому, при подборе регулятора температуры рекомендуется не превышать выше указанной скорости.

Настройка регулятора температуры прямого действия

   Настройка регулятора температуры прямого действия выполняется после монтажа вращением настроечного лимба на отметку соответствующую требуемой температуре с последующей подстройкой по контрольному термометру. Проверяют работу регулятора изменяя температуру воды в месте подключения датчика, при этом отмечают точность поддержания температуры, значение гистерезиса, постоянной времени и зоны пропорциональности, сравнивая их с паспортными данными. Чтобы изменить температуру воды в системе горячего водоснабжения достаточно открыть один водоразборный кран и дождаться пока температура в месте установки датчика не понизится, а регулятор не отреагирует на её изменение. При наличии на трубопроводе греющего теплоносителя приборов учёта, рекомендуется замерить потери напора на полностью открытом регуляторе температуры и сравнить их с расчётными значениями.

Схемы установки регуляторов температуры прямого действия

   Схемы установки регуляторов температуры прямого действия обусловлены условиями технологического процесса, по которым необходимо поддерживать постоянную температуру воды. В системах горячего водоснабжения автоматические регуляторы температуры применяются в узлах обвязки скоростных теплообменных аппаратов. Клапан регулятора устанавливается на входе греющего теплоносителя, а датчик температуры на выходе нагреваемой воды.

   В системе ГВС с накопительным водонагревателем регулятор температуры прямого действия устанавливается на входе или выходе греющего теплоносителя, а датчик температуры в средней части бака. Подключённый по такой схеме регулятор температуры управляет загрузкой бака, исключая его перегрев.

   На циркуляционных трубопроводах систем горячего водоснабжения в один трубопровод устанавливаются клапан и датчики регулятора температуры. Схема позволяет понизить расход воды через циркуляционный трубопровод и исключить его перегрев. Рекомендуется температуру в циркуляционном трубопроводе ГВС поддерживать на 5-10°C ниже температуры горячей воды поступающей в систему.

   В системах отопления регуляторы температуры прямого действия применяются только при количественном регулировании теплоотдачи отопительных приборов. Но так как, в большинстве случаев проектируются системы с качественным или качественно-количественным регулированием, регуляторы температуры прямого действия в них не устанавливаются.

Технические характеристики регуляторов температуры прямого действия

Постоянная времени регулятора температуры отражает в секундах динамическую характеристику и зависит от конструкции термоэлемента и способа монтажа датчика. Скорость перемещения затвора выше у автоматических регуляторов с низкими значениями постоянной времени.

Зона пропорциональности регулятора равна отклонению температуры от значения настройки, при котором клапан регулятора полностью откроется или полностью закроется. Значение зоны пропорциональности различно для разных настроек в пределах регулируемого диапазона и определяется по номограммам, приведенным в техническом описании температурного регулятора.

Гистерезис регулятора равен отклонению температуры воды от значения настройки, при котором затвор клапана начнёт движение для приведения её к заданному значению.

DN регулятора температуры — номинальный диаметр отверстия в присоединительных патрубках. Значение DN применяется для унификации типоразмеров трубопроводной арматуры. Фактический диаметр отверстия может незначительно отличаться от номинального в большую или меньшую сторону. Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр Ду регулятора температуры. Ряд условных проходов DN трубопроводной арматуры регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)».

PN регулятора температуры — номинальное давление - наибольшее избыточное давление рабочей среды с температурой 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная эксплуатация. Альтернативным обозначением номинального давления PN, распространённым в странах постсоветского пространства, было условное давление Ру регулятора температуры. Ряд номинальных давлений PN трубопроводной арматуры регламентирован ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

Kvs регулятора температуры — коэффициент пропускной способности соответствует расходу воды, в м³/ч с температурой в 20°C, при котором потери напора на клапане регулятора составят 1 бар. Значение коэффициента пропускной автоматического регулятора температуры используется в гидравлических расчётах для определения потерь напора.

Установка и монтаж регулятора температуры прямого действия

   Установку регулятора температуры прямого действия следует выполнять в соответствии с инструкцией по монтажу, кроме того необходимо учесть:
 - Монтажное положение следует выбирать на горизонтальном трубопроводе термоприводом вниз, если другое не оговорено инструкцией по монтажу.
 - Перед регулятором температуры рекомендуется выдержать прямой участок трубопровода не менее 5DN, а после него не менее 10DN. В противном случае показатели пропускной способности могут отличаться от паспортных.
 - Монтаж регулятора температуры должен исключать действие на него изгибающих, крутящих, сжимающих и растягивающих усилий от присоединённых трубопроводов.
 - Перед и после регулятора должны быть установлены манометры, а в месте установки датчика температуры контрольный термометр. Следует помнить, что врезка термометра в трубопровод DN50 и менее без устройства расширителя не допускается.
 - Перед регулятором по ходу движения воды должен быть установлен сетчатый фильтр.

Последовательность паковки резьбового соединения

1. Взять прядь льняного волокна с таким количеством нитей, чтобы в скрученном состоянии её диаметр были примерно равен глубине резьбы на монтируемом элементе. Длина пряди должна обеспечивать количество подмотки в 1,5-2раза превосходящее число витков резьбы.
2. Отступив примерно 50-70 мм от начала пряди, следует слегка скрутить её, уложить в первый виток резьбы и удерживая её рукой, плотно намотать длинную ветвь пряди по часовой стрелке, укладывая её в каждый виток резьбы.
3. Дойдя до конца резьбы, продолжить намотку вторым слоем, перемещая витки к началу резьбы. Длина второго слоя намотки должна быть примерно равна 2/3 длины резьбы.
4. Оставшийся конец пряди (50-70мм) намотать аналогично по часовой стрелке, укладывая от конца резьбы к её началу.
5. Нанести слой герметика поверх подмотки.
6. Навернуть рукой сопрягаемые элементы. При правильной подмотке, монтируемый элемент должен завернуться на 1,5-2 оборота.
7. Гаечным ключом или динамометрическим продолжить наворачивание элемента. В случае, когда монтируемому элементу необходимо придать определённое положение, закончить наворачивание в необходимом для этого элемента положении.

Требования норм, касающиеся регуляторов температуры

   Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации регуляторов температуры. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Регуляторам температуры применяемым в промышленности и технологических установоках.

ДБН В.2.2-15 Жилые здания

Пункт 5 — ДБН В.2.2-15 Жилые здания Инженерное оборудование зданий

ДБН В.2.5-39 Тепловые сети

Пункт 12.11 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Использовать запорную арматуру как регулирующую не допускается.

Пункт 12.20 — Глава 12 Конструкции трубопроводов

Устройство обводных трубопроводов вокруг грязевиков и регулирующих клапанов не допускается.

Пункт 16.7.1 — Раздел 16.7 Схемы присоединения потребителей к тепловой сети — Глава 16 Тепловые пункты

Присоединение потребителей тепловой энергии к тепловой сети в тепловых пунктах следует предусматривать по схемам, обеспечивающим минимальный расход воды в тепловых сетях, а также экономию тепловой энергии за счёт использования автоматических регуляторов теплового потока (температуры) и ограничения максимального расхода сетевой воды.

Пункт 16.7.4 — Раздел 16.7 Схемы присоединения потребителей к тепловой сети — Глава 16 Тепловые пункты

Использование муфтовых соединений трубопроводов подающей линии допускается при согласовании с теплоснабжающей организацией.

Пункт 16.15 — Глава 16 Тепловые пункты

В тепловых пунктах не допускается устройство пусковых перемычек между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети. Не допускается устройство обводных трубопроводов для насосов (кроме подпиточных), элеваторов, регулирующих клапанов, грязевиков и приборов учёта тепловых потоков и расхода воды.

Регуляторы перелива и конденсатоотводчики следует оборудовать обводными трубопроводами.

Пункт 17.13 — Глава 17 Электроснабжение и система управления

Автоматизация теплового пункта должна обеспечивать:
 - регулирование расхода тепловой энергии в системе отопления и ограничение максимального расхода сетевой воды у потребителя;
 - заданную температуру воды в системе горячего водоснабжения;
 - поддержание статического давления в системах потребителей теплоты при их независимом присоединении;
 - заданное давление в обратном трубопроводе или необходимый перепад давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей;
 - защиту систем теплопотребления от повышенного давления и температуры воды в случаях появления опасности превышения допустимых граничных параметров;
 - включение резервного насоса при отключении рабочего;
 - прекращение подачи воды в бак-аккумулятор при достижении верхнего уровня воды в баке и разбора воды из бака при достижении нижнего уровня;
 - другие мероприятия повышающие эффективность работы оборудования.

СНиП 2.04.01 Внутренний водопровод и канализация зданий

Пункт 8.6 — Глава 8 Расчёт водопроводной сети горячей воды

При невозможности увязки давлений в сети трубопроводов систем горячего водоснабжения путем соответствующего подбора диаметров труб следует предусматривать установку регуляторов температуры или диафрагм на циркуляционном трубопроводе системы.
Диаметр диафрагмы не следует принимать менее 10 мм. Если по расчету диаметр диафрагм необходимо принимать менее 10 мм, то допускается вместо диафрагмы предусматривать установку кранов для регулирования давления.

СНиП II-35 Котельные установки

Пункт 15.27 — Глава 15 Автоматизация

В котельной следует предусматривать автоматическое поддержание заданной температуры воды, поступающей в тепловые сети централизованного теплоснабжения.
Для котельных с водогрейными котлами, оборудованными топками, не предназначенными для автоматического регулирования процесса горения, автоматическое регулирование температуры воды допускается не предусматривать.

ГОСТ 11881-76 Регуляторы работающие без использования постороннего источника энергии. Общие технические условия
ГОСТ 12.2.063-81 Общие требования безопасности. Арматура промышленная трубопроводная
ГОСТ 12893-83 Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Общие технические условия
ГОСТ 23866-87 Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Основные параметры
ГОСТ 24856-81 (ISO 6552-80) Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения
ГОСТ 4666-75 Маркировка и отличительная окраска. Арматура трубопроводная

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua