КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ СЕТИ ТЕПЛООБМЕННИКА ВОДОЗАБОРНОГО УСТРОЙСТВА
VALVING FOR CONNECTION TO HEATING LINE OF HEAT EXCHANGER OF WATER INTAKE

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. Запирающий элемент клапана первичного контура и запирающий элемент клапана вторичного контура связаны друг с другом посредством приводной тяги. Если происходит отбор технической воды, то давление на выходе клапана вторичного контура падает, поэтому запирающий элемент клапана вторичного контура перемещается в положение открытия. Одновременно с этим запирающий элемент клапана первичного контура отходит от своего седла, так что в зависимости от количества отобранной технической воды в первичном контуре теплообменника может быть подведено соответствующее количество тепла.
Однако изготовление такого клапанного устройства требует сравнительно больших затрат. Клапаны первичного и вторичного контуров должны быть согласованы друг с другом относительно точно, чтобы клапан первичного контура впускал в первичный контур теплообменника не слишком много и не слишком мало жидкого теплоносителя. В противном случае техническая вода во вторичном контуре будет либо слишком горячей, либо слишком холодной. Итак, при изготовлении необходимо соблюдать сравнительно точные допуски.
В основе изобретения лежит задача упростить изготовление рассматриваемого клапанного устройства.
В случае клапанного устройства вышеназванного типа эта задача решается благодаря тому, что клапан вторичного контура в исходном положении имеет регулируемый проход.
Проход в исходном положении клапана - это проход, который имеет клапан вторичного контура, когда отбор технической воды в этом контуре не производится. В этом случае давление перед клапаном вторичного контура и после этого клапана практически одинаково. Небольшой проход должен существовать для того, чтобы могло происходить выравнивание давления. Однако этот проход желательно отрегулировать как можно точнее, так как размер прохода, в частности, определяет скорость реагирования клапана первичного контура. Скорость реагирования тем выше, чем меньше проход. Если бы не было возможности регулировки, при небольшом проходе детали пришлось бы изготавливать с очень высокой точностью. Однако так как существует возможность регулировки, детали клапана вторичного контура могут изготавливаться с пониженной точностью. В этом случае размер прохода регулируется после изготовления, например, на предусмотренном для этого испытательном стенде. Если клапан вторичного контура открыт даже в исходном положении, то он также менее подвержен закупорке при низких значениях расхода. Это является дополнительным преимуществом данного клапанного устройства.
Клапан вторичного контура предпочтительно помещен в торце корпуса. Это облегчает возможность регулировки. Если клапан помещен в торце корпуса, то получить доступ к клапану и отрегулировать размер прохода можно через соответствующий торцевой участок корпуса.
Предпочтительно клапан вторичного контура содержит седло клапана, расположенное на мембране, и неподвижный запирающий элемент, положение которого относительно исходного положения мембраны может регулироваться. Исходное положение мембраны - это положение, которое принимает мембрана, если с обеих ее сторон действует одинаковое давление, или определенная разность давлений, если мембрана нагружается дополнительной силой, например пружиной. Если соотношение между давлениями с обеих сторон мембраны меняется, то она перемещается и при этом смещает седло клапана относительно запирающего элемента. Без внешних воздействий запирающий элемент остается в корпусе неподвижным, поэтому поток через клапан вторичного контура зависит практически только от соотношения давлений на мембране. Однако соотношение между давлением и потоком через клапан вторичного контура может быть изменено посредством перемещения запирающего элемента при регулировке.
Предпочтительно запирающий элемент выполнен в виде конуса. Конус изготавливается сравнительно просто. В случае конуса при движении мембраны достигается непропорциональное увеличение проходного сечения. Это снижает склонность клапана вторичного контура к вибрации.
Запирающий элемент предпочтительно ввинчен в корпус. Это дает два преимущества. Во-первых, резьбовое соединение между запирающим элементом и корпусом является достаточно прочным, чтобы в процессе эксплуатации выдержать достаточные давления. Во-вторых, посредством вращения запирающего элемента в корпусе можно менять его положение относительно мембраны, таким образом предусмотрен простой способ регулирования.
Предпочтительно клапан первичного контура может приводиться в действие клапаном вторичного контура посредством толкателя, который 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 некоторое расстояние. Благодаря этому обеспечивается возможность регулировки клапана первичного контура независимо от клапана вторичного контура, поскольку клапан вторичного контура находится в состоянии покоя. Это происходит всегда, когда отбор технической воды во вторичном контуре не осуществляется. И лишь тогда, когда фактически происходит отбор воды, и клапан вторичного контура открывается на определенную величину, толкатель соприкасается с запирающим элементом клапана первичного контура и обеспечивает дальнейшее открытие клапана первичного контура. Таким образом, оба клапана в первичном и вторичном контуре взаимодействуют только в случае необходимости, для обеспечения достаточного снабжения первичного контура жидким теплоносителем так, чтобы технической вода во вторичном контуре нагревалась в достаточной мере.
Запирающий элемент клапана первичного контура предпочтительно имеет терморегулируемый привод. Терморегулируемый привод содержит температурный датчик, определяющий температуру технической воды во вторичном контуре, в частности за клапаном вторичного контура. Определенная температура имеющейся во вторичном контуре воды должна поддерживаться даже тогда, когда отбор технической воды из него не производится, чтобы при отборе горячей воды к потребителю сначала не поступила холодная вода. Соответственно необходимо, чтобы теплоноситель в первичном контуре теплообменника протекал постоянно. Этот поток обеспечивается благодаря терморегулируемому приводу клапана первичного контура. Итак, если техническая вода не отбирается, клапан первичного контура функционирует исключительно как терморегулируемый клапан, без какого-либо влияния со стороны клапана вторичного контура. Напротив, если осуществляется отбор технической воды, то количество теплоносителя в первичном контуре зависит также от количества отбираемой технической воды. Сигнал об этом количестве в клапан первичного контура поступает через отверстие клапана вторичного контура.
Предпочтительно толкатель и запирающий элемент клапана первичного контура соприкасаются друг с другом через контактную поверхность, которая помещена перпендикулярно направлению движения толкателя. Такая конструкция обладает большим преимуществом, которое заключается в том, что больше не нужно следить за тем, чтобы оси толкателя и запирающего элемента клапана первичного контура совпадали. Итак, небольшие смещения в боковом направлении вполне допустимы. Это снижает стоимость изготовления.
При этом запирающий элемент предпочтительно имеет направленный к толкателю выступ, с которым может соприкасаться толкатель. Выступ, который может быть выполнен благодаря тому, что шток клапана первичного контура проходит через запирающий элемент, в этом случае принимает на себя силы, действующие на запирающий элемент со стороны толкателя. Этот выступ, в частности, может быть сделан из металла, который более износостоек, чем эластомер, обычно применяемый при изготовлении запирающего элемента. Благодаря этому обеспечивается достаточный срок службы клапанного устройства.
Предпочтительно 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 также снижается стоимость изготовления. Таким образом, клапанное устройство состоит из трех независимых модулей, которые могут изготавливаться отдельно друг от друга и собираться лишь на относительно поздней стадии изготовления. Таким образом, если это необходимо, каждый модуль может быть отрегулирован заранее.
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. Третий элемент корпуса применяют также для создания соединения между клапанным устройством и теплообменником.
Мембрана вторичного контура предпочтительно проходит до зоны соприкосновения между вторым элементом корпуса и третьим элементом корпуса. Это дает два преимущества. Во-первых, мембрана удерживается в корпусе, так что она занимает определенное положение. Во-вторых, мембрана, состоящая из эластомерного материала может быть использована для уплотнения относительно друг друга второго и третьего элемента корпуса.
При этом предпочтительно, чтобы мембрана имела соединенное с седлом клапана отверстие, через которое может течь техническая вода. Итак, если происходит отбор технической воды, мембрана обтекается этой водой. Благодаря такой мембране обеспечивается компактность клапанного устройства.
Предпочтительно перед клапаном первичного контура расположен клапан, который реагирует на изменения давления и имеет мембрану, проходящую до зоны соприкосновения между первым элементом корпуса и третьим элементом корпуса.
Эту мембрану можно также дополнительно использовать для уплотнения между обоими элементами корпуса.
Предпочтительно толкатель помещен в средней части третьего элемента корпуса. Благодаря этому толкатель автоматически удерживается в правильном положении между клапаном первичного контура и клапаном вторичного контура.
Далее изобретение описано 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 притекает 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 вторичного контура 3 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 содержит 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 понижается, то давление сильфона 24 уменьшается, поэтому запирающий элемент 21 под действием силы пружин 23, 25 удаляется от седла 22, обеспечивая 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 также расположен клапан 29, который реагирует на изменение давления. Клапан 29, реагирующий на изменение давления, содержит 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 клапаном 40 вторичного контура. Клапан 40 вторичного контура имеет мембрану 41, к которой прикреплено седло 42 клапана. При движении 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 дроссельный зазор 44 образует проход, соответствующий исходному положению клапана. Размер этого прохода может регулироваться благодаря тому, что запирающий элемент 43, который здесь выполнен в виде конуса, выполнен с возможностью перемещения 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. Проход в исходном положении должен 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 дроссельным зазором 44 равно давлению Р4 за дроссельным зазором 44. Тем не менее, проход в исходном положении должен 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, что в исходном положении мембраны 41, и при отсутствии разности давлений на мембране 41, толкатель 47 не прикасается к запирающему элементу 21 при открытом состоянии клапана.
Благодаря этому возникает следующий эффект. Если 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 обеспечивается 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. Аналогичные детали обозначены теми же номерами, что и на фиг.1.
Клапанное устройство содержит 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 также 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 помещено выпускное отверстие 5 и вход 8. Таким образом, эти два соединения образуют второе соединение первичного контура и первое соединение вторичного контура.
Обе мембраны 30, 41 проходят 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 также как уплотнения между элементами 51-53.
Предусмотрена возможность предварительной сборки первого элемента 51 корпуса с клапаном 20 первичного контура, второго элемента 52 корпуса с клапаном 40 вторичного контура и третьего элемента 53 корпуса с толкателем 47. При этом необходимо лишь приблизительное выравнивание отдельных элементов перпендикулярно направлению их перемещения, 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 содержит 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, взаимодействие которого с металлом толкателя 47 предусматривает высокую износоустойчивость. 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 показаны 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.