Способ регулирования работы пароконтактного устройства

 

Использование: в струйной технике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения, мойки оборудования, термической обработки жидкостей и т.п. Сущность изобретения: регулирование работы пароконтактного устройства осуществляют за счет возврата части потока жидкости с выхода на вход устройства до контакта с паром, регулируя возвращаемый поток, обеспечивают необходимые нагрев, напор и подачу жидкости к потребителю, ограничивая возвращаемый поток, исключают режимы срыва работы устройства. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения, мойки оборудования, термической обработки жидкостей и т.п.

Широко известны пароконтактные способы нагрева и подачи жидкостей с регулированием подачи пара и жидкости перед их смешением.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, использованный в [1] и выбранный в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются: 1. Отсутствие воздействия параметров жидкости на выходе из устройства на регуляторы подачи сред в него.

2. При невысоком давлении в системе ненагретой жидкости существенно уменьшается диапазон регулирования подачи жидкости, т.к. сокращается диапазон изменений давления жидкости в канале ввода ее в паровой поток устройства.

3. Для изменения температуры жидкости на выходе из устройства необходимы дополнительные регуляторы подачи сред.

4. Отсутствие ограничения уменьшения подачи жидкости в устройство для наиболее распространенного класса паровых инжекторов может приводить к срыву работы устройств.

Задачей изобретения являются расширение диапазона регулирования нагрева и подачи жидкости, упрощение регулирования температуры и напора жидкости на выходе устройства, стабилизация создаваемого устройством напора жидкости, исключение режимов срыва работы устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что регулирование работы пароконтактного устройства осуществляют за счет возврата части потока жидкости с выхода на вход устройства, при этом в зависимости от соотношения давления ненагретой жидкости и требуемого давления на выходе устройства возврат осуществляют в поток ненагретой жидкости до или после регулятора ее подачи; регулированием возвращаемого на вход устройства потока жидкости обеспечивают необходимые изменения нагрева, напора и подачи жидкости к потребителю; используя на трубопроводе возврата жидкости предохранительное устройство, осуществляют стабилизацию создаваемого устройством напора жидкости; в качестве управляющего импульса для регулирования подачи пара используют перепад давлений на регуляторе возвращаемого потока жидкости; ограничивая максимальную величину (степень открытия регулятора) доли возвращаемого с выхода на вход устройства потока жидкости, исключают режимы срыва работы устройства; осуществляя в инжекторах с пускоразгрузочными устройствами отвод возвращаемой части потока из трубопровода до установленного на выходе инжектора обратного клапана, а формирование управляющего сигнала для регулирования подачи жидкости к инжектору за обратным клапаном, обеспечивают автоматическое закрытие регулятора возвращаемой части потока при выключении инжектора и исключают повышение температуры жидкости на входе в инжектор при пуске.

Пример реализации предлагаемого способа приведен на фиг.1.

Пар через вентиль 1 и ненагретая жидкость через вентиль 2 подаются в пароконтактное устройство 3, где при смешении происходит нагрев жидкости и создается напор для транспортирования жидкости к потребителю. При уменьшении потребления нагретой жидкости и происходящим при этом повышении ее давления открывают вентиль 4 и возвращают часть потока нагретой жидкости с выхода устройства на вход. Этот возвращаемый поток повышает давление в трубопроводе подачи ненагретой жидкости в рассматриваемом случае давление за вентилем 2, тем самым уменьшает подачу ненагретой жидкости, дополнительно можно уменьшать подачу ненагретой жидкости вентилем 2. При этом, физические основы расширения диапазона регулирования состоят в следующем. Известно, что подача жидкости D_в в поток пара через щель (сопло) в устройстве при неизменной площади щели f определяется D_в=μ·f·W·ρ где μ коэффициент расхода, W скорость жидкости в сечении f, r плотность жидкости.

Так как абсолютные давления жидкости соответственно до щели и за ней, т.е. в камере смешения устройства), то , здесь A постоянная при регулировании величина (изменения μ учитываются только при очень малых открытиях клапана).

Давление P₂ изменяется в малых пределах, например, для температуры нагретой жидкости за устройством 80^oС P₂≈20 кПа (вакуум в камере смешения около 80 кПа). Минимально допустимое при этом значение P₁≈100 кПа и (P₁ P₂)_мин≈80 кПа.

При максимальном давлении в системе ненагретой жидкости P₀ 400 кПа номинальный перепад давления составляет (P₁ P₂)_ном 380 кПа, и диапазон изменения подачи ограничен уменьшением подачи от номинального значения не более чем в раза. Но при давлении P₀ 150 кПа диапазон изменения подачи резко уменьшается раза и это в большинстве случает недостаточно. По предлагаемому способу за счет создаваемого устройством напора жидкости можно создавать "гидрозатвор" для поступления ненагретой жидкости и таким образом увеличивать в несколько раз диапазон регулирования подачи жидкости. Но при этом будет увеличиваться температура жидкости на входе в устройство, а это допустимо лишь в определенной мере, зависящей от типа, конструкции устройства.

Температура жидкости на входе в устройство определяется с помощью теплового баланса смешивающихся потоков: D₁·C_p·t₁+D₂·C_p·t_-=D₃·C_p·t₃
здесь D₁, D₂ и D₃ подачи соответственно ненагретой жидкости, возвращаемого потока и смеси на вход в устройство;
C_p теплоемкость жидкости;
t₁, t₂ и t₃ температуры соответствующих потоков жидкости.

Обозначив долю возвращаемого потока K D₂/D₃, получаем связь ее с температурами K (t₃ t₁)/(t₂ t₁).

При t₁ 26^oС, t₂ 80^oС и t₃ 50^oС K 0,5, т.е. в два раза уменьшается подача жидкости, что почти эквивалентно изменению подачи в клапанном регуляторе с изменением абсолютного давления жидкости за ним с 400 кПа до 100 кПа и не может быть достигнуто при максимальном абсолютном давлении ненагретой жидкости 150 кПа. Если давление ненагретой жидкости перед вентилем 2 больше номинального давления нагретой жидкости, то, прикрывая вентиль 2, понижают давление за ним и делают возможным возврат части потока на вход за этим вентилем. При давлении ненагретой жидкости меньше номинального давления за устройством возврат части потока рекомендуется осуществлять до вентиля 2, обеспечивая большие степени открытия вентиля 2. Используя в качестве вентиля 4 предохранительное устройство, например клапан, можно стабилизировать напор, создаваемый устройством.

Поскольку возврат части потока жидкости на вход вызывает повышение температуры жидкости, поступающей в устройство, то для исключения режимов срыва работы устройства из-за высокой температуры поступающей в него жидкости создают ограничение доли возвращаемой части потока жидкости. Это можно осуществлять, например, за счет ограничения открытия вентиля 4.

Возможность прекращения потребления нагретой жидкости должна быть учтена использованием известных технических решений, например предохранительного клапана на трубопроводе к потребителю.

При изменении возвращаемого потока жидкости, вызывающего изменение подачи ненагретой жидкости и температуры жидкости на входе в устройство, можно поддерживать постоянной температуру нагретой жидкости, используя в качестве управляющего сигнала для регулирования подачи пара перепад давления возвращаемого потока жидкости на его регуляторе.

При необходимости потребитель может воздействием на вентиль 4 без использования других регулирующих устройств изменять температуру поступающей к нему жидкости.

При использовании в качестве пароконтактных устройств сверхзвуковых паровых инжекторов, создающих большие степени повышения давления жидкости и имеющих пускоразгрузочные устройства, регулирование работы предлагается осуществлять согласно фиг.2. В этом случае используют то обстоятельство, что при выключении устройства (прекращение подачи пара и жидкости) давление жидкости до обратного клапана 7 скачкообразно падает до атмосферного, т.к. инжектор 3 через пускоразгрузочный клапан 6 автоматически сообщается с атмосферой. Это автоматически обеспечивает закрытие регулятора 4 возвращаемого потока жидкости. При этом давление в системе горячего водоснабжения, т.е. за обратным клапаном 7, обеспечивает закрытое положение регулятора подачи жидкости 2, а управляющий сигнал датчика 5 подачи ненагретой жидкости - закрытое положение регулятора 1 подачи пара. Таким образом, автоматически исключается во время пуска инжектора попадание на его вход нагретой жидкости и тем самым повышается надежность пуска устройства.

Рассмотрим конкретный пример реализации предлагаемого способа. В качестве устройства используется паровой инжектор с номинальной подачей жидкости 10 м³/час. При избыточным давлении пара перед инжектором 500 кПа и подачи его 1000 кг/час, давлении ненагретой жидкости 50 кПа и температуре ее 20^oС на выходе обеспечивается температура 80^oС. Максимально допустимое избыточное давление жидкости на выходе 300 кПа, рабочее 200 кПа. При уменьшении потребления нагретой жидкости, непрерывно корректируя эти изменения возрастающим открытием вентиля 4, не допускают повышения давления жидкости на выходе свыше 220 кПа. при этом температура воды на входе в устройство повысится до 53^oС. Параллельно с этим уменьшают вентилем 1 подачу пара и температура на выходе 80^oС будет обеспечена при избыточном давлении пара перед инжектором 170 кПа.

Таким образом, без изменения положения вентиля обеспечивается уменьшение подачи жидкости к потребителю в 2 раза и при этом создаются возможности за счет воздействия на возвращаемый поток жидкости стабилизировать создаваемый инжектором напор жидкости и регулировать температуру жидкости на выходе.

Формула изобретения

1. Способ регулирования работы пароконтактного устройства, включающий регулирование подачи пара и жидкости перед их смешением в устройстве с возвратом части жидкости после устройства на вход в него, отличающийся тем, что до контакта с паром осуществляют смешение подводимой к устройству жидкости с жидкостью, прошедшей через устройство.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют регулирование подачи возвращаемой на вход в устройство жидкости и прошедшей через него.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ограничивают количество возвращаемой на вход в устройство жидкости, прошедшей через него.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что возврат на вход в устройство жидкости, прошедшей через него, осуществляют через предохранительное устройство.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что перепад давления на регуляторе возврата на вход в устройство жидкости, прошедшей через устройство, используют в качестве управляющего параметра для регулирования подачи пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2