CZ8856U1

CZ8856U1 - Zařízení pro řízení toku tekutin

Info

Publication number: CZ8856U1
Application number: CZ19999017U
Authority: CZ
Inventors: Bernard William Twiddy
Original assignee: Honeywell B.V.
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1999-07-13
Also published as: EP0922247B1; EP0922247A1; WO1998007081A1; DE69711396T2; GB2316463A; ES2170965T3; GB2316463B; GB9617123D0; HU1870U; DE69711396D1

Description

Zařízení pro řízení toku tekutin

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká zařízení pro řízení toku tekutin, které je vhodné pro tekutiny, přičemž zejména, ale ne výhradně, se předkládané řešení týká zařízení pro řízení přívodu plynného paliva.

Dosavadní stav techniky

Řízení toku plynu je začleněno ve vstupu do plynem vytápěného zařízení za účelem řízení a regulace přívodu plynu tak, aby vstupní tlak k jednomu nebo více hořákům se neměnil se změnami, které by mohly nastat v přívodním tlaku, čímž se zajišťuje bezpečný zážeh a zhášení.

V jedné běžné formě řízení toku je paralelně s ventilem a regulátorem s jedním módem umístěn ventil a regulátor nízkého/vysokého plamene (to jest s duálním módem); ovšem tato konstrukce vyžaduje velmi jemné nastavovací procedury regulátoru, které zahrnují nastavení jednoho regulátoru na danou hodnotu, potom nastavení druhého regulátoru na srovnatelnou, ale mírně se lišící hodnotu, potom opakování tohoto procesu vícenásobně s postupně se měnícími hodnotami. Tato procedura tudíž může být zdlouhavá a složitá a, pokud je provedena nepřesně ukvapeně, vzniká riziko nesprávného nastavení, neúčinné činnosti a/nebo nestability. Jedním příkladem paralelního uspořádání regulátorů je bojler typu De Dietrich DTG 250.

V dalším typu běžného řízení toku, který je popsán v britském patentovém spisu č. 2275985, je jedno vedení toku s ventilem a regulátorem paralelní s dalším vedením toku, které má pouze ventil. Zatímco toto uspořádání nevyžaduje složitou nastavovací operaci, nezajišťuje regulaci toku plynu v úplném rozsahu vstupních tlaků, ale pouze do bodu, ve kterém je regulátor zcela uzavřen.

Podstata řešení

Předkládané řešení navrhuje zařízení pro řízení toku tekutin, které zahrnuje vstup, množství paralelních vedení toku a výstup, každé z vedení toku zahrnuje ventilový prostředek a regulační prostředek, přičemž pro alespoň jednu dvojici vedení toku je jedno z vedení toku zúženo pro vytvoření tlakového rozdílu v tomto vedení toku za regulačním prostředkem.

Tímto způsobem předkládané řešení může zajistit stabilní uspořádání, které může být spolehlivě, snadno a rychle nastaveno. Navíc toto uspořádání zajišťuje úplnou regulaci v průběhu činnosti ve všech módech hoření.

Výhodně jedno ze dvou vedení toku zahrnuje zužovací prostředek zajištění tlakového rozdílu v tomto vedení toku za regulačním prostředkem. Výhodně jedno ze dvou vedení toku zahrnuje clonící prostředek pro zajištění tlakového rozdílu v tomto vedení toku za regulačním prostředkem.

Clonící prostředek může zahrnovat trysku nebo destičku s otvorem o předem stanovené velikosti, která je zmenšena ve srovnání s průřezem alespoň přiléhající části systému. Výhodně je tato tryska nebo destička umístitelná (výhodně prostřednictvím závitového uspořádání s vybráním) na výstupu ventilového prostředku a regulačního prostředku jednoho vedení toku.

V jedné výhodné formě systém zahrnuje pouze dvě paralelní vedení toku.

V alternativní formě systém zahrnuje tři paralelní vedení toku mající společný vstup a společný výstup, jedno z těchto vedení toku je zúženo pro zajištění prvního tlakového rozdílu v tomto vedení toku za příslušným regulačním prostředkem, a další z těchto vedení toku je zúženo pro

-1 CZ 8856 U1 zajištění druhého tlakového rozdílu v tomto vedení toku za příslušným regulačním prostředkem, přičemž druhý tlakový rozdíl je menší než první tlakový rozdíl.

Předkládané řešení je použitelné pro tekutiny, ať již kapaliny nebo plyny, včetně netečných plynů a plynových paliv.

Za účelem snazšího pochopení předkládaného řešení je níže uveden popis pouze příkladného provedení ve spojení s odkazy na připojené výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje schéma zařízení pro řízení toku tekutin podle předkládaného řešení.

Obr. 2 znázorňuje pohled v řezu na část zařízení pro řízení toku tekutin, které je znázorněno na ^:í obr. 1.

Obr. 3 znázorňuje graf tlakových charakteristik činnosti zařízení podle obr. 1.

Obr. 4 znázorňuje graf charakteristik rychlosti toku při činnosti systému podle obr. 1.

Obr. 5 znázorňuje schéma dalšího provedení předkládaného řešení.

Obr. 6 znázorňuje graf tlakových charakteristik činnosti zařízení podle obr. 5.

Obr. 7 znázorňuje graf charakteristik rychlosti toku při činnosti systému podle obr. 5.

Příklady provedení

Obr. 1 a obr. 2 znázorňují sytém pro řízení toku (obecně označený vztahovou značkou jako zařízení I pro řízení toku tekutin) pro zajištění, že tlak Pb toku plynu, který je vstupem k hořáku 2 je regulován (to jest zůstává konstantní) bez ohledu na kolísání (v mezích obvykle povolených pásem 20 mbar, + 5 mbar nebo - 3 mbar (2 kPa, + 0,5 kPa nebo - 0,3 kPa)) ve výstupním tlaku z plynového přívodu 3 (obvykle síť plynového potrubí). Zařízení i pro řízení toku tekutin má dvě paralelní vedení 4, 5 toku, z nichž každé má ventilovou jednotku 6, 7, přičemž každá z ventilových jednotek 6, 7 zahrnuje dvojici solenoidových ventilů 8 a regulátor 9 s jedním módem. Vedení 4 toku má omezovač 10 s pevnou clonou, který způsobuje tlakový rozdíl mezi body Η a 12, takže vedení 4 a 5 toku sdílejí tok, když pracují v pracovním módu s vysokým plamenem, a tato vedení 4 a 5 jsou plně regulována. Ventilové jednotky 6, 7 jsou standardní, běžně hromadně vyráběné a široce používané ventilové jednotky, které tudíž mají nízkou cenu, takže je mnohem ekonomičtější použít dvě z nich v zařízení I pro vytvoření požadované větší kapacity toku, než použít jednu speciálně konstruovanou ventilovou jednotku s větší požadovanou kapacitou.

Tak, pokud budeme uvažovat jednu z komerčně dosažitelných ventilových jednotek známou pod označením Compact a dosažitelnou od firmy Honeywell B.V., může být takový ventil použit pro řízení typicky vstupního přívodu zemního plynu k plynovému hořáku až do maximálního výkonu 75 kWatt. Ovšem prostřednictvím aplikace předkládaného řešení mohou být použity dvě takové ventilové jednotky v zařízení I pro řízení vstupního přívodu zemního plynu k plynovému hořáku až do maximálního výkonu 125 kWatt. Náklady na komponenty a náklady na instalaci zařízení I jsou podstatně nižší než ekvivalentní náklady na jednu ventilovou jednotku zkonstruovanou speciálně pro přijetí zvýšené rychlosti toku hořáku s větším výkonem s možností rychlosti toku pro nízký plamen a vysoký plamen.

Aby se zajistilo, že topné zařízení s jakýmkoliv daným výkonem může poskytnout srovnatelně široký rozsah činnosti, zajišťující, například, bezpečný zážeh (zejména pro křížové zapálení více než jednoho hořáku), účinný topný efekt a teplotní řízení topného média (zejména v periodách s nízkým topným zařízením), méně cyklů zapnuto/vypnuto a tišší chod, je běžné, aby topné zařízení mělo možnost nízkého plamene a vysokého plamene. Obvykle v systému s jednou

-2CZ 8856 U1 ventilovou jednotkou je toho dosaženo tím, že sytém má regulátor se dvěma tlakovými nastaveními, z nichž jedno provozuje regulátor v rozsahu tlaků pro zajištění činnosti s nízkým plamenem hořáku a druhé nastavení provozuje regulátor ve vyšším rozsahu tlaků pro zajištění činnosti hořáku s vysokým plamenem; vhodné nastavení regulátoru je zvoleno přivedením elektrického instrukčního signálu.

Na obr. 1 je omezovač 10 tryska s kruhovým centrálním otvorem, obvykle o velikosti 8 mm, umístěná na výstupu ventilové jednotky 6. Ventilová jednotka 6 má obvykle výstup opatřený závitem a omezovač 10 má obvodovou hranu tvarovanou pro umožnění záběru do tohoto výstupu. Tímto způsobem omezovač 10 zajišťuje spolehlivě definovanou velikost omezení a může být snadno a rychle upevněn k ventilu. Toto uspořádání navíc umožňuje spolehlivé upevnění a uvolnění omezovačů a zajišťuje, že může být použito jakéhokoliv rozsahu omezovačů s různými velikostmi otvorů v souladu s požadavky a schopnostmi systému a jednotlivých použitých ventilových jednotek. Navíc prostřednictvím specifikace, že jeden ventil musí být typu se závitovým výstupem a druhý je typu s výstupem bez závitu, může konstruktér systému zajistit, že omezovač 10 je umístěn do správného ventilu, čímž účinně zamezí možnosti chyb při sestavování. Omezovač 10 zajišťuje jednoduchou, snadnou a levnou realizaci potřebného omezení a umožňuje, aby stupeň omezení přesně vyhovoval určitému plynu a možnostem použitých součástek. V jedné realizaci je omezovač 10 tvarován jako kotouč s otvorem.

V alternativní realizaci omezovače 10, je tento omezovač 10 umístěn do vedení 4 toku za regulátorem 9. Alternativně může být požadované omezení konstruováno v jednotce nebo potrubí, například, prostřednictvím začlenění úseku, který má zmenšený průřez.

Obr. 2 znázorňuje omezovač 10, tvarovaný jako tryska, našroubovaný do závitového výstupu 13 pouzdra 14 ventilové jednotky 6. Pouzdro 14 má vybrání 15 obsahující O-kroužek 16, který těsní s přírubou 17 plynové trubky 18, upevněné prostřednictvím šroubů (nejsou znázorněny).

V dalším provedení má omezovač 10 tvar desky s otvorem, která je uložena ve vybrání 15.

Velikost omezovače 10 a výsledného tlakového rozdílu mezi body 11 a 12 jsou pečlivě zvoleny pro zajištění, aby ventilová jednotka 6 pokračovala s přispíváním s podstatným sdílením (obvykle 30 %) k celkovému přívodu při vysokém plameni, když jsou obě ventilové jednotky 6 a 7 v činnosti. Aby to bylo zajištěno, musí být tlak v bodu 11 ve vedení 4 toku větší než tlak při vysokém plameni v bodu 12.

Velikost omezovače 10 je taková, aby vytvořila, při rychlosti toku pro nízký plamen, tlak v bodu 11 vyšší (obvykle o 1 mbar (0,1 kPa) nebo více) než je tlak pro vysoký plamen v bodu 12, aby se zabránilo úplnému uzavření ventilové jednotky 6, když jsou obě ventilové jednotky 6 a 7 v činnosti v módu vysokého plamene.

Navíc musí být tlak v bodu H. dostatečně nízký, aby bylo zajištěno, že regulátor 9 stále pracuje v mezích jeho regulačních rozsahů dokonce při minimálním povoleném tlaku Ps plynového přívodu 3. Hodnota velikosti otvoru je určena obecně známou rovnicí:

kde:

Q = objem plynu v metrech krychlových za hodinu (m³/h) d = průměr omezovače 10 v milimetrech (mm)

P = tlak za omezovačem 10 v milibarech (mbar), (1 mbar = 0,1 kPa) S = měrná hmotnost plynu

C = odtokový součinitel.

-3CZ 8856 U1

Výkon řídícího systému podle obr. 1 je ilustrován na obr. 3 a obr. 4, které znázorňují tlaky v bodech jj_ a 12 a průtokové iychlosti ventilových jednotek 6 respektive 7. Obr. 3 ilustruje, ve stylizované grafické formě, tlaky v bodech H a 12 v průběhu typické sekvence hořáku od vypnuto přes zážeh při nízkém plamenu k vysokému plamenu. Přímky L_u a znázorňují absolutní hodnoty tlaku v bodech Π. respektive 12 pro různé fáze sekvence zážehu; horní část obr. 3 znázorňuje rozsah povolené změny tlaku Ps (to jest 17 až 25 mbar (1,7 až 2,5 kPa)) pro skupinu 2H plynů, přičemž v tomto rozsahu musí řídící systém pracovat tak, aby splnil průmyslové požadavky. Z obr. 3 může být patrné, že při nízkém plamenu (pracuje pouze ventilová jednotka 6) je tlak v bodu Π. 14 mbar (1,4 kPa) a tlak v bodu 12 4 mbar (0,4 kPa), zatímco při vysokém plamenu (pracují obě ventilově jednotky 6 a 7) je tlak v bodu 11 stále 14 mbar (1,4 kPa), ale tlak v bodu 12 je nyní 11,5 mbar (1,15 kPa).

Obr. 4 rovněž ilustruje ve stylizované grafické formě ekvivalentní průtokové rychlosti plynu ve ventilových jednotkách 6, 7 a hořáku 2 při stejné sekvenci činnosti.

Vytvoření omezovače 10 zajistí, že zařízení 1 může být spolehlivě nastaveno prostřednictvím: počátečního zapnutí samotné ventilové jednotky 6; nastavení nastavovacího šroubu regulátoru 9 pro dosažení požadovaného tlaku 4 mbar (0,4 kPa) při nízkém plameni v bodě 12; dále nastavení módu vysokého plamene prostřednictvím zapnutí ventilové jednotky 7; potom nastavení nastavovacího šroubu regulátoru ventilové jednotky 7 pro dosažení požadovaného tlaku 11,5 mbar (1,15 kPa) při vysokém plameni v bodě 12. Nastavovací procedura je tudíž jednoduchá bez složitých řetězových nastavování.

Jak v módu nízkého plamene tak i v módu vysokého plamene je zařízení I plně regulováno tím, že každý tok plynuje přímo podroben činnosti regulátoru pro všechny hodnoty tlaku plynového přívodu, nejen pouze v rozmezí průmyslových požadavků, ale i mimo tento rozsah.

Navíc vytvoření omezovače 10 odstraňuje nutnost toho, aby regulátor 9 měl solenoidem ovladatelné nastavování s duálním módem (to jest nízký/vysoký plamen), ale namísto toho může být použito regulátoru s jedním módem, kteiý je podstatně levnější.

Obr. 5 znázorňuje další zařízení 20 pro řízení toku tekutin, které zahrnuje tři ventilové jednotky 21, 22, 23, z nichž každá má stejnou podobu a výkon jako ventilové jednotky 4, 5. Použití těchto tří ventilových jednotek 21, 22, 23 zajišťuje, že maximální lychlost toku zařízení 20 může pracovat se zařízení až o výkonu 180 kWatt, při plném plamenu, se třemi možnostmi rychlostí hoření. Omezovač 24 má obvykle otvor o průměru 12,5 mm, který zajišťuje vhodný tlakový rozdíl mezi body 25 a 26, a omezovač 27 má obvykle otvor o průměru 8,5 mm, který zajišťuje tlakový rozdíl mezi body 28 a 26.

Opět jsou velikosti omezovačů 24 a 27 pečlivě voleny pro zajištění toho, aby ventilová jednotka 21 pokračovala s přispíváním podstatně (obvykle 55 %) k celkovému přívodu média k hoření, když jsou obě ventilové jednotky 21 a 22 v činnosti. Rovněž při vysokém plameni pokračují ventilové jednotky 21 a 22 s přispíváním podstatně (obvykle každá 20 %) k celkovému přívodu při vysokém plameni, když jsou všechny tři ventilové jednotky 21, 22 a 23 v činnosti. Opět aby to bylo možné dosáhnout, musí být tlak v bodech 25 a 28 vyšší než tlak při vysokém plameni v bodě 26. Zjevně zde budou možné další mezilehlé rychlosti hoření v závislosti na dalších pracovních kombinacích ventilových jednotek 21, 22 a 23.

Určení velikostí omezovačů 24 a 27 se děje podobným způsobem jako u prvního provedení. Omezovače tedy musí být pečlivě vypočítány pro vytvoření rozdílových tlaků při nízkém plameni a mezilehlých rychlostech v bodech 25 a 28 vyšších (obvykle o 1 mbar (0,1 kPa) nebo více) než je tlak při vysokém plameni v bodě 26. Navíc opět musí být tlaky v bodech 25 a 28 dostatečně nízké pro zajištění toho, aby ventilové jednotky 21 a 22 nebyly vyřazeny z činnosti při minimálním tlaku plynového přívodu pro běžnou činnost. Hodnoty velikostí otvorů jsou předem určeny stejným vzorcem jako bylo uvedeno výše. Výkon řídícího systému podle obr. 5 je ilustrován na obr. 6 a obr. 7, které znázorňují tlaky v bodech 25 a 28 a průtokové rychlosti ventilových jednotek 21, 22 a 23.

-4CZ 8856 U1

Obr. 6 ilustruje, opět ve stylizované grafické formě, tlaky v bodech 25, 28 a 26 v průběhu typické sekvence hořáku od vypnuto přes zážeh při nízkém plameni ke střednímu plameni a k vysokému plameni.

Obr. 7 rovněž ilustruje ve stylizované grafické formě ekvivalentní průtokové rychlosti plynu ve ventilových jednotkách 21, 22, 23 a hořáku 2 v průběhu stejné sekvence činnosti.

Zjevně předkládané řešení zahrnuje řídící systémy zahrnující více než tři vedení toku se znaky podobnými jako byly znaky u provedení popsaných výše.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro řízení toku tekutin, zahrnující vstup spojený s výstupem plynového přívodu (3), množství paralelních vedení (4, 5) toku a výstup spojený se vstupem alespoň jednoho hořáku (2), pro řízení toku plynu tak, že tlakový vstup k hořáku (2) se nemění se změnami v tlakovém výstupu plynového přívodu (3), vyznačující se tím, že:

a) každé zvědění (4, 5) toku zahrnuje ventilovou jednotku (6, 7) mající ventilový prostředek (8) a regulační prostředek (9);

b) alespoň jedno z uvedených vedení (4, 5) toku zahrnuje omezovač (10) umístěný za regulačním prostředkem (9) pro zajištění tlakového rozdílu v tomto vedení (4) toku za regulačním prostředkem (9);

c) omezovač (10) je omezovač s pevnou clonou.
2. Zařízení pro řízení toku tekutin podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilový prostředek (8) je solenoidový ventil a regulační prostředek (9) je regulátor s jedním módem.
3. Zařízení pro řízení toku tekutin podle nároku 2, vyznačující se tím, že omezovač (10) zahrnuje trysku s otvorem o předem stanovené velikosti zmenšené ve srovnání s průřezem alespoň přiléhající části vedení toku.
4. Zařízení pro řízení toku tekutin podle nároku 2, vyznačující se tím, že omezovač (10) zahrnuje destičku s otvorem o předem stanovené velikosti zmenšené ve srovnání s průřezem alespoň přiléhající části vedení toku.
5. Zařízení pro řízení toku tekutin podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že destička nebo tryska je umístitelná do výstupu ventilového prostředku a regulačního prostředku jednoho z vedení (4) toku.
6. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z nároků 3 až 5, vyznačující se tím, že destička nebo tryska je umístitelná prostřednictvím závitového záběru s výstupem ventilového prostředku a regulačního prostředku jednoho z vedení (4) toku.
7. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že příslušné ventilové prostředky a regulační prostředky, tvořící ventilové jednotky (6, 7; 21, 22, 23), dvou nebo více vedení toku jsou funkčně v podstatě shodné.
8. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ventilový prostředek (8) a regulační prostředek (9) ve vedení toku tvoří složenou jednotku.

-5 CZ 8856 U1
9. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje pouze dvě paralelní vedení (4, 5) toku.
10. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z nároků laž8, vyznačující se tím, že zahrnuje tři paralelní vedení toku, mající společný vstup a společný výstup,

5 přičemž jedno z těchto vedení je omezeno pro zajištění prvního tlakového rozdílu v tomto vedení toku za příslušným regulačním prostředkem, a další z těchto vedení toku je omezeno pro zajištění druhého tlakového rozdílu v tomto vedení toku za příslušným regulačním prostředkem, přičemž druhý tlakový rozdíl je menší než první tlakový rozdíl.
11. Zařízení pro řízení toku tekutin podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyzná10 čující se tím, že je upraveno pro zajištění palivového přívodu khořáku, přičemž zahrnuje prostředky pro zajištění módů činnosti s nízkým/vysokým plamenem.
12. Zařízení pro řízení toku tekutin podle nároku 11, vyznačující se tím, že regulační prostředek omezeného vedení toku, popřípadě omezených vedení toku, má jeden mód činnosti.