СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРЕВА И ПОДАЧИ НАГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к струйной технике и может быть применено в системах горячего водоснабжения, для подпиток систем жидкостью, для мойки оборудования и т.п.

Известны способы регулирования систем горячего водоснабжения, содержащие только регулирование температуры воды после подогревателя либо стабилизацию напоров горячей воды с помощью аккумуляторов воды [1].

Недостатками указанных способов регулирования систем горячего водоснабжения являются большая тепловая инерционность при регулировании температуры горячей воды из-за использования металлоемких подогревателей; необходимость в использовании аккумуляторов воды больших объемов с большими теплопотерями; непостоянство давления горячей воды, большие энергозатраты из-за непрерывной работы циркуляционных насосов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система горячего водоснабжения, в которой используется пароконтактный способ нагрева и подачи нагретой воды, что устраняет некоторые недостатки систем аналогов (как, например, уменьшение тепловой инерционности). [2].

Но регулирование нагрева и подачи нагретой воды осуществляется воздействием на регулирующие устройства подачи воды из водопровода и пара в пароструйный подогреватель без автоматического исключения режимов срыва работы пароструйного подогревателя. Особенность работы пароструйных аппаратов состоит в том, что для устойчивой работы их коэффициент инжекции (U = D_в/D_п - отношение подач воды и пара в аппарат) должен находиться в определенном диапазоне, как правило 8...100. Поэтому изменяя регулирующим органом подачу воды в аппарат, необходимо регулировать и подачу пара, в том случае, если U приближается к граничным значениям. Кроме того, существуют и ограничения по величине подачи воды (минимальная подача), при которых устойчиво может работать пароструйный аппарат. Поэтому при приближении к минимальной подаче (приблизительно 30% от максимальной подачи) система регулирования должна предусматривать либо прекращение дальнейшего уменьшения подачи воды в аппарат, либо автоматическое прекращение подачи воды и пара в аппарат. Это в прототипе не предусматривается.

Задачей изобретения является осуществление в процессе регулирования нагрева и подачи нагретой жидкости автоматического исключения режимов неустойчивой работы пароструйных аппаратов, стабилизации температур и напора нагретой жидкости, при изменениях ее подач, расширения диапазонов регулирования подач нагретой жидкости с получением технического результата - повышение экономичности при нерасчетных режимах работы системы, обеспечение устойчивой работы пароструйных аппаратов в широком диапазоне изменения подач нагретой жидкости.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При регулировании подачи ненагретой жидкости на регулятор подачи ее действуют совместно давлением нагретой жидкости и перепадом давления жидкости в этом регуляторе. Изменение давления нагретой жидкости вызывает такое изменение положения регулятора, которое за счет изменения подачи жидкости стремится восстановить прежнее давление нагретой жидкости. Одновременно при этих перемещениях регулятора изменяется перепад давлений жидкости в регуляторе (разница давлений жидкости на входе и выходе из регулятора). Воздействие этого изменения перепада давления также направлено на восстановление прежнего давления нагретой жидкости. При этом чем больше закрытие регулятора тем больше вклад воздействия перепада давления на процесс регулирования и при определенных условиях за счет настройки регуляторов это воздействие может стать решающим и вызвать полное закрытие регулятора - "отсечку" подачи ненагретой жидкости в аппарат. Таким образом при регулировании осуществляется стабилизация давления (напора) нагретой жидкости у потребителя и одновременно за счет настройки регулятора можно автоматически выключить из работы аппарат, не допустив при уменьшении подачи жидкости входа его в зону неустойчивых режимов работы. Все это позволяет увеличить экономичность, исключив перерасход воды при повышении давления нагретой жидкости у потребителя относительно расчетного рабочего давления и повысить надежность и устойчивость работы аппарата.

Если в системах горячего водоснабжения отсутствуют автономные автоматические системы регулирования температуры нагретой жидкости независимые от импульсов изменения давления или подачи нагретой жидкости, то предлагается использовать при регулировании подачи пара описанный выше принцип совмещения двух воздействий: перепада давления ненагретой жидкости в датчике ее подачи перед регулятором подачи этой жидкости и перепада давления пара в регуляторе подачи пара. Это позволяет одновременно автоматически при изменениях регулятором подачи ненагретой жидкости изменять в соответствующей мере подачу пара и сохранить таким образом постоянство коэффициента инжекции U (соотношение расходов жидкости и пара) и следовательно автоматически исключить зоны неустойчивой работы аппаратов и стабилизировать температуру нагретой жидкости у потребителя.

Выполняя систему нагрева жидкости с несколькими параллельно включенными пароструйными аппаратами и предусматривая автоматическое выключение (включение) при уменьшении (увеличении) потребления нагретой жидкости всех аппаратов, кроме аппарата с наименьшей производительностью, можно обеспечивать автоматическое регулирование температуры и напора нагретой жидкости в гораздо более широком диапазоне изменения потребления нагретой жидкости, нежели в системах с однотипным регулированием каждого аппарата. Постоянная работа аппарата с наименьшей производительностью позволяет поддерживать в системе нагретой жидкости требуемое давление при минимальном либо полном прекращении потребления жидкости и обеспечивать за счет этого автоматическое воздействие на регуляторы остальных аппаратов. Минимальная производительность аппарата позволяет значительно уменьшить размеры водосборной емкости, используемой в качестве буферной. При уменьшении потребления нагретой жидкости до 30% максимальной производительности невыключаемого аппарата система регулирования обеспечивает подачу жидкости в водосборную емкость, прекращая при этом дальнейшее уменьшение подачи жидкости и пара в этот аппарат. Уменьшение же потребления нагретой жидкости при этом может быть любым вплоть до полного прекращения потребления. Допустимое время существования таких режимов определяется производительностью аппарата, размерами водосборной емкости и длительностью перерывов в потреблении жидкости. При возрастании потребления свыше 30% максимальной производительности невыключаемый аппарат автоматически транспортирует нагретую жидкость из водосборной емкости потребителю, а в дальнейшем вызывает автоматическое включение других аппаратов. Таким образом, предлагаемый способ регулирования позволяет значительно увеличить диапазоны регулирования подачи нагретой жидкости и тем самым надежность и экономичность использования пароструйных аппаратов для рассматриваемых целей.

Работу способа регулирования нагрева и подачи нагретой жидкости можно осуществить в системе, представленной на чертеже, которая состоит из пароструйных аппаратов 1, 2 с патрубками 3, 4 и 5, 6 соответственно и расположенными на трубопроводах подачи пара 7, 8, на которых размещены регуляторы прямого действия 9, 10, управляемые соответственно импульсами датчиков подачи жидкости 11, 12. Датчики установлены на трубопроводах подачи ненагретой жидкости 13, 14 с регуляторами прямого действия подачи жидкости 15, 16. На трубопроводах выхода жидкости 17, 18 из пароструйных аппаратов 1 и 2 установлены обратные клапаны 19, 20, при этом импульс напора нагретой жидкости за этими клапанами подается к регуляторам подачи ненагретой жидкости 15, 16 соответственно по трубопроводам 21, 22. Патрубки 4 и 6 аппаратов 1 и 2 соединены водосборной емкостью 23 трубопроводом 24, на конце которого размещен обратный клапан 25 соединенный с поплавком 26.

Способ регулирования нагрева и подачи нагретой жидкости заключается в следующем.

При обезвоженной системе и отсутствии давления в трубопроводах нагретой жидкости 17 и 18 регуляторы прямого действия жидкости 15 и 16 открыты, а регуляторы прямого действия подачи пара 9 и 10 закрыты, т.к. нет подачи жидкости через датчики 11 и 12. При подаче ненагретой жидкости по трубопроводам 13 и 14 к патрубкам 3 и 5 аппаратов 1 и 2 создается давление в трубопроводе 24, автоматически открывается обратный клапан 25 и жидкость из аппаратов через патрубки 4 и 6 по трубопроводу 24 поступает в емкость 23. Подача жидкости через датчики 11 и 12 формирует импульсы давлений, которые открывают частично регуляторы подачи пара 9 и 10 и по трубопроводам 7 и 8 пар поступает в аппараты 1 и 2, где при смешении с жидкостью создает сверхзвуковые двухфазные потоки. При этом в этих потоках возникает из-за больших скоростей течения вакуум и поэтому жидкость из емкости 23 через клапан 25, трубопроводы 24 и патрубки 4 и 6 отсасывается в аппараты 1 и 2, смешивается со сверхзвуковыми двухфазными потоками и перед выходом из аппаратов потоки переходят в дозвуковые с полной конденсацией пара, при этом жидкость приобретает требуемую температуру и напор. При падении уровня жидкости в емкости 23 до определенной величины, прекратится воздействие поплавка 26 на клапан 25 и клапан закроется, прекратив доступ жидкости в трубопроводы 24. Давление нагретой жидкости автоматически открывает клапаны 19 и 20 и жидкость поступает к потребителям. Если при этом подача ненагретой жидкости к аппаратам 1 и 2 будет недостаточна, т.е. давление жидкости в трубопроводах 17 и 18 будет ниже требуемого, то импульс пониженного давления через трубопроводы 21 и 22 вызовет открытие регуляторов 15 и 16 до тех пор, пока не будет создано требуемое давление нагретой жидкости у потребителя. При этом одновременно увеличиваются импульсы перепада давлений в датчиках 11 и 12, вызывающих дальнейшее открытие регуляторов 9 и 10 в такой мере, что сохраняется постоянство отношения подачи пара в аппарат к подаче жидкости, а это значит постоянство температуры нагретой жидкости на выходе из аппарата. При уменьшении потребления нагретой жидкости возрастает ее давление в трубопроводах 17, 18, 21, 22, что вызовет аналогично описанному выше прикрытие регуляторов 15, 16, 9 и 10 с сохранением с определенной неравномерностью регулирования температуры и напора нагретой жидкости. Для уменьшения неравномерности регулирования к импульсу давления нагретой жидкости воздействующему на регуляторы подачи ненагретой жидкости добавляются импульсы возникающих и увеличивающихся при закрытии перепадов давлений на клапанах этих регуляторов. Увеличение перепадов давлений на клапанах имитирует возрастание давления нагретой жидкости, уменьшая тем самым реальное увеличение этого давления. Однако если подача жидкости в аппараты регуляторами 15 и 16 будет уменьшена до значений близких к критическому (приблизительно 30% максимальной подачи каждого аппарата, то дальнейшее прикрытие регуляторов 15 и 16 может вызвать срыв работы аппаратов 1 и 2, так называемое "запаривание". Такие режимы автоматически исключаются тем, что в системе существует один аппарат, например, аппарат 1, с наименьшей производительностью и регулятор подачи жидкости 16 аппарата 2 настроен таким образом, что при указанных выше подачах воздействие на регулятор перепада давления на нем становится решающим и этот регулятор "захлопывается". Одновременно исчезновение перепада давления на датчике 12 вызывает закрытие и регулятора подачи пара 10, при этом автоматически из-за падения давления на выходе из аппарата 2 закроется обратный клапан 20. Таким образом, автоматически произойдет отключение аппарата 2. При этом начнет падать давление (напор) нагретой жидкости в трубопроводах 17, 21, что вызовет соответствующее открытие регулятора 15 и восстановление номинального давления нагретой жидкости. Соответственно с помощью импульса от датчика 11 откроется и регулятор подачи пара 9. При дальнейшем уменьшении потребления нагретой жидкости опять начнется возрастание давления этой жидкости, соответствующее прикрытие регуляторов 9 и 15. Но для аппарата 1 существует автоматическое ограничение уменьшения производительности до значений меньших 30% максимальной производительности аппарата 1. Это может быть обеспечено различными способами. Например, характеристики аппарата 1 могут быть выбраны такими, что в этом критическом положении избыток нагретой жидкости начнет поступать по трубопроводу 24 через клапан 25 в емкость 23. При этом эта подача может возрастать до полного прекращения потребления нагретой жидкости. Возрастание давления за аппаратом 1 не вызывает такого прикрытия регулятора 15, при котором решающим становится воздействие перепада давления на этом регуляторе. Таким образом, при временном уменьшении более чем на 70% от максимальной производительности аппарата 1 потребления жидкости или полном прекращении потребления нагретая жидкость будет поступать в емкость 23, а давление нагретой жидкости и перепад давления на регуляторе 16 обеспечит надежное отключение аппарата 2. С учетом последнего минимальная подача нагретой жидкости в режиме автоматического регулирования составит не более 15% от максимальной производительности системы (суммы максимальных производительностей аппаратов 1 и 2). Такие же эффекты ограничения уменьшения производительности аппарата 1 можно получить механически ограничивая перемещение регулятора 15 либо устанавливая на трубопроводе 17 предохранительный клапан, сброс жидкости из которого может быть осуществлен, например, в емкость 23. При возрастании потребления нагретой жидкости падение ее давления вызовет сначала появление вакуума в трубопроводах 24 и отсос нагретой жидкости из емкости 23 через кран 25 и патрубок 4 в аппарат 1 и далее к потребителю. Одновременно импульс уменьшающегося давления нагретой жидкости вызовет соответствующее открытие регуляторов 15 и 9. Если этого будет недостаточно и давление нагретой жидкости будет продолжать уменьшаться, то при определенном давлении автоматически откроется регулятор 16 и затем регулятор 10 обеспечив включение в работу аппарата 2, при этом произойдет как уже указывалось ранее перераспределение производительностей (подач) между аппаратами 1 и 2.

Таким образом, за счет использования предлагаемого способа регулирования возможно обеспечивать самыми простыми и надежными регуляторами, например, регуляторами прямого действия, автоматическое регулирование подачи нагретой жидкости для поддержания постоянными температуры и напора этой жидкости, при этом диапазон изменения потребления нагретой жидкости (0...100)% максимального потребления.

П р и м е р. Максимальная производительность аппарата 1 10 м³/ч, аппарата 2 - 20 м³/ч, суммарная 30 м³/ч. При этом давление ненагретой жидкости перед аппаратами 1 и 2 равно 300 кПа. Номинальное давление нагретой жидкости 400 кПа. Температура 80^оС. Это обеспечивается при полном открытии регуляторов 9, 10, 15, 16, и потреблении 30 м³/ч нагретой жидкости. При уменьшении потребления до 12 м³/ч давление нагретой жидкости возрастает до 460 кПа, произойдет автоматическое отключение аппарата 2, полное открытие регуляторов 9 и 15 и уменьшение давления нагретой жидкости до 400 кПа. При дальнейшем уменьшении потребления жидкости до 4 м³/ч давление нагретой жидкости возрастает до 480 кПа и нагретая жидкость начнет поступать в емкость 23. При уменьшении потребления нагретой жидкости до нуля давление за аппаратом 1 возрастает до 500 кПа, что вызовет уменьшение производительности аппарата 1 до 3 м³/ч. При указанных выше процессах избыточное давление жидкости и пара перед аппаратами будет изменяться соответственно в диапазонах (0...300) кПа и (100...500) кПа, а температура нагретой жидкости (80-5)^оС. При увеличении потребления нагретой жидкости и падении ее давления до 350 кПа автоматически включается в работу аппарат 2.

Использование: в струйной технике. Сущность изобретения: подают нагретую контактом с паром жидкость. Регулируют подачу пара и нагретой жидкости перед их смешением. Подачу пара регулируют путем совмещения воздействия на регулятор перепада давления ненагретой жидкости и перепада давления пара. Переход давления ненагретой жидкости создают в датчике. Подачу ненагретой жидкости в пароструйный аппарат осуществляют в количестве не менее 30% его макс. производительности. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРЕВА И ПОДАЧИ НАГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ, включающий пароконтактный нагрев жидкости в пароструйном аппарате, подачу нагретой жидкости и регулирование подачи пара и ненагретой жидкости перед их смешением, при этом регулируют подачу пара путем совмещения воздействия на регулятор перепада давления ненагретой жидкости и перепада давления пара, отличающийся тем, что перепад давления ненагретой жидкости создают в датчике и подачу ненагретой жидкости в пароструйный аппарат осуществляют в количестве не менее 30% его максимальной производительности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют подачу ненагретой жидкости путем совмещения воздействия на регулятор ее подачи давления нагретой жидкости и перепада давления ненагретой жидкости на этом регуляторе. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что регулирование подачи нагретой жидкости осуществляют в двух и более параллельно соединенных пароструйных аппаратах, при этом для аппарата с минимальной производительностью вводят ограничение уменьшения подачи ненагретой жидкости.