СИСТЕМА УВЛАЖНЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НЕПОЛАДОК ДАННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2024 года по МПК F24F6/14 

Группа изобретений относится к системам увлажнения воздуха и контролю технических неполадок данных систем, а именно к контролю протечек в линии высокого давления, а также выявлению неработающих распыляющих форсунок высокого давления.

Из уровня техники известны различные варианты систем увлажнения помещений, которые описаны на общедоступных сайтах: https://airwet.ru/(9.07.2018), https://v-tumane.ru/prodazha/uvlazhnenie-vozduha-v-kvartire-dome-ofise/ (01.10.2022).

Также известны различные способы контроля состояния трубопроводов, описанные на общедоступных сайтах: https://www.vadiscentr.ru/instrukcii_ро_montazhu/sistema_operativnogo_distanci_onnogo_kontrolya_sodk/ (23.04.2014), https://www.visiterm.ru/tekhnologii/kak-naiti-protechku (12.08.2020).

Наиболее близким к заявленному техническим решениям является изобретение (RU 2737992 C1, 21.05.2020), которое относится к технике кондиционирования воздуха и применяется для создания комфортных условий микроклимата в многоэтажных строениях, в частности для поддержания на достаточном уровне влажности воздуха в многоквартирном доме, офисах и иных аналогичных зданиях. Система увлажнения воздуха многоэтажного здания включает трубопровод подачи воды от системы централизованного водоснабжения, станцию водоподготовки, от которой отходят центральная водопроводная линия и дренажная водопроводная линия промывки, центральный блок управления системой, от центральной водопроводной линии отходят поэтажные, закольцованные для возможности промывки водопроводные линии высокого давления, которые запитываются от поэтажных насосов высокого давления, каждый из которых оборудован индивидуальным блоком управления, к поэтажным водопроводным линиям осуществляется подключение потребителей, каждый из которых имеет свою гидравлическую систему, включающую распыляющие форсунки адиабатического увлажнения, гидравлическую арматуру, распределительные клапаны, гигростаты, панель регулировки влажности помещения, поддерживающие влажность воздуха на установленном уровне, контроль и управление работой которых осуществляется через блок управления потребителя, при этом центральный блок управления системой выполнен с возможностью получения данных с блоков управления потребителей и блоков управления насосами. Техническое решение позволяет систематизировать и централизовать систему увлажнения воздуха многоэтажного здания с применением адиабатического форсуночного распыления.

Недостатком данных технических решений является то, что отсутствуют контроль протечек трубопроводов и выявление неработающих форсунок, либо контроль недостаточно надежный.

Первой задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка системы увлажнения помещений.

Данная задача решается благодаря тому, что система увлажнения помещений включает источник водоснабжения, насос высокого давления, трубопровод низкого давления, трубопровод высокого давления, форсунку, электронный блок управления, датчик давления, устройство контроля уровня влажности, при этом электронный блок управления содержит контроллер, который управляет работой насоса высокого давления, засекает и запоминает время, считывает показания с датчиков давления, получает сигнал от устройств контроля влажности.

Второй задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа контроля протечек трубопроводов и выявления неработающих форсунок данной системы.

Данная задача решается благодаря тому, что способ контроля технических неполадок системы увлажнения помещений включает в себя: регистрацию эталонных значений при работе системы без технических неполадок; отсчет времени падения давления при стравливании через форсунку при остановке подачи воды к форсунке; сравнение полученного времени падения давления с эталонным значением и блокировку увлажнения зоны, если полученное значение времени больше или меньше эталонного.

Техническим результатом данных совокупностей признаков является повышение надежности системы увлажнения помещений.

В данном изобретении к техническим неполадкам системы увлажнения относятся протечки в трубопроводах и вышедшие из строя форсунки.

Эталонные значения - это значения времени стравливания давления, записанные при работе системы увлажнения без технических неполадок.

Гигростат - это прибор, задача которого заключается в автоматическом регулировании заданного уровня влажности в зоне помещения (комнате).

Способ предназначен для повышения надежности посредством отслеживания протечек в трубопроводах систем увлажнения, а также выявлению неработающих (вышедших из строя) форсунок за счет контроля времени падения давления в заданном диапазоне значений (30-50 бар) в фазе сброса давления и последующем сравнении с эталонными значениями, заранее рассчитанными эмпирическим путем. Фаза сброса - конец цикла «работа». После сброса давления начинается цикл «пауза».

Диапазон значений может быть изменен исходя из установленного рабочего давления системы. Значения 30-50 бар приняты исходя из того, что при этом давлении скорость падения давления замедляется и таким образом можно отследить большую дельту изменения времени при наличии неработающих форсунок или при наличии протечек.

Фаза сброса давления включает в себя остановку насоса, стравливание давления через форсунки до уровня давления сброса через дренажный клапан, являющийся частью конструкции насосного блока, применяется для резкого сброса давления в трубопроводе в конце цикла «работа» для исключения образования капель и подтеков из форсунок. Уровень давления сброса через дренажный клапан может быть настроен на любое давление (в пределах 25-30 бар).

Сущность изобретений поясняется чертежами:

Фиг. 1 - пример организации системы увлажнения помещений;

Фиг. 2 - алгоритм проверки трубопроводов и форсунок системы увлажнения помещений.

На фигурах обозначено: 1 - источник водоснабжения; 2 - насос высокого давления; 3 - трубопровод низкого давления; 4 - трубопровод высокого давления; 5 - форсунки; 6 - провод; 7 - электронный блок управления (ЭБУ); 8 - зона помещения.

Система увлажнения помещений (фиг.1) включает в себя следующие элементы: источник водоснабжения 1, насос высокого давления 2, с помощью которого давление воды в системе поднимается до уровня 55-80 бар, трубопроводы низкого давления 3, трубопроводы высокого давления 4, форсунки 5, ЭБУ 7, устройства контроля влажности (на чертежах не обозначены), датчики давления (на чертежах не обозначены) и зоны помещения 8.

ЭБУ 7 представляет собой электронное устройство, включающее контроллер, который управляет работой насоса высокого давления 2 посредством провода 6, засекает и запоминает время, считывает показания с датчиков давления, получает сигнал на увлажнение зоны помещения 8 от устройства контроля уровня влажности. Датчики давления устанавливаются в насосе 3 и/или в трубопроводе высокого давления 4, в котором требуется измерять давление. Датчик давления представляет собой электронно-механическое устройство, которое способно измерять давление и преобразовывать его в электронный сигнал. В качестве устройств контроля влажности могут использоваться электронные датчики влажности, электронные гигростаты, механические гигростаты и любые другие типы устройств, которые способны измерять влажность. Эти устройства располагаются непосредственно в увлажняемых зонах помещения 8. Количество таких устройств определяется исходя из конструктивных особенностей конкретной системы увлажнения.

В одной системе увлажнения помещений может быть N-e количество трубопроводов высокого давления 4, форсунок 5 и зон помещения 8.

Элементы системы увлажнения соединены между собой следующим образом: источник водоснабжения 1 соединен с насосом высокого давления 2 при помощи трубопровода низкого давления 3. Насос высокого давления 2 соединен с трубопроводом высокого давления 4, который ведет в зону помещения 8. Трубопроводы высокого давления 4 в зоне помещения 8 имеют форсунки 5. Форсунки 5 представляют собой металлический цилиндр с полостью для протока жидкости, на конце форсунки 5 имеется отверстие для распыления воды. Форсунки 5 соединяются с трубопроводами высокого давления 4 посредством фитинга с резьбовым соединением со стороны форсунки 5 и неразъемным соединением со стороны трубопровода 4.

Дополнительно система увлажнения может содержать узел водоподготовки, на котором вода очищается от различных примесей.

Система увлажнения помещений работает следующим образом:

Из источника водоснабжения 1 вода через трубопровод низкого давления 3 поступает в насос высокого давления 2. Далее по трубопроводу высокого давления 4 она попадает в зону помещения 8, где благодаря высокому давлению (55-80 бар) распыляется через форсунки 5, превращаясь в сверхтонкий аэрозоль, который растворяется в воздухе, не долетая до пола. В результате воздух в помещениях увлажняется и частично очищается от пыли и микробов.

Для наилучшего перемешивания неувлажненного и увлажненного воздуха распыление воды производится циклами «работа-пауза». Длительность этих циклов задается при настройке системы увлажнения. Длительность циклов конфигурируется индивидуально для каждой системы, исходя из размеров увлажняемых зон помещения 8, скорости воздухообмена и пожеланий пользователя.

В конце каждого цикла «работа» насос высокого давления 2 прекращает подавать воду к форсункам 5 и в течение некоторого времени происходит плавное падение давления в системе, в конце цикла давление резко сбрасывается при помощи дренажного клапана, после чего наступает цикл «пауза». Время падения давления через форсунки 5 не имеет четко определенного времени. Время падения зависит от количества форсунок 5, объема жидкости в системе трубопроводов высокого давления 4 и от общей длины трубопроводов высокого давления 4 в зоне помещения 8.

При поступлении сигнала увлажнения зоны помещения 8 в ЭБУ 7, запускается насос 2. Сигнал на увлажнение зоны помещения 8 поступает в ЭБУ 7 от гигростата. Если для контроля влажности используется гигростат, то сигнал может представлять собой электрический сигнал (или любой другой сигнал, например, радиосигнал), который передается через провода (или с помощью электромагнитных волн). ЭБУ 7 в свою очередь воспринимает (считывает) этот сигнал и запускает увлажнение в требуемой зоне помещения 8. Если для контроля влажности используются датчики влажности, то ЭБУ 7 считывает показания с этих датчиков влажности и исходя из текущего значения влажности и заданного уровня влажности принимает решение о запуске или не запуске увлажнения зоны помещения 8. Далее наступает цикл «работа», то есть происходит увлажнение зоны помещения 8 до поступления сигнала остановки увлажнения или истечения таймера работы. Сигнал на остановку увлажнения представляет собой инвертированный сигнал на увлажнение, то есть, если сигнал на увлажнение есть, то происходит увлажнение, если сигнала нет, то увлажнение не происходит. Время циклов индивидуально настраивается для каждой системы исходя из объема зон помещений 8, воздухообмена и пожеланий пользователя. За время цикла «работа» зона может не успеть увлажниться до заданного уровня. Система перейдет в режим «пауза», по истечении времени «пауза» система снова считает сигналы на требование увлажнения зоны помещений 8 и запустит цикл «работа», если требуется увлажнение. После окончания цикла «работа» происходит остановка насоса 2, в это время давление, которое было в трубопроводе высокого давления 4, стравливается через форсунки 5 до уровня сброса давления (Р_сброса), а программа в это время отсчитывает время, за которое это давление стравится (Т_{стравливания}).

Последовательность осуществления способа контроля технических неполадок в системе увлажнения помещений.

1. В контроллере устанавливаются верхнее (Р_{верхнее}) и нижнее (Р_нижнее) давление, учитывающееся при выполнении измерений. Верхнее (Р_{верхнее}) и нижнее (Р_нижнее) давления могут быть заданы любые при настройке системы. Максимальное верхнее (Р_{верхнее}) давление 55 бар, минимальное верхнее (Р_{верхнее}) давление 45 бар, максимальное нижнее (Р_нижнее) давление 40 бар, минимальное нижнее (Р_нижнее) давление 20 бар.

Система запускается, начинается цикл «работа», по его окончании производится замер и регистрация в контроллере эталонных значений времени падения давления при стравливании через форсунки (Т_{стравливания эталонное}), то есть при работе системы без технических неполадок.

Порядок замера эталонного времени (Т_{стравливания эталонное}): при остановке насоса 3 производится отсчет времени падения давления через форсунки 5. Время отсчитывает контроллер в ЭБУ 7, основываясь на данных датчика давления. Когда давление в системе опускается до верхнего заданного уровня давления (Р_{верхнее}) начинается отсчет времени, а когда уровень доходит до нижнего заданного уровня давления (Р_нижнее) - отсчет останавливается.

2. В дальнейшем при работе системы в конце каждого цикла «работа» или по установленному инженером расписанию контроллер производит замер времени падения давления от верхнего заданного уровня (Р_{верхнее}) до нижнего заданного уровня (Р_нижнее).

3. Полученное фактическое значение (Т_{стравливания}) сравнивается с записанным в память контроллера ранее эталонным значением (Т_{стравливания эталонное}).

В зависимости от результата сравнения принимается решение о возможности дальнейшей работы системы увлажнения по одному из следующих сценариев:

3.1. При соответствии полученных значений с эталонными (Т_{стравливания} = Т_{стравливания эталонное}) работа системы продолжается.

3.2. При несоответствии полученных значений эталонным значениям (Т_{стравливания}) < (Т_{стравливания эталонное}) или (Т_{стравливания}) > (Т_{стравливания эталонное}), С учетом допустимого диапазона отклонений для системы увлажнения, который устанавливается производителем оборудования, контроллер фиксирует повышенное или пониженное время падения (стравливания) давления в зоне помещения 8 и блокирует дальнейшую работу системы в зоне помещения 8.

Если (Т_{стравливания}) > (Т_{стравливания эталонное}), то есть полученное значение времени больше эталонного, то это означает, что вода через форсунки 5 уходила медленнее, чем должна была, что позволяет сделать вывод о том, что что-то препятствует стравливанию. Таким образом, форсунка 5 работает некорректно, полностью или частично забилась сопло форсунки.

Если (Т_{стравливания}) < (Т_{стравливания эталонное}), то есть полученное значение времени меньше эталонного, то это означает, что вода через форсунки 5 уходила быстрее, чем должна была, что позволяет сделать вывод о том, что помимо форсунок 5 вода уходит откуда-то еще. Таким образом в зоне помещения 8, для которой проводился отсчет времени, имеется протечка трубопровода 4 или неисправность форсунок 5.

Для описанной последовательности представлен алгоритм в виде блок-схемы (фиг.2).

Преимущество предлагаемой разработки заключается в том, что имеется возможность контроля протечек во время реальной эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла системы увлажнения, что особенно важно ввиду особенностей применения систем в жилых и общественных помещениях, а также высокого давления, которое является фактором повышенного износа и дополнительных динамических нагрузок на все уплотняющие соединения гидравлической части системы. Выявление неработающих форсунок при помощи предложенного способа улучшает эксплуатационные качества системы увлажнения и добавляет комфорт и безопасность для пользователя в процессе эксплуатации.

Для реализации разработанного способа необходимо запрограммировать блок управления, отвечающий за работу системы увлажнения, таким образом, чтобы он мог проводить регистрацию эталонных значений, отсчет времени падения давления через форсунки и сравнение полеченного времени с эталонными значениями по описанной последовательности.

Способ пригоден для любых систем увлажнения, в которых имеется:

1. Источник воды.

2. Насос, повышающий давление.

3. Датчик давления в системе трубопроводов.

4. Система трубопроводов с условно-постоянным водоразбором.

5. Электронный блок управления (ЭБУ), который имеет возможность управлять работой насоса, засекать и запоминать время падения давления, считывать показания с датчиков давления.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Способ контроля технических неполадок в системе увлажнения помещений. Верхнее заданное давление (Р_{верхнее}) 50 бар, нижнее заданное давление (Р_нижнее) 30 бар.

После монтажа оборудования системы увлажнения инженер запускает программу, которая запоминает эталонное значение времени падения давления при его стравливании через форсунки, основываясь на данных датчика давления. Когда давление достигает верхнее заданное давление (Р_{верхнее}) 50 бар программа запускает секундомер, когда давление опускается до нижнего заданного давления (Р_нижнее) 30 бар контроллер останавливает секундомер и сохраняет полученное значение в своей памяти.

Количество форсунок и полученное значение времени представлены в таблице 1.

В данном примере под эталонным значением времени стравливания принято 18 сек.

Далее система увлажнения работает в штатном режиме. После каждого цикла увлажнения происходит сброс давления из трубопроводов. Сброс давления происходит сначала через форсунки (стравливание давления), затем, когда давление достигнет 29 бар (уровня сброса давления в дренажный клапан), система сбросит оставшуюся воду через дренажный клапан (соленоидный клапан), которым управляет ЭБУ. При открытии дренажного клапана вода из системы трубопроводов высокого давления сбрасывается в канализацию по дренажной трубе.

Контроллер засекает время стравливания давления после каждого цикла «Работа».

Во время одного из циклов система зафиксировала следующие данные (табл.2).

Контроллер определил протечку в зоне №1, так как при сравнении с эталонным значением время стравливания оказалось меньше на 11 секунд. После чего контроллер заблокировал работу системы до ручной разблокировки зоны №1 инженером. Разблокировка осуществляется после диагностики причины и выполнения ремонта системы.

Пример 2. Способ контроля технических неполадок в системе увлажнения помещений. Верхнее заданное давление (Р_{верхнее}) 50 бар, нижнее заданное давление (Р_нижнее) 30 бар.

После монтажа оборудования системы увлажнения инженер запускает программу, которая запоминает эталонное значение времени падения давления при его стравливании через форсунки, основываясь на данных датчика давления. Когда давление достигает верхнее заданное давление (Р_{верхнее}) 50 бар программа запускает секундомер, когда давление опускается до нижнего заданного давления (Р_нижнее) 30 бар контроллер останавливает секундомер и сохраняет полученное значение в своей памяти.

Количество форсунок и полученное значение времени представлены в таблице 3.

В данном примере под эталонным значением времени стравливания принято 14 сек.

Далее система увлажнения работает в штатном режиме. После каждого цикла увлажнения происходит сброс давления из трубопроводов. Сброс давления происходит сначала через форсунки (стравливание давления), затем, когда давление достигнет 29 бар (уровня сброса давления в дренажный клапан), система сбросит оставшуюся воду через дренажный клапан (соленоидный клапан), которым управляет ЭБУ. При открытии дренажного клапана вода из системы трубопроводов высокого давления сбрасывается в канализацию по дренажной трубе.

Во время одного из циклов система зафиксировала следующие данные (табл.4).

Контроллер зафиксировал, что время стравливания давления увеличилось с 14 до 18 секунд, на основе этих данных делается вывод о том, что одна или несколько форсунок не работают. Работа зоны блокируется до ручного сброса блокировки инженером после ремонта/замены форсунки.

Изобретение относится к форсуночным системам увлажнения воздуха и контролю технических неполадок данных систем. Система увлажнения помещений включает источник водоснабжения, насос высокого давления, трубопровод низкого давления, трубопровод высокого давления, форсунку, электронный блок управления, датчик давления, устройство контроля уровня влажности. Электронный блок управления содержит контроллер, который управляет работой насоса высокого давления, регистрирует эталонные значения времени стравливания давления, отсчитывает время падения давления при стравливании через форсунку до уровня сброса давления через дренажный клапан, сравнивает полученное время с эталонными значениями и блокирует увлажнение зоны, если полученное значение времени больше или меньше эталонного, считывает показания с датчиков давления, получает сигнал от устройств контроля влажности. Способ контроля технических неполадок системы увлажнения помещений включает в себя: регистрацию эталонных значений времени стравливания давления, записанных при работе системы увлажнения без технических неполадок, отсчет времени падения давления при стравливании через форсунку при остановке подачи воды к форсунке, сравнение полученного времени падения давления с эталонным значением и блокировку увлажнения зоны, если полученное значение времени больше или меньше эталонного. Технический результат заключается в повышении надежности системы увлажнения помещений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

1. Система увлажнения помещений, включающая источник водоснабжения, насос высокого давления, трубопровод низкого давления, трубопровод высокого давления, форсунку, электронный блок управления, датчик давления, устройство контроля уровня влажности, отличающаяся тем, что электронный блок управления содержит контроллер, который управляет работой насоса высокого давления, регистрирует эталонные значения времени стравливания давления, отсчитывает время падения давления при стравливании через форсунку до уровня сброса давления через дренажный клапан, сравнивает полученное время с эталонными значениями и блокирует увлажнение зоны, если полученное значение времени больше или меньше эталонного, считывает показания с датчиков давления, получает сигнал от устройств контроля влажности.

2. Способ контроля технических неполадок системы увлажнения помещений по п.1, отличающийся тем, что включает в себя: регистрацию эталонных значений времени стравливания давления, записанных при работе системы увлажнения без технических неполадок, отсчет времени падения давления при стравливании через форсунку при остановке подачи воды к форсунке, сравнение полученного времени падения давления с эталонным значением и блокировку увлажнения зоны, если полученное значение времени больше или меньше эталонного.