УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Российский патент 2022 года по МПК G01R21/14 H05B1/02 

Изобретение относится к энергетике потребления, а именно к информационно-измерительной технике, и может быть использовано для ограничения потерь энергии в энерготехнологических процессах.

Известно устройство для диагностики системы двухпозиционного регулирования температуры электропечи (RU 106007 G05D 27/00). Устройство для диагностики системы двухпозиционного регулирования температуры электропечи с теплоэлектронагревателем и двухпозиционным регулированием температуры, имеющий слой теплоизоляции, электронагреватель (ТЭН), контакт теплового реле, лабораторный автотрансформатор, обеспечивающий изменение напряжения, подводимого к ТЭНу, термопара ТХК, установленная внутри электропечи, которая через аналогоцифровой преобразователь подключена к ПЭВМ; градуировочный график, позволяющий измеренное напряжение преобразовать в температуру; термостатирующее устройство свободных концов термопары; вольтметр и амперметр для измерения напряжения тока нагревателя.

Недостатками данного устройства являются:

1. Отсутствие возможности регистрировать и архивировать энергетические параметры оборудования (напряжение, ток, температура жидкости т.д.) в течение представительного интервала времени, что исключает проведение на основе этих данных дальнейшего энергетического анализа;

2. Отсутствия возможности сравнения измеренных и вычисленных параметров технологического процесса с архивированными паспортными данными и результатами предшествующих энергетических исследований, что не позволяет выявлять потери энергии в исследуемом оборудовании.

Известно устройство контроля показателей энергоэффективности процесса нагрева жидкости (RU 156085, Н05В 1/02; G05D 23/00).

Устройство контроля показателей энергоэффективности процесса нагрева жидкости, содержащее исследуемый объект с теплоизоляцией и находящимся внутри него измерителем температуры, и электронагревателем, к которому подведен источник питания с измерительной аппаратурой, входы аналогово-цифрового преобразователя соединены с датчиком температуры окружающей среды, датчиком тока, датчиком напряжения, датчиком температуры жидкости и с первым выходом пульта управления, а выходы аналогово-цифрового преобразователя соединены как с первым входом вычислительного блока, так и с первым входом блока памяти, первый вход-выход которого соединен с интерфейсным устройством, вторым входом-выходом с вычислительным блоком, а третьим входом-выходом с блоком сигнализации, выход блока памяти соединен с первым входом дисплея, второй вход которого соединен с выходом блока сигнализации, первый вход которого соединен с выходом вычислительного блока, а второй вход со вторым выходом пульта управления, третий выход которого соединен с входом блока памяти, а четвертый выход соединен с входом вычислительного блока.

Недостатками данного устройства являются:

1. Сложность конструкции, измерения и вычисления показателей энергоэффективности нагрева жидкости.

2. Требуется подключение различных датчиков в электрическую цепь электронагревателя, которые должны быть согласованы по пределам измеряемой величины.

3. Невозможность непосредственного получения значения потерь энергии.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для определения потерь энергии в энерготехнологических процессах (RU 2726149 G01R 21/14, Н05В 1/02), содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой, пульт управления, вычислительный блок, дисплей. Выход источника питания соединен через измеритель энергии и блок энерготехнологического процесса с блоком измерителя результата действия энергии, второй выход измерителя энергии с первым входом вычислительного блока, выход блока измерителя результата действия энергии соединен со вторым входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом дисплея, а вход-выход выход вычислительного бока соединен с входом-выходом пульта управления, выход которого соединен с входом источника питания.

Недостатками данного устройства являются:

1. Не предусмотрена возможность ограничения непроизводительных потерь электроэнергии.

2. Сложность определения приращения времени при получении результата действия энергии в энерготехнологическом процессе.

Технической задачей предлагаемого изобретения является - упрощение определения приращения времени при получении результата действия энергии в энерготехнологическом процессе и ограничение роста непроизводительных потерь.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство для определения и ограничения приращения потерь в энерготехнологических процессах, содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой, выход которого соединен с измерителем энергии, выход блока энерготехнологического процесса через блок измерения результата действия энергии соединен с входом вычислительного блока, второй выход измерителя энергии со вторым входом вычислительного блока, а его вход-выход соединен с пультом управления, выход которого соединен с входом источника питания, дисплей. Выход измерителя энергии соединен с входом блока измерения времени подвода электрической энергии, а его первый выход соединен с входом блока энерготехнологического процесса, а выход вычислительного блока соединен с первым входом блока сравнения временных показателей, второй вход которого соединен со вторым выходом блока измерения времени подвода электроэнергии, при этом первый выход блока сравнения временных показателей соединен с дисплеем, второй выход - с блоком архивирования, а третий выход - с пультом управления, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь, а второй выход пульта управления соединен с сигнализатором.

На фиг. представлена блок-схема устройства для определения и ограничения потерь энергии в энерготехнологическом процессе.

Устройство для определения и ограничения потерь энергии в энерготехнологических процессах, содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания 1 с измерительной аппаратурой, выход которого соединен с измерителем энергии 2, выход блока энерготехнологического процесса 3 через блок измерения результата действия энергии 4 соединен с входом вычислительного блока 5, второй выход измерителя энергии 2 соединен со вторым входом вычислительного блока 5, а его вход-выход соединен с пультом управления 6, выход которого с входом источника питания 1. Дисплей 7 предназначенный для визуализации результатов вычисления и величины потерь энергии в БЭТП 3.

Выход измерителя энергии 2 соединен с входом блока измерения времени подвода электрической энергии 8, а его первый выход соединен с входом блока энерготехнологического процесса 3. Выход вычислительного блока 5 соединен с первым входом блока сравнения временных показателей 9, второй вход которого соединен со вторым выходом блока измерения времени подвода электрической энергии 8. Первый выход блока сравнения временных показателей 9 соединен с дисплеем 7, второй выход - с блоком архивирования 10, а третий выход - с пультом управления 6, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь 11, а второй выход пульта управления 6 соединен с сигнализатором 12. Измеритель энергии 2 предназначен для измерения потребленной энергии (измеряет интегральное значение потребленной энергии). Например, для измерения электрической энергии в качестве измерителя энергии 2 может быть использован электронный счетчик электрической энергии, для измерения энергии при использовании природного газа - газовый счетчик, механической энергии - соответствующий счетчик. Вычислительный блок 5 предназначен для сохранения результатов измерения, поступающих от измерителя энергии 2 и блока измерителя результата действия энергии 4 и для необходимых вычислений. Пульт управления 6 предназначен для ввода исходной информации для вычислений необходимого количества энергии (теоретически минимального количества энергии) для получения результата действия энергии R и управления источником питания 1 (для включения и выключения), а также для установки значения (определения) неприемлемых потерь через блок уставки ограничения потерь 11 и сигнализатор 12 об этом. Дисплей 7 предназначен для визуализации результатов вычисления и величины потерь энергии в БЭТП 3.

Результатом действия энергии R, в зависимости от вида БЭТП 3 могут быть: значение повышения температуры воды от начального t° до конечного установленного значения температуры t° нагреваемой воды, объем воды W при перекачивании ее на высоту Н и количество выпущенного продукта, измеряемого в штуках, тоннах, литрах и т.д. в соответствующих энерготехнологических процессах. Блок архивирования 10 позволяет сравнивать измеренные и вычисленные параметры технологического процесса с архивированными паспортными данными оборудования и результатами предшествующих энергетических исследований в течение представительного интервала времени, что облегчает проведение энергетического анализа и выявление изменения потерь энергии в исследуем оборудовании.

Устройство работает следующим образом. Перед измерением потерь энергии с пульта управления 6 вводится исходная информация в зависимости от назначения БЭТП 3 и достигаемого результата действия энергии R.

Пример №1 - энерготехнологический процесс нагрева воды в водонагревателе. С пульта управления 6 вводятся следующие параметры:

- масса воды m (кг),

- начальная температура воды t°_нач,

- конечная установленная температура воды t°_кон,

- удельная теплоемкость воды с (Дж/кг⋅град),

- постоянная номинальная мощность электронагревателя Р_ном (кВт).

Результатом R действия энергии энерготехнологического процесса нагрева воды является повышение ее температуры от начальной (она принимается равной температуре окружающей среды в помещении) до конечной: R=t°_кон-t°_нач. Включение устройства осуществляется пультом управления 6. При этом происходит отсчет времени в блоке измерения времени подвода электроэнергии 8. Измеритель энергии 2 измеряет поступающую от источника питания 1 к БЭТП 3 энергию, где происходит нагрев воды до конечной установленной температуры t°_кон. Блок измерителя результата действия энергии 4 измеряет и передает текущее значение температуры воды в вычислительный блок 5, где происходит его сравнение с конечной установленной температурой воды. По данным, введенным с пульта управления 6, в вычислительном блоке 5 рассчитывается теоретически необходимое количество энергии на нагрев Q_тeop и теоретическое время нагрева воды t_тeop. Теоретически необходимое количество энергии Q_тeop для заданной массы воды определяется по формуле:

Определятся теоретическое время t_тeop с учетом номинальной (постоянной) мощности P_ном:

Результаты измерения измерителя энергии 2 и блока измерителя результата действия энергии 4 дискретно поступают на входы вычислительного блока 5 и сохраняются. В зависимости от особенностей процесса и требуемой точности частота измерений может быть различна (секунда, минут, час).

При достижении температурой воды конечного установленного значения t°_кон при помощи вычислительного блока 5 фиксируются фактическое время t_факт нагрева (достигается результат действия энергии R) и величина потребленной энергии Q_факт. При этом по команде вычислительного блока 5 пульт управления 6 отключает источник питания 1.

В блоке сравнения временных показателей 9 происходит вычисление приращения времени Δt как разница между фактическим временем подвода энергии (блок измерения времени подвода электрической энергии 8) и теоретическим временем нагрева, определяемым в вычислительном блоке 5.

При известном значении мощности ТЭНа и вычисленном значении приращения времени Δt, определяется величина потерь энергии ΔQ при выполнении энерготехнологического процесса воды

По завершении энерготехнологического процесса нагрева воды на дисплее 7 визуализируется численное значение приращения времени Δt. По отношению Δt/t_теор определяется влияние потерь энергии на процесс нагрева воды при данных условиях разового нагрева. В процессе длительной эксплуатации оборудования происходит увеличение потерь увеличение Δt. Для ограничения роста потерь устанавливается в блоке уставки ограничения потерь 11 более высокая, но приемлемая доля Δt в t_теор, например, на 10%. При превышении заданной уставки пульт управления 6 дает команду на сигнализатор 12 и на источник питания 1 для его отключения.

Пример №2 - энерготехнологический процесс подъема воды при помощи насосного агрегата. С пульта управления 6 вводятся следующие параметры:

- объем воды W(м³),

- высота подъема Н (м),

- номинальная мощность электродвигателя насосного агрегата Р_ном (кВт).

При определении потерь энергии в энерготехнологическом процессе подъема W объема воды на высоту Н в вычислительном блоке 5 определяются:

- теоретическое необходимое количество энергии для подъема воды объема W на высоту Н:

- определяется теоретическое время t_теор подъема заданного количества воды на высоту Н:

По результатам измерений определяется фактическое время t_факт подъема воды на высоту Н, при котором достигается результат R (объем поднятой воды) и значение израсходованной фактически энергии Q_факт. Обычно фактическое время подъема воды всегда больше теоретического, то есть

Определяется приращение времени как разница

Определяются потери энергии в энерготехнологическом процессе при подъеме воды:

По отношению Δt/t_теор определяется влияние потерь на процесс, оценивается допустимое увеличение потерь и делается соответствующая уставка.

По завершении энерготехнологического процесса подъема воды, вычислений и расчетов на дисплее 7 визуализируются численные значения потерь ΔQ и приращение времени Δt.

Таким образом, по измеренным двум параметрам (по значению израсходованной энергии на входе БЭТП 3 и получении результата на выходе БЭТП 3 в течение времени t_факт) в любом энерготехнологическом процессе определяются как приращение затрат энергии ΔQ так и приращение времени Δt, значения которых поступают в вычислительный блок 5 для определения относительных значений Δt/t_теор для дальнейшего определения приемлемого (допустимого) роста потерь, что позволяет контролировать суммарное ухудшение энергетических свойств технических элементов, участвующих в энерготехнологическом процессе.

Предлагаемое устройство позволяет контролировать как изменение энергетических свойств технических элементов при эксплуатации оборудования и изменение условий окружающей среды, увеличивающие потери энергии при повторных энерготехнологических процессах, так и ограничивать величину потерь, задавая в блоке уставки ограничения потерь 11 определенную величину Δt/t_теор и связывая ее с пультом управления 6. В том случае, если величина потерь превышает установленное значение, то срабатывает сигнализатор 12, и пульт управления 6 отключает источник питания 1.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для определения и ограничения потерь энергии в энерготехнологических процессах. Сущность: устройство для определения и ограничения приращения потерь энергии в энерготехнологических процессах содержит исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой. Выход источника питания соединен с измерителем энергии, первый выход которого соединен с вычислительным блоком, а второй выход через последовательно соединенные между собой блок измерения подвода электрической энергии, блок энерготехнологического процесса, блок измерения результатов действия энергии, вычислительный блок соединен с первым входом блока сравнения временных показателей, второй вход которого соединен с блоком измерения подвода электрической энергии. Первый выход блока сравнения временных показателей соединен с дисплеем, второй выход - с блоком архивирования, а третий - с пультом управления, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь, первый выход - с источником питания, второй выход с сигнализатором, и входом-выходом с вычислительным блоком. Технический результат: упрощение определения приращения времени и получения сравнительной оценки потерь энергии. 1 ил.

Устройство для определения и ограничения приращения потерь энергии в энерготехнологических процессах, содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой, выход которого соединен с измерителем энергии, выход блока энерготехнологического процесса через блок измерения результатов действия энергии соединен с входом вычислительного блока, второй выход измерителя энергии соединен со вторым входом вычислительного блока, а его вход-выход соединен с пультом управления, выход которого соединен с входом источника питания, дисплей, отличающийся тем, что выход измерителя энергии соединен с входом блока измерения времени подвода электрической энергии, а его первый выход соединен с входом блока энерготехнологического процесса, а выход вычислительного блока соединен с первым входом блока сравнения временных показателей, второй вход которого соединен со вторым выходом блока измерения времени подвода электрической энергии, при этом первый выход блока сравнения временных показателей соединен с дисплеем, второй выход - с блоком архивирования, а третий выход - с пультом управления, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь, а второй выход пульта управления соединен с сигнализатором.