Трехходовой кран для отопления: назначение, принцип работы, устройство

Устройство и принцип работы трехходового клапана

Трехходовой клапан – это специфичный вид запорно-регулирующей арматуры, способный контролировать соотношение холодного и горячего потоков в двух замкнутых контурах. Проще говоря, он добавляет к основному отопительному контуру еще один, в котором можно поддерживать ту же температуру, либо изменять ее, настраивая клапан по своему усмотрению.

Условно трехходовой клапан можно представить в виде пары двухходовых клапанов, работа которых обратно пропорциональна: открытие одного ведет к прикрытию другого на равную величину

Важно понимать, что при этом общая интенсивность потока остается неизменной

В зависимости от принципа работы, выделяют три основные группы трехходовых клапанов:

Смесительный трехходовой клапан

Имеет два входных и один выходной патрубок. Применяется для регулирования температуры ведомого контура путем смешивания двух раздельных потоков с разной температурой в заданной пользователем пропорции.

Разделительный трехходовой клапан

Имеет один входной и два выходных патрубка. Используется для регулирования температуры путем изменения количества циркулирующего в ведомом контуре теплоносителя, а также перед системами дополнительно подогрева/охлаждения – в них подается отобранная клапаном часть потока.

Переключающий трехходовой клапан

Способен переключать поток между контурами, не влияя на его температуру и интенсивность. Переключение может осуществлять по схеме «вход-вход-выход» или «вход-выход-выход».

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Существуют также комбинированные трехходовые клапаны, способные, в зависимости от способа установки, выполнять функции как смесительной, так и разделительной фурнитуры. Однако ввиду дороговизны и сложной конструкции они менее распространены.

На рисунках выше показаны схемы трехходовых клапанов седельного типа. Существуют также конструкции поворотного типа, однако они менее долговечны и могут устанавливаться лишь в контурах с небольшим внутренним давлением. В большинстве случаев приобретение седельного клапана предпочтительнее.

Внешне трехходовой клапан представляет собой Т-образную цилиндрическую развилку, концы который оснащены унифицированной резьбой. В моделях, рассчитанных на большую интенсивность потока, роль соединительного элемента может играть торцевой фланец.

Корпуса клапанов изготавливаются из распространенных в отопительных системах материалов: чугуна, нержавеющей стали, латуни, бронзы. Элемент трехходового клапана, осуществляющий регулирование выходящего потока или потоков, называют затвором.

Конструктивно он может быть:

шаровым – характеризуется плавностью работы, но может изнашиваться быстрее, чем аналоги других форм;
цилиндрическим или плоским – имеет повышенный ресурс за счет большей площади контакта с гнездом;
конусным – позволяет уменьшить габариты клапана.

Клапан должен быть оборудован надежной системой привода, которая может быть:

Механической – регулирование рабочего режима осуществляется путем поворота головки на необходимый угол.
Электронной – угол поворота затвора устанавливается электрическим сервоприводом, сигнал которому передается датчиком или системой климат-контроля.
Термостатическим – конструкция клапана дополняется термическим элементом, который, при повышении температуры теплоносителя на определенное значение, расширяется, поворачивая затвор.

Трехходовые клапаны с ручным управлением наиболее надежны, хотя и не предоставляют такой гибкости и оперативности настроек, как их автоматизированные аналоги. Кроме того, на ресурс клапана любого типа оказывает большое влияние наличие абразивных частиц в теплоносителе, поэтому контуры, работающие с подобной высокоточной фурнитурой, рекомендуется оборудовать улавливающими фильтрами.

Монтаж

Обычно при монтаже трехходовых кранов выбирают одну из типовых, хорошо отработанных схем.

Безнапорный коллектор или гидравлический разделитель

В такой схеме в контуре №2 предусмотрен насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя. Его обозначение- два синих равносторонних треугольника, соединенных вершинами.

Рисунок 10. Схема монтажа с безнапорным коллектором

Прямое подключение к источнику тепла

Важно! Если кран подключается непосредственно к бойлеру на байпасе, подключенному к патрубку В, перед манометром придется смонтировать клапан с гидравлическим сопротивлением, равным сопротивлению источника тепла. Рисунок 11

Прямое подключение к источнику

Рисунок 11. Прямое подключение к источнику

В противном случае начнутся колебания расхода теплоносителя на участке A-B. Они будут вызываться колебаниями штока.

Регулятор перепада давления

В случае высокого давления со стороны источника тепла между напорным коллектором и клапаном устанавливается манометрический дросселирующий регулятор, компенсирующий избыточный напор теплоносителя.

Рисунок 12. Схема с дросселирующим регулятором

Специалисты применяют и другие схемы подключения, исходя из назначения системы и соотношения параметров источника тепла, трубопроводной системы, клапана и потребителя.

Принцип работы трёхходового крана под манометр

Трехходовой кран под манометр имеет возможность подключения измерительного прибора, что в свою очередь позволяет контролировать работу определенного участка трубопроводной системы. Также при помощи такого крана можно производить продувку системы.

В корпусе трехходового крана под манометр предусмотрено наличие сливного отверстия, а также запорный элемент с Т-образным каналом. Поворот рычага управления краном позволяет в рабочем режиме направить поток рабочей среды в нужное направление.

Сейчас довольно широко при монтаже трубопроводных систем используются шаровые трехходовые краны. Они довольно легко распределяют потоки рабочих сред. Раньше вместо шаровых кранов применялись вентили. Это приносило определенное количество неудобств. Были нужны регулярные технические проверки.

Такие вентиля имели весьма крупные размеры и большую массу. Такие обстоятельства, конечно же, намного усложняли процесс эксплуатации.

Трехходовые шаровые краны обладают рядом неоспоримых преимуществ:

отсутствие необходимости в частых проверках и техническом обслуживании;
компактность в размерах и весе;
простота и лёгкость в управлении;
долговечность и устойчивость к различным воздействиям;
возможность использования в загрязнённой рабочей среде;
простота конструкции.

За время эксплуатации шаровых трехходовых кранов были выявлены и некоторые небольшие минусы. К примеру невозможность эксплуатации в условиях с температурой выше 200 градусов по Цельсию. Но, при сравнении этих немногочисленных недостатков с вышеперечисленными достоинствами, можно прийти к выводу, что не остаётся никаких сомнений в эффективной работе шаровых трехходовых кранов.

Наша команда “Армстрой” поможет Вам в любых вопросах.

Критерии выбора

Для достижения эффективной работы трехходового изделия, требуется не допустить ошибок при выборе.

Установка

Монтаж трехходового крана аналогичен санмонтажу любой другой арматуры:

Изделие можно устанавливать как в вертикальном положении, так и в горизонтальном, на функционирование сей факт не влияет
На корпусе изделия есть стрелка, обозначающая в каком направлении должно происходить движение жидкости. Это поможет монтировать кран без ошибок.
Устройству регулировки, для обслуживания, необходим беспрепятственный доступ
Если производится монтаж методом сварки, недопустимо попадание мусора внутрь системы
При сварке следует обеспечить крану теплоотвод. Перегрев тройника недопустим
Начало отопительного сезона требует тщательной проверки всех агрегатов системы отопления.

Правильно установленный качественный регулирующий кран, даст возможность контролировать и изменять по желанию температуру в помещении.

Из чего состоит и как работает?

Трехходовой кран от стандартной проходной арматуры отличается наличием трех патрубков: 2-ух входных и 1-го выпускного. Благодаря такой конструкции кран может выполнять распределение, переключение либо смешивание циркулирующей по системе среды — арматурой регулируется, какой из двух потоков будет поступать на выходное отверстие либо в каком соотношении они будут смешиваться между собой.

В бытовой сфере такие краны чаще всего используются в системах радиаторного отопления, где с их помощью регулируются потоки горячей и холодной жидкости. В промышленности трехходовой кран устанавливается на точках разветвления трубопроводов с целью контроля движения рабочей среды по магистрали.

Трехходовой кран в разрезе

Конструкция арматуры состоит их следующих основных элементов:

Корпус, выполненный из латуни, нержавеющей стали либо полимерных материалов (чугунная арматура, ввиду множества эксплуатационных недостатков, на сегодняшний день практически не применяется).
Шаровой запорный механизм, на стенках которого имеется сквозная перфорация, выполняющая функцию пропускного отверстия.
Седла в виде двух колец из тефлона либо фторопласта, которые фиксируют затвор внутри корпуса в заданном положении. В некоторых моделях арматуры для подключения манометра (кран 11б18бк) седла отсутствуют.
Привод в виде рычага или ручки типа «бабочка». Промышленная и крупногабаритная арматура может комплектоваться электроприводами.
Шпиндель, соединяющий запорный шар и привод, который передает на затвор крутящий момент.
Уплотнительные элементы в виде сальников и прокладок, обеспечивающие герметичность корпуса по отношению к окружающей среде.

В зависимости от положения затвора трехходовой кран может работать в одном из четырех режимов:

полное отсечение подачи рабочей среды;
смешивание потоков;
разделение одного потока между двумя выходными линиями;
переключение направления циркуляции жидкости.

Схема установки трехходового шарового крана

Рассмотрим особенности применения трехпроходной арматуры на практическом примере. В доме к одному нагревающему прибору (котлу) подключены две системы — радиаторного отопления и теплого пола. Согласно положениям СНиП №41-01 «Отопление, вентиляция и кондиционирования», температура рабочей среды в радиаторах должна составлять 70-80, тогда как в трубы теплого пола должна поступать жидкость нагретая до 45-50 градусов.

Если снизить общую температуру нагрева в котле, то радиаторное отопление потеряет свое КПД и не сможет работать в нормальном режиме, и наоборот — если подавать перегретую воду в теплый пол, пластиковые трубы могут деформироваться из-за повышения допустимой температуры, а по самому полу будет попросту неприятно ходить.

Здесь и нужен трехпроходной кран, который устанавливается на трубе обратки радиаторов вместе с коллектором теплого пола. Арматура переключается в режим смешивания потоков, в результате чего остывший теплоноситель с обратки разбавляет выходящую из котла горячую воду и жидкость получает требуемые 40-50 градусов. Изменяя положение запорного шара вы сможете регулировать расход поступающей с обратки рабочей среды, задавая тем самым требуемую температуру теплоносителя.

Маркировка и типоразмеры

Трехпроходной кран, согласно требованиям ГОСТ №10944 «Краны регулирующие для нагревательных приборов и система водяного отопления», имеет унифицированную маркировку типа РТ.40.25.10-01Р КП, в которой:

Р — регулирующий кран;
Т — трехходовой;
40 — диаметр условного прохода, ду40 мм;
25 — максимальное рабочее давление, кгс/см2;
10 — тип присоединения к трубопроводу (10 — муфтовый, 21-29 — фланцевый, 30 — штуцерный, 40 — под приварку);
01 — материал изготовления (01 — нержавейка, 00 — углеродистая сталь, 03 — хладостойка сталь)4
Р — тип привода, ручной (П — пневматический, Э — электропривод);
КП — предусмотрена система контроля протечек, при ее отсутствии номенклатура не указывается.

Краны производятся в диапазоне диаметров 15-500 мм (дюймы 1/4-20″). В соответствиями с положениями вышеуказанного ГОСТ, трехпроходная арматура регулирующего типа должна соответствовать классу герметичности «В» — уровень протечек не более 20 см3/мин при давлении рабочей среды до 1.5 МПа.

Назначение и устройство трехходового клапана

Это устройство служит для смешения и разделения потоков теплоносителя, циркулирующего в одной замкнутой системе. Разделение или смешение потока воды необходимо в случае, если в доме или квартире есть несколько контуров, которые должны работать в строго определенном диапазоне температур.

Классический пример такой системы — отопление дома или квартиры, в которой основной обогрев воздуха осуществляется за счет наружных радиаторов, а дополнительный подогрев выполняет система т.н. “теплого пола”. Если в жилище есть разные по площади комнаты, то логично, что для равномерного нагрева воздуха в помещениях необходимо разное количество теплоносителя. В большей комнате могут быть два и более радиатора или один большего размера, тогда как в остальных — стандартные батареи.

Трехходовой клапан служит для распределения теплоносителя с одновременной регуляцией его температуры. Для этого устройство клапана предусматривает три отвода, за счет чего механизм внешне напоминает обычный тройник. Функция трехходового клапана, в зависимости от назначения и устройства, ограничивается тремя задачами:

смешивание нескольких потоков горячей воды в один;
разделение одного общего потока теплоносителя по нескольким контурам;
переключение потока рабочей среды в определенных направлениях.

Устройство трехходового клапана представляет собой цельнометаллический корпус из нержавеющей стали, латуни или чугуна, защищенного гальванизацией. Форма корпуса — Т-образная, состоящая из двух боковых и одного нижнего патрубка. Внутри устройства находится камера смешивания и термоголовка, выполняющая функцию контроля температуры теплоносителя.

К термоголовке внутри клапана присоединен шток, имеющий одну или две плоские либо сферические (шаровые) задвижки. Перемещение задвижки внутри клапана открывает верхний проток для запуска горячей воды и перекрывает два другие протока.

Клапан подключается к системе отопления таким образом, чтобы теплоноситель проходил через устройство из подающего и отводящего контура. Регулирование температуры осуществляется за счет смешивания остывшего теплоносителя из т.н. обратки системы отопления с нагретой водой из котла или бойлера. Дозирование остывшей воды происходит автоматически за счет работы термодатчиков и электрического привода.

При заданном температурном диапазоне часть клапана, направляющего поток воды в один контур, остается открытой, чтобы остывшая вода беспрепятственно поступала в систему теплого пола. Как только теплоноситель достигнет нужной температуры, для предотвращения дальнейшего охлаждения клапан перекрывает приток холодной воды и открывает патрубок с горячей водой из подающего контура.

Регулировка приводного механизма

По типу управления пропускной способностью и потоками трехходовые клапаны делятся на четыре типа:

Ручные;
Гидравлические;
Термостатические;
Электрические.

Клапан с ручной регулировкой – самый просто и ненадежный вариант. При изменении температуры теплоносителя он не подстраивается под нее.

Гидравлический привод оснащен поршнем, наполненным жидкостью, чувствительной к перепадам температуры. при нагревании она расширяется и шток поршня перекрывает седельный механизм.

Термостатические трехходовые клапаны оснащены обычным термостатом. Они не регулируются и имеют узкий рабочий температурный диапазон. Такие клапана не распространены и используются для решения специфических задач.

Трехходовые клапаны с электроприводом (сервоприводом) – наиболее удобный и распространенный вариант. Их можно настроить на нужный температурный режим. Они снабжены датчиком температуры, который дает сигналы электромотору. Тот в свою очередь перенаправляет потоки теплоносителя. Современные трехходовые клапаны позволяют регулировать режимы работы в зависимости от времени суток.

Электрические клапаны выпускают в двух вариантах. В виде моноблока, где в одном корпусе собран датчик, моторчик и контроллер, и раздельном. В последнем контроллер может быть вынесен отдельно, что делает его удобным для установки в системах отопления частных домов и квартир.

Устройство трехходового клапана

Конструктивно он представляет два соединенных двухходовых крана в одном корпусе. Но в отличие от них полностью водяной поток горячей воды не перекрывается, а регулируется интенсивность его прохождения. За счет этого меняется температура горячей воды.

Основные детали клапана:
корпус;
шток с запорной шайбой или металлический шарик;
гайки крепления (муфты).

Клапаны со штоком позволяют автоматизировать управление посредством электромеханического привода. Это позволяет автоматически регулировать температуру воды. Шариковый клапан по принципу действия можно сравнить со смесителем на кухне. Они используются только в клапанах с ручным управлением.

Примите к сведению:

Чтобы разобраться, из чего состоит и как работает термосмесительный трехходовой кран самого распространенного седельного типа, следует изучить представленную ниже схему.

Внутри латунного корпуса с тремя патрубками методом литья устроены 3 камеры, проходы между которыми перекрываются тарельчатыми клапанами. Они закреплены на одной оси – штоке, выходящем из корпуса с четвертой стороны.

Виды

Они различаются по способу управления. Условно можно поделить на клапаны:
с ручным управлением;
с термоголовкой;
с электроприводом;
гидравлические;
пневматические.

В частном доме наиболее приемлемым будет клапан с электроприводом. Установленные внутри датчики выдают команду через контроллер на привод, если изменяются контролируемые параметры воды.

В результате становится теплее, или наоборот, прохладнее. Термосмесительный эффект происходит автоматически

При этом не важно, какой котел установлен в системе – газовый или твердотопливный

Если нет возможности в системе отопления установить регулируемый клапан, то лучшим решением в этом случае станет клапан с термоголовкой.

Трёхходовой кран в смесительном узле

Смесительный узел создает дополнительный контур. С распределительным коллектором он соединяется в двух точках, что гарантирует циркуляцию на выходе. На входе поток будет лишь в том случае, если требуется получить дополнительное тепло. Кран с термостатом подключается к смесительному узлу. Во второй точке клапаны будут заужены, что приведет к недостаточному расходу насоса.

Для решения проблемы используется вторая линия, которая позволяет снизить потребление электроэнергии насосом. Но она требуется не всегда. Трёхходовые клапаны в некоторых случаях обладают достаточным проходом. Если на первой линии мощность потока не столь велика, то термостат не будет открывать проход на нужную величину. При этом вторую линию можно заузить или установить на неё балансировочный кран. Этот способ более продуктивен, ведь с его помощью можно настроить поток.

Автоматические клапаны

Управление трехходовым краном по умолчанию выполняется вручную, для чего используется вывод штока с одной из сторон крана с поворотной ручкой или гайкой. Однако не всегда удобно пользоваться таким вариантом.

Процесс настройки мощности контура с помощью трехходового клапана не линейный и зависит от температуры обратки, подающей магистрали и мощности теплоотдачи. Если говорить проще, то ручным управлением определяется исключительно пропорция, в которой смешивается вода из разных линий, температура на конечном участке при этом может меняться достаточно долго и не всегда равномерно.

Эффективно управлять клапаном можно автоматически с помощью сервоприводов или специальных гидродинамичных и пневматических термостатных головок, которые смогут быстро и постоянно менять настройку трехходового кран в зависимости от температуры на выходе.

С электроприводом

Сервопривод является прямой аналогией ручному управлению, только сигнал к действию дает не человек напрямую, а электронный блок управления. Это двигатель, способный проворачивать шток и изменять его позицию в зависимости от пришедшего управляющего сигнала.

Практически любой трехходовой клапан с ручным управлением можно оборудовать сервоприводом, однако лучше использовать специальные конструкции, обладающие компактными размерами и оптимизированными для установки электропривода.

Блок управления ориентируется по показаниям температуры на выходе клапана в целевом контуре или же на температуру подающей линии и обратки для вычисления оптимальной настройки.

Как только получено нужное значение на сервопривод приходит управляющий сигнал, и он меняет положение штока или поворот шара внутри крана. Естественно без электронного блока управления использовать сервоприводы попросту бессмысленно.

Преимущество сервоприводов в возможности максимально автоматизировать работу системы отопления. При включении автоматики в систему «Умный дом» появляется возможность даже устанавливать параметры обогрева со своего мобильного гаджета.

С терморегулятором

Автоматическое регулирование трехходового крана достаточно доверить пневматическому или гидродинамическому термостату. Это механический способ управления. Используется термоголовка, наполненная жидкостью или газом, сильно реагирующим на изменение температуры окружающей среды. Основная реакция – это изменение объема.

Термоголовка соединена посредством канала с поршнем и подвижным клапаном трехходового крана. При изменении объема термочувствительной среды изменяется и установка крана.

Трехходовые краны с терморегуляторами требуют тщательной предварительной настройки

После установки важно определить предельные значения температуры в точке измерения и привязать к ним крайние положения крана, тем самым определяя диапазон регулировки

Установка целевой температуры контура с радиаторами или теплого пола производится вручную, регулируя давление в термоголовке. Далее при изменении значения текущего нагрева уже автоматически регулируется пропорция для смешения горячей воды и обратки в трехходовом кране.

Трехходовые краны с терморегулятором востребованы там, где необходимо снизить энергозависимость отопления или же снизить общую стоимость монтажа, так как они дешевле устройств с сервоприводами и не требуют дорогого контроллера для своего функционирования.

Принцип работы

Трехходовой кран оборудован тремя патрубками для подключения линий. Между ними устанавливается вентиль регулирующий подачу воды в два из трех ответвлений. В зависимости от ориентации крана и его подключения он выполняет две функции:

смешивание двух потоков теплоносителя на один выход;
разделение с одной линии на две выходные.

Трехходовой кран, как и четырехходовой, не осуществляет перекрытие каналов, подведенных к нему, а только перенаправляет жидкость от входа к одному из выходов. Единовременно может быть закрыт только один из выходов, либо частично перекрыты оба.

В самом простом варианте радиаторы напрямую подключаются к котлу, последовательно или параллельно. Настраивать отдельно каждый радиатор по тепловой мощности нельзя, допустимо только регулировать температуру теплоносителя в котле.

Чтобы все-таки регулировать отдельно каждую батарею, можно вставить байпас параллельно радиатору и после него регулирующий кран игольчатого типа, с помощью которого контролировать количество теплоносителя, проходящего через него.

Байпас при этом нужен для сохранения общего сопротивления всей системы, чтобы не нарушать работу циркуляционного насоса. Однако такой подход весьма накладно реализовывать и сложно эксплуатировать.

Трехходовой клапан фактически совмещает точку подключения байпаса и регулирующей арматуры, делая подключение компактным и легким в управлении. Кроме этого за счет плавной регулировки легче добиться целевой температуры в ограниченном контуре, содержащем один или два радиатора в конкретном помещении.

Если ограничить часть тока теплоносителя от котла и дополнить его обраткой, водой, возвращающейся от радиатора к котлу, то снижается температура обогрева. Котел при этом продолжает работать в прежнем режиме, поддерживая установленный нагрев воды, скорость обращения воды в нем не снижается, зато уменьшается потребление топлива.

Если используется один циркуляционный насос на всю систему отопления, то он располагается со стороны котла по отношению к включению трехходового клапана. Устанавливают его на обратном входе котла, по которому поступает уже остывшая вода от радиаторов, выступая в роли разделителя потока.

По входу к нему подается горячий теплоноситель от котла, в зависимости от настройки клапана поток разделяется на две части. Часть воды идет к радиатору, а часть сразу же сбрасывается в обратный ход. Когда нужна максимальная тепловая мощность клапан переводят в крайнее положение, при котором соединены вход и выход, ведущий к радиаторам.

Если обогрев не нужен, то весь объем теплоносителя поступает по байпасу в обратку, котел работает только на поддержание температуры в отсутствие реальной теплоотдачи

Недостаток такого подключения – сложная балансировка отопления, чтобы в каждое ответвление и к каждому радиатору поступало одно и то же количество теплоносителя, кроме того при последовательном подключении к крайним радиаторам доходит уже остывшая вода.

В многоконтурных системах проще всего разрешить проблему с неравномерным распределением тепла – использование коллекторной группы с циркуляциями насосами на каждом отдельном контуре

Это особенно важно в домах с двумя и более этажами и большим числом радиаторов или при наличии теплого пола

Трехходовой клапан при этом работает на смешивание двух потоков. По одному вводу подключается линия от котла, а по второму от трубы обратки. Смешиваясь, вода поступает на выход, подсоединенный к теплообменнику.

Такая схема подключения особенно актуальна при подключении теплого пола

Она дает возможность ограничить максимальную температуру воды в контуре, что особенно важно, учитывая максимально допустимое значение в 35ºС при температуре теплоносителя от котла в 60ºС и выше

Циркуляция воды в трубах теплого пола постоянно поддерживается, что необходимо для равномерного нагрева без перекосов. Фактически горячая вода от котла поступает лишь для подогрева остывающего теплоносителя в контуре теплого пола, а излишек сбрасывается обратно к котлу.

Таким образом, даже в высокотемпературном отоплении, где котел греет воду до 75-90ºС, есть возможность обустроить теплые полы с нагревом 28-31ºС.

Более сложные решения

Помимо описанных выше разновидностей клапанов, можно приобрести термостатические краны. Они обладают термостатом с выносным датчиком, но и работают по другому принципу. Если проводить сравнение с обычными моделями, то в термостатической разновидности поток регулируется в одной точке, две остальные остаются открытыми, их сечение будет неизменным.

Выбирая такой регулируемый трехходовой кран для отопления, следует обратить внимание на то, не слишком ли узка вторая точка, в противном случае гидравлическое сопротивление спровоцирует сложности в работе. Но иногда для решения проблемы в этом случае прибегают к установке смесительного клапана в альтернативное кольцо

Трехходовой кран для отопления и его особенности

Устройство и принцип работы трехходового клапана

Монтаж