КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ СЕТИ ТЕПЛООБМЕННИКА ВОДОЗАБОРНОГО УСТРОЙСТВА
VALVE FACILITY FOR CONNECTING HEAT EXCHANGER OF WATER INTAKE TO HEATING SYSTEM

Изобретение относится к клапанному устройству для подключения к теплофикационной сети теплообменника водозаборного устройства с клапаном первичного контура, регулирующим поток жидкого теплоносителя в первичном контуре теплообменника, и клапаном вторичного контура, который, реагируя на изменение давления, воздействует на поток технической воды во вторичном контуре теплообменника, причем клапан первичного контура может быть приведен в действие клапаном вторичного контура.
Клапанное устройство такого типа известно из DE 19618093 С2. В этом устройстве клапан первичного контура в направлении открытия приводится в действие при помощи пружины. В направлении закрытия клапан первичного контура приводится в действие посредством клапана вторичного контура. Если клапан вторичного контура вследствие разности давлений между входом клапана и его выходом открывается, то при этом также уменьшается запирающее усилие, действующее на клапан первичного контура, и клапан первичного контура открывается. Напротив, клапан вторичного контура дополнительно управляется терморегулируемым приводом, который помещен с той стороны клапана вторичного контура, которая противоположна клапану первичного контура. Таким образом, притоком жидкого теплоносителя в первичный контур теплообменника можно управлять как в зависимости от температуры вторичного контура, так в зависимости от потока технической воды, забираемой из вторичного контура. Однако изготовление такого клапанного устройства является сравнительно сложным делом. Чтобы получить требуемые характеристики управляемости рассматриваемого клапанного устройства, приходится относительно точно выравнивать и позиционировать относительно друг друга клапан первичного контура, клапан вторичного контура и терморегулируемый привод.
В основе изобретения лежит задача упростить изготовление рассматриваемого клапанного устройства.
В случае клапанного устройства вышеназванного типа эта задача решается благодаря тому, что клапан первичного контура помещен в первый элемент корпуса, клапан вторичного контура - во второй элемент корпуса, и эти два элемента соединены друг с другом посредством третьего элемента корпуса, в который помещено исполнительное устройство, при помощи которого клапан первичного контура может приводиться в действие клапаном вторичного контура.
Благодаря такому исполнению упрощается изготовление клапанного устройства. В принципе, клапанное устройство состоит из трех отдельных модулей, каждый из которых помещен в один из элементов корпуса. Каждый модуль может изготавливаться и предварительно регулироваться отдельно от остальных модулей. Клапанное устройство получается только после сборки этих трех модулей. При этом три элемента корпуса предпочтительно расположены друг за другом в одном направлении. Сборка трех элементов корпуса может последовать на сравнительно поздней стадии изготовления. При этом клапан первичного контура и клапан вторичного контура, каждый из которых расположен в собственном элементе корпуса, функционально связаны друг с другом лишь посредством исполнительного устройства, помещенного в третий элемент корпуса. При этом эти три функциональных элемента, то есть клапаны первичного и вторичного контура, а также исполнительное устройство, необязательно должны иметь общую приводную ось. Приводные оси вполне могут иметь небольшое смещение в поперечном направлении.
Предпочтительно первый элемент корпуса имеет первое соединение с первичным контуром, второй элемент корпуса - второе соединение с вторичным контуром, а третий элемент корпуса - второе соединение с первичным контуром и первое соединение с вторичным контуром. Благодаря этому упрощается присоединение теплообменника к клапанному устройству. Присоединение осуществляется исключительно через третий элемент корпуса. Остальные два элемента корпуса могут использоваться для присоединения к теплофикационной сети, то есть к подводу жидкого теплоносителя и, соответственно, к забору технической воды. Благодаря такой развязке конструкция упрощается в еще большей степени.
Клапан вторичного контура предпочтительно имеет помещенный на мембране подвижный элемент, причем мембрана простирается до зоны соприкосновения между вторым элементом корпуса и третьим элементом корпуса. Здесь мембрана клапана вторичного контура применяется с двумя целями. Во-первых, мембрана несет на себе подвижный элемент, так что подвижный элемент перемещается при соответствующем отклонении мембраны, которое может быть вызвано, например, разностью давлений на мембране. Во-вторых, мембрана, которая, как правило, состоит из эластомерного материала, используется для создания уплотнения между вторым и третьим элементами корпуса, так что герметичное уплотнение в этом месте получается без применения дополнительных конструктивных элементов.
При этом предпочтительно, чтобы подвижный элемент был выполнен в виде седла клапана, причем мембрана имеет соединенное с седлом отверстие, через которое может течь техническая вода. Итак, мембрана, точнее ее отверстие, используется в качестве части канала для течения технической воды. Благодаря этому клапанное устройство получается сравнительно компактным. Для его размещения необходимо сравнительно небольшое пространство.
Предпочтительно перед клапаном первичного контура включен клапан, который реагирует на изменения давления и имеет мембрану, простирающуюся до зоны соприкосновения между первым элементом корпуса и третьим элементом корпуса. В сущности, то что было сказано в отношении мембраны клапана вторичного контура, действует и здесь. Во-первых, мембрана применяется для того, чтобы клапаном, реагирующим на изменение давления, можно было управлять в зависимости от действующих локальных давлений. Во-вторых, мембрана используется для уплотнения соединения между первым элементом корпуса и третьим элементом корпуса. Дополнительные конструктивные элементы здесь также не нужны.
Предпочтительно исполнительное устройство имеет толкатель, помещенный в средней части третьего элемента корпуса. Итак, третий элемент корпуса не только соединяет оба клапана первичного и вторичного контура, но и содержит толкатель, образующий важную деталь исполнительного устройства, посредством которого клапан вторичного контура приводит в действие клапан первичного контура.
Клапан вторичного контура предпочтительно в исходном положении имеет проход, который может регулироваться. Проход в исходном положении клапана - это отверстие между седлом и запирающим элементом, которое получается, если мембрана клапана вторичного контура находится в нейтральном или исходном положении, то есть силы, действующие на обе стороны мембраны, уравновешены. В этом случае клапан вторичного контура должен быть закрыт не полностью, в нем должен оставаться небольшой зазор, чтобы между двумя сторонами клапана вторичного контура могло происходить выравнивание давления. Преимущество такого зазора заключается также в том, что уменьшается риск закупорки клапана при незначительных потоках во вторичном контуре. Если клапан вторичного контура делают регулируемым в отношении отверстия в исходном положении клапана, то элементы, необходимые для клапана вторичного контура, могут изготавливаться с меньшей точностью. Регулировка этого отверстия на испытательном стенде может быть осуществлена после изготовления клапанного устройства, это позволяет при сниженной стоимости изготовления получить повышенную точность регулирования.
Клапан вторичного контура предпочтительно помещен в торце второго элемента корпуса. Если клапан вторичного контура помещен в торце корпуса, то клапан без затруднений доступен снаружи, поэтому регулировать его легче.
Предпочтительно клапан вторичного контура имеет стационарный запирающий элемент, положение которого относительно исходного положения мембраны может регулироваться. Таким образом, благодаря перемещению запирающего элемента можно регулировать отверстие в исходном положении клапана вторичного контура. Это исполнение является сравнительно простым.
Предпочтительно запирающий элемент выполнен в виде конуса. В случае конуса поперечное сечение, имеющееся в распоряжении для потока, увеличивается в большей степени, чем пропорционально величине хода седла клапана, которое закреплено на мембране клапана вторичного контура. Благодаря этому склонность клапана вторичного контура к колебаниям остается небольшой.
Запирающий элемент предпочтительно ввинчен во второй элемент корпуса. Во-первых, благодаря ввинчиванию достигается надежное крепление запирающего элемента. Во-вторых, благодаря резьбовому соединению простым способом достигается перемещение запирающего элемента в осевом направлении.
Предпочтительно толкатель приводится в движение подвижным элементом клапана вторичного контура и действует на запирающий элемент клапана первичного контура, причем толкатель имеет такую длину, что в исходном положении подвижного элемента клапана вторичного контура при открытом состоянии клапана первичного контура между толкателем и запирающим элементом имеется некоторый зазор. Такое исполнение имеет то преимущество, что при исходном положении клапана вторичного контура клапан первичного контура может функционировать без воздействия клапана вторичного контура. Толкатель и клапан первичного контура не соединены друг с другом, кроме того, в этом состоянии они не прилегают друг к другу. Только тогда, когда клапан вторичного контура откроется в определенной степени и толкатель переместится на соответствующее расстояние, толкатель соприкоснется с запирающим элементом клапана первичного контура и приведет этот элемент в действие в направлении открытия.
При этом запирающий элемент клапана первичного контура предпочтительно должен иметь терморегулируемый привод. Таким образом, при исходном состоянии клапана вторичного контура, то есть когда отбор технической воды из вторичного контура не осуществляется, клапан первичного контура эксплуатируется исключительно как терморегулируемый клапан. При этом при терморегулировании в качестве регулируемой величины, как правило, используется температура во вторичном контуре теплообменника, точнее, на выходе вторичного контура теплообменника. Таким образом, посредством соответствующего притока жидкого теплоносителя в первичном контуре эту температуру можно постоянно поддерживать на заданном уровне. Итак, пользователю, который берет теплую техническую воду, не приходится ждать, пока нагреется теплообменник. Следовательно, контур регулирования клапана первичного контура может оставаться чрезвычайно простым. Возмущающих воздействий, то есть других действующих снаружи сил, которые могли бы негативно воздействовать на регулировочную характеристику такого терморегулируемого клапана, практически не существует. Только тогда, когда во вторичном контуре отбирается техническая вода и клапан вторичного контура открыт в достаточной степени, в зависимости от расхода жидкости во вторичном контуре также оказывается воздействие на клапан первичного контура, поэтому, если отбирается большее количество технической воды, в первичный контур также подводится большее количество жидкого теплоносителя.
Предпочтительно толкатель и запирающий элемент клапана первичного канала соприкасаются друг с другом через контактную поверхность, которая помещена перпендикулярно направлению движения толкателя. Таким образом, эта контактная поверхность не допускает никаких смещений между толкателем и запирающим элементом клапана первичного контура перпендикулярно направлению их движения. Итак, оси толкателя и запирающего элемента первичного канала совпадать не должны. Это еще больше упрощает изготовление.
При этом запирающий элемент предпочтительно имеет направленный к толкателю выступ, с которым может соприкасаться толкатель. Как правило, запирающий элемент выполнен из эластомерного материала. Напротив, толкатель может быть сделан из более прочного и твердого материала, например из металла. В особенно предпочтительном варианте реализации изобретения толкатель образуется благодаря тому, что шток клапана пронизывает запирающий элемент, причем запирающий элемент прикреплен к штоку. В этом случае толкатель может взаимодействовать со штоком (или с выступом в другом исполнении), поэтому клапанное устройство обладает большим сроком службы.
Далее изобретение описывается на основе предпочтительного примера реализации, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее.
Фиг.1. Принципиальная схема для пояснения конструкции клапанного устройства.
Фиг.2. Продольный разрез клапанного устройства.
На фиг.1 схематично показан теплообменник 1 с первичным контуром 2 и вторичным контуром 3. Первичный контур 2 имеет впускное отверстие 4, соединенное с теплофикационной сетью, которая подробно не показана. Первичный контур 2 также имеет выпускное отверстие 5, которое посредством клапанного устройства 6 соединено с соединением 7 обратного трубопровода теплофикационной сети.
Вторичный контур 3 имеет вход 8, через который подводится техническая вода, и выход 9, через который может производиться отбор нагретой технической воды. В районе выхода 9 помещен температурный датчик 10, функция датчика объясняется ниже. Вход 8 контура 3 вторичного контура посредством клапанного устройства 6 соединен с соединением 11, через которое подается холодная техническая вода.
Способом, который сам по себе известен, между первичным контуром 2 и вторичным контуром 3 расположена поверхность 12 теплообменника, которая показана лишь схематично. На самом деле поверхность 12 имеет большую площадь.
Клапанное устройство 6 имеет клапан 20 первичного контура с запирающим элементом 21 и седлом 22. Запирающий элемент 21 обтекается через седло 22 клапана. Запирающий элемент 21 посредством пружины 23 предварительно напряжен в направлении открытия. Сильфон 24, соединенный с температурным датчиком 10, действует на запирающий элемент 21 в направлении закрытия. Сильфон 24 работает против силы пружины 25, которая опирается на упор 26, установленный с возможностью смещения. Посредством смещения упора 26 в направлении двойной стрелки 27 можно регулировать заданное значение температуры технической воды у выхода 9 вторичного контура 3.
Если температура у выхода 9 вторичного контура 3 повышается, то сильфон 24 перемещает запирающий элемент 21 к седлу 22 клапана и, таким образом, дросселирует поток теплоносителя в первичном контуре. Если температура у выхода 9 вторичного контура 3 опускается, то давление сильфона 24 уменьшается, поэтому запирающий элемент 21 под действием силы пружин 23, 25 отходит от седла 22, чтобы сделать возможным больший поток теплоносителя в первичном контуре 2. Таким образом, клапан 20 первичного контура является терморегулируемым клапаном, который управляется посредством терморегулируемого привода 28.
Перед клапаном 20 первичного контура еще включен клапан 29, который реагирует на изменение давления. Клапан 29, реагирующий на изменение давления, имеет мембрану 30, на которую с одной стороны действует давление Р1 перед седлом 22 клапана, а с другой стороны - давление Р2 за седлом 22. Мембрана 30 перемещает дроссель 31. Сам по себе принцип действия клапана 29, реагирующего на изменение давления, известен, поэтому подробно он не поясняется.
Поток технической воды во вторичном контуре 3 теплообменника 1 регулируется вторичным клапаном 40. Клапан 40 вторичного контура имеет мембрану 41, к которой прикреплено седло 42 клапана. При смещении мембраны 41 седло 42 клапана перемещается. Вместе с запирающим элементом 43 седло 42 клапана образует дроссельный зазор 44, размер которого меняется в зависимости от положения мембраны 41.
Положение мембраны определяется разностью между давлением Р3 перед дроссельным зазором 44 и давлением Р4 за дроссельным зазором 44. Против этой разности давлений действует сила компенсационной пружины 45, которая начинает действовать лишь после определенного отклонения мембраны 41. Впрочем, против разности давлений Р3-Р4, естественно, действует определенное собственное напряжение мембраны 41.
Если с обеих сторон мембраны 41 действуют одинаковые силы, то дросселирующий зазор 44 образует отверстие, соответствующее исходному положению клапана. Размер этого отверстия может регулироваться благодаря тому, что запирающий элемент 43, который здесь выполнен в виде конуса, может перемещаться в корпусе 46. Запирающий элемент 43 ввинчен в корпус 46, поэтому в безнапорном состоянии его положение относительно мембраны 41 может быть изменено посредством вращения элемента 43. Отверстие в исходном положении должно быть как можно меньшим, но таким, чтобы клапан вторичного контура 40 не закрывался даже тогда, когда отбор технической воды не производится и давление Р3 перед дросселирующим зазором 44 равно давлению Р4 за дросселирующим зазором 44. Тем не менее, отверстие в исходном положении должно быть как можно меньше.
С мембраной 41 посредством компенсационной пружины 45 связан толкатель 47, который при движении мембраны 41 соответствующим образом перемещается вместе с ней. Если мембрана 41 отклонена в достаточной степени, своим вторым концом 48 толкатель 47 действует на запирающий элемент 21 клапана 20 первичного контура. Однако толкатель 47 имеет такую длину, чтобы тогда, когда мембрана 41 находится в исходном положении, то есть разности давлений на мембране 41 нет, толкатель 47 к запирающему элементу 21, поскольку он открыт, не прикасался.
Благодаря этому возникает следующий эффект. Поскольку отбор технической воды не осуществляется, дроссельный зазор 44 имеет минимальный размер и мембрана 41 не отклонена. В этом положении конец 48 толкателя 47 не касается запирающего элемента 21 клапана первичного контура. Следовательно, клапан 20 первичного контура функционирует исключительно как терморегулируемый клапан под действием терморегулируемого привода 28. Это позволяет простым способом, то есть при простых механических затратах и сравнительно простом контуре регулирования, постоянно поддерживать на необходимом уровне температуру на выходе 9 вторичного контура 3.
Итак, если во вторичном контуре 3 осуществляется отбор воды, то давление Р4 понижается и мембрана из-за разности давлений Р3-Р4 отклоняется. При этом толкатель 47 входит в контакт с запирающим элементом 21 и приводит его в действие в направлении открытия, поэтому дополнительно к терморегулированию обеспечено также воздействие на клапан 20 первичного контура посредством протекающего во вторичном контуре количества технической воды.
Как только отбор воды из вторичного контура 3 заканчивается, мембрана 41 возвращается в исходное положение и управление клапаном 20 первичного контура может очень быстро снова переключиться исключительно на терморегулирование.
На фиг.2 показана механическая конструкция клапанного устройства 6. Одинаковые детали обозначены теми же номерами, как и на фиг.1.
Клапанное устройство имеет первый элемент 51 корпуса, в который помещен клапан 20 первичного контура, второй элемент 52 корпуса, в который помещен клапан 40 вторичного контура, и третий элемент 53 корпуса, соединяющий первый элемент 51 со вторым элементом 52; третий элемент 53 помимо прочего служит в качестве опоры для толкателя 47. В первый элемент 51 корпуса помещено соединение 7 обратного трубопровода. Это соединение образует первое соединение первичного контура. Во второй элемент 52 корпуса помещено соединение 11 для технической воды. Это присоединение образует второе соединение вторичного контура. В третий элемент корпуса помещены выпускное отверстие 5 и вход 8. Таким образом, эти два присоединения образуют второе соединение первичного контура и первое соединение вторичного контура.
Обе мембраны 30, 41 простираются до зоны соприкосновения между первым элементом 51 корпуса и третьим элементом 53 корпуса или, соответственно, между вторым элементом 52 корпуса и третьим элементом 53 корпуса. Благодаря этому обе мембраны 30, 41 в результате взаимодействия трех элементов корпуса, с одной стороны, закреплены, а с другой стороны, могут использоваться так же, как уплотнения между элементами 51-53.
Первый элемент 51 корпуса с клапаном 20 первичного контура, второй элемент 52 корпуса с клапаном 40 вторичного контура и третий элемент 53 корпуса с толкателем 47 в каждом случае могут быть собраны предварительно. При этом выравнивание отдельных элементов перпендикулярно направлению их перемещения необходимо лишь приблизительно, так как, например, толкатель 47 и запирающий элемент 21 прилегают друг к другу на конце 48 через контактную поверхность, которая расположена перпендикулярно продольному протяжению толкателя 47. Таким образом, запирающий элемент 21 не обязательно должен соприкасаться с ним точно посредине.
Запирающий элемент 21 имеет шток 32, который проходит сквозь запирающий элемент 21 и с другой стороны образует выступ 33, к которому прилегает толкатель 47. Выступ 33 соответственно может быть выполнен из металла, который износостойко взаимодействует с металлом толкателя 47. Выступ 33 является существенно более износостойким в отношении нагружения толкателем 47, чем сам запирающий элемент 21, который, как правило, сделан из эластомерного материала.
В мембране 41 имеется отверстие 49, через которое течет техническая вода, прошедшая через седло 42 клапана. Чтобы техническая вода могла дойти также до входа 8 теплообменника, толкатель 47 посредством соединителя в виде обоймы целесообразно соединить с мембраной 41. Соединитель подробно не показан, он может иметь, например, три ножки, которые помещены звездообразно.
На фиг.2 клапан 20 первичного контура и клапан 40 вторичного контура изображены в полностью закрытом состоянии. В этом состоянии толкатель 47 может прилегать к запирающему элементу 21, точнее, к его выступу 33. Однако во время эксплуатации запирающий элемент 21 отводится от седла 22 клапана дальше, чем седло 42 клапана от запирающего элемента 43, так что без отбора технической воды между толкателем 47 и запирающим элементом 21 имеется эффективный зазор.