УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
DEVICE FOR DETERMINING AND LIMITING THE INCREMENT OF ENERGY LOSSES IN ENERGY TECHNOLOGY PROCESSES

Изобретение относится к энергетике потребления, а именно к информационно-измерительной технике, и может быть использовано для ограничения потерь энергии в энерготехнологических процессах.
Известно устройство для диагностики системы двухпозиционного регулирования температуры электропечи (RU 106007 G05D 27/00). Устройство для диагностики системы двухпозиционного регулирования температуры электропечи с теплоэлектронагревателем и двухпозиционным регулированием температуры, имеющий слой теплоизоляции, электронагреватель (ТЭН), контакт теплового реле, лабораторный автотрансформатор, обеспечивающий изменение напряжения, подводимого к ТЭНу, термопара ТХК, установленная внутри электропечи, которая через аналогоцифровой преобразователь подключена к ПЭВМ; градуировочный график, позволяющий измеренное напряжение преобразовать в температуру; термостатирующее устройство свободных концов термопары; вольтметр и амперметр для измерения напряжения тока нагревателя.
Недостатками данного устройства являются:
1. Отсутствие возможности регистрировать и архивировать энергетические параметры оборудования (напряжение, ток, температура жидкости т.д.) в течение представительного интервала времени, что исключает проведение на основе этих данных дальнейшего энергетического анализа;
2. Отсутствия возможности сравнения измеренных и вычисленных параметров технологического процесса с архивированными паспортными данными и результатами предшествующих энергетических исследований, что не позволяет выявлять потери энергии в исследуемом оборудовании.
Известно устройство контроля показателей энергоэффективности процесса нагрева жидкости (RU 156085, Н05В 1/02; G05D 23/00).
Устройство контроля показателей энергоэффективности процесса нагрева жидкости, содержащее исследуемый объект с теплоизоляцией и находящимся внутри него измерителем температуры, и электронагревателем, к которому подведен источник питания с измерительной аппаратурой, входы аналогово-цифрового преобразователя соединены с датчиком температуры окружающей среды, датчиком тока, датчиком напряжения, датчиком температуры жидкости и с первым выходом пульта управления, а выходы аналогово-цифрового преобразователя соединены как с первым входом вычислительного блока, так и с первым входом блока памяти, первый вход-выход которого соединен с интерфейсным устройством, вторым входом-выходом с вычислительным блоком, а третьим входом-выходом с блоком сигнализации, выход блока памяти соединен с первым входом дисплея, второй вход которого соединен с выходом блока сигнализации, первый вход которого соединен с выходом вычислительного блока, а второй вход со вторым выходом пульта управления, третий выход которого соединен с входом блока памяти, а четвертый выход соединен с входом вычислительного блока.
Недостатками данного устройства являются:
1. Сложность конструкции, измерения и вычисления показателей энергоэффективности нагрева жидкости.
2. Требуется подключение различных датчиков в электрическую цепь электронагревателя, которые должны быть согласованы по пределам измеряемой величины.
3. Невозможность непосредственного получения значения потерь энергии.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для определения потерь энергии в энерготехнологических процессах (RU 2726149 G01R 21/14, Н05В 1/02), содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой, пульт управления, вычислительный блок, дисплей. Выход источника питания соединен через измеритель энергии и блок энерготехнологического процесса с блоком измерителя результата действия энергии, второй выход измерителя энергии с первым входом вычислительного блока, выход блока измерителя результата действия энергии соединен со вторым входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом дисплея, а вход-выход выход вычислительного бока соединен с входом-выходом пульта управления, выход которого соединен с входом источника питания.
Недостатками данного устройства являются:
1. Не предусмотрена возможность ограничения непроизводительных потерь электроэнергии.
2. Сложность определения приращения времени при получении результата действия энергии в энерготехнологическом процессе.
Технической задачей предлагаемого изобретения является - упрощение определения приращения времени при получении результата действия энергии в энерготехнологическом процессе и ограничение роста непроизводительных потерь.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство для определения и ограничения приращения потерь в энерготехнологических процессах, содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания с измерительной аппаратурой, выход которого соединен с измерителем энергии, выход блока энерготехнологического процесса через блок измерения результата действия энергии соединен с входом вычислительного блока, второй выход измерителя энергии со вторым входом вычислительного блока, а его вход-выход соединен с пультом управления, выход которого соединен с входом источника питания, дисплей. Выход измерителя энергии соединен с входом блока измерения времени подвода электрической энергии, а его первый выход соединен с входом блока энерготехнологического процесса, а выход вычислительного блока соединен с первым входом блока сравнения временных показателей, второй вход которого соединен со вторым выходом блока измерения времени подвода электроэнергии, при этом первый выход блока сравнения временных показателей соединен с дисплеем, второй выход - с блоком архивирования, а третий выход - с пультом управления, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь, а второй выход пульта управления соединен с сигнализатором.
На фиг. представлена блок-схема устройства для определения и ограничения потерь энергии в энерготехнологическом процессе.
Устройство для определения и ограничения потерь энергии в энерготехнологических процессах, содержащее исследуемый объект с измерителем, источник питания 1 с измерительной аппаратурой, выход которого соединен с измерителем энергии 2, выход блока энерготехнологического процесса 3 через блок измерения результата действия энергии 4 соединен с входом вычислительного блока 5, второй выход измерителя энергии 2 соединен со вторым входом вычислительного блока 5, а его вход-выход соединен с пультом управления 6, выход которого с входом источника питания 1. Дисплей 7 предназначенный для визуализации результатов вычисления и величины потерь энергии в БЭТП 3.
Выход измерителя энергии 2 соединен с входом блока измерения времени подвода электрической энергии 8, а его первый выход соединен с входом блока энерготехнологического процесса 3. Выход вычислительного блока 5 соединен с первым входом блока сравнения временных показателей 9, второй вход которого соединен со вторым выходом блока измерения времени подвода электрической энергии 8. Первый выход блока сравнения временных показателей 9 соединен с дисплеем 7, второй выход - с блоком архивирования 10, а третий выход - с пультом управления 6, второй вход которого соединен с блоком уставки ограничения потерь 11, а второй выход пульта управления 6 соединен с сигнализатором 12. Измеритель энергии 2 предназначен для измерения потребленной энергии (измеряет интегральное значение потребленной энергии). Например, для измерения электрической энергии в качестве измерителя энергии 2 может быть использован электронный счетчик электрической энергии, для измерения энергии при использовании природного газа - газовый счетчик, механической энергии - соответствующий счетчик. Вычислительный блок 5 предназначен для сохранения результатов измерения, поступающих от измерителя энергии 2 и блока измерителя результата действия энергии 4 и для необходимых вычислений. Пульт управления 6 предназначен для ввода исходной информации для вычислений необходимого количества энергии (теоретически минимального количества энергии) для получения результата действия энергии R и управления источником питания 1 (для включения и выключения), а также для установки значения (определения) неприемлемых потерь через блок уставки ограничения потерь 11 и сигнализатор 12 об этом. Дисплей 7 предназначен для визуализации результатов вычисления и величины потерь энергии в БЭТП 3.
Результатом действия энергии R, в зависимости от вида БЭТП 3 могут быть: значение повышения температуры воды от начального t° до конечного установленного значения температуры t° нагреваемой воды, объем воды W при перекачивании ее на высоту Н и количество выпущенного продукта, измеряемого в штуках, тоннах, литрах и т.д. в соответствующих энерготехнологических процессах. Блок архивирования 10 позволяет сравнивать измеренные и вычисленные параметры технологического процесса с архивированными паспортными данными оборудования и результатами предшествующих энергетических исследований в течение представительного интервала времени, что облегчает проведение энергетического анализа и выявление изменения потерь энергии в исследуем оборудовании.
Устройство работает следующим образом. Перед измерением потерь энергии с пульта управления 6 вводится исходная информация в зависимости от назначения БЭТП 3 и достигаемого результата действия энергии R.
Пример №1 - энерготехнологический процесс нагрева воды в водонагревателе. С пульта управления 6 вводятся следующие параметры:
- масса воды m (кг),
нач
- начальная температура воды t°,
кон
- конечная установленная температура воды t°,
- удельная теплоемкость воды с (Дж/кг⋅град),
ном
- постоянная номинальная мощность электронагревателя Р (кВт).
кон
нач
кон
тeop
тeop
тeop
Результатом R действия энергии энерготехнологического процесса нагрева воды является повышение ее температуры от начальной (она принимается равной температуре окружающей среды в помещении) до конечной: R=t°-t°. Включение устройства осуществляется пультом управления 6. При этом происходит отсчет времени в блоке измерения времени подвода электроэнергии 8. Измеритель энергии 2 измеряет поступающую от источника питания 1 к БЭТП 3 энергию, где происходит нагрев воды до конечной установленной температуры t°. Блок измерителя результата действия энергии 4 измеряет и передает текущее значение температуры воды в вычислительный блок 5, где происходит его сравнение с конечной установленной температурой воды. По данным, введенным с пульта управления 6, в вычислительном блоке 5 рассчитывается теоретически необходимое количество энергии на нагрев Q и теоретическое время нагрева воды t. Теоретически необходимое количество энергии Q для заданной массы воды определяется по формуле:
тeop
ном
Определятся теоретическое время t с учетом номинальной (постоянной) мощности P:
Результаты измерения измерителя энергии 2 и блока измерителя результата действия энергии 4 дискретно поступают на входы вычислительного блока 5 и сохраняются. В зависимости от особенностей процесса и требуемой точности частота измерений может быть различна (секунда, минут, час).
кон
факт
факт
При достижении температурой воды конечного установленного значения t° при помощи вычислительного блока 5 фиксируются фактическое время t нагрева (достигается результат действия энергии R) и величина потребленной энергии Q. При этом по команде вычислительного блока 5 пульт управления 6 отключает источник питания 1.
В блоке сравнения временных показателей 9 происходит вычисление приращения времени Δt как разница между фактическим временем подвода энергии (блок измерения времени подвода электрической энергии 8) и теоретическим временем нагрева, определяемым в вычислительном блоке 5.
При известном значении мощности ТЭНа и вычисленном значении приращения времени Δt, определяется величина потерь энергии ΔQ при выполнении энерготехнологического процесса воды
теор
теор
По завершении энерготехнологического процесса нагрева воды на дисплее 7 визуализируется численное значение приращения времени Δt. По отношению Δt/t определяется влияние потерь энергии на процесс нагрева воды при данных условиях разового нагрева. В процессе длительной эксплуатации оборудования происходит увеличение потерь увеличение Δt. Для ограничения роста потерь устанавливается в блоке уставки ограничения потерь 11 более высокая, но приемлемая доля Δt в t, например, на 10%. При превышении заданной уставки пульт управления 6 дает команду на сигнализатор 12 и на источник питания 1 для его отключения.
Пример №2 - энерготехнологический процесс подъема воды при помощи насосного агрегата. С пульта управления 6 вводятся следующие параметры:
3
- объем воды W(м),
- высота подъема Н (м),
ном
- номинальная мощность электродвигателя насосного агрегата Р (кВт).
При определении потерь энергии в энерготехнологическом процессе подъема W объема воды на высоту Н в вычислительном блоке 5 определяются:
- теоретическое необходимое количество энергии для подъема воды объема W на высоту Н:
теор
- определяется теоретическое время t подъема заданного количества воды на высоту Н:
факт
факт
По результатам измерений определяется фактическое время t подъема воды на высоту Н, при котором достигается результат R (объем поднятой воды) и значение израсходованной фактически энергии Q. Обычно фактическое время подъема воды всегда больше теоретического, то есть
Определяется приращение времени как разница
Определяются потери энергии в энерготехнологическом процессе при подъеме воды:
теор
По отношению Δt/t определяется влияние потерь на процесс, оценивается допустимое увеличение потерь и делается соответствующая уставка.
По завершении энерготехнологического процесса подъема воды, вычислений и расчетов на дисплее 7 визуализируются численные значения потерь ΔQ и приращение времени Δt.
факт
теор
Таким образом, по измеренным двум параметрам (по значению израсходованной энергии на входе БЭТП 3 и получении результата на выходе БЭТП 3 в течение времени t) в любом энерготехнологическом процессе определяются как приращение затрат энергии ΔQ так и приращение времени Δt, значения которых поступают в вычислительный блок 5 для определения относительных значений Δt/t для дальнейшего определения приемлемого (допустимого) роста потерь, что позволяет контролировать суммарное ухудшение энергетических свойств технических элементов, участвующих в энерготехнологическом процессе.
теор
Предлагаемое устройство позволяет контролировать как изменение энергетических свойств технических элементов при эксплуатации оборудования и изменение условий окружающей среды, увеличивающие потери энергии при повторных энерготехнологических процессах, так и ограничивать величину потерь, задавая в блоке уставки ограничения потерь 11 определенную величину Δt/t и связывая ее с пультом управления 6. В том случае, если величина потерь превышает установленное значение, то срабатывает сигнализатор 12, и пульт управления 6 отключает источник питания 1.