УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНОМ ВЕНТИЛЯТОРЕ
DEVICE FOR MEASURING DIFFERENTIAL PRESSURE IN PLUG FAN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе, и более конкретно к устройству для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе для точного измерения дифференциального давления воздуха, подаваемого для воздушного пропорционального регулирования котла.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Котлы для обогрева и снабжения горячей водой, используемые в обычных домах, делятся на работающие на жидком топливе котлы и отапливаемые газом котлы в зависимости от вида используемого топлива. Из них в последнее время обычно используются отапливаемые газом котлы, которые вызывают меньшее загрязнение воздуха, удобны в использовании и используют сжиженный природный газ (LNG) в качестве топлива.
Отапливаемые газом котлы делятся на котлы конденсирующего типа и котлы неконденсирующего типа в зависимости от теплообменника, который нагревает нагревающую воду. Среди них отапливаемые газом котлы конденсирующего типа могут напрямую нагревать воду, используя тепло продуктов сгорания, и дополнительно поглощать конденсированную скрытую теплоту выхлопных газов, максимизируя тем самым термический к.п.д.
Как пример обычно используемых отапливаемых газом котлов конденсирующего типа горелка устанавливается сверху, газ, смешанный с воздухом, поджигается и воспламеняется вниз, нагревающий теплообменник, установленный под горелкой, нагревает воду, используя высокотемпературные продукты сгорания, и нагретая таким образом вода циркулирует по помещениям, выполняя таким образом их обогрев.
Кроме того, когда обогрев выполнен, горячая вода, подаваемая в помещения, выключается с помощью трехходового клапана, теплообменник горячей воды, установленный параллельно, включается для использования в качестве источника нагрева, горячая вода, нагретая при подаче и возвращенная в другую часть теплообменника горячей воды, закрывается и вступает в контакт, и нагретая горячая вода используется для умывальников и ванн.
Отапливаемые газом котлы, конфигурируемые описанным образом, могут быть разделены на несколько форм в зависимости от способа управления или состояния герметизации. В частности, в случае способа воздушного пропорционального регулирования, так как измеряется давление воздуха, который течет снаружи, а затем горелка снабжается топливом пропорционально измеренному давлению воздуха, точное количество топлива подается пропорционально давлению втекающего воздуха, увеличивая тем самым эффективность сгорания и максимально ограничивая выбросы вредного газа с тем, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды.
Таким образом, так как переменная, которая управляет количеством газа, изменяется только в зависимости от давления воздуха, даже при том, что управление частью пропорционального регулирования газового клапана отдельно не осуществляется, так как конкретное количество газа выпускается относительно конкретного давления воздуха для того, чтобы постоянно иметь одно и то же воздушное отношение, можно точно выполнять пропорциональное регулирование в отличие от двухпозиционного типа регулирования или текущего пропорционального типа регулирования.
Котел с воздушным пропорциональным регулированием, описанный выше, подробно раскрывается в корейском патенте №0406472 («Котел с воздушным пропорциональным регулированием, использующий датчик давления ветра», зарегистрированный 7 ноября 2003 г.), поданном автором настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1 в зарегистрированном патенте №10-0406472, обычный котел использует блок определения давления воздуха (см. Фиг. 1 в зарегистрированном патенте №10-0406472, ссылочная цифра 50), который определяет давление воздуха, подаваемого нагнетательным вентилятором, для выполнения воздушного пропорционального регулирования.
Блок определения давления воздуха устанавливается на выходном конце нагнетательного вентилятора и выполнен с возможностью определения давления воздуха, подаваемого в горелку, и определяет дифференциальное давление подаваемого воздуха.
Может использоваться расходомер дифференциального давления, способный определять скорость потока путем измерения дифференциального давления воздуха. Используется сжимающий блок, установленный в середине канала, в котором течет текучая среда, для уменьшения области прохода текучей среды. Перепад давлений между передним концом и задним концом сжимающего блока происходит благодаря сопротивлению, создаваемому сжимающим блоком. Дифференциальное давление передается манометру через передатчик дифференциального давления, и скорость потока определяется в соответствии с изменением емкости, вызванным дифференциальным давлением.
Благодаря описанной выше структуре количество подаваемого воздуха может быть определено в большинстве случаев. Однако, как описано выше, поскольку сжимающий блок, который является блоком определения давления воздуха, должен быть установлен так, чтобы он выступал из внутренней части выходного конца нагнетательного вентилятора, может иметь место новое ограничение.
Фиг. 1 представляет собой диаграмму конфигурации обычного устройства для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе.
Что касается Фиг. 1, обычный нагнетательный вентилятор включает в себя корпус 1, снабженный выходным концом 4 с одной стороны, и входом 3 в центре передней поверхности, а также рабочее колесо 2, которое размещается в корпусе 1 и вращается в соответствии с приводом внешнего двигателя (не показан) для выпуска воздуха, всасываемого через вход 3, через выходной конец 4.
Для определения количества воздуха, подаваемого через нагнетательный вентилятор, имеющий описанную выше структуру, блок 5 определения давления воздуха предусматривается во внутренней части выходного конца 4 так, чтобы он выступал в направлении центральной части выходного конца 4.
Блок 5 определения давления воздуха является сжимающим блоком, описанным выше, и может, например, использовать трубку Вентури, отверстие и коническое расходомерное сопло.
Однако, поскольку он выступает во внутреннюю часть выходного конца 4, блок 5 определения давления воздуха действует как сопротивление на пути потока подаваемого воздуха, и вокруг блока 5 определения давления воздуха создается турбулентность.
Соответственно, когда дифференциальное давление обычного блока 5 определения давления воздуха измеряется в состоянии котла с закрытой выхлопной трубой, дифференциальное давление является не фиксированным, а изменяющимся. Таким образом, нормальным является то, что дифференциальное давление становится равным 0 мм водяного столба, когда выхлопная труба закрывается, но дифференциальное давление является не фиксированным, и его величина изменяется в обычном блоке определения давления воздуха.
Кроме того, так как блок 5 определения давления воздуха предусматривается только в части выходного конца 4, когда разность в скорости воздушного потока образуется в части выходного конца 4, невозможно точно определить количество воздуха. Для того, чтобы обеспечить множество точек определения, необходимо увеличить количество установленных блоков 5 определения давления воздуха. Как было описано выше, поскольку блок 5 определения давления воздуха действует как сопротивление на пути подачи воздуха, подача воздуха не может выполняться плавно.
В соответствии с результатом измерения дифференциального давления блоком 5 определения давления воздуха контроллер котла, который выполняет воздушное пропорциональное регулирование, не может осуществлять точное управление, и его эффективность может относительно уменьшиться.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Следовательно, одним аспектом настоящего изобретения является предложить устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе, способное точно измерять скорость потока воздуха, подаваемого через нагнетательный вентилятор.
В частности, настоящее изобретение предлагает устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе, в котором результат измерения дифференциального давления воздуха, подаваемого из нагнетательного вентилятора в состоянии котла с закрытой выхлопной трубой, не изменяется и сходится к 0 мм водяного столба.
В дополнение к этому, другим аспектом настоящего изобретения является предложить устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе, способное определять общее дифференциальное давление нескольких точек, не создавая препятствий для воздушного потока, для того, чтобы уменьшить погрешность.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Один аспект настоящего изобретения предлагает устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе, включающее в себя раструб, снабженный входом, через который воздух поступает в нагнетательный вентилятор, крышку дифференциального давления, соединенную с раструбом и выполненную с возможностью передачи вариаций давления на входе через трубу, а также часть измерения дифференциального давления, которая определяет вариации давления на входе, переданные через трубу.
Крышка дифференциального давления может иметь кольцевую структуру, соединенную с краем входа, и может включать в себя отверстие дифференциального давления, предусмотренное в направлении внутреннего диаметра кольцевой структуры, расположенной на краю входа, а также соединительную трубку, которая соединяется с отверстием дифференциального давления и выступает так, чтобы обеспечить соединение с трубой.
Отверстие дифференциального давления может быть предусмотрено во множественном числе, и устройство может дополнительно включать в себя соединительный путь, который соединяет множество отверстий дифференциального давления друг с другом.
Отверстия дифференциального давления могут быть отверстиями, направленными к внутреннему диаметру крышки дифференциального давления, или пазами, предусмотренными на задней поверхности крышки дифференциального давления, которые формируются в пространстве из раструба.
Часть измерения дифференциального давления может определять дифференциальное давление между давлением в трубе и внутренним давлением в котле.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе измеряет дифференциальное давление на входе, в котором воздушный поток является самым устойчивым, но не создает сопротивления воздушному потоку, предотвращая тем самым возникновение турбулентности и точно измеряя дифференциальное давление.
Кроме того, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения множество измерительных отверстий, связанных друг с другом соединительным путем, предусматривается в раструбе, установленном на входе нагнетательного вентилятора, минимизируя тем самым погрешности в измерении дифференциального давления, даже когда имеется разность в количестве воздуха, всасываемого через вход нагнетательного вентилятора.
В частности, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, когда дифференциальное давление измеряется в состоянии котла с закрытой выхлопной трубой, результат измерения дифференциального давления сходится к 0 мм водяного столба, и вариации не возникает, и тем самым увеличивается точность воздушного пропорционального регулирования котла, и соответственно увеличивается эффективность котла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой диаграмму конфигурации обычного устройства для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе.
Фиг. 2 представляет собой разобранный перспективный вид устройства для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе в соответствии с одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой поперечное сечение, иллюстрирующие собранное состояние устройства, изображенного на Фиг. 2.
Фиг. 4 представляет собой поперечное сечение части раструба устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет собой вид, иллюстрирующий концепцию работы устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10: Корпус
11: Выходной конец
20: Рабочее колесо
30: Часть крышки
40: Раструб
41: Входное отверстие
50: Крышка дифференциального давления
51: Отверстие дифференциального давления
52: Соединительный канал
53: Соединительная трубка
54: Труба
55: Часть измерения дифференциального давления
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее со ссылками на приложенные чертежи будет описано устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой разобранный перспективный вид устройства для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе в соответствии с одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3 представляет собой поперечное сечение, иллюстрирующие собранное состояние устройства, изображенного на Фиг. 2. Фиг. 4 представляет собой вид, иллюстрирующий измерение дифференциального давления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2-4 изображено устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, включающее в себя рабочее колесо 20, которое размещается в корпусе 10 нагнетательного вентилятора и вращается благодаря вращению двигателя (не показан), часть 30 крышки, которая покрывает переднюю поверхность корпуса 10, в котором находится рабочее колесо 20, и обеспечивает отверстие 31 доступа, через которое обеспечивается доступ к центральной части рабочего колеса 20, раструб 40, который соединен с передней поверхностью части 30 крышки, позволяет воздуху втекать через отверстие 31 доступа и обеспечивает вход 41, который предотвращает турбулентность втекающего воздуха, и крышку 50 дифференциального давления, которая включает в себя отверстие 51 дифференциального давления, соединенное с передней поверхностью окружности входа 41 раструба 40 для отражения давления в тот момент времени, когда воздух течет через вход 41.
Отверстие 51 дифференциального давления располагается на краю входа 41 раструба 40 и соединяется с соединительной трубкой 53, предусмотренной на передней поверхности крышки 50 дифференциального давления. Другой конец трубы 54, один конца которой соединен с соединительной трубкой 53, соединяется с частью 55 измерения дифференциального давления и передает давление в тот момент времени, когда воздух втекает через вход 41, к части 55 измерения дифференциального давления.
Далее более подробно будет описано устройство для измерения дифференциального давления в нагнетательном вентиляторе в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, конфигурируемым, как описано выше.
Во-первых, корпус 10 нагнетательного вентилятора выполнен с возможностью размещения в нем рабочего колеса 20 для подачи воздуха, всасываемого за счет вращения рабочего колеса 20, к горелке котла и имеет часть размещения рабочего колеса с цилиндрическим пространством для его размещения, а также выходной конец 11 в форме трубы, имеющей меньший размер, чем пространство для размещения рабочего колеса.
Передняя поверхность корпуса 10 является открытой, и часть 30 крышки соединена с открытой передней поверхностью корпуса 10. Форма части 30 крышки идентична форме открытой поверхности корпуса 10 и снабжается отверстием 31 доступа, которое обеспечивает доступ к центральной части рабочего колеса 20 снаружи. Рабочее колесо 20 вращается, обеспечивая вход воздуха в центральную часть и отправку его наружу, и отверстие 31 доступа предусматривается в части 30 крышки для подачи воздуха.
Раструб 40 соединен с передней поверхностью части 30 крышки, снабженной отверстием 31 доступа.
Функция раструба 40 имеет структуру, в которой область вокруг входного отверстия 41 наклонена к центральной части рабочего колеса 20 для того, чтобы позволить входному отверстию 41 для воздуха быть расположенным ближе к центральной части рабочего колеса 20.
Также для того, чтобы предотвратить возникновение турбулентности в поступающем воздухе, наклонная поверхность вокруг входного отверстия 41 формируется с медленным искривлением.
В структуре, описанной выше, крышка 50 дифференциального давления соединена с передней поверхностью раструба 40. Крышка 50 дифференциального давления соединяется с окружностью входного отверстия 41, предусмотренного в центральной части раструба 40, и имеет кольцевую структуру, имеющую тот же самый внутренний диаметр, что и входное отверстие 41.
Крышка 50 дифференциального давления включает в себя отверстие 51 дифференциального давления на краю входного отверстия 41 подачи, направленное к внутреннему диаметру, и соединительную трубку 53, которая соединяется с отверстием 51 дифференциального давления и выступает из ее передней поверхности.
Отверстие 51 дифференциального давления может быть предусмотрено непосредственно в крышке 50 дифференциального давления или может быть сформировано путем обеспечения паза на задней поверхности крышки 50 дифференциального давления в зазоре с раструбом 40.
В описанной выше структуре, когда рабочее колесо 20 вращается, воздух течет в корпус 10 через входное отверстие 41, предусмотренное в центральной части рабочего колеса 20. Втекающий воздух направляется к внешней стороне рабочего колеса 20 и подается в горелку котла через выходной конец 11 корпуса 10.
Здесь входное отверстие 41 функционирует как сжимающий блок для измерения дифференциального давления, и воздух течет в корпус 10 через входное отверстие 41, уменьшая тем самым давление входного отверстия 41.
Поскольку давление входного отверстия 41 уменьшается, внешнее давление отверстия 51 дифференциального давления становится более низким, чем его внутреннее давление, чтобы позволить воздуху течь наружу. Изменение в давлении, как показано на Фиг. 4, понижает внутреннее давление соединительной трубки 53 и трубы 54.
Наконец, давление входного отверстия 41 передается как первое давление Р1 к одной стороне части 55 измерения дифференциального давления через трубу 54. Давление другой стороны части 55 измерения дифференциального давления является вторым давлением Р2, которое является внутренним давлением котла. Часть 55 измерения дифференциального давления измеряет дифференциальное давление между вторым давлением Р2 и первым давлением Р1.
Деформирующаяся пластина 56, предусмотренная внутри части 55 измерения дифференциального давления, деформируется за счет дифференциального давления между первым давлением Р1 и вторым давлением Р2, и разность в деформации изменяется в соответствии с уровнем дифференциального давления, обнаруживая тем самым изменение емкости в соответствии с уровнем дифференциального давления.
Однако часть 55 измерения дифференциального давления при необходимости может быть заменена различными типами датчиков дифференциального давления.
Здесь отверстие 51 дифференциального давления, предусмотренное на боковой поверхности входного отверстия 41, не оказывает сопротивления потоку воздуха, подаваемого в корпус через входное отверстие 41, и передняя поверхность крышки 50 дифференциального давления имеет обтекаемую структуру, предотвращая тем самым возникновение турбулентности. Соответственно, возникновение изменений может быть предотвращено, и дифференциальное давление может быть точно измерено.
Количество воздуха, подаваемого через нагнетательный вентилятор, может быть вычислено с использованием следующего Уравнения 1.
Здесь rs означает удельный объем воздуха при стандартных условиях, r означает удельный объем текущего воздуха, дельта Р означает измеренное дифференциальное давление, и K означает некоторую константу.
Соответственно, точное количество воздуха, подаваемого в горелку котла, может быть определено с использованием точного значения дифференциального давления, измеренного частью 55 измерения дифференциального давления, увеличивая тем самым точность воздушного пропорционального регулирования.
Фиг. 5 представляет собой частичное поперечное сечение, иллюстрирующее состояние соединения между раструбом 40 и крышкой 50 дифференциального давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 5 крышка 50 дифференциального давления включает в себя множество таких отверстий 51 дифференциального давления, находящихся в контакте с входным отверстием 41 раструба 40 соединительным путем 52, который соединяет множество отверстий 51 дифференциального давления друг с другом.
Структура, описанная выше, должна обеспечить множество отверстий 51 дифференциального давления, которые были подробно описаны в предыдущем варианте осуществления, для измерения давления входного отверстия 41 в нескольких точках замера и для отражения их среднего давления к одному концу части 55 измерения дифференциального давления.
Это должно минимизировать ошибку в измерении давления, которая может получаться, когда имеется только одно отверстие 51 дифференциального давления, для того, чтобы позволить более точно измерять дифференциальное давление, улучшая тем самым надежность измерения дифференциального давления и вычисления количества подаваемого воздуха с использованием измеренного дифференциального давления.
Фиг. 6 представляет собой вид, иллюстрирующий давление входного отверстия 41, отраженное отверстиями 51 дифференциального давления и соединительным путем 52.
На Фиг. 6 четыре отверстия 51 дифференциального давления располагаются вдоль окружности входного отверстия 41 и связываются соединительным путем 52 соответственно.
Труба 54, соединенная с соединительной трубкой 53, которая соединена с одним из отверстий 51 дифференциального давления, соединяется с одним концом части 55 измерения дифференциального давления.
Когда давления вокруг соответствующих отверстий 51 дифференциального давления составляют P1-1, P1-2, Р1-3 и Р1-4, независимо от их разностей, внутреннее давление трубы 54 показывается как давление Р1, которое является средним значением соответствующих давлений P1-1, P1-2, Р1-3 и Р1-4. Часть 55 измерения дифференциального давления измеряет разность между давлением Р2, которое является внутренним давлением котла, и давлением Р1, которое является средним значением давлений входного отверстия 41, увеличивая тем самым надежность измерения дифференциального давления.
Кроме того, множество точек для определения давления присутствует во входном отверстии 41, но не оказывает сопротивления потоку воздуха, подаваемого через входное отверстие 41, предотвращая тем самым вмешательство переменных, которые создают ошибки, такие как возникновение турбулентности.
Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий результат измерения с помощью части 55 измерения дифференциального давления в соответствии с давлением закрытия выхлопной трубы.
Нагнетательный вентилятор, использованный при измерениях, является вентилятором типа ACEIII 20K. По мере того, как давление закрытия выхлопной трубы увеличивается, измеренное дифференциальное давление уменьшается. Когда давление закрытия выхлопной трубы превышает 15 мм водяного столба, измеренное дифференциальное давление находится в пределах 5 мм водяного столба без флуктуаций. Здесь флуктуация означает, что измеренное дифференциальное давление увеличивается несмотря на увеличение давления закрытия выхлопной трубы.
Хотя это и не показано на графике, измеренное дифференциальное давление составляет 0 мм водяного столба в состоянии полностью закрытой выхлопной трубы.
Хотя были описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что в этих вариантах осуществления могут быть сделаны изменения без выхода за границы области охвата настоящего изобретения, область охвата которого определяется в формуле изобретения, подробном описании и приложенных чертежах.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение может точно измерять дифференциальное давление в нагнетательном вентиляторе для увеличения точности воздушного пропорционального регулирования котла, и может быть применено в промышленности.