ТЕРМОСТАТНО-ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛОСЧЕТЧИК Российский патент 2013 года по МПК G01F1/68 G01K17/00 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения расхода тепловой энергии в отопительных системах горячего водоснабжения зданий коммунального назначения, школах, детсадах и других сооружений промышленности.

Известны массовые теплосчетчики, которые содержат крылчатые или лопастные потокочувствительные элементы в виде дисков с лопастями, перпендикулярными плоскостям дисков, электропривод с редуктором, водило которого связано с измерительной пружиной или биметаллической пластиной самописца или индуктивным преобразователем изменений (смотри, например, теплосчетчик Таллиннского завода измерительных приборов, вид 2, лист 131, стр.641, Справочник по теплоснабжению и вентиляции, Р.В. Щекин и др. Киев, Госиздат литературы по строительству и архитектуре, 1962).

Известен тепловой счетчик для учета потребляемого тепла локальным потребителем. Счетчик содержит термодатчики, соединенные с устройством вычисления. Устройство вычисления содержит вычислительный блок для подсчета расхода тепла, соединенные с блоком корректирующих коэффициентов. При этом один из термодатчиков установлен на уровне нижней границы. Вычисление теплопотребления происходит в соответствии с формулой, учитывающей потребление каждого потребителя с учетом его конкретных условий (смотри патент RU 02247340 С2, G01K 17/08).

Из поисковой системы Yandex.ru известные теплосчетчики (смотри сайт http\\www.shaver.com.ua), где они по классификации различаются на следующие виды:

- тахометрические;

- электромагнитные;

- ультразвуковые;

- вихревые.

Так как тахометрические теплосчетчики (крылатые, турбинные, винтовые) наиболее простые приборы, ибо их принцип действия основан на преобразовании поступательного движения потока жидкости во вращательное движение измерительной части.

Такие механические теплосчетчики состоят из тепловычислителя и механических роторных или крыльчатых водосчетчиков. Это наиболее дешевые теплосчетчики и не нуждаются в электроснабженческих системах и блоках, то есть обеспечена электронезависимость прибора.

К недостаткам механических теплосчетчиков относится то, что они имеют рациональное применение только на трубопроводах с условным диаметром не более 32 мм. Кроме того, механические расходомеры создают наибольшие потери давления воды по сравнению с теплосчетчиками других видов.

Электрические теплосчетчики, производящие учет тепловой энергии на основании электромагнитной индукции, которая возбуждает малые величины тока измерительной системы, то электромагнитные теплосчетчики очень чувствительны к количеству монтажа, условиям эксплуатации (изменение температуры воздуха окружающего электропроводку; окисление соединительных контактов и пр.), что приводит к появлению дополнительных сопротивлений в соединениях, наличие примесей в воде, особенно соединений железа... Все это приводит к резкому увеличению погрешности показания теплосчетчиков.

Ультразвуковые теплосчетчики работают на принципе изменения времени прохождения ультразвукового сигнала от источника до приемника сигналов, которые зависят от скорости потока жидкости, от наличия посторонних включений жидкости - окалин, частиц накипи, песка, воздушных пузырьков и пр., что приводит к существенным неточностям показаний.

Вихревые теплосчетчики работают на принципе широко известного природного явления - образование вихрей за препятствием, стоящим на пути потока.

Конструктивно-вихревые теплосчетчики состоят из треугольной призмы, вертикально установленной в трубе, измерительного электрода, встановленного в трубу далее по течению жидкости, и установленного снаружи трубы постоянного магнита.

При скоростях среды выше определенного предела вихри образуют определенную дорожку, называемую «дорожкой Карно». Срывное обтекание жидкости, протекающее в трубопроводе, вызывает пульсации давления в потоке, замер которых и позволяет определить объемы, протекающей через трубопроводы жидкости. Частота образования вихрей при этом прямо пропорциональна скорости потока.

Вихревые теплосчетчики чувствительны к резким изменения в потоке жидкости, к наличию крупных примесей, хотя безразличны к отложениям в трубах и магнитным примесям (железо в воде).

Поэтому приходится комбинировать из блоков теплосчетчики, в которых вобраны приемлемые качества для достижения более точных измерений, дополнять одни другими - электромагнитные ультразвуковыми и вихревыми блоками. Что приводит к значительному удорожанию теплосчетчиков, усложнению их эксплуатации и конструкции.

Предлагаемым изобретением предлагается наиболее перспективный подход к усовершенствованию теплосчетчиков, что заключается в конструктивном синтезе элементов тахометрических теплосчетчиков с элементами термостата.

Известен термостат автомобиля ВАЗ с твердым наполнителем и регулировочной гайкой (смотри рис.53, стр.55, учебное пособие «Автомобили ВАЗ», В.А. Вернигора и др. Москва, «Транспорт», 1974 г.).

Известные термостаты с твердыми или мягкими наполнителями иных конструкций, например, двигателя автомобиля ГАЗ-24 (смотри рис.2.88, стр.129, учебное пособие «Тракторы и автомобили», В.А. Скотников, М., Агропромиздат, 1985 г.).

Известное техническое решение теплосчетчика Таллиннского завода измерительных приборов, принцип действия которого основан на пропорциональной зависимости объемного расхода от скорости движения вращающегося элемента и величины температуры теплоносителя (смотри, например, вид 2, лист 131, стр.641, Справочник по теплоснабжению и вентиляции, Р.В. Щекин и др. Киев, Госиздат литературы по строительству и архитектуре, 1962).

Близким техническим решением для конструктивного синтеза заявленного изобретения есть теплосчетчик (смотри патент RU 18445 U1, 20.06.2001), в котором присутствует конструктивная цепочка: трубопровод, термостат, обводная трубка, счетное устройство.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода тепловой энергии теплосчетчиком, усовершенствование конструкции теплосчетчика для расширения возможности установки его на более широком интервале трубопроводов с различными расходами; регулирование учета теплоэнергии в пределах нормативных параметров по географических зонах.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый термостатно-тахометрический теплосчетчик, скомплектованный с трубопровода, термостата, счетного устройства, соединительных трубок в термостате устанавливается под клапаном полка с калиброванными отверстиями и регулировочной шайбой, с аналогично расположенными отверстиями в ней, которую можно проворачивать вокруг своей оси, меняя этим живое сечение отверстий полки, а также устанавливается опорно-регулировочное устройство учета теплоэнергии в пределах нормативных параметров по территориальным зонам.

Термостат теплосчетчика представляет собой цилиндрический корпус с фланцами входным и выходным патрубками подводящими теплоноситель к счетному устройству от подклапанной камеры, изготовленной заодно с полкой, которая из конструктивных соображений приваренная к корпусу и комплектуется регулировочной шайбой. К полке болтами крепится седло основного клапана, между седлом и полкой размещена регулировочная шайба, как дополнение к полке. Основной клапан, который к седлу прижимается пружиной и напрессованный на стакан с наполнителем и резиновой вставкой. Стакан свободно находится в направляющей обойме, которая имеет окна для свободного прохода теплоносителя и прикреплена болтами к упорам, приваренным к корпусу. Резиновая вставка стакана насаженная на поршень, крепящийся упорно-регулировочным устройствам к подклапанной камере и крепежной арматурой в резиновой вставке. Байпасный клапан, напрессованный с другой стороны на стакан, обводной канал.

Количество использованной тепловой энергии системой теплоснабжения, определяется в зависимости от объема теплоносителя, прошедшего через основной клапан термостата до счетного устройства. Этот объем зависит от степени открытия основного клапана, то есть от температуры теплоносителя. Благодаря установке в термостате под клапаном полки с несколькими калиброванными отверстиями, кратно им уменьшается количество протока теплоносителя через счетный механизм, что позволяет уменьшать его размеры, делая его при этом более чувствительным к потоку, следовательно, за счет этого повысится точность измерения расхода теплоэнергии, и поставленная цель изобретения будет выполнена.

Благодаря оснащению полки под клапаном термостата регулировочной шайбой (на чертежах она не обосабливается) проворачиванием которой вокруг ее оси меняется живое сечение калиброванных отверстий в полке, что делает возможной установку теплосчетчика на более широком интервале диаметров трубопроводов из различными расходами.

Благодаря наличию упорно-регулировочного устройства термостата, в теплосчетчике становится возможным путем регулирования, учитывать теплоэнергию в пределах нормативных параметров в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха по территориальным зонам.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая конструкция термостатно-тахометрического теплосчетчика отличается тем, что в термостате под клапаном устанавливается полка с калиброванными отверстиями тем, что полка с калиброванными отверстиями комплектуется регулировочной шайбой тем, что в термостате устанавливается опорно-регулировочное устройство.

Таким образом, заявляемая конструкция термостатно-тахометрического теплосчетчика соответствует критерию «НОВИЗНА».

В уровне техники не выявлено средство, которому присущи все признаки изобретения, установленные сопоставимым анализом, а также не выявлены решения, содержащие признаки, отличающие заявленное решение от наиболее близкого аналога.

Сравнение заявляемого изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что дает право сделать вывод о соответствии критерию «СУЩЕСТВЕННОЕ ОТЛИЧИЕ».

На фиг.1 изображена схема установки термостатно-тахометрического теплосчетчика в системе теплоснабжения.

На фиг.2 изображен термостат теплосчетчика в разрезе.

Устройство термостатно-тахометрического теплосчетчика состоит из термостата 1, счетного устройства 2, которое, с одной стороны, соединительной трубкой 3, с вентилем 4, связано с термостатом 1, а с другой - с трубопроводом 5, системы горячего водоснабжения или системы отопления, на которой может быть установлен водомер 7 и задвижки 8 (смотри фиг.1). Остальные контрольно-измерительные приборы и другие элементы системы теплоснабжения на фиг.1 условно не показаны, чтобы не перенасыщать чертеж.

Термостат заявляемого изобретения выглядит следующим образом: корпус 9, изготовленный цилиндрическим с фланцами 10 (смотри фиг.2) и выходным патрубком 11, что соединяется с трубкой 3, подводящей теплоноситель к счетному устройству 2, от подклапанной камеры 12. Подклапанная камера 12, изготовленная заодно с выходным патрубком 11 и полкой 13, в которой высверленные калиброванные отверстия 27. Полка 13 сваркой прикреплена к корпусу 9. И дополнительно оснащена регулировочной шайбой (на чертеже условно не показана). К полке 13, болтами 25 крепится седло 14, основного клапана 15, к седлу который прижимается пружиной 16. Седло 14 имеет отверстие 26 (одно или более), прикрываемое основным клапаном 15, если он закрыт.Основной клапан 15 напрессован на стакан 17, с твердым (или мягким) наполнителем 18 и резиновой вставкой 19. Стакан 17 вставленный в обойму 20, которая служит направляющей стакану 17, при его движении, и опорой для пружины 16. Обойма 20 имеет окна 28 для свободного прохода теплоносителя. Крепится обойма 20 к упорам 21 при помощи болтов 29. Упоры 21 приварены к корпусу 9. Внутрь резиновой вставки 19, вставленный поршень 22. Поршень 22 крепится в резиновой вставке при помощи крепежной арматуры 24, а с другого конца - в подклапанной камере 12, при помощи опорно-регулировочного устройства 23, которое имеет стандартное решение. Байпасный клапан 30 - напресованный на стакан 17, с противоположной стороны напрессованному основному клапану 15. Байпасным клапаном 30 перекрывается перепускной канал 31, имеющий трубчатую конструкцию и приваренный для жесткости к обойме 20, стакана 17.

Работа термостатно-тахометрического теплосчетчика будет происходить следующим образом. Задвижки 8 - открыты. Вентили 4 - открыты, теплоноситель, рекомендованной температуры, согласно технологическим требованиям, подается в прямой трубопровод 5 и отводится из теплоснабжающей системы обратным трубопроводом 6, общий объем теплоносителя, уходящего из системы по обратному трубопроводу 6, учитывается водомером 7 (смотри фиг.1).

В начальный момент теплоснабжения, по прямому трубопроводу 5 всегда движется остывший в трубах теплоноситель, поэтому в термостате 1, основной клапан 15 будет пружиной 16 прижат к седлу 14 основного клапана 15, а байпасный клапан 30, открыт, так как эти оба клапаны напрессованные на одном и том же стакане 17, только на противоположных его сторонах, следовательно, при открытом байпасном клапане 30 теплоноситель может перетекать по обводному каналу 31, а в подклапанную камеру 12 теплоносителю ход перекрыт основным клапаном 15,который находится в закрытом положении. При этом, теплоноситель движется из трубопровода 5, через обводной канал 31 при открытом байпасном клапане 30, а также параллельно через окна 28, в обойме стакана 20, а далее через отверстия 27, в полке 13, подклапанной камеры 12 и выходит снова в тот же трубопровод 5, но в саму подклапанную камеру 12 не попадая. Стало быть, не попадая и на счетное устройство 2, так как закрыт основной клапан 15, значит, холодный теплоноситель, температура которого ниже нормативной, счетным устройством 2 не учитывается. Когда температура теплоносителя начнет подыматься, тогда стакан 17, обтекаемый теплым теплоносителем, также начнет нагреваться и подогретый в нем наполнитель 18, расширяясь, создает давление на торец поршня 22, через посредство резиновой вставки 19, преодолевая усилие пружины 16, стакан 17 начнет подниматься, увлекая за собой, напрессованные на его концах, основной клапан 15 и байпасный клапан 30, до тех пор, пока байпасный клапан 30, закроет полностью обводной канал 31, а основной клапан 15 полностью откроет отверстие 26, в седле 14 основного клапана 15 и теплоноситель через отверстие 26 начнет поступать максимально в подклапанную камеру 12, а далее через выходной патрубок 11, через соединительные трубы 3, через счетное устройство 2, подвергшись в нем учету, сливается снова по соединительной трубе 3 (с другой стороны счетного устройства 2) в прямой трубопровод 5.

Счетное устройство 2 представляет собой тахометрический водомер небольшого размера, учитывающий поток теплоносителя проходящий через подклапанную камеру 12.

Методика определения количества тепловой энергии потребленной теплоснабжающей системой производится следующим образом.

Необходимые конструктивные требования к изготовлению изобретения: в полке 13, подклапанной камеры 12, равномерно по окружности, чтобы обеспечить рассредоточение равномерного потока по сечению его движения, высверливается, например, шесть отверстий 27, расчетной величины, определяемой формулой диафрагмы, и одно (или симметрично более) отверстие 26, в седле 14, которое прикрывается основным клапаном 15. В одно из шести отверстий 27, вставляется концом трубчатый обводной канал 31. Все отверстия 26, 27 и обводной канал 31 должны иметь одинаковое гидравлическое сопротивление, тогда, при полном открытии основного клапана 15, через счетное устройство 2, будет проходить D часть объема, того, что проходит через водомер 7.

Байпасный клапан 30 и обводной канал 31 необходимы, чтобы не нарушалась пропорция потоков в отверстиях 27, когда отверстие 26 будет перекрыто (полностью или частично) основным клапаном 15, так как при положении перекрытия (частичного или полного) отверстия 26, его поток перераспределится на обводной канал 31, ибо байпасный клапан 30 будет открыт на столько, на сколько окажется закрытым основной клапан 15. При этом, начало открытия основного клапана 15 и его полное открытие, должно быть настроено опорно-регулировочным устройством 23 на расчетную зимнюю температуру для конкретного географического пункта, согласно СНИП 11-Г, Т-62. Например, для Москвы она равна -26°С. Тогда, согласно таблице 68, стр.127 (смотри Справочник по КЭС, часть вторая, Воениздат, МО СССР, М. - 1972), начало открытия основного клапана 15, должно быть при t min=33°С, а полное его открытие при t max=95°С.

Обозначим эту величину диапазона действия основного клапана 15 символом «Д», то есть это будет разница начала открытия клапана до его полного открытия:

Д=t max-t min (в нашем примере: 95-33=62),°С;

Величину относительного диапазона к 100% обозначим Д отн=100%/Д это показатель, сколько приходится процентов на один градус диапазона, принятого равным 100%;

Величину общего расхода теплоносителя, проходящего через водомер 7, обозначим символом В общ.; м³;

Величину расхода теплоносителя, проходящего через водомер счетного устройства 2, обоначим В устр.; м³;

Принимая во внимание, что на один градус Д, приходится число процентов, определяемое выражением - Дотн=100%/Д, а расход В устр, при максимальном открытии основного клапана 15, составит - 1/6 В общ, а также то, что количество теплоносителя, проходящего через счетное устройство 2, находится в прямой зависимости от температуры теплоносителя, следовательно, в процентном отношении промежуточный диапазон открытия основного клапана 15 будет равен отношению количества теплоносителя, прошедшедшего через водомер счетного устройства 2, к количеству теплоносителя, пршедшего через основной водомер 7. Тогда алгоритм определения тепловой энергии, поступившей в систему теплоснабжения будет определяться следующим образом: на примере, что показания водомера 7, В общ.=600000 м³, а показания водомера счетного устройства 2, В В устр=100000 м³,

1) Определяем Д, то есть разницу температур t max-t min

Д=95°-33°-62°C

2) Определяем, сколько процентов составляет один градус

Д отн=100/Д

Д отн=100%/62°=1,61

3) Определяем сколько процентов составляет В устр., от 1/6 В общ.

В отн=В устр./¹/₆B общ*100%=6В устр/В общ*100%

В отн=70000/¹/₆600000*100%=70000/100000*100%=70%

4) Определяем сколько составит градусов при полученных процентах В отн=70%,

Из отношения 62°-100% Д расч - 70%, получаем

Д расч=62*70/100=43,4°

Выражаем это формулой Д расч=Д*В расч/100%

Подставляя величины, после математических сокращений получим:

G-В общ*Д*В расч/100%=6Драсч.*Вустр.;

5) Определяем количество теплоты, принесенной общим расходом теплоносителя в теплоснабжающую систему по этой формуле:

G=6Вустр.*Драсч.=л*t 0 С=килокалорий,

При определении расхода теплоэнергии в системе отопления, теплосчетчик 2 устанавливается и на обратном трубопроводе, а далее таким же методом определяется возврат теплоэнергии из системы, которая отнимается от входящей.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения тепловой энергии, подаваемой жидким теплоносителем от котлоагрегатов к отопительным системам и системам горячего водоснабжения зданий коммунального назначения, жилого фонда, школ, детских садов и иных сооружений промышленности. Заявлен термостатно-тахометрический теплосчетчик, имеющий трубопровод, термостат, счетное устройство, соединительные трубки, вентили. В термостате устанавливается полка с отверстиями, уменьшающими поток теплоносителя, поступающий на счетное устройство. Технический результат: уменьшение размера теплосчетчика и увеличение точности его измерения. 2 ил.

Термостатно-тахометрический теплосчетчик, имеющий трубопровод, термостат, счетное устройство, соединительные трубки, вентили, отличающийся тем, что в термостате устанавливается полка с отверстиями, уменьшающими поток теплоносителя, поступающий на счетное устройство, благодаря чему уменьшается размер теплосчетчика и увеличивается точность его измерения.