Принцип работы и назначение гидрострелки

Гидравлический разделитель, анулоид или гидрострелка — это важная деталь в системах терморегуляции частных домов. Чаще всего её используют в конструкциях с твердотопливными котлами длительного горения. Нужна такая вещь для разделения гидравлических потоков в системе. Благодаря ей отопительные контуры разных приборов могут получать нужное количество горячей воды независимо друг от друга и не создавать разницу в давлении.

Устройство гидрострелки

Гидроразделитель представляет собой пустой вертикальный цилиндр-трубу круглой или прямоугольной формы. На концах он закрыт выпуклыми заглушками в форме эллипсов. Из трубы выходят 4 патрубка (по 2 с каждой стороны), которые соединяются с системой терморегуляции при помощи фланцев или резьбы. В её верхней точке обычно размещён воздуховод, а в нижней — кран для удаления осадка со дна.

Размеры гидрострелки могут быть разными и зависят от мощности котла, а также общей длины тепловых труб. Монтаж анулоида проводится за водонагревателем, если есть коллектор — перед ним. Тяжёлые и массивные устройства устанавливают на опорные стойки, в то время как более маленькие крепятся к стене или располагаются на кронштейнах. Изготавливают гидравлические разделители из стали (высокоуглеродистой или нержавейки) и меди, для маломощных (13—35 кВт) газовых котлов — из полипропилена. У многих присутствует дополнительная теплоизоляция и антикоррозийное покрытие.

Хотя некоторые правила соблюдаются всегда, не все конструкции гидрострелок одинаковы. Самые распространённые чертежи устройств:

• Классический. Вертикальная труба с четырьмя патрубками, две пары которых расположены на основе параллельно друг другу. Расстояние верхних патрубков от вершины и нижних от конца гидрострелки одинаково и равняется внутреннему диаметру цилиндра — D.
• С чередованием патрубок. Похож на классический вариант, но все патрубки располагаются на разной высоте, образуя «лесенку». «Ступеньки» расположены на расстоянии 3 d, 5 d, 8 d и 10 d от вершины цилиндра, где d — внутренний диаметр патрубка. Те из них, что подключены к отопительному контуру котла, находятся выше. Считается, что такое расположение улучшает фильтрацию гидроразделителем газов и твёрдых примесей в воде для отопления.
• Горизонтальный цилиндр с вертикальными патрубками. Встречаются разные варианты их расположения на корпусе, в том числе по концам изделия.
• Гидрострелка-решётка. Импровизированный вариант, он почти не используется из-за очень плохой теплоизоляции.

Помимо основной конструкции, обеспечивающей разделение потоков по отопительной системе, в гидроразделитель могут входить дополнительные механизмы. Чаще всего среди них встречаются:

• клапаны-терморегуляторы, которые мешают холодной воде попасть в котёл;
• краны с различными функциями;
• теплоизолирующие элементы;
• термометр и прибор для измерения давления в трубах;
• дополнительные отделители воздуха и газоотводящие системы;
• шламоуловитель, сетки и прочие элементы фильтрации.

Часто встречаются конструкции, в которых гидрострелка сразу же совмещена с распределительным коллектором. Такое небольшое устройство очень удобно в небольших котельнях, где пространство для установки оборудования ограничено.

Основные функции

Отопительная система каждого дома состоит из нескольких частей, выполняющих разные функции. Ими могут быть, например, бойлер, подающий горячую воду в санузел с кухней, батареи и тёплые полы. Для каждого из этих потребителей тепла требуется поддержание своей оптимальной температуры. Кроме того, они могут отличаться протяжностью и толщиной труб. Из-за всего этого части отопительной системы имеют разное гидравлическое сопротивление, что может привести к возникновению дисбаланса. Для предотвращения этого их объединяют с помощью гидрострелки.

Устройство разделяет всю систему на 2 или больше независимых друг от друга контуров: котел и отдельные приборы. Хотя теплопотребители и продолжают снабжаться от одного отопительного устройства, гидрострелка позволяет создать в каждом из них свои, наиболее подходящие под конкретные нужды параметры температуры и напора воды. Кроме того, гидравлический разделитель отделяет и контур самого котла. Это защищает устройство от резких скачков температуры и давления, которые приводят к частым отключениям или даже аварийным ситуациям.

Такое разделение отопительной системы имеет ещё несколько преимуществ перед прямым подключением котла к коллектору. Среди них можно отметить следующие функции:

• Повышение КПД (коэффициента полезного действия) генератора тепла. Благодаря повторному попаданию части горячей воды в котловой контур её можно использовать повторно, за счёт чего экономится топливо и электроэнергия. Кроме того, в независимом основном контуре становится возможным более эффективное использование теплоты сгорания топлива с минимальными потерями давления и энергии.
• Решение проблемы с выбором насосов. Каждому элементу системы отопления можно будет подобрать свой проводник с разной длиной и мощностью вне зависимости от этих параметров у других теплопотребителей. Анулоид поможет минимизировать их негативное влияние друг на друга.
• Повышение срока эксплуатации котла за счёт защиты от перегревов и резких перепадов давления.
• Сохранение постоянного объёма всей котловой воды и её потоков в контурах генератора и потребителей отопления.
• Возможность подключить к системе теплообеспечения новые приборы и отдельные контуры без дополнительных трудностей.

Производители котлов осведомлены о принципе работы гидрострелки и её пользе для системы отопления, потому отказывают в гарантийном ремонте тем, кто попытался подключить теплопотребители без неё. В том числе это относится к чугунным котлам, для нормальной работы которых это устройство обязательно, и ко всем механизмам мощностью более 50 кВт.

Дополнительные возможности

Помимо своей основной функции, гидроразделитель в системе отопления выполняет роль своеобразного очистителя. При входе потока воды из труб в её основной цилиндр его скорость резко падает.

Это способствует оседанию накипи и прочих нерастворимых твёрдых частиц на дно и их скоплению в гидрострелке, а не в самой отопительной системе. Во многих моделях установлен специальны кран, позволяющий избавляться от этого осадка по необходимости.

Из-за этой же особенности анулоид обладает способностью выводить из воды образовавшиеся в ней частицы газа, служа дополнениям к воздухоотводчикам и спускным кранам Маевского.

Принцип работы

Гидравлический разделитель может работать в трёх режимах в зависимости от соотношения выработки тепла котлом и его потреблением. Первый из них возникает тогда, когда между водонагревателем и системой отопления соблюдается почти идеальный баланс, то есть используется примерно столько тепловой энергии, сколько было произведено.

Вода внутри гидрострелки в таком случае почти или совсем не двигается, а температура горячего и холодного потоков в обоих контурах равна. При равновесии системы в гидравлическом разделителе нет нужды, но это случается очень редко, эпизодически, и никогда не может быть постоянным состоянием, так как и потребление, и выработка тепла периодически меняются.

Переход на второй режим работы происходит, если полученной горячей воды меньше, чем требуется отопительному контуру. Тогда поток жидкости, которая возвращается к котлу, идёт вверх и частично попадает обратно в систему. Таким образом температура воды, попадающей в трубу, меньше чем тогда, когда она только нагревается.

Эта ситуация возникает намного чаще, чем первая: она может произойти тогда, когда одновременно включено слишком много отопительных приборов или если в системе несколько водонагревателей, но работает только один из них. При таких обстоятельствах гидрострелка не даст системе остановиться или разбалансироваться, а просто «замкнёт» большой контур отопления. Это снизит нагрузку на котёл, но функционировать в таком режиме всё время он не сможет из-за угрозы перегрева.

Третий режим является оптимальным и будет возникать чаще всего при работе хорошо сбалансированной системы. Он является противоположным второму — горячей воды, поступающей в основной контур отопительной системы, больше чем нужно. Она идёт по гидрострелке вниз и начинает возвращаться обратно в контур котла. Это приводит к тому, что температура в нём быстро возрастает, а прибор автоматически выключается. Так предотвращаются лишние затраты топлива и энергии.

Такое состояние наступает при запуске котла для прогрева с постепенным подключением оборудования. Кроме того, оно возникает при временном или постоянном отключении отдельных контуров с целью ремонта, профилактического осмотра или если они просто не нужны. Третий режим является оптимальным для работы системы.

Расчёт параметров

Для того чтобы сконструировать гидрострелку, нужно рассчитать диаметры самого цилиндра (D) и патрубка (d). Это можно сделать по таким формулам:

Символы в формулах означают:

• D — диаметр основы гидравлического разделителя в мм;
• d — диаметр патрубка в мм;
• P — максимальная мощность, которую способно развить водонагревательное устройство в КВт (это значение можно узнать из документации на него);
• G — максимальный объём воды, проходящей через разделитель в м³ за час;
• π — 3,14;
• ω — максимальная скорость воды при проходе через разделитель вертикально в м/с.;
• ΔT — разница температур воды при её подаче в отопительные трубы и возвращении обратно (тоже необходимо посмотреть в документах);
• C — теплоёмкость воды, относительная величина, зависящая от её температуры и давления, в Дж/кг·°C;
• V — скорость воды при её прохождении через вторичные контуры в м/с.;
• Q — максимальный расход в контуре системы отопления за час в м³.

Все эти формулы получены опытным путём. Нужный диаметр патрубка будет равен таковому у выпуска котла, потому можно просто измерить его. Важно понимать, что речь идёт о внутреннем диаметре, без учёта толщины стенки.

Изготовление устройства своими руками

Когда человек знает принцип работы и назначение гидрострелки и расчёты на неё, то он вполне может изготовить подобное устройство своими руками, разумеется, если есть опыт в работе с металлами и умение обращаться с нужными инструментами. Для этого нужно предпринять такие шаги:

1. 1. Рассчитать значения D и d для проведения замеров.
2. 2. Отрезать кусок трубы с толщиной стенки в 3 мм длиной в значении 4·D.
3. 3. Обозначить на ней предварительную схему гидравлической стрелки для системы отопления: отметить места для двух отверстий на расстоянии D от начала и конца трубы.
4. 4. Просверлить в отмеченных местах небольшие отверстия многоступенчатым сверлом. Расширить разрезы коронкой, чей размер соответствует значению d.
5. 5. Подготовить стальные муфты и приварить их к шайбам, после чего хорошо почистить их.
6. 6. Приварить получившиеся конструкции к срезам трубки. Это делается в 2 этапа: сначала шайбы немного прихватываются, затем делается основной шов, после чего их снова необходимо зачистить.
7. 7. По такой же схеме нужно приварить резьбы к проделанным раньше отверстиям на трубке.

Так получается простейшая гидрострелка. При желании её можно прогрунтовать и покрыть краской. Перед использованием такого самодельного устройства его обязательно нужно протестировать, подключив к насосу с давлением в 7,2 атмосферы и закрыв все резьбы с помощью заглушек.

У некоторых возникает вопрос, зачем покупать гидрострелку, если это настолько элементарная конструкция. На самом деле сделать её не так просто — необходимы навыки сварщика и слесаря, а также некоторые имеющиеся не у каждого инструменты. Кроме того, многие люди просто привыкли доверять такую серьёзную работу, как монтаж системы отопления, профессионалам. Других привлекают дополнительные удобства на магазинных гидроразделителях, такие как кран для слива накипи, термометр, воздухоотделитель и манометр.