СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ КЛАПАННОЙ СИСТЕМЫ
METHOD OF TROUBLESHOOTING OF VALVE MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к клапанной системе, в частности, клапанной системе теплообменника, имеющей клапан управления давлением, содержащий элемент клапана, выполненный с возможностью взаимодействовать с дросселирующим элементом и управлять перепадом давления. Кроме того, изобретение относится к способу функциональной или диагностической проверки этой клапанной системы.
В системах отопления скоростью потока могут управлять с помощью регуляторов потока, например клапанов, представляющих собой независимые от перепада давления клапаны, что повышает эффективность системы.
Однако на работу таких клапанов могут воздействовать различные факторы, например осаждение мусора и тому подобного из рабочей текучей среды в клапане с его частичным засорением. Это может привести как к снижению эффективности, например, системы отопления, так и к непредсказуемости работы клапана, когда фактическая работа не соответствует ожидаемой.
Согласно настоящему изобретению предложены средства, помогающие контролировать изменения в работе клапана, и тем самым, обнаруживать неисправности или просто изменения в его работоспособности.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, согласно настоящему изобретению предложен способ определения работоспособности клапанной системы, имеющей клапан управления давлением, содержащий элемент клапана, выполненный с возможностью взаимодействовать с дросселирующим элементом и управлять перепадом давления, причем согласно этому способу клапан управления давлением подвергают воздействию множества скоростей потока в пределах тестового диапазона и для каждой скорости потока определяют положение элемента клапана относительно дросселирующего элемента, сравнивают данные упомянутого определения положения элемента клапана с ожидаемыми данными, и используют возможные отклонения для установления того, что клапанная система не работает в соответствии с ожиданиями.
Если мембрана не изгибается в ответ на изменения перепада давления на ней, это может указывать на то, что в клапанной системе имеется неисправность.
В одном из вариантов осуществления способа скорость потока изменяют от первого предела скорости потока упомянутого тестового диапазона до второго предела скорости потока и затем изменяют ее от упомянутого второго предела скорости потока до упомянутого первого предела скорости потока и для каждой скорости потока определяют положение элемента клапана относительно дросселирующего элемента так, что данные упомянутого определения образуют определенный гистерезис, при этом согласно способу этот определенный гистерезис сравнивают с ожидаемым стандартным гистерезисом и используют возможные отклонения для установления того, что клапанная система не работает в соответствии с ожиданиями.
В одном из вариантов осуществления упомянутую скорость потока регулируют посредством клапана управления потоком, содержащего элемент клапана управления потоком и седло клапана, причем упомянутый первый предел тестового диапазона соответствует первому положению открытия, а упомянутый второй предел соответствует второму положению открытия элемента клапана управления потоком относительно дросселирующего элемента.
В одном из вариантов осуществления элемент клапана управления потоком удерживают в каждом положении в течение времени, достаточного для регулировки клапана управления давлением так, чтобы получить неизменный перепад давления, dP, на клапане управления.
В одном из вариантов осуществления время, за которое элемент клапана управления потоком становится, по существу, стабильным относительно дросселирующего элемента после изменения расхода, используют в качестве параметра при установлении того, что клапанная система не работает в соответствии с ожиданиями.
Если для реагирования элемента клапана, например, требуется больше времени, чем ожидалось, это также может быть указанием на неисправность в упомянутой клапанной системе.
В одном из вариантов осуществления упомянутая клапанная система содержит упомянутый клапан управления давлением и упомянутый клапан управления потоком, соединенные последовательно, причем упомянутый клапан управления давлением управляет перепадом давления (Р2-Р3) на упомянутом клапане управления потоком.
Кроме того, настоящее изобретение относится к клапанной системе, имеющей клапан управления давлением, содержащий элемент клапана, выполненный с возможностью взаимодействовать с дросселирующим элементом и управлять перепадом давления, отличающейся тем, что содержит средства обнаружения, выполненные с возможностью определять положение упомянутого элемента клапана, при этом обеспечена возможность передачи определенного положения в процессор, выполненный с возможностью сравнивать его с ожидаемым положением и использовать отклонения для оценки работоспособности упомянутой клапанной системы.
В одном из вариантов осуществления упомянутые средства обнаружения выполнены с возможностью передачи данных в процессор, содержащий данные об ожидаемом положении элемента клапана и алгоритм для сравнения определенного положения с ожидаемым положением.
В одном из вариантов осуществления с упомянутым клапаном управления давлением последовательно соединен клапан управления потоком, причем упомянутый клапан управления давлением выполнен с возможностью управлять перепадом давления (Р2-Р3) на упомянутом клапане управления потоком.
В одном из вариантов осуществления упомянутые средства обнаружения содержат датчик положения, потенциометр и/или датчик Холла.
В одном из вариантов осуществления упомянутые средства обнаружения содержат магнит, соединенный с упомянутым элементом клапана.
В одном из вариантов осуществления упомянутый элемент клапана выполнен в виде полого- поршня, соединенного с мембраной, при этом внутреннее пространство упомянутого поршня образует промежуточную область, причем упомянутая мембрана нагружена давлением (Р2) в упомянутой промежуточной области в направлении от упомянутого дросселирующего элемента и давлением ниже по потоку от упомянутого клапана управления потоком в направлении к упомянутому дросселирующему элементу.
Настоящее изобретение в одном из вариантов осуществления также относится к процессору, выполненному с возможностью управлять клапанной системой и содержащему средства для осуществления тестирования работоспособности согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показана система отопления.
На фиг. 2 схематично показана клапанная система теплообменника.
На фиг. 3 схематично показана другая клапанная система.
На фиг. 4 схематично проиллюстрирована диагностическая процедура согласно одному из вариантов осуществления.
На фиг. 5 проиллюстрирован определенный гистерезис согласно диагностической процедуре в соответствии с одним из вариантов осуществления.
На фиг. 6A-D проиллюстрированы различные стандартные гистерезисы и определенные гистерезисы.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематично показана система 1 отопления, содержащая систему 2 линии подачи и систему 3 линии возврата. Между системой 2 линии подачи и системой 3 линии возврата соединены множество теплообменников 4, 5, 6. Каждый теплообменник 4, 5, 6 работает в соединении с клапанной системой 7, 8, 9 или оснащен ей, что описано более подробно ниже в отношении фиг. 2. На чертеже показаны три теплообменника 4, 5, 6 и три клапанные системы 7, 8, 9, однако в настоящем изобретении может применяться любое их количество при условии наличия по меньшей мере одой клапанной системы 7, работающей или не работающей в соединении с теплообменником 4, 5, 6. Система 2 линии подачи и система 3 линии возврата соединены с бойлером 10. Кроме того, с клапанными системами 7, 8, 9 сообщен с возможностью обмена данными регулятор 12.
В системе 1 отопления обеспечена возможность циркуляции теплонесущей среды, например, посредством циркуляционного насоса (не показан), например, отопительной воды, нагреваемой в бойлере 10. Для этого циркуляционный насос должен увеличивать давление теплонесущей среды в системе 2 линии подачи. Это давление должно быть достаточно высоким для удовлетворения потребностей всех теплообменников 4, 5, 6. Бойлер может представлять собой теплообменник, соединенный с линией подачи отопительной текучей среды, например, обычным для систем централизованного теплоснабжения образом.
На фиг. 2 схематично показан вариант осуществления клапанной системы 7, при этом клапанные системы 8, 9 могут иметь такую же конструкцию.
Клапанная система 7 имеет корпус, содержащий первую часть 13 и вторую часть 14. Корпус имеет впускное отверстие 15 и выпускное отверстие 16. Впускное отверстие 15 соединено с циркуляционным насосом 11 посредством системы 2 линии подачи. Теплонесущая среда, достигающая впускного отверстия 15, имеет давление Р1.
Клапан 17 управления давлением расположен ниже по потоку от впускного отверстия 15 и содержит элемент 18 клапана в виде полого поршня и дросселирующий элемент 19.
На элемент 18 клапана в направлении от дросселирующего элемента 19 действует пружина 20. Кроме того, элемент 18 клапана соединен с мембраной 21.
Полая внутренняя часть элемента 18 клапана образует промежуточную область 22. Теплонесущая среда в этой промежуточной области 22 имеет давление Р2.
Клапан 23 управления потоком расположен ниже по потоку от клапана 17 управления давлением и содержит элемент 24 клапана управления потоком и седло 25 клапана. Ниже по потоку от клапана 23 управления потоком расположено выпускное отверстие 16. Теплонесущая среда в выпускном отверстии 16 имеет давление Р3.
Давление Р2 промежуточной области 22 действует на мембрану 21 в направлении к дросселирующему элементу 19. Выпускное отверстие 16 соединено через канал 26 с пространством 27 так, что давление Р3 выпускного отверстия 16 действует на мембрану в направлении, противоположном давлению Р2 промежуточной области 22.
Как можно видеть, давление Р1 во впускном отверстии 15 выше давления Р2 в промежуточной области 22. Давление Р2 в промежуточной области 22 выше давления Р3 в выпускном отверстии 16.
Кроме того, как следует из фиг. 2, перепад Р2-Р3 давления на клапане 23 управления потоком является таким же, что и перепад Р2-Р3 давления на мембране 21. Этот перепад Р2-Р3 давления обеспечивает образование усилия на мембране 21, соответствующего усилию пружины 20. Элемент 8 клапана занимает положение, в котором перепад давления Р2-Р3 и усилие пружины 20 находятся в равновесии.
Когда давление Р1 на впускном отверстии 15 увеличивается, давление Р2 в промежуточной области 22 также увеличивается и сдвигает элемент 8 клапана в направлении к дросселирующему элементу 9 так, что давление Р2 в промежуточной области 22 уменьшается. Когда давление Р1 на впускном отверстии 15 уменьшается, давление Р2 в промежуточной области 22 также уменьшается так, что элемент 18 клапана удаляется от дросселирующего элемента 19 под действием пружины 20 так, что давление Р2 в промежуточной области 22 снова увеличивается.
В показанном варианте осуществления датчик 28 Холла расположен во второй части 14 корпуса. На элементе 8 клапана закреплен магнит 29, предпочтительно на конце элемента 18 клапана, обращенном к клапану 23 управления потоком.
Элемент 28 Холла вместе с магнитом 29 служат в качестве средств обнаружения для обнаружения того, способен ли элемент 18 клапана выполнять функцию управления давлением или нет. Другими словами, датчик 28 Холла вместе с магнитом 29 образуют датчик положения, сконфигурированный выдавать максимальный сигнал в случае, когда элемент 18 клапана расположен на наибольшем расстоянии от дросселирующего элемента 19.
Поскольку давление Р2 в промежуточной области 22 не может быть больше давления Р1 во впускном отверстии 5, усилие пружины 20 перемещает элемент 18 клапана от дросселирующего элемента 19 до тех пор, пока он не упрется в промежуточную стенку 30, в который образовано седло 25 клапана 23 управления потоком. В этом случае давление Р1 во впускном отверстии 15 является таким же, что и давление Р2 в промежуточной области 22, при этом элемент 18 клапана не может перемещаться в направлении к дросселирующему элементу 19 для управления перепадом давления или разностью (Р2-Р3) давлений на клапане 23 управления потоком. Эта ситуация может быть легко обнаружена датчиком 28 Холла, который сконфигурирован в этом случае выдавать соответствующий сигнал контроллеру 12. Таким образом, контроллер 12 ʺоповещаютʺ о перепаде давления клапанной системы 7, а также клапанных сборок 8, 9, показанных на чертеже, поскольку они сходны с ней и выполнены с возможностью сообщаться с обменом данными с контроллером 12.
Посредством датчика 28 Холла может легко обнаружено, может ли элемент 18 клапана перемещаться под действием давления Р2 в промежуточной области 22. Если перепад (Р2-Р3) давления меньше заданного минимального значения, соответствующего минимальному усилию пружины 20, то управление перепадом давления не является возможным. При использовании датчика Холла 28 и магнита 29 нет необходимости в датчике давления или реле давления, когда может быть достигнут тот же результат, но менее эффективно с точки зрения затрат.
Таким образом, возможность оповещения о положении элемента 18 клапана позволяет системе контролировать клапанную систему 7 и обеспечивает дополнительную диагностическую функцию этой системы, а также опционально системы отопления, с которой он соединен. Если, например, клапанная система 7 окажется забита мусором, то датчик 28 Холла клапанной системы 7 обеспечивает возможность обнаружить изменения в работе для установления наличия такой проблемы, как забивание.
В одном из вариантов осуществления такое увеличение давления производят поэтапно или постепенно, при этом каждое увеличение соответствует заданному минимальному значению, которое в свою очередь соответствует минимальному усилию пружины 20.
В другом или дополнительном варианте осуществления множество клапанных сборок 7, 8, 9 помогает установить точку забивания в системе 2 линии подачи, например, посредством сравнения определенных положений элементов 18 клапана, показывающего, какая из клапанных сборок 7, 8, 9 регистрирует изменение.
На фиг. 3 показана другая клапанная система 7'. Элементы, соответствующие элементам на фиг. 2, обозначены теми же ссылочными обозначениями.
Клапанная система 7' на фиг. 3 содержит только клапан 17 управления давлением. Такой клапан предназначен для поддержания неизменного заданного перепада давления. Через внутреннее соединение и совместно с пружиной 20 давление в выпускном отверстии 16 действует на нижнюю сторону мембраны 21, при этом через импульсную трубку 26 давление в подающей трубе действует на верхнюю часть мембраны 21, то есть, в пространстве 27. Таким образом, балансировочный клапан поддерживает отрегулированный перепад давления.
Этот перепад давления в показанном варианте осуществления может быть отрегулирован поворотом ручки 31, выполненной с возможностью изменять усилие пружины 20.
Один из вариантов осуществления клапана 7' содержит датчик 28 Холла, а также магнит 29, образующие средства обнаружения, которые могут быть использованы для обнаружения того, превышает ли перепад давления, отрегулированный посредством клапана 7', заданное минимальное значение.
Не смотря на то, что показанные варианты осуществления работают с использованием датчика 30, выполненного из датчика 28 Холла и магнита 29, они могут быть заменены любым другим подходящим датчиком 30, выполненным с возможностью определять перепад давления на клапане 7, 7', например, посредством определения положения части внутри самой клапанной системы, такого как элемент 18 клапана, и/или изгиба мембраны 21.
Наличие такого датчика 30 обеспечивает возможность отслеживания отношения положения элемента 18 клапана к изгибу, например, мембраны 21, что позволяет определить его отношение к перепаду давления.
В одном из вариантов осуществления время, за которое элемент 18 клапана становится, по существу, стабильным относительно дросселирующего элемента 19 после изменения скорости потока, используют в качестве параметра при установлении того, что клапанная система не работает в соответствии с ожиданиями.
Настоящее изобретение относится к способу получения этого отношения и применения его для обнаружения неисправностей, например, для тестирования работы клапанной системы 7, 7' в соответствии с ожиданиями.
В одном из вариантов осуществления, например, но не исключительно, в клапанных сборок 7, сходных с показанными на фиг. 2, клапан 23 управления потоком настраивают на одно или множество различных открытий клапана посредством размещения упомянутого элемента 24 клапана управления потоком относительно упомянутого седла 25 клапана в пределах тестового диапазона положений согласно возможной предварительно предусмотренной схеме. Тестовый диапазон положений либо охватывает весь диапазон открытия клапана 23 управления потоком - от полностью закрытого до полностью открытого, либо поддиапазон этого полного диапазона. Для каждого положения элемент 24 клапана управления потоком удерживают в течение времени, достаточного для регулировки клапана управления давлением так, чтобы получить неизменный перепад давления, dP, на клапане 17 управления. Как только достигают верхнего предела тестового диапазона, направленность этого процесса меняют на противоположную с прохождением обратно до нижнего предела тестового диапазона для каждого этапа, уменьшая степень открытие клапана.
В более общих терминах клапанную систему 7, 7' подвергают воздействию диапазона изменяющихся скоростей потока в пределах от первого предела до второго предела тестового диапазона. Скорости потока в некоторых вариантах осуществления могут быть обеспечены, например, посредством насосных средств, выполненных с возможностью регулировать скорость потока, или с помощью клапана 23 управления, соединенного так, чтобы управлять скоростью потока через клапанную систему 7, 7'. В некоторых вариантах осуществления, например, в показанном на фиг. 2, клапан 23 управления встроен в клапанную систему 7, 7'.
На фиг. 4 также проиллюстрирована процедура или способ в соответствии с одним из вариантов осуществления, в котором скорость потока изменяют посредством клапана 23 управления, однако показанное также применимо, когда скорость потока изменяют посредством других средств, например, посредством регулируемого насоса.
На первом этапе упомянутого способа скорость потока устанавливают на первом пределе упомянутого тестового диапазона, например, устанавливают открытие клапана 23 управления потоком в положение первого предела, причем этот первый предел может представлять собой нижний предел, например, нижнее положение открытия упомянутого элемента 24 клапана управления потоком относительно упомянутого седла 25 клапана. Этот определенный тестовый диапазон может покрывать определенный интервал скоростей потока, такой как открытия упомянутого клапана 23 управления потоком между полностью закрытым открытием клапана (например, когда элемент 24 клапана управления потоком контактирует с седлом 25 клапана для перекрытия любого потока через клапан согласно приведенным выше вариантам осуществления) и полностью открытым (например, когда элемент 24 клапана управления потоком находится на максимально возможном расстоянии от седла 25 клапана для перекрытия любого потока через клапан согласно, приведенным выше вариантам осуществления). Затем посредством датчика 30 определяют положение мембраны 21, характеризующее положение элемента 18 клапана и перепад давления dP, и передают данные, например, процессору.
Такие передачи данных и средства для хранения и обработки данных могут быть любого известного типа.
Затем процесс продолжается некоторым количеством этапов изменения скорости потока (таких как изменение открытия клапана 23 управления потоком, например, в соответствии с определенной схемой) поэтапно от первого предела тестового диапазона до второго предела и для каждого этапа посредством датчика 30 определяют положение элемента клапана, характеризующее перепад давления dP, и передают данные, например, процессору.
Когда в варианте осуществления достигают второго предела, процесс продолжается поэтапно с изменением скорости потока (например, за счет изменения открытия клапана 23 управления потоком) от второго предела до первого предела упомянутого тестового диапазона, при этом для каждого этапа посредством датчика 30 определяют положение элемента 18 клапана, характеризующее перепад давления dP, и передают данные, например, процессору.
Конечные данные образуют, таким образом, определенный гистерезис скорости потока относительно соответствующего перепада давления или, как показано, открытия клапана 23 управления потоком относительно соответствующего перепада давления или, по меньшей мере, положения элемента 18 клапана. Затем упомянутый гистерезис могут сравнить с ожидаемым стандартным гистерезисом, который может дать диагностическую информацию в случае, если, например, в клапанной системе 7, 7' произошло забивание мусором.
Датчик 30 клапанной системы 7, 7', таким образом, может помочь обнаружить изменение в работе для установления наличия проблемы, например забивания.
На фиг. 5 показано такое отношение определенного гистерезиса 40 положения 41 (или, в более общем смысле, открытия клапана) клапана 23 управления потоком (или, в более общем смысле, только скорость 41 потока) к перепаду давления 42, dP (или, в более общем смысле, к положению элемента 18 клапана), где каждая из стрелок 43 представляет собой определение одного этапа согласно описанному выше процессу, также показанному на фиг. 4.
На фиг. 6А очень схематично показано отношение идеального линейного 44 стандартного гистерезиса положения 41 упомянутого клапана 23 управления потоком (или, в более общем смысле, только скоростью 41 потока), к перепаду давления 42 (или положению элемента 18 клапана). Когда изменяют скорость потока, перепад давления на мембране 21 изменяется, и мембрана 21 изгибается, изменяя положение упомянутого элемента 18 клапана относительно дросселирующего элемента 19 до достижения равновесия усилий, обеспечивая таким образом неизменный перепад давления, dP, на мембране 21 (а также на возможном клапане 23 управления потоком). Когда положение клапана изменяют обратно к предыдущему положению, то в идеальном случае изменяющийся перепад давления на мембране 21 может вернуться обратно в предыдущее положение вдоль той же линейной кривой 44.
В реальном случае клапаны не ведут себя идеально и, таким образом, обычно испытывают некоторый стандартный гистерезис 44, как показано на фиг. 4В, где это может быть связано с самим клапаном /или с системой в целом. В настоящем примерном варианте осуществления стандартный гистерезис 44, показанный на фиг. 4В, представляет собой стандартный гистерезис в целом хорошо работающего клапана и системы.
Под ʺстандартным гистерезисом 44ʺ, будь он идеальным линейным, как на фиг. 4А, или более реальным, как на фиг. 4В, подразумевается ожидаемый гистерезис системы, когда она работает ожидаемым образом.
На фиг. 6С показан один пример, в котором определенный гистерезис 40 отличается от стандартного гистерезиса 44 вдоль оси 42 перепада давления, при этом на фиг. 4D показан пример, в котором определенный гистерезис 40 отличается 45, 46 как по оси 42 перепада давления, так и по оси 42 положения клапана.