Устройство для регулирования температуры

.,: лбйМ НИЯ 2 ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(72) Е,Ф.Колесников и А,А.Казанцев (56) Авторское свидетельство СССР М 1354172, кл. 0 05 О 23/19, 19.03.85.Авторское свидетельство СССР Ф 1492346, кл. 6 05 О 23/19, 06.04,87, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в резиноперерабатывающих червячных машинах. С целью повышения надежности и точности. поддержания температуры за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, устройство содержит нагреватель 2, выполненный в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный в виде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя через нагреватель 2 или охладитель 3 служит переключающий трехходовой клапан (ПТК) 4. Датчик температуры 5 подключен к регулятору температуры 6, выход которого через первый исполнительный элемент (ИЭ) 7 связан с нагревателем 2. а через второй ИЭ 8 связан с управляемым входом ПТК 4 и управляе.З 2, 1824629 А 1 мым входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3. Устройство содержит три мембранных пневматических пульсатора (П) 10, 11 и 12 и шесть обратных клапанов (ОК) 13 - 18, соединенных по схеме трехфазного моста, Гидравлические полости П 10 и 12 подсоединены к точкам питания "в", "г" "и" "д" моста, а к двум общим точкам моста "а" (напорной) и "б" (всасывающей) подключены соответственно через ПТК 4 вход объекта и буферная емкость 19, связанная с выходом объекта, Блок управления поочередно в течение заданных промежутков времени включает клапаны 25, 26 и 27, осуществляющие подачу сжатого воздуха в пневматические полости П 10 и 12, которые поочередно через ОК перемещают порции теплоносителя (нагретого в нагревателе 2 или охлажденногов охладителе 3) в объект и далее в буферную емкость 19. Возврат теплоносителя в гидравлическую полость П 10, 11 и 12 осуществляется из буферной емкости 19 через открытый ОК. При этом, если П 10 вытесняет из своей гидравлической полости теплоноситель, то в это же время П 12 заполняет теплоносителем свою гидравлическую полость. Если идет разогрев объекта, то тепло- носитель проходит через нагреватель 2, а если объект охлаждается, то теплоноситель проходит через охладитель 3. В дальнейшем г)роцесс регулирования повторяется. 1 ил,Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в тепловых объектах, например в резиноперерабэтывающих червячных машинах, и может быть использовано в производстве изделий из полимерных материалов.Целью изобретения является повышение надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя, проходящего через объект, и стабилизации его скорости.На чертеже схематично показано устройство для регулирования температуры.Устройство для регулирования температуры содержит объект 1, например зону червячной машины, нагреватель 2, выполненный, например в виде теплообменника с электронагревателями, охлади- тель 3, выполненный, например, в аиде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя служит трехходовой переключающий клапан 4. В объекте 1 установлен датчик температуры 5, который подключен на вход регулятора температуры 6. В ыход регулятора температуры 6 через первый исполнительный элемент 7 связан с нагревателем 2, а через второй исполнительный элемент 8 - с управляемым входом трехходового переключающего клапана 4 и управляющим входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3,Средство для принудительного перемещения теплоносителя содержит три пневматических мембранных пульсатора 10, 11 и 12, каждый из которых имеет гидравлическую полость А и пневматическую полость В. разделенные герметичной мембраной С. Для управления потоком теплоносителя в это средство включены. обратные клапаны 13-18, соединенные между собой по схеме трахфаэного моста с общими точками "а" и "б", и точками питания "в", "г" и "д". При этом гидравлические полости А пульсаторов 1 О, 11 и 12 подсоединены к точкам питания "в", "г" и "д" моста, Вход трехходового переключающего клапана 4 соединен с общей (напорной) точкой "а" моста, а обЩая (всасывающая) точка "б" моста подсоединена к буферной емкости 19, которая связана с выходом обьекта 1, вход которого соединен с нагревателем 2 и охладителем 3.Для управления работой пульсаторов 10, 11 и 12 служит блок управления, который содержит генератор тактовых импульсов 20, который через кольцевой коммутатор 21 и соответственно через исполнительные элементы 22, 23 и 24 в заданной последовательно управляет работой дополнительных треххадовых клэпэное 25. 26 и 27, осуществляющих подачу сжатого воздуха в пневматические полости В пульсаторов 10, 11 и 12.Устройство работает следующим образом.5 В исходном положении вся система трубопроводов, соединяющих элементы устройства и сами элементы, включая гидравлические полости пульсаторов, заполнены теплоносителем, например, очи щенной водой. Мембраны С пульсаторов 10,11 и 12 занимают среднее положение, так как пневматические полости В пульсаторов 10, 11 и 12 через клапаны 25, 26 и 27 соединены с атмосферой. К клапанам 25, 26 и 27 15 подведен сжатый воздух требуемых параметров.Генератор тактовых импульсов 20, вы-полненный, например в виде импульсного реле времени, через кольцевой коммутатор 20 21 и исполнительные элементы 22, 23 и 24поочередно с заданным интервалом времени включает клапаны 25, 26 и 27, Например при включении клапана 25 сжатый воздух поступает в пневматическую полость В пневматического мембранного пульсатора 10. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теп лоноситель, Теплоноситель начинает движение по следующему пути; полость А пульсатора 10 - точка "в" - обратный клапан 13 - общая точка "а" - трехходовой переключающий клапан 4 - нагреватель 2 - обьект 1 35 - буферная емкость 19. В это время обратные клапаны 14, 15 и 17 закрыты. Так как температура объекта 1 ниже заданной, то регулятор температуры 6 через исполнительный элемент 7 включает в работу нагре ватель 2 и поэтому теплоноситель, проходячерез нагреватель 2, нагревается в передает тепло объекту 1, После прохождения обьекта 1 первая порция теплоносителя поступает в буферную емкость 19 и там 45 накапливается, Через заданный интервалвремени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 25 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 23 включает клапан 26, При этом сжатый воздух поступает в 50 пневматическую полость В мембранногопульсатора 11, Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана С пульсэтора 11 начинает перемещаться вверх. вытесняя из гидравли ческой полости А теплоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсэторэ 11 - точка "г" - обратный клапан 15 - общая точка "а" - трехходовой переключающий клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1. В это время обратные,55 клапаны 16, 13 и 17 закрыты, Теперь вторая порция теплоносителя. равная объему гидравлической полости А пульсатора 1 1, проходит через нагреватель 2, отбирая тепло, нагревает объект 1 и поступает в буферную емкость 19,В момент отключения клапана 25 и включения клапана 26, когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 11 к буферной емкости 19. также начинает движение теплоноситель из буферной емкости 19 в гидравлическую полость А пульсатора 10. т,к. сжатый воздух из пневматической полости В пульсатора 10 стравливается через трехходовой клапан 25 в атмосферу и мембрана С пульсатора 10 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее. Теплоноситель движется по пути; буферная емкость 19 - общая точка "б" - обратный клапан 14 - точка "в" - полость А пульсатора 10, Происходит заполнение полости А пульсатора 10 теплоносителем.Далее. через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 26 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 24 включает клапан 27. При этом сжатый воздух поступает в пневматическую полость В мембранного пульсатора 12, Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины мембрана С пульсатора 12 начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теплоноситель, Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсатора 12 - точка "д" - обратный клапан 17 - общая точка "а" - трехходовой переключаюший клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1 - буферная емкость 19, В это время обратные клапаны 18,13 и 15 закрыты, Теперь третья порция теплоносителя, равная объему гидравлической полости А пульсатора 12. проходит через нагреватель 2, отбирая тепло. нагревает обьект 1 и поступает в буферную емкость 19, В момент отключения клапана 26 и включения клапана 27. когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 12 к буферной емкости 19, также начинает движение теплоноситель из буферной емкости 19 в гидравлическую полость А пульсатора 11, т.к. сжатый воздух из пневматической полости В пульсатора 1 Ц стравливается через трех- ходовой клапан 26 в атмосферу и мембрана С пульсатора 11 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее. Теплоноситель движется по пути: буферная емкость 19 обгцая точка "б" - обратный клапан 16 в точ "г" полость А пульсатора11. Происходит заполнение полости А пульсатора 11 теплоносителем. К этому временигидравлическая полость А пульсатора 10уже заполнилась теплоносителем.Следовательно, за три временных тактатри порции теплоносителя из трех гидравлических полостей пульсаторов 10, 11 и 12.следуя непрерывно друг за другой, создаютв напорной части контура непрерывныйпрямой поток теплоносителя, проходящийчерез нагреватель и объект и поступающийв буферную емкость 19, Одновременно сэтим -из буферной емкости 19 в обратной(всасывающей) части циркуляционного контура образуется обратный поток теплоносителя, поочередно заполняющийгидравлические полости А пульсаторов 10 и11,Через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключитклапан 27 и вновь включит клапан 25. Приэтом вновь теплоноситель из гидравлической полости А пульсатора 10 будет перемещаться по пути; полость А пульсатора 10 -точка "в" - обратный клапан 13 - общаяточка "а" - трехходовой клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1 - буферная емкость 19, аиз буферной емкости 19 теплоноситель будет перемещаться в гидравлическую полость А пульсатора 12 по пути: буфернаяемкость 19 - общая точка "б" - обратныйклапан 18 - точка "д" - гидравлическая полость А пульсатора 12,Таким образом, пульсаторы 10, 11 и 12поочередно подают в объект 1 порции нагретого в нагревателе 2 теплоносителя, Приэтом если один пульсатор вытесняет изсвоей гидравлической полости теплоноситель, то в это время другой пульсатор заполняет теплоносителем свою гидравлическуюполОСть.До тех пор пока температура в обьекте1 меньше заданной, теплоноситель будетпроходить нагреватель 2 и нагревать объект1. Как только температура в объекте 1 станетравной заданному значению, регулятор температуры 6 отключит нагреватель 2 и теплоноситель будет циркулировать сдостигнутой температурой, В дальнейшемпроцесс регулирования температуры обьекта 1 будет осуществляться путем включенияи отключения нагревателя 2.Если же по каким-либо причинам температура в объекте 1 начнет увеличиваться, торегулятор температуры 6 через исполнительный элемент 8 откроет клапан 9 подачихладагента в змеевик охладителя 3 и переключит трехходовой переключающий клапан 4, Так квк пульсаторы 10. 11 и 12постоянно находятся в работе, т.е, периодически выталкивают иэ гидравлических полосей определенные порции теплоносителя, то при переключенномклапане 4 в первый такт теплоноситель идет по пути: гидравлическая полость А пульсатора 10 - точка "в" - обратный клапан 13 - общая точка "а" - трехходовой переключающий клйпан 4 - охладитель 3 - объект 1 - буферная емкость 19. во второй такт - по пути: гидравлическая полость А пульсатора 11 в точ "г" - обратный клапан 15 - общая точка "а" - трехходовой переключающий клапан 4 - охладитель 3 - объект 1 - буферная емкость 19, а в третийтакт - по пути: гидравлическая полость А пульсатора 12 - точка "д" - обратный клапан 17 - общая точка "а" - трехходовой клапан 4 - охладитель 3 - объект 1 - буферная емкость 19,В это же время из буферной емкости 19 теплоноситель будет непрерывно возвращаться в гидравлические полости пульсаторов так же, как при разогреве, Теплоноситель, проходя через охладитель 3, охлаждается в нем и охлаждает объект 1, Процесс охлаждения будет происходить до тех пор, пока температура в объекте 1 не уменьшится до значения, при котором регулятор температуры 6 не отключит клапан 9 подачи хладагента и не переключит трехходовой переключающий клапан 4.В дальнейшем регулирование температуры в обьекте 1 будет осуществляться путем переключения потока теплоносителя, идущего или через нагреватель 2, или через охладитель 3.Использование в предлагаемом устройстве трех пульсаторов позволило получить однонаправленный устойчивый практически непрерывный поток теплоносителя через объект с коэффициентом пульсаций около 6. Значительное - на порядок - снижение коэффициента пульсаций позволило добиться поставленной цели. суть которой - повышение надежности и точности устройства,Значительное уменьшение пульсаций потока теплоносителя обеспечивает стабилизацию его скорости и, следовательно, стабилизацию коэффициента теплообмена в объекте регулирования, В свою очередь,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 стабилизация коэффициента теплообмена обеспечивает высокую точность поддержания заданного температурного режима.Дальнейшее усложнение конструкции будет сопровождаться незначительным уменьшением коэффициента пульсаций. Так. при установке четырех пульсаторов и восьми обратных клапанов коэффициент пульсаций составит 3,2, пяти пульсаторов и десяти обратных клапанов - 2, шести пульсаторов и двенадцати обратных клапанов - 1,4 ф,.Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее нагреватель и охлади- тель, установленные в контурах циркуляции со средством для принудительного перемещения теплоносителя с блоком управления, регулятор температуры, вход которого соединен с датчиком температуры обьекта, выход которого связан через первый исполнительный элемент с нагревателем, через второй исполнительный элемент с охладителем и трехходовым переключающим клапаном, установленным на входах в нагреватель и охладитель, причем контуры циркуляции после нагревания и охлаждения соединены непосредственно с объектом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, в нем установлена буферная емкость, средство для принудительного перемещения теплоносителя выполнено в виде трех пневматических мембранных пульсаторов и шести обратных клапанов, соединенных между собой по схеме трехфазного моста, одна общая напорная точка которого сообщена с входом трехходового переключающего клапана, другая общая всасывающая точка моста соединена через буферную емкость с выходом объекта, а точки питания моста соединены с гидравлическими полостями соответствующих пневматических мембранных пульсаторов, пневматические полости которых соединены с источником питания через дополнительно введенные трехходовые клапаны, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления.1824629 Составитель О. ГудковаТехред М,Моргентал Корректор Н. Гунько Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 2225 Тираж Подписное ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рвушская нвб., 4/б