У міру масового поширення регуляторів (редукторів) тиску, що встановлюються на вводі холодного і гарячого водопроводу до квартири, був виявлений ряд специфічних вимог до цих приладів.
До таких особливим вимогам, в першу чергу, відноситься здатність редуктора якомога точніше підтримувати заданий тиск на виході, незалежно від змін витрати і вхідного тиску. Виконання цієї вимоги безпосередньо визначає комфортність користування мешканцями водорозбірної арматурою в квартирі.
Важливо також, щоб редуктор підтримував Настроювальна тиск і в статичному режимі за відсутності водорозбору, тому що це забезпечує безаварійну роботу квартирних трубопроводів, арматури і приладів.
Ремонтопридатність, придатність для пропуску води питної якості, недоступність для несанкціонованого втручання в настройки - ці та ряд інших додаткових умов дозволили виділити квартирні регулятори в окрему групу регулюючої арматури, вимоги до якої викладені в ГОСТ Р 55023-2012 «Регулятори тиску квартирні. Загальні технічні умови ».
За принципом дії квартирні редуктори мало чим відрізняються від звичайних регуляторів тиску, що працюють за принципом регулювання «після себе» (рис. 1).
Рис.1. Принципова схема регулятора тиску «після себе»
Уявімо собі коромисло з рівними плечима і опорою в точці «О». Коромисло врівноважено двома поршнями «а» і «b». Тиск на вході Р вх. тисне на малий поршень «а» з силою F 1 = Р вх. · S а,
де S а - площа малого поршня.
Тиск на виході Р вих. тисне на великий поршень «b» з силою F 2 = Р вх. · S b, де S b - площа великого поршня. Поршень «b» подпружинен пружиною F 3 = k · х, де k - пружність пружини, а х - величина стиснення пружини.
Таким чином, сили F 2 і F 3 прагнуть відкрити клапан, а сила F 2 - прагне його закрити. В роботі регулятора беруть участь також сили тертя в ущільненнях великого і малого поршня. У мембранних редукторах замість поршня «b» використовується гумова мембрана.
У зв'язку з тим, що в мембранних редукторах, в порівнянні з поршневими, менше труться, ресурсна надійність таких регуляторів вище, але і вартість таких редукторів вище, ніж поршневих.
Виробники регуляторів тиску, як правило, випускають досить широку лінійку редукторів, як мембранних, так і поршневих, конструктивно відрізняються один від одного пропускною спроможністю, діапазонами настройки, максимальним коефіцієнтом редукції, додатковими опціями та ін. Для прикладу, в таблиці 1 наведені типи регуляторів тиску , що випускаються під торговою маркою VALTEC.
Таблиця 1. Редуктори торгової марки VALTEC 
З наведеної в таблиці 1 номенклатури найбільшим попитом користуються редуктори, об'єднані з кульовим краном і фільтром механічного очищення VT.298, VT.299. Вони значно скорочують монтажну довжину квартирного вузла введення, недоступні для стороннього втручання в заводську настройку вихідного тиску і ідеально підходять в якості квартирних регуляторів.
Мал. 2. Поява крапель води з пружинного камери -
свідоцтво зносу поршневих ущільнень
Великий інтерес у експлуатуючих організацій викликає також лінійний редуктор VT.084 . Зміна монтажної настройки у цього редуктора можливо тільки при від'єднанні його від трубопроводу, що повністю виключає несанкціоноване втручання в його налаштування. Однак, як показав досвід експлуатації цих приладів, при сильно забрудненій воді спостерігається швидкий знос або «закисання» кілець ущільнювачів поршнів. У зв'язку з цим, починаючи з 2017 року редуктори VT.298 , VT.299 і VT.084 виробник вирішив робити мембранного типу.
Якщо говорити про найбільш поширених причинах відмов квартирних регуляторів тиску, то найбільший відсоток нарікань на роботу квартирних редукторів викликає той факт, що редуктор не тримає заданий тиск в статичному режимі. Тобто, при відсутності водорозбору тиск після редуктора росте вище, ніж тиск настройки. У більшості випадків це пов'язано з попаданням твердих нерозчинних частинок на сідло золотника. В результаті такого засмічення золотник нещільно перекриває водяний канал, і тиск за редуктором починає рости. Редуктор, тим самим, перетворюється в звичайний дросель. Така відмова легко усунемо простий прочищенням сідла і самого золотника. Якщо саме сідло не ушкоджене, то після прочищення редуктор відновить свою працездатність.
У ряді випадків, неприпустимий зростання тиску за редуктором, що стоять на холодному водопроводі, зовсім не пов'язаний з відмовою регулятора тиску, а викликаний іншою причиною. Холодна вода з температурою значно нижче кімнатної, вступивши до квартирну систему, при відсутності водорозбору (наприклад, вночі) нагрівається до кімнатної температури. Нагрівання води викликає її розширення і зростання тиску. Як видно, редуктор тут ні при чому. Врятувати ситуацію можна, встановивши після редуктора мембранний гаситель гідроударів VT.CAR19 або VT.CAR20 . Пневмоёмкость гасителя прийме в себе надлишок води, отриманої в результаті її розширення, не давши тиску вийти за допустимі межі.
Рис.3. Кавітаційне руйнування зони сідла і стінки редуктора
Ще однією розповсюдженою причиною відмов поршневих редукторів є знос ущільнюючих кілець великого чи малого поршня. Істотний вплив на інтенсивність цього зносу впливає якість поданого з водопроводу води. Підвищений вміст солі і наявність дрібних нерозчинних частинок ведуть до досить активного абразивного впливу на еластомери ущільнювачів. Фільтри механічної очистки, що встановлюються перед редуктором, а також вбудовані фільтри з розміром вічка 200 ÷ 500 мкм не можуть захистити арматуру від дрібних дисперсних частинок. Ще більше ускладнює ситуацію установка редукторів так, що шток з золотником і поршнями знаходиться в горизонтальному положенні. В цьому випадку нерозчинні частинки скупчуються внизу поршневий камери і прискорюють знос ущільнювачів.
Знос ущільнень проявляє себе в появі крапель води у вентиляційному отворі пружинної камери (рис. 2). Як правило, більшість сучасних квартирних регуляторів тиску ремонтопрігодни, тому для усунення течі досить поміняти кільця на поршні, очистити відкладення на стінках поршневий камери, і регулятор тиску відновлює свою працездатність.
Мал. 4. Кавітаційна руйнування золотникової обойми редуктора
Набагато більшу небезпеку таїть в собі неправильний підбір редуктора за видатковим режиму. Коли витрата через редуктор починає перевищувати номінальний, наведений в таблиці 3, а коефіцієнт редукції (відношення тисків на вході і на виході) перевищує 2,5, в районі сідла можлива поява кавітації. Сильне дросселирование потоку і різке місцеве зниження тиску викликає виділення з води бульбашок водяної пари, які, схлопиваясь, створюють локальне підвищення тиску до декількох тисяч бар. Мало того, що кавітація викликає підвищений шум від редуктора, вона може повністю зруйнувати і саме сідло, і прилеглу до сідла зону, і навіть стінку корпусу редуктора (рис. 3 і 4).
Ряд виробників інтегрують в сідло клапана кільце з нержавіючої сталі, що, за їх твердженням, надійно захищає редуктор від кавітації. Але цей захід ніяк не захищає зону, прилеглу до сідла і стінки корпусу редуктора.
- Для того, щоб надійно убезпечити квартирний регулятор тиску від кавітації, при його підборі необхідно дотримуватися наступних правил:
- витрата через редуктор не повинен перевищувати значень, зазначених в таблиці 3. Ця таблиця з DIN EN 1567 2000 розрахована, виходячи з швидкості потоку 2 м / с. Тут доречно нагадати, що відповідно до п. 5.5.6 СП 30.13330.2012 «Швидкість руху води в трубопроводах внутрішніх мереж не повинна перевищувати 1,5 м / с»;
- робоча точка редуктора по співвідношенню тисків на вході і на виході повинна лежати в зеленій зоні на діаграмі кавітації (рис. 5);
- зниження тиску на редукторі по відношенню до тиску на будівництва не повинен перевищувати 1,2 бару.
Мал. 5. Діаграма кавітації
Що ж робити, якщо підібрати квартирний редуктор, що задовольняє перерахованим умовам, не вдається? Наприклад, тиск на вході в редуктор у висотній будівлі становить 10 бар, і потрібно забезпечити тиск на виході 2,7 бар. За графіком на рис. 13 такий редуктор буде працювати в зоні можливого виникнення кавітації, тобто коефіцієнт при розрахунковій витраті редукції перевищує 2,5. В цьому випадку потрібно каскадне зниження тиск, тобто необхідно перший редуктор потрібно налаштувати на тиск 4 бари, а наступний вже на 2,7 бару. Тільки в цьому випадку буде забезпечена тривала безаварійна робота регуляторів тиску. Якщо ж і цей захід не допомагає, не залишається нічого іншого, як повернутися до випробуваної двухзонной системі водопостачання, коли водопровідні стояки по висоті розбиваються на дві зони. Наприклад, в 16-поверховому будинку стояки першої зони постачають поверхи з першого по восьмий, а другий зони - з дев'ятого по шістнадцятий.
Для того, щоб квартирний редуктор не створював мешканцям дискомфорту, працював довго, надійно і безаварійно, він повинен пройти багатостороннє стендове тестування, що і є одним з напрямком роботи Лабораторії комплексних випробувань елементів інженерних систем (ЛаКІЕлІС). Лабораторія проводить випробування квартирних регуляторів тиску як по методикам ГОСТ Р 55023-2012, так і за європейськими нормами - DIN EN 1567 2000 «Арматура водопровідна для будівель. Редукційні і комбіновані редукційні клапани для води. Вимоги та випробування ».
- Відповідно нормами DIN EN 1567: 2000, редуктор повинен пройти наступні тести:
- випробування корпусу редуктора на вигин корпусу (п. 8.2.1);
- випробування на стійкість до внутрішнього тиску (п. 8.2.2);
- випробування на герметичність по відношенню до робочого середовища (п. 8.2.3);
- циклічні випробування (п. 8.2.4);
- визначення меж настройки для регульованих редукторів (п. 8.3.1);
- визначення настроечного тиску для нерегульованих редукторів тиску (п. 8.3.2);
- визначення впливу зміни вхідного тиску на тиск на виході з редуктора (п. 8.3.3);
- визначення залежності тиску на виході з редуктора від витрати (п. 8.3.4);
- визначення залежність тиску на виході від витрати при зниженому вхідному тиску (п. 8.3.5).
Випробування корпусу на вигинає момент (п. 8.2.1) проводиться за схемою, наведеною на рис. 6.
Мал. 6. Схема випробування корпусу на вигинає момент
Протягом 30 секунд корпус повинен витримати без деформації і руйнування прикладену силу, відповідно до таблиці 2.
Випробування на стійкість до внутрішнього тиску (щільність) (п. 8.2.2) редукторів проводиться на установці, показаній на рис. 7. На вхід редуктора подається тиск 25 бар, при цьому на виході підтримується тиск 16 бар. Випробування триває протягом 10 хвилин. За цей час не повинно статися деформацій корпусу, а також не повинно з'явитися протікання по корпусу і місцях з'єднання деталей редуктора.
Таблиця 2. Значення прикладеної сили в залежності від DN 
Мал. 7. Установка для випробування редуктора на стійкість в до внутрішнього тиску
Тестом на герметичність по відношенню до робочого середовища (п. 8.2.3) перевіряється якість ущільнення золотника між камерами високого і низького тиску. Випробування проводиться на тій же установці, що і в попередньому тесті. На вхід подається тиск 6 бар (кран У закритий) і витримується протягом 10 хв. Потім тиск підвищується на 1 бар і витримується 1 хвилину. З таким же кроком (1 бар) тиск підвищується до 16 бар. На цьому тиску редуктор витримується протягом 10 хвилин. Протягом всього періоду випробувань тиск на манометрі F має бути таким же, як і на манометрі E.
Циклічні випробування (п. 8.2.4) редукторів виробляються на стенді, схема якого наведена на рис. 8.
Мал. 8. Стенд циклічних випробувань
На вхід установки подається вода з температурою 10-30 ° С для редукторів холодної води і 75-80 ° С для редукторів гарячої води. Тиск по манометру Е підтримується 8 бар. За допомогою вентиля А і водолічильника К, встановлюється витрата відповідно до таблиці 3. Витрата розрахований для швидкості води 2 м / с.
Таблиця 3. Витрата QN в залежності від діаметра (DN) 
Вода циклічно проливається через редуктор. Кожен цикл складається з періоду повного закриття (витрата = 0) і періоду повного відкриття (витрата = QN). Тривалість кожного періоду 10 с. Кожен етап випробування становить 50 000 циклів. Після кожного етапу редуктор перевіряється на герметичність і зміна настроечного тиску. У разі успішного результату перевірки циклічні випробування повторюються. Загальна кількість циклів, яке має витримати редуктор - 200 тис. Редуктор вважається таким, що випробування, якщо його герметичність на не порушилася і зміна настроечного тиску не перевищила 10% для редукторів холодної води і 20% для редукторів гарячої води.
Визначення меж настройки для регульованих редукторів тиску (п. 8.3.1) проводиться на стенді, показаному на рис. 7. При тиску на вході 8 бар в безрасходном режимі встановлюється мінімально можливе вихідний тиск. Воно повинно бути не більше 1,5 бар.
При тиску на вході 16 бар в безрасходном режимі встановлюється максимально можливе вихідний тиск. Воно повинно бути не більше 6,5 бар.
Визначення настроечного тиску для нерегульованих редукторів тиску (п. 8.3.2) проводиться на установці, показаній на рис. 7. На вхід редуктора в безрасходном режимі подається тиск 8 бар. При паспортному значенні настройки менш і рівному 3 бари, відхилення вихідного тиску не повинно відрізнятися від паспортної величини більш ніж на 0,3 бара. При паспортному значенні настройки більш рівному 3 бар, відхилення вихідного тиску не повинно відрізнятися від паспортної величини більш ніж на 10%.
Визначення впливу зміни вхідного тиску на тиск на виході з редуктора (п. 8.3.3) проводиться на установці, схема якої приведена на рис. 7. Для регульованого редуктора встановлюється тиск на виході 3 бари при тиску на вході 8 бар. Потім тиск збільшується з 6 до 16 бар з кроком 1 бар і витримкою 1 хв. після кожного кроку. За результатами випробувань будується графік, який повинен вписуватися в допустиму (зелену) зону графіка на рис. 9.
Мал. 9. Контрольна зона графіка залежності тиску на виході від вхідного тиску
Залежність тиску на виході від витрати (п. 8.3.4) визначається на стенді, схема якого наведена на рис. 10. Так само, як і в попередньому випробуванні для регульованого редуктора встановлюється тиск на виході 3 бари при тиску на вході 8 бар.
Мал. 10. Установка для визначення залежності тиску на виході від витрати
На вхід редуктора подається тиск 8 бар, і витрата плавно підвищується від 0 до QN. QN визначається в залежності від типорозміру тестованого редуктора відповідно до таблиці 3. Графік повинен лежати в області допустимих значень відповідно до рис. 11.
Мал. 11. Контрольна зона графіка залежності тиску на виході від витрати при вхідному тиску 8 бар
Аналогічним чином будуються графіки для тиску на вході 6 і 16 бар.
Залежність тиску на виході від витрати при зниженому вхідному тиску (п. 8.3.5) перевіряється на тій же установці, як і в попередньому тесті (рис. 10). На вхід редуктора подається тиск, на 1 бар нижче настроечного. Потім змиритися тиск при плавній зміні витрати від 0 до QN. Отриманий графік повинен лежати в допустимої (зеленої) зони графіка, представленого на рис. 12.
У російському ГОСТ Р 55023-2012 вимоги до випробувального стенду для вимірювання витратних характеристик редукторів по рис. 10 майже такі ж, як в DIN EN 1567: 2000, але дещо змінена довжина вимірювальної ділянки (рис. 13).
Мал. 12. Контрольна зона графіка залежності тиску на виході від витрати
при зниженому вхідному тиску
Решта відмінностей вимог ГОСТ Р 55023-2012 від DIN EN 1567 2000 показані в таблиці 4.
Таблиця 4. Нормовані характеристики по ГОСТ Р 55023-2012 і DIN EN 1567 2000
З таблиці 4 видно, що відповідно до ГОСТ Р 55023-2012 для редукторів тиску повинна визначатися умовна пропускна здатність Kvу, чого в європейських нормах немає. Умовна пропускна здатність редуктора тиску визначається за методикою ГОСТ Р 55508-2013 (СТ ЦКБА 029-2006) «Арматура трубопровідна. Методика експериментального визначення гідравлічних і кавітаційних характеристик »(п. 7.3.2). Золотник редуктора встановлюється і фіксується в положення максимального відкриття. Зазвичай для цього замість пружини в редуктор поміщається спеціальна втулка, яка фіксує. Редуктор встановлюється на стенді (рис. 10). Розміри вимірювальних ділянок повинні відповідати рис. 13.
Мал. 13. Схема вимірювальної ділянки по ГОСТу Р 55023-2012. Червоним кольором показані
розміри по ГОСТу Р 55023-2012, синім - по DIN EN 1 567 2000
Решта відмінностей вимог ГОСТ Р 55023-2012 від DIN EN 1567 2000 показані в таблиці 4.
Таблиця 4. Нормовані характеристики по ГОСТ Р 55023-2012 і DIN EN 1567 2000 
З таблиці 4 видно, що відповідно до ГОСТ Р 55023-2012 для редукторів тиску повинна визначатися умовна пропускна здатність Kvу, чого в європейських нормах немає.
Умовна пропускна здатність редуктора тиску визначається за методикою ГОСТ Р 55508-2013 (СТ ЦКБА 029-2006) «Арматура трубопровідна. Методика експериментального визначення гідравлічних і кавітаційних характеристик »(п. 7.3.2). Золотник редуктора встановлюється і фіксується в положення максимального відкриття. Зазвичай для цього замість пружини в редуктор поміщається спеціальна втулка, яка фіксує. Редуктор встановлюється на стенді (рис. 10). Розміри вимірювальних ділянок повинні відповідати рис. 13.
Витрата води через редуктор налаштовується в області квадратичного опору (0,45-0,9 м3 / год для DN15 і 0,55-1,1 м3 / год для DN20). Після вимірювання витрати та перепаду тисків на редукторі вираховується умовна пропускна здатність за формулою:
де Q - об'ємна витрата, м3 / с; ρ - щільність води (1000 кг / м3); Δ Р - перепад тисків на редукторі, Па.
Такі вимірювання проводять п'ятикратно, кожен раз домагаючись зміни перепаду тиску на 15 кПа.
Мал. 14. Стенд гідравлічних випробувань лабораторії ЛаКІЕлІС
Хотілося б відзначити, що ГОСТ Р 55023-2012 розроблений ЗАТ «ТВЕСТ» - одним з провідних виробників квартирних редукторів тиску, тому стандарт кілька «заточений» під продукцію саме цієї організації, і ряд положень в ньому викликають питання.
Зокрема, не дуже зрозуміло, чому діапазон робочих витрат для редукторів DN 15 і DN 20 однаковий? Чому і для регульованих і для нерегульованих редукторів встановлено одне і те ж значення тиску на виході (2,7 ± 0,2 бару) і максимальний тиск на виході в безрасходном режимі (3,5 бару)? І як це положення узгоджується з СП 30.13330.2012 п. 5.2.10 «Гідростатичний тиск в системі господарсько-питного або господарсько-протипожежного водопроводу на позначці найбільш низько розташованого санітарно-технічного приладу повинно бути не більше 0,45 МПа (для будівель, що проектуються в сформованій забудові не більше 0,6 МПа) »?
Викликає сумнів і диктуються ГОСТом вимога щодо підтримання вихідного тиску в діапазоні експлуатаційних витрат в межах 2,7 ± 0,2 бару. Лабораторією ЛаКІЕлІС випробувано безліч регуляторів тиску, представлених на російському ринку. І жоден з них не вклався в заданий «норматив» (в тому числі і редуктор КФРД 10-2.0 виробництва ТВЕСТ). Найнижче значення відхилення вихідного тиску при підвищенні тиску на вході в редуктор від 4 до 16 бар, яке вдалося виявити - це 0,6 бар, а не 0,2, як наказано ГОСТом. Очевидно, що ГОСТ Р 55023-2012 потребує серйозного доопрацювання для наближення до реальної сучасної ситуації.
Мал. 15. Графік відкриття і закриття редуктора.
Синім кольором показаний графік при збільшенні витрати,
червоним - при зниженні
Крім випробувань, передбачених перерахованими вище нормативами, в лабораторії ЛаКІЕлІС визначається показник гістерезису редуктора. Справа в тому, що при роботі редуктора в реальних умовах експлуатації тиск на виході залежить ще й від того, в який бік в даний момент рухається шток з золотником. Це означає, що при одному і тому ж витраті тиск на виході може бути різним, що пов'язано з проявом сил тертя в дотичних деталях редуктора. Особливо це проявляється в поршневих регуляторах тиску. Гістерезис редуктора визначається на стенді, схема якого показана на рис. 10, а загальний вигляд стенда наведено на рис. 14. На вхід редуктора подається тиск 8 бар, і витрата плавно підвищується від 0 до QN.
QN визначається в залежності від типорозміру тестованого редуктора відповідно до таблиці 3. Потім витрата також плавно знижується від QN до 0. За результатами тесту вибудовується графік, вид якого представлений на рис. 15. Якщо гистерезис Δ виявляється понад 10%, то такий регулятор тиску не рекомендується використовувати в якості квартирного.
І ще про один аспект, пов'язаний з квартирними регуляторами тиску води, не можна не згадати. Найчастіше проектувальники, не обтяжуючи себе складними розрахунками, планують установку квартирних редукторів «до купи» на всіх поверхах будівель. Але чи так це необхідно? Рекомендуємо мешканцям, перш ніж бігти в магазин за «правильним» редуктором, заміряти тиск гарячої і холодної води на вході в квартиру. Якщо цей тиск не перевищує 4,5 бару, і різниця між тисками холодної та гарячої води не перевищує 1 бар, то ніякого регулятора тиску ставити просто не потрібно.
Автор: Поляков В.І.
Зокрема, не дуже зрозуміло, чому діапазон робочих витрат для редукторів DN 15 і DN 20 однаковий?Чому і для регульованих і для нерегульованих редукторів встановлено одне і те ж значення тиску на виході (2,7 ± 0,2 бару) і максимальний тиск на виході в безрасходном режимі (3,5 бару)?
Але чи так це необхідно?