(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) Int.Cl.7: F24D 19/10 G05D 23/19 (54) Układ sterowania temperatury wody (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/00 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Systemów Sterowania, Chorzów, PL (45) o udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/04 (72) Twórcy wynalazku: Marian Kalus, Gliwice, PL PL B1 (57)Układ sterowania temperatury wody zawierający regulator temperatury wody obiegowej, zadajnik temperatury, czujniki temperatury wody, układy komparatorów ze strefą martwą, układy silnoprądowe, serwomechanizmy zaworów, zawory oraz człon dopasowujący, znamienny tym, ze wyjście sterujące regulatora temperatury wody obiegowej (1) jest połączone z wejściem dodatnim układu komparatora ze strefą martwą (5), zaś wejście ujemne tego komparatora (5) połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze (3) w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii, z kolei wyjście sygnałowe układu komparatora ze strefą martwą (5) połączone jest z wejściem zasilającym serwomechanizmu (4) poprzez układ silnoprądowy (6), zaś serwomechanizm (4) jest sprzężony mechanicznie z zaworem (3), ponadto wejście ujemne regulatora temperatury wody obiegowej (1) połączono z zadajnikiem temperatury (16), zaś wejście dodatnie regulatora (1) połączone zostało z wyjściem sygnałowym czujnika temperatury (2) wody obiegowej, poza tym czujnik temperatury wody (12) w gałęzi...

2 Układ sterowania temperatury wody Zastrzeżenie patentowe Układ sterowania temperatury wody zawierający regulator temperatury wody obiegowej, zadajnik temperatury, czujniki temperatury wody, układy komparatorów ze strefą martwą, układy silnoprądowe, serwomechanizmy zaworów, zawory oraz człon dopasowujący, znamienny tym, ze wyjście sterujące regulatora temperatury wody obiegowej (1) jest połączone z Wejściem dodatnim układu komparatora ze strefą martwą (5), zaś wejście ujemne tego komparatora (5) połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze (3) w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii, z kolei wyjście sygnałowe układu komparatora ze strefą martwą (5) połączone jest z wejściem zasilającym serwomechanizmu (4) poprzez układ silnoprądowy (6), zaś serwomechanizm (4) jest sprzężony mechanicznie z zaworem (3), ponadto wejście ujemne regulatora temperatury wody obiegowej (1) połączono z zadajnikiem temperatury (16), zaś wejście dodatnie regulatora (1) połączone zostało z wyjściem sygnałowym czujnika temperatury (2) wody obiegowej, poza tym czujnik temperatury wody (12) w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię, połączony jest z wejściem dodatnim układu komparatora ze strefą martwą (8), poprzez człon dopasowujący (9), zaś wejście ujemne komparatora (8) połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze (11) w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii, z kolei wyjście sygnałowe komparatora ze strefą martwą (8) połączone jest z wejściem zasilającym serwomechanizmu (10) poprzez układ silnoprądowy (7), zaś serwomechanizm (10) jest sprzęzony mechanicznie z zaworem (11). * * * Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania temperatury wody przeznaczony do stabilizacji temperatury wody obiegowej o wysokich parametrach na wyjściu kotłowni, zwłaszcza przy ogrzewaniu budynków mieszkalnych w centralnych systemach ciepłowniczych. Znane są dotychczas układy sterowania temperatury wody, zbudowane na bazie boczników hydraulicznych umieszczonych na wyjściu obwodów hydraulicznych kotłowni. Taki układ sterowania wyposażony jest w regulator temperatury wody o wysokich parametrach, sterujący stopniem otwarcia zaworu umieszczonego w boczniku hydraulicznym wody powrotnej o niskiej entalpii, w czujnik temperatury wody wpółpracujący z tymże regulatorem, z dwóch przepływomierzy, z których pierwszy umieszczony jest w boczniku hydraulicznym wody powrotnej o niskiej entalpii, drugi z kolei znajduje się w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii. Wyjścia pomiarowe przepływomierzy współpracują z komparatorem ze strefą martwą, który steruje stopniem otwarcia zaworu umieszczonego w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii. Działanie stabilizacyjne temperatury wody obiegowej o wysokich parametrach w rozpatrywanym układzie uzyskuje się w obwodzie regulatora temperatury, który steruje stopniem otwarcia zaworu w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii. Proporcjonalnie do stopnia otwarcia zaworu w obwodzie bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii, następuje rozwarcie zaworu w gałęzi bocznika hydraulicznego wrody powrotnej o wysokiej entalpii-poprzez działanie komparatora ze strefą martwą. Znany dotychczas układ sterowania temperatury wody posiada zasadniczą wadę, mianowicie sterowanie drugim zaworem w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii odbywa się z udziałem dwóch przepływomierzy, których charakterystyki statyczne (zwłaszcza przy dużych średnicach rur) przy małych wartościach przepływu, wody, zachowują silną nieliniowość, co ma miejsce w przypadku współpracy kotłowni z siecią cieplną w okresie letnim. Ponadto wymiana przepływomierza w przypadku wystąpienia awarii, nastręcza

3 niemałe trudności natury technicznej, co się również wiąże z wysokimi nakładami natury inwestycyjnej. Znany jest tez układ regulacji temperatury wody grzewczej w sieciach centralnego ogrzewania w zależności od temperatury zewnętrznej (patent nr ), składający się z układu czujników, regulatora temperatury, członu wykonawczego i obiektu regulacji. W układzie czujników formowana jest wartość mierzona temperatury wody, będącej wypadkową rzeczywistej temperatury wody i temperatury zewnętrznej powietrza. Regulator temperatury wypracowuje sygnał sterowania członem wykonawczym oddziałowujacym na obiekt regulacji. Wadą rozpatrywanego układu regulacji jest zbyt mała dynamika przebiegu temperatury wody na wyjściu obiektu regulacji w odpowiedzi na wymuszenie w postaci skokowych zmian temperatury zewnętrznej powietrza. Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych wad poprzez zastosowanie czujnika temperatury w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię. W układzie według wynalazku wyjście sterujące regulatora temperatury wody obiegowej jest połączone z wejściem dodatnim pierwszego komparatora ze strefą martwą w torze regulacji temperatury wody, zaś wejście ujemne tego komparatora połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze umieszczonym w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii. Wyjście sygnałowe pierwszego układu komparatora ze strefą martwą jest połączone z wejściem zasilającym pierwszego serwomechanizmu zaworu poprzez pierwszy układ silnoprądowy w torze regulacji temperatury wody. Pierwszy serwomechanizm zaworu w rozpatrywanym torze regulacji jest mechanicznie sprzęzony z zaworem w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii. Ponadto wejście ujemne regulatora temperatury wody obiegowej połączone jest z zadajnikiem temperatury, zaś wejście dodatnie tego regulatora połączono z czujnikiem temperatury wody obiegowej o wysokich parametrach. Z kolei czujnik temperatury wody w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię, połączony jest z wejściem dodatnim drugiego układu komparatora ze strefą m artw ą poprzez człon dopasowujący, zaś wejście ujemne tego komparatora połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze obwodu bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii. Ponadto wyjście sygnałowe drugiego komparatora ze strefą martwą połączono z wejściem zasilającym drugiego serwomechanizmu poprzez drugi układ silnoprądowy, z kolei ten serwomechanizm jest sprzężony mechanicznie z zaworem w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii. Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu. W układzie według wynalazku wyjście sterujące regulatora temperatury wody obiegowej 1 jest połączone z wejściem dodatnim komparatora ze strefą martwą 5, zaś wejście ujemne tego komparatora połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze 3. Wyjście sygnałowe komparatora 5 jest połączone z wejściem zasilającym serwomechanizmu zaworu 4 poprzez układ silnoprądowy 6, z kolei serwomechanizm zaworu 4 jest mechanicznie sprzężony z zaworem 3. Ponadto wejście ujemne regulatora temperatury wody 1 połączone jest z zadajnikiem temperatury 16, zaś wejście dodatnie tego regulatora połączono z czujnikiem temperatury wody obiegowej o wysokich parametrach 2. Z kolei czujnik temperatury wody 12 w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię, połączony jest z wejściem dodatnim drugiego układu komparatora ze strefą martwą 8, poprzez człon dopasowujący, zaś wejście ujemne tego komparatora połączone jest z wyjściem informującym o stopniu otwarcia w zaworze 11. Ponadto wyjście sygnałowe komparatora 8 połączono z wejściem zasilającym drugiego serwomechanizmu 10 poprzez drugi układ silnoprądowy 7, z kolei ten serwomechanizm jest sprzęzony mechanicznie z zaworem 11 w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii. Regulator temperatury wody 1 steruje stopniem otwarcia zaworu 3 w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii, poprzez układ komparatora ze strefą m artw ą 5, układ silnoprądowy 6 oraz układ serwomechanizmu zaworu 4. Z układem regulatora 1 wpółpracuje czujnik temperatury 2 wody obiegowej o wysokich parametrach. Czujnik tempe-

4 ratury 12 wody obiegowej umieszczony w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię 15, steruje stopniem otwarcia zaworu 11 w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o wysokiej entalpii, poprzez człon dopasowujący 9, układ komparatora ze strefą martwą 8, układ silnoprądowy 7 oraz serwomechanizm zaworu 10. Pompy 14 wymuszają obieg wody o wysokich parametrach w obwodzie sieci cieplnej (w obwodzie zewnętrznym). Z kolei pompy 13 wymuszają obieg wody o wysokich parametrach w obwodzie wewnętrznym kotłowni (obwody hydrauliczne kotłowni wraz z bocznikiem hydraulicznym wody powrotnej o wysokiej entalpii). Działanie układu według wynalazku jest następujące: zakłada się, ze sygnał zadany (Tz) temperatury wody obiegowej na wyjściu kotłowni ma postać jedynki Heaviside a. Oznacza to, ze sygnał (Tz) jest większy od sygnału (Tw), proporcjonalnego do temperatury rzeczywistej wody obiegowej o wysokich parametrach. W tym stanie rzeczy sygnał sterujący (X) na wyjściu regulatora 1, proporcjonalny do stopnia otwarcia zaworu 3 zacznie maleć. Sygnał (X) jest na bieżąco porównywany z sygnałem (Xr) uzyskiwanym na wyjściu sygnałowym zaworu 3, w układzie komparatora ze strefą 5. W przypadku, gdy sygnał (X) jest mniejszy od sygnału (Xr) proporcjonalnego do wartości rzeczywistej stopnia otwarcia zaworu 3, na wyjściu komparatora ze strefą martwą 5 pojawi się sygnał o wartości ujemnej, który spowoduje, że na wejściu serwomechanizmu 4, poprzez układ silnoprądowy 6 pojawi się napięcie o takiej biegunowości, by spowodować przymykanie zaworu 3. Stan taki potrwa dopóty, dopóki sygnał (Tw) proporcjonalny do temperatury rzeczywistej wody obiegowej o wysokich parametrach nie osiągnie wartości sygnału (Tz) temperatury zadanej. Wówczas sygnał sterujący (X) na wyjściu regulatora temperatury 1 zacznie wzrastać, co w końcowym rezultacie spowoduje otwieranie zaworu 3 w gałęzi bocznika hydraulicznego wody powrotnej o niskiej entalpii. Dla przypadku, gdy (Tz) jest większy od (Tw) nastąpiło przymykanie zaworu 3, co spowodowało, że większa ilość wody o niskiej entalpii przedostała się do obiegu wewnętrznego kotłowni 15, w wyniku czego sygnał Tp proporcjonalny do temperatury wody obiegowej w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię 15 zaczął maleć. Sygnał uzyskany na wyjściu członu dopasowującego 9 proporcjonalny do sygnału (Tp) jest na bieżąco porównywany z sygnałem proporcjonalnym do rzeczywistej wartości otwarcia zaworu 11 w układzie komparatora ze strefą martwą 8. W tym stanie rzeczy jaki nastąpił, na wyjściu komparatora 8 pojawi się sygnał sterujący ujemny, który w końcowym rezultacie spowoduje przymykanie zaworu 11 w boczniku hydraulicznym wody obiegowej o wysokiej entalpii. W przypadku, gdy sygnał (Tw) proporcjonalny do temperatury rzeczywistej wody obiegowej o wysokich parametrach osiągnie i przekroczy wartość sygnału (Tz) temperatury zadanej, nastąpi otwieranie zaworu 3, co spowoduje, ze mniejsza ilość wody o niskiej entalpii przedostaje się do obiegu wewnętrznego kotłowni 15 w wyniku czego sygnał (Tp) proporcjonalny do temperatury rzeczywistej wody obiegowej w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię 15 zaczyna wzrastać. Ten stan rzeczy w końcowym rezultacie spowoduje rozwieranie się zaworu 11 w boczniku hydraulicznym wody powrotnej o wysokiej entalpii. Z analizy działania układu według wynalazku jednoznacznie wynika, że zawór 3 poprzez tor sygnału (Tp) proporcjonalnego do temperatury rzeczywistej wody obiegowej w gałęzi powrotnej zasilającej kotłownię 15, oddziaływuje w sposób śledząco-nadązny na zawór 11 w boczniku hydraulicznym wody powrotnej o wysokiej entalpii. Stopień otwarcia zaworu 3 w stosunku do stopnia otwarcia zaworu 11 zależy od wartości współczynnika wzmocnienia członu dopasowującego 9 i zawiera się praktycznie w granicach 1: :1...1:10.

5

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.