СПОСОБ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КАСКАДНОЙ СИСТЕМЫ КОТЛОВ Российский патент 2017 года по МПК F24H9/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу для регулирования каскадной системы котлов, а точнее, к способу для регулирования каскадной системы котлов, пригодной для регулирования точного нагрева, с использованием температурного датчика, несмотря на разницу в расходе между стороной котла и стороной загрузки.

Уровень техники

Как правило, каскадная система котлов обладает производительностью котла среднего или крупного размера при соединении множества котлов параллельно. Тогда как способ его контроля является более сложным, чем в случае, когда используется котел среднего или крупного размера, нагрев можно контролировать в соответствии с обстоятельствами, а нагревательная способность может быть повышена согласно необходимости.

В каскадной системе котлов, как правило, используется конфигурация, в которой гидросепаратор обеспечен между стороной котла, с которой множество котлов соединено параллельно, и стороной нагрузки, служащей в качестве внутренней секции трубопровода. Это предусмотрено для предотвращения возникновения явления недостатка расхода для стороны подачи горячей воды, когда расход со стороны котла является более низким, чем необходимый расход со стороны нагрузки, когда лишь некоторые из множества котлов функционируют согласно обстоятельствам.

Гидросепаратор функционирует для смешивания возвращенной воды, возвращенной к стороне котла со стороны нагрузки, с горячей водой, для дополнения расхода для стороны подачи горячей воды, когда расход горячей воды, подаваемой от стороны котла к стороне нагрузки, является низким.

Конфигурация и действие гидросепаратора подробно раскрыты в в Корейском патенте № 10-1172215 (озаглавленном как «Каскадная система, способ для ее регулирования и составляющий ее нагревательный котел»), зарегистрированном 1 августа 2012, г., см. Фиг. 1-3. Способ регулирования, при использовании гидросепаратора согласно материалам, используемым при экспертизе заявки, и проблемы, связанные со способом регулирования, будут описаны следующим образом.

Фиг. 1 представляет собой системное конфигурационное изображение для описания способа для регулирования каскадной системы котлов согласно материалам, используемым при экспертизе заявки.

Обратимся к Фиг. 1, где каскадная система котлов включает в себя первичную сторону 10, к которой множество котлов 11, 12, 13, 14 и 15 подсоединено параллельно, вторичную сторону 20, имеющую нагрузки 21 и 22, и гидросепаратор 30, сконфигурированный для соединения первичной стороны 10 и вторичной стороны 20 и для корректирования расхода для стороны подачи.

При такой конфигурации температура нагрева установлена применительно к температуре подачи воды T3 вторичной стороны, функционируют котлы 13, 14 и 15 первичной стороны 10, а сумма расходов насосов, обеспеченных на котлах 13, 14 и 15, составляет расход F1 первичной стороны 10.

Здесь, тогда как нормальная работа может быть выполнена, если расход F1 для первичной стороны 10 равен расходу F2 вторичной стороны 20, когда расход F1 для первичной стороны 10 является меньшим, чем расход F2 для вторичной стороны 20, дополнительный расход F3 гидросепаратора 30, который является частью расхода воды, возвращенной от вторичной стороны 20 к первичной стороне 10, добавляют к расходу для стороны подачи F1 первичной стороны 10, с получением расхода F2 для вторичной стороны 20 в гидросепараторе 30.

Здесь, поскольку расход F2 для вторичной стороны 20 добавляется за счет подаваемой воды, нагретой котлами 13, 14 и 15 первичной стороны 10, а дополнительный расход F3 возвращаемой воды, имеющей температуру, пониженную за счет прохождения нагрузок 21 и 22 вторичной стороны 20, температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 является более низкой, чем целевая температура Tt.

В этом состоянии, если оно является нормальным, котлы 11 и 12, которые не находятся в эксплуатации, должны функционировать, и процесс определения расхода для стороны подачи снова, как описано выше, повторяется в состоянии, когда котел 12 функционирует, с определением того, равна ли температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 целевой температуре Tt. Тогда как вышеупомянутая процедура определения повторяется для настройки температуры подачи воды T3 вторичной стороны 20, таким образом, чтобы она была контролируемой, до достижения максимального приближения к целевой температуре Tt, данная процедура является продолжительной, что вызывает недовольство потребителей и снижает доверие потребителей в отношении системы котлов.

В дополнение, поскольку первичная сторона 10 имеет большую разность температур между температурой возращенной воды T2 и температурой подачи воды T1, температуру подачи воды T3 для вторичной стороны 20 невозможно легко контролировать в состоянии, при котором работает котел 12, т.е., температура T3 может быть выше, чем целевая температура Tt.

Для решения проблем, притом, что может быть использован способ повышения скорости циркуляции потока для котлов 11 - 15 за счет добавления насоса снаружи, производственные затраты и затраты на техническое обслуживание каскадной системы котлов повышаются.

В дополнение, поскольку согласно уровню техники расходы определяются в соответствующих позициях для управления котлом, для повышения затрат для каскадной системы котлов необходим расходомер 40.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Что касается рассмотрения вышеупомянутых проблем, настоящее изобретение направлено на обеспечение способа для регулирования каскадной системы котлов, способной приводить в соответствие температуры нагрева подаваемой воды к заданной температуре в течение короткого времени, без использования расходомера или внешнего насоса.

В дополнение, настоящее изобретение также направлено на обеспечение способа для регулирования каскадной системы котлов, пригодной для расчета расхода, требуемого для контроля и снижения затрат, с использованием датчика температуры, без использования достаточно дорогого расходомера.

Решение проблемы

Для решения проблемы в настоящем изобретении обеспечен способ для регулирования каскадной системы котлов, включающей в себя первичную сторону, включающей в себя множество котлов, вторичную сторону, включающую в себя нагрузку, и гидросепаратор, расположенный между первичной стороной и вторичной стороной для корректирования расхода, причем способ включает в себя: a) эксплуатацию множества котлов, установленных в исходном рабочем состоянии; b) определение температуры подачи воды и температуры возращенной воды первичной стороны гидросепаратора, а также температуры подачи воды и температуры возращенной воды, вторичной стороны, и расчет расхода, откорректированного гидросепаратором, с использованием определенных температур; c) расчет заданной температуры, служащей в качестве температуры подачи воды первичной стороны, которая пригодна для поддержания температуры подачи воды вторичной стороны, когда температура подачи воды вторичной стороны находится в рамках заданного диапазона целевой температуры при поддержании исходного рабочего состояния; и d) расчет множества котлов, которое пригодно для поддержания рассчитанной заданной температуры, и регулирование работы котлов в соответствии с их количеством.

Предпочтительные эффекты изобретения

Согласно способу для регулирования каскадной системы котлов по настоящему изобретению все котлы, включенные в систему, могут функционировать для быстрого достижения целевой температуры в начале работы, и, таким образом, удовлетворенность потребителей может быть повышена.

В дополнение, поскольку температуры на впускном отверстии и на выпускном отверстии гидросепаратора определяют, и расход рассчитывают с использованием определенных температур, затраты могут быть снижены по сравнению с системой согласно уровню техники, с использованием расходомера.

В дополнение, поскольку множество котлов, которые находятся в работе для поддержания заданной температуры, рассчитываемой для контроля работы котла, множество работающих котлов может быть установлено на уровне, требуемом для оптимальной работы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой системное конфигурационное изображение для описания способа для регулирования каскадной системы котлов согласно уровню техники.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему контроля каскадной системы котлов согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 3-5 представляют собой изображения, показывающие соотношение между расходом и температурой для описания состояние контроля согласно настоящему изобретению.

Список ссылочных обозначений

1: первый датчик температуры

2: второй датчик температуры

3: третий датчик температуры

4: четвертый датчик температуры

10: первичная сторона

11, 12, 13, 14, 15: котел

20: вторичная сторона

21, 22: нагрузка

30: гидросепаратор

Описание вариантов воплощения

Здесь далее, способ для регулирования каскадной системы котлов согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую способ для регулирования каскадной системы котлов согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения, а Фиг. 3-5 представляют собой изображения, показывающие соотношение между расходом и температурой для описания состояния контроля согласно настоящему изобретению.

Обратимся к Фиг. 2-5, где способ для регулирования каскадной системы котлов согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения включает в себя эксплуатацию множества котлов, которые установлены для исходной работы среди множества котлов 11-15, до достижения заданной температуры (S10), расчета расхода F3 гидросепаратора 30, который представляет собой разность между расходом F2 для вторичной стороны 20 и расходом для F1 первичной стороны, с использованием температуры, определенной первым - четвертым датчиками температуры 1, 2, 3 и 4, сконфигурированными для определения температуры впускного отверстия и выпускного отверстия гидросепаратора 30 (S20), с определением того, приближается ли температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 к целевой температуре Tt, и возвращение к S10, когда температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 не приближается к целевой температуре Tt (S30), расчет заданной температуры T1_n для первичной стороны 10, которая представляет собой новую температуру подачи воды, пригодную для поддержания температуры подачи воды T3 для вторичной стороны 20, когда температура подачи воды T3 для вторичной стороны приближается к целевой температуре Tt, в результате определения S30 (S40), расчет множества котлов, для поддержания заданной температуры T1_n, что позволяет рассчитывать температуру подачи воды первичной стороны 10 (S50), эксплуатацию множества котлов, соответствующих множеству котлов, рассчитанных в S50 (S60), определение того, возникло ли событие изменения рабочего режима (S70), изменение рабочего режима котла согласно состоянию события, при возникновении события (S80), и возвращение к S20, когда рабочие настройки меняются потребителем в результате подтверждения (S90).

Здесь далее будет описана конкретная конфигурация и действие способа для регулирования каскадной системы котлов согласно примерному варианту воплощения настоящего изобретения, имеющего вышеупомянутую конфигурацию.

Первый этап - S10 относится к исходному рабочему состоянию, а множество котлов, установленных для исходной работы среди множества котлов 11-15, функционируют при заданной температуре.

Поскольку потребители хотят нагревать пространство для целевой температуры в течение короткого времени, насколько возможно скоро, каждый из котлов 11-15, обеспеченных на первичной стороне 10 всей каскадной системы котлов, может функционировать до достижения максимальной температуры на этапе S10. Такое исходное рабочее состояние может быть изменено в соответствии с полевыми условиями или требованиями потребителя.

Затем, на этапе S20, дополнительный расход F3 гидросепаратора 30 рассчитывают с использованием температур T1, T2, T3 и T4, определенных первым - четвертым датчиками температуры 1, 2, 3 и 4.

Здесь, расчет дополнительного расхода F3 гидросепаратора 30 позволяет определять направленность дополнительного расхода F3 гидросепаратора 30, а также расход F1 первичной стороны 10 и расход F2 вторичной стороны 20 путем сопоставления температуры подачи воды T1 первичной стороны 10, определенной первым датчиком температуры 1, и температуры подачи воды T3 вторичной стороны 20, определенной третьим датчиком температуры 3.

Обратимся к Фиг. 4, где будет учтено, что случай, в котором температура подачи воды T1 первичной стороны 10, определенная первым датчиком температуры 1, равна температуре подачи воды T3 вторичной стороны 20, определенной третьим датчиком температуры 3, является случаем, в котором расход F1 первичной стороны 10 равен расходу F2 вторичной стороны 20, или расход F1 первичной стороны 10 является большим, чем расход F2 вторичной стороны 20, и в то же время расход F1 первичной стороны 10 представлен в виде суммы расхода F2 вторичной стороны 20 и расхода F3 гидросепаратора 30.

Как показано на Фиг. 4, следующее Уравнение 1 может позволить рассчитывать расход F3 гидросепаратора 30, когда расход F1 для первичной стороны 10 больше, чем расход F2 для вторичной стороны 20. Однако, когда расход F1 для первичной стороны 10 велик, как было описано выше, не возникает никакой проблемы контроля, поскольку температура подачи воды T1 первичной стороны 10 равна температуре подачи воды T3 вторичной стороны 20.

<Уравнение 1>

F3=(F2×(T2-T4))÷(T1-T2)

Обратимся к Фиг. 5, где, в отличие от случая согласно Фиг. 4, следует учитывать, что расход F2 для вторичной стороны 20 будет больше, чем расход F1 для первичной стороны 10, когда температура подачи воды T1 для первичной стороны 10, определенная первым датчиком температуры 1, будет больше, чем температура подачи воды T3 для вторичной стороны 20, определенная третьим датчиком температуры 3.

Поэтому расход F3, имеющий температуру возращенной воды T4 для вторичной стороны 20, определенную четвертым датчиком температуры 4, добавляется к расходу F1, имеющему температуру подачи воды T1 для первичной стороны 10, с получением температуры подачи воды T3 и расхода F2 вторичной стороны 20. Температура возращенной воды T4 для вторичной стороны 20 является температурой более низкой, чем температуры подачи воды T1 и T3, и возвращенную воду вторичной стороны 20 вводят в гидросепаратор 30, а затем добавляют к расходу F1 подаваемой воды первичной стороны 10, с получением температуры подачи воды T3 вторичной стороны 20, имеющей более низкую температуру.

В случае Фиг. 5 расход F3 гидросепаратора 30 может быть рассчитан из следующего Уравнения 2.

<Уравнение 2>

F3=(F1×(T1-T3))÷(T3-T4)

Из Уравнения 2 следует учитывать, что расход F3 гидросепаратора 30 представляет собой значение, полученное путем деления разности между температурой подачи воды T1 для первичной стороны 10 и температурой подачи воды T3 для вторичной стороны 20 на разность между температурой подачи воды T3 для вторичной стороны 20 и температурой возращенной воды T4, и перемножения результата деления и расхода F1 для первичной стороны. Здесь, поскольку расход F1 для первичной стороны равен сумме производительностей насосов котла 11-15, которые работают в данный момент, может быть рассчитан расход F3 гидросепаратора 30.

Как было описано выше, тогда как нет никакой сложности в управлении каскадной системы котлов, когда расход первичной стороны 10 больше, как показано на Фиг. 4, когда расход F1 для первичной стороны 10 меньше, чем расход F2 для вторичной стороны 20, как показано на Фиг. 5, возникает разность между температурой подачи воды T1 первичной стороны 10 и температурой подачи воды T3 вторичной стороны 20, которая вызывает сложность в контроле.

Расход F3 гидросепаратора 30 периодически рассчитывают и в следующем описании применяют расход F3, который рассчитывают позднее.

Затем, на этапе S30 определяют, приближается ли температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 к целевой температуре Tt. Здесь приближение обеспечено согласно настройке системы, и оно может быть установлено согласно такой необходимости, чтобы диапазон разности между температурой подачи воды T3 и целевой температуры Tt составлял, например, ±1°C. Конечно, приближение включает в себя случай, когда температура подачи воды T3 вторичной стороны равна целевой температуре Tt. Здесь, целевая температура Tt представляет собой температуру нагрева, заданную потребителем.

Когда температура не находится в указанном диапазоне, поддерживается рабочее состояние S10, и когда определяют, что температура приближается к диапазону, это означает, что множество рабочих котлов 11-15 следует отрегулировать таким образом, чтобы температура подачи воды T3 вторичной стороны 20 была поддержана при целевой температуре Tt, за счет доведения температуры до заданной температуры T1_n, которая представляет собой новую температуру подачи воды, отличную от текущей температуры подачи воды T1 первичной стороны 10.

Далее, на этапе S40 рассчитывают заданную температуру T1_n, установленную в качестве новой температуры подачи воды T1 первичной стороны 10.

Здесь, заданная температура T1_n может быть рассчитана по следующему Уравнению 3 с использованием недавно рассчитанного расхода F3 гидросепаратора 30.

<Уравнение 3>

T1_n=T3+((F3÷F1)×(T3-T4))

заданная температура T1_n представляет собой новую температуру подачи воды первичной стороны 10, а расход F2 для вторичной стороны 20 определяют путем добавления расхода F3 гидросепаратора 30 к расходу F1 для первичной стороны 10. Здесь, температура подачи воды, повышенная гидросепаратором 30, равна температуре возращенной воды T4 для вторичной стороны 20. Следовательно, заданная температура T1_n может быть рассчитана путем перемножения отношения расхода F3 гидросепаратора 30 к расходу F1 для первичной стороны 10 и разности между температурой подачи воды T3 для вторичной стороны 20 и температурой возращенной воды T4, и сложения результата умножения и температуры подачи воды T3 вторичной стороны 20.

Затем, на этапе S50, множество котлов 11-15, которые должны функционировать, рассчитывают согласно рассчитанной заданной температуре T1_n. Множество котлов, которые должны функционировать, могут быть рассчитаны путем замены расхода для каждого из котлов и множества (N) котлов, сконфигурированных для расхода для стороны подачи, на расход F1 для первичной стороны 10 согласно Уравнению 3.

То есть, расход F1 первичной стороны согласно Уравнению 3 представляет собой значение, полученное путем перемножения расхода одного котла и множества (N) котлов, которые должны функционировать. Расход одного котла является постоянным, а множество (N) котлов, которые должны функционировать, может быть рассчитано с использованием Уравнения 3.

Далее, на этапе S60, работу котлов 11-15 контролируют согласно рассчитанному множеству (N) котлов. Когда множество (N) котлов, которые должны функционировать, равно 3, эксплуатацию котлов 11 и 12 прекращают, и рабочее состояние котла 13, 14 и 15 поддерживают.

Далее, на этапе S70, определяют, возникает ли в ходе этапа S60 событие, связанное с изменением рабочего режима. Здесь, как предполагалось, даже когда котлы 13, 14 и 15, которые работают в данный момент, работают при максимальной загрузке, температура может быть меньше, чем заданная температура T1_n (событие A), или даже когда котлы 13, 14 и 15 работают при минимальной загрузке, температура может превышать заданную температуру T1_n (событие B).

В случае события A, котел 12 должен дополнительно функционировать для решения проблемы, а в случае события B, работа котла 13 должна быть остановлена. Однако такое событие является единовременным событием, и изменение рабочего состояния не является предпочтительным, когда событие поддерживается в течение короткого времени. В дополнение, когда событие A и событие B продолжаются в течение времени, заданного установленным множеством или более, рабочее состояние котла может быть изменено.

Следовательно, изменение рабочего состояния из-за временной причины, такой как ошибка при определении температуры, может быть предотвращено для обеспечения более стабильной работы.

Далее, на этапе S80, контроль возрастающего или уменьшающегося множества котлов, которые функционируют, выполняют согласно полученному событию.

Далее, на этапе S90, определяют, изменил ли потребитель настройки, такие как изменение целевой температуры Tt, и этап S20 выполняют снова, когда выясняется, что настройки были изменены, а если настройки не были изменены, то поддерживают текущее состояние.

Как было описано выше, работу каскадной системы котлов согласно настоящему изобретению можно регулировать путем расчета расхода с использованием температуры горячей воды или возвращенной воды, введенной или выпущенной из гидросепаратора 30, без использования дорогостоящего расходомера.

В дополнение, множество котлов, которые исходно функционируют, может быть определено, благодаря управлению упреждающего типа, а затем для облегчения быстрого контроля может быть использован способ корректирования ошибки, с использованием способа обратной связи.

Вышеприведенное описание, относящееся к примерному варианту воплощения изобретения, предназначено в качестве иллюстративного, и его не следует рассматривать как ограничивающее изобретение. Настоящее изобретение может быть легко применено для других типов устройств и приборов. Многие альтернативные варианты, модификации и видоизменения в рамках объема и сущности настоящего изобретения должны быть ясны специалистам в данной области техники.

Промышленное применение

Поскольку все котлы, включенные в систему, могут функционировать для более быстрого достижения целевой температуры при исходной работе, удовлетворенность потребителей может быть повышена.

Обеспечен способ для регулирования каскадной системы котлов. Способ включает в себя a) эксплуатацию множества котлов, установленных в исходном рабочем состоянии, b) определение температуры подачи воды и температуры возращенной воды первичной стороны гидросепаратора, а также температуры подачи воды и температуры возращенной воды вторичной стороны, и расчет расхода, откорректированного гидросепаратором с использованием определенных температур, c) расчет заданной температуры, служащей в качестве температуры подачи воды первичной стороны, которая пригодна для поддержания температуры подачи воды вторичной стороны, когда температура подачи воды вторичной стороны находится в рамках заданного диапазона целевой температуры, при поддержании исходного рабочего состояния, и d) расчет множества котлов, которое пригодно для поддержания рассчитанной заданной температуры, и регулирование работы котлов в соответствии с их количеством. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для регулирования каскадной системы котлов, содержащей первичную сторону, включающую в себя множество котлов, вторичную сторону, включающую в себя нагрузку, и гидросепаратор, расположенный между первичной стороной и вторичной стороной, для корректирования расхода, причем способ содержит:

a) эксплуатацию множества котлов, установленных в исходном рабочем состоянии;

b) определение температуры подачи воды и температуры возращенной воды первичной стороны гидросепаратора и температуры подачи воды и температуры возращенной воды вторичной стороны, и расчет расхода, откорректированного гидросепаратором, с использованием определенных температур;

c) расчет заданной температуры, служащей в качестве температуры подачи воды первичной стороны, которая выполнена с возможностью поддержания температуры подачи воды вторичной стороны, когда температура подачи воды вторичной стороны находится в рамках заданного диапазона целевой температуры, при поддержании исходного рабочего состояния; и

d) расчет множества котлов, которые выполнены с возможностью поддержания рассчитанной заданной температуры, и регулирование работы котлов в соответствии с их количеством.

2. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п.1, в которой после d) определяют, происходит ли событие изменения рабочего режима, и когда событие происходит, множество котлов, которые функционируют, регулируют в соответствии с типом события.

3. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п.1 или 2, в которой в a) все котлы из множества котлов работают на снижении времени, за которое температура подачи воды вторичной стороны достигает целевой температуры.

4. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п.1 или 2, в которой дополнительный расход гидросепаратора, рассчитанный в b), рассчитывают по следующему Уравнению 2,

Уравнение 2

F3=(F1×(T1-T3))÷(T3-T4),

в котором F3 - дополнительный расход гидросепаратора, T1 - температура подачи воды первичной стороны, T3 - температура подачи воды вторичной стороны, T4 - температура возращенной воды вторичной стороны, и F1 - расход первичной стороны, который представляет собой сумму производительностей насосов котлов.

5. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п.1 или 2, в которой заданную температуру, рассчитанную в c), рассчитывают по следующему Уравнению 3,

Уравнение 3

T1n=T3+((F3÷F1)×(T3-T4)),

в котором T1_n - заданная температура, T3 - температура подачи воды вторичной стороны, F1 - расход первичной стороны, F3 - дополнительный расход гидросепаратора, а T4 - температура возращенной воды вторичной стороны, которая равна дополнительной температуре воды гидросепаратора.

6. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п. 5, в которой в d) множество котлов, функционирующих для поддержания заданной температуры, служащей в качестве температуры подачи воды первичной стороны, рассчитывают путем подстановки значения, полученного путем перемножения расхода одного котла, который является постоянным, и множества котлов, которые работают с расходом F1 из Уравнения 3.

7. Способ для регулирования каскадной системы котлов по п. 2, в которой, как оказалось, сумма максимальных производительностей котлов, которые работают в данный момент, меньше, чем заданная температура, или сумма минимальных производительностей котлов, которые работают в данный момент, больше, чем заданная температура.