КАК РАБОТАЮТ ДИСКОВЫЕ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКИ: МЕХАНИЗМ И ПРЕИМУЩЕСТВА

Конденсатоотводчики термодинамического типа ценятся за их компактный размер и универсальность в широком диапазоне давлений. Они могут иметь простую конструкцию и работать в горизонтальном или вертикальном положениях. За счет этих характеристик термодинамические конденсатоотводчики выбирают для широкого спектра применений, связанных с обогревом трубопроводов, и отстойниками, а также для простых паровых процессов.

Два типа: дисковый и импульсный


Существует два основных типа термодинамических конденсатоотводчиков: дисковые и импульсные. Из них двух чаще используется дисковый, возможно из-за того, что импульсные конденсатоотводчики могут пропускать действующий пар, а также выходить из строя даже при небольшом количестве грязи, блокирующей пропускной канал.

Дисковые и импульсные конденсатоотводчики

В конденсатоотводчиках дискового типа клапан открывается и закрывается в соответствии с изменениями сил, действующих на клапан плоского диска. В импульсных конденсатоотводчиках движение поршневого диска контролирует поток. Шток может быть отрегулирован для увеличения или ограничения потока. Как дисковые, так и импульсные термодинамические конденсатоотводчики сбрасывают конденсат прерывисто.

В термодинамическом дисковом конденсатоотводчике поток конденсата контролируется круглой головкой клапана (диском клапана), который открывается и закрывается относительно седла клапана. Диск клапана отсоединен от всех других частей ловушки и лежит на седле клапана.

Дисковые конденсатоотводчики

Клапан открывается, когда диск клапана поднимается с седла клапана.

Седло клапана состоит из двух концентрических (седельных) колец: внутреннего и внешнего. Внутреннее кольцо отделяет входное отверстие для жидкости от выходного отверстия (-ий) и предотвращает переток пара на выходе. Внешнее кольцо контролирует утечку пара из напорной камеры над диском к выпускному отверстию.

Преимущества термодинамических дисковых конденсатоотводчиков


Преимущества Причина
Легко установить Компактность
Могут быть установлены в вертикальном или горизонтальном положении
Просто выбрать и хранить Один конденсатоотводчик может охватывать широкий диапазон давлений
Могут использоваться для перегретого пара Не требуется гидроизоляция
Высокая стойкость к повреждениям от замерзания В корпусе конденсатоотводчика остается совсем немного воды
Низкая начальная стоимость Относительно простая конструкция

Недостатки термодинамических дисковых конденсатоотводчиков


Недостатки Причина
Более короткий срок службы Рабочий механизм вызывает износ затвора клапана
Бόльшая потеря пара Отсутствие гидроизоляции может привести
к утечке пара при сбросе конденсата
Чувствительность к условиям окружающей среды Может не срабатывать из-за дождя или холода
Шум Рабочий механизм вызывает почти мгновенное выделение
большого объема конденсата, который создает больше шума, чем многие другие типы конденсатоотводчиков

Рабочий механизм термодинамического дискового конденсатоотводчика


Термодинамические дисковые конденсатоотводчики работают прерывистыми циклами. Клапанный механизм, состоящий из диска и седловых колец, открывается для выпуска конденсата на несколько секунд и затем закрывается на более длительный период, пока не начнется новый цикл сброса.

Покрытия и закрытия термодинамических дисковых конденсатоотводчиков обусловлен различием в силах, действующих на нижнюю и верхнюю стороны диска клапана. Эти силы в основном появляются из-за изменений кинетической энергии и энергии давления типичных используемых жидкостей: воздуха, конденсата и пара.

При запуске поступающие жидкости, состоящие из воздуха и/или конденсата (а иногда даже и пара), при линейном давлении, создают подъемную силу, действующую на дно диска клапана, тем самым заставляя её подниматься и открываться. Эта подъемная сила отрывает диск от седла, чтобы позволить пройти потоку конденсата. В следующем разделе объясняется, как дисковый механизм закрывается после стадии открытия.

Ситуация 1: из открытого в закрытое положение (термодинамическое объяснение)

В открытой позиции на дисковый клапан действуют две основные силы: пар в камере давления на верхней части диска и пар, проходящий по нижней части диска. Этот пар, открывающий и закрывающий клапан, называется контрольным.

Закрытие дискового клапана

Когда пар быстро проходит под дисковым клапаном, давление под ним уменьшается. Диск «вдавливается» в седло клапана из-за большего давления в камере. Клапан закрывается.

Силы Бернулли в действии

Закон Бернулли гласит, что увеличение скорости жидкости сопровождается снижением давления.

В роли контрольного пара может выступать как пар вторичного вскипания, так и острый пар. Пар вторичного вскипания появляется, когда конденсат попадает в конденсатоотводчик и меняется там в следствии снижения давления. В случаях, когда нагрузка конденсата мала, или если есть риск повреждения конструкции с последующей утечкой пара, используется острый пар. Лучшие конструкции сводят к минимуму или исключают использование острого пара, и работают, где это возможно, с паром вторичного вскипания.

Под воздействием давления и своей площади в камере давления контрольный пар давит на верхнюю сторону диска клапана. Контрольный пар, проходящий на высокой скорости с нижней стороны диска, вызывает падение давления под ним (пока диск находится в открытом положении).

Клапан разработан для того, чтобы приблизить температуру быстро вскипающего конденсата к температуре пара, возникающей после сброса накопленного конденсата. Когда закрывающая сила становится сильнее открывающей, клапан закрывается.

Снижение давления внутри камеры

Излучающие и другие тепловые потери вызывают снижение давления внутри камеры, что в конечном итоге приводит к тому, что диск поднимается с седла, выпуская конденсат.

Силы, действующие на дисковый клапан

На диск действуют две основные силы: закрывающая и открывающая (поднимающая).

Ситуация 2: из закрытого в открытое положение (термодинамическое объяснение)

В закрытом положении пар внутри камеры давления оказывает закрывающее усилие на диск клапана и герметично закрывает камеру.

Со временем камера давления теряет закрывающую силу (т.е. давление) из-за потерь за счёт теплопроводности, вызванных притоком конденсата, лучистых или конвекционных тепловых потерь, спровоцированных условиями окружающей среды, а также из-за любой утечки, которая происходит через наружное кольцо седла (например, при износе). Когда закрывающая сила становится слабее открывающей, диск снова поднимается и сбрасывает конденсат.

В закрытом положении закрывающая сила определяется исключительно давлением пара, действующим на верх диска. Открывающая сила определяется давлением на входное отверстие в нижней части диска. Эта площадь открывающей силы, в основном ограниченная диаметром впускного отверстия, уменьшается при закрытии клапана.

Когда дисковый клапан и / или его седло изношены или повреждены иным образом, давление внутри камеры падает быстрее, а это приводит к более частому открытию и закрытию клапана.

В качестве упрощенного объяснения, большая площадь поверхности в верхней части диска клапана, чем в нижней части, создает значительную разницу сил и может обеспечить плотное закрытие. Эта разница в площади поверхности препятствует открытию клапана, даже если давления, приложенные к обеим сторонам диска, одинаковы, поэтому некоторые производители используют диски большего диаметра для более эффективного уплотнения. Когда сила закрытия становится слабее, чем сила открытия, клапан открывается, и начинается новый цикл разгрузки.

Ситуация 3: Открытие и закрытие воздухом в паровой системе (аэродинамическое объяснение)

На первоначальном этапе поток пара, входящий в конденсатоотводчик, может содержать большое количество воздуха. Воздух и пар действуют похоже, создавая закрывающую силу, которая закрывает термодинамический дисковый конденсатоотводчик. Но в отличие от пара, воздух не конденсируется под воздействием окружающей среды и не позволяет диску открыться. Это состояние называется сопротивлением воздушной прослойки. Сопротивление воздушной прослойки может привести к тому, что конденсат не будет сбрасываться (холодный конденсатоотводчик). Существует несколько методов для борьбы с этим явлением. Для получения соответствующей информации смотрите: Сопротивление воздушной прослойки

Сопротивление воздушной прослойки в дисковых конденсатоотводчиках

Поскольку воздух не конденсируется, как пар, давление внутри камеры не падает, а открывающая сила не может преодолеть закрывающую, предотвращая слив конденсата.

Производители конденсатоотводчиков решают проблему сопротивления воздушной прослойки разными способами. Кто-то специально создаёт каналы утечки воздуха через диск. Кто-то устанавливает на сетчатом фильтре особый продувочный клапан, используемый при запуске для выпуска огромного количество воздуха. Различия в конструкции становятся очевидными, если обратиться к рабочим значениям потерь пара при нормальной работе. Если в конденсатоотводчике уже предусмотрен канал утечки, его уплотнительные свойства могут быть изначально нарушены.

Использование канала утечки

Каналы утечки приводят к тому, что пар и воздух сбрасываются, бесполезно тратя энергию. Клапан также открывается и закрывается чаще, что ускоряет износ и сокращает срок службы конденсатоотводчика.

Усовершенствованный термодинамический дисковый конденсатоотводчик


Встроенное термостатическое вентиляционное отверстие, срабатывающее при запуске, предоставляет совершенно новый метод обработки воздуха.

При запуске термостатическое кольцо удерживает диск от седла до тех пор, пока воздух не выйдет из системы. По мере выпуска воздуха температура жидкости повышается, что позволяет термостатическому кольцу расширяться и опускаться в положение покоя. С этого момента термодинамическая работа диска клапана выполняется в нормальном режиме, но с тем преимуществом, что механизм клапана не должен иметь встроенных каналов утечки для обработки воздуха.

Пример усовершенствованного термодинамического дискового конденсатоотводчика


Для того чтобы справляться с такими проблемами, как сопротивление воздушной прослойки, некоторые дисковые конденсатоотводчики оснащены биметаллическим кольцом для принудительного открытия клапана. К другим инновациям также можно отнести усовершенствованное уплотнение между дисковым клапаном и его седлом, включение фильтра и облегчение техобслуживания за счет сменного модуля.

Преимущество этой усовершенствованной конструкции состоит в том, что механизм клапана максимально герметизирует, предотвращая утечки пара.

Усовершенствованные термодинамические модели могут также включать другие функции для снижения затрат в течение жизненного цикла. Типичные улучшения включают в себя: полные Y-образные фильтры для повышения надежности, продувочные клапаны для запуска и полностью заменяемые внутренние детали для снижения затрат на обслуживание и времени, необходимого для ремонта.