Автоматизированный тепловой пункт
Владельцы патента RU 2567226:
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (ГБОУ ВПО НГИЭИ) (RU)
Изобретение относится к стендам для лабораторных работ, применяемым при обучении студентов, изучающих дисциплину «Электротехнология». Автоматизированный тепловой пункт (устройство преобразования электрической энергии в тепловую), содержит параллельно соединенные между собой тэновый, электродный и вихревой подогреватели воды, отопительный прибор, бойлер со змеевиком, насос, термодатчики, щит управления, расходомер, систему трубопроводов, при этом в него введены электромагнитные клапаны, программируемый контроллер для управления и регулирования режимами нагрева, бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой для осуществления процесса тепломассообмена, сборка всех элементов выполнена с использованием резьбовых соединений предусматривающее возможность введения в процесс новых элементов. Это позволяет уменьшить габариты устройства, а также упростить его обслуживание. 5 ил.
Изобретение относится к приоритетному направлению развития науки, технологии и техники Российской Федерации - энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика, в частности к технологиям создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии, при этом он может применяться в лабораторных работах для обучения студентов, изучающих дисциплину «Электротехнология».
Известны: «Схема экспериментальной установки для исследований параметров саморегулируемого электроводонагревателя (СЭВН) с электродным источником теплоты в режиме отопления», содержащая электроводонагреватель с пассивным электродом, комплект измерительный, клапан регулирующий, приборы отопительные, выключатель автоматический, бак расширительный, шкаф управления, измеритель температуры и систему трубопроводов; «Экспериментальный стенд для исследований параметров СЭВН в проточном режиме при разогреве ДВС в зимний период», содержащий саморегулируемый водонагреватель, молоковоз, измеритель температуры, комплект измерительный и систему трубопроводов; «Схема экспериментального стенда электронагрева воды бойлерного типа», содержащего теплогенератор СЭВН-100, вентили, рубильник с предохранителями, шкаф управления, термометры, бойлер, бак расширительный, измерительные приборы и систему трубопроводов (Терентьев О.В. «Разработка и обоснование параметров водонагревателя с саморегулированием мощности для технологических процессов животноводства» Тамбов: Тамбовский ГТУ - диссертация, 2002, с.78, 82, 85 - http://diss.rsl.ru).
Однако известные устройства имеют недостатки: индивидуальное исполнение для исследований подогревателей только в каком-либо одном режиме работы: отопления - при естественной циркуляции воды; проточном - при принудительной циркуляции воды и емкостном - подогрев воды в бойлере посредством установленного в нем змеевика (теплообменника), что исключает объективную оценку энергопотребления различных конструкций подогревателей из-за различающихся условий их исследований и требует дополнительных площадей для размещения каждого из устройств.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является: «Стенд для испытаний электрических конструкций подогревателей воды» (патент РФ на полезную модель 101835) и более совершенный «Стенд для испытаний электрических подогревателей воды», содержащий элементный подогреватель воды, в котором установлены ТЭН, преобразующие электрическую энергию в тепловую, вихревой теплогенератор, расширительный бак, отопительные приборы, бойлер со змеевиком, насос, термодатчики, щит управления с приборами замера расхода электроэнергии, рабочего напряжения, потребляемых тока и мощности подогревателей воды и насоса, измеритель температуры выполнен с возможностью передачи воды от элементного подогревателя воды и вихревого теплогенератора к змеевику бойлера, а расходомер выполнен с возможностью измерения количества воды, нагреваемой в бойлере при этом стенд скомплектован посредством системы трубопроводов, отличающийся тем, что доукомплектован электродным и индукционным подогревателями воды и доукомплектован расходомером, установленным так, что позволяет измерять количество воды, нагреваемой любым подогревателем в любом режиме (Патент РФ на полезную модель 107360).
Недостатками известного лабораторного устройства (патент РФ №107360) являются громоздкость, приняты габариты стенда: длина - 3,5 м, ширина - 3,0 м, высота - 2,5 м, сложность в обслуживании из за необходимости ручного переключения большого (25) количества вентилей и несовершенства схемы управления. Ручное переключение затрудняет обслуживание стенда и не исключает субъективные ошибки человека. А также отсутствие возможности использования и введения новых элементов.
Целью предложения является устранение названных недостатков. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для замены более компактными: громоздкие бойлер, отопительные приборы и трубопроводы; в него введены электромагнитные клапаны, программируемый контроллер для управления и регулирования режимами нагрева, бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой для осуществления процесса тепломассообмена, сборка всех элементов выполнена с использованием резьбовых соединений, предусматривающих возможность введения в процесс новых элементов.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена конструкционно-технологическая схема стенда.
На фиг.2 представлена фотография лабораторного стенда.
На фиг.3 представлена принципиальная электрическая схема стенда.
На фиг.4 представлена мнемосхема стенда.
На фиг.5 представлены схемы работы стенда в режимах: отопления, проточном и бойлерном.
Стенд для исследования энергопотребления электрическими подогревателями воды, содержащий тэновый (ЭВПТ), электродный (ЭВПЭ) и вихревой (ЭВПВ) нагреватели воды, отопительные приборы (ОП), бойлер (Б) со змеевиком, насос (Н), термодатчики (Т1…Т9), щит управления (ЩУ), расходомеры (РВ), систему трубопроводов, отличающийся тем, что бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой, что позволяет исключить расширительный бак, вентили ручного переключения заменены на электромагнитные клапаны (ЭК1…ЭК9).
Стенд работает следующим образом (фиг.5).
1. Режим отопления. Система стенда заполняется 100 литрами воды, для чего сначала открывается вентиль В1. Вода под напором в водопроводной сети или посредством насоса Н заполняет трубопроводы, ЭПВ и ОП. После этого ЭПВ подключают под напряжение. Происходит подогрев воды, которая под действием насоса Н (или естественной конвекции) начинает циркулировать по контуру ЭПВ-ОП-ЭПВ. Движение теплоносителя по заданному контуру обеспечивают открытые электромагнитные клапаны ЭК1, ЭК4, ЭК6 и ЭК8, ЭК5 - все остальные закрыты.
2. Проточный режим. Система стенда заполняется водой аналогично п.1. ЭПВ подключают под напряжение. Происходит подогрев воды, которая под действием насоса Н начинает циркулировать по контуру ЭПВ-Б-ЭПВ. Движение теплоносителя по заданному контуру обеспечивают открытые электромагнитные клапаны ЭК1, ЭК4, ЭК6 и ЭК9 - все остальные закрыты.
3. Бойлерный режим. Система стенда заполняется водой аналогично п.1. ЭПВ подключают под напряжение. Происходит подогрев воды, которая под действием насоса Н начинает циркулировать по контуру ЭПВ-ЗМЕЕВИК-ЭПВ. Движение теплоносителя по заданному контуру обеспечивают открытые электромагнитные клапаны ЭК1, ЭК4, ЭК6 и ЭК7 - все остальные закрыты. Вентиль В2 служит для слива воды из стенда.
При исследованиях ЭПВ осуществляются замеры: потребляемой мощности - с помощью ваттметра; времени нагрева воды - с помощью термометра Т6 и секундомера; расхода электроэнергии - с помощью элетросчетчика; уровня шума - с помощью шумомера, количества воды, нагреваемой в контуре, с помощью расходомера (РВ2). При необходимости система стенда осушается через вентиль В1.
Спуск воздуха из трубопроводов стенда и компенсация теплового расширения воды обеспечивается открытостью системы стенда.
При нагреве воды до требуемой температуры ЭПВ автоматически отключается посредством термодатчика Т6 и реле температуры РТ (установлено в ЩУ).
Автоматизированный тепловой пункт (устройство преобразования электрической энергии в тепловую) содержит параллельно соединенные между собой тэновый, электродный и вихревой подогреватели воды, отопительный прибор, бойлер со змеевиком, насос, термодатчики, щит управления, расходомер, систему трубопроводов отличающийся тем, что в него введены электромагнитные клапаны, программируемый контроллер для управления и регулирования режимами нагрева, бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой для осуществления процесса тепломассообмена, сборка всех элементов выполнена с использованием резьбовых соединений, предусматривающих возможность введения в процесс новых элементов.
