СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ БАЛАНСИРОВАНИЯ ГРУППЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В СИСТЕМЕ ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2018 года по МПК F24D19/10 

Настоящее изобретение относится к способу и устройствам для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды. Настоящее изобретение относится, в частности, к способу и устройствам для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды, в которой каждый потребитель снабжен моторизованным регулировочным клапаном для регулирования потока через потребителя.

Системы транспортировки текучей среды, как правило, включают в себя множество потребителей, т.е. параллельные ветви или линии, через которые транспортируется жидкая или газообразная текучая среда, например, для распределения тепловой энергии. Потребители, как правило, выполнены по-разному, то есть они имеют разные диаметры и/или длины транспортных магистралей, например трубопроводов, и имеют различные, например, варьирующиеся расходы или объемные потоки. Для того, чтобы обеспечить уравновешенное или сбалансированное распределение текучей среды к потребителям в таких системах транспортировки текучей среды, каждый из потребителей снабжается органом выравнивания или балансирования, например регулируемым исполнительным звеном, в частности клапаном, который может устанавливать поток через соответствующего потребителя с различными степенями открытия или положениями клапана.

В DE 69706458 описан способ балансирования сети для распределения несжимаемой жидкости, в котором для каждой ветви установлены две точки подключения давления на обеих сторонах органа балансирования и дополнительная, находящаяся на расстоянии от них третья точка подключения давления. Во всех ветвях выполняются измерения потока посредством измерения разности давлений на обеих сторонах соответствующего органа балансирования и измерения разности давлений посредством третьей точки подключения давления. На основании этих измеренных значений коэффициенты гидравлического сопротивления всех ветвей и участков пересчитываются на основную линию. Наконец, зная заданный поток в каждой ветви и применяя определенные коэффициенты сопротивления, вычисляются и устанавливаются положения регулировки каждого органа балансирования. Процедура балансирования требует на каждый орган балансирования несколько точек подключения давления и не рассчитана на динамическое балансирование в системе транспортировки текучей среды.

Задачей настоящего изобретения является предложить устройство и способ балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды, которые не имеют, по меньшей мере, некоторых недостатков предшествующего уровня техники. В частности, задачей настоящего изобретения является предложить устройство и способ балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды, которые приспособлены для динамической балансирования системы транспортировки текучей среды и не требуют отдельных датчиков для определения потока на каждом потребителе.

В соответствии с настоящим изобретением эти задачи решаются с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и описания.

Вышеуказанные задачи решаются с помощью настоящего изобретения, в частности, за счет того, что для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды, в которой каждый потребитель снабжен моторизованным регулировочным клапаном для регулирования потока через потребителя, сохраняются характеристические данные для потребителей, которые для заданных потоков через соответственно одного из потребителей при постоянном давлении в системе транспортировки текучей среды определяют положение для соответствующего регулировочного клапана. С помощью общего датчика потока определяется действительный общий поток через группу потребителей. На основе действительного общего потока и суммы заданных потоков через потребителей определяется коэффициент балансирования. Динамическое балансирование потребителей осуществляется путем установки положений клапанов для соответствующих регулировочных клапанов на основе характеристических данных и заданных потоков, масштабированных коэффициентом балансирования.

Соответственно, устройство для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды содержит модуль характеристических данных, который выполнен с возможностью сохранения характеристических данных для потребителей, и модуль балансирования, который выполнен с возможностью определения коэффициента балансирования на основании действительного общего потока и суммы заданных потоков через потребителей, и выполнения динамического балансирования потребителей путем установки положений клапанов для соответствующих регулировочных клапанов на основе характеристических данных и заданных потоков, масштабированных коэффициентом балансирования.

Путем балансирования потребителей на основе действительного общего потока и суммы заданных потоков обеспечивается возможность автоматического и динамического балансирования системы транспортировки текучей среды, которая обходится одним единственным общим датчиком потока для измерения общего потока через группу потребителей, не требуя, чтобы несколько отдельных датчиков потока или соответственно точек подключения давления предусматривались в регулировочных клапанах отдельных потребителей.

Предпочтительно характеристические данные для потребителей регистрируются путем измерений потока через потребителей в различных положениях клапана регулировочных клапанов с помощью общего датчика потока, действительное давление в системе транспортировки текучей среды вычисляется на основе измерений и характеристические данные для потребителей на основе действительного давления в системе транспортировки текучей среды нормируются постоянным давлением в системе транспортировки текучей среды.

Соответственно, модуль характеристических данных выполнен с возможностью регистрации характеристических данных для потребителей посредством измерений потока через потребителей в различных положениях регулировочных клапанов посредством общего датчика потока, вычисления действительного давления в системе транспортировки текучей среды на основе измерений и нормировки характеристических данных для потребителей на основе действительного давления в системе транспортировки текучей среды постоянным давлением в системе транспортировки текучей среды.

Путем нормировки характеристических данных для постоянного давления в системе транспортировки текучей среды характеристические данные могут применяться также при изменениях давления во время измерения и регистрации характеристических данных без значительных искажений для балансирования потребителей при работе системы транспортировки текучей среды.

Нормировка характеристических данных для потребителей предпочтительно осуществляется путем масштабирования измеренного потока через соответствующего потребителя на основе действительного давления в системе транспортировки текучей среды. Соответственно, модуль характеристических данных выполнен с возможностью нормировать характеристические данные для потребителей путем масштабирования измеренного потока через соответствующего из потребителей на основе действительного давления в системе транспортировки текучей среды.

В одном варианте осуществления действительное давление в системе транспортировки текучей среды рассчитывается на основе линейной характеристики насоса по меньшей мере для одной линии с несколькими потребителями. Соответственно, модуль характеристических данных выполнен с возможностью вычисления действительного давления в системе транспортировки текучей среды на основе линейной характеристики насоса по меньшей мере для одной линии с несколькими потребителями.

В одном варианте осуществления характеристические данные для потребителей группы регистрируются таким образом, что регулировочные клапаны для первой части потребителей устанавливаются в положение запирания и поток через вторую часть потребителей измеряется в различных положениях клапанов с помощью общего датчика потока. Например, характеристические данные для каждого потребителя группы регистрируются таким образом, что регулировочные клапаны для других потребителей группы устанавливаются в положение запирания и поток через одного из потребителей в различных положениях клапана измеряется общим датчиком потока.

Соответственно, модуль характеристических данных выполнен с возможностью регистрации характеристических данных таким образом, что он устанавливает регулировочные клапаны для первой части потребителей в положение запирания и измеряет с помощью общего датчика потока поток через вторую часть потребителей при различных положениях клапана. Модуль характеристических данных выполнен, например, так, чтобы регистрировать характеристические данные для потребителя группы, соответственно так, что он устанавливает регулировочные клапаны для других потребителей группы в положение запирания и посредством общего датчика потока измеряет поток через одного из потребителей при различных положениях клапана.

Определение характеристических данных потребителей или, соответственно, регулировочных клапанов посредством последовательного измерения отдельного потребителя или, соответственно, регулировочного клапана группы при закрытых регулировочных клапанах остальных потребителей группы обеспечивает возможность особенно простого и эффективного определения. Одновременное измерение нескольких потребителей или, соответственно, регулировочных клапанов группы при закрытых регулировочных клапанах остальных потребителей группы, например попарное измерение, позволяет более точно определить, когда поток посредством одновременного открытия нескольких регулировочных клапанов более благоприятным образом приводится в рабочий диапазон применяемого датчика потока.

В одном варианте осуществления коэффициент балансирования определяется периодически и периодически осуществляется динамическое балансирование потребителей. Соответственно, модуль балансирования выполнен так, чтобы периодически определять коэффициент балансирования и периодически выполнять динамическое балансирование потребителей.

Периодическое определение коэффициента балансирования и периодическое выполнение динамического балансирования позволяют автоматически, динамически и непрерывно балансировать систему транспортировки текучей среды или, соответственно, потребителей и адаптировать к изменяющимся условиям системы или, соответственно, к требованиям потребителей.

В дополнение к способу и устройству для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему компьютерный программный код для управления одним или более процессорами в устройстве так, что устройство осуществляет способ балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды, в частности к компьютерному программному продукту со считываемым компьютером, осязаемым, энергонезависимым носителем хранения данных, на котором сохранен компьютерный программный код.

Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в качестве примера. Пример варианта осуществления иллюстрируется следующими прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 - блок-схема, которая схематично иллюстрирует систему транспортировки текучей среды с группой потребителей и устройством для динамического балансирования потребителей.

Фиг.2 - блок-схема, которая схематично иллюстрирует систему транспортировки текучей среды для газообразной текучей среды с группой потребителей и устройством для динамического балансирования потребителей.

Фиг.3 - блок-схема, которая иллюстрирует последовательность этапов для динамического балансирования системы транспортировки текучей среды с группой потребителей.

Фиг.4 - график, который иллюстрирует регулировку положения клапана при изменениях давления в системе транспортировки текучей среды, основываясь на характеристических данных клапана и коэффициенте балансирования.

Фиг.5 - пример сценария с двумя регулировочными клапанами и потоком через регулировочные клапаны в зависимости от давления в системе транспортировки текучей среды при различных положениях клапана.

Фиг.6 - другой пример сценария с двумя регулировочными клапанами и потоком через регулировочные клапаны в зависимости от давления в системе транспортировки текучей среды при различных положениях клапанов.

На фиг.1 и 2 ссылочные позиции 5 и 5' относятся к системе транспортировки текучей среды с группой из нескольких потребителей V1, V2, V3, Vi, например, HLK- (отопления, вентиляции и охлаждения), или соответственно HVAC- (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) системам 5, 5' транспортировки текучей среды. Как схематично показано на фиг.1 и 2, каждая из систем 5, 5' транспортировки текучей среды содержит, соответственно, рабочую машину 3 для транспортировки текучей среды в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды, в частности один или более насосов для подачи жидкостей, например воды, или один или более вентиляторов для подачи газообразных текучих сред, например воздуха.

На фиг.1 представлен замкнутый контур системы 5 транспортировки текучей среды с подающей линией (подводом) 51 и обратной линией 52, например трубопроводами. Потребители V1, V2, V3, Vi включают, например, одно или несколько устройств для обмена тепловой энергией, в частности теплообменники для нагрева или охлаждения, например, радиаторы, панельное отопление в полу или системы охлаждения, или так называемые холодильные машины.

Как показано на фиг.1 и 2, каждый из потребителей V1, V2, V3, Vi имеет сопряженный регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii для регулирования потока к потребителю V1, V2, V3, Vi или через него. Каждый из регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii расположен в подводе (подающей линии 51) или в отводе (обратной линии 52) потребителей V1, V2, V3, Vi. Каждый регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii содержит управляемый электрический двигатель M, который приводит в действие соответствующий регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii и регулирует открытие и, следовательно, поток (расход) или объемный поток регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii путем соответствующей установки дроссельной заслонки, например клапанной заслонки.

Ссылочной позицией 30 обозначена система управления верхнего уровня, которая, например, формирует индивидуальные номинальные значения для потоков Ft_i ("целевой поток") через регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii.

Как можно видеть на фиг.1 и 2, система 5, 5' транспортировки текучей среды содержит датчик 4 потока для измерения общего потока или общего объемного потока Fc_total ("действительный общий поток") через группу потребителей V1, V2, V3, Vi. Датчик 4 потока предпочтительно расположен в отводе, но он также может быть расположен в подводе.

Система 5' транспортировки текучей среды, показанная на фиг.2, выполнена с возможностью транспортировки газообразных текучих сред, причем потребители V1, V2, V3, Vi представляют собой, например, жилые помещения, в которые регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii подводят приточный воздух или из которых клапаны V11, V22, V33, Vii отводят отходящий воздух. Регулируемым посредством регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii потокам текучей среды или воздуха предшествует общий моторизованный дроссельный клапан V’ и звукоизоляция 7.

На фиг.1 и 2 ссылочная позиция 1 относится к устройству балансирования для балансирования группы потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно системы 5, 5' транспортировки текучей среды. Как схематично показано на фиг.1 и 2, устройство 1 балансирования включает в себя несколько функциональных модулей, в частности модуль 11 характеристических данных и модуль 12 балансирования. Функциональные модули предпочтительно являются запрограммированными программными модулями для управления одним или более процессорами устройства 1 балансирования. Функциональные модули сохранены на считываемом компьютером носителе, который неразъемно или с возможностью съема соединен с устройством 1 балансирования. Специалисту, однако, понятно, что функциональные модули могут быть реализованы в других вариантах осуществления частично или полностью компонентами аппаратных средств.

Для управления регулировочными клапанами V11, V22, V33, Vii или их двигателями М устройство 1 балансирования соединено с ними через управляющие линии или управляющую шину 54. Для регистрации действительного общего потока или общего объемного потока Fc_total через группу потребителей V1, V2, V3, Vi устройство 1 балансирования соединено через измерительную линию или шину 53 данных с датчиком 4 потока. Для приема управляющих сигналов и/или управляющих параметров, особенно заданных значений для индивидуальных потоков Ft_i через регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii, устройство 1 балансирования соединено через линию данных или шину 55 данных с системой 30 управления. Наконец, регулировочное устройство 1 балансирования также соединено через управляющую линию или управляющую шину 56 с дроссельным клапаном V’.

В следующих разделах со ссылкой на фиг.3 описаны функции модуля 11 характеристических данных и модуля 12 балансирования, а также возможные последовательности этапов для динамического балансирования системы 5, 5’ транспортировки текучей среды.

На подготовительном и опциональном этапе S1 модуль 11 характеристических данных регистрирует для потребителей VI, V2, V3, Vi или для сопряженных регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii характеристические данные, которые соответственно при постоянном давлении в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды для заданных потоков через соответствующего потребителя V1, V2, V3, Vi или через сопряженный регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii определяют положение соответствующего регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii. Кривая fh на фиг.4 иллюстрирует, например, для определенного регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii или соответствующего потребителя V1, V2, V3, Vi положение Н клапана, которое должно быть установлено, чтобы добиться заданного потока (расхода) или объемного потока F внутри диапазона F=0 при закрытом положении и F=F_max при максимально открытом положении H_max. С другой стороны, на основе кривой fh также может определяться поток (расход) или объемный поток F через соответствующего потребителя V1, V2, V3, Vi или соответствующий регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii, который достигается при определенном положении Н регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii (номинальный поток в соответствующем положении клапана).

Модуль 11 характеристических данных регистрирует характеристические данные благодаря тому, что, исходя из ситуации запирания, в которой вся группа регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii заперта, регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii индивидуально друг за другом переводятся в состояние пропускания. Измерения выполняются при постоянном, но неизвестном начальном давлении ΔР₀ в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды. При измерении регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii при постоянном начальном давлении ΔР₀ в разных положениях Н клапана измеряется полученный поток F через регулировочный клапан V11, V22, V33, Vii, и соответствующее положение Н клапана сохраняется (номинальный поток на каждое положение клапана). При этом, например, для измеряемого регулировочного клапана i положение Н клапана, исходя из запертого положения Н₀, поэтапно открывается, таким образом устанавливается более высокое положение Н клапана, и для каждого положения Н_i регулировочного клапана i регистрируется измеряемый датчиком 4 потока действительный поток или объемный поток F_i, который, ввиду закрытого положения других регулировочных клапанов, соответствует потоку или объемному потоку F_i измеряемого регулировочного клапана i.

В одном варианте осуществления, например, если поток только через один из регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii находится не в оптимальном рабочем диапазоне датчика 4 потока, регистрация характеристических данных осуществляется посредством измерения одновременно более чем одного из регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii, например, путем одновременного попарного измерения каждого из двух регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii. При этом одновременно измеряемые регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii предпочтительно измеряются при одинаковом процентном открытии. На основе характеристических данных, которые одновременно регистрировались для нескольких регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii, посредством арифметических операций отдельные характеристические данные (номинальный поток на каждое положение клапана) рассчитываются для отдельных регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii.

Чтобы компенсировать изменение давления в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды во время измерения, характеристические данные нормируются постоянным начальным давлением ΔР₀. Поток F_i в потребителе Vi пропорционален корню давления ΔР в потребителе Vi или в соответствующей группе (линии) потребителей V1, V2, V3, Vi или сопряженных регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii: . Нормировка характеристических данных, таким образом, осуществляется путем расчета номинального потока Fn_i на каждое положение Hi клапана посредством масштабирования ненормированного номинального потока Fn’_i на основе фактического давления ΔР во время измерения. Фактическое давление ΔP во время измерения вычисляется на основе нескольких измерений (с помощью датчика 4 потока) потока через один или несколько регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii при различных положениях клапана.

Например, при линейной характеристике с насоса в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды или в линии или группе измеряемых потребителей V1, V2, V3, Vi или сопряженных регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii справедливо уравнение:

(1)

Посредством зависимости давления ΔP и потока F_j при обозначенной посредством значения k_j параметра установки j потребителей V1, V2, V3, Vi или сопряженных регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii, таким образом, следует:

(2)

На основе множества измерений потока F_j посредством одного или более регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii при различных положениях j клапана, которые будут объяснены со ссылкой на фиг.5 и 6 в качестве примера, вычисляются значения для ΔР₀, с, k_j и, наконец, ΔР для нормировки зарегистрированных характеристических данных. Действительное давление ΔР может, таким образом, определяться без применения датчика давления.

Фиг.5 иллюстрирует пример сценария с двумя регулировочными клапанами, в котором представлено значение давления ΔР в зависимости от расхода F при различных положениях j клапана, причем A1, A2 обозначают различные положения клапана первого регулировочного клапана при закрытом втором регулировочном клапане, B - открытое положение клапана второго регулировочного клапана при закрытом первом клапане, и В+А1 или В+A2 обозначают положения A1, A2 первого клапана при одновременном положении B второго регулировочного клапана. Ссылочная позиция ср1 относится к линейной характеристике насоса (или рабочей машины 3) системы 5, 5' транспортировки текучей среды для всех положений A1, A2, B, А1+B, A2+B клапанов, в которых измерения могут быть включены в расчет значения давления ΔР посредством уравнения (2).

Фиг.6 иллюстрирует еще один пример с двумя регулировочными клапанами, в котором значение давления ΔΡ зависит от потока F при различных положениях j клапана, причем A1, A2 обозначают различные положения первого регулировочного клапана при закрытом втором регулировочном клапане, B1 и B2 - открытое положение второго регулировочного клапана при закрытом первом клапане, и В1+A1, B1+A2 или В2+А1 обозначают положения A1, А2 первого клапана при одновременном положении В1, В2 второго регулировочного клапана соответственно. Ссылочная позиция ср2 относится к линейной характеристике насоса (или рабочей машины 3) системы 5, 5' транспортировки текучей среды для положений B1, B2, B1+А1, В1+А2 и В2+A1, в которых измерения могут быть включены в расчет значения давления ΔР посредством уравнения (2).

На подготовительном этапе S2 сохраняются нормированные характеристические данные для регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii. Вместо динамической регистрации характеристических данных на опциональном этапе S1, в альтернативном варианте осуществления известные характеристические данные регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii, например, из таблицы параметров, регистрируются и сохраняются. С характеристическими данными соответственно также сохраняются номинальный поток, идентификация и/или обозначение типа соответствующего потребителя V1, V2, V3, Vi или регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii.

На этапе S0 в системе 30 управления определяются индивидуальные заданные потоки Ft_i для регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii, например, на основе действительных значений датчиков и/или требований пользователей.

При запуске (пуске в эксплуатацию) системы 5, 5’ транспортировки текучей среды или когда обнаруживается изменение заданного потока Ft_i, на этапе S4 запускается и активируется этап S3 для динамического балансирования системы 5, 5’ транспортировки текучей среды или потребителей V1, V2, V3, Vi.

На этапе S31 модуль 12 балансирования устанавливает положения клапанов потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii на основе заданных потоков Ft_i для отдельных потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii. Для заданных потоков Ft_i устанавливаются положения клапанов потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii для постоянного, но неизвестного начального давления ΔР₀ в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды. Для этого модуль 12 балансирования применяет соответствующие индивидуальные характеристические данные потребителей V1, V2, V3, Vi или, соответственно, регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii и определяет на основе этих характеристических данных для регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii положение H_i клапана, соответствующее заданному потоку Ft_i, с которым в соответствующем регулировочном клапане V11, V22, V33, Vii должен достигаться соответствующий действительный индивидуальный поток F_i, который при постоянном, но неизвестном начальном давлении ΔР₀ соответствует заданному потоку F_i=Ft_i. Как будет описано ниже, для вычислений положений Н_i клапанов действительные индивидуальные потоки F_i корректируются коэффициентом балансирования F’_i=α⋅F_i, который первоначально установлен на α=1, в предположении, что действительное давление ΔРс в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды соответствует постоянному начальному давлению ΔР₀, ΔРс=ΔР₀ (то есть , как позже поясняется в связи с этапом S34).

В одном варианте модуль 12 балансирования устанавливает положения клапанов потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii дополнительно с учетом оптимизированного использования рабочей машины 3 для транспортировки текучей среды. Модуль 12 балансирования, например, работает как оптимизатор насоса для оптимизации производительности насоса. Для этого положения клапанов потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii открываются до определенного максимального предельного значения, например 70% или 80% от максимального открытия, в то время как мощность насоса соответственно снижается так, что достижимый общий поток остается одинаковым. Таким образом, в отдельных потребителях V1, V2, V3, Vi и в общем в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды может достигаться соответственно тот же поток или соответственно объемный поток при пониженной производительности насоса.

В одном варианте осуществления модуль 12 балансирования устанавливает положения клапанов потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii дополнительно с учетом оптимизированного режима работы генератора тепла или холода, так что температура подвода может быть максимизирована или минимизирована, причем по меньшей мере один клапан достигает положения упора.

В одном варианте осуществления модуль 12 балансирования исследует, достигло ли положение клапана по меньшей мере одного из потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно одного из регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii положения упора с максимальным раскрытием или определенного минимального положения. При этом положения клапана указываются, например, как численные значения, которые указывают степень открытия, например, в угловых градусах или долях, например, процентах, или соответствующее управляющее значение. Положение упора и/или определенное минимальное положение потребителя VI, V2, V3, Vi или соответственно регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii сохраняются, например, как часть соответствующих характеристических данных. Если достигнуто положение упора или определенное минимальное положение, модуль 12 балансирования выполняет соответствующее определенное исключительное регулирование потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii.

В одном варианте исключительное регулирование для установленного положения упора предусматривает, что расход дросселируется в пользу потребителя V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii в состоянии упора в других регулировочных клапанах V11, V22, V33, Vii группы. С этой целью для потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii соответственно сопряженные приоритетные данные сохраняются, например, как часть соответствующих характеристических данных. Приоритетные данные являются, например, значениями классификации или численными значениями, которые указывают высокую или соответственно низкую важность или определенную ступень на многозначной шкале. При установлении положения упора модуль 12 балансирования уменьшает отверстие и, таким образом, поток через менее важных потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii, которые имеют данные приоритета с более низким значением, чем у потребителя V1, V2, V3, Vi, или соответственно регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii в положении упора.

В одном варианте исключительное регулирование для установленного определенного минимального положения предусматривает, что для того, чтобы избежать шумов потока, производительность вентилятора или насоса в рабочей машине 3 для транспортировки газообразной текучей среды в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды, т.е. в вентиляторе, уменьшается.

На этапе S32 модуль 12 балансирования определяет посредством датчика 4 потока действительный общий поток или соответственно общий объемный поток Fc_total в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды, т.е. через всю группу потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочные клапаны V11, V22, V33, Vii.

На этапе S33 модуль 12 балансирования вычисляет сумму заданных потоков (общий целевой поток) для всей группы потребителей V1, V2, V3, Vi или соответственно регулировочных клапанов V11, V22, V33, Vii.

На этапе S34 модуль 12 балансирования определяет на основе действительного, фактически достигнутого измеренного общего потока Fc_total и заданного общего заданного потока коэффициент α балансирования. Коэффициент α балансирования определяется посредством изменений давления в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды (действительное давление ΔРс по отношению к постоянному начальному давлению ΔР₀) и вычисляется из соотношения постоянного, но неизвестного начального давления ΔР₀ к действительному, но также неизвестному давлению ΔРс. При этом отношение соответствует квадрату отношения заданного общего заданного потока (при постоянном, но неизвестном начальном давлении ΔР₀) к фактически измеренному действительному общему потоку Fc_total (при действительном, но также неизвестном давлении ΔРс). Коэффициент α балансирования вычисляется как корень из отношения β, а именно: и соответствует, таким образом, отношению заданного общего заданного потока (при постоянном, но неизвестном начальном давлении ΔР₀) к фактически измеренному действительному общему потоку Fc_total.

Балансировочный модуль 12 продолжает затем на этапе S31 вычисление новых скорректированных положений H’_i клапана, при которых действительные индивидуальные заданные потоки Ft_i корректируются коэффициентом Ft’_i=α⋅Ft балансирования (причем скорректированные индивидуальные потоки Ft’_i становятся новыми действительными индивидуальными заданными потоками при действительном, но неизвестном давлении ΔРс).

При изменении действительного давления ΔРс в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды по отношению к начальному давлению ΔР₀ действительный поток Fc отклоняется от требуемого заданного потока Ft и получается коэффициент α⋅1≠ балансирования. Например, фактический поток удваивается: Fс=2⋅Ft при четырехкратном давлении ΔРc=4⋅ΔР₀ и получается коэффициент балансирования . Как видно на фиг.4, отклоняющийся от заданного потока Ft действительный поток Fc, который при положении Н_i клапана для заданного потока Ft_i фактически достигается при отклонении действительного потока Fc от начального давления ΔР₀ (например, удвоенного потока Fc=2⋅Ft), корректируется путем масштабирования заданного потока Ft_i коэффициентом балансирования: Ft’_i=α⋅Ft (этап а: например, уменьшение в два раза заданного потока Ft’_i=0,5·Ft_i) и установки регулировочного клапана V11, V22, V33, Vii в соответствии с сопряженной с характеристическими данными установкой H'i клапана (этап b: H'i для Ft’_i из кривой fh).

В одном варианте осуществления в системе 5 транспортировки текучей среды размещены датчики температуры, которые позволяют в потребителях V1, V2, V3, Vi определять соответственно разность температур между входной температурой и выходной температурой подводимой или соответственно отводимой текучей среды при соответствующем устройстве для обмена тепловой энергией (теплообменнике). Для определения входной температуры , например, общий датчик температуры размещен в подводящей линии к потребителям V1, V2, V3, Vi, или несколько отдельных датчиков температуры размещены в подводящих линиях отдельных потребителей V1, V2, V3, Vi. Различные выходные температуры измеряются соответственно посредством отдельных датчиков температуры в возвратных линиях отдельных потребителей V1, V2, V3, Vi. Устройство 1 балансирования соединено с датчиками температуры и выполнено с возможностью регистрации входных температур и выходных температур отдельных потребителей V1, V2, V3, Vi и определения соответствующих разностей температур для потребителей V1, V2, V3, Vi. Устройство 1 балансирования дополнительно выполнено так, чтобы в сбалансированном состоянии, на основании измеренного действительного общего потока или соответственно общего объемного потока Fc_total и индивидуальных заданных потоков Ft_i и разностей температур ΔT_i определять пропорциональную действительную отдачу энергии ("действительная индивидуальная энергия") через потребителей V1, V2, V3, Vi. Устройство 1 балансирования определяет полную отдачу мощности ("действительная полная энергия") через потребителей V1, V2, V3, Vi. Рассчитанная полная энергия Ес_total используется в устройстве 1 балансирования или в системе 30 верхнего уровня управления для регулирования и особенно ограничения отдаваемой через систему 5, 5’ транспортировки текучей среды полной энергии Еt_total=f(Ес_total) (“полная целевая энергия"). Таким образом, можно в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды с измерением потока или соответственно измерением объемного потока с помощью только одного общего датчика 4 потока измерять и регулировать как индивидуальные количества энергии Ec_i, отдаваемые в отдельных потребителях V1, V2, V3, Vi, так и всю энергию Ес_total, отдаваемую в системе 5, 5’ транспортировки текучей среды.

Как показано стрелкой S35, определение коэффициента α балансирования и динамическое балансирование на этапе S3 выполняются периодически, например, с длительностью периода от трех до тридцати секунд, например, каждые пять или десять секунд.

В заключение следует отметить, что в описании компьютерный программный код был соотнесен с конкретными функциональными модулями и что выполнение этапов было представлено в определенной последовательности, однако специалисту должно быть понятно, что компьютерный программный код может структурироваться по-разному и последовательность по меньшей мере некоторых этапов может изменяться без отклонения от объекта защиты.

Настоящее изобретение относится к способу и устройствам для балансирования группы потребителей в системе транспортировки текучей среды. Способ предусматривает, что каждый из потребителей снабжен моторизованным регулировочным клапаном для регулирования потока через потребителя, при этом сохраняют характеристические данные для потребителей, которые для заданных потоков через соответственно одного из потребителей при постоянном давлении в системе транспортировки текучей среды определяют положение соответствующего регулировочного клапана, определяют действительный общий поток через группу потребителей с помощью общего датчика потока, определяют коэффициент балансирования на основе действительного общего потока и суммы требуемых заданных потоков через потребителей и выполняют динамическое балансирование потребителей путем установки положений соответствующих регулировочных клапанов на основе характеристических данных и заданных потоков, масштабированных коэффициентом балансирования. Это позволяет осуществлять динамическое балансирование системы транспортировки текучей среды и не требует отдельных датчиков для определения потока на каждом потребителе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ балансирования группы потребителей (V1, V2, V3, Vi) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды, при котором каждый из потребителей (V1, V2, V3, Vi) снабжен моторизованным регулировочным клапаном (V11, V22, V33, Vii) для регулирования потока через потребителя (V1, V2, V3, Vi), отличающийся тем, что

сохраняют (S2) характеристические данные для потребителей (V1, V2, V3, Vi), которые для заданных потоков (Ft_i) через соответственно одного из потребителей (V1, V2, V3, Vi) при постоянном давлении (ΔР₀) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды определяют положение (H_i) соответствующего регулировочного клапана (V11, V22, V33, Vii),

определяют (S32) действительный общий поток через группу потребителей (V1, V2, V3, Vi) с помощью общего датчика (4) потока,

определяют (S34) коэффициент балансирования на основе действительного общего потока и суммы требуемых заданных потоков через потребителей (V11, V22, V33, Vii), и

выполняют (S3) динамическое балансирование потребителей (V1, V2, V3, Vi) путем установки положений (H_i) соответствующих регулировочных клапанов (V11, V22, V33, Vii) на основе характеристических данных и заданных потоков, масштабированных коэффициентом балансирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что характеристические данные для потребителей (V1, V2, V3, Vi) регистрируют (S1) путем измерений потока (F) через потребителей (V1, V2, V3, Vi) при различных положениях (Н) регулировочных клапанов (V11, V22, V33, Vii) с помощью общего датчика (4) потока, вычисляют действительное давление (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды на основе измерений и нормируют характеристические данные для потребителей (V1, V2, V3, Vi) постоянным давлением (ΔР₀) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды на основе действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нормирование характеристических данных для потребителей (V1, V2, V3, Vi) осуществляют путем масштабирования измеренного потока (F) соответственно через одного из потребителей (V1, V2, V3, Vi) на основе действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что действительное давление (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды вычисляют на основе линейной характеристики (ср1, ср2) насоса по меньшей мере для одной линии с несколькими потребителями (V1, V2, V3, Vi).

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что характеристические данные для потребителей (V1, V2, V3, Vi) регистрируют (S1) путем установки регулировочных клапанов (V11, V22, V33, Vii) для первой части потребителей (V1, V2, V3, Vi) в положение запирания и измеряют поток (F) через вторую часть потребителей (V1, V2, V3, Vi) при различных положениях (H) клапанов с помощью общего датчика (4) потока.

6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что характеристические данные для каждого из потребителей (V1, V2, V3, Vi) группы регистрируют (S1) путем установки регулировочных клапанов (V11, V22, V33, Vii) для других потребителей (V1, V2, V3, Vi) группы в положение запирания и поток (F) через одного из потребителей (V1, V2, V3, Vi) в различных положениях (H) клапана измеряют посредством общего датчика (4) потока.

7. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что периодически определяют (S34) коэффициент балансирования и выполняют (S3) динамическое балансирование потребителей (V1, V2, V3, Vi).

8. Устройство (1) для балансирования группы потребителей (V1, V2, V3, Vi) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды, в которой каждый из потребителей (V1, V2, V3, Vi) снабжен моторизованным регулировочным клапаном (V11, V22, V33, Vii) для регулирования потока через потребителя (V1, V2, V3, Vi) и предусмотрен общий датчик (4) расхода для измерения общего расхода через группу потребителей (V1, V2, V3, Vi), отличающееся тем, что содержит

модуль (11) характеристических данных, который выполнен с возможностью сохранения для каждого из потребителей (V1, V2, V3, Vi) характеристических данных, которые для заданных потоков (Ft_i) через соответствующего потребителя (V1, V2, V3, Vi) при постоянном давлении (ΔР₀) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды определяют положение (H_i) соответствующего регулировочного клапана (V11, V22, V33, Vii), и

модуль (12) балансирования, который выполнен с возможностью определения посредством датчика (4) потока действительного общего потока через группу потребителей (V1, V2, V3, Vi) определения коэффициента балансирования на основании действительного общего потока и суммы требуемых заданных потоков через потребителей (V1, V2, V3, Vi) и выполнения динамического балансирования потребителей (V1, V2, V3, Vi) путем установки положений (H_i) соответствующих регулировочных клапанов (V11, V22, V33, Vii) на основе характеристических данных и заданных потоков (Ft_i), масштабированных с помощью коэффициента балансирования.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что модуль (11) характеристических данных выполнен с возможностью регистрации характеристических данных для потребителей (V1, V2, V3, Vi) посредством измерений потока (F) через потребителей (V1, V2, V3, Vi) в различных положениях (Н) регулировочного клапана (V11, V22, V33, Vii) посредством общего датчика (4) потока, вычисления действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды на основе измерений и нормирования характеристических данных для потребителей (V1, V2, V3, Vi) на основе действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды к постоянному давлению (ΔР₀) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что модуль (11) характеристических данных выполнен с возможностью нормирования характеристических данных для потребителей (V1, V2, V3, Vi) путем масштабирования измеренного потока (F) через каждого из потребителей (V1, V2, V3, Vi) на основе действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды.

11. Устройство по любому из пп. 9 или 10, отличающееся тем, что модуль (11) характеристических данных выполнен с возможностью вычисления действительного давления (ΔР) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды на основе линейной характеристики (ср1, ср2) насоса по меньшей мере для одной линии с несколькими потребителями (V1, V2, V3, Vi).

12. Устройство по любому из пп. 8-10, отличающееся тем, что модуль (11) характеристических данных выполнен с возможностью регистрации характеристических данных для потребителей (V1, V2, V3, Vi) таким образом, что регулировочные клапаны (V11, V22, V33, Vii) для первой части потребителей (V1, V2, V3, Vi) устанавливаются в положение запирания и посредством общего датчика (4) потока измеряется поток (F) через вторую часть потребителей (V1, V2, V3, Vi) в различных положениях (Н) клапанов.

13. Устройство по любому из пп. 8-10, отличающееся тем, что модуль (11) характеристических данных выполнен так, чтобы регистрировать характеристические данные для каждого из потребителей (V1, V2, V3, Vi) таким образом, что регулировочные клапаны (V11, V22, V33, Vii) для других потребителей (V1, V2, V3, Vi) группы устанавливаются в положение запирания и посредством общего датчика (4) потока измеряется поток (F) через одного из потребителей (V1, V2, V3, Vi) в различных положениях (Н) клапана.

14. Устройство по любому из пп. 8-10, отличающееся тем, что модуль (12) балансирования выполнен так, чтобы периодически определять коэффициент балансирования и периодически выполнять динамическое балансирование потребителей (V1, V2, V3, Vi).

15. Машиночитаемый носитель, на котором записан компьютерный программный код для управления одним или несколькими процессорами устройства (1) так, что устройство (1) осуществляет способ по любому из пп. 1-7 для балансирования группы потребителей (V1, V2, V3, Vi) в системе (5, 5’) транспортировки текучей среды.