Система регулирования температуры воды в теплосети

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5)) 4 G 05 D 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3837117!24-24 (22) 03.01.85 (46) 30.11.86. Бюл. N - 44 (71) Украинский государственный про/ ектный и научно-исследовательский институт по газоснабжению, теплоснабжению и комплексному благоустройству городов и поселков Украины (72) Е.А.Папуш, M.M.Øåéìàí, В ° П.Мельниченко, В.Б.Каневский и В.П.Евтеев (53) 621.555(088.8) (56) Громов И.К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей. — М.:

Энергия, с, 32-33.

Там же, с. 40-41. .(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В ТЕПЛОСЕТИ (57) Изобретение относится к области автоматизации тепловых процессов и может быть ивпользовано для регулирования температуры в сети централи зованного теплоснабжения. Целью изобретения является повышение эконо мии энергии. Система регулирования о 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 при соединена с помощью импульсной линии через дроссель 13 к выходному трубопроводу греющей воды после ис,полнительного механизма. На импульсной линии 11 расположены клапаны реле .3 и 4. Реле 4 содержит выходной клапан в клапанной коробке 16.

Реле 4 температуры установлено на выходной части корпуса подогревателя 2 со стороны контура греющей во1273892 ды. Чувствительный элемент этого реле находится вблизи от теплообмен ной поверхности подогревателя 17.

1 ил.

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

Цель изобретения — повышение экономии энергии.

На чертеже показана схема предлагаемой системы.

Система регулирования температуры воды в теплосети состоит иэ водяного подогревателя 1 несиешивающего типа (например, конструкции труба в трубе), мембранного исполнительного механизма 2, первого.3 и второго 4 еле температуры. Мембранный исполительный механизм содержит корпус

5 вентильного типа, закрытый крышкой 6. Между корпусом и крьппкой зажата гибкая мембрана 7, на жестком центре которой с помощью штока закреплена тарелка 8, образующая затвор

1 (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 исполнительныи 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 элемента этого реле, погруженный внутрь выходного трубопровода контура подогреваемой воды 15 на расстоянии от подогревателя, достаточном для .получения представительного замера температуры подогреваемой во5 !

О !

25 ды — регулируемой величины (обычно на расстоянии не менее 10 диаметров трубопровода). Реле 4 температуры содержит выходной клапан в клапанной коробке 16 и установлено на выходной части корпуса подогревателя со стороны контура греющей воды. Чувствительный элемент этого реле оказывается в непосредственной близости от теплообменной поверхности 17 подогрев;гтеля. 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 осуществляется 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, омывающей 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 А целесообразно настраивать на температуру, близкую к минимальной температуре подающей магистрали теплосети (т.е. порядка 70 С для температурного графика сети 150о

70 С), Таким образом, при первоначальном пуске подогревателя, когда. он холодный, выходные клапаны обо892 з 1273 их 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 5 проходному сечению, чтобы это сечение многократно превышало сечения отверстия дросселя 13 (например, внутренний диаметр линии 5 мм, а отверстие дросселя 0 5 мм, соотношение 10 проходных сечений 1:100). При этом давление в надмембранной полости 10 незначительно меньше (на 2-3X) чем давление под этой мембраной. Поскольку при этом результирующее усилие íà <5 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 имеетмес-20 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 30 нагреву воды, проходящей по контуру подогреваемой воды и поступающей к потребителю по трубе 15. В определенный момент температура воды, омывающей чувствительный элемент реле 3, превышает на величину нечувствительности задание и выходной клапан реле

3 закрывается. Вода прекращает посту пать иэ участка трубопровода 12 по импульсной линии 11 в надмембранную щ полость исполнительного механизма.

В этом случае давление в надмембранной полости устанавливается равным давлению в выходной трубе 20 благодаря постоянно действующему соединению 5 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 под- Ы нимается тарелка 8, закрывая проход воды. По мере закрытия затвора (регулирующего органа) перепад давлеия на нем, т.е. между входом и выР ходом мембранного механизма..2, возрастает, что ускоряет процесс закрытия до полного перекрытия движения греющей воды. В положении закрытия перепад на затворе, т.е. между входом и выходом мембранного исполнительного механизма 2, равен перепаду давлений между подающей и обратной линиями сети теплоснабжения .(как правило, больше 100 кПа), что обеспечивает надежность переходного процесса 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 тепчоемкости сетевой воды, находящейся в подогревате" ле, и теплоемкости металла подогревателя. Так как нет притока тепло1 вой энергии извне, через определенное время начинает падать температу" ра подогреваемой воды. Когда это падение превышает 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 выше выбранной настройки реле 4. Выбором зоны не1 F чувствительности реле 3 (дифференциала) можно обеспечить приемлемый режим по точности поддержания темпе" ратуры горячей воды у потребителя и частоте переключений, Опытные испытания показали, что при дифференциале реле 3 5 С потребитель практи". чески не ощущает колебания температуры горячей воды. Это связано с большой теплоемкостью системы подающих и распределительных трубопроводов сети и у потребителя. Следует отметить, что путем установки пружи" ны, воздействующей на тарелку 8, уст- ройство может быть переведено в пропорциональный режим работы. Чтобы реле 3 обеспечивало представительное

5 12 измерение, т.е. измеряло действительную температуру воды, подающейся к потребителю, необходимо установить

его на определенном расстоянии от .выхода нагреваемой воды из подогревателя (обычно это 10-20 диаметров трубы, на которой реле 3 установлено). При этом обеспечивается хорошее перемешивание отдельных струй, выхо" дящих из подогревателя.

73892 Ь

Рассмотрим работу предлагаемого устройства, когда потребитель прекращает разбор горячей веды на дли" тельное время, например ночью. При этом температура воды в месте уста-.. новки реле 3 постепенно падает и оно открывает свой выходной клапан, тем самым дает разрешение на пропуск 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 трубе 19 °

Температура воды в подающей магистрали сети теплоснабжения на всех режимах больше 7С С, поэтому реле 4, настроенное на эту температуру, срабатывает и закрывает свой выходной клапан. В этом случае, хотя выходной клапан реле 3 открыт, подача командного импульса по линии 11 в надмембранную полость исполнительного механизма. прекращается, что приводит к прекращению прохода греющей воды через подогреватель. G этого момента начинается охлаждение воды, находящейся в подогревателе, процесс этот медленный, поскольку водоразбора нет, подогреватель обладает достаточно большой тепловой аккумулирующей способностью, а потери в окружающую среду благодаря тепловой изоляции поверхности подогревателя и присоединенных к нему трубопроводов снижены. Когда в результате укаэанного медленного процесса охлаждения уровень температуры воды, окружающей чувствительный элемент реле

4, достигнет значения его настройки, температурное реле ч сработает и откроет свой выходной клапан. Посколь.ку выходной клапан реле 3 остается во время указанного процесса открытым (вода, окружающая его чувствйтельный элемент, охладилась) вода по импульсной линии 11, пройдя оба открытых клапана реле 3 и реле 4, беспрепятственно 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 клапан, т.е. выдает 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 прекращение пропуска греющей воды при прекращении водоразбора.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства, когда возобновляется водоразбор. В этом случае по контуру подогреваемой воды начинает двигаться 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 врезультате естественной конвекции вода в окружающем чувствительный элемент реле 3 объеме быстро доохлаждается. Реле 4 срабатывает пр этом

Составитель Н.Мирная

Редактор M.Äûëûí Техред А.Кравчук Корректор Т. Колб

Заказ 6476/45 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 на открытие своего клапана, тем са1 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). РассмотI рим 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 С .в зависимости от темо пературы наружного воздуха для систем с общей подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение. Поэтому настройку реле 4, рассчитанную на рабо,ту в течение всего отопительного сезона, целесообразно установить на о уровне 70 С. Настроенное таким образом реле 4 будет не только предотвращать пропуски греющей воды при дли73892 8 тельном прекращении водоразбора, но и в случаях, когда подогреватель неисправен или сильно засорены теплообменные поверхности (поскольку реле реагирует на появление недопустимо высокой температуры на выходе греющей воды из подогревателя).

Формула изобретения

10. Система регулирования температуры

Ъоды 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, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повы-. шения экономии энергии системы, она содержит второе реле температуры, установленное на выходном трубопровоg5 де контура греющей воды,.а выходные клапаны первого и второго реле расположены последовательно на импульсной линии, соединяющей трубопровод за подогревателем перед мембранным исполнительным механизмом с надмем" бранной полостью, соединенной импульсной линией с трубопроводом на выходе мембранного исполнительного механизма через дроссель.