СМЕСИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
MIXING VALVE

Изобретение относится к смесительному устройству для нагревательных или охлаждающих установок.
В гидравлических нагревательных и/или охлаждающих установках часто применяются смесительные устройства для обеспечения возможности установки температуры первичного потока независимо от выходной температуры источника тепла или холода. Например, для установок нагревания пола требуется уменьшать температуру, которая имеется на стороне выхода нагревательного котла. В смесительных устройствах это осуществляется тем, что смешиваются друг с другом два имеющих различную температуру потока жидкости для установки желаемой выходной температуры. Так, например, в нагревательной установке можно в первичный поток подмешивать охлажденную жидкость из рециркуляции. И наоборот, в охлаждающей установке можно повышать температуру первичного потока тем, что в первичный поток подмешивается нагретая жидкость из рециркуляции.
В автоматически управляемых нагревательных или охлаждающих установках смесительное устройство выполнено, как правило, в виде смесительного клапана, который приводится в движение с помощью серводвигателя. Для управления серводвигателем требуется управляющее смешиванием устройство, которое предусмотрено либо в виде отдельного модуля, либо может быть интегрировано в управление нагревательным котлом. Поэтому отдельные компоненты установки должны быть соединены друг с другом не только гидравлически, но и электрически, что для монтажника отопления означает увеличение монтажных затрат.
С учетом этого задачей изобретения является создание улучшенного смесительного устройства для нагревательных или охлаждающих установок, которые могут быть просто интегрированы в различные нагревательные и/или охлаждающие установки.
Эта задача решена с помощью смесительного устройства для нагревательных или охлаждающих установок с указанными в пункте 1 формулы изобретения признаками. Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, приведенного ниже описания и прилагаемых чертежей.
Смесительное устройство, согласно изобретению, предусмотрено для использования в гидравлической нагревательной и/или охлаждающей установке. В такой гидравлической нагревательной и/или охлаждающей установке осуществляется циркуляция теплоносителя, например, воды, при этом он проходит через один или несколько источников тепла и/или холода и подлежащие охлаждению или, соответственно, нагреванию потребители. В качестве источника холода могут использоваться, например, холодильные агрегаты, и в качестве источника тепла – нагреваемые ископаемым топливом нагревательные котлы или солнечные батареи. Однако можно применять также все другие подходящие источники тепла или, соответственно, холода.
Смесительное устройство, согласно изобретению, имеет корпус клапана, который имеет первый, второй и третий соединительный элемент, предназначенные для соединения клапанного корпуса с трубопроводной системой нагревательной или охлаждающей установки. Внутри клапанного корпуса задается первый путь прохождения потока от первого соединительного элемента ко второму соединительному элементу и второй путь прохождения потока от первого соединительного элемента к третьему соединительному элементу. Таким образом, потоки жидкости, которые подаются через второй и третий соединительный элемент, можно смешивать, и смешанный так поток может выходить из клапанного корпуса через первый соединительный элемент. Смесительное устройство можно использовать также в обратном направлении, с целью разделения потока жидкости, когда поток жидкости подается в первый соединительный элемент и выходит из второго и третьего соединительного элемента. Внутри клапанного корпуса расположен подвижный клапанный элемент, который лежит в обоих путях прохождения потока и предназначен для открывания или закрывания путей прохождения потока. Таким образом, клапанный элемент выполнен и расположен так, что он за счет своего движения или, соответственно, перемещения изменяет соотношение друг к другу поперечных сечений обоих путей прохождения потока. Таким образом, можно взаимно изменять проточный расход в обоих путях прохождения потока. Предпочтительно, клапанный элемент подвижен так, что он при перемещении, которое уменьшает поперечное сечение первого пути прохождения потока, одновременно увеличивает поперечное сечение второго пути прохождения потока, и наоборот. Особенно предпочтительно, предусмотрена возможность перемещения клапанного элемента также в положение, в котором по меньшей мере один из путей прохождения потока полностью закрыт. Например, в соответствующем конечном положении может быть закрыт один из путей прохождения потока. То есть, в первом конечном положении клапанного элемента закрыт первый путь прохождения потока и полностью открыт второй путь прохождения потока, в то время как во втором конечном положении полностью открыт первый путь прохождения потока и полностью закрыт второй путь прохождения потока. В этом принципиальном выполнении смесительное устройство, согласно изобретению, соответствует по существу известным смесительным устройствам для нагревательных или, соответственно, охлаждающих установок.
Согласно изобретению, смесительное устройство для нагревательных или охлаждающих установок выполнено так, что все существенные для работы смесительного устройства конструктивные элементы, за исключением управляющего устройства, интегрированы в одном блоке. Так, на клапанном корпусе расположен привод для перемещения клапанного элемента. Привод предпочтительно является электродвигателем, с помощью которого клапанный элемент можно целенаправленно перемещать в определенные положения. Привод предпочтительно имеет также измерительные средства или, соответственно, лазерный датчик для измерения фактического положения клапанного элемента. В случае шагового электродвигателя определение положения можно осуществлять с помощью самого электродвигателя или, соответственно, задавать положение так, что можно отказаться от измерения фактического положения. Привод имеет, согласно изобретению, дополнительно внутреннее управляющее устройство для управления движением привода. Внутреннее управляющее устройство служит для управления положением или, соответственно, для регулирования положения клапанного элемента, так что внутреннее управляющее устройство обеспечивает то, что клапанный элемент занимает заданное внутреннему управляющему устройству внешним управляющим устройством положение и предпочтительно сохраняет его. Для этого во внутреннее управляющее устройство может подаваться выходной сигнал лазерного датчика, который измеряет положение клапанного элемента, в качестве фактической величины, с целью образования регулировочного контура. Кроме того, внутреннее управляющее устройство имеет первый связной интерфейс для связи с внешним управляющим устройством, которое имеет соответствующий второй связной интерфейс. Таким образом, внешнее управляющее устройство, которое предпочтительно является частью смесительного устройства, согласно изобретению, может задавать внутреннему управляющему устройству желаемое положение клапанного элемента или, соответственно, передавать через интерфейсы связи, при этом внутреннее управляющее устройство управляет или, соответственно, регулирует затем привод так, что клапанный элемент занимает желаемое положение.
Кроме того, согласно изобретению, в клапанном корпусе или на нем расположен внутренний датчик, который соединен со связным интерфейсом для передачи сигналов датчика во внешнее управляющее устройство. Таким образом, внутренний датчик на клапанном корпусе или в нем может измерять величину состояния и передавать соответствующий сигнал датчика через первый связной интерфейс во второй связной интерфейс и тем самым во внешнее управляющее устройство. Во внешнем управляющем устройстве сигнал датчика может быть затем обработан. Например, внешнее управляющее устройство может быть выполнено так, что оно на основании сигнала датчика выдает регулирующее воздействие для позиционирования клапанного элемента, при этом это регулирующее воздействие затем снова передается из второго связного интерфейса в первый связной интерфейс, а затем во внутреннее управляющее устройство и применяется в нем для управления приводом.
Таким образом, в указанном варианте выполнения на корпусе или в нем расположены привод, внутреннее управляющее устройство для привода и связной интерфейс для связи с внешним управляющим устройством, а также по меньшей мере один внутренний датчик. Таким образом, все существенные компоненты интегрированы непосредственно в смесительное устройство или, соответственно, в блок на клапанном корпусе. Тем самым образуется клапанный узел со всеми существенными компонентами. Таким образом, упрощается монтаж, поскольку после установки клапанного корпуса в гидравлическую трубопроводную систему предпочтительно необходимо лишь выполнить связное соединение с внешним управляющим устройством и электрическое подключение внутреннего управляющего устройства. Другие соединения для датчиков или управляющих устройств затем предпочтительно больше не требуются.
Выполненное в соответствии с изобретением разделение управляющего устройства на внутреннее управляющее устройство, которое расположено на клапанном корпусе, а также внешнее управляющее устройство имеет то преимущество, что в качестве внешнего управляющего устройства можно применять управляющее устройство, которое может выполнять в системе еще другие задачи управления или связи. В частности, без того применяемый для других целей управляющий блок может осуществлять управление смесительным устройством, так что и без того имеющиеся компоненты можно использовать для других функций. Может осуществляться или использоваться также соединение с внешними системами, такими как датчики или другие управляющие устройства. Это упрощает конструкцию клапанного корпуса с расположенным на нем или в нем внутренним управляющим устройством, поскольку значительно уменьшается количество функций внутреннего управляющего устройства.
По меньшей мере один датчик предпочтительно расположен в клапанном корпусе или в одном из путей прохождения потока, с целью измерения по меньшей мере одной величины состояния находящейся в пути прохождения потока среды. Эту величину состояния можно затем, как указывалось выше, применять для управления или, соответственно, регулирования смесительного устройства. Дополнительно может быть предпочтительно предусмотрен по меньшей мере один наружный, т.е. расположенный снаружи клапанного корпуса датчик, который соединен с внешним управляющим устройством, предпочтительно отдельно по меньшей мере от одного первого связного интерфейса. Такой датчик может измерять величину состояния в гидравлической системе в месте, расположенном на расстоянии от смесительного клапана, т.е. от клапанного корпуса. Сигнал этого датчика можно также использовать во внешнем управляющем устройстве с целью управления или, соответственно, регулирования смесительного устройства. В частности, управляющее воздействие для клапанного элемента может создаваться и выдаваться в качестве альтернативы или дополнительно на основе сигнала наружного датчика внешним управляющим устройством. Наружный датчик может быть соединен через собственный связной интерфейс с внешним управляющим устройством. Возможно также, что соединение по меньшей мере одного наружного датчика также осуществляется через указанный второй связной интерфейс, который связан с первым связным интерфейсом.
За счет того, что по меньшей мере один наружный датчик соединен с внешним управляющим устройством независимо от первого связного интерфейса, дополнительно упрощается монтаж, поскольку наружный датчик может быть расположен на расстоянии от клапанного корпуса и привода с первым связным интерфейсом, поскольку не требуется соединение этих элементов.
По меньшей мере один внутренний датчик и/или по меньшей мере один наружный датчик является предпочтительно датчиком давления, температуры и/или расхода. Особенно предпочтительно, это может быть комбинированный датчик давления и температуры, более предпочтительно комбинированный датчик разницы давления и температуры. Такой датчик температуры может быть расположен, в частности, на выходной стороне смесительного устройства, т.е., например, в зоне первого соединительного элемента, когда он образует выход, с целью измерения выходной температуры проходящего через клапанный корпус потока среды. Таким образом, эту выходную температуру можно регулировать с помощью внешнего управляющего устройства посредством установки положения клапанного элемента и тем самым соотношения смешивания между подаваемыми через второй соединительный элемент и третий соединительный элемент потоками жидкости. Предпочтительно, с помощью датчика давления или датчика расхода определяется расход для обеспечения при необходимости достаточной степени открывания клапана. Кроме того, можно, например, использовать измерение расхода в одном из путей прохождения потока вместе с температурой в качестве основы для установки соотношения смешивания с целью достижения желаемой выходной температуры при желаемом выходном потоке.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, привод расположен в корпусе электродвигателя, соединенном с клапанным корпусом или выполненным в виде единого целого с клапанным корпусом, при этом предпочтительно внутреннее управляющее устройство расположено в корпусе электродвигателя или в соединенном с корпусом электродвигателя корпусе для электроники. Таким образом, корпус для электроники, корпус электродвигателя и клапанный корпус расположены непосредственно рядом друг с другом или, соответственно, закреплены друг на друге и тем самым образуют конструктивный блок, который поставляется в предварительно смонтированном состоянии и может устанавливаться монтером в виде единого целого в гидравлическую нагревательную или охлаждающую установку. За счет того, что внутреннее управляющее устройство расположено непосредственно в корпусе электродвигателя, то при установке в нагревательную или охлаждающую установку отпадает необходимость электрического соединения привода и внутренней управляющей электроники. За счет интегрирования или, соответственно, соединения клапанного корпуса и корпуса электродвигателя, дополнительно отпадает необходимость монтажа привода с расположенным в клапанном корпусе клапанным элементом, как это часто требуется в известных смесительных устройствах.
По меньшей мере один внутренний датчик может быть соединен с первым связным интерфейсом через проложенное внутри корпуса клапана, электродвигателя и/или электроники проводное соединение. Однако, согласно одному предпочтительному варианту выполнения, внутренний датчик соединен с первым связным интерфейсом через проходящий снаружи клапанного корпуса кабель. Это имеет то преимущество, что внутри клапанного корпуса не должны располагаться электрические соединения, так что уменьшаются расходы на изоляцию или, соответственно, предотвращается опасность контакта электрических конструктивных элементов с проходящим в клапанном корпусе потоком жидкости. Однако, несмотря на кабельное соединение, датчик может образовывать с клапанным корпусом и с остальными конструктивными элементами конструктивный блок. Поскольку, как указывалось выше, корпус электродвигателя или электроники является частью этого конструктивного блока, то кабельное соединение можно также монтировать предварительно, так что это соединение не должен выполнять монтер на месте при установке в нагревательную или охлаждающую систему.
Первый и второй связные интерфейсы особенно предпочтительно выполнены в виде беспроводных связных интерфейсов, в частности, в виде радиоинтерфейсов. Это дополнительно упрощает монтаж, поскольку нет необходимости в выполнении кабельного соединения между внешним управляющим устройством и внутренним управляющим устройством. Беспроводное соединение или, соответственно, радиосоединение может особенно предпочтительно осуществляться автоматически с помощью соответствующих протоколов. Для создания связного соединения, в первом и/или втором связном интерфейсе или, соответственно, во внутреннем или внешнем управляющем устройстве может быть предусмотрены также исполнительные элементы, с помощью которых устанавливается или, соответственно, выполняется связное соединение. Например, могут быть предусмотрены клавиши, которые должны быть нажаты для выполнения связного соединения, т.е. для обеспечения возможности обоюдного соединения первого и второго связных интерфейсов. Кроме того, связные интерфейсы могут быть выполнены так, что они обеспечивают возможность кодирования или, соответственно, идентификации и устойчивого соединения между точно первым и вторым связными интерфейсами. Таким образом, обеспечивается возможность использования нескольких смесительных устройств в непосредственной близости друг с другом, без создания взаимных помех. Возможно также, что внешнее управляющее устройство связано с несколькими внутренними управляющими устройствами нескольких смесительных клапанов.
Особенно предпочтительно, смесительное устройство, согласно изобретению, для нагревательной или охлаждающей установки имеет дополнительно по меньшей мере один обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат, который служит для подачи теплоносителя, т.е. жидкости, через пути прохождения потока в клапанном корпусе. При этом обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат особенно предпочтительно соединен или выполнен с возможностью соединения с соединительными элементами клапанного корпуса, например, со служащим в качестве выхода первым соединительным элементом. При таком соединении обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат расположен так, что он транспортирует жидкость от первого соединительного элемента. Когда клапан установлен наоборот так, что поток, который подается в первый соединительный элемент, направляется ко второму и третьему соединительному элементу, то обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат может быть также расположен наоборот, так что он транспортирует жидкость к первому соединительному элементу. Возможно также расположение обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата на расстоянии. Для механического соединения между обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом и клапанным корпусом, на обеспечивающем циркуляцию насосном агрегате и на предусмотренном для соединения с обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом соединительном элементе клапанного корпуса предпочтительно выполнены соответствующие фланцы, которые могут быть соединены друг с другом, например, с помощью винтового или зажимного соединения. В частности, это соединение является разъемным соединением, которое обеспечивает возможность отделения обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата от клапанного корпуса. Это обеспечивает возможность, с одной стороны, независимого от корпуса насоса изготовления клапанного корпуса и, с другой стороны, возможность демонтажа для целей технического обслуживания и ремонта. Кроме того, это обеспечивает возможность установки на расстоянии в гидравлическую систему. Кроме того, независимое изготовление насосного корпуса имеет экономические преимущества, поскольку нет необходимости предусматривать специально изготовленного для смесительного устройства насосного корпуса, вместо этого можно предпочтительно применять обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат, который можно использовать также для других целей, в данном случае в качестве части смесительного устройства согласно изобретению.
Особенно предпочтительно, внешнее управляющее устройство является частью обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата и служит особенно предпочтительно одновременно для управления или, соответственно, регулирования обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата. Таким образом, внешнее управляющее устройство может предпочтительно управлять двумя существенными для регулирования температуры величинами, а именно расходом, посредством управления обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом, и соотношением смешивания между двумя путями прохождения потока в клапанном корпусе за счет управления приводом клапанного элемента. Таким образом, создано автономное смесительное устройство, управление которым предпочтительно полностью осуществляется с помощью управляющей электроники, которая интегрирована в обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат. Кроме того, за счет этого может быть уменьшено количество электронных конструктивных элементов, поскольку, например, микропроцессоры, которые и без того требуются для управления обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом, в частности, для управления скоростью вращения обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата, можно применять также для управления клапанным устройством. Внешнее управляющее устройство предпочтительно интегрировано в корпус для электроники или, соответственно, в коробке выводов обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата. При этом также второй связной интерфейс, который является частью внешнего управляющего устройства, интегрирован в обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат, в частности, в его корпус для электроники. Тем самым достигается в целом простой монтаж, поскольку необходимо выполнять лишь электрическое подключение обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата и привода на клапанном корпусе и связное соединение между первым и вторым связными интерфейсами. Поскольку последние особенно предпочтительно выполнены беспроводными, то при этом не требуется никакого электрического соединения непосредственно между обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом и приводом или, соответственно, внутренним управляющим устройством.
Особенно предпочтительно, внешнее управляющее устройство предназначено для управления и/или регулирования положения клапанного элемента и/или скорости вращения обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата на основе по меньшей мере одного выходного сигнала по меньшей мере одного внутреннего датчика и/или по меньшей мере одного наружного датчика и выдает внутреннему управляющему устройству заданное значение для положения клапанного элемента. Как указывалось выше, в этом случае внутреннее управляющее устройство обеспечивает установку клапанного элемента на это заданное значение с помощью привода. Таким образом, все управление смесительным устройством осуществляется внешним управляющим устройством, которое для этого связано с необходимыми датчиками. Это имеет то преимущество, что требуемая электроника для внутреннего управляющего устройства, которое должно быть расположено на или внутри корпуса электродвигателя привода, может быть простой, так что возможно дешевое выполнение.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере один внутренний датчик измеряет разницу давления между одним из соединительных элементов и приемным пространством, в котором расположен клапанный элемент, или между двумя соединительными элементами. Так, разница давления предпочтительно измеряется на стороне входа и на стороне выхода образованного клапанным элементом сужения поперечного сечения в соответствующем пути прохождения потока. На основании этой разницы давления можно определять расход через этот путь прохождения потока в клапанном корпусе.
Особенно предпочтительно, внешнее управляющее устройство выполнено так, что оно на основании по меньшей мере одной измеряемой с помощью по меньшей мере одного внутреннего датчика разницы давления вычисляет расход через смесительное устройство. Для этого внутренний датчик выполнен в виде датчика разницы давления и расположен в клапанном корпусе так, что он соединен с требуемыми местами пути прохождения потока, между которыми должна определяться разница давления. Определение расхода осуществляется во внешнем управляющем устройстве предпочтительно на основании измеренной разницы давления и заданного управляющим устройством положения клапанного элемента, за счет которого в управляющем устройстве известна степень открывания соответствующего пути прохождения потока. То есть расход можно определять при знании известного поперечного сечения пути прохождения потока и разницы давления.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, клапанный корпус имеет открытое наружу гнездо для датчика, в которое вводится по меньшей мере один датчик с возможностью извлечения снаружи. Это имеет то преимущество, что датчик можно просто извлекать для целей технического обслуживания, и при необходимости он может быть заменен. Датчик предпочтительно снабжен уплотнением, так что датчик, когда он установлен в гнездо, герметизирует его снаружи, так что жидкость изнутри корпуса датчика не может выходить наружу через гнездо для датчика.
Предпочтительно, по меньшей мере один воспринимающий участок или, соответственно, зона по меньшей мере одного внутреннего датчика расположена в чувствительном пространстве гнезда для датчика внутри клапанного корпуса, при этом это чувствительное пространство соединено по меньшей мере через один соединительный канал по меньшей мере с одним из путей прохождения потока, и чувствительное пространство расположено вне путей прохождения потока. Таким образом, датчик со своими зонами измерения расположен снаружи путей прохождения потока, так что проточное поперечное сечение в путях прохождения потока не уменьшается датчиком.
Кроме того, предпочтительно, что чувствительное пространство с помощью первого соединительного канала соединено по меньшей мере с одним из путей прохождения потока по потоку перед клапанным элементом и с помощью второго соединительного канала – с приемным пространством, в котором расположен клапанный элемент. При этом второй соединительный канал предпочтительно соединен с приемным пространством в месте, которое лежит по потоку после образованного клапанным элементом сужения поперечного сечения. Таким образом, с помощью датчика можно измерять разницу давления на стороне входа и на стороне выхода образованного с помощью клапанного элемента клапана.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, первый, второй и третий соединительный элемент, приемное пространство, в котором расположен клапанный элемент, а также по меньшей мере одно гнездо по меньшей мере для одного внутреннего датчика расположены в общем, выполненном в виде единого целого участке клапанного корпуса. Особенно предпочтительно, все эти указанные конструктивные элементы расположены в выполненном в виде одной части или, соответственно, в виде единого целого клапанном корпусе, при этом клапанный корпус может иметь также закрывающие или запирающие элементы для закрывания имеющихся отверстий, например, отверстия, через которое клапанный элемент введен в клапанный корпус, и через которое проходит приводной вал для перемещения клапанного элемента в приемном пространстве. За счет выполнения в виде одной части или, соответственно, в виде единого целого уменьшается количество частей и упрощается конструкция смесительного устройства.
Как указывалось выше, смесительное устройство, согласно изобретению, можно применять как для смешивания двух потоков текучей среды, так и для разделения потока текучей среды на два потока текучей среды. При этом при разделении может быть установлено соотношение друг с другом создаваемых частичных потоков. В соответствии с этим, в смесительном устройстве, согласно изобретению, направление потока через пути прохождения потока может осуществляться, исходя от второго соединительного элемента и третьего соединительного элемента, к первому соединительному элементу, с целью обеспечения функции смешивания, или же наоборот, от первого соединительного элемента ко второму соединительному элементу и к третьему соединительному элементу, с целью обеспечения функции разделения.
Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 – расположение смесительного устройства, согласно изобретению, для нагревательных или охлаждающих установок, содержащего обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат;
фиг. 2 – расположение смесительного устройства, согласно фиг. 1, в прямом и возвратном трубопроводе нагревательной или охлаждающей системы;
фиг. 3 – схема расположения смесительного устройства, согласно изобретению, для нагревательных или охлаждающих установок для смешивания двух потоков жидкости;
фиг. 4 – схема расположения смесительного устройства, согласно изобретению, для нагревательных или охлаждающих установок для разделения двух потоков жидкости;
фиг. 5 - клапанный корпус смесительного устройства, согласно изобретению, для нагревательных или охлаждающих установок, в изометрической проекции;
фиг. 6 – разрез клапанного корпуса, согласно фиг. 5, при применении смесительного устройства для смешивания двух потоков жидкости; и
фиг. 7 – разрез клапанного корпуса, согласно фиг. 5, при применении смесительного устройства для разделения потока текучей среды на два частичных потока.
Показанное в этом примере выполнения смесительное устройство поясняется на основе применения в нагревательной установке. Однако следует понимать, что смесительное устройство можно применять тем же образом в охлаждающей установке. В гидравлической нагревательной установке с помощью смесительного устройства в теплый первичный поток подмешивается более холодная жидкость из рециркуляции, с целью понижения температуры. В гидравлической охлаждающей установке, наоборот, в холодный первичный поток подается более теплая жидкость из возвратного потока, с целью повышения температуры первичного потока. Смесительное устройство можно также использовать для других применений, чем регулирование температуры, в нагревательной или охлаждающей установке. Поэтому последующее описание следует понимать в качестве примера, и оно не ограничивает использование смесительного устройства, описание которого приведено ниже, указанной целью.
Показанное на фиг. 1-4 смесительное устройство имеет два существенных компонента, а именно, с одной стороны, обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 и, с другой стороны, клапанный узел 4, который образуют два отдельных конструктивных узла, которые в показанном на фиг. 1 и 2 примере разъемно соединены непосредственно друг с другом с помощью фланцевого соединения или резьбового соединения.
Обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 выполнен известным образом и имеет насосный корпус 6, в котором вращается не изображенное здесь рабочее колесо. Насосный корпус 6 соединен здесь своим входом или, соответственно, входным фланцем 8 с клапанным узлом 4. На насосном корпусе 6 закреплен статорный корпус или, соответственно, корпус 10 электродвигателя, в котором расположен приводной электродвигатель для привода рабочего колеса. На корпусе 10 электродвигателя установлена коробка выводов или, соответственно, корпус 12 для электроники, в котором находятся электрические соединительные элементы и управляющая или, соответственно, регулировочная электроника для управления или, соответственно, регулирования приводного электродвигателя в корпусе электродвигателя. В частности, может содержаться регулятор скорости вращения с преобразователем частоты.
Клапанный узел 4 имеет клапанный корпус 14. На нем расположен корпус 16 электродвигателя, в котором расположен электрический приводной двигатель или, соответственно, серводвигатель (в последующем привод 36) для перемещения клапанного элемента в клапанном корпусе. Корпус 16 электродвигателя служит одновременно в качестве корпуса для электроники и в нем расположено внутреннее управляющее устройство, описание которого приведено ниже. Клапанный корпус 14 имеет три соединительных элемента А, В и А-В, при этом на фиг. 1 соединительный элемент В закрыт корпусом 16 электродвигателя. В показанном здесь примере выполнения соединительные элементы А, В и А-В имеют соединительные фланцы для соединения с трубопроводами, при этом соединительный элемент А-В разъемно соединен непосредственно с входом 8 насосного корпуса 6 с помощью фланцевого соединения.
Внутри клапанного корпуса 14 соединительные элементы А, В и А-В соединены друг с другом так, что пути прохождения потока проходят от обоих соединительных элементов А и В к соединительному элементу А-В. Первый путь прохождения потока проходит от соединительного элемента А к соединительному элементу А-В, второй путь прохождения потока проходит от соединительного элемента В к соединительному элементу А-В. Таким образом, два подаваемых через соединительные элементы А и В потока могут смешиваться и совместно выходить из соединительного элемента А-В. В качестве альтернативного решения, в обратном направлении при подаче потока в соединительный элемент А-В, этот поток разделяется на два частичных потока через соединительные элементы А и В.
На фиг. 2 показано в качестве примера расположение смесительного устройства в нагревательной системе, при этом в этом изображении не показан корпус 16 электродвигателя клапанного узла 4. В показанном на фиг. 2 примере выполнения смесительное устройство, состоящее из обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2 и клапанного узла 4, расположено в трубопроводе 18 первичного потока, так что поток жидкости в трубопроводе 18 первичного потока проходит от соединительного элемента А через клапанный корпус 14 к соединительному элементу А-В, а затем через насосный корпус 6. Соединительный элемент В клапанного корпуса 14 соединен с возвратным трубопроводом 20, например, нагревательного контура. Таким образом, через трубопровод 18 первичного потока к потребителю подается нагретый теплоноситель, в частности, вода. Охлажденный теплоноситель проходит обратно через возвратный трубопровод 20. Через соединительный элемент В можно с помощью клапанного корпуса 14 подмешивать в поток в трубопроводе 18 первичного потока часть потока теплоносителя из возвратного трубопровода 20, с целью уменьшения температуры первичного потока. Эта система показана схематично также на фиг. 3, на основании которой ниже приводится более подробное описание внутренней конструкции и принципа действия смесительного устройства.
Внутри клапанного корпуса 14 образовано приемное пространство, в котором расположен подвижный клапанный элемент 24, здесь в виде клапанного шара. Клапанный элемент 24 имеет выемку 26, которая может освобождать путь прохождения потока через клапан с различным поперечным сечением. Соединительные элементы А, В и А-В соединены с приемным пространством 22. При этом в пути прохождения потока от соединительного элемента А к приемному пространству 22 лежит клапанное седло 28, и в пути прохождения потока от соединительного элемента В к приемному пространству 22 лежит клапанное седло 30, к которому прилегает с герметизацией клапанный элемент 24. В зависимости от поворота клапанного элемента 24 с помощью электродвигателя, закрытая часть 32 одного из клапанных седел 28 или 30 полностью закрываться или лишь частично закрываться. В показанном на фиг. 6 положении оба пути прохождения потока открыты, так что возможно прохождение потока как от соединительного элемента А, так и соединительного элемента В внутрь приемного пространства 22 и из него к соединительному элементу А-В. В зависимости от поворота клапанного элемента 24 закрытая часть 32 клапанного элемента 24 может полностью или частично закрывать один из клапанных седел 28, 30. Таким образом, можно регулировать соотношение обоих подаваемых через соединительные элементы А и В потоков. И наоборот, можно регулировать соотношение разделения подаваемого через соединительный элемент А-В потока в потоки к соединительным элементам А и В.
На фиг. 3 показано применение смесительного устройства для смешивания двух жидкостей, как было пояснено выше применительно к фиг. 2. С помощью штриховых линий изображен обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 с интегрированными в него компонентами и клапанный узел 4, т.е. все компоненты внутри этих штриховых линий являются частью обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2 или, соответственно, клапанного узла 4. Существенной составляющей частью клапанного узла 4 является собственно клапан 34, который образован с помощью клапанных седел 28, 30, приемного пространства 22 и клапанного элемента 24, которые не изображены детально на фиг. 3 и 4. На клапане 34 расположен привод, например, в виде приводного электродвигателя, в частности, серводвигателя. Управление этим приводом осуществляется с помощью внутреннего управляющего устройства 38. Расположенная в корпусе 12 для электроники обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2 управляющая электроника образует одновременно внешнее управляющее устройство 40. Электроника внешнего управляющего устройства 40 служит, с одной стороны, для управления обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом 2 и, в частности, приводным электродвигателем 42, который расположен в корпусе 10 электродвигателя (см. фиг. 1) и, с другой стороны, также для управления или, соответственно, регулирования клапана 34 клапанного узла 4.
Внутреннее управляющее устройство 38, которое управляет непосредственно приводом 36 и предпочтительно образует часть привода 36, имеет первый связной интерфейс 44. Внешнее управляющее устройство 40, которое является частью обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2, имеет второй связной интерфейс 46, который выполнен в соответствии с первым связным интерфейсом 44, так что между связными интерфейсами 44 и 46 можно передавать или, соответственно, обмениваться данными. Предпочтительно, связные интерфейсы 44 и 46 выполнены в виде радиоинтерфейсов, так что возможна беспроводная связь между обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом 2 и клапанным узлом 4 или, соответственно, его внутренним управляющим устройством 38.
Внешнее управляющее устройство 40 служит собственно для управления клапанным узлом 4 и, в частности, клапаном 34, то есть внешнее управляющее устройство 40 задает положение или, соответственно, подлежащее занятию положение клапанного элемента 24. Таким образом, внешнее управляющее устройство 40 задает подлежащее установке соотношение смешивания между обоими путями прохождения потока через соединительные элементы А и В, т.е. в какое соотношение необходимо приводить открывания клапанных седел 28 и 30 за счет позиционирования клапанного элемента 24. Это заданное значение положения клапанного элемента 24 передается через второй связной интерфейс 46 в первый связной интерфейс 44 и тем самым во внутреннее управляющее устройство 38. Оно регулирует затем снова привод 36 так, что клапанный элемент 24 занимает свое желаемое положение. Привод 36 может быть выполнен, как указывалось выше, в виде шагового двигателя, или же содержать при необходимости датчик положения, который измеряет фактическое положение клапанного элемента 24 и сообщает его во внутреннее управляющее устройство 38, которое затем регулирует привод так, что клапанный элемент 24 переводится в заданное внешним управляющим устройством 40 заданное положение.
Однако внутреннее управляющее устройство 38 служит не только для управления или, соответственно, регулирования привода 36, но также для передачи сигналов двух внутренних датчиков 48 и 50. Датчики 48 и 50 выполнены здесь в виде датчиков температуры, которые измеряют, с одной стороны, температуру на входе 8 или, соответственно, между соединительным элементом А и приемным пространством 22, при этом второй температурный датчик 50 измеряет температуру текучей среды в пути прохождения потока между соединительным элементом В и клапаном 34 или, соответственно, приемным пространством 22. Измеряемые значения температуры передаются во внутреннее управляющее устройство 38, которое затем передает их через первый связной интерфейс 44 во второй связной интерфейс 46. Таким образом, измеряемые значения температуры подаются во внешнее управляющее устройство 40 в перекачивающем насосном агрегате 2. Обработка сигналов внутренних датчиков 48 и 50 во внутреннем управляющем устройстве 38 не осуществляется. Как будет пояснено ниже со ссылками на фиг. 6, датчики 48 и 50 являются комбинированными датчиками температуры и давления, которые дополнительно измеряют еще разницу давления между соединительными элементами и приемным пространством 22. На основании этой разницы давления, которая также передается по указанному пути через внутреннее управляющее устройство 38 и связные интерфейсы 44 и 46 во внешнее управляющее устройство 40, можно определять, при известной степени открывания клапана 34, расход через соединительные элементы А и В. Другой датчик 52 в виде температурного датчика интегрирован в обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2, в частности, в насосный корпус 6, и измеряет входную температуру на входе обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2. Этот сигнал температуры также передается во внешнее управляющее устройство 40. На основании сигналов датчиков 48, 50, 52 внешнее управляющее устройство 40 может для установки желаемой заданной температуры в точке датчика 52 регулировать клапан 34 клапанного узла 4 так, что устанавливается требуемое соотношение смешивания потоков через соединительные элементы А и В посредством позиционирования клапанного элемента 24.
Как можно видеть, в клапанный узел 4 интегрированы все существенные конструктивные элементы смесительного устройства, за исключением внешнего управляющего устройства. Таким образом, клапан 34 с переставляемым клапанным элементом 24, его привод 36, а также требуемые внутренние датчики 48 и 50 интегрированы в узел. Кроме того, интегрировано внутреннее управляющее устройство 48, которое выполняет регулирование положения клапанного элемента 24 с помощью привода 36 и служит для передачи данных во внешнее управляющее устройство 40 через интегрированный связной интерфейс 44. Управляющее устройство для управления смесительной системой здесь отсутствует. Функцию управляющего устройства выполняет внешнее управляющее устройство 40, которое здесь является частью обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2, так что и без того необходимый в перекачивающем насосном агрегате микропроцессор для управления насосным агрегатом можно применять для этой дополнительной задачи управления. Однако может быть также предусмотрено независимое от насосного агрегата внешнее управляющее устройство. Поскольку между связными интерфейсами 44 и 46 предпочтительно предусмотрена беспроводная связь, то не требуется непосредственное электрическое соединение между обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом 2 и клапанным узлом 4. Необходимо лишь снабжать клапанный узел 4 и обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 энергией, предпочтительно посредством подключения к сети. Связные интерфейсы 44 и 46 предпочтительно выполнены так, что они автоматически устанавливают связь друг с другом. Поскольку обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 и клапанный узел 4 предпочтительно расположены непосредственно друг на друге, то для передачи по радио достаточна очень небольшая мощность передатчика.
Пример выполнения, согласно фиг. 4, отличается от примера выполнения, согласно фиг. 3, лишь видом установки клапана 34. Здесь клапан 34 применяется не для смешивания двух потоков, а для разделения потока. Однако в результате снова в первичный поток подмешивается часть возвратного потока, как будет пояснено ниже. В примере выполнения, согласно фиг. 4, применяется тот же клапанный узел 4 и тот же обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2. Обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат 2 так же, как в показанном на фиг. 3 примере выполнения, расположен в трубопроводе первичного потока, соответственно, в первичном потоке 18, так что он транспортирует теплоноситель, такой как, например, вода, через трубопровод 18 первичного потока. Однако в этом примере выполнения клапанный узел 4 не соединен непосредственно с обеспечивающим циркуляцию насосным агрегатом 2, а расположен в возвратном трубопроводе 20, а именно, так, что соединительный элемент А-В клапанного узла 4 служит в качестве входа, а соединительный элемент А - в качестве выхода возвратного трубопровода 20. Соединительный элемент В соединен с трубопроводом 18 первичного потока в узловой точке 54 по потоку после обеспечивающего циркуляцию насосного агрегата 2. Таким образом, также создается смесительное устройство, в котором в трубопровод 18 первичного потока в узловой точке 54 подмешивается теплоноситель из возвратного трубопровода 20. Количество подмешиваемого теплоносителя из возвратного трубопровода 20 зависит от положения клапанного элемента 34, который изменяет соотношение раскрывов или, соответственно, степеней открывания путей прохождения потока к соединительным элементам А и В относительно друг друга. Так, в одном экстремальном случае путь прохождения потока к соединительному элементу А может быть закрыт, так что весь возвратный поток через соединительный элемент В снова направляется в трубопровод 18 первичного потока. В другом экстремальном случае может быть закрыт соединительный элемент В, так что не происходит подмешивания в трубопровод 18 первичного потока, и весь поток в возвратном трубопроводе направляется к соединительному элементу А. Здесь также управление клапаном 34 или, соответственно, задание степени открывания или, соответственно, положения клапанного элемента 24 задается внешним управляющим устройством 40 в перекачивающем насосном агрегате 2 и через связные интерфейсы 46 и 44 передаются в клапанный узел 4. В противоположном направлении передаются измерительные значения от внутренних датчиков 48 и 50 во внешнее управляющее устройство 40, как указывалось выше.
Дополнительно к температурному датчику 52 в этом примере выполнения в обеспечивающем циркуляцию насосном агрегате 2 расположен еще температурный датчик 56 в трубопроводе 18 первичного потока по потоку перед узловой точкой 54, с целью измерения температуры теплоносителя перед узловой точкой 54. Температурный датчик 56 соединен также с внешним управляющим устройством 40, например, через кабель или же с помощью беспроводного связного соединения. Таким образом, внешнее управляющее устройство 40 может измерять температуру теплоносителя по потоку перед и после узловой точки 54. Кроме того, измеряются температуры в возвратном трубопроводе 20 с помощью датчика 48 и/или датчика 50. На основе этих величин можно определять желаемое соотношение смешивания, в котором теплоноситель из возвратного трубопровода 20 должен подмешивается в первичный поток 18, с помощью внешнего управляющего устройства 40. Кроме того, могут быть определены значения расхода с помощью датчиков 48 и 50 разницы давления, как указывалось выше.
В вариантах выполнения, согласно фиг. 3 и 4, в пути прохождения потока от соединительного элемента В к клапану 34 или, соответственно, к приемному пространству 22, расположен соответствующий обратный клапан 58 или, соответственно, 58'. Обратный клапан 58 расположен так, что возможен лишь один поток от соединительного элемента В к клапану 34 или, соответственно, к его приемному пространству 22. Обратный клапан 58' расположен, наоборот, так, что лишь один поток возможен от клапана 34 или, соответственно, его приемного пространства, к соединительному элементу В. Обратные клапаны 58, 58' могут иметь идентичную конструкцию и лишь наоборот устанавливаться в клапанный корпус 14.
Ниже приводится более подробное пояснение конструкции клапанного корпуса со ссылками на фиг. 5-7. Клапанный корпус предпочтительно выполнен в виде одной части из металла, в частности, в виде литого конструктивного элемента, и имеет, наряду с соединительными элементами А, В и А-В, отверстие 60, через которое клапанный элемент 24 устанавливается в приемное пространство 22. Отверстие 60 закрыто на фиг. 5 крышкой 60, через которую проходит вал 62. Вал 62 внутри клапанного корпуса 14 соединен без возможности проворачивания с клапанным элементом 24 и соединен снаружи без возможности проворачивания с приводом 36. Кроме того, клапанный корпус 14 имеет два монтажных отверстия 64, которые во время работы также закрыты герметично крышкой, как показано на фиг. 5 и 6. Монтажные отверстия 64 согласованы с соответствующим одним из соединительных элементов А и В и служат для обеспечения возможности вставления в клапанный корпус 14 клапанных седел 28 и 30, а также обратного клапана 58, 58'. Таким образом, обратный клапан 58 и, возможно, 58' также интегрированы непосредственно в клапанный корпус 14. В качестве альтернативного решения или дополнительно к обратным клапанам 58, 58', через монтажные отверстия 64 можно вставлять также фильтровальные или, соответственно, решетчатые элементы, которые в этом случае лежат в пути прохождения потока от соединительных элементов А, В к приемному пространству 22.
На фиг. 6 показано расположение, которое соответствует применению, согласно фиг. 3. Показанный на фиг. 6 смесительный клапан предназначен для смешивания двух потоков. Для этого в пути прохождения потока от соединительного элемента В к приемному пространству 22 расположен обратный клапан 58, который открывает направление потока от соединительного элемента В к соединительному элементу А – В. На фиг. 7 в отличие от этого показана конфигурация смесительного устройства для использования в показанном на фиг. 4 случае применения, в котором смесительное устройство используется для разделения потока, т.е. направление потока проходит от соединительного элемента А–В к соединительным элементам А и В. В этом случае в пути прохождения потока от приемного пространства к соединительному элементу В расположен обратный клапан 58', который открывает направление потока от соединительного элемента А-В к соединительному элементу В. В показанных на фиг. 6 и 7 примерах показан лишь один обратный клапан 58, 58' в пути прохождения потока, который примыкает к соединительному элементу В. Однако следует понимать, что в качестве альтернативы или дополнительно, в примыкающем к соединительному элементу А пути прохождения потока может быть также расположен соответственно выполненный обратный клапан 58 или 58'. В остальном, показанные на фиг. 6 и 7 смесительные устройства выполнены одинаково.
Кроме того, на фиг. 6 в пути прохождения потока от соединительного элемента А к приемному пространству 22 показана введенная через монтажное отверстие 64 решетчатая вставка 65, которая служит для задерживания загрязнений, которые содержатся в подаваемом через соединительный элемент А потоке, так что не оказывается отрицательного влияния на работу собственно клапана, состоящего из клапанного элемента 24 и клапанного седла 28. Фильтр или, соответственно, решетчатая вставка показана также на фиг. 3 в подводящем к клапану 34 трубопроводе. Следует понимать, что соответствующая решетчатая вставка 65 может быть также соответствующим образом расположена в пути прохождения потока, исходящего из соединительного элемента В. Кроме того, также при расположении, согласно фиг. 7, такая решетчатая вставка может быть введена в одно или оба монтажных отверстия 64. Решетчатая вставка 65 выполнена в виде трубчатого сита. Для целей очистки ее можно также извлекать из монтажного отверстия 64.
Кроме того, на клапанном корпусе 14 выполнены два гнезда 66 и 68 для датчиков. При этом в гнездо 66 для датчика вставлен датчик 48, и в гнездо 68 – датчик 50. Гнезда 66 и 68 для датчиков имеют открытые наружу отверстия, через которые вставляются датчики 48 и 50, при этом датчики 48 и 50 герметично закрывают отверстия наружу. Чувствительное пространство гнезда 66 для датчика соединено через первый соединительный канал 70 с путем прохождения потока от соединительного элемента А к приемному пространству 22 по потоку перед клапанным седлом 48 и через второй соединительный канал 72 соединено непосредственно с приемным пространством 22. Таким образом, расположенный в гнезде 66 датчик 48 может определять, с одной стороны, температуру в пути прохождения потока, который примыкает к соединительному элементу А и, с другой стороны, определять разницу давления между этим путем прохождения потока и приемным пространством 22. Соответственно, чувствительное пространство гнезда 68 для датчика соединено через первый соединительный канал 74 с путем прохождения потока от соединительного элемента В к приемному пространству 22 по потоку перед клапанным седлом 30 и через второй соединительный канал 76 соединено непосредственно с приемным пространством 22. Таким образом, расположенный в гнезде 68 датчик 50 может определять, с одной стороны, температуру в пути прохождения потока, исходящего от соединительного элемента В и, с другой стороны, определять разницу давления между этим путем прохождения потока и приемным пространством 22. При этом давление в приемном пространстве 22 по существу равно давлению снаружи клапана, т.е. по потоку после обоих клапанных седел 28 и 30, когда клапан установлен показанным на фиг. 3 образом. В качестве альтернативного решения, вторые соединительные каналы 72 и 76 могут быть также соединены с путем прохождения потока между приемным пространством 22 и соединительным элементом А-В.
Существенным в примере выполнения, согласно фиг. 5 и 6, является то, что гнезда 66 и 68 для датчиков или, соответственно, их чувствительные пространства, в которых лежат собственно чувствительные или, соответственно, измерительные зоны датчиков 48 и 50, с соответствующими соединительными каналами интегрированы в выполненный в виде одной части клапанный корпус 14, так что клапанный корпус 14 образует существенную составляющую часть клапанного узла 4 и должен быть соединен лишь еще с приводом 36. Привод 36, как указывалось выше, соединен с валом 62. В привод 36 или, соответственно, в его корпус 16 для электродвигателя, предпочтительно интегрировано внутреннее управляющее устройство 38. Внутренние датчики 48 и 50, которые вставлены непосредственно в клапанный корпус 14, соединены, как показано на фиг. 1, через кабель 78 с внутренним управляющим устройством 38 в корпусе 16 электродвигателя. Таким образом, все электрические соединения расположены снаружи клапанного корпуса 14, так что они защищены от влаги.
Перечень позиций
2 Обеспечивающий циркуляцию насосный агрегат
4 Клапанный узел
6 Насосный корпус
8 Вход
10 Корпус электродвигателя или, соответственно, статорный корпус
12 Корпус для электроники
14 Клапанный корпус
16 Корпус электродвигателя
18 Первичный поток или, соответственно, трубопровод первичного потока
20 Возврат или, соответственно, возвратный трубопровод
22 Приемное пространство
24 Клапанный элемент
26 Выемка
28,30 Клапанные седла
32 Закрытая часть
34 Клапан
36 Привод
38 Внутреннее управляющее устройство
40 Внешнее управляющее устройство
42 Приводной электродвигатель
44 Первый связной интерфейс
46 Второй связной интерфейс
48,50,52 Датчики
54 Узловая точка
56 Температурный датчик
58,58' Обратный клапан
60 Отверстие
62 Вал
64 Монтажное отверстие
65 Решетчатая вставка
66,68 Гнезда для датчиков с чувствительными пространствами
70 Первый соединительный канал
72 Второй соединительный канал
74 Первый соединительный канал
76 Второй соединительный канал
78 Кабель
А,В,А-В Соединительные элементы
S Направление потока