Редуктор тиску для квартири : причини відмов та випробування

В. Поляков

Широке розповсюдження регуляторів (редукторів) тиску, що встановлюються на вході холодного та гарячого трубопроводів у квартирі, з часом дозволило виокремити перелік специфічних вимог до цих приладів

До особливих вимог щодо редукторів тиску води, в першу чергу, відносять здатність редуктора якомога точніше підтримувати заданий тиск робочої рідини на виході після себе, незалежно від зміни подачі та вхідного тиску. Виконання цієї вимоги безпосередньо впливає на комфорт споживачів при користуванні приладами водопостачання у квартирі.

Також важливим пріоритетом є здатність редуктора підтримувати налаштований тиск у статичному режимі (забезпечувати безаварійну роботу трубопроводів, арматури та приладів, на час відсутності мешканців у житлі).

Здатність до ремонту, придатність пропускати воду питної якості, захист від несанкціонованого втручання в налаштування – ці та інші додаткові вимоги дозволили виокремити квартирні редуктори в особливу групу регулюючої арматури, вимоги до якої викладені в DIN EN 1567 «Арматура водопровідна для будинків. Редукційні та комбіновані редукційні клапани для води. Вимоги та випробування», а також у ДБН В.2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід та каналізація. Частина І. Проектування. Частина ІІ. Будівництво». Також додаткові вимоги з деякими відповідними рекомендаціями викладені в п. 5.4.18.10 Настанови по імплементації стандарту ДСТУ-Н Б B.3.2-3:2014 «Настанова з виконання термомодернізації житлових будинків».

За принципом роботи квартирні редуктори майже не відрізняються від звичайних регуляторів тиску, що працюють за принципом регулювання «після себе» (див. рис. 1).

Рис. 1. Принципова схема регулятора тиску «після себе»

Уявімо собі коромисло з рівними плечима важеля та опорою в т. «О». Коромисло врівноважено силами, що діють на поршні «а» і «b». Вхідний тиск Рвх. тисне на малий поршень «а» з силою F1 = Рвх. * Sа, де Sa – площа малого поршня. Тиск на виході Рвих. діє на більший поршень «b» з силою F2 = Рвх. * Sb, де Sb – площа великого поршня. Поршень «b» підважений пружиною F3 = k*· х, де k – пружність, а х – стиснення пружини. Таким чином, сили F2 і F3 намагаються відчинити клапан, а сила F2 – прагне його зачинити. На роботу регулятора також впливають сили тертя в ущільненнях великого та малого поршнів.

В мембранних редукторах замість поршня «b» використовується гумова мембрана.

Мембранні редуктори діють подібно поршневим, в них менше поверхонь та елементів для тертя, а також місць утворення шкідливих зусиль, тому вони надійніші, витриваліші, дещо точніші, але й коштують дорожче.

Виробники регуляторів тиску зазвичай пропонують доволі широкий модельний ряд поршневих та мембранних редукторів, що мають різну пропускну здатність, межі налаштувань, максимальні коефіцієнти редукції, додаткові можливості тощо.

Найбільш виявленою вадою квартирних редукторів визначають відмову від утримання налаштованого статичного тиску. Тобто, за відсутності витрати води в квартирі, тиск після редуктора починає перевищувати налаштоване значення. Здебільшого це пов’язане з потраплянням твердих нерозчинних часток забруднень на сідло золотника, внаслідок чого золотник нещільно перекриває канал для води, тому й тиск за редуктором починає поступово зростати, тобто редуктор перетворюється в звичайний дросель. Таку несправність можна усунути прочищенням. Якщо саме сідло залишається не ушкодженим, то після прочистки сам клапан відновлює свою працездатність.

Інколи неприпустиме зростання тиску за редуктором, що встановлений на холодному трубопроводі має іншу причину. Холодна вода з температурою, що значно нижче за кімнатну, за відсутності витрати води (наприклад, вночі) нагрівається у квартирній системі до кімнатної температури та розширюється. Якщо об’єм води у кімнатній системі доволі значний, то загальне зростання тиску може бути відчутним. Для усунення цього явища достатньо встановити після редуктора мембранний демпфер коливань тиску та усунення гідроударів VT.CAR19 чи VT.CAR20, що побічно виконує роль розширювального бака. Пневмокамера демпфера компенсує розширення води та завадить тиску вийти за налаштовані межі.

Ще однією поширеною причиною відмов поршневих редукторів є зношування ущільнювальних кілець великого чи малого поршнів. На появу такого явища суттєво впливає якість очищення та ступінь мінералізації води, що потрапляє в систему через редуктор. Нерозчинні частки тут виступають у якості абразивних агентів, що стирають окрайку ущільнювача. Установка перед входом в квартирну систему фільтрів механічного очищення води дещо допомагає завадити цьому, але не усуває проблему повністю. Фільтри механічного очищення, що монтуються перед редуктором, а також вбудовані фільтри з розміром отворів сітки 300 ÷ 500 мкм не можуть в повній мірі захистити арматуру від дисперсних абразивних мікрочастинок. Ситуація значно погіршується тоді, коли шток із золотником та поршнями редуктора встановлено горизонтально. У цьому випадку нерозчинні частки збираються в нижній частині поршневої камери та прискорюють вихід з ладу ущільнювачів. Зношення ущільнювачів виявляє себе появою крапель води у вентиляційному отворі камери з пружиною (див. рис. 2).

Рис. 2. Поява крапель води, що просочуються з камери пружини через зношені ущільнювачі

Зазвичай більшість сучасних квартирних редукторів пристосовані до ремонту, тому для усунення протікань достатньо замінити кільця на поршні, прочистити редуктор від осадових відкладень, після чого прилад відновлює свою роботу. Треба пам’ятати, що після проведення таких робіт у приладі слід замінити всі ущільнювальні елементи, включно з усіма прокладками між нерухомими частинами.

Набагато більшу небезпеку становить хибний вибір редуктора за режимом витрати. Коли подача через редуктор починає перевищувати максимально допустиму величину, що наведена в табл. 3, а коефіцієнт редукції (співвідношення тиску на вході та на виході) перевищує 2,5, тоді в місці розташування сідла можлива поява кавітації. Сильне дроселювання потоку та раптове місцеве падіння тиску викликають виділення з води пухирів пару, які потім раптово закриваються, чим створюють раптове локальне підвищення тиску до декількох тисяч бар. Окрім того, що кавітація викликає підвищений шум, вона може повністю зруйнувати сідло та прилеглу до нього зону, або навіть стінку корпусу редуктора, (див. рис. 3. та рис. 4).

Рис. 3. Кавітаційне руйнування зони сідла та стінки редуктора

Деякі виробники інтегрують в сідло клапана кільце із неіржавіючої сталі та запевняють, що таке рішення дозволяє уникнути руйнування редуктору від кавітації. Але дана конструктивна зміна аж ніяк не захищає зону, прилеглу до сідла та стінок корпусу редуктора.

Рис. 4. Кавітаційне руйнування сальникової обійми редуктора

Для того, щоб надійно захистити квартирний редуктор від появи кавітації, треба суворо дотримуватись правил його вибору, наведені у табл. 3, Рис. 2. Поява крапель води, що просочуються з камери пружини через зношені ущільнювачі складеної відповідно до вимог DIN EN 1567 для швидкості потоку до 2 м/с. Тут треба нагадати, що регламенти вимагають, щоб швидкість потоку води в квартирних мережах не перевищувала 1,5 м/с:

протік через редуктор не має перевищувати значення, наведеного у табл. 3. Дана таблиця розрахована для швидкость потоку 2 м/с;
робоча точка редуктора за співвідношенням тиску на вході та виході має бути в зоні діаграми кавітації (див. рис. 5);
зменшення тиску на редукторі відносно до налаштованого статичного тиску не має перевищувати 1,2 бар.

Але що ж можна вдіяти, коли практично неможливо вибрати придатний до рекомендованих умов редуктор? Наприклад, тиск на вході у висотний будинок складає 10 бар, та потрібно забезпечити тиск на виході редуктора 2,7 бар. За діаграмою на рис. 5 такий редуктор опиниться в зоні, де можлива поява кавітації. Загальна редукція при потрібній витраті води перевищуватиме показники у 2,5 рази. У такому випадку встановлюють «каскад» з двох редукторів, на першому з яких тиск знижують до 4 бар, а вже на другому – до потрібних 2,7 бар. Тільки в такому разі буде забезпечена тривала безаварійна робота обох редукторів.

Рис. 5. Діаграма кавітації

Якщо цей спосіб не спрацьовує, то потрібно звернутися до застосування так званої двохзонної роботи, коли стояки водопроводу поділяються за висотою на дві ділянки водопостачання. Наприклад, в 16-ти поверховому будинку перша зона обслуговує поверхи 1-8, а друга – поверхи 9-16.

Для того, щоб квартирні редуктори тиску не створювали дискомфорт для мешканців, працювали довго та без аварій, вони підлягають багаторівневому тестуванню за методиками DIN EN 1567 «Арматура водопровідна для будинків. Редукційні та комбіновані редукційні клапани для води. Вимоги та випробування».

За нормами DIN EN 1567, редуктор має бути протестований та витримувати:

випробування корпуса редуктора на згин (п. 8.2.1);
випробування на стійкість до внутрішнього тиску (п. 8.2.2);
випробування на герметичність до робочого середовища (п. 8.2.3);
циклічні випробування (п. 8.2.4);
визначення меж налаштування для регульованих редукторів (п. 8.3.1);
визначення налаштованого тиску для нерегульованих редукторів тиску (п. 8.3.2);
визначення впливу зміни робочого тиску на вході на вихідний тиск з редуктора (п. 8.3.3);
визначення залежності тиску на виході редуктора від витрати води (п. 8.3.4);
визначення залежності тиску на виході редуктора від витрати води за умови зниженого тиску на вході (п. 8.3.5).

Випробування корпусу на згинальний момент (п. 8.2.1) виконується за схемою, за якою протягом 30 с корпус має витримати прикладену силу без руйнування та деформації (див. значення у табл. 1), за схемою на рис. 6.

Таблиця 1. Показник прикладеної сили в залежності від умовного діаметру редуктора

Випробування на стійкість до внутрішнього тиску (герметичність) редукторів (п. 8.2.2) проводиться за схемою на рис. 7. На вхід редуктора подають тиск 25 бар, на виході підтримується тиск 16 бар. Випробування проводиться протягом 10 хвилин. За цей час не має бути виявлено протікань по корпусу та в місцях з’єднань деталей редуктора.

Рис. 6. Схема випробування корпусу на згинальний момент

Тестом на герметичність відносно до робочого середовища (п. 8.2.3) перевіряється якість ущільнення золотника поміж камерами високого та низького тиску. Випробування здійснюється на тій самій установці, що і в попередньому тестуванні. На вході забезпечується тиск 6 бар (кран В зачинено) і витримується так протягом 10 хв. Потім тиск підвищується на 1 бар, і так витримується ще 1 хв. З таким поступом (1 бар) тиск послідовно підвищують до 16 бар. При такому тиску редуктор витримують ще протягом 10 хв. За час випробувань тиск на манометрі F має бути таким самим, що і на манометрі E.

Риc. 7. Установка для випробування редуктора на стійкість до внутрішнього тиску:
А – кульовий кран на лінії подачі; B – кульовий кран на лінії відводу; C – дренажний кран на лінії подачі; D – дренажний кран на лінії відводу; E – манометр на лінії подачі; F – манометр на лінії відводу; G – редуктор, що випробовується

Циклічні випробування (п. 8.2.4) редукторів проводяться на стенді за схемою на рис. 8.

На вхід установки поступає вода с температурою 10-30 °С для редукторів холодної води та 75-80 °С для редукторів гарячої води. Тиск на манометрі Е підтримується на рівні 8 бар. Вентилем А за показниками лічильника води К встановлюється подача води відповідно даним у таблиці 2. Витрата розрахована для швидкості потоку води 2 м/с.

Вода циклічно пропускається через редуктор. Кожен цикл складається із періоду повного закривання (витрата = 0) та періоду повного відкривання (витрата = QN). Протяжність кожного періоду становить 10 сек. Кожен етап випробування складає 50 000 циклів. Після кожного етапу редуктор перевіряється на герметичність та на відмінність налаштованого тиску. В разі успішного результату перевірки циклічні випробування повторюються. Загальне число циклів, що має витримати редуктор – 200 000.

Рис. 8. Стенд циклічних випробувань:
А – вентиль регулюючий на лінії подачі; B – кульовий кран на лінії відводу; C – дренажний кран на лінії подачі; D – дренажний кран на лінії відводу; E – манометр на лінії подачі; F – манометр на лінії відводу; G – редуктор, що випробовується; Н – електромагнітний клапан; J – реле часу; К – лічильник води; L – лічильник циклів

Редуктор вважається таким, що витримав випробування, якщо його герметичність не порушилася та відмінності у налаштуваннях тиску не перевищили 10 % для редукторів холодної води та 20 % для редукторів гарячої води.

Визначення меж налаштувань для регульованих редукторів тиску (п.8.3.1) виконується на стенді, що показаний на рис. 7. При тиску на вході 8 (чи 16) бар в закритому режимі (вихід перекритий) встановлюється мінімально можливий тиск на виході (не більше 1,5 (6,5) бара).

Визначення меж налаштування для нерегульованих редукторів (п. 8.3.2) провадиться на установці, що показана на рис. 7. На вході редуктора із запертим виходом встановлюють тиск 8 бар. Паспортне значення налаштування ≤ 3 бар, тоді відхилення тиску на виході має становити не більше 0,3 бара (≤10%).

Визначення впливу зміни робочого тиску на вході на вихідний тиск з редуктора (п. 8.3.3) проводиться на установці за схемою, наведеною на рис. 7. Для регульованого редуктора на виході встановлюється тиск 3 бара при тиску на вході 8 бар. Потім тиск поетапно підвищують на 1 бар з 6 до 16 бар з витримкою 1 хв. (для того, щоб завершилися можливі перехідні режими). За результатами випробувань складається графік, показники редуктора мають потрапити в «зелену зону» (див. рис. 9).

Рис. 9. Контрольна зона графіка залежності тиску на вході на вихідний тиск

Залежність тиску на виході від подачі води (п. 8.3.4) визначається на стенді за рис. 10. Так саме, що і в попередньому випробуванні для регульованого редуктора, встановлюється тиск на виході 3 бара при тиску на вході 8 бар.

Рис. 10. Контрольна зона графіка залежності тиску на виході від подачі води при тиску на вході 8 бар

На вхід редуктора подається тиск 8 бар, далі подача плавно підвищується від 0 до QN. QN визначається залежно від типорозміру випробовуваного редуктора згідно з таблицею 2. Показники випробувань мають вкластися в «зелену» зону припустимих значень, див. рис. 10. Аналогічним чином будуються графіки для тиску на вході 6 і 16 бар.

Таблиця 2. Витрата QN в залежності від діаметра (DN)

Залежність тиску на виході від подачі при зниженому тиску на вході (п. 8.3.5) перевіряється на тій самій установці, що й у попередньому тестуванні (рис. 11). На вхід редуктора подається тиск, що на 1 бар нижче налаштування. Після чого вимірюється тиск за умови плавної зміни подачі від 0 до QN. Отримані дані мають розташовуватися на графіку у припустимій (зеленій) зоні графіка, див. рис. 12.

Рис. 11. Установка для визначення тиску на виході від подачі води:
А – вентиль; B – кульовий кран; C – дренажний кран; D – диференційний манометр; E – манометр на лінії подачі; F – манометр на лінії відводу; G – редуктор, що випробовується; J – мембранний бак; К – лічильник води; L2 – не менше 10DN; L1 – не менше 5DN

Рис. 12. Контрольна зона графіка залежності тиску на виході від подачі води при зниженому тиску

Згідно стандарту DIN EN 1567 треба витримати розміри для розташування вимірювальних манометрів, щоб нівелювати вплив від «близькості» приладу, що випробовується, та вийти з зони максимальних пульсацій тиску від надмірної турбулентності потоку (див рис. 13).

Рис. 13. Схема розташування манометрів по DIN EN 1567

Згідно з DIN EN 1567 для випробувань редукторів тиску встановлені характеристики, що нормуються (див. табл. 3). Золотник редуктора фіксується у положенні максимального відкривання дроселюючої щілини. Зазвичай для цього замість пружини в редуктор встановлюється спеціальна фіксуюча втулка. Редуктор монтується на стенді (рис.10). Розміри вимірювальних відтинків труби мають відповідати схемі за рис. 13. Подача води редуктор налаштовується в зоні квадратичного спротиву, тобто для турбулентного режиму течії (0,45 ÷ 0,9 м³ /г для DN15 та 0,55 ÷ 1,1 м³ /г для DN20).

Таблица 3. Нормовані характеристики згідно з DIN EN 1567

До вище написаного слід додати важливу рекомендацію. Нерідко проектувальники, не обтяжуючи себе складними ретельними розрахунками, рекомендують встановлювати однотипні редуктори тиску на всіх поверхах. Чи насправді це потрібно? Відповідь така – перед тим, як бігти по магазинах та на спеціалізовані ринки в пошуках «правильного» редуктора, жителі мають виміряти тиск гарячої та холодної води на вході в помешкання. Якщо такий тиск не перевищує 4,5 бара, а різниця між тиском гарячої та холодної води не перевищує 1 бар, то ніякого регулятора тиску встановлювати просто не потрібно.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!