УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
DEVICE TO ADJUST HEAT CONSUMPTION FOR HEATING IN HEAT SUPPLY SYSTEMS

Изобретение относится к централизованному теплоснабжению жилых, общественных и промышленных зданий.
Известно устройство для регулирования расхода тепла на отопление в системе теплоснабжения (см. а.с. СССР №648798, МКИ F24D 3/00, 1977), содержащее подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующие клапаны с приводом в подающем трубопроводе и в перемычке после насоса.
Недостатком является невысокая точность регулирования соотношения подачи количества теплоносителя по подающему трубопроводу и по обратному трубопроводу через перемычку.
Известно устройство для регулирования расхода тепла на отопление в системе теплоснабжения (см. а.с. №1218262, МКИ F24D 3/00, 1986, Бюл. №10), содержащее подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе и регулирующим клапаном в перемычке, два реле, два конечных выключателя с источником питания, выходы регулятора расхода соединены с переключающим контактом соответствующих реле, имеющих размыкающие контакты, соединенные с приводом регулирующего клапана в прямом трубопроводе, и замыкающие контакты.
Недостатком являются высокие энергозатраты на привод насоса смешения, обусловленные необходимостью преодоления дополнительного гидравлического сопротивления из-за осуществления процесса регулирования прохождения теплоносителя через регулирующий клапан в перемычке путем уменьшения его проходного сечения. Кроме того, наличие пары реле и конечных выключателей снижает эксплуатационную надежность из-за низкой их электромеханической прочности при длительном контактно-периодическом взаимодействии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат в процессе смешения теплоносителей, поступающих по прямому и обратному трубопроводам, путем регулирования производительности насоса смешения воздействием на его привод регулятором скорости вращения в виде порошковых электромагнитных муфт вместо использования регулирующего клапана, установленного после насоса смешивания и требующего дополнительных энергозатрат на преодоление его гидравлического сопротивления, а также повышение эксплуатационной надежности устройства в целом за счет введения электромагнитной системы контроля температур.
Технический результат по снижению энергозатрат в процессе регулирования подачи теплоносителя совместно через прямой и обратный трубопроводы достигается тем, что устройство для регулирования расхода тепла на отопление в системе теплоснабжения содержит подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе, при этом регулятор расхода тепла на отопление включает регулятор температуры наружного воздуха и регулятор температуры воды на отопление, которые соединены с соответствующими датчиками температуры, причем каждый из регуляторов температуры содержит блоки сравнения, задания и нелинейной обратной связи, а также электронный магнитный усилитель, кроме того, насос смешивания снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулирующим клапаном с приводом в подающем трубопроводе, который снабжен регулятором скорости вращения, при этом каждый магнитный усилитель регулятора температуры соединен электрически с соответствующим регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство.
Устройство состоит из подающего трубопровода 1, обратного трубопровода 2, перемычки 3, соединенной с подающим 1 и обратным 2 трубопроводами, насосами смешивания на перемычке 3, регулятора расхода тепла на отопление 5 с датчиком температуры воды на отопление 6, датчиком температуры наружного воздуха 7, регулирующим клапаном 8 на подающем трубопроводе 1. Регулятор расхода тепла на отопление 5 включает регистратор температуры наружного воздуха 9 с датчиком 7 и регистратор температуры воды 10 на отопление с датчиком 6. Регистратор температуры наружного воздуха 9 содержит блок сравнения 11 и блок задания 12, при этом блок сравнения 11 соединен с входом электронного усилителя 13, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 14, кроме того, блок сравнения 11 соединен с датчиком 7 температуры наружного воздуха. Выход электронного усилителя 13 соединен с входом магнитного усилителя 15 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, который размещен между приводом 17 и регулирующим клапаном 8 на подающем трубопроводе 1. Регистратор температуры воды 10 содержит блок сравнения 18 и блок задания 19, при этом блок сравнения 18 соединен с входом электронного усилителя 20, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 21, кроме того, блок сравнения 18 соединен с датчиком 6 температуры воды на отопление. Выход электронного усилителя 20 соединен с входом магнитного усилителя 22 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, который размещен между приводом 24 и насосом смешивания 4 на перемычке 3.
Устройство работает следующим образом.
Известно, что наличие клапана в трубопроводе как регулирующего устройства просто, но низкоэффективно из-за снижения его теплофизических параметров - давления, особенно на перемычке между подающим и обратным трубопроводами (см., например, Ионин А.А., Теплоснабжение. М.: Стройиздат. 1982, - 336 с., ил.), когда осуществляется частое регулирование расхода воды, что вызывает повышенный перерасход энергии на привод насоса смешения.
При наличии нормированной температуры наружного воздуха (см., например, СНиП «Строительная климатология и геофизика». М., 1993, - 80 с., ил.) и соответствующей температуры воды в подающей тепловой сети, регулятор скорости вращения 23 в виде порошковых электромагнитных муфт передает заданную мощность с привода 17, и насос смешения 4 на перемычке 3 работает с необходимым (расчетным) расходом воды при оптимальных энергозатратах.
Если температура наружного воздуха понижается, что фиксируется датчиком 7, и сигнал, поступающий от него в регистратор температуры наружного воздуха 9 регулятора расхода тепла на отопление 5, становится меньше, чем сигнал от блока задания 12 и на выходе блока сравнения от блока задания 12, то на выходе блока сравнения 11 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 13, одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 14. За счет этого в электронном усилителе 13 компенсируется нелинейность характеристики привода 17 регулирующего клапана 8 на подающем трубопроводе 1. Сигнал с выхода электронного усилителя 13 поступает на вход магнитного усилителя 15, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Положительная полярность сигнала электронного усилителя 13 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 15, в регуляторе скорости вращения 16 возрастает момент от привода 17, открывая на большую величину регулируемый клапан 8, тем самым увеличивая подачи горячего теплоносителя по подающему трубопроводу 1 на отопление в системе теплоснабжения.
Увеличение расхода горячего теплоносителя в подающем трубопроводе 1 фиксируется датчиком температуры воды 6 на отоплении, который при превышении нормированного значения (по условиям погодно-климатического расположения отапливаемого здания (см. СНиП 2.04.05-02 «Отопление, вентиляция, кондиционирование». М.: ЦНТП, 2004 г. - 94 с.) подает в регистратор температуры воды 10 сигнал, который становится большим, чем сигнал от блока задания 19, и на выходе блока сравнения 18 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 20, одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 21. За счет этого в электронном усилителе 20 компенсируется нелинейность характеристики привода 24 насоса смешивания 4 на перемычке 3. Сигнал с выхода электронного усилителя 20 поступает на вход магнитного усилителя 22, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 20 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 22, в результате уменьшается момент от привода 24 и подача теплоносителя в систему теплоснабжения, что и приводит к уменьшению температуры в подающем трубопроводе 1 на отопление здания.
При кратковременном, в течение одних суток или нескольких дней в неделе, повышении температуры наружного воздуха под воздействием, например, солнечной радиации или оттепели, что фиксируется датчиком 7, сигнал, поступающий от него на регистратор температуры наружного воздуха 9 регулятора расхода тепла на отопление 5, становится большим, чем сигнал от блока задания 12, и на выходе блока сравнения 11 появится сигнал отрицательной обратной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 13, одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 14. Сигнал с выхода электронного усилителя 13 поступает на вход магнитного усилителя, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 13 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 15, в регуляторе скорости вращения 16 снижается момент от привода 17, прикрывается регулирующий клапан 8, тем самым уменьшая подачу горячего теплоносителя по подающему трубопроводу 1 на отопление в системе теплоносителя.
Уменьшение расхода горячего теплоносителя в подающем трубопроводе 1 фиксируется датчиком температуры воды 6, который при понижении ниже нормированного значения подает сигнал на регулятор температуры воды 10, который становится меньшим, чем сигнал от блока задания 19, и на выходе блока сравнения от блока задания 19 и на выходе блока сравнения 18 появляется сигнал положительной направленности, который поступает на вход электронного усилителя 20, одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 21. Сигнал с выхода электронного усилителя 20 поступает на вход магнитного усилителя 22, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Положительная полярность сигнала электронного усилителя 20 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 22, в результате увеличивается величина момента от привода 27 и подача теплоносителя из обратного трубопровода 2 на отопление в систему теплоснабжения, что и приводит к поддержанию нормированной температуры в подающем трубопроводе 1 на отопление здания с экономией теплоносителя, т.е. наблюдается устранение «перетопа» (перегрева) помещений при кратковременном повышении температуры наружного воздуха.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снабжение регулятором расхода тепла на отопление двумя регистраторами, соответственно температуры наружного воздуха и температуры воды, подаваемой на отопление, а также выполнение регулятора скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт как на регулирующем клапане на подающем трубопроводе, так и на насосе смешивания на перемычке с обратным трубопроводом не только обеспечивает снижение энергозатрат, но и повышает надежность регулирования расхода тепла на отопление. При этом снижение энергозатрат достигается устранением дросселирующего устройства в виде регулирующего клапана на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, которому присуще значительное гидравлическое сопротивление, требующее дополнительных затрат мощности насоса на его преодоление. В свою очередь электромеханические реле и концевые выключатели при высокой периодичности в процессе эксплуатации ввода и вывода их из рабочего состояния обладают низким коэффициентом надежности и низкой степенью точности поддержания контролируемых величин по сравнению с электронно-магнитными системами автоматического регулирования.