СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ПРИВОДА КЛАПАНА ДЛЯ БАЛАНСИРОВОЧНОГО КЛАПАНА
METHOD FOR MANAGING OPERATION OF VALVE DRIVE FOR BALANCING VALVE

Настоящее изобретение относится к воздействию на работу контрольного клапана путем изменения системного параметра в системе с потоком текучей среды, когда контрольный клапан работает в условиях, которые влияют на общую работу системы с потоком текучей среды. Это осуществляется путем введения балансировочной системы, выполненной с возможностью балансировки системного параметра до регулируемой уставки, причем балансировочная система содержит настроечный привод, выполненный с возможностью регулировки настройки уставки в зависимости от рабочего параметра контрольного клапана. В основном, но не единственном варианте осуществления настоящего изобретения система с потоком текучей среды является отопительной системой, подсоединенной к централизованному теплоснабжению, где поток текучей среды управляется контрольным клапаном и где балансировочная система является контроллером перепада давления, содержащим привод клапана перепада давления, воздействующий на балансировочный клапан, при этом уставка является установленным перепадом давления, на который можно воздействовать настроечным приводом, в опциональном варианте - с дистанционным контролем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хорошо известно, что в системах отопления, таких как централизованное отопление, где поставляемая дистанционно обогревающая текучая среда нагревает воду, используемую для хозяйственно-бытовых нужд, и воду, подаваемую к устройствам обогрева, таким как системы подогрева пола и радиаторы, одним из непременных условий контроля хорошего функционирования (без колебаний и шумов) является использование контроллера перепада давления для контроля перепада давления в системе, например в системе отопления.
Если перепад давления выбран неправильно, возникает риск появления таких неисправностей как колебания давления и шумы в системе. Для поддержания перепада давления в системе, независимо от изменения перепада давления в распределительной сети и потребления в системе, используют контроллеры перепада давления. Контроллеры перепада давления используют также для создания гидравлического баланса в сети.
Использование контроллеров перепада давления в подстанциях и сети централизованного теплоснабжения служит поддержанию гидравлического баланса в сети, что обеспечивает хорошее распределение воды в сети снабжения, а также делает возможным достижение в сети необходимого уровня давления, для надлежащей подачи тепла в сети. Корректная балансировка гарантирует, что количество циркулирующей воды в сети может быть ограничено, с сокращением затрат на циркуляцию воды. Благодаря балансировке сети перепад давления, например, на подстанции пункте или контрольном клапане всегда равен проектному и для нагнетательных насосов не нужна избыточная энергия.
Большинство проблем возникает, когда контрольный клапан почти закрыт и остается лишь небольшой проходящий поток, что затрудняет контроль и может приводить к колебаниям.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является, в первую очередь, улучшение качества контроля системы, даже при таких расходах текучей среды, когда контрольный клапан, подсоединенный к системе потока, работает в условиях, влияющих на общую работу системы потока, например, когда упомянутый клапан почти закрыт.
Данная задача решается путем введения привода клапана, выполненного с возможностью реагирования для балансировки системного параметра потока до регулируемой уставки, причем для перерегулировки регулируемой уставки подсоединен настроечный привод. Регулировка уставки изменяет общую работу системы потока, принуждая контрольный клапан работать с рабочим параметром, при котором меньше риск нежелательных эффектов, таких как колебания и шум.
Для формирования фактической балансировки системного параметра привод клапана подсоединен к балансировочному клапану, подсоединенному к системе потока, причем привод клапана воздействует на открытие балансировочного клапана. Вместе это формирует балансировочную систему.
Для осуществления настройки привода клапана на нужную уставку он содержит нажимной элемент, на который воздействует настроечный привод.
В варианте осуществления настоящего изобретения, когда балансировочным параметром является перепад давления, регулируемая уставка может настраиваться путем изменения напряжения нажимного элемента, воздействующего на смещающий элемент. Система может быть выполнена в виде традиционной системы балансировки перепада давления, имеющего смещающий элемент в форме мембраны, причем противоположные стороны мембраны имеет прижимное соединение с различными положениями в системе потока, где контрольный клапан соединен с балансировочным клапаном. Таким образом, мембрана будет изгибаться в соответствии с перепадом давления и воздействовать, через соединенные штоки клапана, на поток в системе путем влияния на степень открытия балансировочного клапана. Это все элементы традиционной схемы, хорошо известной из уровня техники. Таким образом, регулировка уставки является управлением перепадом давления балансировочного клапана, когда ее устанавливают путем изменения натяжения или сжатия настроечной пружины, соединенной любым способом с мембраной.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения уставку изменяют, когда работа контрольного клапана (такая как открытие клапана) происходит ниже критического порогового значения, указывающего, что производительность системы может стать неудовлетворительной. Таким образом, изменение уставки, например изменение уставки перепада давления, влияет на расход текучей среды в системе и, тем самым, на работу контрольного клапана, такую как открытие клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1А изображен настроечный привод в первом положении подсоединения к приводу клапана в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1В изображен настроечный привод во втором положении подсоединения к приводу клапана в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 изображен привод клапана, подсоединенный к балансировочному клапану.
На фиг. 3 изображена система централизованного теплоснабжения, в которой можно успешно применять настоящее изобретение.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1А изображен пример привода (1) клапана, являющегося приводом перепада давления, в котором можно успешно применять настоящее изобретение.
Привод (1) клапана в данном примере содержит опирающуюся на диск мембрану (2), заключенную в оболочке (3) мембраны. Как вариант, вместо мембраны (2) привод (1) клапана может содержать поршень и т.п. В общем случае этот элемент может быть обозначен как смещающий элемент (2). В дальнейшем описании этот элемент будет упоминаться как мембрана (2).
Мембрана (2) подсоединена к нажимному элементу (4), в дальнейшем без ущерба для сущности называемым пружиной (4), через шпиндель (5) (или шток клапана и т.п.) и гайки (6). Сигналы давления подводятся к обеим сторонам мембраны (2) через элементы (7) подачи давления на оболочке (3) мембраны, которая может быть отдельным (обособленным) или интегрированным компонентом.
Настроечный привод (8) установлен в соединении с пружиной (4) и выполнен для изменения ее сжатия или растяжения. Настроечный привод (8) в данном примере вращает резьбовую втулку (9), присоединенную к резьбовой пластине (10) пружины, которая преобразует вращение резьбовой втулки (9) в поступательное перемещение для изменения сжатия пружины (4). Вращение упомянутой резьбовой пластины пружины предотвращено, например, стержнем предотвращения вращения, который не показан на фиг. 1А. Как показано, например, на фиг. 1В, привод (8) пружины установлен между оболочкой (3) мембраны и пружиной (4), однако в альтернативных вариантах он может быть расположен иначе, например на конце пружины (4); также может отличаться и конструкция, например, резьбовой втулки (9), или же могут использоваться альтернативные элементы для передачи изменения растяжения/сжатия от настроечного привода (8) к пружине (4) (или, в общем случае, к нажимному элементу).
Настроечный привод (8) может содержать мотор или любое другое средство, выполненное с возможностью приведения в действие или движение, например, изменять сжатие или растяжение пружины (4). Привод может получать питание от внешнего источника, аккумулятора или любого другого средства, такого как солнечные батареи и т.п.
Настроечный привод (8) в одном из вариантов осуществления содержит, например, центральный процессор (CPU) или блоки управления любого вида и может иметь соединение с возможностью обмена данными с датчиками, в зависимости от входных данных, необходимых для выполнения контроля и настройки. В другом варианте осуществления настроечный привод (8) имеет соединение с возможностью обмена данными с внешним центральным процессором или блоками управления любого вида, которые могут иметь соединение с возможностью обмена данными с датчиками, в зависимости от входных данных, необходимых для выполнения контроля и настройки.
Центральный процессор, контроллер и подобные устройства любого вида в усовершенствованных вариантах осуществления могут быть программируемыми, с обеспечением возможности изменения или загрузки нового программного обеспечения.
Основная функция привода с перепадом давления состоит в подсоединении давления через элементы (7) подачи давления к разным местам системы потока, например классическим способом через импульсные трубки так, что разные противоположные стороны мембраны (2) имеют прижимной контакт с различными местами потока, формирующими перепад давления по мембране (2). Этот перепад давления создает силу, которая стремится переместить мембрану (2) в направлении действия этой силы и которая может соединяться с клапаном, который, например, закрывается при увеличении перепада давления и открывается при уменьшении перепада давления (или наоборот), чтобы регулировать перепад давления на контрольном клапане для поддержания на нем постоянного перепада давления.
Этой силе от перепада давления на мембране (2) противодействует усилие от пружины (4), и рабочее давление привода с перепадом давления определяется равновесием, соответственно, усилия пружины и силы перепада давления. Таким образом, настройка перепада давления относится к растяжению или сжатию пружины (4), и путем изменения этого растяжения или сжатия можно регулировать настройку перепада давления, причем это изменение или регулирование можно выполнять вручную или посредством настроечного привода (8).
На фиг. 1В показан тот же привод (1) клапана, только в нем настроечный привод (8) расположен на дальнем, относительно оболочки (3) мембраны, конце пружины (4); в альтернативном варианте он может быть расположен в любом месте относительно пружины (4).
На фиг. 2 показана балансировочная система (16), сформированная из привода (1) клапана, подсоединенного к балансировочному клапану (12) через шток (13) клапана, проходящий через отверстие (11) привода и соединенного с мембраной (2). Шток (13), непосредственно или через промежуточные детали, соединен с клапанным элементом (14), или конусом клапана, работающим совместно с седлом (15) клапана для контроля, классическим способом, потока через балансировочный клапан (12), при этом седло (15) клапана расположено между входной и выходной частями. Шток (13) клапана следует понимать как любое средство, выполненное с возможностью перемещения клапанного элемента (14) в ответ на смещение/изгиб мембраны (2). В этом варианте осуществления клапанный элемент (14) перемещается в направлении к седлу (15) клапана или от седла (15) клапана для изменения открытия клапана, определяемого расстоянием от клапанного элемента (14) до седла (15) клапана.
Система может содержать любые другие средства, например другие нажимные элементы, такие как пружины, сильфоны или подобные элементы, хорошо известные из уровня техники.
Наличие напряжения пружины (4), регулируемого настроечным приводом (8), создает возможность дистанционного контроля настройки пружины (4) и, соответственно, уставки перепада давления.
На фиг. 3 показано изобретение в системе отопления, содержащей сеть сообщений по текучей среде, имеющую линии (20) подачи, по которым подводят, например, обогревающую текучую среду к теплообменным устройствам (21), нагревающим воду, подаваемую к конечным нагревателям (22), таким как бытовые устройства с использованием воды, радиаторы, устройства подогрева пола, системы вентиляции и кондиционирования и т.п. Обогревающие текучие среды затем возвращаются по линиям (23) возврата. Клапаны (24), датчики, контроллеры и другие средства могут быть подсоединены к устройству для обеспечения контроля регулировки, причем один или каждый клапан (24) может быть контрольным клапаном в соответствии с настоящим изобретением. Контрольные клапаны (24) регулируют так, чтобы подавать поток текучей среды, удовлетворяющий потребностям обогрева, и работают под управлением контроллера, например того же контроллера (33), что контролирует балансировочный клапан (12); при этом в других вариантах может быть по-другому. Рабочий параметр, представляющий интерес в смысле настоящего изобретения контрольного клапана, такого как клапан (24), такой как открытие клапана, можно любым образом передавать системе и сообщать контроллеру (33).
Балансировочный клапан (12) подсоединен к линии (23) возврата; при этом в альтернативном варианте оно может подсоединяться к линии (20) подачи и содержать настроечный привод (8), присоединенный с возможностью регулировки к пружине (4), причем настроечный привод (8) работает под дистанционным управлением, например, посредством проводной или беспроводной связи (32), обеспечивающей обмен информации между настроечным приводом (8) и контроллером (33). Кроме того, он может быть присоединен к различным датчиками (34) для получения информации о потоках, температурах, срабатываниях других клапанов и т.п.
Настроечный привод (8) может контролироваться дистанционно посредством системы контроля и сбора данных (SCADA) или другой системы, или же локально сигналом от системы измерения давления на контроллере.
Рассматриваемая система дополнительно содержит средства для определения состояния, когда контрольный клапан почти закрыт и остался лишь небольшой проходящий поток, что затрудняет контроль и может привести к колебаниям. Такие средства могут содержать датчики внутри контрольного клапана, наподобие контрольного клапана, имеющего, например, канал связи, по которому он сообщает о своем положении.
В одном из основных аспектов настоящего изобретения, относящихся к вышеупомянутому примеру осуществления, в котором открытие контрольного клапана и/или расход текучей среды понижается ниже критического порогового значения, система обнаруживает это и регулирует настройку перепада давления так, чтобы увеличить открытие контрольного клапана для того же расхода текучей среды. В рассматриваемом варианте осуществления это выполняется путем уменьшения настройки перепада давления.
Система может быть саморегулирующейся, реагируя в любое время для регулировки уставки, когда контрольный клапан работает ниже критического порогового значения (например, если открытие клапана становится критически малым) в течение определенного времени, и обеспечивает перерегулировку, когда рабочая точка контрольного клапана смещается вверх и остается выше порогового значения в течение определенного периода времени. В другой версии она дополнительно или альтернативно включает изменение уставки в зависимости от других параметров, таких как сезоны, например, изменение уставки в соответствии с календарем.
Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к изменению температуры подаваемой обогревающей текучей среды, например, в зимний период по сравнению с летним периодом, в связи с тем, что в зимний период требуется как отопление, так и горячее хозяйственно-бытовое водоснабжение, и температура обогревающей текучей среды, или воды, в общем значительно выше, чем в летний период, когда фактически необходимо лишь горячее хозяйственно-бытовое водоснабжение. Уставку настроечного привода (8) можно отрегулировать в соответствии с этим изменением так, если температура высока, контрольный клапан системы централизованного теплоснабжения должен работать ближе к закрытому положению для получения того же количества теплоты, что и летом, поэтому перепад давления на нем можно понижать в течение зимнего сезона, вызывая большее открытие контрольного клапана централизованного теплоснабжения, поскольку размеры клапанов централизованного теплоснабжения в общем случае выбраны с учетом летних условий с более низкими перепадом давления и температурой подачи, так что имеет место избыточность размеров при более высоких перепадах давления и температурах подачи в течение зимнего сезона, что дает более короткий ход для меньшего потока, однако возникает риск колебаний. Можно предусмотреть и другие разновидности изменений, например, отражающие суточные уровни, например ожидаемой температуры окружающей среды или подобных условий, либо недельные или месячные уровни.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения скомбинированы несколько различных подходов, например, выставление «супер уставки» в зависимости от смены времени года, с последующей регулировкой на основе открытия контрольного клапана, если таковое стало ниже критического порогового значения, или, в более общем смысле, когда контрольный клапан работает ниже критического порогового значения.