Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в резиноперерабатывающих червячных машинах. С целью повышения надежности и точности поддержания температуры за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, устройство содержит нагреватель 2, выполненный в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный в виде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя через нагреватель 2 или охладитель 3 служит переключающий трехходовой клапан (ПТК) 4. Датчик температуры 5 подключен к регулятору температуры 6, выход которого через первый исполнительный элемент (ИЗ) 7 связан с нагревателем 2. а через второй ИЗ 8 связан с управляемым входом ПТК 4 и управляемым входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3. Устройство содержит три мембранных пневматических пульсатора (П) 10, 11 и 12 и шесть обратных клапанов (ОК) 13-18, соединенных по схеме трехфазного моста. Гидравлические полости П 10 и 12 подсоединены к точкам питания в, г и д моста, g к двум общим точкам моста а (напорной) и б (всасывающей) подключены соответственно через ПТК 4 вход объекта и буферная емкость 19, связанная с выходом объекта. Блок управления поочередно в течение заданных промежутков времени включает клапаны 25, 26 и 27, осуществляющие подачу сжатого воздуха в пневматические полости П 10 и 12, которые поочередно через ОК перемещают порции теплоносителя (нагретого в нагревателе 2 или охлажденного в охладителе 3) в объект и далее в буферную емкость 19. Возврат теплоносителя в гидравлическую полость П 10, 11 и 12 осуществляется из буферной емкости 19 через открытый ОК. При этом, если П 10 вытесняет из своей гидравлической полости теплоноситель , то в это же время П 12 заполняет теплоносителем свою гидравлическую полость . Если идет разогрев объекта, то теплоноситель проходит через нагреватель 2, а если объект охлаждается, то теплоноситель проходит через охладитель 3. В дальнейшем Процесс регулирования повторяется. 1 ил. (Л С 00 ю 4 О Ю О

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ю1)з G 05 D 23/19

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ° ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К) о Э

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904584/24 (22) 22.01.91 (46) 30.06.93. Бюл. РЬ 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт резинотехнического машиностроения (72) Е.Ф.Колесников и А.А.Казанцев (56) Авторское свидетельство СССР

N 1354172, кл. G 05 0 23/19, 19.03.85.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1492346, кл. G 05 0 23/19, 06.04,87, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в резиноперерабатывающих червячных машинах. С целью повышения надежности и точности. поддержания температуры за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, устройство содержит нагреватель 2, выполненный в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный в виде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя через нагреватель 2 или охладитель 3 служит переключающий трехходовой клапан (ПТК) 4. Датчик температуры 5 подключен к регулятору температуры 6, выход которого через первый исполнительный элемент (ИЭ) 7 связан с нагревателем 2. а через второй ИЭ 8 связан с управляемым входом ПТК 4 и управляе„„5U„„1824629 А1 мым входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3. Устройство содержит три мембранных пневматических пульсатора (П) 10, 11 и 12 и шесть обратных клапанов (ОК) 13 — 18, соединенных по схеме трехфазного моста, Гидравлические полости ll 10 и 12 подсоединены к точкам питания "в", "г" "и" "д" моста, q к двум общим точкам моста "а" (напорной) и

"б" (всасывающей) подключены соответственно через ПТК 4 вход объекта и буферная емкость 19, связанная с выходом объекта, Блок управления поочередно в течение заданных промежутков времени включает клапаны 25, 26 и 27, осуществляющие подачу сжатого воздуха в пневматические полости П 10 и 12, которые поочередно через ОК перемещают порции теплоносителя (нагретого в нагревателе 2 или охлажденного в охладителе 3) в объект и далее в буферную емкость 19. Возврат теплоносителя в гидравлическую полость П 10, 11 и 12 осуществляется из буферной емкости 19 через открытый ОК. При этом, если П 10 вытесняет из своей гидравлической полости теплоноситель, то s это же время П 12 заполняет теплоносителем свою гидравлическую полость. Если идет разогрев объекта, то теплоноситель проходит через нагреватель 2, а если объект охлаждается, то теплоноситель проходит через охладитель 3. В дальнейшем йроцесс регулирования повторяется. 1 ил, 1824629

Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в тепловых объектах, например в резиноперерабэтывающих червячных машинах, и может быть использовано в производстве изделий из полимерных материалов.

Целью изобретения является повышение надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя, проходящего через объект, и стабилизации его скорости.

На чертеже схематично показано устройство для регулирования температуры.

Устройство для регулирования температуры содержит объект 1. например зону червячной машины, нагреватель 2, выполненный, например,. в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный, например, в аиде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя служит трехходовой переключающий клапан 4. В объекте 1 установлен датчик температуры 5. который подключен на вход регулятора температуры 6. В ыход регулятора температуры

6 через первый исполнительный элемент 7 связан с нагревателем 2, а через второй исполнительный элемент 8 — с управляемым входом трехходового переключающего клапана 4 и управляющим входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3.

Средство для принудительного перемещения теплоносителя содержит три пневматических мембранных пульсатора 10, 11 и

12, каждый из которых имеет гидравлическую полость А и пневматическую полость

В. разделенные герметичной мембраной С.

Для управления потоком теплоносителя в это средство включены. обратные клапаны

13-18, соединенные между собой по схеме трахфаэного моста с общими точками "а" и

"б", и точками питания "в", "г" и "д". При этом гидравлические полости А пульсаторов

10, 11 и 12 подсоединены к точкам питания

"в", "r" и "д" моста. Вход трехходового переключающего клапана 4 соединен с общей (напорной) точкой "а" моста, а общая (всасывающая) точка "б" моста подсоединена к буферной емкости 19, которая связана с выходом объекта 1, вход которого соединен с нагревателем 2 и охладителем 3.

Для управления работой пульсаторов

10, 11 и 12 служит блок управления, который содержит генератор тактовых импульсов 20, который через кольцевой коммутатор 21 и соответственно через исполнительные элементы 22, 23 и 24 в заданной последовательно управляет работой дополнительных треххадовых клэпэное 25. 26 и 27. осуществляющих подачу сжатого воздуха в пневматические полости В пульсаторов 10, 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении вся система трубопроводов. соединяющих элементы устройства и сами элементы, включая гидравлические полости пульсаторов, заполнены теплоносителем, например, очищенной водой. Мембраны С пульсаторов 10, 11 и 12 занимают среднее положение, так как пневматические полости В пульсаторов

10, 11 и 12 через клапаны 25, 26 и 27 соединены с атмосферой. K клапанам 25, 26 и 27

15 подведен сжатый воздух требуемых параметров.

Генератор тактовых импульсов 20, вы- полненный, например в виде импульсного реле времени, через кольцевой коммутатор

20 21 и исполнительные элементы 22, 23 и 24 поочередно с заданным интервалом времени включает клапаны 25, 26 и 27, Например при включении клапана 25 сжатый воздух поступает в пневматическую полость В пневматического мембранного пульсатора

10. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теп30 лоноситель, Теплоноситель начинает движение по следующему пути; полость А пульсатора 10 — точка "в" — обратный клапан

13 — общая точка "а" — трехходовой переключающий клапан 4 — нагреватель 2 — обьект 1

35 — буферная емкость 19. В это время обратные клапаны 14, 15 и 17 закрыты. Так как температура объекта 1 ниже заданной, то регулятор температуры 6 через исполнительный элемент 7 включает в работу нагре40 ватель 2 и поэтому теплоноситель, проходя через нагреватель 2, нагревается в передает тепло объекту 1, После прохождения объекта 1 первая порция теплоносителя поступает в буферную емкость 19 и там

45 накапливается, Через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 25 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 23 включает клапан 26. При этом сжатый воздух поступает в пневматическую полость В мембранного пульсатора 11. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана С пульсэтора 11 начинает перемещаться вверх. вытесняя из гидравлической полости А теплоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсэторэ 11 — точка "г"— обратный клапан 15 — общая точка "а"— трехходовой переключающий клапан 4 — нагреватель 2 — объект 1. В это время обратные

1824629

30

50,55 клапаны 16, 13 и 17 закрыты, Теперь вторая порция теплоносителя. равная объему гидравлической полости А пульсатора 11, проходит через нагреватель 2, отбирая тепло, нагревает объект 1 и поступает в буферную емкость 19.

В момент отключения клапана 25 и включения клапана 26, когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 11 к буферной емкости 19. также начинает движение теплоноситель из буферной емкости

19 в гидравлическую полость А пульсатора

10. т,к. сжатый воздух из пневматической полости В пульсатора 10 стравливается через трехходовой клапан 25 в атмосферу и мембрана С пульсатора 10 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее. Теплоноситель движется по пути: буферная емкость 19 — общая точка

"б" — обратный клапан 14 — точка "в" — полость А пульсатора 10. Происходит заполнение полости А пульсатора 10 теплоносителем.

Далее. через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 26 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 24 включает клапан 27. При этом сжатый воздух поступает в пневматическую полость В мембранного пульсатора 12, Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины мембрана С пульсатора 12 начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теплоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсатора 12 — точка "д"— обратный клапан 17 — общая точка "а"— трехходовой переключаюший клапан 4 — нагреватель 2 — объект 1 — буферная емкость

19. B это время обратные клапаны 18,13 и

15 закрыты, Теперь третья порция теплоносителя, равная объему гидравлической полости А пульсатора 12. проходит через нагреватель 2, отбирая тепло. нагревает обьект 1 и поступает в буферную емкость 19, В момент отключения клапана 26 и включения клапана 27. когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 12 к буферной емкости 19, также начинает движение теплоноситель из буферной емкости 19 в гидравлическую полость А пульсатора 11, т.к. сжатый воздух из пневматической полости

B пульсатора 1Ц стравливается через трехходовой клапан 26 в атмосферу и мембрана

С пульсатора 11 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее.

Теплоноситель движется по пути: буферная емкость 19 обгцая то ка "б" — обратный клапан 16 — точка "г" - полость А пульсатора

11. Происходит заполнение полости А пуль сатора 11 теплоносителем. К этому времени гидравлическая полость А пульсатора 10 уже заполнилась теплоносителем.

Следовательно, за три временных такта три порции теплоносителя из трех гидравлических полостей пульсаторов 10, 11 и 12. следуя непрерывно друг за другой, создают в напорной части контура непрерывный прямой поток теплоносителя, проходящий через нагреватель и объект и поступающий в буферную емкость 19. Одновременно с этим -из буферной емкости 19 в обратной (всасывающей) части циркуляционного контура образуется обратный поток теплоносителя, поочередно заполняющий гидравлические полости А пульсаторов 10 и

11.

Через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключит клапан 27 и вновь включит клапан 25. При этом вновь теплоноситель из гидравлической полости А пульсатора 10 будет перемещаться по пути; полость А пульсатора 10— точка "в" — обратный клапан 13 — общая точка "а" — трехходовой клапан 4 — нагреватель 2 — объект 1 — буферная емкость 19, а из буферной емкости 19 теплоноситель будет перемещаться в гидравлическую полость А пульсатора 12 по пути: буферная емкость 19 — общая точка "б" — обратный клапан 18 — точка "д"-- гидравлическая полость А пульсатора 12.

Таким образом, пульсаторы 10, 11 и 12 поочередно подают в объект 1 порции нагретого в нагревателе 2 теплоносителя, При этом если один пульсатор вытесняет из своей гидравлической. полости теплоноситель, то в это время другой пульсатор заполняет теплоносителем свою гидравлическую полОСть.

До тех пор пока температура в обьекте

1 меньше заданной, теплоноситель будет проходить нагреватель 2 и нагревать объект

1. Как только температура в объекте 1 станет равной заданному значению, регулятор температуры 6 отключит нагреватель 2 и теплоноситель будет циркулировать с достигнутой температурой, B дальнейшем процесс регулирования температуры объекта 1 будет осуществляться путем включения и отключения нагревателя 2.

Если же по каким-либо причинам температура в объекте 1 начнет увеличиваться, то регулятор температуры 6 через исполнительный элемент 8 откроет клапан 9 подачи хладагента в змеевик охладителя 3 и переключит трехходовой переключающий клапан 4. Так квк пульсаторы 10. 11 и 12

1824629 постоянно находятся в работе, т.е. периодически выталкивают иэ гидравлических полос ей определенные порции теплоносителя, то при переключенном клапане 4 в первый такт теплоноситель идет по пути: гидравлическая полость А пульсатора 10 — точка "в" — обратный клапан 13 — общая точка "а"— трехходовой переключающий клйпан 4 — охладитель 3 — объект 1 — буферная емкость 19. во второй такт — по пути: гидравлическая полость А пульсатора 11 †точ "r" — обратный клапан 15 — общая точка "а" — трехходовой переключающий клапан 4 — охладитель

3 — объект 1 — буферная емкость 19, а в третий такт — по пути: гидравлическая полость А пульсатора 12 — точка "д" — обратный клапан 17 — общая точка "а" — трехходовой клапан 4 — охладитель 3 — объект 1 — буферная емкость 19.

В это же время из буферной емкости 19 теплоноситель будет непрерывно возвращаться в гидравлические полости пульсаторов так же, как при разогреве, Теплоноситель, проходя через охладитель

3, охлаждается в нем и охлаждает объект 1.

Процесс охлаждения будет происходить до тех пор, пока температура в объекте 1 не уменьшится до значения, при котором регулятор температуры 6 не отключит клапан 9 подачи хладагента и не переключит трехходовой переключающий клапан 4.

В дальнейшем регулирование температуры в объекте 1 будет осуществляться путем переключения потока теплоносителя, идущего или через нагреватель 2, или через охладитель 3.

Использование в предлагаемом устройстве трех пульсаторов позволило получить однонаправленный устойчивый практически непрерывный поток теплоносителя через объект с коэффициентом пульсаций около 6 . Значительное — на порядок — снижение коэффициента пульсаций позволило добиться поставленной цели. суть которой— повышение надежности и точности устройства, Значительное уменьшение пульсаций потока теплоносителя обеспечивает стабилизацию его скорости и, следовательно, стабилизацию коэффициента теплообмена в объекте регулирования. В свою очередь, 5

50 стабилизация коэффициента теплообмена обеспечивает высокую точность поддержания заданного температурного режима.

Дальнейшее усложнение конструкции будет сопровождаться незначительным уменьшением коэффициента пульсаций.

Так. при установке четырех пульсаторов и восьми обратных клапанов коэффициент пульсаций составит 3,2 . пяти пульсаторов и десяти обратных клапанов — 2, шести пульсаторов и двенадцати обратных клапанов — 1,4 ф,.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры. содержащее нагреватель и охладитель, установленные в контурах циркуляции со средством для принудительного перемещения теплоносителя с блоком управления, регулятор температуры, вход которого соединен с датчиком температуры объекта, выход которого связан через первый исполнительный элемент с нагревателем, через второй исполнительный элемент с охладителем и трехходовым переключающим клапаном, установленным на входах в нагреватель и охладитель, причем контуры циркуляции после нагревания и охлаждения соединены непосредственно с объектом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, в нем установлена буферная емкость, средство для принудительного перемещения теплоносителя выполнено в виде трех пневматических мембранных пульсаторов и шести обратных клапанов, соединенных между собой по схеме трехфазного моста, одна общая напорная точка которого сообщена с входом трехходового переключающего клапана, другая общая всасывающая точка моста соединена через буферную емкость с выходом объекта, а точки питания моста соединены с гидравлическими полостями соответствующих пневматических мембранных пульсаторов, пневматические полости которых соединены с источником питания через дополнительно введенные трехходовые клапаны, управляющие входы которых соединены с выходами блока уп.равления.

1824629

Составитель О. Гудкова

Техред М.Моргентал Корректор H. Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент, г. ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2225 Тираж Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Рвушская нвб., 4/5