Регулятор давления теплоносителя в системе отопления
В системах отопления частных домов (коттеджей), использующих газовые или электрические котлы, время от времени падает давление теплоносителя, вследствие чего отопление приходится выключать для поиска и устранения причины сбоя. Это может быть микропротечка теплоносителя через соединения трубопроводов и краны, автоматический сброс котлом воздуха, накопившегося в системе, остывание системы зимой в результате отключения электричества и прочее.
Предлагаемое устройство позволяет следить за давлением теплоносителя и восстанавливать его при падении. Особенно явно проявляются колебания давления теплоносителя, если газовый котёл оснащён управляющим им датчиком температуры воздуха в доме. Как только температура воздуха достигает заданного значения, такой котёл получает команду погасить горелку, теплоноситель остывает (особенно в сильные зимние морозы), его давление падает иногда до критического уровня. После этого газовый котёл не может автоматически включиться и выводит сообщение об отказе.
Когда в доме постоянно находятся люди, проблема решается просто: в систему отопления всегда можно добавить воды из системы водоснабжения. Но если загородный дом посещают только по выходным и обнаруживают, что он остыл, а система отопления автоматически не запустилась, то приходится тратить несколько часов на устранение неполадки, запуск котла и согревание дома.
Колебания давления становятся неизбежными и бывают критичными в тех случаях, когда, например, температура в помещении в выходные дни поддерживается на уровне +23 °C, а в течение недели не выше +10 °C. Это плохо для строительных и отделочных материалов, а в сильные холода может произойти размораживание системы водоснабжения.
Устройство вовремя реагирует на возможные протечки. Если произошла серьёзная разгерметизация системы и давление не удалось восстановить за две минуты, регулятор перекрывает подачу воды в систему, чтобы не затопить дом, и включает сигнал аварии. Если протечка незначительна, но больше обычных микропотерь, и устройству в течение недели удалось дважды восстановить давление, которое тем не менее снова упало ниже нормы, на третий раз подача воды будет перекрыта.
До устранения неполадки станет мигать сигнал аварии. Из этого состояния регулятор можно вывести, лишь отключив его не менее чем на5 сот электросети и снова включив.
В случае падения давления есть возможность выключить котёл и повторно включить его лишь после того, как давление будет восстановлено. Это бывает необходимо, чтобы установить в исходное состояние контроллер котла.
При правильном исполнении и регулировке системы отопления давление теплоносителя в ней приходится восстанавливать не более одного-трёх раз за отопительный сезон.
Схема регулятора изображена на рис. 1. Он построен на микроконтроллере PIC12F629-I/P (DD1). Загруженная в микроконтроллер программа непрерывно контролирует давление теплоносителя. Датчик давления (рис. 2) сделан из обычного стрелочного манометра, к стрелке которого приклеен эпоксидным клеем полукруглый “флажок” из фольги, перекрывающий поток инфракрасных лучей между излучающим диодом VD1 и фототранзистором VT2, если давление понижено. В этом случае фототранзистор закрыт, а напряжение на его коллекторе и на входе GP3 микроконтроллера имеет высокий логический уровень.
Рис. 1. Схема регулятора
Рис. 2. Датчик давления
Когда давление достигает нормы или превышает её, “флажок” выходит из зазора между излучающим диодом и фототранзистором, который под действием ИК-излучения открывается. Уровень напряжения на коллекторе фототранзистора и на входе GP3 микроконтроллера становится низким.
Анализируя уровень напряжения на входе GP3, программа микроконтроллера принимает решение, нужно ли открыть или закрыть кран, подающий в системуотопления теплоноситель (воду из водопровода). Электродвигатель M1, в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения, поворачивает кран в сторону открывания или закрывания.
Применённый кран CWX-15N CR-01 (рис. 3) – латунный шаровой с электроприводом и конечными выключателями в крайних положениях. Для его открывания напряжение на электродвигатель программа подаёт в течение 3 с. Для гарантированного закрывания крана напряжение соответствующей полярности подаётся дольше – 7 с.
Рис. 3. Кран CWX-15N CR-01
Узел управления электродвигателем М1 построен на транзисторах VT1, VT3- VT5, VT7 и VT8. Когда на выходах GP4 и GP5 микроконтроллера установлены низкие логические уровни напряжения, все перечисленные транзисторы закрыты, поэтому двигатель M1 обесточен.
Одновременное появление на выходах GP4 и GP5 высоких логических уровней напряжения программой не предусмотрено. Однако если это всё-таки произойдёт в результате сбоя, транзисторы VT1 и VT3 останутся закрытыми, предохраняя этим от одновременного открывания транзисторы VT4, VT5, VT7 и VT8, которые иначе могли бы быть повреждены текущим через них “сквозным” током.
Разные уровни напряжения на выходах GP4 и GP5 открывают только один из транзисторов, VT1 или VT3. При этом открываются соответственно пары транзисторов VT5 и VT8 либо VT4 и VT7, подключая электродвигатель M1 к источнику питающего напряжения в одной или другой полярности. Кран открывается или закрывается в соответствии с командой микроконтроллера.
Если при открытом кране в течение двух минут давление не придёт в норму, он будет закрыт, чтобы не затопить помещение, и будет включён светодиод HL1 “Авария”. Попыток восстановить давление больше не будет до устранения поломки и установки микроконтроллера DD1 в исходное состояние путём отключения питания устройства на 5 с.
При незначительной протечке давление удастся восстановить, но если оно вновь падает, поскольку протечка не устранена, устройство попытается восстановить давление ещё раз. Однако на третий раз он не откроет кран, а светодиод HL1 станет мигать. Попыток восстановить давление больше не будет до устранения поломки и приведения микроконтроллера в исходное состояние.
Если регулятор хотя бы однажды восстанавливал давление, будет включён светодиод HL2 “Событие”, сигнализируя об этом. Заметив этот сигнал, рекомендуется обнулить счётчик событий, установив микроконтроллер в исходное состояние.
Для автоматического перезапуска контроллера котла его следует подключить к электросети через контакты реле K1.
При пониженном давлении теплоносителя он будет выключен и вновь включён через 3 с после восстановления давления. Это реле может быть любого типа, рассчитанное на коммутацию напряжения сети с двумя парами нормально разомкнутых контактов и обмоткой с номинальным напряжением 12 В и сопротивлением не менее 150 Ом. Для котла с электронагревателями реле K1 должно иметь контакты достаточной мощности.
Программа микроконтроллера имеется здесь.
Автор: А. Гетте, г. Рязань
Зачем нужны редукторы давления в системе отопления
В системах отопления, использующих газовые или электрические нагревательные котлы, возможны колебания давления в трубах, в том числе выше допустимого уровня. Установка редуктора СТМ ТЕРМО позволяет стабилизировать рабочие параметры отопительного контура и защитить от поломок контролирующие и регулирующие устройства. Принцип действия такого устройства заключается в автоматической компенсации предельного входного давления.
Описание
Прибор установлен в металлическом корпусе с двумя резьбовыми соединениями, предназначенными для врезки в систему отопления.
Конструкция включает в себя два основных узла:
- исполнительный механизм;
- регулирующий элемент (дроссель).
Основным рабочим органом первого узла является чувствительный датчик, сравнивающий текущую величину давления в сети с заданным значением, которое устанавливается регулировочным винтом. Исполнительный механизм редуктора преобразует командный сигнал в перемещение регулирующего элемента. Благодаря этому давление на выходе остается стабильным. Прибор может дополнительно оснащаться манометром.
Классификация редукторов давления
По принципу действия. Устройства делятся на две категории:
- статические. Предназначены для работы в нестабильных инженерных сетях. Устанавливаются, как правило, на входе в частные дома или индивидуальные квартиры;
- динамические. Осуществляют непрерывное регулирование давления в сети. Используются на магистральных трубах и отопительных системах промышленных объектов.
По месту регулировки. Редукторы могут действовать:
- «до себя». Они закрыты, если давление в системе отсутствует, открываются при повышении давления на входе, не допуская его увеличения выше заданного уровня. Основная функция – поддержание заданного уровня параметра в контуре или на участках, которые расположены до клапана;
- «после себя». Устройство открыто при отсутствии давления и закрывается, если оно превышает заданное значение на выходе. Основная функция – поддержка требуемой величины напора на участке после клапана. Все статические устройства относятся к категории «после себя».
Типы конструкции
Поршневой. Это самые простые и дешевые редукторы. Регулировка осуществляется с помощью подпружиненного поршня. Он перекрывает сечение трубы, тем самым изменяет давление на выходе. Стандартный диапазон регулировки поршневого редуктора составляет 1-5 атм. К недостаткам таких моделей относятся необходимость предварительной фильтрации воды и наличие ограничений по скорости движения рабочей среды.
Мембранный. Основным регулирующим элементом является подпружиненная мембрана, установленная в герметичной камере и открывающая/закрывающая клапан. Такой редуктор нетребователен к условиям эксплуатации и качеству рабочей среды, отличается большим диапазоном регулировки и рабочей скорости потока (0,5-3,0 м3/ч), чем поршневой.
Характеристики
- Номинальный диаметр, который должен подбираться по условному проходу труб отопления. Регламентирован ГОСТом 28338-89.
- Номинальное давление, обеспечивающее срок эксплуатации, заявленный производителем. Параметр регламентируется ГОСТом 26349-84.
- Максимальная пропускная способность (м3/ч), при которой редуктор регулирует давление в заданных пределах.
- Рабочий диапазон температур и регулируемого давления теплоносителя.
Правильный подбор редуктора и его профессиональный монтаж обеспечивают защиту системы отопления от сбоев, а отопительные устройства – от поломок и некорректной работы.
Почему моя гидравлическая система с компенсацией давления перегревается?
- 28 августа 2017 г.
Зек Грэнтэм | 28 августа 2017 г.
Гидравлические системы с компенсацией давления становятся все более популярными благодаря их высокой эффективности. Эти системы отлично работают при правильном применении, но есть вещи, которые вы должны знать, прежде чем запускать систему с компенсацией давления.
Нагрев и загрязнение являются двумя основными причинами выхода из строя гидравлической системы; если оба не обслуживаются должным образом, ваша система неизбежно выйдет из строя. А пока сосредоточимся на тепле. Тепло может быть трудной причиной для преследования при запуске прототипа системы. Двумя основными факторами выделения тепла в системе с компенсацией давления являются тепло от предохранительного клапана и резервное тепло.
Предохранительный клапан Нагрев
При первом запуске гидравлической системы с компенсацией давления всегда необходимо устанавливать давление на компенсаторе насоса и предохранительном клапане основной системы.
Правильное выполнение этого является ключом к предотвращению тепловыделения. Компенсатор всегда должен быть настроен на более низкое давление, чем предохранительный клапан вашей системы. Если сброс системы ниже или равен настройке компенсатора, у вас будет постоянный поток через основной сброс, который затем будет производить тонну тепла, пока система не выйдет из строя. Безопасной практикой является установка предохранительного клапана вашей системы на 300 фунтов на квадратный дюйм выше, чем у вашего компенсатора. Это гарантирует, что при нормальных рабочих условиях поток не будет выходить за пределы сброса, но по-прежнему защитит ваши системы от любых скачков давления.
Резервный нагрев
Причиной нагрева, которая редко рассматривается, а для некоторых и вовсе неизвестна, является резервный нагрев. Преимущество насоса с компенсацией давления заключается в том, что он срабатывает, как только давление достигает настройки компенсатора, таким образом отключая подачу насоса, но сохраняя желаемое давление.
Недостатком этого является то, что если вы работаете при высоком давлении и разрушаетесь под давлением компенсатора, вы создаете тепло внутри корпуса, которое будет вытекать из дренажной линии корпуса в ваш резервуар.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его
Внедрение в вашу машину
Знание того, как настроить вашу систему с компенсацией давления, а также знание условий, в которых она будет работать, является ключом к предотвращению выделения тепла в вашей системе. Если вы знаете, что ваша система будет находиться в режиме ожидания в течение длительного периода времени, вам следует подумать о том, чтобы пропустить линию слива картера через охладитель (помните об обратном давлении, если вы это сделаете) или переключить систему.
Узнайте, как наша команда может помочь улучшить качество, повысить эффективность и снизить риски
Eaton Hydraulics приобретена Danfoss Greensboro, NC, 26 августа 2021 г. — Eaton Hydraulics, один из крупнейших поставщиков Cross Company, был приобретен Danfoss по адресу
26 августа 2021 г.
Поскольку его предыдущий работодатель уехал из штата, Джефф смог устроиться сотрудником склада в Cross Company и, таким образом,
19 августа 2021 г.
Захватывающие события происходят в Центре мобильных технологий Cross (MTC) Что такое MTC? Cross Mobile Systems Integration серьезно относится к инновациям. Так много
10 марта 2021 г.
Новый инженер по электрификации привносит в Cross опыт электромобильности Не секрет, что рынок мобильной связи становится электрическим.
18 января 2021 г.
Спроектируйте более безопасную машину с помощью центрирующих клапанов Danfoss (ранее Eaton Hydraulics) Ознакомьтесь с последним техническим документом Danfoss (ранее Eaton Hydraulics)
5 ноября 2020 г.
Клапаны удержания нагрузкииграют чрезвычайно важную роль в тяжелых условиях эксплуатации. Клапаны Danfoss (ранее Eaton Hydraulics) с центральным перемещением рассчитаны на
5 ноября 2020 г.
Ознакомьтесь с нашим информационным бюллетенем по интеграции мобильных систем за сентябрь 2020 г.! Темы этого месяца включают: Компания Cross Mobile Systems Integration рада сообщить, что
8 октября 2020 г.
Ознакомьтесь с нашим информационным бюллетенем по интеграции мобильных систем за сентябрь 2020 г.! Темы этого месяца включают: Мобильные контроллеры и их программные платформы —
17 сентября 2020 г.
Ознакомьтесь с нашим информационным бюллетенем по интеграции мобильных систем за август 2020 г.
! Темы этого месяца включают в себя: Получение прибыли от продажи запасных частей с помощью Интернета вещей. Удобство
12 августа 2020 г.
Ознакомьтесь с нашим информационным бюллетенем по интеграции мобильных систем за июль 2020 г.! Темы этого месяца включают: Преодоление разрыва между проектированием и сборкой с помощью прототипирования
9 июля 2020 г.
Ознакомьтесь с нашим информационным бюллетенем по интеграции мобильных систем за июнь 2020 г.! Темы этого месяца включают: Cross помогает Anderson UnderBridge улучшить функциональность, безопасность и эффективность
16 июня 2020 г.
Хотя наши команды все больше времени работают удаленно, мы подумали, что было бы неплохо, если бы они объяснили свои роли и
21 мая 2020 г.
Перегрев: скрытая опасность в гидравлике с компенсацией давления
В недавнем проекте использовался двигатель мощностью 25 лошадиных сил с поршневым насосом с ограниченным крутящим моментом.
Когда мы проводили тестирование производительности, все работало нормально. Как только я ушел, клиент пожаловался на чрезмерное тепловыделение, что привело к простоям в ожидании охлаждения масла.
Сначала я подумал, что предохранительный клапан может быть установлен ниже давления компенсатора, но быстрая проверка показала, что они работают правильно. Поэтому я провел небольшое исследование.
Проблема не была ясна, пока я не поговорил с производителем насоса. Чтобы насос с компенсацией давления оставался холодным, масло должно циркулировать внутри. В зависимости от производителя, 1/4 потока может сбрасываться обратно в резервуар для охлаждения насоса.
Гидравлические системы с компенсацией давления склонны к перегреву, поскольку масло постоянно циркулирует для охлаждения насоса. Чем выше давление в режиме ожидания, тем больше выделяется тепла. Добавление теплообменников, отключение насоса и снижение или установка регулируемого давления в режиме ожидания могут уменьшить выделение тепла.
Итак, вы потратили дополнительные деньги на поршневой насос, но знаете ли вы, что эти насосы таят в себе скрытую опасность? Давайте рассмотрим опасность
Оказывается, в системах с компенсацией давления всегда циркулирует масло, даже когда они находятся в режиме ожидания. Я обнаружил, что примерно от 3 до 4 галлонов в минуту сбрасывалось обратно в бак через дренаж корпуса насоса при давлении компенсатора. Это было почти 7 лошадиных сил, которые были потрачены впустую.
Эта ситуация не была обнаружена при тестировании, потому что мы запускали одно за другим тесты без простоя между ними. После того, как было добавлено время простоя, мы обнаружили, что температура масла поднималась примерно на 1-2 градуса в минуту. Впечатляющий результат на 100 галлонах гидравлического масла.
Существует несколько способов минимизации тепловой генерации с помощью гидравлической системы компенсируемой давлением
- Добавить теплообменник
- Минимизируйте время проста
- Отключить систему 9013
- Отключи
- Регулируемое давление компенсатора
Добавление теплообменника
Добавление теплообменника является очень очевидным решением.
Обычно это радиаторы с принудительной подачей воздуха для гидравлики, которые устанавливаются на возвратной линии или линии слива картера.
При промышленном применении теплообменник мощностью 8 л.с. будет стоить около 1000 долларов (в 2019 году). Это не включает стоимость шлангов или электрика для подключения вентиляторов. Мобильные приложения (12 В пост. тока) дешевле и их проще подключить самостоятельно.
Изображение предоставлено Creative CommonsНо как инженер вы должны спросить себя: «Почему я вырабатываю всю эту энергию только для обогрева магазина? Это дополнительное тепло сделает работу летом мучительной». Все это также расточительно.
Если мы предположим, что у нас есть 7 л.с. потерянной мощности от нашего насоса во время простоя, то это 5,2 кВтч энергии. При цене 12 центов за кВтч это составляет 0,63 доллара США в час простоя.
Это очень дорогая трата энергии!
Если единственная причина, по которой вы добавляете теплообменник, заключается в отказе от выработки тепла в режиме простоя, есть много других вариантов, которые мы рассмотрим ниже.
Не останавливайтесь на простоте решения теплообменника. Продолжай читать.
Минимизация времени простоя
Как инженер, первым шагом всегда должна быть полная диагностика основной причины, а не просто маскировка симптома. Если вы заметили чрезмерное время простоя, спросите, почему машина так долго простаивает. Ожидает ли оператор другой процесс? Сейчас перерыв? Причин высокого простоя много.
Если время простоя можно изменить путем изменения процесса или другого внешнего изменения, сделайте это. Однако не позволяйте этому быть единственным вашим изменением. Люди и процессы несовершенны, поэтому ожидайте, что эти типы изменений иногда терпят неудачу.
Завершение работы системы
Это говорит само за себя. Если система не должна быть включена, выключите ее. Если система не работает, она не может создавать тепло. Фактически он имеет возможность отводить тепло из системы. Беспроигрышный вариант!
Одна вещь, на которую мы хотим обращать внимание, это слишком частое включение и выключение двигателя.
Запуск двигателя является значительным источником износа двигателя, поэтому мы хотим свести к минимуму количество запусков.
К счастью, системы с компенсацией давления запускаются в нагруженном состоянии. На выходе и компенсаторе не должно быть (или мало) давления. Это означает, что при запуске двигателя он не будет полностью загружен. Поскольку давления нет, насосу потребуется 1-3 секунды, чтобы создать давление, достаточное для загрузки компенсатора. Обычно этого достаточно, чтобы свести к минимуму пусковые нагрузки на двигатель.
Если машина управляется ПЛК, добавить таймер легко, когда машина простаивает. Это будет хорошим резервом на тот случай, когда оператор случайно оставит систему включенной во время перерыва.
В машине, о которой говорилось выше, мы добавили 2-минутный таймер для периодов, когда ни одна из функций не получала выходных данных. Это была отличная защита от выделения тепла, плюс это был сигнал оператору, что он или она слишком затягивают. Да, это также имело побочный эффект увеличения производства.
Если чрезмерный запуск двигателя является серьезной проблемой, вы можете добавить задержку перезапуска. Это распространено в системах HVAC, где обычно наблюдается 5-минутная «задержка компрессора». Эта задержка, вероятно, добавит много часов жизни вашей системе HVAC.
То же самое можно сделать с вашей системой. Может быть, 5 минут и избыточно, но 30-60 секунд может быть достаточно, чтобы продлить срок службы двигателя.
Уменьшите давление компенсатора
В некоторых гидравлических системах вам просто не нужно давление в системе, на которое вы рассчитаны. Как хороший проектировщик, вы рассчитали свои давления и расходы меньше, чем доступно. В результате можно снизить давление в режиме ожидания, но лишь минимально.
Я говорю минимально, потому что с этим не происходит резкого снижения мощности. Однако вы знаете свою машину лучше, чем я, так что, возможно, здесь больше экономии энергии.
Переменное давление компенсатора
Этот вариант имеет много возможностей и дает наилучшие результаты для повышения эффективности.
Мы рассмотрим основные варианты:
- Регулируемый предохранительный клапан компенсатора
- Несколько предустановленных предохранительных клапанов компенсатора
- Сброс потока в резервуар
Регулируемый предохранительный клапан компенсатора
Этот вариант самый дорогой и самый эффективный. Используя электропропорциональный предохранительный клапан (предохранительный клапан DO3 P to T для промышленного применения), вы можете настроить давление компенсатора именно так, как вам нужно для текущей функции. При изменении функций меняется и давление компенсатора.
Это самый дорогой вариант, поскольку ваша система ПЛК должна будет выдавать аналоговый сигнал (обычно 0–10 В постоянного тока) для управления электропропорциональным предохранительным клапаном (также дорогостоящим). Как хороший дизайнер, вы также захотите, чтобы датчик давления обеспечивал обратную связь с системой.
Однако эта система полностью настраиваема и может работать аналогично мобильной системе с определением нагрузки.
Благодаря тщательному программированию вы можете адаптировать настройку давления к потребностям этой функции в любой конкретный момент времени.
Эта функция также позволяет постепенно изменять давление от функции к функции, предотвращая перескакивание шланга.
Будьте осторожны, программирование может быть очень сложным. Сейчас это может показаться не таким уж большим делом, но через годы, когда вам или другим людям потребуется обслуживать машину, возникнут головные боли.
Предохранительный клапан компенсатора с несколькими предустановками
Это гораздо более простая версия регулируемого компенсатора, описанного выше. В этом сценарии у нас будет один или несколько предохранительных клапанов компенсатора, которые включаются или выключаются непропорциональными электромагнитными клапанами.
В этой системе должен быть один предохранительный клапан (основной предохранительный ниже), связанный непосредственно с компенсатором, а другие предохранительные клапаны отделены от напорной линии двухпозиционным двухходовым нормально закрытым электромагнитным клапаном.
Главный клапан должен быть настроен на максимально желаемое давление, чтобы, если ничего не помогает, в системе был прямой путь регулирования давления. Другие клапаны можно активировать по одному для контроля давления при определенных значениях давления.
Стоимость этой системы также снижается по сравнению с вариантом регулируемого предохранительного клапана, поскольку он устраняет необходимость в аналоговой системе управления и дополнительном программировании для ПЛК.
Кроме того, система может выглядеть довольно аккуратно. Наличие многосекционного коллектора DO3 с портом давления, соединенным с компенсатором, послужит основой. Часто вы можете получить основной предохранительный клапан, уже встроенный в коллектор, что является большим бонусом. Затем вы можете добавить электромагнитные клапаны в качестве первого ряда. Поверх этих клапанов вы можете добавить отдельные предохранительные клапаны.
Если ни одна из секций не находится под напряжением, насос создаст максимальное давление, установленное на предохранительном клапане коллектора.
Если активирована одна или несколько секций, насос создаст давление до минимального установленного активного давления. На приведенной выше схеме вы можете отрегулировать давление компенсатора до 600 psi, 1200 psi, 2200 psi или 2750 psi в зависимости от того, какие секции активированы.
С помощью этой настройки вы можете настроить необходимое давление, сэкономив при этом деньги и предотвратив выделение тепла.
Сброс потока в резервуар
Это может быть частью нескольких других вариантов. Если ваша система простаивает в течение длительного периода времени, вы можете просто использовать 2-позиционный, 2-ходовой, нормально закрытый электромагнитный клапан, сбрасывающий давление в бак. Это разрушит насос и не создаст никакого тепла.
Это лучший вариант, чем отключение двигателя, так как это уменьшит количество пусков и остановов.
Другим вариантом является соединение с таймером, чтобы при отсутствии потребности в гидравлике системы срабатывал соленоид и снижалось давление.