ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16K31/00 F24D19/10 

Изобретение относится к терморегуляторам для отопительной системы теплоснабжения, в частности к терморегуляторам сильфонного типа, устанавливаемым на радиаторы водяного отопления.

Известен терморегулятор для отопительной системы (авт. св. СССР N 1104475), содержащий корпус, термочувствительный сильфон и клапан. Корпус устройства выполнен с перегородкой, разделяющей его на камеры, в первой камере установлен термочувствительный сильфон, связанный с клапаном, установленным во второй камере над седлом, выполненным в перегородке, каждая из камер снабжена входным патрубком, каждый из которых соединен через соответствующий трубопровод с установленным на нем вентилем настройки с прямым трубопроводом системы отопления от тепловой сети, причем первая камера снабжена выходным патрубком, соединенным с прямым трубопроводом системы отопления для подключения к потребителю.

К недостаткам устройства относятся:
термочувствительный сильфон измеряет температуру воды непосредственно;
неудачна конструкция корпуса возможны протечки.

Известен также другой терморегулятор для отопительной системы (авт. св. СССР N 1596192), состоящий из двух камер, к первой камере подходят два патрубка от подающей линии горячего водоснабжения и к обратной линии теплосети, вторая камера подключена к прямой линии теплосети, между первой и второй камерами расположен регулирующий орган, выполненный в виде сопла и дроссельной иглы, соединенной с термосильфоном, связанным с регулировочным элементом, термосильфон размещен в третьей камере, вход которой связан с патрубком, подключенным к подающей линии водоснабжения, а выход с первой камерой.

Недостатком этого регулятора относится то, что термосильфон измеряет непосредственно температуру воды.

Наиболее близким к предлагаемому является терморегулятор для отопительной системы теплоснабжения, описание которого дано в рекламном проспекте датской фирмы "Danfoss" (Техническое описание VD.53.Р3.SO Danfoss 7/93, Москва, 1993, с. 9, 13).

Этот терморегулятор содержит вентильный кран и соединенный с ним посредством накидной гайки термостат, при этом вентильный кран имеет подпружиненный шток с клапаном, контактируемым с седлом, размещенным внутри полости крана, а термостат имеет установленный в его корпус термопреобразователь, включающий герметично заделанный с одного конца в тонкостенный корпус сильфон, образующий совместно с корпусом наполненную парожидкостным рабочим телом кольцевую полость и имеющий глухое дно с другой стороны, нажимной шток для восприятия осевых усилий от дна сильфона, возникающих от изменяющегося давления на сильфон парожидкостного рабочего тела, и передачи усилий на подпружиненный шток вентильного крана и пружину сжатия, разгружающую сильфон и охватывающую шток. В данной конструкции пружина сжимается при перекрытии отверстия клапаном в возрастающей степени, что препятствует перекрытию. Для предотвращения повреждения сильфона при высоких температурах введен специальный механический упор, который усложняет конструкцию термостата и увеличивает его объем, а ход штока клапана имеет относительно небольшую величину, что позволяет использовать терморегулятор в отопительных системах теплоснабжения с меньшими расходами теплоносителя (воды) и высокой степенью очистки.

Все это в целом снижает надежность использования таких терморегуляторов в условиях нестабильного рабочего давления в системах теплоснабжения и различной по составу и качеству воды.

Целью изобретения является повышение надежности использования терморегуляторов в условиях нестабильного рабочего давления в системах теплоснабжения и различной по составу и качеству воды, предотвращения вероятности поломки сильфона при нештатных повышениях температуры, загрязнения и возможного снижения пропускной способности вентильного крана.

Цель достигается тем, что терморегулятор содержит вентильный кран и соединенный с ним посредством накидной гайки термостат, при этом вентильный кран имеет подпружиненный шток с запорным органом, контактирующим с седлом, размещенным внутри полости крана, а термостат имеет установленный в его корпус термопреобразователь, включающий герметично заделанный с одного конца в тонкостенный корпус сильфон, образующий совместно с корпусом наполненную парожидкостным рабочим телом кольцевую полость и имеющий глухое дно с другой стороны, нажимной шток для восприятия осевых усилий от дна сильфона, возникающих от изменяющегося давления на сильфон парожидкостного рабочего тела, и передачи этих усилий на подпружиненный шток вентильного крана и пружину сжатия, разгружающую сильфон и охватывающую шток; согласно изобретению пружина сжатия, разгружающая сильфон, расположена внутри последнего и заперта посредством крышки, соединенной с корпусом термостата, при этом пружина сжатия, разгружающая сильфон, опирается на крышку, и толщина витков пружины и их шаг выбраны таким образом, что в полностью сжатом состоянии она образует механический упор, препятствующий сложению гофр сильфона, причем крышка имеет центральное отверстие, а нажимной шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстии крышки.

В вентильном кране, соосно штоку с запорным органом установлена уплотненная резиновыми кольцами поворотная дюза, концевая часть которой представляет собой цилиндрическую втулку, на торце которой выполнена выемка с винтообразной поверхностью, расположенной напротив полости для выхода теплоносителя из вентильного крана, при этом запорный орган расположен внутри втулки, а максимальная высота последней выбрана из условия обеспечения свободного хода клапана внутри втулки при свободном и полностью сжатом состояниях пружины сжатия, разгружающей сильфон.

На фиг. 1 изображен терморегулятор; на фиг. 2 то же, без термостата (временно снятого для замены или диагностики).

Терморегулятор для отопительной системы теплоснабжения (фиг.1) содержит вентильный кран 1 и термостат 2, соединенные с помощью накидной гайки 3. Фиксация термостата 2 относительно вентильного крана 1 в окружном направлении осуществлена посредством зубчатой насечки 4, выполненной на соответствующих сопрягаемых поверхностях вентильного крана 1 и термостата 2. Вентильный кран 1 включает корпус 5, представляющий собой тройник с патрубками для входа 6, выхода 7 теплоносителя (горячая вода) и размещения регулирующего органа 8. Патрубки для входа 6 и выхода 7 теплоносителя расположены соосно и разделены перегородкой 9, расположенной на уровне общей оси входа 6 и выхода 7. Перегородка 9 образует отверстие 10. Регулирующий орган 8 состоит из поворотной дюзы 11, в аксиальном отверстии которой расположены шток 12 и закрепленный на нем запорный орган 13.

Отверстие 10 выполнено соосно с термостатом 2 и в месте контакта с запорным органом 13 образует седло под запорным органом 13. Шток 12 подпружинен в аксиальном направлении пружиной сжатия 14, опирающейся на опорную шайбу 15. Опорная шайба 15 удерживается на штоке 12 с помощью пружинного фиксирующего кольца 16. Шток 12 и сама дюза 11 уплотнены с помощью круглых резиновых уплотнительных колец 17, 18. Уплотнительное кольцо 18 на стыке штока 12 и дюзы 11 заделано в дюзе 11 по ее внутренней цилиндрической поверхности при помощи шайбы 19, которая в свою очередь фиксируется в дюзе 11 посредством завальцовки кольцевого выступа 20. Поворотная дюза 11 предназначена для предварительного регулирования потока теплоносителя через выходной патрубок 7 вентильного крана 5. Концевая часть 21 поворотной дюзы 11 представляет собой цилиндрическую втулку, на торце которой выполнена выемка с винтообразной поверхностью 22. Законцовка 23 штока 12 выполнена в виде сферы для предотвращения затираний и перекосов со стороны движущихся органов термостата 2. Дюза 11 зафиксирована в корпусе 5 вентильного крана 1 при помощи шайбы 24 и пружинного разъемного кольца 25. На торце дюзы 11, обращенном наружу от запорного органа 13, нанесена радиальная стрелка (не показана), указывающая направление поворота для регулирования проходного отверстия. На дюзу 11 надета втулка 26, жестко закрепленная внутри полости вентильного крана 1, предназначенная для размещения регулирующего органа 8. На наружном торце втулки 26 нанесена круговая стрелка (не показана), показывающая направление поворота дюзы 11 для изменения расхода теплоносителя.

Термостат 2 состоит из корпуса 27, рукоятки 28 и термопреобразователя 29. Корпус 27 представляет собой полый цилиндр с резьбой 30 по внутренней поверхности. Для соединения с деталями вентильного крана корпус 27 термостата 2 имеет кольцевое основание, на торце которого выполнена зубчатая насечка 4, ответная насечке вентильного крана. Посредством размещения зубьев насечки термостата 2 во впадинах между зубьями насечки вентильного крана 1 и, соответственно наоборот, и затяжки накидной гайкой 3 осуществляется надежное соединение корпуса вентильного крана с термостатом. Кольцевой зазор 31 корпуса служит для размещения и свободного перемещения юбки 32 рукоятки 28. В корпусе 27 выполнено осевое отверстие, обеспечивающее центрирование и свободное перемещение втулки 33. Рукоятка 28 служит для установки требуемого режима работы путем перемещения подвижных элементов относительно седла запорного органа 13. Рукоятка 28 представляет собой полую цилиндрическую деталь с резьбой 30, обеспечивающей перемещение относительно корпуса 27 в осевом направлении, и юбкой 32, на которой нанесена шкала (не показана). Совмещение шкалы юбки 32 с лимбом на корпусе 27 (не показан) определяет положение подвижных элементов 34 термостата относительно седла 35 запорного органа 13. Юбка 32 фиксируется на рукоятке 28 винтом 36 в положении, обеспечивающем исходное положение шкалы при полностью закрытом клапане. Для улучшения теплообмена с окружающей средой рукоятка 28 имеет продольные щелеобразные вырезы 37. В полости рукоятки упором в буртик 38 через шайбу 39 установлен теплопреобразователь 29. Его фиксация в полости рукоятки 28 произведена с помощью крышки 40 и шайбы 41. Крышка 40 перемещается и крепится в рукоятке на резьбе 42. Термопреобразователь 29 служит для перемещения подвижных элементов 34 термостата в зависимости от температуры окружающей среды. Термопреобразователь 29 состоит из тонкостенного корпуса 43, в котором установлен гофрированный сильфон 44 с законцовками 45 и 46, при этом законцовка 45 жестко зафиксирована (приварена) относительно корпуса 43, а законцовка 46 имеет возможность перемещения относительно корпуса 43 в осевом направлении.

Полость, образуемая наружной поверхностью сильфона 44 с внутренней поверхностью корпуса 43, заполняется парожидкостным рабочим телом (ПРТ) 47. Законцовка 46 жестко связана (сварена) с резьбовой втулкой 50, которая имеет резьбовое отверстие 48 для фиксации нажимного штока 49. Шток 49 посредством установленной на нем резьбовой втулки 33 воздействует на шток 12 вентильного крана. Внутри сильфона размещена и зафиксирована крышкой 51 пружина сжатия 52. Крышка 51 имеет центральное отверстие, относительно которого перемещается нажимной шток 49. Пружина 52 компенсирует недостаток жесткости сильфона 44 и предохраняет его от "складывания" при высоких рабочих уровнях давления ПРТ 47. ПРТ 47 представляет собой углеводородное соединение, агрегатное состояние которого определяется наличием как жидкости, так и ее паров. Количество вещества каждого агрегатного состояния определяется равновесием процессов испарения и конденсации и находится в строго определенной зависимости от температуры нагрева ПРТ 47.

Терморегулятор для отопительной системы может быть разобран для замены термостата 2. В этом случае (фиг.2) на место термостата 2 временно устанавливается крышка 53, имеющая ответную резьбу на внутренней поверхности. Крышка 53 позволяет при этом осуществлять ручное регулирование путем перемещения штока 12 при контакте сферической законцовки 23 с ответным выступом 54 внутри крышки 53. Ввинчивая или отвинчивая крышку 53, можно производить ручное регулирование до замены термостата 2.

Терморегулятор для отопительной системы теплоснабжения работает следующим образом (фиг.1).

Желая задать определенную температуру в помещении, потребитель вращает рукоятку 28 термостата 2, устанавливая при этом нужное деление шкалы относительно лимба корпуса 27. Тем самым задается определенное положение запорного органа 13 относительно седла 35, настраивая терморегулятор и величину проходного сечения вентильного крана и, соответственно, расход теплоносителя.

В таком настроенном состоянии термопреобразователь, испытывая воздействие окружающего воздуха, изменяет свою температуру, вследствие чего изменяется давление паров ПРТ и происходит перемещение подвижных элементов терморегулятора, а значит и регулирующего органа 8 относительно седла 35. Изменяющееся при этом проходное сечение вентильного крана терморегулятора определяет новое значение расхода теплоносителя через отопительный прибор и значит его температуру.

Изменение теплоотдачи отопительного прибора влияет на температуру воздуха в помещении, последняя же на температуру ПРТ 47 термопреобразователя, что приводит к новому возвратному движению запорного органа 13. Цикл повторяется вновь.

Благодаря таким возвратно-поступательным движениям запорного органа 13 устанавливается некое равновесие между температурой в помещении и положением запорного органа 13 относительно седла 35. Устанавливается в результате такое его положение относительно седла 35, при котором обеспечивается соблюдение режима теплоотдачи, заданного потребителем путем установки рукоятки термостата в требуемое положение. Для заполнения термопреобразователем ПРТ использована трубка малого диаметра 55 из цветного мягкого металла, которая перегибается и запаивается после заполнения до требуемого давления.

Принцип действия терморегулятора заключается в следующем. Потребитель задает поворотом рукоятки 28 необходимый ему тепловой режим в помещении. Поворот рукоятки 28 вызывает осевое перемещение ее и опускание (или подъем) теплопреобразователя 29. Через шток 49, резьбовую втулку 50 и шток 12 вентильного крана 1 движение передается на запорный орган 13. По мере приближения его к седлу 35 отверстия 10 усилие на подвижные элементы (12, 13, 33, 49, 50) терморегулятора возрастает, расход теплоносителя через отверстие 10 падает и наоборот. В выбранном положении рукоятки 28 термостата, при соответствующих ему величинах действующих сил достигается их статическое равновесие за счет установления определенного перепада давлений на запорном органе 13, определенных усилий поджатия пружины 14 и 52 и сил давления ПРТ 47. При повышении температуры окружающей среды сверх заданной потребителем происходит нагрев и повышение давления ПРТ 47. Сильфон 44 сжимается, перемещая резьбовую втулку 50, шток 49, резьбовую втулку 33, шток 12 и запорный орган 13 в направлении перекрытия проходного сечения отверстия 10. Расход теплоносителя понижается, что через некоторое время приведет к снижению температуры в помещении до заданной потребителем. Если же температура в помещении станет ниже заданной потребителем, давление ПРТ 47 упадет. Сильфон 44 расширится и под действием пружины 14 произойдет перемещение системы подвижных элементов (12, 13, 33, 49, 50) в направлении увеличения проходного сечения отверстия 10. Расход теплоносителя повысится, и через некоторое время температура в помещении возрастет до заданной потребителем.

Конструктивное исполнение узлов терморегулятора обеспечивает высокую надежность в работе. Пружина 52 заперта в корпусе термопреобразователя 29 при помощи крышки 51, прикрепленной к корпусу винтами. Это определяет заданное сжатие пружины 52 при сжатии сильфона, устанавливая расчетное усилие на закрытие отверстия 10 запорным органом 13.

Длина пружины 52, толщина ее витков и шаг витков подобраны таким образом, что при максимально допустимом сжатии сильфона происходит соприкосновение витков пружины и образуется механический упор, препятствующий дальнейшему сжатию сильфона.

Запорный орган расположен внутри полого цилиндра, а максимальная высота последнего выбрана из условия обеспечения свободного хода запорного органа внутри полого цилиндра при свободном и полностью сжатом состоянии пружины сжатия, разгружающей сильфон.

Ход запорного органа за счет этого имеет запас перемещения, что позволяет использовать унифицированные конструкции для систем теплоснабжения с разным диаметром труб (от 1/4 до 1 дюйма). Обеспечивается также высокая степень защиты от несанкционированного роста давления воды в системе отопления за счет запаса перемещения штока.

Использование: в устройствах отопительной системы теплоснабжения, в частности на радиаторах водяного отопления. Сущность изобретения: терморегулятор содержит вентильный кран и соединенный с ним посредством накидной гайки термостат. Вентильный кран имеет подпружиненный шток с запорным органом, взаимодействующим с седлом. Термостат имеет термопреобразователь в виде заделанного с одного конца в тонкостенном корпусе сильфона, образующего с корпусом кольцевую полость, заполненную парожидкостным рабочим телом. С другого конца сильфон выполнен с глухим дном. Внутри сильфона размещена пружина сжатия, опирающаяся на крышку корпуса термостата и разгружающая сильфон. В центральном отверстии крышки с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен нажимной шток. Толщина витков пружины сжатия и их шаг выбраны с обеспечением возможности образования механического упора, предотвращающего сложение гофр сильфона. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Терморегулятор для отопительной системы теплоснабжения, содержащий вентильный кран и соединенный с ним посредством накидной гайки термостат, при этом вентильный кран содержит подпружиненный шток с запорным органом, взаимодействующим с седлом, размещенным в полости корпуса крана, снабженного патрубками входа и выхода теплоносителя, а термостат содержит установленный в его корпусе термопреобразователь, включающий герметично заделанный с одного конца в тонкостенный корпус сильфон, образующий с корпусом термостата заполненную парожидкостным рабочим телом кольцевую полость и выполненный с глухим дном с другого конца, нажимной шток, взаимодействующий с подпружиненным штоком вентильного крана, и пружину сжатия, разгружающую сильфон и охватывающую шток, отличающийся тем, что пружина сжатия установлена внутри сильфона, а корпус термостата снабжен крышкой, образующей опору для пружины сжатия, при этом пружина выполнена с толщиной витков и шагом, обеспечивающими возможность образования в полностью сжатом состоянии механического упора, предотвращающего сложение гофр сильфона, причем в крышке выполнено центральное отверстие, а нажимной шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстии крышки. 2. Терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что вентильный кран снабжен установленной коаксиально штоку с запорным органом и уплотненной резиновыми кольцами поворотной дюзой, часть которой, обращенная к седлу, выполнена в виде цилиндрической втулки с винтовой выемкой на торце со стороны, обращенной к патрубку выхода теплоносителя, при этом запорный орган размещен внутри цилиндрической втулки, выполненной с максимальной высотой, обеспечивающей свободный ход запорного органа во втулке при свободном и полностью сжатом состояниях пружины сжатия, разгружающей сильфон.