Система регулирования температуры воды в теплосети

/О 4 С 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ.Мельтеев кие устройей. - М.: ЕМПЕРАТУя к областиоцессов иля регулиСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Украинский государственный про/ектный и научно-исследовательский институт по газоснабжению, теплоснабже" нию и комплексному благоустройству городов и поселков Украины(56) Громов И.К. Абонентсства водяных тепловых сетЭнергия, с, 32-33.Там же, с. 40-41.(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЫ ВОДЫ В ТЕПЛОСЕТИ(57) Изобретение относитсавтоматизации тепловых прможет быть использовано д рования температуры в сети централизованного теплоснабжения, Целью изобретения является повышение эконо мни энергии. Система регулированияо температуры воды в теплосети содержит водяной подогреватель 1, мембран ный 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 трубо" проводу 12 греющей воды за подогре" вателем, Полость 10 механизма 2 присоединена 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 навыходной части корпуса подогревателя 2 со стороны контура греющей во 1273892ды. Чувствительный элемент этого реле находится вблизи от теплообменной поверхности подогревателя 17.1 ил.35 45 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 предла" гаемой 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 4еле температуры. Мембранный исполительный механизм содержит корпус 5 вентильного типа, закрытый крыш кой 6. Между корпусом и крышкой зажата гибкая мембрана 7, на жестком центре которой с помощью штока закреплена тарелка 8, образующая затвор1 (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 рас" стоянии от подогревателя, достаточном для .получения представительного замера температуры подогреваемой во 5 О 5 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 тепло- обменной 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 4 целесообразно настраивать на температуру, близкую к минимальной температуре подающей магистрали теплосети (т.е. порядка 70 С для температурного грайика сети 150 о70 С), Таким образом, при первоначальном пуске подогревателя, когда. он холодный , выходные клапаны обо892 3 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 2-32), чем давление под этой мембраной. Поскольку при этом результирующее усилие на 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 имеетместо 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 ЗО 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 поступать 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 благодагря постоянно действующему соединению д 5 по импульсной линии с дросселем 13. Поскольку затвор 8 и 9 имеет существенное сопротивление, давление до него, т.е. на входе в исполнительныймеханизм 2, больше, чем на выходе.Входное давление действует на мембрану 7 по всей эффективной площадимембраны вверх и, преодолевая силутяжести подвижных элементов, поднимает мембрану 7, а вместе с ней поднимается тарелка 8, закрывая проходводы. По мере закрытия затвора (регулирующего органа) перепад давлеия на нем, т.е. между входом и выходом 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 дав" лений 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 мембранный исполнительный механизм закрыт, движение греющей воды из теплосети через подогреватель прекращается. 4 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 тепловой 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 автоматическо" го 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 нечувствительности реле 3 (дифференциала) можно обеспечить приемлемый режим по точности поддержания темпе" ратуры горячей воды у потребителя и частоте переключений, Опытные испы" тания 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 представительное12 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 40 45 50 55 Рассмотрим работу предлагаемого устройства, когда потребитель прекращает разбор горячей веды на дли"тельное время, например ночью. Приэтом температура воды в месте уста-.,новки реле 3 постепенно падает ионо открывает свой выходной клапан,тем самым дает разрешение на пропускгреющей 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 7 С С, поэтому реле 4,настроенное на эту температуру, срабатывает и закрывает свой выходнойклапан. В этом случае, хотя выходнойклапан реле 3 открыт, подача командного импульса по линии 11 в надмембранную полость исполнительного механизма, прекращается, что приводит к прекращению прохода греющей воды через подогреватель. С 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 им 1 тульсной линии 11, пройдя оба открытых клапана реле 3 и реле 4,беспрепятственно поступает в надмембранную полость исполнительного механизма 2. Последний открывает свойзатвор и начинается пропуск греющейводы через подогреватель. В данномслучае нагрев в противовес охлаждению происходит очень быстро (в течение нескольких десятков секунд), поскольку поток греющей воды рассчитанна нагрев номинального количества.воды для потребителя, а отбора подогреваемой воды нет. В результате охладившаяся вода из контура греющейводы подогревателя вытесняется, навыходе потока греющей воды из подогревателя в выходной полости его,где установлен чувствительный элемент реле 4, температура воды быстровозрастает; Реле 4 вновь закрываетсвой выходной клапан, т.е. выдаеткоманду на прекращение пропуска греющей воды через потребитель, Таким образом, рассмотренный режим (при отсутствии водоразбора) будет колебательньм, состоящим из чередующихсякратковременных скачков роста температуры, когда греющая вода проходитиз сети через подогреватель (десяткисекунд), и относительно длительныхпериодов охлаждения, когда проходагреющей воды из сети нет (десятки минут). Такой режим практически может рассматриваться как полное прекращение пропуска греющей воды припрекращении 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 в . результате естественной конвекции вода в окружающем чувствительный элемент реле 3 объеме быстро доохлаждается. Реле 4 срабатывает пр этомЗаказ 6476/45 Тираж 836 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1.13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 на открытие своего клапана, тем самым 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). Рассмотрим 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 темопературы 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 наоуровне 70 С. Настроенное таким образом реле 4 будет не только предотвращать пропуски греющей воды при дли 73892 8тельном прекращении водоразбора, нои в случаях, когда подогревательнеисправен или сильно засорены теплообменные поверхности (поскольку реле4 реагирует на появление недопустимовысокой температуры на выходе греющей воды из подогревателя),Формула изобретения10 Система регулирования температурыводы в теплосети, содержащая водяной подогреватель, первое реле темпеРатуры установленное на выходномтрубопроводе контура нагреваемой воды подогревателя, мембранный исполнительный механизм, установленный навыходном 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, онасодержит второе реле температуры,установленное на выходном трубопрово де контура греющей воды,.а выходныеклапаны первого и второго реле расположены последовательно на импульсной линии, соединяющей трубопроводза подогревателем перед мембраннымисполнительным механизмом с надмем"бранной полостью, соединенной импульсной линией с трубопроводом навыходе мембранного исполнительногомеханизма через дроссель.