Напорный трубопровод с динамически уменьшаемым проходом
Изобретение относится к регуляторам давления. Регулятор (8) давления для управления клапаном (6а) соединен с проточной системой (1) обогрева и/или охлаждения. Регулятор (8) давления содержит трубопроводы (9а, 9b), соединенные с двумя позициями в проточной системе (1) для реакции для регулирования скорости потока через подсоединенный клапан (6а) в ответ на изменение перепада давления между двумя трубопроводами (9а, 9b). Один из указанных трубопроводов (9а, 9b) содержит секцию уменьшенного прохода пути прохождения потока, имеющую отверстие (11, 11'), выполненное с возможностью динамического изменения в соответствии с перепадом давления на секции уменьшенного прохода. Трубопровод представляет собой трубопровод (9а, 9b) гидродинамической связи. В результате обеспечивается удаление частиц, которые могли бы привести к засорению отверстия, увеличивается производительность регулятора давления. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Уровень техники
В проточных системах обогрева и/или охлаждения, обеспечивающих передачу теплообменной текучей среды к различным теплообменным устройствам и от них, которые в свою очередь могут быть соединены с нагрузкой, например с радиаторами, установками обогрева пола, системами обогрева бытовой воды, системами охлаждения, системами отопления, вентиляции и кондиционирования, системами центрального отопления и т.д., хорошо известно соединение по меньшей мере одного клапана с регулятором давления, содержащим трубопроводы гидродинамической связи, например импульсные трубки, содержащие соединение низкого давления и соединение высокого давления. Соединение низкого давления может быть подключено к проточной системе или может выходить в атмосферу (или в любую другую ступень давления) для обеспечения регулирования давления относительно атмосферного давления, при этом соединение высокого давления обычно подключено к проточной системе.
Данные трубопроводы гидродинамической связи обеспечивают соединение регулятора давления с двумя позициями в проточной системе для реагирования на перепад давления в процессе регулирования подсоединенного клапана или, в альтернативном варианте, к одной точке проточной системы и к окружающему пространству, соответственно, для реагирования на изменение абсолютного давления. Они имеют проход с уменьшенным диаметром (особенно для соединения высокого давления) для уменьшения импульса давления от проточной системы к регулятору давления (демпфирование сигнала давления). Если скорость сигнала импульса давления не будет уменьшена, в регуляторе давления могут возникнуть колебания в результате быстрого изменения давления в проточной системе.
Однако, использование проходов постоянного размера приводит к возникновению двух проблем. Первая - это засорение; в результате уменьшения диаметра прохода из-за содержащихся в текучей среде инородных тел, частиц и т.д. существует повышенная вероятность засорения соединения.
Вторая проблема заключается в том, что сигнал давления в этом случае постоянно демпфируется, даже если скорость сигнала давления мала.
Следовательно, постоянная времени регулятора давления увеличивается, даже если этого не требуется. Таким образом, производительность устройства регулирования оказывается сниженной во всех рабочих точках и, следовательно, снижается динамический отклик.
Настоящее изобретение направлено на решение либо первой, либо обеих указанных проблем.
Раскрытие сущности изобретения
В частности, первая проблема решена посредством регулятора для управления клапаном, соединенным с проточной системой, причем регулятор содержит трубопровод, содержащий секцию уменьшенного прохода для прохождения потока указанного трубопровода, имеющую отверстие, выполненное с возможностью динамического изменения в соответствии с перепадом давления на секции уменьшенного прохода. Выполненное с возможностью динамического изменения отверстие обеспечивает удаление частиц, которые в противном случае приводили бы к засорению области отверстия, что является часто возникающей проблемой для соединения трубопровода высокого давления, где, следовательно, может быть применена настоящая система с получением преимуществ.
В одном варианте осуществления изобретения трубопровод представляет собой трубопровод гидродинамической связи.
В одном варианте осуществления изобретения имеется два трубопровода, трубопровод гидродинамической связи высокого давления и низкого давления.
В одном варианте осуществления изобретения регулятор представляет собой регулятор давления.
В одном варианте осуществления изобретения выполненное с возможностью динамического изменения отверстие может быть выполнено в виде гибкой вставки, вставленной в указанный трубопровод гидродинамической связи и содержащей отверстие, образующее уменьшенный проход, что также предотвращает осаждение частиц в области отверстия, так как вероятность их осаждения на гибких поверхностях ниже. В вариантах осуществления изобретения вставка является мембраной или диафрагмой, и/или выполнена из материала типа резины.
Для содействия получению значительных изменений размера отверстия оно может содержать одну или более прорезей, образующих в соединении с ним одно отверстие соответствующей формы.
В одном варианте осуществления изобретения для обеспечения легкости сборки системы гибкая вставка закреплена между верхней частью и нижней частью указанного трубопровода, ведущего к регулятору. В одном варианте осуществления изобретения одна из частей, верхняя или нижняя, образует цельную часть регулятора и/или другая часть предназначена для соединения с трубопроводом.
В альтернативном или дополнительном варианте осуществления изобретения, обеспечивающем решение первой и второй проблемы, регулятор давления содержит трубопровод, содержащий полость, в котором внутри указанной полости закреплена мембрана, разделяющая ее на две секции с образованием двух камер давления на противолежащих сторонах мембраны, причем указанная мембрана действует так, что в результате ее отклонения в ответ на разность давлений на мембране обеспечена возможность формирования отверстия для потока текучей среды. И снова, выполненное с возможностью изменения отверстие способствует удалению частиц, которые приводили бы к засорению области отверстия, при этом дополнительно обеспечена возможность влияния на сигнал импульса управляемым образом.
В варианте осуществления изобретения с указанной мембраной соединен элемент, содержащий каналы, причем указанные каналы действуют относительно седла так, что расстояние d между элементом и седлом определяет область отверстия для прохождения потока текучей среды, причем каналы для текучей среды образуют часть пути прохождения потока. Таким образом, поток проходит мембрану через каналы присоединенного элемента, и при изменении разности давлений на мембране отклонение мембраны вызывает изменение расстояния d и, таким образом, обеспечивается регулирование скорости потока через каналы, а также сигнала импульса.
В одном варианте осуществления изобретения указанный элемент имеет форму диска и образует часть сопла, соединенного с указанной мембраной внутри указанного пути прохождения потока.
В одном варианте осуществления изобретения указанные каналы расположены так, что окружают центр указанного элемента, взаимодействуя с седлом, имеющим аналогичную круговую форму.
Для обеспечения настройки управления, с мембраной соединен с возможностью смещения по меньшей мере один смещающийся элемент.
Для обеспечения компактной и стабильной конструкции элемент расположен внутри цилиндра с образованием части пути прохождения потока и соединен с указанной мембраной с возможностью смещения посредством указанной мембраны, причем указанный смещающийся элемент может окружать указанный цилиндр.
Для дополнительного облегчения сборки указанной системы, указанный корпус указанной мембраны и полость образованы верхним корпусом и нижним корпусом.
Краткое описание чертежей
- на фиг. 1 показана проточная система, содержащая клапан, соединенный с регулятором, имеющим трубопроводы, соединяющие его с различными позициями проточной системы;
- на фиг. 2 показаны уменьшенные каналы в трубопроводе, образованные гибкой вставкой;
- на фиг. 3 показаны уменьшенные каналы в трубопроводе, образованные мембраной внутри камеры давления.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана типичная проточная система (1) обогрева и/или охлаждения, обеспечивающая передачу теплообменной текучей среды к различным теплообменным устройствам (2) и от них, которые в свою очередь могут быть соединены с нагрузкой (3), например с радиаторами, установками обогрева пола, системами обогрева бытовой воды, системами охлаждения, системами отопления, вентиляции и кондиционирования, системами центрального отопления и т.д.
Теплообменные устройства (2) могут быть соединены с линиями (4) прямого потока и линиями (5) обратного потока, при этом управление потоками может выполняться посредством клапанов (6) регулирования потока, опционально выполненных с возможностью регулирования в ответ на сигнал от устройства (7) регулирования.
По меньшей мере один из клапанов (6а) соединен с регулятором (8) давления, содержащим трубопроводы гидродинамической связи, соединение (9а) низкого давления и соединение (9b) высокого давления, или так называемые далее импульсные трубки, обеспечивающие соединение посредством гидродинамической связи с двумя позициями в проточной системе (1), что проиллюстрировано как то, что в обратной линии (5) две импульсные трубки (9а) и (9b) соединены с противоположными сторонами обратной линии (5) по отношению к клапану (6а), соединенному с возможностью управления с регулятором (8) давления, однако клапан (6а) и импульсные трубки (9а) и (9b) могут быть расположены в любом месте в соответствии с требуемым режимом работы клапана (6а).
Регулятор (8) давления может представлять собой устройство любого типа, предназначенное для содействия реакции для регулирования скорости потока через подсоединенный клапан (6а) в ответ на изменение перепада давления между двумя импульсными трубками (9а) и (9b), например, путем отклонения мембраны, что является общеизвестным.
Данные импульсные трубки (9а) и (9b) обычно имеют канал с уменьшенным диаметром, например для соединения (9b) высокого давления. Назначение канала состоит в уменьшении импульса давления от проточной системы (1) к регулятору (8) давления (демпфирование сигнала давления). Если не уменьшить скорость сигнала такого импульса давления, на регуляторе (8) давления могут возникнуть колебания в результате быстрых изменений давления в проточной системе (1).
Это, однако, приводит к возникновению двух проблем. Первая - это засорение; в результате уменьшения диаметра канала из-за содержащихся в текучей среде инородных тел, частиц и т.д. существует повышенная вероятность засорения соединения.
Вторая проблема заключается в том, что сигнал давления в этом случае постоянно демпфируется, даже если скорость сигнала давления мала. Следовательно, постоянная времени регулятора давления увеличивается, даже если этого не требуется. Таким образом, производительность устройства регулирования оказывается сниженной во всех рабочих точках и, следовательно, снижается динамический отклик.
В одном простом варианте осуществления изобретения, первая проблема решена посредством гибкой мембранной вставки (10), как показано на фиг. 2А и 2В. Показанная конструкция имеет гибкую вставку (10), например мембрану или диафрагму, вставленную в импульсную трубку (9а) или (9b) и содержащую отверстие (11), образующее уменьшенный проход импульсной трубки (9а, 9b), причем отверстие (11) может содержать одну или более прорезей (12) и может быть выполнено в виде одного соединенного с ними отверстия (11) соответствующей формы или множества отверстий (11) одинакового или разного исполнения. Гибкая вставка (10) должна иметь толщину, обеспечивающую достаточную гибкость в соответствии с требованиями к исполнению, степень гибкости не должна быть слишком малой или слишком большой. В одном варианте осуществления изобретения она выполнена из резинового материала.
В одном варианте осуществления изобретения гибкая вставка (10), или по меньшей мере ее поверхность, выполнена из материала, который сам по себе препятствует осаждению материалов на поверхности и, в конечном итоге, засорению пути прохождения потока через импульсную трубку (9а, 9b), причем такой материал может представлять собой тефлон. Материал должен обеспечивать поддержание гибкости во всем диапазоне температур, воздействию которых он может подвергаться.
Наличие прорезей (12), выполненных в отверстии, например как в показанном варианте в форме креста, пересекающего отверстие (11), способствует динамическому изменению размера отверстия (11) в соответствии с изменением давления и потока текучей среды через отверстие (11), чтобы его части могли отклоняться, если размер отверстия (11) уменьшается по какой-либо причине, например в результате его частичного или полного блокирования материалами, и, таким образом, способствует удалению материалов благодаря гибкости.
В варианте осуществления изобретения, имеющем отверстие (11), например центральное отверстие, как показано, в котором от отверстия (11) отходят прорези (12), соединенные с ним, при засорении отверстия (11) частицами давление с одной стороны возрастает и обеспечивает проталкивание частиц. Таким образом, частицы утекают, и засорение уменьшается или даже устраняется. Кроме того, деформируемый материал меньше подвержен оседанию на нем инородных тел и загрязнений, присутствующих в текучей среде.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2А и 2В, гибкая мембранная вставка (10) закреплена между верхней частью (13) и нижней частью (14) соединения импульсной трубки (9а, 9b) с регулятором (8) давления, причем опционально она может быть неотъемлемой частью регулятора (8) давления и/или другой частью импульсной трубки (9а, 9b), или, как показано в варианте осуществления изобретения на фиг. 2В, нижняя часть (14) может быть соединена с импульсной трубкой (9а, 9b) посредством уплотнительного средства (15) и крепежного средства (16).
На фиг. 3 показан улучшенный вариант осуществления изобретения, обеспечивающий решение обеих проблем, в котором верхний корпус (18) и нижний корпус (19) образуют между собой полость (20). В указанной полости (20) расположено сопло (21) в соединении со смещающимися элементами (22), которые в дальнейшем более точно называются пружинами, хотя могут быть использованы любые устройства, обеспечивающие выполнение аналогичной операции, а также мембрана (23), разделяющая полость (20) на две секции с образованием камер давления на противоположных сторонах мембраны (23).
Текучая среда проходит по пути прохождения потока из двух объединенных частей (18, 19), и разность давлений текучей среды на мембране (23) обеспечивает ее отклонение, причем степень отклонения будет известным образом определяться пружинами (22) мембранных регуляторов давления. В показанном варианте осуществления изобретения каждая из двух секций полости (20) содержит пружину, соединенную с противоположными сторонами мембраны (23) с обеспечением ее удержания в нейтральной позиции при отсутствии воздействия других сил.
Сопло (21) содержит диск (25), образующий препятствие для потока через путь прохождения потока через две объединенные части (18, 19), причем диск имеет один или более каналов (26). Их количество может быть любым и они могут иметь любой размер и форму и могут быть выполнены в диске (25) любым образом. На фиг. 3 показаны шесть каналов (26), выполненных по окружности.
Текучая среда протекает через каналы (26) при ее прохождении по пути прохождения потока, при этом седло (27) или заслонка внутри полости (20) функционирует в соединении с каналами (26) таким образом, что расстояние d между диском (25) и седлом (27) определяет область отверстия (11') для прохождения текучей среды. Чем меньше расстояние d, тем меньше область отверстия (11') и, таким образом, ниже скорость прохождения потока при заданной разности давлений, или падении давления на мембране (23), также называемых перепад давления.
Таким образом, если падение давления мало или близко к нулевому, диск (25) остается вблизи нейтральной позиции, однако если падение давления возрастает, падение давления на диске (25) и мембране (23) возрастает с обеспечением проталкивания диска (25) в направлении седла (27), сжимания пружины (22) и уменьшения расстояния d. Следовательно, область отверстия (11') для потока текучей среды уменьшается, приводя к увеличению демпфирования сигнала.
Таким образом, конструкция данного варианта осуществления обеспечивает решение второй проблемы, связанной с постоянным демпфированием, благодаря наличию подвижных частей и регулируемой области отверстия для потока. При этом также уделено внимание решению первой проблемы «засорения», поскольку, когда изменение позиции диска приводит к изменению области отверстия (11'), обеспечена возможность утекания засоряющих элементов и, следовательно, их удаления.
В показанном варианте осуществления изобретения диск (25) расположен внутри цилиндра (28), образуя часть пути прохождения потока, соединен с указанной мембраной (23) и выполнен с возможностью отклонения посредством нее, причем пружина (22) окружает указанный цилиндр (23), что обеспечивает компактную конструкцию, части которой обеспечивают стабилизацию друг друга в процессе работы.
В показанном варианте осуществления изобретения верхний корпус (18) и нижний корпус (19) удерживаются вместе посредством болта (24), однако в настоящей системе возможно использование любого другого средства скрепления подобных частей вместе.
Таким образом, предложено динамическое демпфирование импульсных сигналов, что в еще одном улучшенном варианте осуществления изобретения может предполагать наличие средства для обнаружения колебаний в импульсах, например, путем определения позиции устройства регулирования перепада давления, содержащего в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, мембрану (23) и сопло (21) с диском (25), работающим с седлом (27) или путем измерения перепада давления или температуры. Используя такие входные данные для расчета алгоритмов для определения колебаний относительно нормального режима работы системы, устройство регулирования может затем обеспечивать регулирование отверстия прохода в импульсной трубке (9а, 9b) любым известным из уровня техники образом.
1. Регулятор (8) давления для управления клапаном (6а), соединенный с проточной системой (1) обогрева и/или охлаждения, причем регулятор (8) давления содержит трубопроводы (9а, 9b), соединенные с двумя позициями в проточной системе (1) для реакции для регулирования скорости потока через подсоединенный клапан (6а) в ответ на изменение перепада давления между двумя трубопроводами (9а, 9b), отличающийся тем, что один из указанных трубопроводов (9а, 9b) содержит секцию уменьшенного прохода пути прохождения потока, имеющую отверстие (11, 11'), выполненное с возможностью динамического изменения в соответствии с перепадом давления на секции уменьшенного прохода, причем трубопровод представляет собой трубопровод (9а, 9b) гидродинамической связи.
2. Регулятор (8) по п.1, содержащий соединение (9а) трубопровода гидродинамической связи низкого давления, которое может быть соединено с проточной системой или окружающей атмосферой, и соединение (9b) трубопровода гидродинамической связи высокого давления, причем указанное выполненное с возможностью динамического изменения отверстие (11, 11') расположено в соединении (9b) трубопровода гидродинамической связи высокого давления.
3. Регулятор (8) давления по п.1 или 2, в котором в указанном трубопроводе (9а, 9b) расположена гибкая вставка (10), содержащая отверстие (11), образующее уменьшенный проход.
4. Регулятор (8) давления по п.3, в котором отверстие (11) содержит одну или более прорезей (12), образующих одно выполненное в соединении с ними отверстие (11) соответствующей формы.
5. Регулятор (8) давления по п.4, в котором гибкая вставка (10) закреплена между верхней частью (13) и нижней частью (14) указанного трубопровода (9а, 9b) гидродинамической связи, ведущего к регулятору (8) давления.
6. Регулятор (8) давления по п.5, в котором одна из указанных частей, верхняя часть (13) или нижняя часть (14), образует цельную часть регулятора (8) давления и/или другая часть предназначена для соединения с трубопроводом (9а, 9b) гидродинамической связи.
7. Регулятор (8) давления по п.1 или 2, в котором указанный трубопровод (9а, 9b) содержит полость (20) и в котором внутри указанной полости (20) закреплена мембрана, разделяющая ее на две секции с образованием камер давления на противолежащих сторонах мембраны (23), причем указанная мембрана выполнена так, что ее отклонение в ответ на разность давлений на мембране (23) определяет отверстие (11, 11') для потока текучей среды.
8. Регулятор (8) давления по п.7, в котором с указанной мембраной (23) соединен элемент (25), содержащий каналы (26), причем указанные каналы (26) выполнены относительно седла (27) так, что расстояние (d) между элементом (25) и седлом (27) определяет область отверстия (11, 11') для прохождения потока текучей среды, причем каналы (26) для текучей среды образуют часть пути прохождения потока.
9. Регулятор (8) давления по п.8, в котором элемент (25) имеет форму диска и образует часть сопла (21), соединенного с указанной мембраной (23) внутри указанного пути прохождения потока.
10. Регулятор (8) давления по п.8 или 9, в котором указанные каналы (26) расположены так, что окружают центр указанного элемента (25), взаимодействуя с седлом (27), имеющим аналогичную круговую форму.
11. Регулятор (8) давления по любому из пп.7-10, в котором с мембраной (23) соединен с возможностью смещения по меньшей мере один смещающийся элемент (22).
12. Регулятор (8) давления по любому из пп.8-11, в котором элемент (25) расположен внутри цилиндра (28), образующего часть пути прохождения потока, и соединен с указанной мембраной (23) с возможностью смещения посредством указанной мембраны (23).
13. Регулятор (8) давления по п.11 или 12, в котором указанный смещающийся элемент (22) окружает указанный цилиндр (23).
14. Регулятор (8) давления по любому из пп.7-13, в котором указанный корпус указанной мембраны (23) и полость (20) образованы верхним корпусом (18) и нижним корпусом (19).
