УПРАВЛЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРОМ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ГРАНИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ Российский патент 2019 года по МПК G05D16/20 

Настоящее изобретение относится к способу воздействия на работу регулирующего клапана путем изменения параметра системы в системе потока текучей среды, когда регулирующий клапан работает при условии, которое оказывает влияние на общую работу системы потока текучей среды. Это осуществляется путем использования балансировочной системы, выполненной с возможностью балансировки параметра системы до корректируемой рабочей точки, причем балансировочная система содержит установочное исполнительное устройство, выполненное с возможностью корректировки уставки рабочей точки относительно рабочего значения регулирующего клапана. В основном, но не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения, система потока текучей среды представляет собой отопительные системы, соединенные с источником централизованного теплоснабжения, при этом поток текучей среды регулируется регулирующим клапаном, причем балансировочная система представляет собой контроллер перепада давления, содержащий исполнительное устройство клапана перепада давления, воздействующее на балансировочный клапан, при этом рабочая точка представляет собой устанавливаемый перепад давления, на который может воздействовать установочное исполнительное устройство, опционально управляемое дистанционно.

Уровень техники

Хорошо известно, что в отопительных системах, таких как системы для централизованного теплоснабжения, в которых нагревающая текущая среда, подаваемая удаленно, нагревает воду для бытовых нужд и воду, передаваемую в отопительные приборы, такие как системы напольного отопления и радиаторы, одним из необходимых условий для эффективно функционирующего (без колебаний и шума) регулирования является использование контроллера перепада давления для регулирования перепада давления в системе, такой, как отопительная система.

Если перепад давления выбран неправильно, то возникает риск неисправностей, таких как колебания давления и шум в системе. Для поддержания перепада давления в системе независимо от изменения перепада давления в распределительной сети и от потребления в системе используются контроллеры перепада давления. Контроллеры перепада давления также используются для создания гидравлического баланса в сети.

Использование контроллеров перепада давления на подстанциях и в сети централизованного теплоснабжения позволяет поддерживать гидравлический баланс в сети, что обеспечивает эффективное распределение воды в сети подачи и возможность получения требуемого уровня давления в сети, приводя к удовлетворительному теплоснабжению в сети. Правильная балансировка гарантирует, что количество циркулирующей воды в сети может быть ограничено, что снижает затраты на обеспечение циркуляции воды. Благодаря балансировке сети падение давления, например, на подстанции или регулирующем клапане всегда остается расчетным, при этом не требуется избыточной энергии для нагнетательных насосов.

Большинство проблем возникает в случае, когда регулирующий клапан почти закрыт, и остается только небольшой сквозной поток, при котором управление становится затруднительным и может привести к колебаниям.

Раскрытие сущности изобретения

Основная техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в увеличении эффективности управления системой даже при расходах, при которых регулирующий клапан, соединенный с системой потока, работает в условиях, влияющих на всю работу системы потока, например, когда клапан почти закрыт.

Указанная техническая проблема решена посредством технического решения, определяемого формулой настоящего изобретения.

Техническое решение в одном варианте осуществления включает в себя способ управления сетью потока, которая может образовывать часть большей системы потока, такой как соединенная с источником теплоснабжения, например, системой централизованного теплоснабжения, и содержит средства регулирования давления, выполненные с возможностью регулировки перепада давления текучей среды между двумя положениями в сети потока согласно уставке давления, контроллер, выполненный с возможностью корректировки уставки давления и отслеживания значения физической величины в системе, причем согласно способу работу контроллера осуществляют

- в режиме нормальной нагрузки, в котором средства регулирования давлением установлены на базовую уставку давления, когда значение физической величины находится внутри первого порога, и

- в режиме управления неустойчивой нагрузки, включающем в себя изменение уставки давления на уставку давления неустойчивой нагрузки, когда оно выходит за пределы указанного первого порога.

Нахождение внутри первого порога может означать, что первый порог содержит верхнее и нижнее значение, при этом, когда значение физического параметра находится между этими двумя значениями, контроллер работает в режиме нормальной нагрузки, однако он переходит в режим управления неустойчивой нагрузки, если значение указанного физического параметра находится за пределами любого из этих значений. В альтернативном варианте осуществления он определяет либо одно нижнее, либо одно верхнее значение, причем первый порог представляет собой нижний порог, при котором контроллер переходит в режим управления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится соответственно ниже или выше указанного первого порога.

Это обеспечивает работу системы на общей базовой уставке давления при определенной нормальной нагрузке, при которой такие элементы, как присоединенный клапан регулирвоания потока, могут работать с максимальной эффективностью. Однако если нагрузка достигает уровня, при котором части, такие как клапан регулирования потока, работают на пределах или даже вне тех пределов, на которых может быть обеспечена их наиболее эффективная работа, например, при неустойчивой нагрузке, при которой отверстие регулирующего клапана почти закрыто, система переходит к уставке давления неустойчивой нагрузки. Когда система работает таким образом при неустойчивой нагрузке, существует риск возникновения колебаний значения физической величины, такой как расход, определяемый клапаном регулирования потока. В одном варианте осуществления уставка давления неустойчивой нагрузки может быть выбрана с значением, предотвращающим или уменьшающим колебания значений физической величины при неустойчивой нагрузке, такой как низкий расход или в целом при низкой нагрузке, заданной небольшой степенью открытия клапана. Однако альтернативно она может представлять собой высокую нагрузку.

Уставка давления неустойчивой нагрузки может быть выбрана согласно одному предварительно заданному значению, которое может быть измеренным и/или вычисленным согласно испытанию или с помощью других средств для нахождения одного или более значений, при которых колебания предотвращаются или по меньшей мере существенно уменьшаются, или может быть оценено как часть перехода к режиму неустойчивой нагрузки посредством некоторого алгоритма.

В варианте осуществления контроллер переходит из режима нестабильной нагрузки к нормальной нагрузке, когда значение физической величины оказывается внутри второго порога, где "внутри" может иметь то же значение, что и для первого порога, определяя диапазон между верхним и нижним пределом, или представляя собой одно значение, так что второй порог является нижним или верхним порогом, при котором контроллер переходит в режим управления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится выше или ниже указанного второго порога.

В варианте осуществления в режиме неустойчивой нагрузки выполняют процедуру отслеживания колебаний значений физической величины, и при обнаружении колебаний осуществляют переход от базовой уставки давления для уставки давления к уставке давления неустойчивой нагрузки.

В варианте осуществления изменяют уставку давления для изменения базовой уставки давления на уставку давления неустойчивой нагрузки в момент времени, когда переходят в режим неустойчивой нагрузки.

В варианте осуществления физическая величина представляет собой любой параметр или любую комбинацию из положения или степени открытия клапана регулирования потока и/или положения исполнительного устройства клапана регулирования и/или температуры в системе и/или потока в системе и/или давления и/или потока энергии (мощности) в системе и/или управляющих сигналов, передаваемых через соединение с обменом данными.

В варианте осуществления сеть потока дополнительно содержит клапан регулирования потока, задающий расход в указанной сети потока посредством регулируемой степени открытия клапана, причем указанная степень открытия определяет значение указанной физической величины.

Настоящее изобретение также относится к контроллеру средств регулирования давления, выполненных с возможностью регулировки перепада давления текучей среды между двумя положениями в сети потока согласно уставке давления, причем указанный контроллер выполнен с возможностью корректировки уставки давления и отслеживания значения физической величины в системе, при этом контроллер выполнен с возможностью работы в режиме нормальной нагрузки, в котором средства регулирования давления установлены на базовую уставку давления, когда значение физической величины выше первого порога, и в режиме управления неустойчивой нагрузки, включающем в себя изменение уставки давления на уставку давления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится ниже указанного первого порога.

В варианте осуществления указанная сеть потока дополнительно содержит клапан регулирования потока, задающий расход в указанной сети потока посредством регулируемой степени открытия клапана, причем указанная степень открытия определяет значение указанной физической величины.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой пример отопительной системы потока.

Фиг. 2 представляет собой графики, иллюстрирующие изменения режимов работы согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 3 представляет собой графики, иллюстрирующие изменения режимов работы согласно второму варианту осуществления.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 проиллюстрирована система, содержащая сеть (1) для передачи текучей среды, или контур, такие, которые используются в отопительных системах, например, в системах для отопления жилых помещений. Они могут быть соединены, например, с сетью централизованного теплоснабжения или с другими средствами теплоснабжения, такими как солнечные элементы и т.д. Сеть (1) согласно показанному примеру содержит систему передачи текучей среды, имеющую впускные линии (2), подающие нагревающую текучую среду в теплообменные устройства (3), такие как радиаторы, системы напольного отопления ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) и т.д. Нагревающая текучая среда затем возвращаются через возвратные линии (4). Для осуществления управления и регулировки с системой могут быть соединены клапаны (5) регулирования потока, датчики, контроллеры и другие средства. Регулирующие клапаны (5) в проиллюстрированном примере могут регулироваться для подачи потока текучей среды, удовлетворяющего требованиям к нагреву, при этом они управляются контроллером (6), задающим расход путем выполнения установки степени открытия одного или более клапанов (5). Контроллер (6) может иметь соединение (7) с обменом данными с датчиками любых типов, соединенными с внешними элементами или сетью (1), и с исполнительными устройствами (8), соединенными с клапанами (5), для корректировки степени открытия клапанов. Альтернативно или дополнительно контроллер (6) может быть встроен вовнутрь одного или более исполнительных устройств (8).

Для выравнивания давления до заданной уставки с сетью (1) соединено дополнительное средство (10) регулирования давления. Это может быть выполнено различным образом, но часто осуществляется посредством балансировочного клапана (10), соединенного с приводными средствами (11), имеющими мембрану, соединенную с клапанным элементом так, что отклонение мембраны влияет на расход. При этом противоположные стороны мембраны имеют гидродинамическое соединение (12, 13) с двумя различными положениями потока сети (1). При этом разница в давлениях в этих двух положениях отклоняет мембрану для изменения расхода и, таким образом, также перепада давления.

В данной системе могут быть использованы средства (10) регулирования давления любого типа, ключевым аспектом является то, что они содержат средства (14) для корректировки заданной уставки давления. Один пример такого клапана (10) раскрыт, например, в Европейском патенте 3093729.

Клапаны (5) регулирования потока обеспечивают диапазоны расхода, при которых они работают наиболее эффективно, тогда как, например, при низких расходах, когда степень открытия клапана мала, известно, что при регулировке потока могут возникать проблемы. Это может, например, приводить к колебаниям при регулировке потока.

Настоящая система основана на том, что контроллер (6) может переключаться между двумя режимами работы средств (10) регулирования давления, один - режим работы нормальной нагрузки, а второй - режим работы неустойчивой нагрузки.

На фиг. 2 показан первый вариант осуществления способа регулировки средств (10) регулирования давления для обеспечения лучших эксплуатационных характеристик клапана (5) регулирования потоком.

Нижний из этих двух графиков показывает изменение заданной базовой уставки (20) давления с течением времени, а верхний график - изменение некоторого параметра системы с течением времени, такого как расход в клапане (5) регулирования потока, температура в потоках или другие параметры, относящиеся к управлению. В режиме нормальной нагрузки контроллер (6) устанавливает уставку давления средств (10) регулирования давления на базовую уставку (20) давления.

Контроллер (6) отслеживает значение некоторой физической величины в системе, такой, как параметр положения или степени открытия клапана (5) регулирования потока и/или положения исполнительного устройства (8) клапана регулирования и/или температуры в системе и/или потока в системе и/или давления и/или поток энергии (мощности) в системе и/или управляющих сигналов в системе, таких как передаваемые в контроллер (6) или из него посредством соединения (7) с обменом данными. Если значение физической величины становится ниже определенного первого порога (21), контроллер (6) переходит в режим работы неустойчивой нагрузки, который в первую очередь включает в себя этап запуска процедуры отслеживания возможных колебаний (22) значения физической величины. При обнаружении (24) колебаний выполняют корректировку уставки давления средств (10) балансировки давления до такого значения (25) уставки давления неустойчивой нагрузки, которое предотвращает или, по меньшей мере, значительно уменьшает колебания (2). Указанное значение (25) может быть установленным заданным значением, однако оно также может быть значением, вычисленным посредством алгоритма в зависимости от множества различных параметров, таких как температуры в сети (1), условия окружающей среды и т.д. Когда значение физической величины увеличивается выше второго порога (26) (опционально такого же, что и первый порог (21)), уставка контроллера перепада давления устанавливается обратно на номинальное значение уставки (20) давления. Уставка (20) давления и/или первое (21) и/или второе пороговые значения (26) могут быть установлены вручную или динамически/автоматически с помощью графиков или предварительных расчетов, или заданы оператором сети или системы.

На фиг. 3 показаны графики, аналогичные показанным на фиг. 2, но с альтернативной регулировкой. В этом случае способ также включает в себя режим работы нормальной нагрузки, в котором уставка давления устанавливается на базовую уставку (20) давления средств (10) регулирования давления, стабилизацию колебания с помощью работы контроллера (10) перепада давления путем перехода (31) к режиму работы неустойчивой нагрузки и возврат уставки средств (10) регулирования давления к нормальной нагрузке работы путем перехода к базовой уставке (20) давления, когда она становится выше второго порога (29).

Контроллер (6) отслеживает значения физических величин положения или степени открытия клапана (5) регулирования потока и/или положения исполнительного устройства (8) регулирующего клапана и/или температуры в системе и/или потока в системе и/или давления и/или потока энергии (мощности) в системе и/или управляющих сигналов, передаваемых в контроллер (6) через соединение (7) с обменом данными. Если значения физических величин находятся ниже первого порога (27), то контроллер (6) выполняет корректировку уставки средств (10) регулирования давления до такой уставки (28) давления неустойчивой нагрузки, которая предотвращает или, по меньшей мере, значительно уменьшает колебания (2). Когда значение физической величины увеличивается выше второго порога (29), уставка (30) средств (10) регулирования перепада давления устанавливается обратно до базовой уставки (20) давления.

Таким же образом, как и в первом варианте осуществления согласно фиг. 2, базовая уставка (20) давления, уставка (28) давления неустойчивой нагрузки, первый (27) и/или второй порог (29) могут быть установлены предварительно, установлены вручную или динамически с помощью графиков или предварительных расчетов, или заданы сетью или системой, при этом они вычисляются посредством алгоритма или берутся из таблицы.

Согласно обоим вариантам осуществления второй порог (26, 29) может быть равен первому порогу (21, 27) или отличен от него. В виде одного значения он может быть больше или, альтернативно, меньше.

Cеть (1) потока содержит средства (10) регулирования давления, выполненные с возможностью регулировки перепада давления текучей среды между двумя положениями в сети (1) потока согласно уставке давления, и контроллер (6), выполненный с возможностью корректировки уставки давления и отслеживания значения физической величины в системе. Работу контроллера (6) осуществляют в режиме нормальной нагрузки, в котором средства (10) регулирования давления установлены на базовую уставку (20) давления, когда значение физической величины находится внутри диапазона первого порога (21, 27), и в режиме управления неустойчивой нагрузки, включающем в себя изменение уставки давления на уставку (25, 28) давления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится ниже первого порога (21, 27). Контроллер (6) переходит из режима неустойчивой нагрузки к нормальной нагрузке, когда значение физической величины становится выше второго порога (26, 29), причем значение величины второго порога (26, 29) выше значения величины первого порога (21, 27). Повышается эффективность управления системой даже при расходах, при которых регулирующий клапан, соединенный с системой потока, работает в условиях, влияющих на всю работу системы потока, например, когда клапан почти закрыт. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления сетью (1) потока, содержащей средства (10) регулирования давления, выполненные с возможностью регулировки перепада давления текучей среды между двумя положениями в сети (1) потока согласно уставке давления, контроллер (6), выполненный с возможностью корректировки уставки давления и отслеживания значения физической величины в системе, причем согласно способу работу контроллера (6) осуществляют:

- в режиме нормальной нагрузки, в котором средства (10) регулирования давления установлены на базовую уставку (20) давления, когда значение физической величины находится внутри диапазона первого порога (21, 27), и

- в режиме управления неустойчивой нагрузки, включающем в себя изменение уставки давления на уставку (25, 28) давления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится ниже первого порога (21, 27), причем контроллер (6) переходит из режима неустойчивой нагрузки к нормальной нагрузке, когда значение физической величины становится выше второго порога (26, 29), причем значение величины второго порога (26, 29) выше значения величины первого порога (21, 27).

2. Способ по п.1, в котором в режиме неустойчивой нагрузки выполняют процедуру отслеживания колебаний значений физической величины и при обнаружении колебаний осуществляют переход от базовой уставки (20) давления для уставки давления к уставке (25) давления неустойчивой нагрузки.

3. Способ п. 1 или 2, в котором изменяют уставку (20) давления для перехода от базовой уставки (20) давления к уставке (28) давления неустойчивой нагрузки в момент времени (31), когда переходят в режим неустойчивой нагрузки.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором физическая величина представляет собой любой параметр или любую комбинацию из положения или степени открытия клапана (5) регулирования потока, и/или положения исполнительного устройства (8) клапана регулирования, и/или температуры в системе, и/или потока в системе, и/или давления, и/или потока энергии (мощности) в системе, и/или управляющих сигналов, передаваемых через соединение (7) с обменом данными.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором уставка (20) давления неустойчивой нагрузки представляет собой значение, предотвращающее или уменьшающее колебания (25, 28) значений физической величины при неустойчивой нагрузке.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором сеть (1) потока дополнительно содержит клапан (5) регулирования потока, задающий расход в указанной сети (1) потока посредством регулируемой степени открытия клапана, причем указанная степень открытия определяет значение указанной физической величины.

7. Контроллер (6) средств (10) регулирования давления, выполненных с возможностью регулировки перепада давления текучей среды между двумя положениями в сети (1) потока согласно уставке давления, причем указанный контроллер (6) выполнен с возможностью корректировки уставки давления и отслеживания значения физической величины в системе, при этом контроллер (6) выполнен с возможностью работы в режиме нормальной нагрузки, в котором средства (10) регулирования давления установлены на базовую уставку (20) давления, когда значение физической величины выше первого порога (21, 27), и в режиме управления неустойчивой нагрузки, включающем в себя изменение уставки давления на уставку (25, 28) давления неустойчивой нагрузки, когда значение физической величины становится ниже указанного первого порога (21, 27), причем контроллер (6) переходит из режима неустойчивой нагрузки к нормальной нагрузке, когда значение физической величины становится выше второго порога (26, 29), причем значение величины второго порога (26, 29) выше значения величины первого порога (21, 27).

8. Контроллер (6) по п.7, в котором указанная сеть (1) потока дополнительно содержит клапан (5) регулирования потока, задающий расход в указанной сети (1) потока посредством регулируемой степени открытия клапана, причем указанная степень открытия определяет значение указанной физической величины.

9. Контроллер (6) потока по п. 7 или 8, выполненный с возможностью работы согласно способу по любому из пп.1-6.