Способ определения и учета теплопотребления и устройство для его реализации
Изобретение относится к теплотехническим измерениям. Способ включает оценку потребленного тепла по массе теплоносителя, его удельной теплоемкости и периоду потребления тепла, при этом учитывается возможное использование потребителем теплоносителя для своих нужд. Устройство содержит измерители в цепи входного и выходного теплопроводов и схему обработки и отображения показаний. Каждый измеритель состоит из корпуса и рамки с турбинкой. Турбинка жестко связана с постоянными магнитами. На корпусе установлены катушки статора, часть из которых опирается на термобиметаллические пластины, а другая часть жестко закреплена на корпусе. Устройство для калибровки измерителей содержит вентили, систему трубопроводов, емкость с теплоносителем, измерители температуры и уровня, а также приспособление для создания избыточного давления. Изобретение позволяет повысить чувствительность и упростить метод определения расхода, а также обеспечивает автономность учета теплопотребления. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет оценивать расход тепловой энергии, массу горячей и холодной воды, израсходованной у потребителя, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве при тепло- и водоснабжении населения.
Известен способ определения расхода тепловой энергии (патент №2105958 RU от 29.05.1998 г.). Сущность изобретения основана на термометрических измерениях на входе и выходе теплоиспользующих установок, а разность термометрических сигналов пропорциональна номинальным мощностям теплоиспользующих установок.
Реализация такого изобретения дополнительно требует электрического питания электронных схем, что исключает автономность измерений. Схемные решения в этом изобретении очень сложны и могут снижать надежность получаемых результатов.
Известен способ учета тепловой энергии отопительного прибора и отапливаемого помещения, взятый в качестве прототипа (патент №2145063 RU от 15.02.2000 г.) Способ заключается в том, что по разности мгновенных значений температур отапливаемого прибора и отапливаемого помещения непрерывно определяют мгновенные значения разностных термоЭДС, которые преобразуют в соответствующие мгновенные значения тока записи интегратора дискретного действия, который преобразует его в количество электричества. При считывании постоянным током известных величин: времени считывания, коэффициента теплоотдачи отопительного прибора, его площади и тока считывания, судят о количестве потребляемой тепловой энергии.
Недостатком известного способа является большое количество параметров, которые предварительно необходимо знать; для считывания информации с интегратора требуется генерировать ток считывания, а в этом случае не будет соблюдаться автономность устройства измерения; здесь отсутствует учет массы теплоносителя, поступающего и используемого потребителем.
Существенным недостатком известного способа является наличие открытого доступа к термометрическим датчикам, особенно когда они находятся в отапливаемом помещении, где открывается возможность несанкционированного подогрева его и тем самым уменьшение разности температур, а значит, регистрируется заведомо заниженная величина теплопотребления. Особо следует отметить отсутствие в известном изобретении перехода от измеряемых электрических величин на теплотехнические, то есть отсутствует способ калибровки измерительного устройства.
Техническим результатом предлагаемого способа является прямой учет теплопотребления; повышение чувствительности определения теплопотребления; упрощение метода измерения; полная автономность термометрических измерений, исключающая подведение дополнительной электроэнергии, и тем самым исключается несанкционированный доступ к измерительным датчикам; универсальность способа, позволяющая определять не только учет тепловой энергии, но вести определение величины расхода горячей воды с учетом ее температуры, а также учитывать расход холодной воды. Предлагаемый способ позволяет калибровать измеряемую величину в теплотехнических и массовых единицах.
Решение технической задачи в способе определения и учета теплопотребления заключается в том, что в цепь входного и выходного теплопроводов последовательно устанавливают в корпусе турбинку с жестко закрепленными на ее оси гидроизолированными постоянными магнитами, которые являются роторами тахогенераторов. Часть подпружиненных статорных катушек закрепляют снаружи корпуса, на которые опираются свободные концы термобиметаллических пластин, другие концы которых соединяют через тепловой контакт с корпусом измерительного устройства. Статорные катушки устанавливают на корпусе в фиксированном положении по отношению к полюсам постоянных магнитов ротора. Индуцируемые в них мгновенные значения ЭДС выпрямляют, и в виде разности потенциалов, измерительных устройств на входном и выходном теплопроводе, отдельно для фиксированных и подпружиненных катушек статора, подают соответственно на микродвигатели постоянного тока, вращающие барабанные счетчики оборотов. По накопленным показаниям счетчиков определяют, за конкретный период времени, величину использованного количества тепла и израсходованного теплоносителя по следующим формулам:
dQ=Kt×Nt,
dM=Km×Nm,
где Kt - коэффициент пропорциональности. Оценивают его или на специальном и отдельном калибровочном стенде, где монтируют расходомер, или такой стенд включают в состав всего измерительного комплекса и, в этом случае, вводят дополнительные теплопроводы прямого подключения потребителя к теплосети, минуя калибруемые измерительные устройства. Для калибровки измерительное устройство подсоединяют к емкости, заполняют ее периодически теплоносителем одной и той же массы и нагревают в каждом случае до определенной температуры, чтобы охарактеризовать весь диапазон ее изменения в теплосети. При этом создают избыточное давление в емкости, соответствующее давлению теплосети. Нагретый теплоноситель пропускают через измерительное устройство и фиксируют показания барабанного счетчика при каждом значении температуры. По заданным значениям температуры, при постоянной массе и известной удельной теплоемкости теплоносителя, вычисляют количество тепла, прошедшее через измерительное устройство. Усредненные значения отношений вычисленного значения теплоты на показания барабанного счетчика будет равно Kt. Так же определяют коэффициент пропорциональности для другого измерительного устройства, установленного на выходном теплопроводе. При этом добиваются равенства его с ранее уже определенной величиной путем регулировки предварительного напряжения пружин, подпирающих катушки статора под биметаллическими пластинами;
Km - коэффициент пропорциональности оценивают для измерительного устройства на входном и выходном теплопроводе путем поочередного пропускания через них, под давлением, равным давлению теплосети, серии порций теплоносителя различной, но предварительно известной массы. Известные значения массы теплоносителя делят на соответствующие показания барабанного счетчика и получают величину коэффициента пропорциональности. Такое же значение получают и для расходомера на выходном теплопроводе, в противном случае его выравнивают регулировкой положения катушек статора;
Nt и Nm - показания барабанного счетчика тепла и массы.
Способ определения и учета теплопотребления и расхода теплоносителя может отличаться тем, что величину разности потенциалов квантуют на временные интервалы и получают нормализованные по длительности импульсы, амплитуду которых преобразуют в цифровой код и подают на барабанный счетчик импульсов у потребителя тепловой энергии и по каналу связи передают для регистрации у производителя. Схему аналого-цифрового преобразователя питают постоянным, стабилизированным напряжением от выпрямителя тахогенератора измерения массы теплоносителя на входном теплопроводе.
Устройство определения и учета теплопотребления относится к области приборостроения и может быть использовано в системах тепло- и водоснабжении для измерения и регистрации.
Известны теплосчетчики (патент №2135967 RU от 24.08.1999), содержащие крыльчатку, кинематически связанную со счетным механизмом, которые снабжены рассекателем, соединенным одним концом с термобиметаллической пружиной, расположенным во входном канале корпуса, а другим концом он связан с перегородкой корпуса, где обеспечивается регулировка его положения.
Недостатком такого устройства является сложность изготовления деталей, обеспечивающих гидроизоляцию и точность для магнитной передачи вращения крыльчатки, находящейся в потоке теплоносителя к барабанному счетчику расхода. Магнитная полумуфта, находящаяся в потоке теплоносителя, будет подвержена медленному воздействию коррозии, и магнитный материал будет им выноситься, и значит, может ухудшаться магнитная связь с барабанным счетчиком. На показания такого устройства можно принудительно (несанкционированно) воздействовать или дополнительным магнитным полем, ухудшая связь между полумуфтами, или принудительно охлаждать то место, где находится один из концов термобиметаллической пружины.
В качестве прототипа нами выбрано устройство (патент №2003061 RU от 15.11.1993 г.) для измерения тепла, содержащее турбинку-ротор и термочувствительный элемент, установленный внутри корпуса трубопровода, статор, размещенный снаружи корпуса, и блок регистрации. В качестве термочуствительного элемента используются термомагнитные экраны или термомагнитные проводники, размещенные в трубопроводе между статором и ротором или закрепленные на роторе.
Существенным недостатком известного изобретения является то, что с уменьшением температуры устройство будет регистрировать массу теплоносителя, прошедшую через него. Индуцируемое в катушке статора значение ЭДС (Е) равно:
где
N - число витков катушки статора;
Ф - магнитный поток, Ф=В*S; В - магнитная индукция; S - площадь;
w - угловая частота вращения турбинки-ротора;
t - время.
Из формулы (1) видно, что в отсутствие нагретого теплоносителя за счет остаточной магнитной индукции Во в катушке статора может индуцироваться остаточная ЭДС, которая и не связана с тепловой энергией.
Конструктивное исполнение известного устройства не позволяет оперативно менять турбинку-ротор при выходе ее из строя. Здесь не исключен несанкционированный доступ к устройству. Устройство имеет узкую область применения и не может использоваться для определения расхода отдельно горячей или холодной воды. В описании устройства не рассматривается конкретно вопрос учета расходуемой тепловой энергии, не показан переход от величины ЭДС к теплотехническим единицам, то есть не предусмотрена калибровка измерительного устройства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции; обеспечение оперативной смены турбинки-ротора при выполнении ремонтных работ; исключение несанкционированного воздействия не только на процесс определения тепловой энергии, но и на отдельные элементы и узлы устройства; выполнение перевода показаний регистрирующих индикаторов в теплотехнические единицы. Устройство может определять количество массы теплоносителя, горячей и холодной воды, прошедшее через него.
Решение указанной задачи достигается тем, что расходомер содержит корпус из материала с высокой теплопроводностью, установленный последовательно в цепи входного и выходного теплопровода через теплоизоляционные втулки и имеющий внутри пазы, куда вставляется рамка, с закрепленными на оси турбинкой и гидроизолированными постоянными магнитами. Снаружи на корпусе измерительного устройства одну часть подпружиненных катушек статора крепят в направляющих, и сверху на них опираются свободными концами термобиметаллические пластины. Другие концы пружин крепятся к бобышкам и термически связаны с корпусом расходомера и с возможностью регулирования их положения. Другая часть катушек статора, жестко крепящаяся на корпусе, имеет возможность изменять свое положение с помощью регулировочных винтов. Электрически эти части катушек статора по отдельности соединяются со схемами выпрямления, а выходы последних - с входами разностных схем, причем на входы подается выпрямленное напряжение отдельно с подпружиненных катушек устройств, установленных на входном и выходном теплопроводах и отдельно с фиксированных катушек. Выходы разностных схем электрически связаны с микродвигателями постоянного тока, передающими вращения через редукторы отдельно барабанным счетчикам оборотов, показания которых прямо пропорциональны величине приложенного к ним постоянного напряжения. Все измерительные устройства и части входных и выходных теплопроводов располагаются в термоизолирующем и пломбируемом шкафу, исключающем несанкционированный доступ к ним.
Устройство может содержать схему временного квантования, электрически связанную с выходом разностной схемы, а выход схемы квантования соединен с аналого-цифровым преобразователем, который, в свою очередь, соединен с барабанным счетчиком импульсов.
Для осуществления калибровки устройство содержат краны и систему трубопроводов для переключения потока теплоносителя к пользователю, минуя измерительное устройство, и для подключения емкости с нагреваемой в ней жидкостью, соответствующей по составу теплоносителю, до заданной по термометру температуры и конкретного объема, определенного по уровнемеру. Емкость соединена с компрессором, создающим избыточное давление, соответствующее давлению теплосети.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг.1 и на фиг.2.
На фиг.1 показано непосредственно только устройство для определения и учета теплопотребления в двух проекциях. На фиг.2 приведен один из вариантов схемы подключения калибровочного устройства в теплосеть у потребителя.
Измерительное устройство на фиг.1 содержит корпус 1 из немагнитного материала с высокой теплопроводностью (латунь, бронза), подсоединяемый через переходную термоизоляционную втулку 2 к теплосети 3 с помощью гайки 4 и муфты 5. На раме 6 закреплена ось с турбинкой 7 и постоянными магнитами 8, находящимися в гидроизолирующем покрытии для исключения воздействия коррозии. Рамка 6, имеющая форму с малым гидравлическим сопротивлением потоку теплоносителя, вставляется в фигурные пазы внутри корпуса 1. Одним концом на бобышках 10 сверху корпуса 1 закреплены термобиметаллические пластины 9, опирающиеся другим концом на катушки статора 11, причем своим активным слоем 12. Катушки 11 подпружинены с возможностью перемещения в направляющих 13. Степень сжатия (напряжение) пружин регулируется с помощью винтов 14. Индуцируемая постоянными магнитами 8 во всех катушках 11 статора ЭДС подается по проводам в схему выпрямления 15, причем в отдельные схемы выпрямления для устройства на входном и на выходном теплопроводах. Выпрямленные значения в виде потенциала отдельно подаются на разностную схему 16, выход которой соединен с микродвигателем постоянного тока 17. Вращение микродвигателя 17 прямо пропорционально разности потенциалов на его входе. Микродвигатель 17 вращает через редуктор 18 барабанный счетчик оборотов 19, на котором сохраняется вся информация об изменении разности потенциалов за конкретный период.
Часть катушек 20 статора жестко крепится на корпусе 1 с возможностью регулирования их положения по отношению к постоянным магнитам ротора с помощью таких же винтов 14. Индуцированное значение ЭДС в катушках 20, установленных на входном и выходном теплопроводах 3, подается на отдельные схемы выпрямления 21. Выходы выпрямителей 21 соединены с разностной схемой 22, которая, в свою очередь, соединена с микродвигателем 23, вращающим через редуктор 24 барабанный счетчик оборотов 25, где сохраняется вся информация за конкретный период времени.
Другой вариант устройства для определения и учета теплопотребления и массы теплоносителя строится в основном с теми же узлами. Существенное отличие заключается в том, что выход схемы разности потенциалов 16 и 22 соединен с входом схемы временного квантования, где разность потенциалов разбивается на одинаковые временные интервалы, то есть получаем последовательность нормализованных по длительности импульсов различной амплитуды. Выход этой схемы соединен со схемой аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выход АЦП соединен непосредственно с барабанным счетчиком импульсов, без микродвигателей 17, 23 и редукторов 18, 24. Барабанный счетчик работает здесь от нормализованных по амплитуде и длительности импульсов. Питание схемы квантования и АЦП осуществляется со схемы выпрямления расходомера массы теплоносителя на входном теплопроводе и с последующей стабилизацией напряжения. Импульсы с выхода АЦП могут параллельно передаваться в диспетчерскую поставщика тепла, где будет осуществляться контроль.
На фиг.2 приведена конструктивная схема расположения устройства в защитном шкафу 26, который закрывается дверцей 27. На дверце расположены окошки, обеспечивающие визуальное считывание показаний барабанных счетчиков 19 и 25. Сквозь шкаф проходят входной и выходной теплопроводы 3, обходные теплопроводы 35, позволяющие с помощью вентилей 36, 37, 38 и 41, 42, 43 перепускать теплоноситель, минуя расходомеры. Здесь же в шкафу может находиться калибровочное устройство, но целесообразно располагать его отдельно у поставщика тепловой энергии, чтобы поверять все измерительные устройства в одном месте. Калибровочное устройство содержит герметично закрываемую емкость 28, которая через трубу 29 может заполняться холодным теплоносителем объемом, контролируемым по уровнемеру 32, и которая с помощью теплоэлектронагревателя (ТЭН) нагревается до температуры по термометру 31. Для создания избыточного давления, соответствующего давлению теплосети, служит компрессор 33, и давление контролируется по манометрам 34. Вентили 39, 40 и 44, 45 служат для перепуска нагретого или холодного теплоносителя, минуя расходомеры во входном или выходном теплопроводах.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, функционирует в следующей последовательности. Физическая основа способа может поясняться следующими формулами.
Количество тепла, поступающего к потребителю Q1 за конкретный период времени от t1 до t2, равно:
где
с - удельная теплоемкость теплоносителя;
m1 - масса теплоносителя, поступающая потребителю;
T1 - температура поступающего теплоносителя.
Возвращаемое в теплосеть количество тепла Q2 за тот же период будет равно:
где
m2 - масса теплоносителя, возвращенная в теплосеть;
T2 - температура возвращаемого теплоносителя.
Количество потребленного тепла dQ равно:
dQ=Q1-Q2=c*(t2-t1)*(m1*T1-m2*T2),
если принять, что отсутствует слив теплоносителя, то есть m1=m2 и:
Таким образом, для оценки величины потребленного тепла необходимо знать разность температур на входе и выходе у потребителя, массу теплоносителя, его удельную теплоемкость и период потребления тепла. Величины с и m являются const и могут входить в состав постоянных коэффициентов, и для определения количества использованного тепла потребителем за конкретный период достаточно будет измерить разность температуры в подводящем и выходящем теплопроводах за тот же период. Это применимо только при условии, что потребитель не использует теплоноситель для своих нужд (не возвращает его обратно в теплосеть), в противном случае его тоже учитывают.
Изображенное на фиг.1 устройство будет реализовывать указанные предпосылки в следующей последовательности.
Во входные и выходные трубы теплосети 3 последовательно вставляются («в рассечку») корпуса 1. Движущийся за счет избыточного давления теплоноситель вращает турбинку 7, а вместе с ней и постоянные магниты 8. Изменяющееся магнитное поле их индуцирует в катушках 11, расположенных сверху корпуса 1, ЭДС. Количество катушек 11 и количество постоянных магнитов будет определяться необходимой чувствительностью измерений, они могут быть соединены последовательно, если сравнивать потенциалы, или параллельно, если сравнивать вырабатываемые ими мощности. Проходящий через корпус 1 теплоноситель быстро его нагревает, он отделен от теплосети 3 теплоизоляционными втулками 2. Тепло корпуса 1 через бобышки 10 передается на термобиметаллические пластины 9, у которых активный слой 12 опирается на подпружиненные в направляющих 13 катушки 11. При нагреве термобиметаллическая пластина изгибается и давит на катушку 11, приближая ее обмотки к постоянным магнитам, а следовательно, и величина индуцируемой ЭДС будет пропорционально возрастать. Величина перемещения катушек 11 по направляющим 13 регулируется с помощью винтов 14, и тем самым можно выравнивать температурные коэффициенты пропорциональности Kt измерительных устройств, установленных на входном и выходном теплопроводах. Величина индуцируемой ЭДС будет определяться формулой (1). Величина Kt зависит от следующих основных факторов: вида термобиметаллических пластин, их размера, количества катушек статора, количеством витков, их площадью и схемой их соединения (последовательно или параллельно), количества полюсов и величиной магнитной индукции постоянных магнитов, то есть конструкцией ротора. Катушки статора 11 соединены с входами схем выпрямления 15, отдельно для входного и выходного теплопроводов. Выпрямленное напряжение подается на разностную схему 16, и с нее разность потенциалов воздействует на микродвигатель постоянного тока 17, который через редуктор 18 вращает барабанный счетчик 19. Обороты микродвигателя постоянного тока 17 пропорциональны разности потенциалов, приложенной к его входу, то есть пропорциональны количеству потребленного тепла.
На корпусе 1 закреплены в фиксированном положении статорные катушки 20 отдельно на входном и выходном теплопроводах. Здесь также присутствуют регулировочные винты 14, изменяющие положение этих катушек по отношению к постоянным магнитам ротора 8, позволяющим выравнивать величину Km измерительных устройств на входном и выходном теплопроводах. Из формулы (1) следует, что величина индуцируемой ЭДС при N=Ф.=const будет определяться только w, частотой вращения турбинки-ротора, которая зависит от скорости теплоносителя через измерительное устройство или, точнее, от давления в теплосети. Выпрямленные на схемах 21 значения потенциала в виде разности между входным и выходным теплопроводом со схемы 22 подаются на другой микродвигатель постоянного тока 23, который через редуктор 24 вращает барабанный счетчик 25.
Такая конструкция измерительного устройства является простой и полностью автономной; сама вырабатывает электроэнергию и преобразует ее во вращательное движение, передаваемое на барабанные счетчики, где она сохраняется и периодически может использоваться для оценки и учета израсходованного тепла и количества теплоносителя. Закрыв измерительное устройство в специальный, пломбируемый шкаф с частью теплопровода, исключают несанкционированный доступ к нему. Наличие термоизоляционных втулок 2 исключает нагрев корпуса 1 устройства, установленного на выходном теплопроводе 3, или принудительное охлаждение корпуса 1 на входном теплопроводе.
Индуцируемая величина ЭДС может и по-другому преобразовываться. Потенциал с выхода разностной схемы 16 подается на схему временного квантования, где медленно изменяющаяся разность потенциала переходит в серию импульсов нормализованной длительности и с амплитудой, равной значению разности потенциала в конкретный момент времени. Эти импульсы поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и на выходе получаем уже нормализованные по амплитуде и длительности импульсы, частота следования которых определяется значением теплоты, израсходованной у потребителя. Импульсы поступают у потребителя на барабанный счетчик импульсов и могут быть переданы по линии связи на барабанный счетчик импульсов у производителя тепла. Установив такое измерительное устройство на выходе у производителя тепла и имея информацию о расходе у потребителя, можно контролировать производство и потребление тепла, а также можно обнаруживать возможные его утечки и другие неполадки в сети теплоснабжении. Питание дополнительных электронных схем может осуществляться с выпрямительной схемы фиксированной катушки статора расходомера на входном теплопроводе. Выпрямленное напряжение для питания электронных схем предварительно стабилизируют. Такой вариант регистрации разности потенциалов не показан на фиг.1 и 2.
Определение и учет горячей воды осуществляется в следующей последовательности. В "рассечку" подводящего к потребителю трубопровода горячей воды 3 вставляют корпус 1, крепящийся также с помощью муфты 5 и гайки 4, использование термоизоляционной втулки 2 не обязательно, здесь может быть применена переходная втулка от одного диаметра к другому. Здесь также установлены два вида катушек статора 11: подпружиненные катушки с опирающимися на них термрбиметаллическими пружинами и катушки, находящиеся в фиксированном положении по отношению к постоянным магнитам ротора. Индуцируемая ЭДС в подпружиненных катушках будет определяться температурой и массой горячей воды, прошедшей через измерительное устройство. Величина ЭДС в зафиксированных катушках будет определяться только массой горячей воды. Если зафиксировать катушки в положении, соответствующем положению подпружиненных при температуре обычной (не горячей) воды, то разность выпрямленных потенциалов будет равна температуре горячей воды, а выпрямленная величина ЭДС, индуцируемая в фиксированных катушках, будет равна массе израсходованной горячей воды. Электронная схема измерительного устройства в этом случае работает в следующей последовательности: индуцированная ЭДС в фиксированных и подпружиненных катушках подается на отдельные схемы выпрямления 15, с выхода которых потенциалы подаются на разностную схему 16. Разность потенциала со схемы 16 подают на микродвигатель постоянного тока 17, вращение которого через редуктор 18 передается на барабанный счетчик оборотов 19. Разность показаний счетчика оборотов 19 за конкретный период будет равна количеству тепла Q1 (см. формулу (2)), израсходованного при пользовании у потребителя горячей водой. Второй микродвигатель постоянного тока 23 подсоединен параллельно к схеме выпрямления ЭДС 15 с фиксированных катушек 11, который через редуктор 24 вращает барабанный счетчик оборотов 25. Показания этого счетчика будут соответствовать массе m1 горячей воды, прошедшей через измерительное устройство.
Таким образом, предложенный способ определения и учета расхода горячей воды может конкретно оценивать по отдельности количество потребленного тепла и массу горячей воды. При этом потребитель может по отдельности оплачивать за тепло и за массу горячей воды, приравненной к холодной.
Определение массы потребленной холодной воды можно осуществлять таким же путем, как и для горячей, но в значительной степени проще. Здесь не потребуется термобиметаллические пластины и бобышки на корпусе 1, к которым они крепятся. Здесь использованы только катушки 11 статора, зафиксированные по отношению к постоянным магнитам ротора 8. Индуцируемое значение ЭДС в них выпрямляется на схеме 15 и подается на микродвигатель 17, передающий через редуктор 18 вращение на барабанный счетчик оборотов 19. Измерительные устройства для учета расхода горячей и холодной воды должны находиться в защитных кожухах, которые пломбируются, чтобы исключить несанкционированный доступ к устройству. На кожухах должны быть прозрачные окошки для считывания показаний барабанных счетчиков.
В измерительных устройствах расхода холодной и горячей воды может быть применена схема более сложная с использованием АЦП, и получаемая информация может передаваться к производителю.
Для перевода показаний барабанных счетчиков в единицы тепла и массы устройство необходимо калибровать. На фиг.2 приведен пример калибровочного устройства, входящего в состав измерительного устройства непосредственно у потребителя. Оно может располагаться и у производителя, где все устройства проверяются и калибруются. Процесс калибровки осуществляется в следующей последовательности.
Емкость 28 наполняют теплоносителем через трубопровод 29 до определенного объема, контролируемого по уровнемеру 32, и нагревают ТЭНом 30 с контролем по термометру 31 до температуры T1. В емкости 28 с нагретым теплоносителем с помощью компрессора 33 создают и поддерживают избыточное давление, контролируемое по манометру 34 и соответствующее давлению теплосети. Затем по обходному теплопроводу 35 подают теплоноситель потребителю, для чего открывают вентиль 38, а вентили 36 и 37 перекрывают. На схеме выпрямителей 15 отключают подачу потенциала с измерительного устройства на выходном теплопроводе 3. На разностную схему 16 будет подаваться потенциал, соответствующий теплоте теплоносителя, образовавшейся в емкости 28 и прошедшей через расходомер 1, если откроем вентили 39 и 40. Потенциал воздействует на микродвигатель 17, который через редуктор 18 вращает барабанный счетчик 19, на котором зафиксируется отсчет N1. Предыдущие показания счетчика обнуляются (сбрасываются). Затем повторяют процесс, но уменьшают температуру теплоносителя; при значении Т2 показания счетчика будут N2. И так процесс повторяют, снижая температуру, и фиксируют показания счетчика. Количество таких точек составляет 5-6 в ожидаемом интервале изменения теплоносителя. По полученным результатам вычисляют количество перенесенного тепла через расходомер и строят графическую зависимость между теплотой и показанием барабанного счетчика. Эта зависимость будет линейной, и угол наклона ее соответствует значению коэффициента пропорциональности Kt. Если эта зависимость не линейна, то путем изменения шага намотки подпружиненных обмоток статора добиваются линейности. В такой же последовательности выполняется калибровка расходомера на выходном теплопроводе. Путем перекрытия с помощью вентилей 39, 42, 41, 43 пропускают к потребителю теплоноситель. Открывая вентили 44 и 45, пропускают специально нагретый в емкости 28 теплоноситель через расходомер при различных значениях температуры, а с выхода другого выпрямителя 15 потенциал подают на разностную схему 16, но, отключив другой выпрямитель 15, а выход схемы 16 подключают к микродвигателю в обратной полярности. Графически оцениваемая величина коэффициента пропорциональности Kt должна совпадать с ранее полученным значением. Если она не совпадает, то с помощью регулирующих винтов 14 изменяют напряжение пружин на катушках статора 11 и добиваются совпадения. Полученные одинаковые значения коэффициентов пропорциональности позволяет распространить любое из них на разность потенциалов, регистрируемую барабанным счетчиком 19. После завершения калибровки расходомеров тепла соединяют провода статорных катушек с соответствующими выпрямителями 15, а их выходы - с разностной схемой 16. Величина коэффициента Kt фиксируется у потребителя, и ее использует, когда рассчитываются за использованное тепло с производителем.
В таком же порядке выполняется калибровка измерительное устройство учета массы теплоносителя, горячей и холодной воды. В этом случае в емкость 28 заливается холодная вода объемом V1, а к схеме 22 подсоединяется только выход выпрямителя 21 калибруемого измерительного устройства, с помощью тех же вентилей перепускают содержимое 28 под давлением теплосети через него. На барабанном счетчике 25 фиксируются показания N1. Изменяют объем теплоносителя и фиксируют отсчет на счетчике. Затем по 5-6 точкам устанавливают линейную зависимость и определяют коэффициент пропорциональности Km. Так же выполняют калибровку измерительного устройства на выходном теплопроводе. Полученное здесь значение Km регулировкой положения фиксированных катушек статора 11 с помощью винтов 14 выравнивают с предыдущим. По завершению калибровки соединения на электронных блоках для соответствующих измерительных устройств приводят в исходное рабочее состояние. Практическое использование предлагаемого способа и устройства позволяет вести строгий учет и контроль расхода тепла горячей и холодной воды.
1. Способ определения и учета теплопотребления, включающий проведение измерений на входе и выходе теплоиспользующих установок, отличающийся тем, что в цепь входного и выходного теплопроводов последовательно устанавливают измерительные устройства, каждое из которых содержит установленную в корпусе турбинку с жестко закрепленными на ее оси гидроизолированными постоянными магнитами, которые являются ротором тахогенератора, при этом подпружиненные статорные катушки тахогенератора закрепляют снаружи корпуса, на катушки опирают свободные концы термобиметаллических пластин, другие концы пластин соединяют с корпусом измерительного устройства, другие статорные катушки тахогенератора устанавливают на корпусе в фиксированном положении по отношению к полюсам постоянных магнитов ротора, индуцируемые в статорных катушках мгновенные значения ЭДС выпрямляют и определяют разность потенциалов от измерительных устройств на входном и выходном теплопроводах, отдельно для фиксированных и подпружиненных катушек статора, которую подают на соответствующие барабанные счетчики, по накопленным показаниям счетчиков определяют за конкретный период времени величину потребленного количества тепла и израсходованного теплоносителя по следующим формулам:
dQ=Kt·Nt;
dM=Km·Nm,
где Kt - коэффициент пропорциональности, который оценивают на отдельном калибровочном стенде или на калибровочном стенде, включенном в состав измерительного комплекса, в этом случае вводят дополнительные теплопроводы прямого подключения потребителя к теплосети, минуя калибруемые измерительные устройства, для калибровки измерительное устройство, установленное на входном теплопроводе, подсоединяют к емкости, которую периодически заполняют теплоносителем одной и той же массы и нагревают в каждом случае до определенной температуры, чтобы охарактеризовать весь диапазон ее изменения в теплосети, создают избыточное давление в емкости, соответствующее давлению теплосети, и нагретый теплоноситель пропускают через измерительное устройство, после чего фиксируют показания барабанного счетчика при каждом значении температуры, по известным значениям температуры при постоянной массе и известной удельной теплоемкости теплоносителя вычисляют количество теплоты, прошедшее через измерительное устройство, по усредненным значениям отношений вычисленных значений теплоты к показаниям барабанного счетчика или по углу наклона графической зависимости вычисленной теплоты от количества оборотов барабанного счетчика оценивают Kt, также определяют коэффициент пропорциональности для измерительного устройства, установленного на выходном теплопроводе, при этом добиваются равенства его с ранее определенным значением путем регулировки предварительного напряжения пружин, подпирающих катушки статора под биметаллическими пластинами,
Km - коэффициент пропорциональности, который оценивают для измерительных устройств на входном и выходном теплопроводах путем поочередного пропускания через них под давлением, равным давлению теплосети, серии порций теплоносителя различной, но предварительно известной массы, по результатам деления известных усредненных значений массы теплоносителя на соответствующие показания барабанного счетчика или по углу графической зависимости массы теплоносителя от показаний счетчика получают величину Km, значение Km для измерительных устройств на входном и выходном теплопроводах должно быть одинаковым, в противном случае его выравнивают регулировкой положения фиксированных катушек статора,
Nt и Nm - показания барабанных счетчиков.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разность потенциалов подают на соответствующие счетчики через микродвигатели постоянного тока, которые вращают барабанные счетчики.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разность потенциалов квантуют на временные интервалы, в пределах которых значение величины разности потенциалов преобразуют в цифровой код, и в виде последовательности нормализованных по амплитуде и длительности импульсов подают на барабанный счетчик, схему преобразователя питают выпрямленным и стабилизированным напряжением с фиксированных катушек статора измерительного устройства на входном теплопроводе.
4. Устройство для определения и учета теплопотребления содержит измерительное устройство, включающее турбинку, установленную внутри корпуса, статор, размещенный снаружи корпуса, и блок регистрации, электрически связанный со статором, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит еще одно измерительное устройство, при этом корпуса измерительных устройств выполнены из материала с высокой теплопроводностью и установлены последовательно в цепи входного и выходного теплопроводов через теплоизоляционные втулки, каждое из измерительных устройств содержит задвигаемую в пазы корпуса рамку с закрепленной на оси турбинкой, жестко связанной с гидроизолированными постоянными магнитами, являющимися ротором, а снаружи на корпусе в направляющих закреплена часть подпружиненных катушек статора, на которые свободными концами опираются термобиметаллические пластины, причем своим активным слоем, другие концы которых крепятся к бобышкам на корпусе, другая часть катушек статора жестко крепится на корпусе, все катушки статора выполнены с возможностью регулирования их положения относительно постоянных магнитов ротора, электрически катушки статора соединены со схемами выпрямления, а выходы схем выпрямления с входами разностных схем, причем на входы разностных схем подается выпрямленное напряжение отдельно с подпружиненных катушек и отдельно с фиксированных катушек измерительных устройств, установленных на входном и выходном теплопроводах, выходной сигнал с разностных схем передается барабанным счетчикам, измерительные устройства и часть входных и выходных теплопроводов располагаются в термоизолирующем и пломбируемом шкафу, который исключает несанкционированный доступ, но обеспечивает визуальное считывание показаний барабанных счетчиков.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сигнал с разностных схем передается барабанным счетчикам посредством микродвигателей постоянного тока, обороты которых прямо пропорциональны приложенной разности потенциалов, вращение микродвигателей через редуктор передается барабанным счетчикам.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит схемы временного квантования, электрически связанные с выходом разностных схем, а выходы схем временного квантования соединены с аналого-цифровыми преобразователями, которые, в свою очередь, соединены с барабанными счетчиками.
7. Устройство для осуществления калибровки устройства для определения и учета теплопотребления по п.4, содержащее вентили и систему трубопроводов для переключения потока теплоносителя к пользователю, минуя измерительные устройства, отличающееся тем, что калибрующее устройство содержит емкость, заполняемую нагреваемым в ней до заданной контролируемой по термометру температуры и объема, определяемого по уровнемеру, теплоносителем, при этом емкость выполнена с возможностью создания избыточного давления, соответствующего давлению теплосети, а каждое из измерительных устройств выполнено с возможностью подсоединения к емкости.
