Регулятор температуры и расхода потока теплоносителя
Заявляемая полезная модель относится к приборостроению, в частности, к регуляторам прямого действия, предназначенным для автоматического поддержания температуры и расхода циркулирующего в теплопроводе теплоносителя, например, жидкости или газа, и может быть применена в любой области народного хозяйства, преимущественно в системах вентиляции, охлаждения, отопления, горячего водоснабжения и т.п.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель является расширение функциональных возможностей устройства, повышение ремонтопригодности, скорости срабатывания регулятора, точности его настройки и регулирования температуры и расхода теплоносителя
Указанный результат достигается тем, что регулятор температуры и расхода потока теплоносителя в трубопроводе, включающий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, при этом во входном патрубке установлено седло, а в корпусе размещены регулирующий орган, выполненный в виде заполненного термочувствительной жидкостью гидроцилиндра, шток, один конец которого расположен в гидроцилиндре и связан с поршнем, а второй конец расположен в корпусе и связан с перекрывающим клапаном, установленным над седлом, причем корпус снабжен съемной крышкой и вторым входным патрубком, на наружной поверхности гидроцилиндра выполнены или накатка, или проточки, или размещены проволока или лента, перекрывающий клапан установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, при этом на боковых поверхностях перекрывающего клапана и седла выполнены сквозные отверстия, суммарные площади которых равны между собой.
В качестве теплочувствительной жидкости используют жидкость с высоким объемным расширением, например, тормозную жидкость, фреон и т.д.
Заявляемая полезная модель является универсальным устройством, используемым в широком диапазоне размеров условных проходов труб в качестве регулятора температуры и расхода теплоносителя за счет возможности частой замены регулирующего органа без демонтажа корпуса регулятора из системы коммуникаций отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и т.п.
1 н.п.ф., 3 фиг.
Заявляемая полезная модель относится к приборостроению, в частности, к регуляторам прямого действия, предназначенным для автоматического поддержания температуры и расхода теплоносителя, например, жидкости или газа, и может быть применена в любой области народного хозяйства, преимущественно в системах вентиляции, охлаждения, отопления, горячего водоснабжения и т.п.
Из уровня техники известен регулятор температуры, содержащий корпус с подводящим и отводящим каналами, термобаллон, сообщенный с установленным в стойке корпуса силовым цилиндром с подпружиненным поршнем и штоком, соединенным с запорным органом, и механизм настройки, который выполнен в виде резьбовой втулки, взаимодействующей с резьбовым участком стойки и упирающейся в силовой цилиндр, установленный с возможностью продольного перемещения относительно стойки (см. патент РФ на изобретение 
2175142 «Регулятор температуры», дата подачи заявки 10.05.2000 г., опубликовано 20.10.2001 г, МПК (7) G05D 23/02).
К недостаткам данной конструкции следует отнести ее громоздкость и сложность из-за наличия большого количества составных частей, а также ненадежность работы и эксплуатации, обусловленная, прежде всего, слабой взаимосвязью силового (регулирующего) органа (цилиндра) с термобаллоном, осуществляемой с помощью длинного тонкого капилляра, из-за чего возникают трудности при монтаже регулятора, а при незначительном изменении положения капилляра нарушаются режим и условия работы (что зачастую происходит на практике) и поэтому требуются постоянная дополнительная регулировка и переналадка.
Известен также регулятор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленный в нем подпружиненный регулирующий орган, связанный теплочувствительной жидкостью через капилляр с чувствительным элементом жидкостной термосистемы, включающий термобаллон и сильфон настройки с настроечным винтом. Сильфон настройки расположен в корпусе соосно чувствительному элементу, величина хода его настроечного винта превышает расстояние между дном сильфона настройки и чувствительным элементом (см. описание к Авторскому свидетельству СССР РФ 634250 «Регулятор температуры прямого действия», дата подачи заявки 1977.03.04, дата публикации 1978.11.25).
К недостаткам данного регулятора следует отнести сложность конструкции из-за наличия в ней множества составных частей, что снижает эксплуатационную надежность, усложняет монтаж/демонтаж и настройку, а также длительный период, необходимый для срабатывания регулятора при изменении температуры регулируемой жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является регулятор температуры жидкости прямого действия, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, установленный в нем гидроцилиндр с регулирующим органом, включающим шток с перекрывающим клапаном, связанный теплочувствительной жидкостью через канал с чувствительным элементом жидкостной термосистемы, при этом чувствительный элемент жидкостной термосистемы выполнен в виде цилиндра, расположенного во внутренней части корпуса таким образом, что наружная поверхность внутреннего цилиндра и внутренняя поверхность корпуса образуют щелевую полость, при этом, в качестве теплочувствительной жидкости выбрана жидкость с высоким объемным расширением, например, тормозная жидкость, а шток с перекрывающим клапаном снабжен пружиной, работающей на растяжение (см. заявка на изобретение 2005113951 «Регулятор температуры жидкости», дата подачи 11.05.2005 г., дата публикации заявки 20.11.2006 г.).
К недостаткам данной конструкции следует отнести невысокую скорость срабатывания регулятора в случае изменения температуры регулируемой жидкости, а также невозможность использования регулятора одного типоразмера в трубопроводах с различным диаметром труб.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель является расширение функциональных возможностей устройства, повышение ремонтопригодности, скорости срабатывания регулятора, точности его настройки и регулирования температуры и расхода теплоносителя.
Указанный технический результат достигается тем, что регулятор температуры и расхода потока теплоносителя, включающий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, при этом во входном патрубке установлено седло, а в корпусе размещены регулирующий орган, выполненный в виде заполненного термочувствительной жидкостью гидроцилиндра, шток, один конец которого расположен в гидроцилиндре и связан с поршнем, а второй конец расположен в корпусе и связан с перекрывающим клапаном, установленным над седлом, согласно полезной модели корпус снабжен съемной крышкой и вторым входным патрубком, на наружной поверхности гидроцилиндра выполнены или накатка, или проточки, или размещены проволока или лента, перекрывающий клапан установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, при этом на боковых поверхностях перекрывающего клапана и седла выполнены сквозные отверстия, суммарные площади которых равны между собой.
В качестве термочувствительной жидкости используют жидкость с высоким объемным расширением, например, тормозную жидкость, фреон и т.д.
Заявляемый регулятор температуры и расхода потока теплоносителя поясняется чертежами, где
фиг.1 - общий вид устройства в разрезе;
фиг.2 - взаимное расположение клапана и седла при совмещенных отверстиях в разрезе;
фиг.3 - взаимное расположение клапана и седла при несовмещенных отверстиях в разрезе.
Заявляемая полезная модель состоит из цилиндрического корпуса 1, содержащего первый входной патрубок 2, расположенный в нижней части корпуса, и размещенные на боковых сторонах корпуса 1 второй входной патрубок 3 и выходной патрубок 4. В корпусе 1 установлен регулирующий орган, выполненный в виде гидроцилиндра 5, заполненного термочувствительной жидкостью, в качестве которой используют жидкость с высоким объемным расширением, например, тормозную жидкость, фреон и т.п. Внутри корпуса 1 размещен шток 6, один конец которого расположен в гидроцилиндре 5 и связан с управляющим поршнем 7, а второй конец размещен в корпусе 1 и связан с установленным с возможностью вращения перекрывающим клапаном 8, расположенным над седлом 9, посредством крепежного элемента 10, например, винта, с помощью которого задают исходное (начальное) положение перекрывающего клапана 8 по отношению к седлу 9.
Для увеличения скорости передачи тепла от теплоносителя к термочувствительной жидкости на внешней поверхности гидроцилиндра 5 выполнена или накатка, или проточки, или дополнительно размещена проволока или лента (на чертеже не показаны). В этом случае площадь теплопередающей поверхности увеличивается на 40%, что, в свою очередь, позволяет увеличить количество тепла, передаваемого в единицу времени от трубопровода с теплоносителем к термочувствительной жидкости, и, следовательно, сократить время реагирования перекрывающего клапана 8 на произошедшее изменение температуры теплоносителя.
На верхней части корпуса 1 смонтирована съемная крышка 11, установленная на соединительном элементе 12, жестко связанным с корпусом 1 и представляющем собой, например, фланцевое соединение.
На гидроцилиндре 5 соосно его оси расположена регулировочная гайка 13, связанная с регулирующим поршнем 14.
Кроме того, входные патрубки 2, 3 и выходной патрубок 4 могут быть дополнительно снабжены съемными соединительными элементами 15.1, 15.2 и 15.3, выполненными, например, в виде муфт, или фланцевых соединений, или т.п. Благодаря соединительным элементам 12 и 15.1, 15.2 и 15.3 корпус устанавливают и закрепляют в системах вентиляции, охлаждения, отопления, горячего водоснабжения и т.п. (на чертеже не показаны).
На боковых поверхностях перекрывающего клапана 8 и седла 9 выполнены расположенные напротив друг друга в сегментах от 45° до 135° от 225° до 315° сквозные отверстия. При вращении клапана 8 вокруг оси регулятора и установки его относительно седла 9 в определенном (заданном) положении, происходит перекрытие и/или совмещение отверстий клапана и седла, за счет чего формируется площадь живого сечения для прохода теплоносителя через первый входной патрубок 2.
Благодаря возможности формирования площади живого сечения, увеличивается точность настройки регулятора и точность регулирования расхода и температуры теплоносителя.
Кроме того, возможность формирования площади живого сечения отверстия для прохода теплоносителя позволяет использовать один типоразмер регулятора для труб разного диаметра.
При этом площадь живого сечения отверстий, выполненных на боковых поверхностях перекрывающего клапана 8 и седла 9, рассчитывают с помощью следующего соотношения
,
где
Fж.с.в.п. - площадь живого сечения первого входного патрубка 2;
Fж.с.в.о.с. - суммарная площадь живых сечений всех отверстий седла 9;
Fж.с.в.о.к. - суммарная площадь живых сечений всех отверстий клапана 8.
Осуществление заявляемой полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
Пример 1.
При регулировании расхода теплоносителя, например, в системах вентиляции, охлаждения, отопления заявляемый регулятор работает следующим образом.
С помощью, например, съемного фланцевого соединения 15.3 заглушают второй входной патрубок 3. Учитывая свойство несжимаемости и постоянство температуры находящейся внутри герметичного гидроцилиндра термочувствительной жидкости, перед началом работы вращением регулировочной гайки 13, непосредственно связанной с регулирующим поршнем 14 и через термочувствительную жидкостью с управляющим поршнем 10 и штоком 6, по вертикали устанавливают первоначальное (исходное) положение клапана 8 по отношению к седлу 9. Таким образом, задают площадь живого сечения, определяемую путем полного или неполного совмещения сквозных отверстий клапана 8 и седла 9 по вертикали. При этом заданная площадь живого сечения будет определять величину расхода теплоносителя, например, жидкости, поступающей из системы отопления через входной патрубок 2 в корпус 1 регулятора, проходящей вдоль гидроцилиндра 5 и выходящей через выходной патрубок 4.
В случае повышения температуры теплоносителя, поступающего в корпус, объем термочувствительной жидкости, находящейся в гидроцилиндре увеличивается, управляющий поршень 10, связанный со штоком 6, начинает перемещаться вниз, изменяя положение клапана 8 по отношению к седлу 9, а именно, уменьшая расстояние между ними. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению площади живого сечения из-за частичного перекрытия сквозных отверстий клапана и седла, в результате расход поступающего в регулятор теплоносителя уменьшается.
При снижении температуры теплоносителя, поступающего в регулятор, объем термочувствительной жидкости, наоборот, уменьшается, что приводит к перемещению поршня 10 вверх, расстояние между клапаном 8 и седлом 9 увеличивается, площадь живого сечения совмещенных на клапане и седле отверстий также увеличивается. В результате расход поступающего в регулятор теплоносителя увеличивается.
Таким образом, происходит процесс регулирования расхода теплоносителя при изменении его температуры.
Пример 2.
При регулировании температуры теплоносителя устройство работает следующим образом. Открывают второй дополнительный входной патрубок 3, через который подается теплоноситель, температура которого отличается от температуры теплоносителя, подаваемого через первый входной патрубок 2.
При этом внутри корпуса регулятора образуется зона смешения, в которой смешиваются потоки теплоносителей, имеющих различную температуру.
В случае, когда температура теплоносителя, поступающего через первый входной патрубок 2 отличается (выше или ниже) температуры теплоносителя, подаваемого через второй входной патрубок 3, с помощью регулировочной гайки 13, регулирующего поршня 14, управляющего поршня 10 и штока 6 устанавливают исходное положение клапана 8 по отношению к седлу 9. Формирование площади живого сечения происходит аналогично тому, как описано выше в примере 1. Площадь живого сечения определяет объем более горячего или более холодного теплоносителя, поступающего из первого входного патрубка 2, а, следовательно, и температуру жидкости, как в зоне смешения, так и на выходе из регулятора.
Рассмотрим пример, когда через входной патрубок 2 поступает теплоноситель с более высокой температурой.
При поступлении потоков теплоносителей с различной температурой в полости корпуса образуется зона смешения и, соответственно, смешанный теплоноситель.
При повышении температуры смешанного теплоносителя в зоне смешения увеличивается объем термочувствительной жидкости в гидроцилиндре 5, клапан 8 начинает перемещаться вниз, при этом происходит перекрывание отверстий клапана и седла, что приводит к уменьшению площади живого сечения, а, следовательно, уменьшению объема поступающего теплоносителя, например, жидкости, имеющего более высокую температуру. За счет этого будет снижаться температура смеси двух теплоносителей, поступающих из входных патрубков 2 и 3 в корпус 1 регулятора.
При снижении температуры смешанного теплоносителя в зоне смешения процесс осуществляется в обратной последовательности.
Таким образом, регулируется температура смешанного теплоносителя в зоне смешения.
Регулятор данной конструкции может быть установлен в системе подводящих и/или отводящих трубопроводов не только с помощью фланцевых соединений, которыми снабжены входные и выходной патрубки, но и посредством неразъемного соединения, например, сварки, с помощью которой входные и выходной патрубки соединяют с трубопроводом. В этом случае площадь живого сечения совмещенных отверстий клапана и седла должна быть равна величине площади живого сечения трубы, подводящей теплоноситель к входному патрубку 2, при этом исходную площадь живого сечения совмещенных отверстий, равную площади живого сечения подводящей трубы (входной патрубок 2), задают вращением клапана 8 относительно седла 9. Вне зависимости от способа установки регулятора в системе возможна многократная замена или демонтаж любого конструктивного элемента, размещенного в корпусе, при этом одновременно возможно проведение очистки полости корпуса от накипи и ржавчины.
Заявляемая полезная модель является универсальным устройством, так как один типоразмер регулятора может быть использован в качестве регулятора температуры и расхода теплоносителя в широком диапазоне размеров условных проходов труб коммуникаций отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, в частности, 15, 25, 32, 40, 50, 80, 100 мм. Необходимую исходную площадь живого сечения совмещенных отверстий, равную площади живого сечения подводящей трубы (входной патрубок 2), получают вращением клапана 8 относительно седла 9.
Полезная модель обладает высокой ремонтопригодностью, скоростью срабатывания, точностью настройки и регулирования температуры и расхода теплоносителя.
На момент подачи заявки начат выпуск продукции с использованием заявляемой полезной модели на производственной базе ООО «Группа «Комос», г. Екатеринбург.
1. Регулятор температуры и расхода потока теплоносителя в трубопроводе, включающий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, при этом во входном патрубке установлено седло, а в корпусе размещены регулирующий орган, выполненный в виде заполненного термочувствительной жидкостью гидроцилиндра, шток, один конец которого расположен в гидроцилиндре и связан с поршнем, а второй конец расположен в корпусе и связан с перекрывающим клапаном, установленным над седлом, отличающийся тем, что корпус снабжен съемной крышкой и вторым входным патрубком, на наружной поверхности гидроцилиндра выполнены или накатка, или проточки, или размещены проволока или лента, перекрывающий клапан установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, при этом на боковых поверхностях перекрывающего клапана и седла выполнены сквозные отверстия, суммарные площади которых равны между собой.
2. Регулятор температуры и расхода потока теплоносителя в трубопроводе по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплочувствительной жидкости используют жидкость с высоким объемным расширением, например тормозную жидкость, фреон и т.д.
