DK164073B - Anordning til bestemmelse af volumenstroemmen af et flydende medium ved hjaelp af en reguleringsenhed i en reguleringsstraekning - Google Patents

Description

i

DK 164073 B

Den foreliggende opfindelse angår en anordning til bestemmelse af volumenstrømmen af et flydende medium i henhold til krav l's indledning.

5 En sådan anordning er kendt fra DE-A-2.812.233. I DE-A-3.244.668 er endvidere beskrevet en lignende anordning. Ved bestemmelse af den momentane åbningsgrad af den deri værende ventil tallerken i en termostatisk betjent gennemgangsventil og ved samtidig måling af det over gennemgangsventilen optrædende trykfald bestemmes den gennem 10 gennemgangsventilen løbende volumenstrøm. Til bestemmelse af trykdifferensen og/eller volumenstrømmen er en slaglængdeføler forbundet med en datamat. Sådanne anordninger bliver især anvendt til varmeomkostningsbestemmelse ved centralvarmeanlæg ved bestemmelse af gennemstrømningsmængderne eller også af varmemængder ved strømmende 15 medier. Det er her en ulempe, at der foruden gennemgangsventilen kræves en ekstra måleanordning til bestemmelse af trykfaldet.

Med udgangspunkt i den til krav l's indledning svarende kendte teknik er det formålet med den foreliggende opfindelse at forenkle 20 anordningen og tilvejebringe en mulighed for at bestemme volumenstrømmen gennem gennemgangsventilen alene ud fra ventil organets slaglængde og derudover også at kunne anvende den samme gennemgangsventil som reguleringsenhed i en reguleringsstrækning til eventuelle yderligere reguleringsopgaver, som forudsætter kendskab 25 til trykfaldet over reguleringsenheden og/eller til volumenstrømmen gennem reguleringsenheden.

Det for anordningen ifølge opfindelsen ejendommelige fremgår af krav l's kendetegnende del. Yderligere udførelsesformer er angivet i 30 underkravene.

Trods en relativt simpel og kompakt opbygning med tilsvarende lille risiko for forstyrrelser bliver der ved hjælp af opfindelsen skabt mulighed for en række særlige anvendelsestilfælde.

35

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk billede af en udførelsesform for en

DK 164073 B

2 anordning ifølge opfindelsen ved en reguleringsstrækning med en to-punktsregulator til indregulering af en slaglængde af den pågældende reguleringsenhed, fig. 2 en gruppe af diagrammer, 5 fig. 3 en yderligere udførelsesform for en anordning ifølge opfindelsen med en tre-punktsregulator, fig.4 en yderligere gruppe af diagrammer, og fig. 5 og 6 hvert sit funktionsdiagram.

10 Før opfindelsen forklares nærmere ved hjælp af figurerne, gives der i det følgende en forklaring af alle i beskrivelsen og i formlerne anvendte størrelser i den rækkefølge, i hvilken disse er anført for første gang i den efterfølgende tekst.

15 Apv = Trykforskel over ventilen 4, T TK1, Tj2 * Tidsrum i hvilke ventilen 4 lukker, T, TpTg = Tidsrum i hvilke ventilen 4 åbner,

Fp(s) - Fjederkraft (ved slaglængden s),

Pj = Tryk i rummet 15, 20 ?2 = Tryk i rummet 14, s = Slaglængde af ventil tallerken 6, s = Middel slaglængde af ventiltallerken 6, s = Middel åbningshastighed af ventiltallerken 6, = Middellukkehastighed af ventil tallerken 6, 25 t - Tid ε-j. = Forhold —-—

T+TK

v = Volumenstrøm gennem reguleringsenheden 1, fp fg = Funktioner •an s = Slaglængde ved enden af tidsrummet T, max s, . = Slaglængde ved enden af tidsrummet T„, kmm a a k.

Fm = Kraft på membranen 7,12 som følge af APm,

Ad = Trykforskel over membranen 7,12, rm

Fv = som følge af Apv frembragt ventil kraft, 35 a„ = Virksomt membranareal,

M

Ay = Virksomt ventilareal,

Ap = Trykforskel over indsnævringen 20, 0 = Volumenstrøm gennem indsnævringen 20,

K

1 = Længde af indsnævringen 20,

DK 164073 B

3 p = Densitet af gennemstrømsmediet, v = Kinematisk viskositet af gennemstrømsmediet, d = Diameter af indsnævringen 20,

As = Slaglængdeændring, 5 v = Strømningshastighed, fy(s) = Ventil karakteristik for reguleringsenheden 1, dy = Diameter af ventilsædet 5, £5 = Forhold s s + sk 10 Pp = Trykstigning over pumpen,

Vj = Virkelig værdi af volumenstrømmen, øv = Fremløbstemperatur, 0R = Tilbageløbstemperatur, Δ0 = Temperaturforskel, 15 Pj = Afgivet varmemængde, Øj = Virkelig værdi af rumtemperatur.

I fig. 1 og 3 betyder 1 en som gennemgangsventil udformet reguleringsenhed med en tilløbs- og en afløbsstuds 2 henholdsvis 3, som er 20 indkoblet i kredsløbet i et ikke vist varmtvandsvarmeanlæg. Det af en ikke vist pumpe transporterede vand frembringer ved gennemstrømningen gennem reguleringsenheden 1 over dennes ventil 4 en trykdifferens Δρν· Ventilen 4 består af et faststående ventilsæde 5 og en langsgående bevægelig ventil tallerken 6. Ventil tallerken 6 er 25 forbundet med et forlængelsesorgan i det beskrevne udførelsesek sempel med en membran 7 (fig. 1) over et stangsystem 8. Endvidere findes der på stangsystemet 8 en transducerdel 9 af en berøringsløst arbejdende slaglængdeføler 10. Stangsystemet 8 er radialt fastgjort ved hjælp af ikke vist fjederelementer, men dog bevægeligt lejret i 30 længderetningen. Uden ydre kræfter ligger ventil tallerknen 6 på grund af fjederkraft imod ventilsædet 5, det vil sige ventilen 4 er da lukket. I eksemplet i fig. 1 bliver lukkekraften frembragt af en skruefjeder 11, som støtter mellem membranen 7 og den med ventilsædet 5 forsynede væg af reguleringsenheden og trækker dermed 35 ventil tallerknen 6 mod ventilsædet 5.

I udførelsesformen i fig. 3 tjener to stålmembraner 12 og 12a samtidig til frembringelse af lukkekraften og af den radiale lejring af stangsystemet 8.

DK 164073B

4

Membranen 7 henholdsvis 12 afgrænser i reguleringsenheden l's hus et første rum 13 i forhold til et med af løbsstudsen 3 forsynet andet rum 14. Endvidere indmunder tilløbsstudsen 2 i et tredje rum 15, som er adskilt fra det andet rum 14 ved hjælp af ventilen 4.

5

Fra hvert af de tre rum 13,14,15 fører en forbindelseskanal 16,17,18 til en styreventil 19. I udførelsesformen i fig. 1 kan styreventilen 19 indtage to stabile styretilstande a og b. I sin første styretilstand a forbinder styreventilen 19 i et tidsrum det første rum 13 10 over forbindelseskanalerne 16 og 17 med det andet rum 14, idet forbindelseskanalen 18 i denne tilstand er lukket.

Forbindelseskanalen 16 har en indsnævring 20, hvis tværsnit er reduceret i forhold til tværsnittet af forbindelseskanalerne 15 16,17,18.

I sin anden styretilstand b forbinder styreventilen 19 i et tidsrum T over den samme forbindelseskanal 16 indbefattende indsnævringen 20 det første rum over forbindelseskanalen 18 med det tredje rum 15, 20 idet forbindelseskanalen 17 da er lukket.

De aktive arealer af membranen 7 og af ventiltallerknen 6 er sammen med fjederkraften Fp - i fig. 1 kraften af skruefjederen 11, i fig.

3 kraften af stålmembranerne 12 og 12a -valgt, således at ventilen 4 25 i den anden styretilstand b af styreventilen 19 åbner ved hjælp af den over ventilen 4 opstående trykforskel Apy og lukket i den anden styretilstand a. Desuden er lukkefunktionen også sikret, når der ved stillestående pumpe, for eksempel ved strømudfald, slet ingen trykforskel Apy findes over ventilen 4.

30 I den anden styretilstand b opbygger det i rummet 15 herskende tryk Pj sig over forbindelseskanalerne 18 og 16 indbefattende indsnævringen 20 også i rummet 13. Da trykket Pj i rummet 15 er større end det i rummet 14 eksisterende tryk Pg bevæger membranen 7 henholdsvis 35 12 mod fjederkraften Fp ventil tallerknen 6 i fig. 1 og 3 mod ven stre. Indsnævringen 20 med sit reducerede tværsnit er medbestemmende for det tidsmæssige forløb af trykændringen i rummet 13 og dermed også for middel åbnings- og -lukkehastigheden s henholdsvis s^ af ventil tallerknen 6. Åbningen og lukningen af ventilen ligner en

DK 164073 B

5 eksponentialfunktion· Med s og kan dennes forløb midies.

I den første styretilstand a af styreventilen 19 aftager det i rummet 13 eksisterende tryk over forbindelseskanalerne 16 og 17 igen 5 til trykket P2, og fjederkraften Fp lukker ventilen 4, idet væske af membranen 7 henholdsvis 12 fortrænges fra det første rum til det andet rum 14. Også det tidsmæssige forløb af denne proces er påvirket af indsnævringen 20, hvilket forklares nærmere nedenfor.

10 Slaglængdeføleren 10 er forbundet med en datamat 21. Endvidere omfatter anordningen ifølge fig. 1 en regulator 22, som styrer reguleringsenheden 19, hvilken regulators udgangssignal bestemmer styretilstanden af styreventilen 19. En udgang 23 på regulatoren 22 er forbundet såvel med en indgang 24 på datamaten 21 som med styre-15 ventilen 19. Forbindelsen af slaglængdeføleren 10 med datamaten 21 sker på dennes indgang 25.

Regulatoren 22 i udførelsesformen i fig. 1 er udformet som to-punkts regulator med hysterese. Det på dens udgang 23 liggende signal har 20 derfor to definerede tilstande, som bestemmer styretilstanden a henholdsvis b af styreventilen 19, og hvis tidsmæssige varighed T, T|^ datamaten 21 bestemmer som forholdet ετ “

25 T + TK

for derudaf at beregne yderligere fysiske data, som forklaret nærmere nedenfor.

30 Den ønskede værdi af regulatoren 22 bliver afledet af et differensled 26, hvis første indgang 27 er forbundet med slaglængdeføleren 10, og hvis anden indgang 28 leverer en ønsket værdi for middels-laglængden s af ventiltallerknen 6. Denne ønskede værdi er at betragte som udgangssignal for en overordnet regulator, som det er 35 forklaret nærmere nedenfor.

Af det anførte fremgår det, at regulatoren 22 styrer styreventilen 19, som ved udnyttelse af trykdifferensen Apy over reguleringsenheden 1 påvirker trykket i rummet 13 og dermed slaglængden s af

DK 164073 B

6 ventil tallerknen 6 på en sådan måde, at der fås en regulering af åbningsstørrelsen af ventilen 4 ved hjælp af regulatoren 22.

Styreventilen 19 bliver hensigtsmæssigt aktiveret af en af udgangs-5 signalet fra regulatoren 22 påvirket i fig. 1 ikke vist elektromagnet. Denne er dimensioneret, således at styreventilen 19 i den strømløse tilstand af elektromagneten kortslutter membranen 7, det vil sige forbinder det første og det andet rum 13 henholdsvis 14 med hinanden, hvorved ventilen 4 lukker uafhængigt af trykdifferensen 10 Δρν.

Af det foran nævnte fremgår det, at ventilen uden for sin lukke-stilling aldrig kommer i hvile, da ventil tallerknen 6 for at kunne overholde en bestemt middel slaglængde s pendler permanent omkring 15 denne værdi frem og tilbage, som det er vist i diagrammet i fig. 2 for slaglængden s. I tidsrummet T åbner ventilen 4, medens den lukker i tidsrummet T^. Størrelsen af tidsrummene T og fås udfra koblingsdifferensen (hysterese) for to-punkts regulatoren 22 af trykdifferensen Apy og af tværsnittet af forsnævringen 20. Mod-20 standen af forsnævringen 20 har ingen indflydelse på målenøjagtig-heden, sålænge volumenstrømmen i forsnævringen 20 er proportional med trykfaldet over forsnævringen 20. Hensigtsmæssigt tjener et kapillarrør som forsnævring 20, hvilket kapillarrør opfylder dette krav i et bredt gennemstrømningsområde (Hagen-Poiseuil). Lysningen i 25 og længden af kapillarrøret er medbestemmende for middel åbnings- og -lukkehastigheden s henholdsvis s^ af ventiltallerknen 6.

I udførelsen i fig. 1 kan der endvidere anvendes et ekstra stoporgan, som er vist punkteret i fig. 1. I forbindelseskanalen 16 findes 30 der en ekstra ventil 29 til afspærring af strømningen gennem forbindelseskanalen 16, som påvirkes af en styreblok 30, fordelagtigt ligeledes af en elektromagnet, dog således at ventilen 29 ved strømløs elektromagnet frigiver gennemløbet. Styreblokken 30 er over to indgange 31 og 32 forbundet med en udgang 33 på differensleddet 35 26 henholdsvis med datamaten og bevirker, at ventilen 29 i det mindste i en del af tiden spærrer sit gennemløb, nemlig når den faktiske værdi stemmer overens med den ønskede værdi på regulatoren 22. De krævede ordrer dertil får styreblokken 30 over sine indgange 31 og 32. Da der ved spærret ventil 29 ikke mere kan ske nogen

DK 164073 B

7 væskeudveksling til eller fra rummet 13, forbliver ventil tallerknen 6 stående i den ved afspærringen af ventilen 29 værende stilling uafhængigt af stillingen af styreventilen 19. I diagrammet i fig. 2 er stillingen af den ekstra ventil 29, antydet ved den nederste 5 linie, idet gennemløbet i stillingen "run" er frigivet af ventilen 29, og reguleringsprocessen forløber som beskrevet, medens gennemløbet i stillingen "stop" er spærret af ventilen 29,og ventiltallerknen 6 forbliver i sin momentane stilling. Gennemløbsspærringen blive udløst, når slaglængden s af ventil tallerknen 6 udviser sin 10 middelværdi s (fig. 2).

Ved hjælp af det beskrevne stoporgan bliver det muligt midlertidigt at afbryde reguleringsprocessen og dermed frem- og tilbageskiftningen af styreventilen 19 for at forebygge slid og spare energi. Det 15 sidstnævnte er navnlig af betydning, når der foreligger en batteridrevet anordning. I forbindelse hermed skal det nævnes, at af energisparegrunde er også en bistabil aktivering af styreventilerne 19 og/eller 29 tænkelig, hvorved hvert stillingsskift udløses af en kort impuls.

20 I udførelseseksemplet i fig. 3 og 4 tjener en styreventil 34, som foruden de to for styreventilen 19 første og anden styretilstande a henholdsvis b yderligere har en tredje styretilstand c. I den tredje styretilstand er alle tilledninger til de tre rum 13,14,15 lukket.

25 Som regulator tjener ved denne anvendelse en tre-punkts regulator 35, hvis åbne-ordre til styreventilen 34 i tiden T frembringer den anden styretilstand b, hvis lukkeordre frembringer den første styretilstand a, og hvis neutrale stilling ved balanceret reguleringsstrækning bevirker den tredje styretilstand c.

30

Styreventilen 34 med sine tre stillinger kan være opbygget af forskellige magnetisk betjente enkeltventiler. Derunder ligger også anvendelse af styreventilen 19 i fig. 1 sammen med den ekstra styreventil 29 (stopventil). I det sidstnævnte tilfælde skal gen-35 nemløbet gennem styreventilen 19 i neutral sti 11 i ngen af trepunktsregulatoren 35 være spærret og den bliver i stedet for styreblokken 30 (i fig. 1) altid spærret af udgangen 36 på trepunktsregulatoren 35, når den faktiske værdi på differensleddet 37 i tre-punktsregulatoren 35 er lig med den ønskede værdi.

DK 164073 B

8

En fordelagtig anordning fås også, når styreventilen 19 og 34 er udformet som dreje-skydeventil, der aktiveres af en af regulatoren 22,35 styret motordrivanordning. En til bagesti11ingsanordning bevirker, at styreventilen 19,34 automatisk, altså også ved udfald 5 af strømmen, vender tilbage til den første stilling a. Dertil er en fjederti1 bagesti1ling egnet, men også rent elektriske tilbagestillingsmuligheder er tænkelige, såsom energilagring i en kondensator til tilbageløb af en drivanordning ved bortfald af strømmen.

10 I udførelseseksemplet i fig. 3 og 4 findes der endvidere en forstyrre! sesstørrelsesgi ver 38, som indvirker på differensleddet 37.

Den er over en forbindelse 39 sluttet til datamaten 21 og modtager fra denne perodisk tilbagevendende i skiftevis retning virkende forstyrrelsessignaler 41 til impulsvis forstemning af regulerings-15 kredsen i åbne- og lukke-retning og til tvangsvis udløsning af en målecyklus med tidsrummene T og for deraf igen, således som beskrevet for fig. 1, at danne forholdet £j, hvilket beskrives i det følgende.

20 De af forstyrrelsesstørrelsesgiveren 38 afgivne, i fig. 4 som diagram 40 over tiden t viste forstyrrelsessignaler 41, virker over differensleddet 37 på regulatoren 35 som tidsmæssigt begrænsede afvigelser fra ønsket værdi. De udløser på udgangen 36 indstil lingsordrer til styreventilen 34. Det tidsmæssige forløb af ind-25 stillingsordrerne og den deraf resulterende stilling af styreventilen 34 i tiderne T og TK er vist i et andet diagram 42. Uden for tiderne T og TK er regulatoren 35 afbalanceret, styreventilen 34 befinder sig da i sin midterstilling, det vil sige i sin tredje styretilstand c. Styreventil stillingerne i tiderne T og bevirker 30 ændringer af slaglængden s, således som det er vist i et tredje diagram 43 for slaglængden s, idet tiderne T og i fig. 4 yderligere bliver ændret til V TK1- som forløber efter et forstyrrelsessignal 41 i åbne-retning henholdsvis til T^, Tg, som forløber efter et forstyrrelsessignal 41 i lukke-retning. Datamaten 21 35 detekterer over sin indgang 24 de på udgangen 36 liggende indstillingsordrer og danner på grundlag af i det mindste to på hinanden følgende forstyrrelsessignaler 41, det vil sige en åbne- og en lukkeordre, forholdet ε-ρ

DK 164073 B

9 På lignende måde som beskrevet foran ved to-punktsregulatoren 22 er det hensigtsmæssigt ved tre-punktsregulatoren 35 ligeledes for at spare energi i det mindste midlertidigt at spærre ordrerne til forstyrrelsesstørrelsesgiveren 38, hvilket datamaten kun udfører, 5 når i det mindste to efter hinanden beregnede forhold ε-j- er lig med hinanden. Denne tilstand bliver hensigtsmæssigt opretholdt, indtil regulatoren 35 betinget af reguleringsstrækningens opførsel igen afgiver en indstil!ingsordre.

10 I begge de beskrevne udførelseseksempler er det for datamaten 21 ved evaluering af forholdet ε-j· og af middel slaglængden s for ventil tallerknen 6 i det mindste periodisk muligt på grundlag af det tidsmæssige forløb af de på udgangen 23 henholdsvis 36 af regulatoren 22 henholdsvis 35 samt på slaglængdeføleren 10 liggende signaler at 15 bestemme den til enhver tid eksisterende trykforskel Apy over reguleringsenheden 1 samt volumenstrømmen Ϋ gennem reguleringsenheden 1. Dertil tjener følgende relationer: Δρν = fj(s, ετ) og 20 $ = fg(s» £j) hvor fj og f2 danner af konstanter givne funktioner, og s i eksemplet på to-punktregulatoren 22 (fig. 1 og 2} betyder middelværdien mellem de ved enden af tidsrummene T og lv opnåede slaglængder sm,v 25 henholdsvis s^^, medens datamaten 21 i eksemplet på tre punktsregulatoren 35 (fig. 3 og 4) beregner forholdet εγ af værdierne Tj, T2 og TK1 og TK2, og s betyder den ved balanceret trepunktsregulator 35 eksisterende slaglængde s.

30 I det følgende skal virkemåden af anordningerne i fig. 1-4 beskrives nærmere, og beregningsgrundlagene for trykdifferensen Δργ og volumenstrømmen tf forklares nærmere:

Over regulatoren 22 henholdsvis 35 bliver en bestemt ventilåbnings-35 stilling altså en bestemt middel slaglængde s reguleret ind. Denne åbningsstilling er, når der er tale om opvarmningsregulering, udgangssignalet fra en frem!øbstemperaturregulator. Den ønskede værdi af middel slaglængden s bliver indført på indgangen 38 af differensleddet 26 henholdsvis 37, og ved begge reguleringsarter

DK 164073 B

10 søger regulatoren 22 henholdsvis 35 at tilpasse den faktiske værdi af middel slaglængden s til den ønskede værdi ved hjælp af et passende forhold Sy af stillingerne af styreventilen 19 henholdsvis 34.

5 Til udledning af funktionerne fj(s,£y) og f2(s,£y) til bestemmelse af trykfaldet Δρν og volumenstrømmen V tjener følgende overvejelser:

For ventilen 4 gælder kraftligningen FM = ff(s> + FV 1 10 Frø = Åpm · Arøj Fy = Δρν · Ay

Deraf følger:

Apm * AM = FF(s) + Δρν * AV 15

% - Ff(s) η· Apv . Av II

AM

For ventilen 4 gælder endvidere i tidsrummet T, det vil si9e nar 20 rummet 15 over forsnævringen 20 er forbundet med rummet 13, tr^" ligningen

Δρν = % + ΔρΓ III

25 Af II indsat i III følger:

APV = Ff(s) + Δρν · Av + ΔρΓ IV

λμ 30 ifølge Hagen-Poiseuil gælder i et rør ved laminar strømning: i_ a 128 · 1· o·v ..

Åpr = *R · -V

hvor der i stedet for brøken kan sættes størrelsen R og for 35 ^r = AM * s

ΔρΓ = ΑΜ . s . R VI

af formlerne IV og VI følger:

DK 164073 B

11

Δρν = Fp + Δρν · Av + AM . s - R VII

am i tidsrummet T^, det vil sige, når rummet 13 er forbundet med rummet 5 14 gælder:

Apr " 4Pffl = «μ · V R

og ifølge formel II er 10

APra = Ff(s) + Apv . Ay - ^ · sk · R AM

Løst for R giver dette: 15

R - Ff(s) + Apv . Av VIII

aH · *k

Endvidere følger det af formlerne VII og VIII, at 20 Δρν = Ff(s) + Apv · Ay + Am . s Ff(s) + Apv . Av AM am * h

Omformet fås af 25

Apy = Ff(s) + Apv « Αν (1 + s/sk ) ah

med s = As og sk * As 30 T TK

at Apv = Ff(s) + Apv · Av (1 + Τκ/Τ) IX

ah 35 Da det for udtrykket i parantes i formel IX gælder, 1+i* Ιϋ --J- τ τ εγ

DK 164073 B

12

fås af ligning IX

Δρν ’ AM * εΤ = FF{s) + Δρν ’ AV 5 og deraf Δρν (AM * εΤ Av) = ¥s> og dermed 10

Δρν Fp(s) X

AM * ετ - AV

Datamaten 21 kan følgelig løbende eller også kun periodisk i henhold 15 til ligning X bestemme trykdifferensen Apy over ventilen 4 ved detektering af middel slaglængden s og ved dannelse af forholdet £y, uden at der dertil skal anvendes trykfølere, da de øvrige størrelser i ligning X er fastlagt af dimensionerne af reguleringsenheden 1.

Med kendskab til trykdifferensen Δρν over reguleringsenheden kan 20 volumenstrømmen V også bestemmes, hvilket skal forklares i det følgende:

For strømningshastigheden v gennem en ventil gælder almindeligt: 25 v = \| 2 Apv . fv(s)

P

Volumenstrømmen V gennem reguleringsenheden bliver følgelig: V = s · d v · π · V 30 og dermed er

V = s . dy . n]j 2 · Apv . fy(s) XI

P

35 Af ligningerne X og XI følger: o Ms> ~ V = s . dv 7Γ . fv(s) \ Am -£T - Av

V P

DK 164073B

13 v - δ . dv . fv(s) 2 Ff(s)

\ P (Ajyj · £] - Ay) XII

5 hvoraf datamaten 21 også kan bestemme den øjeblikkelige volumenstrøm tf gennem reguleringsenheden 1.

I de beskrevne anordninger bliver slaglængden s og. indstil!ingsor-drerne for regulatoren 22,35 detekteret af datamaten 21, idet 10 forholdet £j dannes af de sidstnævnte. Opfindelsen indbefatter også enhver anvendelse af et andet forhold. Det er således muligt at give afkald på indgangen 24 på datamaten 21 og at påvirke denne alene af signalerne fra slaglængdegiveren 10. Datamaten 21 bestemmer da udfra ændringshastighederne s og sk for ventil tallerknen 6 under en 15 åbnings- henholdsvis under den efterfølgende lukkeimpuls et forhold £s -£-s + ik 20 På samme måde som beskrevet for Sy kan differenstrykket Apy og volumenstrømmen tf beregnes deraf under hensyntagen til middels-laglængden s.

De to foran beskrevne udførelseseksempler i fig. 1 og 3 indbefatter 25 ikke datamaten 21 i reguleringskredsen. I begge eksempler bliver en bestemt middel slaglængde s reguleret ind af regulatoren 22 henholdsvis 35. Dette betyder, at en ændring af trykstigningen Pp over pumpen, således som vist i det øverste diagram i fig. 2, fører til en ændring af tidsforholdet Sj og dermed til en slaglængdeændring, 30 som igen korrigerer regulatoren ud. Dette betyder, at en ændring af trykstigningen Pp over pumpen, for eksempel ved belastningsændringer, giver sig udslag i ændring af volumenstrømmen tf.

Ved anvendelse af de beskrevne anordninger svarende til fig. 5 35 bliver også fra pumpen hidrørende trykændringer detekteret, idet anordningen er udformet til regulering af volumenstrømmen tf og har i det mindste en regulator 22,35, som sammenligner sin ønskede værdi med den af datamaten 21 bestemte faktiske værdi af volumenstrømmen tf. I denne udførelse er datamaten 21 også inddraget i

DK 164073 B

14 reguleringskredsen og regulerer samtidigt værdier for trykdifferensen Apv og volumenstrømmen Ϋ, som yderligere kan evalueres (for eksempel varmemængdemåling}. Fig. 5 viser en sådan anvendelse med to-punktsregulatoren 22 svarende til fig. 1, dog kunne der også 5 anvendes en tre-punktsregulator. Udgangen 23 på regulatoren 22 påvirker, som beskrevet for fig. 1, reguleringsenheden 1 samt over indgangen 24 datamaten 21. Styreventilen er ikke vist i fig. 5. Slaglængden s af ventil tallerknen 6 detekteres af datamaten 21 på indgangen 25. På differensleddet 26 indvirker en udgang 44 fra 10 datamaten 21. Differensleddet 26 sammenligner den af datamaten 21 leverede faktiske værdi for volumenstrømmen Ϋ med den ønskede værdi på indgangen 28. Derved bliver indflydelsen af enhver ændring af trykstigning Pp over pumpen udkorrigeret.

15 I udførelseseksemplet i fig. 6 anvendes anordningen som kaskaderegulering for en rumopvarmning. Den omfatter flere i det følgende beskrevne regulatorer, foran hver af hvilke der er indkoblet et differensled, der er at betragte som hørende til regulatoren. En første på styreventilen 19 henholdsvis 34 (fig. 1 henholdsvis 3) 20 indvirkende regulator 45 regulerer slaglængden s, således som det blev beskrevet for udførelseseksemplerne i fig. 1 til 4. En forbindelse 53 melder den faktiske slaglængde s tilbage til regulatoren 45, og på indgangene 24 og 25 ligger som ved de foregående udførelseseksempler signalerne fra regulatoren 45 til dannelse af forholdet 25 henholdsvis det til middel slaglængden s svarende signal. En anden regulator 47 sammenligner den af datamaten 21 bestemte volumenstrøm med den ønskede værdi. Datamaten ligger her ligeledes i reguleringskredsen. Dens signal på udgangen 44 danner den faktiske værdi for regulatoren 47. Efter reguleringsenheden 1 er der hydraulisk 30 indkoblet en varmestreng af flere radiatorer 48 med et i fig. 6 ikke vist fremløb og et tilbageløb, af hvis temperatur dy og dR temperaturdifferensen Ad dannes. Sammen med den af datamaten 21 bestemte volumenstrøm bestemmer et ligeledes til datamaten 21 hørende regnel ed 49 den momentant afgivne varmemængde Pj, der detekteres som 35 faktisk værdi af en tredje regulator 50. En rumtemperaturføler 51 melder rumtemperaturens faktiske værdi dj til en fjerde regulator 52, hvis udgang påvirker regulatoren 50.

Regulatorerne 47, 50 og 52 er alle overordnet den på styreventilen 1

DK 164073 B

15 virkende første regulator 45. På denne måde bliver optrædende forstyrrelsesstørrelser til enhver tid reguleret ud, før disse indvirker på rumtemperaturen.

5 Hver af de beskrevne anordninger kan udformes til varme-omkostningsbestemmelse ved et varmtvandsopvarmningsanlæg. Under hensyntagen til temperaturdifferensen Δ0 mellem fremløbstemperaturen Ly og tilbageløbstemperaturen Δ^ samt volumenstrømmen tf bliver den aftagende varmemængde bestemt med henblik herpå.

10

Hovedfordelen ved anordningen ifølge opfindelsen består i, at det er muligt over den i forvejen til reguleringsprocessen nødvendige reguleringsenhed 1 at bestemme volumenstrømmen tf uden at en ekstra måleanordning for differenstrykket Δρν er nødvendig dertil, som ved 15 den hidtidige teknik.

Den med små omkostninger opnåelige bestemmelse af trykdifferensen Δρν over reguleringsenheden i en målestrækning af volumenstrømmen tf ved hjælp af reguleringsenheden samt muligheden for den samtidige 20 varmemængdemåling under anvendelse af en datamat åbner mange yderligere anvendelsesområder. Som sådanne skal nævnes:

Bestemmelse af varmeforbruget hos enkelte aftagere ved hjælp af den på centralt sted anbragte datamat ved individuelt regulerede af et 25 fælles fremløb fødede opvarmningsgrupper. Det er her hensigtsmæssigt at lægge disses reguleringsenheder i tilbageløbet og at anbringe målestedet for tilbageløbstemperaturen i reguleringsenheden.

Forbindelsen mellem datamaten og reguleringsenhederne sker ved hjælp af en databus og ved hjælp af en trådløs overføringsanordning ved 30 batteridrevne styreventiler. I et sådant anlæg er en pumperegulering også tænkelig, da datamaten, som følge af at også trykdifferensen Δρν bestemmes over hver reguleringsenhed, kan tilpasse effekten af pumpen svarende til de optrædende trykdifferenser Apy, hvorved der spares energi, og eventuel støj ved store trykdifferenser forhin-35 dres.

Endvidere er anordningen anvendelig til regulering og varmemængdemåling for en til et fjernvarmeanlæg sluttet varmeforbruger. Dette frembyder den fordel, at yderligere af 16

DK 164073 B

varmeværks!edelsen og af måletekniske grunde foreskrevne grænseværdier samtidig kan overholdes. Det drejer sig om: minimal tilbageløbstemperatur maksimal fremløbstemperatur øy, en minimal temperaturdifferens Δ# samt maksimal og minimal volumenstrøm Ϋ og 5 varmeaftagelse Pj.

10 15 20 25 30 35

Claims (14)

1. Anordning til bestemmelse af volumenstrømmen af et flydende medium ved hjælp af en som gennemgangsventi 1 (4) udformet, med en 5 tllløbsstuds (2) og en afløbsstuds (3) forsynet reguleringsenhed (1) i en reguleringsstrækning, med et elastisk deformerbart tætningsled (7,12), såsom en membran, som bevirker en åbningsbevægelse af et ventilorgan (6) i gennemgangsventilen (4) imod en fjederkraft (Fp), og med en slaglængdeføler (10) til bestemmelse af stillingen af 10 ventilorganet (6), af hvilken volumenstrømmen (V) kan afledes under hensyntagen til den over gennemgangsventilen (4) optrædende trykdifferens (Δρν), hvor en styret styreventil (19,34) over forbindelseskanaler (16,17,18) står i forbindelse med forskellige rum i gennemgangsventilen (4), kendetegnet ved, at styreventi-15 len (19;34) er styrbar ved hjælp af mindst en regulator (22,35,45) og forbinder et af tætningsleddet (7,12) begrænset første rum (13) i gennemgangsventilen (4) over forbindelseskanalerne (16,17,18) i en første stabil styretilstand med et andet rum (14) og i en anden stabil styretilstand med et tredje rum (15), at det andet rum (14) 20 har afløbsstudsen (3), og det tredje rum (15) har tilløbsstudsen (2), at de virksomme flader på tætningsleddet (7,12) og på det som ventil tallerken udformede ventil organ (6) samt fjederkraften (Fp) er valgt således, at den over gennemgangsventilen (4) opstående trykdifferens (Δρν) i den anden styretilstand åbner gennemgangsventilen 25 (4) ved hjælp af ventil tallerkenen (6), og at fjederkraften (Fp) i den første styretilstand lukker gennemgangsventilen (4) ved hjælp af ventil tallerkenen (6), og at slaglængdeføleren (10) er forbundet med en datamat (21) til bestemmelse af trykdifferensen (Δρν) og/eller af volumenstrømmen (Ϋ) på grundlag af udgangssignalerne fra regulatoren 30 (22,35,45) og fra slaglængdeføleren (10).

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst én af forbindelseskanalerne (16,17,18) har en forsnævring (20).

3. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den eneste forsnævring (20) er anbragt i den fra det første rum (13) udgående forbindelseskanal (16) og består af et kapi11 arrør, hvis lysning og hvis længde er medbestemmende for en middel åbnings- og -lukkehastighed s henholdsvis s^ for ventil tallerkenen (6). DK 164073 B 18

4. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at datamaten (21) er indrettet til ud fra tidsrummene T og T^, i hvilke det som ventil tallerken udformede ventil organ (6) åbner henholdsvis lukker, at danne et forhold 5 ετ =—1- T + Tk og deraf under hensyntagen til en middels!aglængde s for ventiltal -10 lerknen (6) at bestemme trykfaldet Åpy og volumenstrømmen V som funktioner fj henholdsvis f2 af s og ε-j· efter formlerne Δρν = fj(s,£T) og

15 V = f2(s,£T) hvor s betyder middelværdien mellem to slaglængder smax og som optræder ved enden af tidsrummene T henholdsvis T^.

5. Anordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at trykfaldet Åpy og volumenstrømmen V bestemmes efter formlen ΔΡ = F (s) V J-h - A hm ετ Mv 25 V = s · dv · _2 ¥s>— f f » \ P -Ay) · v hvor Fp(s) betyder fjederkraften ved den øjeblikkelige slaglængde s af ventil tallerkenen (6), Atø det virksomme areal af tætningsleddet (7,12) Av det virksomme areal af ventiltallerknen (6), p densiteten af gennemstrømningsmediet, og fv(s) ventilkarakteristikken for reguleringsenheden (1).

6. Anordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at regulatoren (22) er udformet som to-punktsregulator med hysterese, og at styreventilen (19) har to stabile tilstande. DK 164073 B 19

7. Anordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at styreventilen (34) har en ekstra tredje stabil styretilstand, ved hvilken alle forbindelseskanaler (16,17,18) til de tre rum (13,14,15) i reguleringsenheden (1) er lukket, og at en tre-punktsregulator 5 tjener som regulator (35), hvilken tre-punktsregulators åbne-ordre til styreventilen (34) frembringer den anden styretilstand, og hvis lukke-ordre frembringer den første styretilstand, og hvis neutral-stilling ved udbalanceret reguleringsstrækning bevirker den tredje styretilstand, at der findes en forstyrrelsesstørrelsesgiver (38) 10 til afgivelse af periodisk tilbagevendende, i skiftevis retning virkende forstyrrelsessignaler (41) til impulsvis forstemning af reguleringskredsen i åbne- og lukke-retning, hvor datamaten (21) danner forholdet i det mindste på grundlag af to på hinanden følgende forstyrrelsessignaler (41), og at datamaten (21) ved efter 15 hinanden uændrede forhold i det mindste midlertidigt spærrer for ordrerne til forstyrrelsesstørrelsesgiveren (38).

8. Anordning ifølge krav 6, kendetegnet ved, at en elektromagnet tjener til betjening af styreventilen (19), hvilken 20 elektromagnet påvirkes af signalet på udgangen (23) på regulatoren (22), og at styreventilen (19) i den strømløse tilstand forbinder det første rum (13) med det andet rum (14).

9. Anordning ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der i den 25 fra det første rum (13) udgående forbi ndel ses kanal (16) findes en yderligere ventil (29) til afspærring af forbindelseskanalen (16) under i det mindste en del af tiderne, i hvilke den faktiske værdi af regulatoren (22) er lig med den ønskede værdi.

10. Anordning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at også den yderligere ventil (29) betjenes af en elektromagnet og i den strømløse tilstand frigiver gennemløbet.

11. Anordning ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, 35 at styreventilen (19,34) er udformet som skydeventil, der betjenes af en af regulatoren (22,35) styret motordrivanordning, og at en tilbagestillingsanordning tvangsvis tilbagestiller styreventilen (19,34) ved udfald af strømmen i den stilling, som forbinder det første og det andet rum (13 henholdsvis 14). DK 164073 B 20

12. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-11, kendetegnet ved, at til regulering af volumenstrømmen V sammenligner mindst en regulator (22) sin ønskede værdi med den af datamaten (21) bestemte faktiske værdi af volumenstrømmen V.

13. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-11, kendetegnet ved, at flere regulatorer (47,50,52) er overordnet den på styreventilen (19,34) indvirkende regulator (45) til kaskaderegulering.

14. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-11, kendetegnet ved, at datamaten (21) anvendes til varmemængdemåling ved et varmtvandsvarmeanlæg og under hensyntagen til temperaturdifferensen Δ41 mellem en fremløbstemperatur #v og en tilbageløbstemperatur samt til volumenstrømmen V yderligere bestemmer den aftagne varmemængde.