Система регулирования температуры воды в теплосети Советский патент 1986 года по МПК G05D23/00 

ной клапан в клапанной коробке 16. Реле 4 температуры установлено на выходной части корпуса подогревателя 2 со стороны контура греющей воды. Чувствительный элемент этого реле находится вблизи от теплообменной поверхности подогревателя 17. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации тепловых процессов и может быть использовано для регулирования температуры в сетл централизованного теплоснабжения. Целью изобретения является повьппение эконо ии энергии. Система регулирования температуры воды в теплосети содержит водяной подогреватель 1, мембранный исполнительный механизм 2, два реле 3 и 4 температуры. Механизм 2 состоит из корпуса 5 с крышкой 6, мембраны 7, тарелки 8, седла 9. Полость 10 присоединена с помощью импульсной линии 11 к выходному трубопроводу 12 греющей воды за подогревателем. Полость 10 механизма 2 присоединена с помощью импульсной лис нии через дроссель 13 к выходному трубопроводу греющей воды после ис(О ,полнительного механизма. На импульсС ной линии 11 расположены клапаны реле-3 и 4. Реле 4 содержит выход

Изобретение относится к автоматизации тепловых процессов и может быть использовано для регулирования температуры в сети централизованного теплоснабжения.

Цель изобретения - повышение экономии энергии.

На чертеже показана схема предлагаемой системы.

Систему регулирования температуры воды в теплосети состоит из водяного подогревателя 1 несмешивающего типа (например, конструкции труба в трубе), мембранного исполнительного механизма 2, первого.3 и второго 4 реле температуры. Ме бранный. нспол:нительный механизм содержит корпус 5 вентильного типа, закрытый крышкой 6. Между корпусом и крышкой зажата гибкая мембрана 7, на жестком центре которой с помощью штока закреплена тарелка 8, образующая затвор (регулирующий орган) совместно с седлом 9 корпуса, Надмембранная полость 10 исполнительного механизма 2 присоединена с помощью импульсной линии 11 к выходному трубопроводу 12 греющей воды за подогревателем (по . ходу воды) перед исполнительным механизмом. Надмембранная полость 10 исполнительного механизма 2 присоединена с помощью импульсной линии через дроссель 13 к выходному трубопроводу греющей воды после исполнительного механизма. На импульсной линии 11 последовательно расположены выходные клапаны реле 3 и 4. Выходной клапан реле 3 расположен внутри клапанной коробки 14, с которой жестко скреплен чехол чувствительного злементв этого реле, погруженнь1й внутрь выходного трубопровода контура подогреваемой воды 15 на расстоянии от подогревателя, достаточном для .получения представительного замера температуры подогреваемой воды - регулируемой величины (обычно на расстоянии не менее 10 диаметров трубопровода). Реле 4 температуры содержит выходной клапан в клапанной короЬке 16 и установлено на выходной части корпуса подогревателя со стороны контура греющей воды. Чувствительный элeмeнt этого реле оказывается в непосредственной близости от теплообменной поверхности 17 подогревггтеля. Реле 3 и 4 по принципу действия :-могут быть аналогичны (например, с дилатометрическим чувствительным элементом) ., Конструктивные отличия реле 4 от реле 3 связаны с его установкой и назначением (узел крепления, длина чувствительного элемента). Вход воды из водопровода в контур подогреваемой воды подогревателя осуществляет-ся по трубе 18 (выход по трубе 15). Вход из сети в контур греющей воды подогревателя осуществляется по трубе 19, а выход, по трубе 20. Направление движения греющей воды в устройстве показано стрелками 21, а подогреваемой воды - стрелками 22.

Работа устройства состоит в следующем.

Выходные клапаны реле 3 и 4 температуры открыты, когда температура воды, омывакнцей их чувствительные элементы, ниже заданного значения, устанавливаемого при их настройке. Реле 3, измеряющее температуру регулируемой величины горячей воды, поступающей к потребителю, настраивается в соответствии с требованиями потребителя (обычно 60 С для бытовых

.целей). Реле 4 целесообразно настраивать на температуру, близкую к минимальной температуре подающей магистрали теплосети (т.е. порядка для температурного графика сети 15070 с). Таким образом, при первоначальном пуске подогревателя, когда. он холодный, выходные клапаны обоих реле 3 и 4 открыты. Поэтому вода бесперпятственно поступает по линии 11 в надмембранную полость исполнительного механизма 2. Линия 11 и клапана реле 3 и 4 выбираются такими по проходному сечению, чтобы это сечение многократно превышало сечения отверстия дросселя 13 (например, .внутренний диаметр линии 5 мм, а отверстие дросселя 0,5 мм, соотношение проходных сечений 1:100), При этом давление в надмембранной полости 10 незначительно меньше (на 2-3%), чем давление под этой мембраной. Поскольку при этом результирующее усилие на мембране 7 от действия давлений резко падает, то под действием направленных вниз веса подвижной системы и усилия от максимального перепада давлений на тарелке 8, который имеет мес то в состоянии закрытия затвора и равен разности давлений между подающей и обратной магистралями теплосети подвижная система исполнительного ме ханизма 2 передвигается вниз, тарелка 8 отходит от седла 9. Открывается проход для движения греющей воды. Горячая вода из подающей линии сети по трубе 19 поступает в подогреватель и выходит по трубе 20. Это приводит к нагреву воды, проходящей по контуру подогреваемой воды и поступающей к потребителю по трубе 15. В определенный момент температура воды, омывающей чувствительный элемент реле 3, превьщгает на величину нечувствительности задание и выходной клапан реле 3 закрывается. Вода прекращает поступать из участка трубопровода 12 по импульсной линии 11 в надмембранную полость исполнительного механизма. В этом случае давление в надмембранной полости устанавливается равным давлению в выходной трубе 20 благодаря постоянно, действующему соединению по импульсной линии с дросселем 13.

Поскольку затвор 8 и 9 имеет существенное сопротивление, давление до него, т.е. на входе в исполнительный механизм 2, больше, чем на выходе. Входное давление действует на мембрану 7 по всей эффективной площади мембраны вверх и, преодолевая силу тяжести подвижных элементов, поднимает мембрану 7, а вместе с ней поднимается тарелка 8, закрывая проход воды. По мере закрытия затвора (регулирующего органа) перепад давления на нем, т.е. между входом и выходом мембранного механизма -2, возрастает, что ускоряет процесс закрытия до полного перекрытия движения греющей воды. В положении закрытия перепад на затворе, т.е. между вход и выходом мембранного исполнительного механизма 2, равен перепаду далений между подающей и обратной линиями сети теплоснабжения (как правило, больше 100 кПа), что обеспечивает надежность переходного процесс закрытия и герметичность запирания проходного сечения (за счет значительного усилия на мембране 7, направленного вверх) . Когда мембран-ный исполнительный механизм закрыт, движение греющей воды из теплосети через подогреватель прекращается. Поскольку потребитель продолжает потребление горячей воды, необходимое для ее подогрева, тепло может быть получено за счет тетоемкости сетевой воды, находящейся в подогревателе, и теплоемкости металла подогревателя. Так как нет притока теплоI

вой энергии извне, через определенное время начинает падать температура подогреваемой воды. Когда это падение превьнпает величину нечувствительности реле 3, последнее открывает свой клапан. Клапан реле 4 в течение всего указанного периода остается открытым, поскольку при наличии водоразбора (и автоматического регулирования температуры воды, поступающей к потребителю) температура охлажденной воды, выходящей из контура греющей воды нагревателя, не может подняться вьпие выбранной настройки реле 4. Выбором зоны нечувствительности реле 3 (дифференциала) можно обеспечить приемлемый режим по точности поддержания температуры горячей воды у потребителя и частоте переключений Опытные испытания показали, что при дифференциале реле 35с потребитель практи- чески не ощущает колебания температуры горячей воды. Это связано с больщой теплоемкостью системы подающих и распределительных трубопр.оводов сети и у потребителя. Следует отметить, что путем установки пружины, воздействующей на тарелку 8, устройство может быть переведено в пропорциональный режим работы. Чтобы реле 3 обеспечивало предст1авительное 5 измерение, т.е. измеряло действител ную температуру воды, подающейся к потребителю, необходимо установить его на определенном расстоянии от выхода нагреваемой воды из подогрев теля (обычно это 10-20 диаметров трубы, на которой реле-З установлено) . При этом обеспечивается хороше перемешивание отдельных струй, выхо дящих из подогревателя. Рассмотрим работу предлагаемого устройства, когда потребитель прекращает разбор горячей веды на длительное время, например ночью. При этом температура воды в месте установки реле 3 постепенно падает и оно открывает свой выходной клапан, тем самым дает разрешение на пропус греющей воды через подогреватель. Однако поскольку отбора тепла в. подогревателе нет, греющая вода выходит из подогревателя с высокой температурой, близкой к начальной, т.е с Температурой подающей линии- сети, с которой вода поступает по тр.уб 19. Температура воды в подающей магисгтрали сети теплоснабжения на всех режимах больше , поэтому реле 4 настроенное на эту температуру, сра батывает и закрывает свой выходной клапан. В этом случае, хотя выходно клапан реле 3 открыт, подача команд ного импульса по линии 11 в надмембранную полость исполнительного механизма прекращается, что приводит прекращению прохода греющей воды через подогреватель. G этого момента начинается охлаждение воды, находящейся в подогревателе. Процесс этот медленный, поскольку водоразбо ра нет, подогреватель обладает достаточно большой тепловой аккумули)ующей способностью, а потери в. окружающую среду благодаря тепловой изоляции поверхности подогревателя и присоединенных к нему трубопроводов снижены. Когда в результате ука занного медленного процесса охлажде ния уровень температуры воды, окружающей чувствительньш элемент реле 4, достигнет значения его настройки температурное реле 4 сработает и от кроет свой выходной клапан. Посколь .ку выходной клапан реле 3 остается во время указанного процесса открытым (вода, окружающая его чувствительный элемент, охладилась) вода по импульсной линии 11, пройдя оба 926 открытых клапана реле 3 и реле 4, беспрепятственйо поступает в надмембранную полость исполнительного механизма 2. Последний открывает свой затвор и начинается пропуск греющей воды через подогреватель. В данном случае нагрев в противовес охлаждению происходит очень быстро (в течение нескольких десятков секунд), поскольку поток греющей воды рассчитан на нагрев номинального количества воды для потребителя, а отбора подогреваемой воды нет. В результате охладившаяся вода из контура греющей воды подогревателя вытесняется, на выходе потока греющей воды из подогревателя в выходной полости его, где установлен чувствительный элемент реле 4, температура воды быстро возрастает; Реле 4 вновь закрывает свой выходной клапан5 т.е. вьщает команду на прекращение пропуска греющей воды через потребитель. Таким образом, рассмотренный режим (при отсутствии водоразбора) будет колебательным, состоящим из чередующихся кратковременных скачков роста температуры, когда греющая вода проходит из сети через подогреватель (десятки секунд), и относительно длительных периодов охлаждения, когда прохода греющей воды из сети нет (десятки минут). Такой режим практически мо.жет рассматриваться как полное пре,кращение пропуска греющей воды при прекращении водоразбора. Рассмотрим работу предлагаемого устройства, когда возобновляется водоразбор. .В этом случае по контуру подогреваемой воды начинает дй11гаться холодная вода, поступающая по трубе 18 из водопровода (или другого источника). Поскольку чувствительный элемент реле 4, установленный в выходной полости корпуса подогревателя, оказывается в непосредственной близости от проходящих здесь труб теплообменной поверхности 17 (внутри которых начинает двигаться холодная вода),-т.е. вблизи контура нагреваемой воды, а направленного движения греющей воды в этот первоначальный момент (когда начался водоразбор подогреваемой воды) еще нет, то в результате естественной конвекции вода в окружающем чувствительньй элемент реле 3 объеме быстро доохлаждается. Реле 4 срабатывает ир этом

на открытие своего клапана, тем са мым разрешает поступление греющей воды в подогреватель (клапан реле 3 был до этого открыт). Начиная с этого момента, происходят повторные отключения греющей воды по команде реле 4, поскольку греющая вода, до того как попасть в ту выходную по- лость подогревателя, где расположен чувствительный элемент реле 4, будет охлаждена за счет подогрева потока воды, поступающей к потребителю (влияние теплопередачи за счет местной конвекции от участка близко расположенных труб на чувствительный элемент реле 4 при наличии организованного потока греющей воды в данном случае пренебрежимо мало). Рассмотрим более подробно выбор настройки температурного реле 4. В соответствии с наиболее распространенным в нашей стране графиком работы сети централизованного теплоснабжения вода подается к потребителю с температурой 150-70 СВ зависимости от температуры наружного воздуха для систе с общей подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение. Поэтому настройку реле 4, рассчитанную на рабо,ту в течение всего отопг1тельного сезона, целесообразно установить на уровне 70 С. Настроенное таким образом реле 4 будет не только предотвращать пропуски греющей воды при длительном прекращении водоразбора, но и в случаях, когда подогреватель неисправен или сильно засорены теплообменные поверхности (поскольку реле 5 4 реагирует на появление недопустимо высокой температуры на выходе греющей воды из подогревателя).

Формула изобретения

,1 Система регулирования температуры йоды в теплосети, содержащая водяной подогреватель, первое реле температуры, установленное на выходном трубопроводе.контура нагреваемой воды подогревателя, мембранный исполнительный механизм, установленный на выходном трубопроводе контура греющей воды подогревателя, отличающаяся тем, что, с целью повы-; щения экономии энергии системы, она содержит второе реле температуры, установленное на выходном трубопроводе контура греющей воды,.а выходные клапаны первого и второго реле расположены последовательно на импульсной линии, соединяющей трубопровод за подогревателем перед мембранным исполнительным механизмом с надмембранной полостью, соединенной импульсной линией с трубопроводом на выходе мембранного исполнительного механизма через дроссель.