Тепломер Советский патент 1993 года по МПК G01K17/14 F24D19/10 

Изобретение относится к системам теплоснабжения городов и поселков и может быть использовано для измерения расхода тепла в тепловых сетях, содержащих центробежные электронасосы.

Цель изобретения - повышение точности измерения расхода тепла, ликвидация малонадежных существующих устройств по замеру расхода тепла, уменьшение эксплуатационных расходов.

На фиг. 1 показана схема участка тепловой сети, в которой осуществляется измере- ние расхода тепла известными устройствами и предлагаемым тепломером; на фиг. 2 - типовые характеристики насоса Д 2000-34 и новая энергетическая характеристика; на фиг, 3 - характеристики насоса при различных диаметрах рабочих колес и новая энергетическая характеристика; на фиг. 4 - характеристики насоса ЦНС-180 и также новая энергетическая.характеристика; на фиг. 5 - структурная схема тепломера,

Тепловая сеть (фиг. 1) состоит из источника 1 тепла, подающего трубопровода 2, потребителей 3 тепла, обратного трубопровода 4, насоса на обратном трубопроводе 5 с электродвигателем 6.

Для измерения количества тепла необходимо иметь манометры 7 и 8 на приеме и выходе насоса, термометр 9 на обратном трубопроводе и термометр 10 на подающем трубопроводе, устройство 11 измерения. Процесс измерения заключается в том, что измеряют разность температур теплоносителя в в подающем и обратном трубопроводах, расход теплоносителя Q на обратном трубопроводе и находят произведение разности температур на расход:

.

Для измерения расхода предлагаемым тепломером необходимо измерить мощность, потребляемую электродвигателем 6 насоса, а также измерить давление на приеме насоса с помощью манометра 7 и давление на выходе насоса с помощью манометра 8, Как и в первом случае, необходимо также измерить разность температур в прямом и обратном трубопроводах тепловой сети. При этом расход находится не прямым методом измерения, а через мощность и давление, развиваемое насосом.

Наиболее сложным при измерении расхода тепла является измерение расхода теп- лоносителя. Обычно это делается счетчиками, которые устанавливаются непосредственно в потоке измеряемой жидкости.

В предлагаемом тепломере расход жид- хости определяется без установки специальных устройств в потоке жидкости, а непосредственно путем анализа параметров самой установки.

Насос служит для подачи жидкости. Основными параметрами электроцентробежного насоса являются: подача Q и развиваемый напор Н, Напор равен максимальной высоте, на которую может подняться 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 1000 кг/м3, то вместо напора

в метрах будем в дальнейшем пользоваться давлением в МПа из расчета 1 МПа равен 100 м напора, Типичная зависимость развиваемого насосом давления от подачи показана на фиг. 2.

Для измерения расхода предлагается ввести в число паспортных характеристик насоса новую характеристику M-Q (фиг. 2- 4). Эта характеристика насоса отражает значение потребляемой единицы мощности на

создание единицы давления, которую обозначим через М, а соответствующую характеристику - через M-Q, которая для использования в тепломере преобразована к виду:

(A-k ф

где N - мощность на валу насоса;

р - разность давлений на приеме и выходе насоса.

Причем от давления на выходе насоса отнимается только та часть давления, действующая на приеме насоса, которая превышает номинальное паспортное давление на приеме насоса.

Следовательно, давление на выкиде насоса равно давлению, которое развивает собственно насос;

(рп-рн)рв-рп+рн, где р - давление на выходе насоса, создава- емое собственно насосом;

Рв - давление на выходе насоса;

рп - давление, действующее на приеме насоса;

Рн - давление, которое должно сущест- вовать на приеме насоса в соответствии с его паспортной характеристикой.

Для измерения расхода тепла предлагаемым устройством необходимо произвести следующие измерения и вычисления. На участке тепловой сети с электроцентробежным насосом измеряется активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса из сети, а затем мощность на валу насоса N. давление на выходе насоса рв, давление на приеме насоса рп,

температура в подающем трубопроводе Тп. температура в обратном трубопроводе Т0 по алгоритму

J(A-kЈ)(Tn-To)dt,

и

осуществляется непрерывное измерение расхода тепла. Тепломер 11 содержит (фиг. 5) статический преобразователь 12 мощности, который через трансформатор напряжения 13 и трансформатор тока 14 подключен к силовой сети электродвигателя насоса; узел 15 компенсации потерь в электродвигателе насоса напряжение с которого подается на узел 16 деления давления, развиваемого насосом, на мощность, действующую на валу насоса; датчик 17 давления на выходе насоса и датчик 18 давления на приеме насоса, которые связаны с узлом вычитания 19; регулятор напряжения 20 и усилитель 21; узел 22 вычитания, связанный с источником опорного напряжения через масштабный задатчик 23; узел 24 умножения расхода жидкости на разность температур; усилитель 25 измерения разности температур, который связан с измерительной мостовой схемой 26; термометр 27 сопротивления на подающем трубопроводе и термометр 28 сопротивления на обратном трубопроводе; источник 29 питания мостовой схемы измерения; масштабный делитель 3D, связанный с интегратором 31 формирователя нормируемого сигнала и компаратором 32, триггера Шмитта 33, связанный с функциональным задатчиком 34 и ключом 35, а через него со счетчиком импульсов 36; усилитель дистанционной передачи 37, который связан с реле времени на интеграторе 38 и компараторе 39, и содержит задатчик 40 реле времени; передающее устройство 41 системы телемеханики, которое через линию связи 42 связано с приемным устройством, расположенным на диспетчерском пункте 43, и блок 44 опорного напряжения.

Рассмотрим работу отдельных узлов тепломера.

Статический преобразователь мощности служит для получения напряжения, пропорционального активной мощности, потребляемой электродвигателем привода насоса. Преобразователь включается так же, как и обычный ваттметр однофазного тока. В высоковольтной сети обмотка напряжения включается через измерительный трансформатор 13 напряжения, а токовый трансформатор - через трансформатор 14 тока. Заданный уровень выходного напряжения с учётом компенсации мощности холостого хода электродвигателя

устанавливается с помощьюузла 15 компенсации потерь. Узел 16 деления выполнен на одной микросхеме. Датчики давления 17 и 18 имеют потенциометрические выходы, на- пряжение с которых пропорционально измеряемому давлению. В качестве датчиков температур используются медные термометры сопротивления, которые включены в смежные плечи моста 26. С помощью потен0 циометра RPi мост сбалансирован при температуре 150°С. Питание измерительного моста осуществляется от отдельного стабилизированного источника 29, который питается от общего силового трансформатора.

5 Напряжение разбаланса с моста подается на усилитель 25, а с него - на узел 24 умножения., который выполнен на микросхеме.

Интегратор 31, компаратор 32 и триггер

0 Шмитта 33 служат для формирования нормируемых импульсов, пропорциональных принятой единицы измерения тепла. Интегратор 38 и компаратор 39 являются элементами реле времени, которое сравнивает

5 время формирования нормируемых импульсов с заданным, и в случае, если время формирования нормируемых импульсов станет больше заданного, выдается сигнал в виде .отрицательного импульса, который затем

0 поступает на усилитель 37.

Телемеханическое устройство служит для передачи на диспетчерский пункт сигналов положительной полярности, образующихся при срабатывании счетчика 35

5 импульсов и сигналов отрицательной полярности, образующихся при снижении расхода тепла ниже заданного.

Тепломер работает следующим образом. При работе насосной установки сигнал

0 с преобразователя 12, пропорциональный мощности, действующей на валу насоса, подается в узел 16 деления, на него же подается напряжение, пропорциональное разности давлений в подающем и обратном

5 трубопроводах, измеряемое с помощью датчиков давления 17 и 18. Далее напряжение, пропорциональное результату деления, через регулятор 20 и усилитель 21 подается в узел 22 вычитания, где от некоторого прису0 щего данной установке постоянного числа вычитается результат деления давления на мощность. Затем напряжение с блока 22 поступает в узел 24 умножения. Результирующее напряжение, пропорциональное рас5 ходу тепла, поступает через масштабный делитель 30 на интегратор 31 формирователя нормируемых импульсов. При этом на выходе интегратора постепенно растет напряжение, и когда уровень этого напряжения достигнет величины уставки

компаратора 32, последний опрокидывается и выдает импульс на срабатывание триггера 33. Последний опрокидывается на 0,5 с и контактом ключа 35 разряжает конденсатор интегратора 31. Последний возвращается в исходное состояние. Одновременно срабатывает счетчик 36 импульсов. И так повторяется каждый раз, когда выход с интегратора достигает величины уставки компаратора 32. Нормирование импульса осуществляется масштабным делителем 30. Функциональный преобразователь 34 служит для линеаризации энергетической характеристики путем регулирования времени разряда конденсатора в интеграторе 31. Реле времени на интеграторе 38 служит для сравнения времени формирования нормируемых импульсов с заданным. Так, если при очередности срабатывания триггера 33 срабатывает и возврат реле времени на интеграторе 38 и если время формирования нормируемого импульса будет больше, чем время срабатывания реле времени, то последнее срабатывает и выдает отрицательный импульс. В противном случае оно встает в исходное состояние, не сработав. На диспетчерском пункте производится счет импульсов за определенное время или же измеряется время между двумя следующими друг за другом импульсами.

Формула изобретения

Тепломер для тепловой сети, имеющий центробежный насос с трехфазным электродвигателем, содержащий датчики температуры в прямом и обратном трубопроводах, выполненные в виде термометров сопротивлений, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит статический преобразователь мощности с трансформатором, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, узел компенсации потерь в электродвигателе, узел деления давления, развиваемого насосом, на мощность, датчик давления на выходе насоса, датчик давления на приеме насоса, узел вычитания давлений, регулятор напряжения, усилитель результата деления давления на мощность, узел вычитания напряжения, блок опорного напряжения, масштабный задатчик, узел умножения расхода на разность температур, усилитель схемы измерения разности температур, мостовую схему измерения разности температур, источник питания мостовой схемы измерения, масштабный делитель, интегратор формирователя нормируемых импульсов, компаратор, триггер Шмитта, функциональный

задатчик, ключ, счетчик импульсов, усилитель для дистанционной передачи сигналов, интегратор реле времени, компаратор реле времени, задатчик реле времени, передающее. телемеханическое устройство, линию связи, приемное устройство телемеханики на диспетчерском пункте, причем трансформатор напряжения статического преобразователя мощности связан с одной из фаз

0 обмотки измерительного трансформатора напряжения, а вторичная обмотка измерительного трансформатора тока включена последовательно в линию одной из фаз силовой цепи электродвигателя, к которой

5 подключен измерительный трансформатор, а вторичная обмотка измерительного транс- Форматора тока подключена к токовому входу статического преобразователя мощности, выход которого связан с входом

0 узла компенсации потерь в электродвигателе, выход которого соединен с входом узла деления давления, развиваемого насосом, на мощность, выходы датчиков давления на выкиде и приеме насоса связаны с входом

5 первого узла вычитания давлений, выход которого соединен с узлом деления давления на мощность, выход которого подключен к входу регулятора напряжения, выход которого связан с входом усилителя результата

0 деления, выход которого соединен с одним из входов узла вычитания напряжения, другой вход узла вычитания напряжения соединен с выходом масштабного задатчика, подключенного к блоку опорного нэпряже5 ния, выход узла вычитания напряжения подключен к входу узла умножения, а другой вход узла умножения соединен с выходом усилителя схемы измерения разности температур, вход которого подключен к выходу

0 мостовой схемы измерения разности и температур, в одно плечо которой включён термометр сопротивления на подающем трубопроводе, а в другое плечо -термометр сопротивления на обратном трубопроводе,

5 вход мостовой схемы связан со стабилизированным источником питания, выход узла умножения связан с входом масштабного делителя, выход которого соединен с входом интегратора формирователя нормирую0 щих импульсов, выход которого связан с входом компаратора, а выход компаратора соединен с входом триггера Шмитта, один выход которого связан с входом функционального задатчика, а другой - с ключом,

5 выходы которого подключены к входу счет: чика импульсов, усилителя для дистанционной передачи сигналов и к входу интегратора реле времени, выходы которого связаны с входами компаратора реле времени, а второй вход - с зсдатчиком реле

времени, выход компаратора реле времени соединен с вторым входом усилителя для дистанционной передачи сигналов, выход которого подключен к входу передающего

устройства системы телемеханики, выход которого связан с входом линии связи, выход которой подключен к входу приемного устройства системы телемеханики.

Использование: для измерения расхода тепла в тепловых сетях, содержащих центробежные электронасосы. Сущность изобретений:, тепломер содержит статический преобразователь мощности 12, измерительный трансформатор 13 напряжения, измерительный трансформатор тока 14, узел 15 компенсации потерь в электродвигателе, узел 16 деления давления, развиваемого насосом, на мощность, датчик 17 давления на -. : . .. $г выходе насоса, датчик 18 давления на приеме насоса, узел 19 вычитания давлений, регулятор 20 напряжения, усилитель 21 результата деления давления на мощность, узел 22 вычитания напряжения, масштабный задатчик 23, узел 24 умножения расхода на разность температур, усилитель 25 схемы измерения разности температур, мостовую схему 26 измерения разности температур, термометр 27 сопротивления на подающем трубопроводе, термометр 28 сопротивления на обратном трубопроводе, источник 29 питания мостовой схемы измерения, масштабный делитель 30, интегратор 31 формирователя нормируемых импульсов, компаратор 32, триггер Шмитта 33, функциональный задатчик 34. Тепломер имеет ключ 35, счетчик 36 импульсов, усилитель 37 для дистанционной передачи сигналов, интегратор 38 реле времени, компаратор. 39 реле времени, задатчик 40 реле времени, передающее телемеханическое устройство .41, линию связи 42, приемное устройство 43 телемеханики на диспетчерском пункте и блок 44 опорного напряжения. 5 ил. С «т

те плом ее

насос

. /

750

/soo

ггзо

Фиг. 2

о:wo

P, Mfl

600fgffO iS.

Фие.З - ; -.. .