Непроизводительные расходы воды в жилых зданиях – один из наиболее существенных видов ее потерь, исследование которых имеет большое значение, как для практики водоснабжения жилых зданий, так и для конструирования санитарнотехнической арматуры. Водоразборная санитарнотехническая арматура вентильного типа, выпускаемая промышленностью и широко применяемая в системах водоснабжения жилых зданий, не отвечает современным требованиям водосбережения. Схемы вентильных головок представлены на 1.

базовой недостаток вентильных головок как поршневого, так и шайбового типов заключается в низкой регулирующей способности, что приводит к образованию непроизводительных расходов воды, составляющих в среднем 26,9 % от общего количества потерь воды. Для снижения величины непроизводительных расходов в ряде публикаций рекомендовано предусматривать установку калиброванных шайб, вст, втулок, регуляторов расхода и др. Использование вст с калиброванным проходным отверстием позволяет повысить гидравлическое сопротивление водоразборного прибора и снизить расход воды, что, однако, не позволяет улучшить регулирующую способность водоразборной арматуры. Кроме того, опыт применения вст показал, что их работа сопровождается большим акустическим шумом. Это послужило одной из важнейших причин отказа потребителей от применения указанных вст.

В Российском университете дружбы народов проведены стендовые испытания водоразборного крана с вентильной головкой поршневого типа и простым изливом (без струевыпрямителей и аэраторов). Экспериментально установлено, что повышение давления приводит к существенному увеличению расхода воды даже при незначительном повороте рукояти вентильной головки ( . Диаграммы построены по средним значениям. При давлении 0,05 МПа и повороте рукояти вентильной головки более чем на полтора оборота расход воды практически не изменяется, асимптотически приближаясь к производительности крана по ГОСТ 19681–9 В результате наших исследований установлено, что при давлениях 0,3 и 0,5 МПа поворот рукояти уже на полоборота приводит к увеличению расхода воды соответственно на 75 и 125 % относительно стандартной производительности при стандартном давлении. Низкая регулирующая способность водоразборной арматуры становится причиной непроизводительных расходов, образование которых обусловлено техническими условиями, а не отношением потребителей к экономичности воды. Для снижения непроизводительных расходов воды наиболее часто рек. применять местные сопротивления, снижающие производительность арматуры: аэраторы, струевыпрямители, втулки, вставки, шайбы, фигурные резиновые прокладки запорных элементов, регуляторы расхода, которые устанавливаются на подводке перед смесителем или на излив (вместе с аэратором).

Для определения эфф. различных водосберегающих устройств авторами проведены стендовые испытания туалетного крана типа КТ15Д, снабженного вентильными головками с запорными элементами поршневого и шайбового типов, при этом на излив крана устанавливались:

– шаровой струевыпрямитель;

– регулятор расхода, совмещенный с аэратором;

– аэратор без регулятора расхода.

Расходы воды определялись при полностью открытом кране и давлениях, изменяющихся ступенчато. Расходы воды также определялись при давлениях 0,005; 0,3 и 0,5 МПа и различной степени открывания крана. Работа крана исследовалась u1073 без установки насадков на излив (простой излив), с установкой шарового струевыпрямителя и с установкой регулятора расхода воды.

На 3 представлены диаграммы изменения расхода воды (по средним значениям) при полностью открытом кране с поршневым запорным элементом. Анализ результатов испытаний демонстрирует, что водосберегающая эффективность шарового струевыпрямителя незначительна, в то время как регулятор расхода с аэратором позволяет существенно снизить расход воды при повышенных давлениях. При этом расходы воды для полностью открытого крана без насадка превышают расходы для крана с регулятором расхода на 31, 119 и 149 % при давлениях 0,05; 0,3 и 0,5 МПа соответственно.

На 4 представлены графики изменения средних значений расходов воды в зависимости от степени открывания крана с поршневым запорным элементом при различных давлениях. Анализ результатов стендовых испытаний демонстрирует, что регуляторы расхода эффективны при давлениях более 0,3 МПа. При давлениях до 0,3 МПа снижение расхода воды составляет 9,5–13 %, что находится в пределах диапазона варьирования полученных данных. В практике водопользования арматура обычно редко открывается полностью, т. к. потребитель имеет принцип. возможность по своему усмотрению устанавливать необходимый расход воды с желаемой температурой путем регулирования. весьма важно, чтобы время, затрачиваемое потребителем на регулировку, было минимально. На 5 представлены диаграммы изменения средних значений расходов воды при постепенном открывании крана с запорными элементами поршневого и шайбового типов и снабженных регуляторами расхода. Полный ход шпинделя вентильной головки поршневого типа составляет два оборота рукояти. При этом проходное отверстие полностью открыто уже при повороте рукояти на полтора оборота и расход воды практически не изменяется при дальнейшем открывании крана. Вентильные головки с запорными элементами шайбового типа допускают поворот рукояти только на полоборота, при этом проходное отверстие открывается полностью. Для возможности сопоставления расходных характеристик вентильных головок различного типа принято привести степень открывания проходного отверстия к общей единице, выраженной в долях хода рукояти. Анализ графиков демонстрирует, что в комплекте с вентильной головкой поршневого типа регулирующий эффект наблюдается при давлении 0,05 МПа. Кроме того, аэратор и резиновое кольцо регулятора способствуют снижению расхода, достигающему в среднем 22 % при полностью открытом кране по сравнению с простым изливом. При давлениях более 0,3 МПа изменение расхода наблюдается в весьма узком диапазоне регулировки (поворот на 1/8 оборота рукояти или на общего хода рукояти). В остальном диапазоне открывания крана расход воды постоянен, что свидетельствует о стабилизирующем, а не о регулирующем эффекте.

Исследование работы запорного элемента шайбового типа без регулятора расхода показало, что при давлении 0,05 МПа расход ниже нормативного в среднем на 16 %. Работа шайбового запорного элемента в комплекте с регулятором расхода так же больше снижает расход воды, который не превышает 30 % от нормативного значения. При давлениях более 0,3 МПа вентильная головка с запорным элементом шайбового типа работает с расходом, изменяющимся по нелинейному закону. Характерной особенностью работы запорного элемента шайбового типа является наличие промежутка открывания, когда при повороте рукояти расход воды чрезвычайно мал. Этот промежуток открывания мы условно назвали «сухим ходом», который составляет около 20 ° поворота рукояти, после которого расход воды изменяется по обычному квадратичному закону. Наличие так называемого «сухого хода» и резкого перехода к квадратичному закону увеличения расхода воды по мере открывания оказывает отрицательное влияние на регулирующую способность потребителя. Это можно объяснить тем, что потребитель поворачивает рукоять вентильной головки в ожидании воды, но на начальном участке хода ее не получает. В этом случае потребитель продолжает открывать кран уже несколько более интенсивно, при этом поворот рукояти производится по линейному закону, а получаемая из крана вода течет по квадратичному. В результате на регулировку затрачивается больше времени, чем если бы расход изменялся по линейному закону (или близкому к нему).

На 6 представлены графики изменения средних значений расхода воды при полностью открытом кране, снабженном различными вентильными головками и запорными элементами. Вентильные головки поршневого типа с вращательнопоступательным и с возвратнопоступательным перемещением шпинделя работают практически одинаково.

Вентильная головка с шайбовыми запорными элементами работает с меньшими расходами воды, что обусловлено более высоким u1075 гидравлическим сопротивлением по сравнению с запорным элементом поршневого типа. но минимальный расход воды при давлении 0,05 МПа, регламентированный ГОСТ 19681–94, не обеспечивается.

Исследование расходных характеристик водоразборной арматуры при изменении степени открывания проходного отверстия позволяет не только проверить ее на соответствие требованиям ГОСТ 19681–94, но и выявить особенности регулирующей способности прибора. На 7 представлены диаграммы изменения средних значений расходов воды по мере открывания проходного отверстия в виде секторов шайбового запорного элемента.

Графики изменения расходов воды краном с вентильной головкой, снабженной запорной парой с проходным отверстием в виде полукруга, представлены на 8.

Несмотря на высокую стойкость к истиранию и к образованию утечек воды запорные пары шайбового типа допускают большие непроизводительные расходы, что приводит к бесполезной трате водных и энергетических ресурсов при водоснабжении зданий и сооружений.

Выводы
Водоразборная арматура с вентильными головками поршневого типа характеризуется нелинейным изменением расхода воды в зависимости от давления и степени открывания проходного отверстия.

Местные сопротивления в виде шаровых струевыпрямителей, регулятороваэраторов, устанавливаемых на излив, снижают расход воды, не обеспечивая при этом улучшения регулирующей способности водоразборной арматуры.

Вентильные головки водоразборной арматуры, снабженные шайбовой запорной парой типа «секторы» не обеспечивают требование ГОСТ 19681–94 в части минимального значения расхода при давлении 0,05 МПа.

Недостатком вентильных головок поршневого и шайбового типов является низкая регулирующая способность, что обусловливает непроизводительные расходы воды.