Устройство для измерения эксергии рабочей среды
Владельцы патента RU 2702701:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам измерения эксергии тепловой энергии конвективным теплообменом. Модель может быть использована в контрольно-измерительных приборах для систем отопления и позволяет вести учет эксергии тепловой энергии. Предложено устройство для измерения эксергии рабочей среды, содержащее электромагнитный первичный преобразователь расхода, установленный в среднем сечении трубы, термопреобразователи сопротивления на подающем и обратном трубопроводах, тепловычислитель, вход которого соединен с выходом электромагнитного первичного преобразователя расхода. В устройстве дополнительно установлены термопреобразователь сопротивления, жестко закрепленный на кронштейне, в верхней части которого жестко закреплен козырек треугольной формы, вычислитель эксергии, первый вход которого соединен с выходом электромагнитного первичного преобразователя расхода, а второй и третий входы соединены с термопреобразователями сопротивления, установленными на подающем и обратном трубопроводах, устройство учета, первый вход которого соединен с выходом вычислителя эксергии, а второй вход соединен с выходом тепловычислителя, перед электромагнитным первичным преобразователем расхода установлен фильтр. Технический результат – повышение точности измерения. 2 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам измерения эксергии тепловой энергии конвективным теплообменом. Устройство может быть использована в контрольно-измерительных приборах для систем отопления и горячего водоснабжения и позволяет вести учет количества тепловой энергии и эксергии тепловой энергии.
Известно устройство Sonometer 2000 для учета тепловой энергии (Техническая характеристика, электронный ресурс:
http://www.danfoss.spb.ru/images/stories/pdf/RC.08.НМ3.50_2.pdf), состоящее из вычислителя СПТ 943.1, расходомера SONO 1500СТ, комплекта термопреобразователей КТПТР, двух гильз и двух бобышек.
Недостатком данного теплосчетчика являются высокие требования к однородности среды, зависимость измерения от температуры воды, так как конструктивно внутри корпуса расходомера типа SONO 1500 СТ, по краям, установлены два преобразователя попеременно выполняющие функции излучателя и приемника ультразвукового сигнала. Короткие ультразвуковые импульсы, попеременно посылаются в направлении потока и против него, для того чтобы получить разность времени прохождения сигнала, следовательно, неоднородность среды, особенно пузырьки воздуха в воде, приведет к погрешностям в измерениях.
Известен ультразвуковой теплосчетчик techem ultra S3 (Техническая характеристика, электронный ресурс: http://www.techemenergy.ru/catalog/teplovaya-energiya/ultrazvukovoy-teploschetchik-ultra-s3-du15-100/#tab-2). Ультразвуковой теплосчетчик ultra S3 состоит из вычислителя, расходомера и пары подобранных термометров сопротивления. Температурный датчик для теплосчетчиков встроен в расходомер, второй температурный датчик предназначен для монтажа в шаровом кране или погружной гильзе. Учет объема осуществляется по запатентованному ультразвуковому принципу открытой струи.
Недостатком данного теплосчетчика являются высокие требования к однородности среды, так как конструктивно внутри корпуса расходомера, по краям, установлены два преобразователя попеременно выполняющие функции излучателя и приемника ультразвукового сигнала. Короткие ультразвуковые импульсы, попеременно посылаются в направлении потока и против него, для того чтобы получить разность времени прохождения сигнала, следовательно, неоднородность среды, особенно пузырьки воздуха в воде, приведет к погрешностям в измерениях.
Известен теплосчетчик Днепр-Теплоком (Техническая характеристика, электронный ресурс: http://dnepr.nt-rt.ru/images/manuals/Teploschetchik_М77_Ultra_Pi.pdf). Теплосчетчик предназначен для измерений и регистрации параметров теплоносителя (температуры, давления, расхода), количества теплоносителя и количества теплоты (тепловой энергии) в водяных системах теплоснабжения. В состав теплосчетчиков Днепр-Теплоком входят следующие средства измерений зарегистрированные в Госреестре: вычислитель количества теплоты ВКТ-7; преобразователь расхода ДНЕПР-7, далее ПР; термопреобразователи сопротивления, их комплекты; преобразователи давления.
Недостатком данного теплосчетчика являются высокие требования к однородности среды, так как конструктивно внутри корпуса преобразователя расхода, по краям, установлены два преобразователя попеременно выполняющие функции излучателя и приемника ультразвукового сигнала. Короткие ультразвуковые импульсы, попеременно посылаются в направлении потока и против него, для того чтобы получить разность времени прохождения сигнала, следовательно, неоднородность среды, особенно пузырьки воздуха в воде, приведет к погрешностям в измерениях.
Известен теплосчетчик ЭНКОНТ (Техническая характеристика, электронный ресурс: http://www.askue-spektr.ru/doc_base.php?device_id=teploschetchik_enkont). Измерительный блок - содержит элементы для подачи и приема сигналов с пьезоэлектрических преобразователей расхода, приема сигналов с термопреобразователей сопротивления и преобразователей давления. Измерительный блок снабжен двухстрочным индикатором, на котором отображаются текущие значения измеряемых и зарегистрированных в архивах величин. Измерительный блок содержит также интерфейсы для связи с ПК или другими стандартными устройствами систем АСУТП. Элементы измерительного блока размещены в литом алюминиевом брызгозащищенном корпусе. Подключение остальных компонентов теплосчетчика осуществляется через внешние разъемы. Ультразвуковой преобразователь расхода представляет собой отрезок трубы из нержавеющей стали, к торцам которой как правило приварены два фланца по ГОСТ 12815-80. Ультразвуковой преобразователь расхода с диаметром условного прохода больше 200 мм изготавливаются из черной стали и покрываются коррозионностойкой эпоксидной эмалью. В средней зоне трубы приварены держатели, служащие для установки пары пьезоэлектрических преобразователей. В качестве датчиков температуры применяются комплекты термопреобразователей сопротивления класса допуска А по ГОСТ 6651-94, подобранные в пару.
Недостатком данного теплосчетчика являются высокие требования к однородности среды, так как конструктивно внутри корпуса расходомера, по краям, установлены два преобразователя попеременно выполняющие функции излучателя и приемника ультразвукового сигнала. Короткие ультразвуковые импульсы, попеременно посылаются в направлении потока и против него, для того чтобы получить разность времени прохождения сигнала, следовательно, неоднородность среды, особенно пузырьки воздуха в воде, приведет к погрешностям в измерениях.
Известен электромагнитный счетчик тепловой энергии Aswega SA-94/1 (Техническая характеристика, электронный ресурс: http://www.askue-spektr.ru/doc_base.php?device_id=teploschetchik_aswega_sa_94_1), принятый за прототип. Данный счетчик тепла состоит из электромагнитного преобразователя расхода, датчиков температуры и измерительно-вычислительного блока. Первичный преобразователь состоит из корпуса с магнитной системой и немагнитной трубы с электродами, внутренняя поверхность которой покрыта изоляционным материалом - фторопластом. Электроды расположены в среднем сечении трубы, диаметрально противоположно друг другу и изолированы от трубы. Магнитная система состоит из двух обмоток с сердечниками, размещенными по обе стороны от трубы так, чтобы электроды находились в середине зоны электромагнитного поля. На корпусе установлена клеммная коробка. Линия разъема корпуса уплотнена герметиком. Крышка клеммной коробки и штуцеры кабельных выводов имеют резиновые уплотнения. На присоединительных фланцах первичных преобразователей с условным диаметром 10-25 мм закреплены заземляющие фланцы, которые предназначены для заземления теплоносителя и для защиты отбортованного внутреннего покрытия трубы. Первичный преобразователь с резьбовым подсоединением подключается через монтажные штуцеры, привариваемые в разрыв трубопровода. Датчики температуры состоят из погружаемого штока, на конце которого закреплен термочувствительный элемент, резьбового соединения и экранированного кабеля в оболочке для подсоединения к электронному блоку. Для защиты термопреобразователей от повышенного давления и скорости теплоносителя в трубопроводах они монтируются в специальных защитных гильзах. Измерительный блок состоит из трех печатных плат, соединенных между собой двумя плоскими кабелями и размещенных в пластмассовом корпусе. На передней панели измерительного блока размещены индикатор и три кнопки управления.
Недостатком данного теплосчетчика является то, что в его конструкции используется электромагнитный преобразователь расхода. Он чувствителен к примесям в воде, особенно соединений железа. Примеси резко увеличивают погрешности показаний приборов. Также недостатком является то, что в конструкции нет вычислителя эксергии, в следствии чего систему теплоснабжения сложно оценить качественным эксергетическим методом.
Техническим результатом является создание устройства, обладающее высокой точностью измерения, не зависящее от однородности среды, что позволяет оценивать систему теплоснабжения количественным и качественным методом.
Технический результат достигается тем, что дополнительно установлены термопреобразователь сопротивления, жестко закрепленный на кронштейне, в верхней части которого жестко закреплен козырек, треугольной формы, вычислитель эксергии первый вход которого соединен с выходом электромагнитного первичного преобразователя расхода, второй и третий входы соединены с термопреобразователями сопротивления установленными на подающем и обратном трубопроводах, устройство учета, первый вход которого соединен с выходом вычислителя эксергии, а второй вход соединен с выходом тепловычислителя, перед электромагнитным первичным преобразователем расхода установлен фильтр.
Устройство для измерения эксергии рабочей среды поясняется следующей фигурой: фиг. 1 - общая схема устройства; фиг. 2 - принципиальная схема устройства, где:
1 - электромагнитный первичный преобразователь расхода;
2 - термопреобразователь сопротивления;
3 - тепловычислитель;
4 - вычислитель эксергии;
5 - устройство учета;
6 - подающий трубопровод;
7 - обратный трубопровод;
8 - электрический кабель;
9 - козырек;
10 - потребитель;
11 - фильтр;
12 - защитная гильза;
13 - бобышка;
14 - дисплей;
15 - кнопки управления;
16 - кронштейн.
Устройство для измерения эксергии рабочей среды состоит из электромагнитного первичного преобразователя расхода 1 (фиг. 1), электроды которого установлены в среднем сечении трубы, диаметрально цротивоположно друг другу и изолированы от трубы. Электромагнитный первичный преобразователь расхода 1 резьбовым соединением подключается через монтажные штуцеры, привариваемые в разрыв подающего трубопровода 6. Термопреобразователи сопротивления 2 на подающем трубопроводе 6 и обратном трубопроводе 7 выполнены как погружаемые. Термопреобразователи сопротивления 2 состоят из погружаемого штока, на конце которого закреплен термочувствительный элемент (Pt 100), резьбового соединения и экранированного кабеля в оболочке для подсоединения к электронному блоку. Термопреобразователи сопротивления 2 установлены резьбовым соединением через монтажные штуцеры в защитные гильзы 12, которые закрепляются в бобышки 13 резьбовым соединением, бобышки 13 приварены в разрыв подающего трубопровода 6 и в разрыв обратного трубопровода 7. Защитный козырек 9 выполнен в форме треугольника, из оцинкованной стали и пластика, он жестко закреплен в верхней части кронштейна 16, который установлен на вертикальную поверхность. На кронштейне 16 жестко закреплен термопреобразователь сопротивления 2, который закрывает защитный козырек 9. Электромагнитный первичный преобразователь расхода 1 соединяется электрическими кабелями 8 с вычислительными устройствами: тепловычислителем 3, вычислителем эксергии 4 и устройством учета 5. На передней панели устройства учета размещены дисплей 14 и кнопки управления 15. Перед электромагнитным первичным преобразователем расхода 1 установлен дополнительный фильтр 11 грубой очистки, выполненный в виде колбы с картриджем из полиэстера или скрученной полипропиленовой нити.
Устройство работает следующим образом (фиг. 2). Два термопреобразователя сопротивления 2 измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе 6, в обратном трубопроводе 7 и передают информацию тепловычислителю 3. Также термопреобразователи сопротивления 2 измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе 6, в обратном трубопроводе 7, измеряют температуру окружающей среды и передают информацию вычислителю эксергии 4. Для защиты термопреобразователей сопротивления от повышенного давления и скорости теплоносителя в трубопроводах они монтируются в специальных защитных гильзах 12. С электромагнитного первичного преобразователя расхода 1 сигнал, являющийся функцией объема воды, по электрическому кабелю 8 идет тепловычислителю 3 и вычислителю эксергии 4. Тепловычислитель 3 определяет количество теплоты, а вычислитель эксергии 4 на основании полученных данных определяет эксергию тепловой энергии. Устройство учета 5, первый вход которого соединен с выходом вычислителя эксергии, второй вход соединен с выходом тепловычислителя, выводит информации на дисплей 14, где можно сравнить количество теплоты и эксергии тепловой энергии. Фильтр 11 устанавливается на магистраль трубопровода. После исчерпания ресурса картриджа производят его замену. Промывке и повторному использованию съемный элемент не подлежит. Защитный козырек 9 препятствует попаданию влаги и прямых солнечных лучей на термопреобразователь сопротивления 2, который измеряет температуру воздуха.
Устройство для измерения эксергии рабочей среды позволяет измерять эксергию системы теплоснабжения и количество теплоты. Эксергетический анализ работы теплоэнергетических и технологических установок учитывает не только количественные, но и качественные характеристики энергоресурсов в различных элементах установок.
Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.
Устройство для измерения эксергии рабочей среды, содержащее электромагнитный первичный преобразователь расхода, установленный в среднем сечении трубы, термопреобразователи сопротивления на подающем и обратном трубопроводах, тепловычислитель, вход которого соединен с выходом электромагнитного первичного преобразователя расхода, отличающееся тем, что дополнительно установлены термопреобразователь сопротивления, жестко закрепленный на кронштейне, в верхней части которого жестко закреплен козырек треугольной формы, вычислитель эксергии, первый вход которого соединен с выходом электромагнитного первичного преобразователя расхода, а второй и третий входы соединены с термопреобразователями сопротивления, установленными на подающем и обратном трубопроводах, устройство учета, первый вход которого соединен с выходом вычислителя эксергии, а второй вход соединен с выходом тепловычислителя, перед электромагнитным первичным преобразователем расхода установлен фильтр.
