Регулятор расхода тепла в тепловой сети Советский патент 1993 года по МПК F24D19/10 

Фиг. &

21, узел вычитания 22, связанный с источником опорного напряжения 23 через масштабный задатчик 24. Кроме того, регулятор содержит узел умножения расхода жидкости на разность температур 25, усилитель измерения разности температур 26, который связан с измерительной мостовой схемой 27. Также регулятор содержит термометры сопротивления 28 и 29 на подающем и обратном трубопроводах, источник питания мостовой схемы измерения 30, за- датчик расхода 33, связанный с регулятором задатчика расхода тепла 31. Узел сравнения 32 связан с выходным усилителем 34 и далее с ключом 34, который управляет исполнительным механизмом 36 на закрытие или открытие регулирующего клапана 37 теплоносителя в теплообменнике 38. 5 ил.

Использование: автоматическое регулирование расхода тепла в тепловых сетях. Сущность изобретения: регулятор расхода тепла 11 содержит статический преобразователь мощности 13, который через трансформатор напряжений 14 и трансформатор тока 15 подключен к тепловой сети электродвигателя привода насоса. Регулятор содержит узел компенсации потерь в электродвигателе привода насоса 16, напряжение с которого подается на узел деления 17 - давления, развиваемого насосом, на мощность, действующую на валу насоса. Он также содержит датчики 18 и 19 на выки- де и приеме насоса, которые связаны с узлом вычитания 20, регулятор напряжения

Изобретение относится к теплоснабжению городов и поселков и может быть использовано для автоматического регулирования расхода тепла в тепловых сетях, содержащих центробежные электронасосы.

Цель изобретения - повышение точности в регулировании расхода тепла, надежность и простота устройства для регулирования.

Регулятор расхода тепла содержит статический преобразователь мощности, измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, узел компенсации потерь в электродвигателе, узел деления давления на мощность, датчик давления на выкиде насоса, датчик давления на приеме насоса, узел вычитания давлений, регулятор напряжений, узел вычитания напряжения, термометр сопротивления на подающем трубопроводе, термометр сопротивления на обратном трубопроводе, мостовую схему измерения разности температур, узел питания мостовой схемы измерения, усилитель схемы измерения разности температур, задатчик расхода тепла, в зависимости от наружной температуры , регулятор задатчика расхода тепла . узел сравнения, усилитель выходной, ключ, исполнительный механизм, источник питания мостовой схемы из- мерения разности температур, блок управления, причем обмотка напряжения преобразователя мощности подключена к обмотке напряжения измерительного трансформатора напряжения, а токовая обмотка к измерительному трансформатору тока, выход статического преобразователя мощности подан на вход узла компенсации потерь в электродвигателе, а выход с узла компенсации потерь подан на один из входов узла деления давления на мощность, выход датчика давления на выкиде насоса и выход датчика на приеме насоса поданы на

входы узла вычитания давлений, а выход узла вычитания давлений подан на второй вход узла деления давления на мощность, выход с которого подан на вход регулятора

напряжения, выход с которого подан на вход узла вычитания напряжения, концы термометра сопротивления на обратном трубопроводе подключены в одно плечо мостовой измерительной схемы, а концы датчика термометра сопротивления) установленного на подающем трубопроводе, подключены в смежное плечо мостовой измерительной схемы, в другие два плеча мостовой измерительной схемы подключены резисторы, вход узла питания мостовой схемы подан на вход блока питания, а выход узла питания мостовой схемы подан на одну из диагоналей мостовой измерительной схемы, а выход с мостовой измерительной

схемы подан на вход усилителя мостовой схемы, выход с которого подан на второй вход узла умножения расхода на разность температур, выход с узла умножения подан на один вход узла сравнения, выход задатчика тепла подан на вход регулятора задатчика расхода тепла, выход с которого подан на вход выходного усилителя, выход с которого подан на вход ключа, выход с ключа подан на вход исполнительного механизма,

а выход с него на регулятор подачи теплоносителя в теплообменник тепловой сети.

На фиг.1 показана схема участка тепловой сети, в которой осуществляется регулирование расхода тепла;

на фиг.2 - типовые характеристики насоса Д2000-34 и новая энергетическая характеристика;

на фиг.З - характеристика насоса СЭ 1250-140 при различных диаметрах рабочих

колес и энергетическая характеристика;

на фиг.4 - характеристики насоса ЦНС- 180, а также новая энергетическая характеристика;

на фиг,5 - структурная схема регулятора расхода тепла.

Тепловая сеть (фиг.1) состоит из источника тепла 1, подающего трубопровода 2, потребителей тепла 3, обратного трубопровода 4, насоса на обратном трубопроводе 5 с электродвигателем 6. Для регулирования расхода тепла потребляемого потребителем измеряется давление на выкиде насоса Манометром 7 и на приеме насоса манометром 8, разность температур термометрами 9 и 10. Для измерения расхода тепла имеется устройство 11, а для его регулирования устройство 12.

: Для регулирования расхода тепла необходимо знать значение расхода теплоносителя на обратном трубопроводе, а также разность температур на подающем и обратном трубопроводах тепловой сети.

Мгновенный расход тепла равен

G c Q -О

где G - мгновенный расход тепла; .

с - теплоемкость воды; . Q - расход теплоносителя на обратном трубопроводе;

в - разность температур в прямом и обратном трубопроводах.

В предлагаемом регуляторе расхода тепла расход жидкости производится без установки специальных приборов в поток жидкости, а путем анализа параметров насосной установки.

Насос 5 служит для подачи жидкости. Основными параметрами центробежных насосов являются: подача Q и развиваемый напор Н в м.вод.ст.. Напор равен максимальной высоте, на которую может поднять ся жидкость (вода). Напор и подача-величины взаимосвязанные, чем выше развиваемый данным насосом напор, тем ниже его производительность. Поскольку все типовые характеристики насоса сняты на воде с плотностью 100 кг/м3, то вместо напора в м будем в дальнейшем пользоваться давлением в МПа, из расчета 1 МПа равен 100 м напора. Типовая зависимость развиваемого давления от подачи показана на фиг,2 для измерения расхода предлагается ввести в число паспортных ха-, рактеристик насоса новую характеристику М-С (фиг.2, фиг.З, фиг.4). Эта характеристика отражает изменение значения потребляемой единицы мощности на создание единицы давления, которую обозначим через М, а соответствующую характеристику через М-С, которая для данного значения подачи равна

,

где N - мощность на валу насоса; Р - разность давлений на приеме и выкиде насоса;

А, К - постоянные для данного насоса коэффициенты.

Установлено, что значение характеристики М-С для данного типа насоса, не зависит от величины подачи и остается неизменным. Следовательно, если мы знаем характер изменения мощности на валу насоса при каком-то давлении, то мы можем

судить и о подаче насоса.

Для измерения расхода в предлагаемом регуляторе расхода тепла необходимо измерить мощность, потребляемую приводом насоса из сети, а также измерить давление

на приеме насоса и давление на выкиде насоса. Кроме того необходимо измерить также разность температур в прямом и обратном трубопроводах тепловой сети. По общей активной мощности путем вычита потерь в электродвигателе находится мощность, действующая на валу насоса. Давление, развиваемое собственно насосом вычисляется путем вычитания от давления на выкиде насоса той части давления,

которая действительна на приеме насоса сверх номинального. Это давление равно

Р Рв-(Рп-Рн),.

где р - давление на выкиде насоса, создаваемое собственно насосом;

Рв - давление на выкиде насоса; Рп - давление на приеме насоса; Рн - номинальное давление на приеме

насоса.

Для измерения расхода тепла От с целью его регулирования необходимо произвести следующие измерения и вычисле- ния.

Для этого на участке тепловой сети с электроцентробежным насосом измеряется; активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса из сети, а затем вычисляется мощность на валу насоса

N, измеряется давление на приеме насоса рп и давление на выкиде насоса.Рв, вычис- ляется давление, развиваемое собственно насосом Р, температура в подающем трубопроводе Тп и температура в обратном

трубопроводе То и по алгоритму:

G B(A- ХТп-То)

осуществляется непрерывное измерение расхода тепла. Затем значение расхода тепла сравнивают с заданным и при расхождении подается команда на регулирование температурного напора в теплообменнике тепловой сети.

Регулятор расхода тепла 11 (фиг,1) содержит (фиг.5): статический преобразователь мощности 13, который через трансформатор напряжения 14 и трансформатор тока 15 подключен к тепловой сети электродвигателя привода насоса. Узел компенсации потерь в электродвигателе привода насоса 16, напряжение с которого подается на узел деления 17 - давления, развиваемого насосо м, на мощность, действующую на валу насоса; датчик давления на выкиде насоса 18, датчик давления на приеме насоса 19, которые связаны с узлом вычитания 20, регулятор напряжения 21, узел вычитания 22, связанный с источником опорного напряжения 23 через масштабный задатчик 24; узел умножения расхода жидкости на разность температур 25; усилитель измерения разности температур 26, который связан с измерительной мостовой схемой 27, термометр сопротивления на подающем трубопроводе 28 и термометр сопротивления на обратном трубопроводе 29; источник питания мостовой схемы измерения 30; задатчик расхода тепла 30, связанный с регулятором задатчика тепла 31; узел сравнения 32, связанный с выходным усилителем 33 и далее с ключом 34, который управляет с исполнительным механизмом 35 регулирующего клапана 36 на теплообменнике 37.

Регулятор расхода тепла работает следующим образом. При работающей насоснойустановке напряжение пропорциональное активной мощности, потребляемой приводным электродвигателем со статического преобразователя мощности 13 через узел компенсации потерь 16 подается на узел деления 17, На этот же узел деления подается напряжение пропорциональное разности давлений на приеме и выкиде насоса, измеряемые датчиками давления 18 и 19 и преобразованное в узле вычитания 20. С узла деления напряжение пропорциональное результату деления давления на мощность поступает через регулятор напряжения 21 в узел вычитания 22, в котором из постоянной составляющей, которая подается от масштабного задатчика 24, вычитается результат деления. Результат вычитания подается на узел умножения 25 расхода на разность температур. Напряжение пропорциональное разности температур на подающем и обратном трубопроводах, подается через усилитель 26 от измерительной мостовой схемы 27, в одно плечо которой включен термометр сопротивления

28, установленный на подающем трубопроводе, а в другое плечо термометр сопротивления 29, установленный на обратном трубопроводе тепловой сети. При этом мостовая измерительная схема питается от ин0 дивидуального источника напряжения 30. Результат умножения с узла 25 поступает в узелсравнения 31, задающее напряжение на который подается через регулятор 32 от задатчика расхода тепла 33.

5 Результат сравнения поступает на усилитель 34, который в зависимости от полярности результирующего напряжения воздействует на ту или иную цепь ключа 35, который включает исполнительный меха0 низм 36 на закрытие или открытие регулирующего клапана 37 теплоносителя в теплообменнике 38. В некоторых случаях расход тепла может регулироваться путем регулирования давления в подающем тру5 бопроводе клапаном 39.

Рассмотренный регулятор расхода тепла может использоваться только при закрытой системе теплоснабжения.

Формула изобретения

0 Регулятор расхода тепла в тепловой сети, имеющей центробежный электронасос, содержащий датчики для измерения давле- ний на приеме и выкиде насоса и температуры в приемном трубопроводе тепловой

5 сети, и регулирующий орган подачи теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит статический преобразователь мощности, измерительный трансформатор напряже0 ния, измерительный трансформатор тока, имеющие обмотки напряжения и токовые обмотки, узел компенсации потерь в электродвигателе, узел деления давления на мощность, датчик температуры на обратном

5 трубопроводе, узел вычитания давлений, регулятор напряжения, узел вычитания напряжения, мостовой схему измерения разности температур, узел питания мостовой схемы измерения, усилитель схемы измерения

0 разности температур, узел умножения расхода на разность температур, задатчик расхода тепла в зависимости от наружной температуры, регулятор задатчика расхода тепла, узел сравнения, выходной усилитель,

5 ключ, исполнительный механизм, источник питания мостовой схемы измерения разности температур и резисторы, а датчики температур выполнены в виде термомет ров сопротивления, причем обмотка напряжения преобразователя мощности подключена к обмотке напряжения измерительного трансформатора напряжения, а токовая обмотка - к измерительному трансформатору тока, выход статического преобразователя мощности связан с входом узла компенсации потерь в электродвигателе, выход которого связан с первым входом узла деления давления на мощность, выходы датчиков давления на выкиде и приеме насоса связа- ны с входом узла вычитания давлений, выход которого связан с вторым входом узла деления давления на мощность, выход которого соединен с входом регулятора напряжения, выход которого связан с входом узла вычитания напряжения, выход которого подключен к первому входу узла умножения, концы термометра сопротивления на обратном трубопроводе включены в одно плечо мостовой измерительной схемы, кон-

цы термометра сопротивления, установленного на подающем трубопроводе, включены в смежное плечо мостовой измерительной схемы, а в другие два плеча мостовой измерительной схемы включены резисторы, одна из диагоналей мостовой измерительной схемы связана с узлом питания, а другая - с входом усилителя мостовой схемы, выход которого связан с вторым входом узла умножения расхода на разность температур, выход которого связан с одним из вхо- .дов узла сравнения, выход задатчикй тепла связан с входом регулятора задатчи- ка расхода тепла, выход которого соединен со вторым входом узла сравнения, подключенного через усилитель к входу ключа, выход которого связан с входом исполнительного механизма, подключенного к регулирующему клапану подачу теплоносителя в теплообменник.

so

too

фиг. 4

fSO в м3/У