СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ЧЕРЕЗ КЛАПАН Российский патент 2019 года по МПК G05D7/06 G01F1/00 G01F25/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления потоком текучей среды через клапан, расположенный в системе для текучей среды.

Уровень техники

Для повышения эффективности использования энергии в системе для текучей среды необходимо измерять и регулировать поток текучей среды. Путем измерения, управления и регулирования потока, например, в отопительной системе или системе охлаждения можно также измерять и регулировать количество энергии, переданной через систему для нагревания или охлаждения здания. Поток текучей среды регулируют с помощью множества клапанов, то есть, в ходе измерения степени открытия клапанов. Клапанами, как правило, управляют с помощью контроллера системы, который определяет желаемый поток через систему. Контроллер системы может представлять собой или являться частью системы диспетчеризации инженерного оборудования здания, комнатного контроллера и т.д. В случае если система для текучей среды содержит по меньшей мере один датчик потока, контроллер системы может принимать текущее значение потока текучей среды от датчика потока, измеряющего поток текучей среды, и, на основании измеренного значения и требуемого потока текучей среды, может управлять клапанами в системе. Датчики потока имеют различные диапазоны расхода, которые могут быть точно измерены. Те из датчиков, которые способны с высокой точностью измерять низкие расходы текучей среды, являются довольно дорогими и могут значительно увеличить стоимость системы для текучей среды. С другой стороны, для надлежащего управления клапанами контроллеру необходимо точное значение потока текучей среды.

В документе US 2016/0054741 А1 раскрыт способ управления открытием клапана в системе вентиляции и кондиционирования воздуха для регулирования потока текучей среды через теплообменник системы вентиляции и кондиционирования воздуха и регулирования, тем самым, количества энергии, переданной посредством теплообменника.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ точного управления потоком текучей среды через клапан, расположенный в системе для текучей среды, без увеличения затрат на изготовление системы для текучей среды.

Согласно первому аспекту в настоящем изобретении предложен способ управления потоком текучей среды через клапан, расположенный в системе для текучей среды, причем указанный клапан содержит клапанное седло и клапанный элемент, причем клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно клапанного седла, при этом степень открытия клапана определяется относительным положением между клапанным седлом и клапанным элементом, при этом система для текучей среды дополнительно имеет расположенный в ней датчик потока, причем указанный способ содержит этапы, на которых:

- измеряют с помощью датчика потока расход Q_м текучей среды, причем измеренный расход Q_м текучей среды имеет соответствующую степень ϕ_м открытия;

- сравнивают измеренный расход Q_м текучей среды и предварительно заданное пороговое значение Q_т расхода текучей среды;

- в случае если Q_м<Q_т, осуществляют калибровку датчика потока путем выполнения этапов, на которых:

изменяют степень открытия клапана и измеряют расход текучей среды с помощью датчика потока;

устанавливают соотношение между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана, на основании результатов измерений расхода текучей среды во время изменения степени открытия;

определяют на основании установленного соотношения поправку С; и

- управляют степенью открытия клапана на основании результатов измерений расхода текучей среды, полученных с помощью датчика потока и скорректированных с учетом указанной поправки.

Таким образом, в первом аспекте настоящего изобретения предложен способ управления потоком текучей среды через клапан в ответ на результаты измерений расхода текучей среды, полученные с помощью датчика потока. Для расходов текучей среды, которые ниже предварительно заданного порового значения, способ осуществляет калибровку и, соответственно, корректировку измеренных значений, обеспечивая точное функционирование системы.

Система для текучей среды может представлять собой отопительную систему, систему охлаждения или производственную систему, например, систему, содержащую множество радиаторов, системы напольного обогрева, станцию подачи горячей воды и т.д. В таких системах давление и расход текучей среды могут варьироваться, снижая эффективность использования энергии системы.

Клапан, установленный в системе, может представлять собой клапан любого типа, например, управляемый давлением клапан, клапан с управлением по потоку, регулировочный клапан, не зависящий от перепада давления, и т.д. Он может быть установлен в любой подходящей точке в системе для текучей среды для обеспечения желаемого функционирования системы. В системе может быть установлено множество клапанов, управляемых с помощью раскрытого здесь способа.

Под клапанным седлом следует понимать традиционное клапанное седло, например, имеющее круглую форму и представляющее собой неподвижную часть клапана, расположенную внутри клапана, между впускным отверстием и выпускным отверстием.

Клапанный элемент установлен так, что он может двигаться относительно клапанного седла, то есть, он может двигаться к и от клапанного седла, изменяя расход текучей среды через клапан. Альтернативно, клапанное седло может двигаться относительно клапанного элемента, обеспечивая тот же самый эффект. Часть клапанного элемента, находящаяся ближе к клапанному седлу, может иметь форму, которая соответствует форме клапанного седла так, что она может входить или упираться в клапанное седло.

Положение клапанного элемента относительно клапанного седла задает степень открытия клапана. Степень открытия клапана определяет поток текучей среды через клапан. При движении клапанного элемента к клапанному седлу степень его открытия уменьшается, снижая поток текучей среды через клапан. Когда клапанный элемент входит или упирается в клапанное седло, клапан закрывается, а поток текучей среды через клапан прерывается. По аналогии, при перемещении клапанного элемента от клапанного седла, степень его открытия увеличивается, увеличивая поток текучей среды через клапан.

Датчик потока расположен в системе для текучей среды и предназначен для измерения текущего расхода текучей среды в той части системы для текучей среды, в которой расположен датчик потока. Например, датчик потока может быть расположен у впускного отверстия для текучей среды или у выпускного отверстия для текучей среды клапана. В этом случае датчик потока обеспечивает непосредственное измерение потока текучей среды через клапан. В качестве альтернативы, датчик потока может быть расположен в другой части системы для текучей среды. В этом случае датчик потока обеспечивает косвенное измерение потока текучей среды через клапан. Датчик потока может измерять линейный, нелинейный, массовый или объемный расход жидкости, газа или смеси жидкости и газа, протекающих в системе. Датчик потока может иметь свой собственный динамический диапазон, в пределах которого он может точно измерять расход текучей среды. В зависимости от системы, в которой используется датчик потока, он может быть разного типа и конструкции, например, он может представлять собой турбинный датчик потока, электромагнитный датчик потока, тепловой массовый датчик потока и т.д.

В способе согласно первому аспекту настоящего изобретения расход Q_м измеряют с помощью датчика потока. Величина Q_м представляет собой расход текучей среды через ту часть системы для текучей среды, в которой расположен датчик потока, в момент измерения. В зависимости от положения датчика потока в пределах системы, Q_м может представлять собой расход через клапан или расход в любой другой точке системы в любой момент времени и для любой степени открытия клапана. Измеренное значение Q_м расхода текучей среды зависит от соответствующей степени открытия ϕ_м и от преобладающих рабочих условий, например, давления и температуры, преобладающих в той части системы для текучей среды, в которой расположен датчик потока. Обычно, при изменении степени открытия клапана расход текучей среды также меняется.

Как раскрыто выше, датчики потока имеют разные диапазоны измерений потока, в пределах которых расход измеряется с высокой точностью. Некоторые датчики потока имеют предварительно заданное нижнее пороговое значение Q_т расхода текучей среды, ниже которого результаты измерения могут оказаться неточными и недостоверными. Это особенно характерно для дешевых датчиков потока. Если измеренный расход текучей среды для таких датчиков потока ниже предварительно заданного значения, то необходимо скорректировать измеренное значение для получения точного значения, которое будет совпадать с «истинным» расходом, и, поэтому, может быть использовано в качестве входного сигнала для контроллера, применяемого для управления клапаном.

Таким образом, измеренный расход Q_м текучей среды сравнивают с пороговым значением Q_т, представляющим собой нижнее пороговое значение, как раскрыто выше. Сравнение может быть осуществлено в датчике потока, который может содержать простые электронные средства, сравнивающие два значения Q_м и Q_т. В альтернативном варианте, сравнение может быть осуществлено с помощью контроллера, например, специально предназначенного для этого контроллера или контроллера, используемого для управления клапаном и/или системой для текучей среды. Если при сравнении выявлено, что Q_м>Q_т, то измеренное значение отправляют в контроллер, который может представлять собой контроллер, устанавливающий требуемый или оптимальный расход, необходимый для оптимального и эффективного функционирования системы. Это будет более подробно раскрыто ниже. Если Q_м<Q_т, то это означает, что датчик потока работает в ненадежном диапазоне измерений. В результате, датчик потока входит в режим калибровки, во время которого измеренный расход корректируют так, чтобы он соответствовал истинному расходу текучей среды.

Первый этап в процессе калибровки состоит в изменении степени открытия клапана. Степень открытия клапана можно менять ступенчато, при этом расход можно измерять с помощью датчика потока для каждой степени открытия. Изменение степени открытия клапана можно реализовать с использованием по меньшей мере одного исполнительного механизма. Исполнительный механизм может быть частью клапана и может быть соединен с контроллером, владеющим информацией об оптимальном расходе текучей среды. Исполнительный механизм может, в альтернативном варианте, содержать контроллер.

Следующий этап калибровки состоит в установке соотношения между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана. В настоящем описании под понятием «фактический расход» следует понимать реальный, физический расход текучей среды, протекающей в той части системы для текучей среды, в которой расположен датчик потока. В случае если расход текучей среды находится на уровне, при котором датчик потока работает надежно, можно допустить, что фактический расход текучей среды по существу равен измеренному расходу, полученному посредством датчика потока. Однако, если расход ниже порогового значения и, соответственно, находится в области, в которой датчик потока является ненадежным, фактический расход отличается от измеренных значений, полученных посредством датчика потока.

Соотношение между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана устанавливают на основании результатов измерения расхода во время изменения степени открытия клапана и, соответственно, на основании измерений, которые, как ожидается, будут проведены в диапазоне выше предварительно заданного порогового значения, то есть, в надежном диапазоне датчика потока. Соответственно, описанным образом можно получить надежное соотношение между степенью открытия клапана и фактическим расходом текучей среды, при данных рабочих условиях.

Последний этап калибровки состоит в определении поправки С на основании установленного соотношения между фактическим, то есть истинным, расходом текучей среды и степенью открытия клапана для значений выше порогового значения. Поправка С отражает разницу между фактическим расходом текучей среды и значениями расхода, измеренными с помощью датчика потока, при данных рабочих условиях. Соответственно, поправка С представляет собой значение, на которое необходимо скорректировать измеренные значения расхода для получения значений фактического расхода текучей среды, которые могут быть использованы в качестве входного сигнала для контура управления клапана.

И наконец, по завершении калибровки управляют степенью открытия клапана с тем, чтобы получить требуемый расход текучей среды. Такое управление осуществляют на основании результатов измерения расхода текучей среды, полученных с помощью датчика потока в диапазоне ниже предварительно заданного порогового значения и скорректированных с учетом поправки С. Такое управление осуществляют с помощью контроллера, в который поступают точные значения расхода текучей среды, то есть, полученные значения расхода, скорректированные с учетом поправки.

Таким образом, согласно первому аспекту настоящего изобретения потоком текучей среды через клапан управляют на основании измеренного расхода в системе для текучей среды. При условии что измеренный расход выше порогового значения Q_т и допущении, что измерения, осуществленные с помощью датчика потока, являются, следовательно, надежными, измеренные значения расхода просто используются в качестве входного сигнала для контура управления. Однако, если измеренный расход ниже порогового значения Q_т и, соответственно, допускается, что измерения, осуществляемые с помощью датчика потока, являются ненадежными, измеренные значения расхода текучей среды корректируют с учетом поправки С, как описано выше, перед их подачей в контур управления клапана. В результате гарантируется, что расход текучей среды на входе в контур управления клапана соответствует фактическому расходу в указанном положении датчика потока по всему релевантному диапазону расхода, независимо от того, вводится или нет ненадежный диапазон датчика потока. Таким образом, можно обеспечить точное управление клапаном во всем диапазоне расхода текучей среды, без необходимости наличия дорогостоящего датчика потока, способного предоставить надежные результаты измерения расхода текучей среды во всем диапазоне расхода.

Способ может дополнительно содержать этапы повторения этапа калибровки по истечении предварительно заданного временного интервала Δt с момента начала предыдущего этапа калибровки и повторения этапа калибровки до тех пор, пока не начнет выполняться условие Q_м≥Q_т. После определения поправки можно непрерывно измерять расход текучей среды с помощью датчика потока, а по прошествии предварительно заданного временного интервала Δt можно снова сравнивать их с предварительно заданным пороговым значением. Предварительно заданный интервал может отличаться для разных систем для текучей среды. Он может быть установлен вручную, или он может быть установлен с помощью датчика потока. Он может принимать такие значения, как 5 минут, 10 минут, 15 минут и т.д. Повторяя этап калибровки с регулярными небольшими временными интервалами, можно гарантировать, что калибровка датчика потока останется точной, даже если происходит изменение рабочих условий, таких как давление и/или температура, или если возникает дрейф датчика потока или клапана.

Этап изменения степени открытия клапана может быть осуществлен путем увеличения степени открытия клапана до тех пор, пока расход Q_м, измеренный датчиком потока, не окажется по меньшей мере равным Q_т. При увеличении степени открытия клапана происходит автоматическое увеличение расхода текучей среды. Когда расход текучей среды достигает по меньшей мере порогового значения, можно осуществить точное измерение и установить точное соотношение между расходом текучей среды и степенью открытия клапана, которое будет использовано для корректировки измеренного расхода ниже порогового значения.

Этап изменения степени открытия может быть осуществлен путем многократного увеличения степени открытия клапана, причем ϕ_i+1 больше ϕ_i, a ϕ₁ соответствует расходу текучей среды, по меньшей мере равному Q_т. За счет наличия нескольких наборов расход/степень открытия, полученных в зоне выше порогового значения, удается более точно определить поправку С, в результате чего расход текучей среды будет ближе к «истинному» значению.

Способ дополнительно содержит этап установки степени открытия клапана обратно до рабочей степени открытия ϕ_А, причем указанный этап осуществляют после этапа калибровки. Под рабочей степенью открытия следует понимать степень открытия клапана, которую клапан имел до начала этапа калибровки. В частности, система для текучей среды возвращается обратно в свое первоначальное состояние, установленное контроллером, за пределами режима калибровки. Как правило, это будет степень открытия, которая будет связана с расходом текучей среды ниже порогового значения Q_т, и, соответственно, расходом текучей среды в пределах ненадежного диапазона датчика потока.

Этап установки соотношения между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана может быть основан на характеристической функции клапана F=f(ϕ, Q), для указанного клапана. Эта функция может быть определена при изготовлении клапана для описания поведения клапана в пределах системы. Она может быть предоставлена производителем и/или она может быть определена эмпирически.

Характеристическая функция F клапана может задавать линейное соотношение между расходом Q текучей среды и степенью открытия ϕ клапана. В этом случае, калибровка расхода, измеренного ниже порогового значения, может быть обеспечена за счет интерполяции значений, измеренных в пределах надежного диапазона датчика потока. Характеристическая функция клапана может быть использована для определения поправки.

Поправка С может являться функцией от Q_м. Данная функция может представлять собой линейную функцию или нелинейную функцию. Если поправка является линейной функцией, то расход, измеренный в диапазоне ниже порогового значения, будет просто увеличен или уменьшен для получения более точного значения. В случае если поправка является нелинейной функцией, то связь между измеренным расходом и точным расходом будет более сложной. Для определения нелинейной функции корректировки сначала может потребоваться определить характеристику клапана при разных рабочих условиях.

Поправка С может быть получена из справочной таблицы в комбинации с измеренным расходом и соответствующей степенью открытия клапана в области выше порогового значения. Справочная таблица может быть задана при монтаже клапана или она может отражать технологические настройки. Также возможно, что справочную таблицу создают с применением более точного датчика потока, который является более дорогостоящим и будет использован только для определения характеристик системы, а не при штатной эксплуатации. Зная характеристики клапана, справочную таблицу и один или несколько результатов измерения в диапазоне выше порогового значения, можно получить поправку.

В одном из вариантов, способ может также содержать этап, на котором степенью открытия клапана управляют на основании измерений расхода текучей среды, осуществляемых с помощью датчика потока в случае, когда на этапе сравнения выявляют, что Q_м≥Q_т. Согласно данному варианту, в случае когда при сравнении выявлено, что расход, измеренный с помощью датчика потока, выше порогового значения, и, соответственно, можно допустить, что измерения, осуществленные с помощью датчика потока, являются надежными, процесс калибровки не выполняют и результаты измерения расхода, полученные с помощью датчика потока, просто используются непосредственно в качестве входного сигнала для контура управления клапана.

Согласно второму аспекту в настоящем изобретении предложена система для текучей среды, содержащая клапан, датчик потока и контроллер, причем контроллер выполнен с возможностью осуществления способа по первому аспекту настоящего изобретения. Датчик потока может обмениваться данными с контроллером, который управляет клапаном в ответ на по меньшей мере расход текучей среды. Контроллер может сообщаться с внешним устройством, например, комнатным контроллером, обеспечивающим входной сигнал в контроллер, например, температуру в комнате, к которой относится комнатный контроллер. Поскольку контроллер системы для текучей среды согласно второму аспекту настоящего изобретения выполнен с возможностью осуществления способа согласно первому аспекту настоящего изобретения, сведения, изложенные со ссылкой на первый аспект настоящего изобретения, в равной степени применимы и здесь.

Датчик потока может быть неотъемлемой частью клапана. Он может быть расположен на впускном отверстии клапана или выпускном отверстии клапана, или в любом другом подходящем месте в клапане, для непосредственного измерения расхода текучей среды через клапан. Как альтернатива, датчик потока может быть расположен в любой другой релевантной точке в системе для текучей среды, для измерения расхода через трубопровод системы в указанном месте, и, соответственно, для обеспечения косвенного измерения расхода текучей среды через клапан.

Датчик потока может являться сменным устройством. Иногда требования к системе могут быть изменены, и в результате могут потребоваться разные датчики потока с разными динамическими диапазонами или разной точностью. Кроме того, если в работе датчика потока происходят нарушения, самым простым решением данной проблемы является замена датчика потока, которая не приведет к какому-либо прерыванию потока текучей среды.

Краткое описание чертежей

Далее будет приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 в поперечном сечении показан клапан, управляемый в соответствии со способом согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг. 2 схематично показана часть системы для текучей среды согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг. 3а представлен график, иллюстрирующий расход в системе для текучей среды согласно варианту осуществления изобретения в зависимости от времени.

На фиг. 3b в увеличенном масштабе показана часть графика с фиг. 3а.

На фиг. 4а-4с схематично показаны системы для текучей среды согласно трем вариантам осуществления изобретения.

На фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ согласно варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 в поперечном сечении показан клапан 100, содержащий клапанное седло 101 и клапанный элемент 102. Клапанный элемент 102 выполнен с возможностью перемещения относительно клапанного седла 101, причем степень открытия клапана 100 определяется относительным положением между клапанным седлом 101 и клапанным элементом 102. Текучая среда, протекающая через клапан 100, поступает в клапан 100 через впускное отверстие 104 для текучей среды, проходит через проход, образованный между клапанным седлом 101 и клапанным элементом 102, и выходит из клапана 100 через выпускное отверстие 105 для текучей среды. Положение клапанного элемента 102 относительно клапанного седла 101 определяет размер указанного прохода, тем самым, определяя степень открытия клапана 100.

Клапан 100 дополнительно содержит датчик 103 потока, расположенный у впускного отверстия 104 для текучей среды. Однако следует понимать, что датчик 103 потока в альтернативном варианте может быть расположен у выпускного отверстия 105 для текучей среды, или в другом подходящем месте вдоль пути потока через клапан 100. Таким образом, датчик 103 потока способен напрямую измерять расход текучей среды через клапан 100.

Клапан 100 дополнительно содержит исполнительный механизм 106, сообщающийся с датчиком 103 потока и управляющий степенью открытия клапана 100 в ответ на измерения расхода, осуществляемые с помощью датчика 103 потока, путем управления движениями клапанного элемента 102 относительно клапанного седла 101. Такое управление реализуется в соответствии со способом согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, и по существу как раскрыто выше. Далее, расход, измеренный с помощью датчика 103 потока, сравнивают с пороговым значением, ниже которого предполагается, что измерения, осуществляемые датчиком 103 потока, являются ненадежными. Если измеренный расход текучей среды выше порогового значения, то измеренное значение расхода просто подают в исполнительный механизм 106, и на основании этого расхода управляют потоком текучей среды через клапан 100, например, используя контур управления с обратной связью, в зависимости от установленного значения, обеспечивающего требуемый расход текучей среды через клапан 100.

Однако, если измеренный расход текучей среды ниже порогового значения, то измерения, осуществляемые посредством датчика 103 потока, считаются ненадежными, и поэтому запускают процесс калибровки, в ходе которого меняют степень открытия клапана 100, предпочтительно существенно увеличивая ее для приведения расхода в указанном положении датчика 103 потока в соответствие с надежным диапазоном датчика 103 потока. Во время этого, устанавливают соотношение между фактическим расходом в указанном положении датчика 103 потока и степенью открытия клапана 100, на основании измерений, осуществляемых датчиком 103 потока в пределах его надежного диапазона. Поскольку соотношение получают на основании фактических результатов измерения, оно отражает преобладающие рабочие условия, в том числе преобладающее давление и/или температуру. Затем на основании указанного соотношения определяют поправку С, причем поправка С соответствует разнице между результатами измерения расхода, полученными с помощью датчика 103 потока, в ненадежном диапазоне, и реальным, фактическим расходом текучей среды. После определения поправки С исполнительный механизм 106 управляет клапаном 100 на основании результатов измерения, полученных с помощью датчика 103 потока и скорректированных с учетом поправки С.

Таким образом, можно обеспечить точное управление клапаном 100 в пределах всего диапазона расхода, без необходимости наличия дорогостоящего датчика потока, способного предоставить точные результаты измерения, при низких затратах.

На фиг. 2 схематично показана часть системы для текучей среды согласно варианту осуществления изобретения, содержащей клапан 100, датчик 103 потока, исполнительный механизм 106 и контроллер 201 системы. В данном варианте осуществления, датчик 103 потока измеряет расход текучей среды непосредственно перед или после того, как текучая среда входит/выходит из клапана 100. Исполнительный механизм 106 управляет степенью открытия клапана 100 в ответ на результаты измерения расхода, полученные с помощью датчика 103 потока. Если датчик 103 потока измеряет расход ниже порогового значения, то запускают режим его калибровки, как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 1, и подают инструкцию в исполнительный механизм 106 для увеличения степени открытия клапана 100 с тем, чтобы обеспечить возможность измерения расходов выше порогового значения и использования их для определения поправки для значений расхода, измеренных ниже порогового значения. Исполнительный механизм 106 также сообщается с контроллером 201 системы, который управляет клапаном 100 посредством исполнительного механизма 106, на основании требуемого расхода текучей среды, необходимого для оптимального функционирования системы.

На фиг. 3а представлен график, иллюстрирующий расход в системе для текучей среды в соответствии с вариантом осуществления изобретения в зависимости от времени. График с фиг. 3а может, например, быть получен с помощью датчика 103 потока, показанного на фиг. 1 или фиг. 2. Расход Q измеряют с помощью датчика потока. Он меняется в зависимости от времени t и падает ниже порогового значения Q_т датчика потока в момент времени t₁. Как раскрыто выше, ожидается, что датчик потока будет функционировать ненадежно при расходах текучей среды ниже порогового значения Q_т.

В результате, когда датчик потока выявляет, что расход текучей среды ниже порогового значения Q_T, он входит в режим калибровки в соответствии с тем, что раскрыто выше. Данный процесс будет также подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 3b. Расход текучей среды остается ниже порогового значения Q_т до момента времени t₂. Соответственно, с момента времени t=t₁ до момента времени t=t₂, клапаном управляют на основании измеренного расхода текучей среды, скорректированного с учетом поправки, полученной во время процесса калибровки.

На фиг. 3b в увеличенном масштабе показана часть графика с фиг. 3а между моментом времени t=t₁ и моментом времени t=t₂. Первый этап в процессе калибровки состоит в увеличении степени открытия клапана 100 так, чтобы расход текучей среды достиг значения, которое по меньшей мере равно пороговому значению Q_т. На фиг. 3b первый пик Q₁ показывает расход текучей среды, который немного выше порогового значения. Во время этого этапа, устанавливают соотношение между степенью открытия клапана и фактическим расходом текучей среды, который представляет собой расход текучей среды, измеренный датчиком потока выше порогового значения Q_т. Соотношение, установленное описанным выше образом, также учитывает преобладающие рабочие условия, такие как преобладающее давление и температура. В результате, установленное соотношение предоставляет информацию относительно того, каким предположительно может быть фактический расход текучей среды при конкретной степени открытия клапана, при преобладающих рабочих условиях.

На основании установленного соотношения между Q₁ и его соответствующей степенью открытия, определяют поправку С, при этом степень открытия клапана 100 устанавливают в положение, которое было до начала процесса калибровки, вследствие чего расход текучей среды падает обратно до значения Q₂. Изменение степени открытия клапана 100 осуществляют с помощью исполнительного механизма 106. Далее, клапаном управляют на основании результатов измерения расхода текучей среды, полученных с помощью датчика потока, но скорректированных с учетом поправки С.

Каждый раз по истечении временного интервала Δt, раскрытый выше процесс калибровки повторяют до тех пор, пока измеренный расход текучей среды не превысит пороговое значение Q_т в момент времени t₂, и измерения, осуществленные с помощью датчика потока, снова не будут считаться надежными. Благодаря повторению процесса калибровки с регулярными интервалами, можно гарантировать, что калибровка и, соответственно, поправка С, внесенная в измеренные значения расхода текучей среды, продолжит отражать преобладающие рабочие условия, даже при изменении преобладающих рабочих условий.

На фиг. 4а-4с схематично показаны системы 400 для текучей среды согласно трем вариантам осуществления настоящего изобретения. Каждая из систем 400 для текучей среды содержит главный теплообменник 401, выполненный с возможностью осуществления теплового обмена между внешним источником тепла, например, системой централизованного теплоснабжения, и текучей средой, протекающей в системе 400 для текучей среды. Каждая система 400 для текучей среды дополнительно содержит множество вторичных теплообменников 402, два из которых показаны на чертежах. Вторичные теплообменники 402 могут, например, представлять собой радиаторы, системы напольного отопления и т.д. Также может быть предусмотрено, что один или несколько вторичных теплообменников 402 связаны с краном для горячей воды.

Поток текучей среды, подаваемый в каждый из вторичных теплообменников 402, контролируется с помощью клапана 403, который предпочтительно представляет собой клапан с регулируемой температурой. Кроме того, потоком текучей среды из первичного теплообменника 401 к вторичным теплообменникам 402 управляют с помощью клапана 404, которым управляют на основании результатов измерения температуры холодной стороны первичного теплообменника 401.

Система 400 для текучей среды также содержит клапан 100, управляемый посредством способа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Клапан 100 может, например, представлять собой клапан, показанный на фиг. 1. Система 400 для текучей среды дополнительно содержит датчик 103 потока.

В системе 400 для текучей среды с фиг. 4а, клапан 100 расположен в части системы 400 для текучей среды, которая соединяет между собой первичный теплообменник 401 и оба вторичных теплообменника 402. Таким образом, в данном случае клапан 100 управляет потоком текучей среды к обоим вторичным теплообменникам 402. Кроме того, датчик 103 потока расположен так, что он непосредственно соединен с впускным отверстием для текучей среды клапана 100 и может даже составлять часть клапана 100. Таким образом, датчик 103 потока обеспечивает непосредственное измерение расхода текучей среды через клапан 100.

В системе 400 для текучей среды с фиг. 4b, клапан 100 также расположен в части системы для текучей среды, соединяющей между собой первичный теплообменник 401 и оба вторичных теплообменника 402. Однако в этом случае датчик 103 потока находится в обратной трубе, то есть, в части системы для текучей среды, которая возвращает текучую среду, прошедшую через один из вторичных теплообменников 402. Соответственно, датчик 103 потока расположен на расстоянии от клапана 100, в результате чего он обеспечивает косвенное измерение расхода текучей среды через клапан 100.

В системе 400 для текучей среды с фиг. 4с, клапан 100 заменяет клапан с регулируемой температурой, который управляет потоком текучей среды к одному из вторичных теплообменников 402. Датчик 103 потока расположен сразу ниже по потоку от клапана 404, управляющего потоком текучей среды из первичного теплообменника 401 к остальным частям системы 400 для текучей среды. Таким образом, в этом случае датчик 103 потока также обеспечивает косвенное измерение расхода текучей среды через клапан 100.

На фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ управления потоком текучей среды через клапан согласно варианту осуществления изобретения. Процесс начинается на этапе 501, на котором с помощью датчика потока измеряют расход текучей среды через клапан. На этапе 502 измеренный расход текучей среды сравнивают с пороговым значением. В случае если измеренный расход текучей среды выше порогового значения, считается, что расход текучей среды находится в пределах диапазона, в котором измерения, осуществляемые с помощью датчика потока, предположительно являются надежными. Соответственно, в этом случае процесс направляется на этап 503, на котором значения расхода текучей среды, измеренные с помощью датчика потока, отправляют напрямую в контроллер клапана, причем потоком текучей среды через клапан управляют на основании измеренных значений расхода текучей среды. Далее процесс возвращается на этап 501 для непрерывного контроля измеренного расхода текучей среды.

В случае, когда на этапе 502 выявляют, что измеренный расход текучей среды ниже порогового значения, считается, что расход находится в пределах диапазона, в котором измерения, осуществляемые с помощью датчика потока, могут предположительно являться ненадежными. Соответственно, в этом случае процесс направляется на этап 504, на котором запускается рабочий режим автоматической калибровки.

На этапе 505 запускают калибровку датчика потока для установки соотношения между положением клапана, то есть степенью открытия клапана, и фактическим расходом текучей среды через клапан. Это предусматривает, на этапе 506, открытие клапана, то есть увеличение степени его открытия, до тех пор, пока расход текучей среды, измеренный с помощью датчика потока, не станет выше порогового значения, и, соответственно, не окажется в пределах диапазона, в котором измерения, осуществляемые с помощью датчика потока, являются надежными. Во время этого процесса, на этапе 507, с помощью датчика потока измеряют расход текучей среды. На основании измеренного расхода текучей среды и соответствующей степени открытия клапана, оценивают ожидаемый фактический расход для данной степени открытия клапана, при преобладающих рабочих условиях. Такое соотношение экстраполируют для того, чтобы обеспечить возможность оценки соотношения между степенью открытия и фактическим расходом текучей среды, в диапазоне ниже порогового значения. На основании этого получают некоторую поправку.

На этапе 508 клапан возвращают в рабочее положение, то есть, его возвращают к прежним настройкам, предопределенным контроллером, и, соответственно, расход текучей среды через клапан снова находится в пределах ненадежного диапазона ниже порогового значения.

На этапе 509 датчик потока снова измеряет расход текучей среды через клапан, и на этапе 510 измеренный расход текучей среды сравнивают с пороговым значением. В случае, когда измеренный расход текучей среды выше порогового значения, результаты измерения датчика потока считаются находящимися в пределах надежного диапазона и процесс направляется на этап 503.

В случае, когда на этапе 510 выявляют, что расход текучей среды, измеренный с помощью датчика потока, по-прежнему ниже порогового значения, процесс направляется на этап 511. На этапе 511 значения расхода текучей среды, измеренные с помощью датчика потока, корректируют с учетом поправки, которая была получена на этапе 507, после чего скорректированные значения расхода текучей среды отправляют в контроллер клапана и на основе скорректированных значений расхода текучей среды управляют клапаном. Соответственно, перед подачей значений расхода текучей среды в контроллер клапана измеренные значения расхода регулируют для обеспечения более точного значения фактического расхода текучей среды. Это позволяет гарантировать, что клапаном управляют согласно точным значениям расхода текучей среды, независимо от того, находится расход текучей среды в пределах надежного или ненадежного диапазона датчика потока.

На этапе 512 получают сведения, истек или нет период времени Δt с момента последней калибровки. Если нет, то процесс возвращается на этап 509, при этом продолжают управлять клапаном с использованием поправки, полученной во время предыдущей калибровки. В случае, когда на этапе 512 выявляют, что период времени Δt с момента последней калибровки истек, то процесс возвращается на этап 505 для запуска нового процесса калибровки. В результате, получают новую поправку, которая учитывает любые изменения в рабочих условиях, которые могли произойти с предыдущей калибровки.

Способ управления потоком текучей среды через клапан (100), расположенный в системе (400) для текучей среды, которая имеет расположенный в ней датчик (103) потока. Измеряют с помощью датчика (103) потока расход Q_м текучей среды и сравнивают его с предварительно заданным пороговым значением Q_т расхода текучей среды. В случае если Q_м<Q_т, осуществляют калибровку датчика (103), которая включает в себя следующие действия: изменяют степень открытия клапана (100) и измеряют расход текучей среды с помощью датчика (103) потока, устанавливают соотношение между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана (100), на основании результатов измерения расхода текучей среды во время изменения степени открытия клапана, и определяют поправку С на основании установленного соотношения. Далее управляют степенью открытия клапана (100) на основании результатов измерений расхода текучей среды, полученных с помощью датчика (103) потока и скорректированных с учетом указанной поправки. Обеспечивается точное управление потоком текучей среды. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ управления потоком текучей среды через клапан (100), расположенный в системе (400) для текучей среды, причем указанный клапан (100) содержит клапанное седло (101) и клапанный элемент (102), причем клапанный элемент (102) выполнен с возможностью перемещения относительно клапанного седла (101), при этом степень открытия клапана (100) определяется относительным положением между клапанным седлом (101) и клапанным элементом (102), при этом система (400) для текучей среды дополнительно имеет расположенный в ней датчик (103) потока, причем указанный способ содержит этапы, на которых:

- измеряют с помощью датчика (103) потока расход Q_м текучей среды, причем измеренный расход Q_м текучей среды имеет соответствующую степень ϕ_м открытия;

- сравнивают измеренный расход Q_м текучей среды и предварительно заданное пороговое значение Q_т расхода текучей среды;

- в случае если Q_м<Q_т, осуществляют калибровку датчика (103) потока путем выполнения этапов, на которых:

изменяют степень открытия клапана (100), существенно увеличивая ее, так чтобы привести расход в указанном положении датчика (103) потока в соответствие с надежным диапазоном датчика (103) потока, при котором Q_м≥Q_т, и измеряют расход текучей среды с помощью датчика (103) потока;

устанавливают соотношение между фактическим расходом текучей среды и степенью открытия клапана (100), на основании результатов измерения расхода текучей среды во время изменения степени открытия клапана;

определяют поправку С на основании установленного соотношения; и

- управляют степенью открытия клапана (100) на основании результатов измерения расхода текучей среды, полученных с помощью датчика (103) потока и скорректированных с учетом поправки.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых повторяют этап калибровки по истечении предварительно заданного временного интервала Δt с момента начала предыдущего этапа калибровки и повторяют этап калибровки до тех пор, пока не начнет выполняться условие Q_м≥Q_т.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап изменения степени открытия клапана (100) осуществляют путем увеличения степени открытия клапана (100) до тех пор, пока расход Q_м текучей среды, измеренный с помощью датчика (103) потока, не окажется по меньшей мере равным Q_т.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором этап изменения степени открытия осуществляют путем многократного увеличения степени открытия клапана (100), причем ϕ_i+1 больше ϕ_i, a ϕ₁ соответствует расходу текучей среды, по меньшей мере равному Q_т.

5. Способ по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащий этап, на котором устанавливают степень открытия клапана (100) обратно до рабочей степени открытия ϕ_А, причем указанный этап осуществляют после этапа калибровки.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором этап установки соотношения основан на характеристической функции клапана F=f(ϕ, Q), для клапана (100).

7. Способ по п. 6, в котором характеристическая функция F задает линейное соотношение между расходом Q текучей среды и степенью открытия ϕ клапана (100).

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором поправка С является функцией от Q_м.

9. Способ по любому из пп. 1-7, в котором поправку С получают из справочной таблицы в комбинации с измеренным расходом текучей среды и соответствующей степенью открытия клапана (100).

10. Способ по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащий этап, на котором управляют степенью открытия клапана (100) на основании измерений расхода текучей среды, осуществляемых с помощью датчика (103) потока, в случае если на этапе сравнения выявляют, что Q_м≥Q_т.

11. Система (400) для текучей среды, содержащая клапан (100), датчик (103) потока и контроллер (201), причем контроллер (201) выполнен с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1-10.

12. Система (400) для текучей среды по п. 11, в которой датчик (103) потока является неотъемлемой частью клапана (100).

13. Система (400) для текучей среды по п. 11 или 12, в которой датчик (103) потока представляет собой сменное устройство.