Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты, монтаж

Схемы изготовления

Гидрострелки промышленного изготовления стоят недешево и многие изготавливают их своими руками. При этом нужно сделать предварительные расчеты. Основные расчетные размеры показаны на рисунке ниже.

Схема гидрострелки с основными расчетными размерами

Как видно из рисунка, диаметр самой гидрострелки принимают равным трем диаметрам входных патрубков, поэтому расчеты сводятся в основном к определению диаметра гидрострелки.

На рисунке показаны два варианта гидрострелок. Назначение второго варианта лучше первого тем, что вода при переходе подающего трубопровода освобождается от пузырьков воздуха, а при обратном поступлении – лучше избавляется от шлама.

Расчет сводится в основном к определению диаметра гидрострелки:

где:

D – диаметр гидрострелки в мм;
d – диаметр входного патрубка в мм, обычно принимают равным D/3;
1000 – переводной коэффициент метров в мм;
P – мощность котла в кДж;
π – число пи = 3,14;
С – теплоемкость теплоносителя (вода – 4,183 кДж/кг·С°);
W – максимальная вертикальная скорость движения воды в гидрострелке, м/с, обычно принимают равной 0,1 м/с;
ΔТ – разница температур теплоносителя на входе и выходе котла, С°.

Также расчет можно выполнить по такой формуле:

где:

Q – расход теплоносителя, м³/с;
V – скорость движения воды в гидрострелке, м/с;

Также для расчета диаметра гидрострелки есть такая формула:

где:

G – расход, м³/час;
W – скорость движения воды, м/с;

Высота гидрострелки может быть любой и ограничиваться разве что высотой потолка в помещении.

Если сделать диаметр гидрострелки достаточно большим, то можно получить два в одном: гидрострелку и теплоаккумулятор, так называемый емкостной разделитель.

Схема емкостного разделителя в системе отопления

Как видно из рисунка, гидрострелка такого типа имеет большой объем, порядка 300 литров и более, поэтому способна, кроме выполнения своей основной задачи, еще и накапливать тепло. Использование гидрострелки такого типа особенно оправдано при отоплении твердотопливным котлом, так как способно сглаживать температурные скачки котла отопления и сохранять тепловую энергию котла после окончания горения довольно длительное время.

Нужно знать некоторые нюансы при использовании такого типа гидрострелки:

Во-первых, такую гидрострелку необходимо утеплить, поскольку в противном случае она будет отапливать котельную, а не отдавать тепло в систему отопления.
Котел будет выдавать меньшую мощность. Это объясняется тем, что требуется большая температура теплоносителя, а на котлах установлена автоматика, которая будет автоматически уменьшать его мощность для снижения температуры на выходе.

Методы расчета гидрострелки в системе отопления частного дома

Как рассчитать гидрострелку системы отопления частного дома самостоятельно? Можно вычислить необходимые размеры по формулам или подобрать диаметр по правилу «3D».

Формула определяет диаметр (D) по максимальной пропускной способности гидравлического разделителя (расчеты по паспортным данным на котел):
Формула определяет диаметр гидрострелки по мощности теплогенератора. ΔT разница температур подачи/обратки — 10°C:
Диаметр патрубка, входящего в гидрострелку или распределительный коллектор:

Обозначение	Расшифровка символа	Единица измерения
D	Диаметр корпуса гидрострелки	мм
d	Диаметр патрубка	мм
P	Максимальная мощность, которой обладает котел (паспортные данные котла)	кВт
G	Максимальный проток (пропускная способность, расход) через гидроразделитель за час	м3/час
π	Постоянное значение (3,14)
ω	Максимальная вертикальная скорость теплоносителя через разделитель (0,2)	м/сек
ΔT	Разница температур подачи — обратки (паспортные данные котла)	°C
C	Теплоемкость воды (относительная единица)	Вт/(кг°C)
V	Скорость теплоносителя через вторичные контуры	м/с
Q	Максимальный расход в контуре потребителя	м3/ч

Обратите внимание! Формулы, по которым производят расчет гидрострелки для отопления, получены эмпирическим путем. Диаметр входного патрубка в гидроразделитель соответствует диаметру выпуска котла

Определение параметров гидрострелки практическим методом:

Ориентировочный размер для небольших разделителей выбирают по диаметру входных (выпускных) патрубков. Расстояние между врезками составляет не менее 10 диаметров штуцера. Высота корпуса значительно превышает диаметр.

Коленчатую схему гидрострелки для отопления используют в подборе установки больших размеров. По «правилу 3d» диаметр корпуса составляет три диаметра патрубка. Расстояние 3d определяет пропорции конструкции.

Определение параметров гидрострелки по «правилу 3d».

Распределение врезок по высоте колонны разделителя:

Если в системе не предусмотрен распределительный коллектор, то количество врезок в разделитель увеличивают. Трубопровод, соединяющий первый (котловой) контур с гидрострелкой, распределяют по высоте. Способ позволяет регулировать температурный градиент в динамике. Выполнение условия необходимо для качественного отбора теплоносителя вторичными контурами.

Схема врезки контуров системы отопления в обвязку котла.

Как рассчитать

Для точного расчёта параметров гидрострелки для двухэтажной дачи с несколькими контурами необходимо вооружиться калькулятором. После определения необходимых размеров можно добиться сбалансированной работы всей системы, в которую входит контур с радиаторами отопления, система тёплый пол и горячее водоснабжение.

Процесс расчёта диаметров гидрострелки состоит из множества сложных формул, ошибка в подсчётах может привести к неправильному функционированию отопительной системы. В связи с этим подобной работой должен заниматься профессионал, имеющий специальные навыки. Для упрощения подсчётов введите ваши данные в поля программы на нашем сайте, нажмите соответствующую кнопку и получите результат.

Гидрострелка своими руками

Гидравлический распределитель можно изготовить самостоятельно из труб подходящего диаметра, металлического бака и др. Понадобится лишь приварить патрубки, а также верхнее и нижнее дно.

Важно! Сварка должна быть на высоком уровне, чтобы внутрь не попал мусор. Поэтому обратитесь к профессиональному сварщику.. Пошаговое руководство:

Пошаговое руководство:

Рассчитайте диаметр труб, по приведенным выше формулам.

Составить схематический чертеж устройства. При этом учитывайте, что контейнер следуют разделить на несколько промежутков:Дистанция от дна к первому нижнему патрубку должна быть около 10-15 см, чтобы в нем собирался шлам;
Дистанция от верха к первой трубке сверху должна быть тоже около 10 см, для накопления воздуха.
Вход и выход верхних патрубков регламентирован температурным градиентом

Верхние трубки могут располагаться параллельно друг к другу или чередоваться. Важно! Если патрубки находятся на одной оси, то за счет прямого потока, отвод воздуха очень слаб, из-за чего возникают воздушные пробки.
Чем выше располагается патрубок верхнего вывода, тем больше температура поступающего потока. Важно! Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется.
Входная трубка вверху не должна быть в самой верхней точке, поскольку в устройстве не будет двигаться горячий поток и вода не сможет смешиваться.

Провести сварочные работы.

Проверить герметичность устройства, закрыв отверстия и наполнив его водой. Затем оставить в таком состояние на сутки

Если протечек нет, устройство можно монтировать.

Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется

Какие возможности приписывают гидросепаратору

В среде инженеров-теплотехников встречаются диаметрально противоположные мнения по поводу необходимости установки гидрсотрелок в системах отопления. Масла в огонь подливают заявления производителей гидротехнического оборудования, сулящие увеличение гибкости настройки режимов работы, повышение КПД и эффективности теплоотдачи. Чтобы отделить зёрна от плевел, для начала рассмотрим абсолютно беспочвенные заявления о «выдающихся» способностях гидравлических сепараторов.

КПД котельной установки никак не зависит от устройств, установленных после присоединительных патрубков котла. Полезное действие котла целиком и полностью заключено в преобразовательной способности, то есть в процентном отношении тепла, выделенного генератором, к теплу, поглощённому теплоносителем. Никакие специальные методы обвязки не могут повысить КПД, он зависит только от площади поверхности теплообменника и корректного выбора скорости циркуляции теплоносителя.

Многорежимность, которая якобы обеспечивается установкой гидрострелки, это также абсолютный миф.

Суть обещаний сводится к тому, что при наличии гидрострелки можно реализовать три варианта соотношений расхода в генераторной и потребительской части.

Первый — абсолютное выравнивание расхода, что на практике как раз возможно только при отсутствии шунтирования и наличии в системе только одного контура. Второй вариант, при котором в контурах расход больше, чем через котёл, якобы обеспечивает повышенную экономию, однако в таком режиме по обратке в теплообменник неизбежно поступает переохлаждённый теплоноситель, что порождает ряд негативных эффектов: запотевание внутренних поверхностей камеры сгорания или температурный шок.

Также существует ряд доводов, каждый из которых представляет бессвязный набор терминов, но по сути своей не отражающий ничего конкретного. К таковым относятся повышение гидродинамической стабильности, увеличение срока службы оборудования, контроль за распределением температуры и иже с ними.

Также можно встретить утверждение, что гидроразделитель позволяет стабилизировать балансировку гидравлической системы, что на практике оказывается прямо противоположным. Если при отсутствии гидрострелки реакция системы на изменение протока в любой её части неизбежна, то при наличии разделителя она ещё и абсолютно непредсказуема.

Реальная область применения

Тем не менее, термогидравлический разделитель — устройство далеко не бесполезное. Это гидротехнический прибор и принцип его действия достаточно подробно описывается в специальной литературе. Гидрострелка имеет вполне определённую, пусть и достаточно узкую область применения.

Важнейшая польза от гидроразделителя — возможность согласовать работу нескольких циркуляционных насосов в генераторной и потребительской части системы. Часто случается, что подключенные к общему коллекторному узлу контуры снабжаются насосами, производительность которых отличается в 2 и более раз.

Наиболее мощный насос при этом создаёт разницу давлений настолько высокую, что забор теплоносителя остальными устройствами циркуляции оказывается невозможным. Несколько десятков лет назад эта проблема решалась так называемым шайбованием — искусственным занижением протока в потребительских контурах путём вваривания в трубу металлических пластин с различным диаметром отверстий.

Гидрострелка шунтирует подающую и обратную магистраль, за счёт чего разрежение и избыточное давление в них нивелируются.

Второй частный случай — избыточная производительность котла по отношению к потреблению контуров распределения. Такая ситуация характерна для систем, в которых ряд потребителей работает не на постоянной основе. Например, к общей гидравлике могут быть привязаны бойлер косвенного нагрева, теплообменник бассейна и отопительные контуры зданий, которые отапливаются лишь время от времени.

Установка гидрострелки в таких системах позволяет поддерживать номинальную мощность котла и скорость циркуляции всё время, при этом излишек нагретого теплоносителя поступает обратно в котёл. При включении дополнительного потребителя разница расходов снижается и излишек уже направляется не в теплообменник, а в открытый контур.

Гидрострелка также может служить коллектором генераторной части при согласовании работы двух котлов, особенно если их мощность существенно отличается.

Дополнительным эффектом от работы гидрострелки можно назвать защиту котла от температурного шока, но для этого расход в генераторной части должен превышать расход в сети потребителей не менее чем на 20%. Последнее достигается путём установки насосов соответствующей производительности.

Для чего нужна гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

В процессе эксплуатации индивидуальной системы отопления возникают проблемы, связанные с несоответствием объема потребления и производительностью котла. В некоторых режимах не исключено получение сигналов от датчиков температуры, которые повысят мощность до максимальных значений. При одновременном недостаточном потреблении носителя вторичным контуром чрезмерно возрастут тепловые нагрузки. Подобные ситуации повышают вероятность аварий.

При поломках понадобится помощь специалистов

Для описания другой ситуации необходимо предположить, что установленная техническим паспортом производительность котла составляет 50 л/мин. при том, что необходимо подключить радиаторы отопления с потреблением в два раза больше. Увеличить так сильно мощность без чрезмерных нагрузок на оборудование не получится.

Следующая проблема – это взаимное влияние разных видов потребителей (теплых полов, внешнего бойлера, нескольких групп радиаторов). Для их нормального функционирования нужны разные объемы и температуры теплоносителя.

Решать подобные задачи с применением дополнительных датчиков и настроек можно. Но это приведет к значительному усложнению конструкции и снижению общего уровня надежности. На практике опытные специалисты рекомендуют применять элегантное инженерное решение, которое подробно рассмотрено в данной статье.

Принципы работы гидрострелок в системах отопления и основные функции

Основным назначением этого устройства является ограничение, а в идеальном варианте – исключение гидродинамического влияния разных контуров в системе отопления друг на друга. Для этого используют специальные емкости, которые вставляют в разрыв между двумя контурами.

Типичные гидрострелки в форме цилиндра и куба в разрезе

На этой картинке изображен схематически набор оборудования с двумя насосами и подключенными радиаторами.

Система с двумя контурами

Здесь Q1 и Q2 – это расходы воды в каждом контуре. При равенстве этих величин происходит перемещение жидкости по общему полному контуру, как показано на рисунке ниже.

Стандартное перемещение по общему контуру

Далее показано, как изменяется прохождение жидкости при нарушении равновесия в потреблении:

Расход в обратке больше, чем в подаче

Расход в подаче, больше чем в обратке

Чтобы получилась качественно выполняющая свои функции гидрострелка, принцип работы, назначение и расчеты согласуют особым образом. Необходимо создать последний вариант с медленным перемещением воды внутри устройства по направлению сверху вниз. Скорость этого процесса специалисты рекомендуют ограничить уровнем 0,09-0,12 м/ сек. Это поможет решить следующие задачи:

В таких условиях механические загрязнения будут постепенно оседать на дне емкости. При оснащении ее специальным устройством, сборником, можно будет очищать систему при проведении регламентных работ.
Медленная скорость позволит использовать гидрострелку для отбора жидкости в другие контуры с разными температурными градиентами.
Она же пригодится для накопления в верней части корпуса пузырьков газа. Там можно установить автоматической устройство для удаления воздуха.

Схема применения гидрострелки в сложной системе отопления

Устройство гидрострелки отопления

На следующем снимке – стандартное изделие этой категории.

Установленный внизу вентиль предназначен для слива жидкости вместе с механическими примесями

Обратите внимание на специальное сужение в нижней части. В нем скапливаются загрязнения, не выносятся потоком жидкости далее в систему. Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух

Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух

Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух.

Гидрострелки при необходимости оснащают манометрами, вентилями и другими устройствами

Почему следует применять гидравлическую стрелку?

Участок системы отопления с гидрострелкой.

С другого ракурса.

В системах отопления, где имеется два и более отопительных контура (радиаторы, водяной теплый плинтус. теплый пол, ГВС), как правило, контуры соединены между собой общим коллектором. При этом, наличие общего коллектора может привести к следующим проблемам:

Циркуляционные насосы каждого из контуров оказывают влияние друг на друга (особенно если насосы различаются по мощности). Для преодоления воздействия более мощного насоса, маломощный насос должен работать на пределе своих возможностей, потребляя больше электричества, чем это требуется в «обычных» условиях. При этом, работая на пределе своих возможностей, насосы раньше выходят из строя. К тому же, в таких условиях насос не всегда может обеспечить требуемую производительность;
Даже если циркуляционный насос одного из котуров был выключен, его радиаторы все равно будут нагреваться (под воздействием остальных насосов, циркуляция теплоносителя в отключенном контуре будет сохраняться);
Трудности при расчете мощности насосов как для котла, так и для отопительных контуров. Мощность насоса котла должна подбираться с учетом суммарной мощности насосов потребителей тепла.

Все вышеперечисленные проблемы может решить гидравлическая стрелка.

Вид на стрелку сбоку.

Примечание! В гидравлическом разделителе скорость движения теплоносителя резко снижается (примерно в 9 раз), это происходит из-за того, что при входе в разделитель, диаметр потока увеличивается в несколько раз (как правило, в 3 раза). Благодаря этому, исключаются перепады давления в системе.

Стоимость

Цена на изделия зависит от нескольких факторов:

мощности;
объема;
материала;
количества контуров, которые необходимо подключить;
фирмы производителя;
раскрученности торговой марки.

Приблизительная стоимость гидравлических стрелок отечественного производства:

СЕВЕР-60, мощностью до 50 кВт – 2560 рублей;
СЕВЕР-220, мощностью до 500 кВт – 25500 рублей;
Gidruss GR-150-40, мощность до 150 кВт – 8300 рублей.
Warme WGR80 с отводами под воздушный клапан и грязевик, мощностью до 80 кВт – от 3700 рублей, мощностью до 122 КВт – от 6000 рублей.

Приблизительная стоимость гидравлических стрелок зарубежного производства:

Meibes MHK 32 с мощностью до 70 кВт – 13800 рублей (производитель Германия).
Bosch HW 50 с мощностью до 105 кВт – 12000 рублей (производитель Германия).

Устройство и принцип действия гидрострелки

Классическое устройство гидрострелки – полый сосуд, имеющий две пары патрубков. Первая пара служит для подключения котла (или каскада котлов), вторая – для присоединения системы потребления. Внутренний объем сосуда круглого или прямоугольного сечения служит зоной гидравлического разделения, разряжения и смешивания потоков разнотемпературных теплоносителей.

В верхней части устройства устанавливают воздухоотводчик, нижняя служит грязеуловителем. В гидрострелке циркулирует два потока теплоносителя – поток котлового (первичного) контура и поток системы потребления (вторичного контура). При различных режимах работы оборудования величина потоков меняется. Происходит либо прямая подача от котла, либо смешивание потоков с разной температурой.

Гидрострелка подбирается из расчета снижения скорости теплоносителя до диапазона 0,1 – 0,2 м/с. Прим этой скорости практически отсутствует гидравлическое сопротивление, гидродинамический режим принимает ламинарный характер, происходит наиболее качественный тепломассообмен между контурами.

Контур циркуляции котла практически не зависит от вторичного контура, режим работы котла приобретает стабильный, ровный характер. Вторичный контур получает теплоноситель с равной температурой для всех ветвей, необходимое его количество отбирается собственными насосами.

Отключение, изменение режима работы любой зоны отопительного оборудование приобретает лишь косвенное влияние на работу котла и системы в целом. Обеспечивается гидравлическое разделение, снижающее нагрузку на теплогенератор, отопительные приборы, насосное оборудование, коммуникации.

Гидравлический разделитель имеет три режима работы:

Режим 1. Прямой тепломассообмен потоков теплоносителя первичного и вторичного контура. Стабильная тепловая нагрузка потребления равна постоянному значению тепловой мощности котлоагрегата. Смешивания теплоносителей практически не происходит, движение приобретает ламинарный режим, происходит отделение воздуха, примесей и так далее. Режим работы котла – постоянный, на средней нагрузке.

Режим 2. Котел работает с максимальной нагрузкой, при этом не может обеспечить все потребности системы. Происходит полная передача потока из первичного контура котла с подмешиванием воды из обратки вторичного контура. При этом общая температура снижается для всех потребителей.

Режим 3. Оптимальный режим работы характеризуется наличием необходимой тепловой мощности котла, обеспечением экономного, «щадящего» режима работы. В этом режиме происходит смешивание прямого и обратного потоков первичного контура, температура поднимается. Котел останавливается при достижении заданной температуры, режим его работы приобретает циклический характер.

Гидравлический разделитель имеет и более сложные конструктивные конфигурации. Устройство оснащается сетчатыми элементами в верхней зоне для качественного отделения воздуха. Внутри изделия выполняются перфорированные перегородки вертикального или горизонтального направления для более эффективного разделения потоков.

Гидрострелки часто комбинируются с распределительными коллекторами. При этом коллекторы иногда входят в конструкцию моноблока, могут подключаться независимые.

Производятся изделия в виде комбинации разделителя и коллектора. При этом реализуется зонный температурный отбор теплоносителя для различных отопительных блоков.