Калькулятор расчета гидрострелки исходя из мощности котла

Если вы считаете, что понять устройство гидрострелки может только специалист с техническим образованием, то вы ошибаетесь. В данной статье мы в доступной форме объясним назначение

основные принципы ее функционирования и рациональные методики расчета.

Гидрострелка

(синонимы: гидродинамический термо разделитель, гидравлический разделитель, а на русском языке — анулоид ) — это устройство, предназначенное для выравнивания как температуры, так и давления в системе отопления. Если проще сказать, то мы обнуляем давление в подаче и давление в братке.

Основные функции

1. увеличения энергоэффективности посредством возрастания КПД котла, насосов, что приводит к снижению затрат на топливо;
2. обеспечения устойчивой работы системы;
3. исключения гидродинамического воздействия некоторых контуров на совокупный энергетический баланс всей системы отопления (для разделения контура радиаторного отопления и котла отопления).

Какие существуют формы гидрострелки

Гидродинамический термо разделитель представляет собой вертикальную объемную емкость, которая на поперечном сечении может быть в виде круга либо квадрата

С учетом теории гидравлики, гидрострелка округлой формы функционирует лучше, чем ее аналог квадратной формы.

Тем не менее второй вариант оптимально вписывается в интерьер. Прежде чем изучить принцип работы гидрострелки

, обратите внимание на нижеприведенную схему.

Насосы Gp и Gs создают расход соответственно в первом и втором контурах. Благодаря работе насосов осуществляется циркуляция теплоносителя в контурах и его перемешивание в гидрострелке.

Вариант 1. Если Gp =Gs осуществляется движение теплоносителя из одного контура во второй, тогда температура в первичном контуре и во вторичном одинаковая.

Вариант 2. Если Gp >Gs происходит перемещение теплоносителя в гидрострелке сверху вниз, при этом температура в подающем контуре будет одинаковая как в первичном контуре, так и во вторичном.

Вариант 3. Если Gp <Gs теплоноситель движется снизу вверх в гидрострелке, теперь температура обратной линии одинаковая как в первичном контуре ,так и во вторичном.

Исходя из вышеизложенного следует что Гидрострелку необходимо выбирать по максимальному расходу в любом из отопительных контуров.

Таким образом, гидродинамический термо разделитель понадобиться в том случае, когда имеется сложная по конструкции система отопления, состоящая из множества контуров.

Немного о цифрах…

Существует несколько методов, с помощью которых осуществляется расчет гидро стрелки.

Диаметр гидравлического разделителя определяется по следующей формуле:

Где D — диаметр гидрострелки, Q – расход воды (м3/с), π — константа, равная 3,14, а V – вертикальная скорость потока (м/с). Необходимо отметить, что экономически выгодная скорость равна 0,1 м/с.

Численные значения диаметров входящих в гидрострелку патрубков рассчитываются также по вышеуказанной формуле. Отличие состоит в том, что скорость в данном случае составляет 0,7-1.2 м/с, а расход (Q) рассчитывается для каждого носителя в отдельности.

Объем гидрострелки влияет на качество функционирования системы и помогает регулировать температурные скачки. Эффективный объем системы отопления с гидрострелкой составляет 100-300 литров.

Для определения оптимальных размеров гидродинамического термо разделителя используется метод трех диаметров и чередующихся патрубков.

Расчет ведем по формуле:

Где π — константа, равная 3,14, Р — мощность котла (в Дж), С — теплоемкость теплоносителя (для воды 4,183 кДж/(кг•°С), W — скорость, с которой движется теплоноситель в гидрострелке (м/с), ΔT — разность температур точками подачи тепла от котла (верхней и нижней).

( 3 • d )- показатель вычисленный путем проб и ошибок.

Только плюсы и никаких минусов

Исходя из вышесказанного, можно выделить следующие преимущества применения гидравлических стрелок:

1. оптимизация работы и увеличение срока эксплуатации котельного оборудования;
2. устойчивость системы;
3. упрощение подбора насосов;
4. возможность осуществлять контроль за температурным градиентом;
5. при необходимости можно изменять температуру в любом из контуров;
6. удобство в использовании;
7. высокая экономическая эффективность.

Чтобы не беспокоиться о бесперебойной работе системы отопления, свести к минимуму теплопотери, увеличить КПД котла, поддерживать температурный режим во всем доме на максимально комфортном и стабильном уровне, необходима гидрострелка.

Эта емкость стабилизирует распределение теплоносителя по всей площади помещения, продлит срок эксплуатации отопительной системы, так как предупреждает возникновение гидравлических ударов.

Почему расчет и установку гидрострелки доверяют нам

Не стоит заниматься установкой гидрострелки самостоятельно. Лучше – обратиться в нашу организацию, потому что:

• у нас в штате имеются опытные инженера проектировщики, которые правильно выполнят все расчеты;
• наши мастера наладчики грамотно проведут все монтажные работы;
• выполним не только пусконаладочные работы, но и обеспечим последующее обслуживание;
• нам доверяют люди, потому что мы делаем все качественно и на долгие годы.

Назначение и принцип действия

Гидравлическая стрелка (гидрострелка, гидравлический разделитель) служит для разделения и увязки первичного и вторичного контуров системы отопления. При этом под вторичным контуром понимается совокупность контуров потребителей тепла – петель теплого пола, радиаторного отопления, горячего водоснабжения. Поскольку нагрузка на эти подсистемы не постоянна, переменны и термогидравлические параметры (температура, расход, давление) вторичного контура в целом. В то же время для нормальной работы источника тепла (отопительного котла) желательна стабильность данных характеристик. Обеспечить теплогенератору такую стабильность и позволяет гидравлическая стрелка, установленная между котлом и потребителями (рис. 1
).

Рис.1. Гидравлическая стрелка в системе отопления

Действие гидравлического разделителя основано на значительном увеличении сечения потока теплоносителя: как правило, гидрострелку выполняют таким образом, чтобы диаметр ее корпуса (колбы) в три раза превышал диаметр наибольшего присоединительного патрубка или чтобы поперечное сечение корпуса равнялось суммарному сечению всех патрубков.

При увеличении диаметра потока в три раза его скорость снижается в девять, а динамическое давление – в 81 раз (и там, и там – квадратичная зависимость). Это позволяет утверждать, что перепады давлений между присоединяемыми к гидрострелке трубопроводами ничтожно малы.

Применение гидрострелки с твердотопливным оборудованием

При использовании твердотопливного агрегата подключение гидравлического разделителя осуществляют в месте входа – выхода. Данный вариант подсоединения нагревательного устройства разного типа обеспечивает подбор оптимального и индивидуального температурного режима для всех компонентов в отдельности.
Сегодня потребители, разобравшись с тем, как работает гидрострелка на отопление, отдают предпочтение уже готовой продукции, которая представлена в продаже. Выбирают гидроразделитель по каталогу, основываясь на мощности агрегате и максимальном потоке воды.

Режимы работы

Говоря о гидравлической стрелке нередко проводят аналогию со стрелкой железнодорожной. Их работа, действительно, схожа: оба устройства задают нужное направление движения, в одном случае – транспорта, в другом – теплоносителя. Разница в том, что «переключение» гидрострелки не требует какого-либо внешнего усилия, а происходит само собой, в зависимости от потребления тепла и горячей воды. Ниже рассмотрены режимы работы гидравлического разделителя.

Режим 1.

Нагрузка на систему отопления такова, что расход первичного и вторичного совпадают, т.е. нагретый котлом теплоноситель полностью передается потребителям, и его достаточно (
G
1 =
G
11 =
G
2 =
G
21,
Т
1 =
Т
11,
T
21 =
T
2). В этом случае гидрострелка «включена» напрямую и работает как два раздельных трубопровода. Схема движения, хромограммы скоростей и давлений теплоносителя в корпусе разделителя показаны для этого режима на
рис. 2
. Такой режим можно назвать расчетным.

Рис. 2.

Режим 2.

Система отопления нагружена. Суммарный расход потребителей превышает расход в контуре источника тепла (
G
1 <
G
11,
Т
1 >
Т
11;
Т
21 =
Т
2;
G
1 =
G
2;
G
11 =
G
21). Разность расходов компенсируется подмесом в линию подачи вторичного контура части теплоносителя из его «обратки» (
рис. 3
). Режим описывают следующие формулы: Δ
Т
1 =
Т
1 –
Т
2 =
Q
/
c
·
G
1, Δ
Т
2 =
Т
11 –
Т
21 =
Q
/
c
·
G
11,
Т
2 =
Т
1 – Δ
Т
1,
Т
11 =
Т
21 + Δ
Т
2.

Рис. 3.

Режим 3.

Потребление тепла понижено (например, в межсезонье), и расход теплоносителя во вторичном контуре меньше, чем в первичном (
G
1 >
G
11,
Т
1 =
Т
11,
Т
21 ˂
T
2,
G
1 =
G
2,
G
11 =
G
21). При этом избыток теплоносителя возвращается к котлу через гидрострелку, не попадая во вторичный контур (
рис. 4
). Расчетные формулы: Δ
Т
1 =
Т
1 –
Т
2 =
Q
/
c
·
G
1; Δ
Т
2 =
Т
11 –
Т
21 =
Q
/
c
·
G
11;
Т
2 =
Т
1 – Δ
Т
1;
Т
11 =
Т
1;
Т
21 =
Т
11 – Δ
Т
2. Данный режим является оптимальным при необходимости защиты котла от так называемой низкотемпературной коррозии.

Рис. 4.

При отсутствии потоков по контурам системы отопления гидравлический разделитель не препятствует естественной (за счет гравитационных сил) циркуляции теплоносителя, что демонстрирует хромограмма, представленная на рис. 5

.

Рис. 5. Хромограмма температуры в статическом режиме

Методика расчета

Чтобы сделать гидрострелку для отопления своими руками понадобятся предварительные вычисления. На этом рисунке изображен принцип, по которому можно рассчитать размеры устройства быстро, с достаточно высокой точностью.

Принцип «3d»

Эти пропорции получены с учетом результатов экспериментов, эффективности работы устройства в разных режимах. Величину D, которая состоит из трех d, можно вычислить с применением следующей формулы:

• РВ – расход воды в м. куб;
• СП – скорость потока воды в м/с.

Для того чтобы выполнить упомянутые выше оптимальные условия, в формулу вставляют значение СП=0,1. Расход в этом устройстве вычисляют по разнице Q1-Q2. Без измерений эти величины можно узнать, пользуясь данными из технических паспортов циркуляционных насосов каждого контура.

Калькулятор расчета параметров гидрострелки исходя из производительности насосов

Конструкция и оснащение

Благодаря резкому снижению скорости потока в гидрострелке, ее конструкции и пространственному расположению (справедливо для вертикальных гидроразделителей) данный элемент является идеальной точкой системы для удаления из теплоносителя воздуха и шлама. (Отметим, впрочем, что не все производители оборудования реализуют такие функции).

На рис. 6

. показана гидравлическая стрелка VT.VAR.00 (схема, конструкция и габариты), поставляемая фирмой VALTEC в качестве одного из модулей системы быстрого монтажа VARIMIX. Для удаления воздуха, скапливающегося в верней части колбы, разделитель оснащен автоматическим воздухоотводчиком
1
, для отведения осадка и слива теплоносителя предусмотрен дренажный шаровой кран
2
. Отключение воздухоотводчика на время ремонта или обслуживания производится шаровым краном
5
. Для контроля температуры и давления в подающем трубопроводе первичного контура предусмотрен термоманометр
3
, температуры в обратном трубопроводе – термометр
4
. На патрубках подачи и «обратки» имеются также гнезда для датчиков температуры
6
,
7
(заглушены пробками). Корпус гидроразделителя изготовлен из бронзы OTS 60Pb2. Технические характеристики модуля приведены в
табл. 1
.

Рис. 6. Схема и конструкция гидравлической стрелки VT.VAR.00

Таблица 1. Технические характеристики гидрострелки VT.VAR.00

В 2015 г. VALTEC анонсировал выпуск гидравлического разделителя из нержавеющей стали VT.VAR05.SS. Выбор материала корпуса позволил снизить стоимость изделия, обеспечив ему высокую прочность и устойчивость к коррозии. При этом разработчики усовершенствовали и конструкцию гидрострелки (рис. 7

), дополнив ее перфорированной перегородкой для снижения теплопотерь из-за конвекции теплоносителя – с примерно 7 до 2–3 %, а также спиральным перфорированным сепаратором – для более интенсивного удаления воздуха из рабочей среды.

Рис. 7. Конструкция гидравлической стрелки VT.VAR05.SS: 1 – манометр, 2 – дренажный клапан, 3 – автоматический воздухоотводчик, 4 – отсекающий клапан, 5 – дополнительные резьбовые патрубки, 6 – резьбовые пробки для дополнительных патрубков, 7 – спиральный перфорированный сепаратор, 8 – перфорированная перегородка

Гидравлическая стрелка из нержавеющей стали комплектуется автоматическим воздухоотводчиком с отсекающим клапаном, дренажным краном, манометром. Дополнительно на корпусе имеются патрубки для термометра, датчика температуры, магнитного шламоуловителя. Разделитель предназначен для систем отопления с рабочим давлением до 10 бар и температурой до 110 °С. Максимальная тепловая мощность при ΔТ

= 20 °С – 120 и 200 кВт для моделей условным диаметром 1 и 1 1/4″ соответственно.

Популярные производители

Компаний, занимающихся производством гидравлических разделителей для отопительных сетей, не так мало, как может показаться на первый взгляд. Однако сегодня мы ознакомимся с продукцией всего двух компаний, GIDRUSS и ООО «Атом», так как они считаются самыми популярными.

Таблица. Характеристики гидравлических разделителей производства GIDRUSS.

Заметим также, что каждая гидрострелка для отопления из перечисленных выше выполняет еще и функции своего рода отстойника. Рабочая жидкость в данных устройствах очищается от разного рода механических примесей, благодаря чему заметно увеличивается эксплуатационный срок всех подвижных составляющих отопительной системы.

Общие сведения

Современные заводские гидрострелки делаются преимущественно прогрунтованной черной стали и из нержавеющей стали. Использование данного изделия уменьшает риски выхода со строя ключевых элементов отопительной системы. Помимо этого модуль способствует качественному отводу формирующегося воздуха в тепловом носителе, что замедляет окислительные процессы и предопределяет увеличение сроков эксплуатации оборудования.
Классическое исполнение простейшего гидродинамического терморазделителя предусматривает присутствие одного контура. Естественно, доступны для покупки варианты изделия для двух, трех и более контуров. При отключении нескольких веток системы уменьшается системный расход тепла. При этом температура теплового носителя даже после прохождения всего пути снижается незначительно. Гидрострелка фактически поддерживает стабильный уровень теплорасхода и обеспечивает его стабильность.

Кавитация

Кавитацией называют образование в толще движущейся жидкости пузырьков пара при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков в толще где гидростатическое давление повышается.

В центробежных насосах кавитация образуется на входной кромке рабочего колеса, в месте с максимальной скоростью потока и минимальным гидростатическим давлением. Схлопывание пузырька пара происходит во время его полной конденсации, при этом в месте схлопывания возникает резкое увеличение давления до сотен атмосфер. Если в момент схлопывания пузырёк находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию метала. Поверхность метала подверженная кавитационной эрозии носит выщербленный характер.

Кавитация в насосе сопровождается резким шумом, треском, вибрацией и что особенно важно, падением напора, мощности, подачи и КПД. Материалов, имеющих абсолютную устойчивость против кавитационного разрушения не существует, поэтому работа насоса в кавитационном режиме не допускается. Минимальное давление на входе в центробежный насос называют кавитационным запасом NPSH и указывается производителями насосов в техническом описании

Минимальное давление на входе в центробежный насос называют кавитационным запасом NPSH и указывается производителями насосов в техническом описании.

Гидравлический разделитель без фильтра

Конструкция стрелки, где исключается присутствие функций воздухоотделителя и фильтра-отстойника, тоже несколько отходит от принятого стандарта. Между тем на такой конструкции можно получить два потока с разными скоростями движения (динамически независимые контуры).

Нестандартное конструктивное решение изготовления гидрострелки. Отличается от классики тем, что здесь нет функций фильтрации и вывода воздуха. К тому же распределение тепловых потоков имеет схему перпендикулярного транспорта, чем достигается развязка по скорости

Например, есть тепловой поток контура котла и тепловой поток контура отопительных приборов (радиаторов). Нестандартной конструкцией, где перпендикулярное направление потоков, скорость потока второстепенного контура с приборами нагрева значительно возрастает.

По контуру котла, напротив, движение замедлено. Правда это чисто теоретический взгляд. Практически необходимо испытывать в конкретных условиях.

Применение гидрострелки вместе с коллектором и решение других задач

Установка гидрострелки в схему подключения с несколькими отопительными развязками выполняется с применением специального распределительного устройства. Коллектор состоит из двух отдельных частей с патрубками. К ним подсоединяют запорную арматуру, измерительные и другие устройства.

Гидрострелка в едином блоке с коллектором

Для подключения котлов на твердом топливе рекомендуется увеличить объем гидравлического компенсатора. Это позволит создать защитный барьер, предотвращающий резкое повышение температуры в системе. Подобные скачки параметров характерны для устаревающего оборудования.

При наличии сдвига выходных патрубков по высоте движение жидкости несколько замедляется, а путь – увеличивается. Такая модернизация в верней части улучшает отделение пузырьков газа, а в нижней пригодится для сбора мусора.

Подключение нескольких разных потребителей

Такое присоединение нескольких контуров обеспечивает разные температурные уровни. Но надо понимать, что точные значения распределения теплоты в динамике получить невозможно. Например, примерное равенство значений потребления Q1 и Q2 приведет к тому, что разница температур в контурах радиаторов и теплых полов будет незначительной.