RU2254560C1 - Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization - Google Patents
Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254560C1 RU2254560C1 RU2003137069/28A RU2003137069A RU2254560C1 RU 2254560 C1 RU2254560 C1 RU 2254560C1 RU 2003137069/28 A RU2003137069/28 A RU 2003137069/28A RU 2003137069 A RU2003137069 A RU 2003137069A RU 2254560 C1 RU2254560 C1 RU 2254560C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- drum
- coils
- stator coils
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет оценивать расход тепловой энергии, массу горячей и холодной воды, израсходованной у потребителя, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве при тепло- и водоснабжении населения.The invention relates to heat engineering measurements and allows to evaluate the consumption of thermal energy, the mass of hot and cold water consumed by the consumer, and can be used in utilities for heat and water supply to the population.
Известен способ определения расхода тепловой энергии (патент №2105958 RU от 29.05.1998 г.). Сущность изобретения основана на термометрических измерениях на входе и выходе теплоиспользующих установок, а разность термометрических сигналов пропорциональна номинальным мощностям теплоиспользующих установок.A known method of determining the consumption of thermal energy (patent No. 2105958 RU from 05.29.1998). The invention is based on thermometric measurements at the input and output of heat-using plants, and the difference of thermometric signals is proportional to the rated power of heat-using plants.
Реализация такого изобретения дополнительно требует электрического питания электронных схем, что исключает автономность измерений. Схемные решения в этом изобретении очень сложны и могут снижать надежность получаемых результатов.The implementation of such an invention additionally requires electrical power of electronic circuits, which eliminates the autonomy of measurements. The circuitry in this invention is very complex and can reduce the reliability of the results.
Известен способ учета тепловой энергии отопительного прибора и отапливаемого помещения, взятый в качестве прототипа (патент №2145063 RU от 15.02.2000 г.) Способ заключается в том, что по разности мгновенных значений температур отапливаемого прибора и отапливаемого помещения непрерывно определяют мгновенные значения разностных термоЭДС, которые преобразуют в соответствующие мгновенные значения тока записи интегратора дискретного действия, который преобразует его в количество электричества. При считывании постоянным током известных величин: времени считывания, коэффициента теплоотдачи отопительного прибора, его площади и тока считывания, судят о количестве потребляемой тепловой энергии.A known method of accounting for thermal energy of a heating device and a heated room, taken as a prototype (patent No. 2145063 RU dated 02.15.2000). The method consists in the fact that the instantaneous values of the differential thermoEMF are continuously determined by the difference in the instantaneous temperatures of the heated device and the heated room, which convert the discrete action integrator to the corresponding instantaneous values of the recording current, which converts it into electricity. When reading direct currents of known quantities: the read time, the heat transfer coefficient of the heating device, its area and read current, the amount of thermal energy consumed is judged.
Недостатком известного способа является большое количество параметров, которые предварительно необходимо знать; для считывания информации с интегратора требуется генерировать ток считывания, а в этом случае не будет соблюдаться автономность устройства измерения; здесь отсутствует учет массы теплоносителя, поступающего и используемого потребителем.The disadvantage of this method is the large number of parameters that must first be known; to read information from the integrator, it is necessary to generate a read current, and in this case the autonomy of the measurement device will not be respected; there is no accounting for the mass of coolant entering and used by the consumer.
Существенным недостатком известного способа является наличие открытого доступа к термометрическим датчикам, особенно когда они находятся в отапливаемом помещении, где открывается возможность несанкционированного подогрева его и тем самым уменьшение разности температур, а значит, регистрируется заведомо заниженная величина теплопотребления. Особо следует отметить отсутствие в известном изобретении перехода от измеряемых электрических величин на теплотехнические, то есть отсутствует способ калибровки измерительного устройства.A significant drawback of the known method is the availability of open access to thermometric sensors, especially when they are in a heated room, where it becomes possible to unauthorized heat it and thereby reduce the temperature difference, which means that a deliberately underestimated amount of heat consumption is recorded. Of particular note is the lack in the known invention of the transition from the measured electrical quantities to thermal, that is, there is no way to calibrate the measuring device.
Техническим результатом предлагаемого способа является прямой учет теплопотребления; повышение чувствительности определения теплопотребления; упрощение метода измерения; полная автономность термометрических измерений, исключающая подведение дополнительной электроэнергии, и тем самым исключается несанкционированный доступ к измерительным датчикам; универсальность способа, позволяющая определять не только учет тепловой энергии, но вести определение величины расхода горячей воды с учетом ее температуры, а также учитывать расход холодной воды. Предлагаемый способ позволяет калибровать измеряемую величину в теплотехнических и массовых единицах.The technical result of the proposed method is a direct accounting of heat consumption; increasing the sensitivity of determining heat consumption; simplification of the measurement method; full autonomy of thermometric measurements, excluding the supply of additional electricity, and thereby eliminates unauthorized access to measuring sensors; the universality of the method, allowing to determine not only the accounting of thermal energy, but to determine the value of the flow of hot water, taking into account its temperature, and also take into account the flow of cold water. The proposed method allows you to calibrate the measured value in heat engineering and mass units.
Решение технической задачи в способе определения и учета теплопотребления заключается в том, что в цепь входного и выходного теплопроводов последовательно устанавливают в корпусе турбинку с жестко закрепленными на ее оси гидроизолированными постоянными магнитами, которые являются роторами тахогенераторов. Часть подпружиненных статорных катушек закрепляют снаружи корпуса, на которые опираются свободные концы термобиметаллических пластин, другие концы которых соединяют через тепловой контакт с корпусом измерительного устройства. Статорные катушки устанавливают на корпусе в фиксированном положении по отношению к полюсам постоянных магнитов ротора. Индуцируемые в них мгновенные значения ЭДС выпрямляют, и в виде разности потенциалов, измерительных устройств на входном и выходном теплопроводе, отдельно для фиксированных и подпружиненных катушек статора, подают соответственно на микродвигатели постоянного тока, вращающие барабанные счетчики оборотов. По накопленным показаниям счетчиков определяют, за конкретный период времени, величину использованного количества тепла и израсходованного теплоносителя по следующим формулам:The solution to the technical problem in the method of determining and accounting for heat consumption consists in the fact that a turbine with hydroinsulated permanent magnets rigidly fixed on its axis, which are rotors of tachogenerators, is sequentially installed in the casing in the input and output heat pipelines. Part of the spring-loaded stator coils are fixed outside the housing, on which the free ends of the thermobimetal plates rest, the other ends of which are connected through thermal contact with the housing of the measuring device. Stator coils are mounted on the housing in a fixed position with respect to the poles of the permanent magnets of the rotor. The instantaneous EMF values induced in them are rectified, and separately, for fixed and spring-loaded stator coils, are applied to DC micromotors, rotating drum counters of revolution, in the form of potential differences, measuring devices at the input and output heat pipes. According to the accumulated meter readings, for a specific period of time, the amount of heat used and the heat carrier consumed is determined by the following formulas:
dQ=Kt×Nt,dQ = Kt × Nt,
dM=Km×Nm,dM = Km × Nm,
где Kt - коэффициент пропорциональности. Оценивают его или на специальном и отдельном калибровочном стенде, где монтируют расходомер, или такой стенд включают в состав всего измерительного комплекса и, в этом случае, вводят дополнительные теплопроводы прямого подключения потребителя к теплосети, минуя калибруемые измерительные устройства. Для калибровки измерительное устройство подсоединяют к емкости, заполняют ее периодически теплоносителем одной и той же массы и нагревают в каждом случае до определенной температуры, чтобы охарактеризовать весь диапазон ее изменения в теплосети. При этом создают избыточное давление в емкости, соответствующее давлению теплосети. Нагретый теплоноситель пропускают через измерительное устройство и фиксируют показания барабанного счетчика при каждом значении температуры. По заданным значениям температуры, при постоянной массе и известной удельной теплоемкости теплоносителя, вычисляют количество тепла, прошедшее через измерительное устройство. Усредненные значения отношений вычисленного значения теплоты на показания барабанного счетчика будет равно Kt. Так же определяют коэффициент пропорциональности для другого измерительного устройства, установленного на выходном теплопроводе. При этом добиваются равенства его с ранее уже определенной величиной путем регулировки предварительного напряжения пружин, подпирающих катушки статора под биметаллическими пластинами;where Kt is the coefficient of proportionality. Evaluate it either on a special and separate calibration stand, where the flowmeter is mounted, or such a stand is included in the entire measuring complex and, in this case, additional heat pipes for direct connection of the consumer to the heating system are introduced, bypassing the calibrated measuring devices. For calibration, the measuring device is connected to the tank, periodically filled with a coolant of the same mass and heated in each case to a certain temperature in order to characterize the entire range of its changes in the heating system. In this case, an excess pressure is created in the vessel corresponding to the pressure of the heating system. The heated coolant is passed through the measuring device and the readings of the drum counter are recorded at each temperature value. Given temperature values, at constant mass and known specific heat capacity of the heat carrier, the amount of heat passed through the measuring device is calculated. The average values of the ratios of the calculated value of heat to the readings of the drum counter will be equal to Kt. The proportionality coefficient is also determined for another measuring device mounted on the output heat conduit. At the same time, they achieve equality with a previously determined value by adjusting the prestressing of the springs supporting the stator coils under the bimetallic plates;
Km - коэффициент пропорциональности оценивают для измерительного устройства на входном и выходном теплопроводе путем поочередного пропускания через них, под давлением, равным давлению теплосети, серии порций теплоносителя различной, но предварительно известной массы. Известные значения массы теплоносителя делят на соответствующие показания барабанного счетчика и получают величину коэффициента пропорциональности. Такое же значение получают и для расходомера на выходном теплопроводе, в противном случае его выравнивают регулировкой положения катушек статора;Km - the proportionality coefficient is estimated for the measuring device at the input and output heat conduits by passing through them, under pressure equal to the pressure of the heating system, a series of portions of a coolant of different but previously known masses. Known values of the mass of the coolant are divided into the corresponding readings of the drum counter and the proportionality coefficient is obtained. The same value is obtained for the flow meter at the outlet heat pipe, otherwise it is leveled by adjusting the position of the stator coils;
Nt и Nm - показания барабанного счетчика тепла и массы.Nt and Nm are the readings of the drum heat and mass meter.
Способ определения и учета теплопотребления и расхода теплоносителя может отличаться тем, что величину разности потенциалов квантуют на временные интервалы и получают нормализованные по длительности импульсы, амплитуду которых преобразуют в цифровой код и подают на барабанный счетчик импульсов у потребителя тепловой энергии и по каналу связи передают для регистрации у производителя. Схему аналого-цифрового преобразователя питают постоянным, стабилизированным напряжением от выпрямителя тахогенератора измерения массы теплоносителя на входном теплопроводе.The method for determining and accounting for heat consumption and coolant flow rate may differ in that the potential difference is quantized into time intervals and receive pulses normalized in duration, the amplitude of which is converted into a digital code and fed to the drum pulse meter from the consumer of thermal energy and transmitted through the communication channel for registration at the manufacturer. The circuit of the analog-to-digital converter is supplied with a constant, stabilized voltage from the rectifier of the tachogenerator for measuring the mass of the coolant at the input heat pipe.
Устройство определения и учета теплопотребления относится к области приборостроения и может быть использовано в системах тепло- и водоснабжении для измерения и регистрации.The device for determining and accounting for heat consumption belongs to the field of instrumentation and can be used in heat and water supply systems for measurement and registration.
Известны теплосчетчики (патент №2135967 RU от 24.08.1999), содержащие крыльчатку, кинематически связанную со счетным механизмом, которые снабжены рассекателем, соединенным одним концом с термобиметаллической пружиной, расположенным во входном канале корпуса, а другим концом он связан с перегородкой корпуса, где обеспечивается регулировка его положения.Heat meters are known (RU patent No. 2135967 from 08.24.1999), containing an impeller kinematically connected to a counting mechanism, which are equipped with a divider connected at one end to a thermo-bimetallic spring located in the housing input channel, and at the other end it is connected to the housing partition, where it is provided adjustment of its position.
Недостатком такого устройства является сложность изготовления деталей, обеспечивающих гидроизоляцию и точность для магнитной передачи вращения крыльчатки, находящейся в потоке теплоносителя к барабанному счетчику расхода. Магнитная полумуфта, находящаяся в потоке теплоносителя, будет подвержена медленному воздействию коррозии, и магнитный материал будет им выноситься, и значит, может ухудшаться магнитная связь с барабанным счетчиком. На показания такого устройства можно принудительно (несанкционированно) воздействовать или дополнительным магнитным полем, ухудшая связь между полумуфтами, или принудительно охлаждать то место, где находится один из концов термобиметаллической пружины.The disadvantage of this device is the complexity of the manufacture of parts that provide waterproofing and accuracy for the magnetic transmission of the rotation of the impeller in the coolant flow to the drum flow meter. The magnetic coupling half in the coolant flow will be subject to slow corrosion and the magnetic material will be carried away by it, and therefore, the magnetic coupling to the drum counter may deteriorate. The readings of such a device can be forced (unauthorized) to act either with an additional magnetic field, worsening the connection between the coupling halves, or forcibly cooling the place where one of the ends of the thermo-bimetal spring is located.
В качестве прототипа нами выбрано устройство (патент №2003061 RU от 15.11.1993 г.) для измерения тепла, содержащее турбинку-ротор и термочувствительный элемент, установленный внутри корпуса трубопровода, статор, размещенный снаружи корпуса, и блок регистрации. В качестве термочуствительного элемента используются термомагнитные экраны или термомагнитные проводники, размещенные в трубопроводе между статором и ротором или закрепленные на роторе.As a prototype, we selected a device (patent No.2003061 RU dated November 15, 1993) for measuring heat, containing a turbine-rotor and a heat-sensitive element mounted inside the pipeline body, a stator located outside the body, and a registration unit. As a thermosensitive element, thermomagnetic shields or thermomagnetic conductors are used, located in the pipeline between the stator and the rotor or mounted on the rotor.
Существенным недостатком известного изобретения является то, что с уменьшением температуры устройство будет регистрировать массу теплоносителя, прошедшую через него. Индуцируемое в катушке статора значение ЭДС (Е) равно:A significant disadvantage of the known invention is that with decreasing temperature, the device will register the mass of coolant passing through it. Induced in the stator coil, the EMF (E) value is equal to:
гдеWhere
N - число витков катушки статора;N is the number of turns of the stator coil;
Ф - магнитный поток, Ф=В*S; В - магнитная индукция; S - площадь;Ф - magnetic flux, Ф = В * S; B - magnetic induction; S is the area;
w - угловая частота вращения турбинки-ротора;w is the angular frequency of rotation of the turbine rotor;
t - время.t is time.
Из формулы (1) видно, что в отсутствие нагретого теплоносителя за счет остаточной магнитной индукции Во в катушке статора может индуцироваться остаточная ЭДС, которая и не связана с тепловой энергией.It can be seen from formula (1) that in the absence of a heated coolant due to the residual magnetic induction B о in the stator coil, a residual EMF can be induced, which is not related to thermal energy.
Конструктивное исполнение известного устройства не позволяет оперативно менять турбинку-ротор при выходе ее из строя. Здесь не исключен несанкционированный доступ к устройству. Устройство имеет узкую область применения и не может использоваться для определения расхода отдельно горячей или холодной воды. В описании устройства не рассматривается конкретно вопрос учета расходуемой тепловой энергии, не показан переход от величины ЭДС к теплотехническим единицам, то есть не предусмотрена калибровка измерительного устройства.The design of the known device does not allow you to quickly change the impeller-rotor when it fails. Unauthorized access to the device is not excluded here. The device has a narrow scope and cannot be used to determine the flow rate of separately hot or cold water. The description of the device does not specifically address the issue of accounting for the consumed heat energy, it does not show the transition from the EMF value to the heat engineering units, that is, calibration of the measuring device is not provided.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции; обеспечение оперативной смены турбинки-ротора при выполнении ремонтных работ; исключение несанкционированного воздействия не только на процесс определения тепловой энергии, но и на отдельные элементы и узлы устройства; выполнение перевода показаний регистрирующих индикаторов в теплотехнические единицы. Устройство может определять количество массы теплоносителя, горячей и холодной воды, прошедшее через него.The task to which the invention is directed is to simplify the design; ensuring operational change of the turbine-rotor during repair work; elimination of unauthorized influence not only on the process of determining thermal energy, but also on individual elements and components of the device; conversion of readings of recording indicators into heat engineering units. The device can determine the amount of mass of coolant, hot and cold water that has passed through it.
Решение указанной задачи достигается тем, что расходомер содержит корпус из материала с высокой теплопроводностью, установленный последовательно в цепи входного и выходного теплопровода через теплоизоляционные втулки и имеющий внутри пазы, куда вставляется рамка, с закрепленными на оси турбинкой и гидроизолированными постоянными магнитами. Снаружи на корпусе измерительного устройства одну часть подпружиненных катушек статора крепят в направляющих, и сверху на них опираются свободными концами термобиметаллические пластины. Другие концы пружин крепятся к бобышкам и термически связаны с корпусом расходомера и с возможностью регулирования их положения. Другая часть катушек статора, жестко крепящаяся на корпусе, имеет возможность изменять свое положение с помощью регулировочных винтов. Электрически эти части катушек статора по отдельности соединяются со схемами выпрямления, а выходы последних - с входами разностных схем, причем на входы подается выпрямленное напряжение отдельно с подпружиненных катушек устройств, установленных на входном и выходном теплопроводах и отдельно с фиксированных катушек. Выходы разностных схем электрически связаны с микродвигателями постоянного тока, передающими вращения через редукторы отдельно барабанным счетчикам оборотов, показания которых прямо пропорциональны величине приложенного к ним постоянного напряжения. Все измерительные устройства и части входных и выходных теплопроводов располагаются в термоизолирующем и пломбируемом шкафу, исключающем несанкционированный доступ к ним.The solution to this problem is achieved by the fact that the flow meter contains a housing made of a material with high thermal conductivity, mounted sequentially in the input and output heat conductor chains through heat-insulating sleeves and having grooves inside the frame where the frame is mounted, with a turbine and waterproofing permanent magnets fixed to the axis. Outside, on the housing of the measuring device, one part of the spring-loaded stator coils is mounted in the rails, and thermobimetallic plates rest on top of them with free ends. The other ends of the springs are attached to the bosses and are thermally connected with the body of the flow meter and with the possibility of regulating their position. The other part of the stator coils, rigidly mounted on the housing, has the ability to change its position using the adjusting screws. Electrically, these parts of the stator coils are separately connected to rectification schemes, and the outputs of the latter are connected to the inputs of difference schemes, and the rectified voltage is supplied to the inputs separately from the spring-loaded coils of the devices installed on the input and output heat pipes and separately from the fixed coils. The outputs of the differential circuits are electrically connected to DC micromotors that transmit rotations through gears separately to drum revolution counters, the readings of which are directly proportional to the value of the DC voltage applied to them. All measuring devices and parts of the input and output heat pipes are located in a thermally insulating and sealed cabinet, which excludes unauthorized access to them.
Устройство может содержать схему временного квантования, электрически связанную с выходом разностной схемы, а выход схемы квантования соединен с аналого-цифровым преобразователем, который, в свою очередь, соединен с барабанным счетчиком импульсов.The device may comprise a time quantization circuit electrically connected to the output of the difference circuit, and the output of the quantization circuit connected to an analog-to-digital converter, which, in turn, is connected to a drum pulse counter.
Для осуществления калибровки устройство содержат краны и систему трубопроводов для переключения потока теплоносителя к пользователю, минуя измерительное устройство, и для подключения емкости с нагреваемой в ней жидкостью, соответствующей по составу теплоносителю, до заданной по термометру температуры и конкретного объема, определенного по уровнемеру. Емкость соединена с компрессором, создающим избыточное давление, соответствующее давлению теплосети.To carry out the calibration, the device contains taps and a piping system for switching the coolant flow to the user, bypassing the measuring device, and for connecting the tank with the liquid heated in it, corresponding to the composition of the coolant, to the temperature specified in the thermometer and a specific volume determined by the level gauge. The tank is connected to a compressor that creates an overpressure corresponding to the pressure of the heating system.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг.1 и на фиг.2.The invention is illustrated by drawings in figure 1 and figure 2.
На фиг.1 показано непосредственно только устройство для определения и учета теплопотребления в двух проекциях. На фиг.2 приведен один из вариантов схемы подключения калибровочного устройства в теплосеть у потребителя.Figure 1 shows directly only a device for determining and accounting for heat consumption in two projections. Figure 2 shows one of the options for connecting the calibration device to the heating system of the consumer.
Измерительное устройство на фиг.1 содержит корпус 1 из немагнитного материала с высокой теплопроводностью (латунь, бронза), подсоединяемый через переходную термоизоляционную втулку 2 к теплосети 3 с помощью гайки 4 и муфты 5. На раме 6 закреплена ось с турбинкой 7 и постоянными магнитами 8, находящимися в гидроизолирующем покрытии для исключения воздействия коррозии. Рамка 6, имеющая форму с малым гидравлическим сопротивлением потоку теплоносителя, вставляется в фигурные пазы внутри корпуса 1. Одним концом на бобышках 10 сверху корпуса 1 закреплены термобиметаллические пластины 9, опирающиеся другим концом на катушки статора 11, причем своим активным слоем 12. Катушки 11 подпружинены с возможностью перемещения в направляющих 13. Степень сжатия (напряжение) пружин регулируется с помощью винтов 14. Индуцируемая постоянными магнитами 8 во всех катушках 11 статора ЭДС подается по проводам в схему выпрямления 15, причем в отдельные схемы выпрямления для устройства на входном и на выходном теплопроводах. Выпрямленные значения в виде потенциала отдельно подаются на разностную схему 16, выход которой соединен с микродвигателем постоянного тока 17. Вращение микродвигателя 17 прямо пропорционально разности потенциалов на его входе. Микродвигатель 17 вращает через редуктор 18 барабанный счетчик оборотов 19, на котором сохраняется вся информация об изменении разности потенциалов за конкретный период.The measuring device in figure 1 contains a
Часть катушек 20 статора жестко крепится на корпусе 1 с возможностью регулирования их положения по отношению к постоянным магнитам ротора с помощью таких же винтов 14. Индуцированное значение ЭДС в катушках 20, установленных на входном и выходном теплопроводах 3, подается на отдельные схемы выпрямления 21. Выходы выпрямителей 21 соединены с разностной схемой 22, которая, в свою очередь, соединена с микродвигателем 23, вращающим через редуктор 24 барабанный счетчик оборотов 25, где сохраняется вся информация за конкретный период времени.A part of the stator coils 20 is rigidly mounted on the
Другой вариант устройства для определения и учета теплопотребления и массы теплоносителя строится в основном с теми же узлами. Существенное отличие заключается в том, что выход схемы разности потенциалов 16 и 22 соединен с входом схемы временного квантования, где разность потенциалов разбивается на одинаковые временные интервалы, то есть получаем последовательность нормализованных по длительности импульсов различной амплитуды. Выход этой схемы соединен со схемой аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выход АЦП соединен непосредственно с барабанным счетчиком импульсов, без микродвигателей 17, 23 и редукторов 18, 24. Барабанный счетчик работает здесь от нормализованных по амплитуде и длительности импульсов. Питание схемы квантования и АЦП осуществляется со схемы выпрямления расходомера массы теплоносителя на входном теплопроводе и с последующей стабилизацией напряжения. Импульсы с выхода АЦП могут параллельно передаваться в диспетчерскую поставщика тепла, где будет осуществляться контроль.Another version of the device for determining and accounting for heat consumption and mass of the coolant is built mainly with the same nodes. A significant difference is that the output of the
На фиг.2 приведена конструктивная схема расположения устройства в защитном шкафу 26, который закрывается дверцей 27. На дверце расположены окошки, обеспечивающие визуальное считывание показаний барабанных счетчиков 19 и 25. Сквозь шкаф проходят входной и выходной теплопроводы 3, обходные теплопроводы 35, позволяющие с помощью вентилей 36, 37, 38 и 41, 42, 43 перепускать теплоноситель, минуя расходомеры. Здесь же в шкафу может находиться калибровочное устройство, но целесообразно располагать его отдельно у поставщика тепловой энергии, чтобы поверять все измерительные устройства в одном месте. Калибровочное устройство содержит герметично закрываемую емкость 28, которая через трубу 29 может заполняться холодным теплоносителем объемом, контролируемым по уровнемеру 32, и которая с помощью теплоэлектронагревателя (ТЭН) нагревается до температуры по термометру 31. Для создания избыточного давления, соответствующего давлению теплосети, служит компрессор 33, и давление контролируется по манометрам 34. Вентили 39, 40 и 44, 45 служат для перепуска нагретого или холодного теплоносителя, минуя расходомеры во входном или выходном теплопроводах.Figure 2 shows the structural arrangement of the device in the
Устройство, реализующее предлагаемый способ, функционирует в следующей последовательности. Физическая основа способа может поясняться следующими формулами.A device that implements the proposed method operates in the following sequence. The physical basis of the method can be illustrated by the following formulas.
Количество тепла, поступающего к потребителю Q1 за конкретный период времени от t1 до t2, равно:The amount of heat entering the consumer Q1 for a specific period of time from t1 to t2 is equal to:
гдеWhere
с - удельная теплоемкость теплоносителя;C is the specific heat of the coolant;
m1 - масса теплоносителя, поступающая потребителю;m1 is the mass of the coolant entering the consumer;
T1 - температура поступающего теплоносителя.T1 is the temperature of the incoming coolant.
Возвращаемое в теплосеть количество тепла Q2 за тот же период будет равно:The amount of heat Q2 returned to the heating system for the same period will be equal to:
гдеWhere
m2 - масса теплоносителя, возвращенная в теплосеть;m2 - mass of the heat carrier returned to the heating system;
T2 - температура возвращаемого теплоносителя. T2 - return temperature.
Количество потребленного тепла dQ равно:The amount of heat consumed dQ is equal to:
dQ=Q1-Q2=c*(t2-t1)*(m1*T1-m2*T2),dQ = Q1-Q2 = c * (t2-t1) * (m1 * T1-m2 * T2),
если принять, что отсутствует слив теплоносителя, то есть m1=m2 и:if we assume that there is no coolant drain, that is, m1 = m2 and:
Таким образом, для оценки величины потребленного тепла необходимо знать разность температур на входе и выходе у потребителя, массу теплоносителя, его удельную теплоемкость и период потребления тепла. Величины с и m являются const и могут входить в состав постоянных коэффициентов, и для определения количества использованного тепла потребителем за конкретный период достаточно будет измерить разность температуры в подводящем и выходящем теплопроводах за тот же период. Это применимо только при условии, что потребитель не использует теплоноситель для своих нужд (не возвращает его обратно в теплосеть), в противном случае его тоже учитывают.Thus, to estimate the amount of heat consumed, it is necessary to know the temperature difference at the inlet and outlet of the consumer, the mass of the coolant, its specific heat and the period of heat consumption. The values of c and m are const and can be part of constant coefficients, and to determine the amount of heat used by the consumer for a specific period, it will be enough to measure the temperature difference in the inlet and outlet heat pipes for the same period. This is applicable only provided that the consumer does not use the coolant for his needs (does not return it back to the heating system), otherwise it is also taken into account.
Изображенное на фиг.1 устройство будет реализовывать указанные предпосылки в следующей последовательности.Depicted in figure 1, the device will implement these prerequisites in the following sequence.
Во входные и выходные трубы теплосети 3 последовательно вставляются («в рассечку») корпуса 1. Движущийся за счет избыточного давления теплоноситель вращает турбинку 7, а вместе с ней и постоянные магниты 8. Изменяющееся магнитное поле их индуцирует в катушках 11, расположенных сверху корпуса 1, ЭДС. Количество катушек 11 и количество постоянных магнитов будет определяться необходимой чувствительностью измерений, они могут быть соединены последовательно, если сравнивать потенциалы, или параллельно, если сравнивать вырабатываемые ими мощности. Проходящий через корпус 1 теплоноситель быстро его нагревает, он отделен от теплосети 3 теплоизоляционными втулками 2. Тепло корпуса 1 через бобышки 10 передается на термобиметаллические пластины 9, у которых активный слой 12 опирается на подпружиненные в направляющих 13 катушки 11. При нагреве термобиметаллическая пластина изгибается и давит на катушку 11, приближая ее обмотки к постоянным магнитам, а следовательно, и величина индуцируемой ЭДС будет пропорционально возрастать. Величина перемещения катушек 11 по направляющим 13 регулируется с помощью винтов 14, и тем самым можно выравнивать температурные коэффициенты пропорциональности Kt измерительных устройств, установленных на входном и выходном теплопроводах. Величина индуцируемой ЭДС будет определяться формулой (1). Величина Kt зависит от следующих основных факторов: вида термобиметаллических пластин, их размера, количества катушек статора, количеством витков, их площадью и схемой их соединения (последовательно или параллельно), количества полюсов и величиной магнитной индукции постоянных магнитов, то есть конструкцией ротора. Катушки статора 11 соединены с входами схем выпрямления 15, отдельно для входного и выходного теплопроводов. Выпрямленное напряжение подается на разностную схему 16, и с нее разность потенциалов воздействует на микродвигатель постоянного тока 17, который через редуктор 18 вращает барабанный счетчик 19. Обороты микродвигателя постоянного тока 17 пропорциональны разности потенциалов, приложенной к его входу, то есть пропорциональны количеству потребленного тепла.Into the inlet and outlet pipes of the
На корпусе 1 закреплены в фиксированном положении статорные катушки 20 отдельно на входном и выходном теплопроводах. Здесь также присутствуют регулировочные винты 14, изменяющие положение этих катушек по отношению к постоянным магнитам ротора 8, позволяющим выравнивать величину Km измерительных устройств на входном и выходном теплопроводах. Из формулы (1) следует, что величина индуцируемой ЭДС при N=Ф.=const будет определяться только w, частотой вращения турбинки-ротора, которая зависит от скорости теплоносителя через измерительное устройство или, точнее, от давления в теплосети. Выпрямленные на схемах 21 значения потенциала в виде разности между входным и выходным теплопроводом со схемы 22 подаются на другой микродвигатель постоянного тока 23, который через редуктор 24 вращает барабанный счетчик 25.On the
Такая конструкция измерительного устройства является простой и полностью автономной; сама вырабатывает электроэнергию и преобразует ее во вращательное движение, передаваемое на барабанные счетчики, где она сохраняется и периодически может использоваться для оценки и учета израсходованного тепла и количества теплоносителя. Закрыв измерительное устройство в специальный, пломбируемый шкаф с частью теплопровода, исключают несанкционированный доступ к нему. Наличие термоизоляционных втулок 2 исключает нагрев корпуса 1 устройства, установленного на выходном теплопроводе 3, или принудительное охлаждение корпуса 1 на входном теплопроводе.This design of the measuring device is simple and completely autonomous; It itself generates electricity and converts it into rotational motion, transmitted to drum counters, where it is stored and periodically can be used to estimate and account for the consumed heat and the amount of coolant. By closing the measuring device in a special, sealed cabinet with part of the heat pipe, unauthorized access to it is excluded. The presence of insulating
Индуцируемая величина ЭДС может и по-другому преобразовываться. Потенциал с выхода разностной схемы 16 подается на схему временного квантования, где медленно изменяющаяся разность потенциала переходит в серию импульсов нормализованной длительности и с амплитудой, равной значению разности потенциала в конкретный момент времени. Эти импульсы поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и на выходе получаем уже нормализованные по амплитуде и длительности импульсы, частота следования которых определяется значением теплоты, израсходованной у потребителя. Импульсы поступают у потребителя на барабанный счетчик импульсов и могут быть переданы по линии связи на барабанный счетчик импульсов у производителя тепла. Установив такое измерительное устройство на выходе у производителя тепла и имея информацию о расходе у потребителя, можно контролировать производство и потребление тепла, а также можно обнаруживать возможные его утечки и другие неполадки в сети теплоснабжении. Питание дополнительных электронных схем может осуществляться с выпрямительной схемы фиксированной катушки статора расходомера на входном теплопроводе. Выпрямленное напряжение для питания электронных схем предварительно стабилизируют. Такой вариант регистрации разности потенциалов не показан на фиг.1 и 2.The induced magnitude of the emf can also be converted differently. The potential from the output of the
Определение и учет горячей воды осуществляется в следующей последовательности. В "рассечку" подводящего к потребителю трубопровода горячей воды 3 вставляют корпус 1, крепящийся также с помощью муфты 5 и гайки 4, использование термоизоляционной втулки 2 не обязательно, здесь может быть применена переходная втулка от одного диаметра к другому. Здесь также установлены два вида катушек статора 11: подпружиненные катушки с опирающимися на них термрбиметаллическими пружинами и катушки, находящиеся в фиксированном положении по отношению к постоянным магнитам ротора. Индуцируемая ЭДС в подпружиненных катушках будет определяться температурой и массой горячей воды, прошедшей через измерительное устройство. Величина ЭДС в зафиксированных катушках будет определяться только массой горячей воды. Если зафиксировать катушки в положении, соответствующем положению подпружиненных при температуре обычной (не горячей) воды, то разность выпрямленных потенциалов будет равна температуре горячей воды, а выпрямленная величина ЭДС, индуцируемая в фиксированных катушках, будет равна массе израсходованной горячей воды. Электронная схема измерительного устройства в этом случае работает в следующей последовательности: индуцированная ЭДС в фиксированных и подпружиненных катушках подается на отдельные схемы выпрямления 15, с выхода которых потенциалы подаются на разностную схему 16. Разность потенциала со схемы 16 подают на микродвигатель постоянного тока 17, вращение которого через редуктор 18 передается на барабанный счетчик оборотов 19. Разность показаний счетчика оборотов 19 за конкретный период будет равна количеству тепла Q1 (см. формулу (2)), израсходованного при пользовании у потребителя горячей водой. Второй микродвигатель постоянного тока 23 подсоединен параллельно к схеме выпрямления ЭДС 15 с фиксированных катушек 11, который через редуктор 24 вращает барабанный счетчик оборотов 25. Показания этого счетчика будут соответствовать массе m1 горячей воды, прошедшей через измерительное устройство.The determination and accounting of hot water is carried out in the following sequence. In the “dissection” of the
Таким образом, предложенный способ определения и учета расхода горячей воды может конкретно оценивать по отдельности количество потребленного тепла и массу горячей воды. При этом потребитель может по отдельности оплачивать за тепло и за массу горячей воды, приравненной к холодной.Thus, the proposed method for determining and accounting for the flow of hot water can specifically evaluate individually the amount of heat consumed and the mass of hot water. At the same time, the consumer can individually pay for heat and for the mass of hot water, equated to cold.
Определение массы потребленной холодной воды можно осуществлять таким же путем, как и для горячей, но в значительной степени проще. Здесь не потребуется термобиметаллические пластины и бобышки на корпусе 1, к которым они крепятся. Здесь использованы только катушки 11 статора, зафиксированные по отношению к постоянным магнитам ротора 8. Индуцируемое значение ЭДС в них выпрямляется на схеме 15 и подается на микродвигатель 17, передающий через редуктор 18 вращение на барабанный счетчик оборотов 19. Измерительные устройства для учета расхода горячей и холодной воды должны находиться в защитных кожухах, которые пломбируются, чтобы исключить несанкционированный доступ к устройству. На кожухах должны быть прозрачные окошки для считывания показаний барабанных счетчиков.Determination of the mass of consumed cold water can be carried out in the same way as for hot, but much easier. Here you do not need thermobimetal plates and bosses on the
В измерительных устройствах расхода холодной и горячей воды может быть применена схема более сложная с использованием АЦП, и получаемая информация может передаваться к производителю.In measuring devices for the flow of cold and hot water, a more complex circuit using the ADC can be applied, and the received information can be transmitted to the manufacturer.
Для перевода показаний барабанных счетчиков в единицы тепла и массы устройство необходимо калибровать. На фиг.2 приведен пример калибровочного устройства, входящего в состав измерительного устройства непосредственно у потребителя. Оно может располагаться и у производителя, где все устройства проверяются и калибруются. Процесс калибровки осуществляется в следующей последовательности.To translate the readings of drum counters into units of heat and mass, the device must be calibrated. Figure 2 shows an example of a calibration device that is part of the measuring device directly at the consumer. It can also be located at the manufacturer, where all devices are checked and calibrated. The calibration process is carried out in the following sequence.
Емкость 28 наполняют теплоносителем через трубопровод 29 до определенного объема, контролируемого по уровнемеру 32, и нагревают ТЭНом 30 с контролем по термометру 31 до температуры T1. В емкости 28 с нагретым теплоносителем с помощью компрессора 33 создают и поддерживают избыточное давление, контролируемое по манометру 34 и соответствующее давлению теплосети. Затем по обходному теплопроводу 35 подают теплоноситель потребителю, для чего открывают вентиль 38, а вентили 36 и 37 перекрывают. На схеме выпрямителей 15 отключают подачу потенциала с измерительного устройства на выходном теплопроводе 3. На разностную схему 16 будет подаваться потенциал, соответствующий теплоте теплоносителя, образовавшейся в емкости 28 и прошедшей через расходомер 1, если откроем вентили 39 и 40. Потенциал воздействует на микродвигатель 17, который через редуктор 18 вращает барабанный счетчик 19, на котором зафиксируется отсчет N1. Предыдущие показания счетчика обнуляются (сбрасываются). Затем повторяют процесс, но уменьшают температуру теплоносителя; при значении Т2 показания счетчика будут N2. И так процесс повторяют, снижая температуру, и фиксируют показания счетчика. Количество таких точек составляет 5-6 в ожидаемом интервале изменения теплоносителя. По полученным результатам вычисляют количество перенесенного тепла через расходомер и строят графическую зависимость между теплотой и показанием барабанного счетчика. Эта зависимость будет линейной, и угол наклона ее соответствует значению коэффициента пропорциональности Kt. Если эта зависимость не линейна, то путем изменения шага намотки подпружиненных обмоток статора добиваются линейности. В такой же последовательности выполняется калибровка расходомера на выходном теплопроводе. Путем перекрытия с помощью вентилей 39, 42, 41, 43 пропускают к потребителю теплоноситель. Открывая вентили 44 и 45, пропускают специально нагретый в емкости 28 теплоноситель через расходомер при различных значениях температуры, а с выхода другого выпрямителя 15 потенциал подают на разностную схему 16, но, отключив другой выпрямитель 15, а выход схемы 16 подключают к микродвигателю в обратной полярности. Графически оцениваемая величина коэффициента пропорциональности Kt должна совпадать с ранее полученным значением. Если она не совпадает, то с помощью регулирующих винтов 14 изменяют напряжение пружин на катушках статора 11 и добиваются совпадения. Полученные одинаковые значения коэффициентов пропорциональности позволяет распространить любое из них на разность потенциалов, регистрируемую барабанным счетчиком 19. После завершения калибровки расходомеров тепла соединяют провода статорных катушек с соответствующими выпрямителями 15, а их выходы - с разностной схемой 16. Величина коэффициента Kt фиксируется у потребителя, и ее использует, когда рассчитываются за использованное тепло с производителем.The
В таком же порядке выполняется калибровка измерительное устройство учета массы теплоносителя, горячей и холодной воды. В этом случае в емкость 28 заливается холодная вода объемом V1, а к схеме 22 подсоединяется только выход выпрямителя 21 калибруемого измерительного устройства, с помощью тех же вентилей перепускают содержимое 28 под давлением теплосети через него. На барабанном счетчике 25 фиксируются показания N1. Изменяют объем теплоносителя и фиксируют отсчет на счетчике. Затем по 5-6 точкам устанавливают линейную зависимость и определяют коэффициент пропорциональности Km. Так же выполняют калибровку измерительного устройства на выходном теплопроводе. Полученное здесь значение Km регулировкой положения фиксированных катушек статора 11 с помощью винтов 14 выравнивают с предыдущим. По завершению калибровки соединения на электронных блоках для соответствующих измерительных устройств приводят в исходное рабочее состояние. Практическое использование предлагаемого способа и устройства позволяет вести строгий учет и контроль расхода тепла горячей и холодной воды.In the same manner, calibration is performed by a measuring device for accounting for the mass of coolant, hot and cold water. In this case, cold water of volume V 1 is poured into the
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137069/28A RU2254560C1 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137069/28A RU2254560C1 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2254560C1 true RU2254560C1 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35835896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003137069/28A RU2254560C1 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2254560C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585305C1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-05-27 | Сергей Витальевич Коннов | Impeller of hot water meter |
| RU2673313C1 (en) * | 2017-09-01 | 2018-11-23 | Александр Михайлович Косолапов | Method and device for measurement of heat consumption |
-
2003
- 2003-12-25 RU RU2003137069/28A patent/RU2254560C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585305C1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-05-27 | Сергей Витальевич Коннов | Impeller of hot water meter |
| RU2673313C1 (en) * | 2017-09-01 | 2018-11-23 | Александр Михайлович Косолапов | Method and device for measurement of heat consumption |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5936156A (en) | Liquid metering | |
| TWI464416B (en) | Device and method for detecting the energy quantity in the charging station for an electric vehicle | |
| US4048852A (en) | Integrating calorimeter | |
| RU2337320C1 (en) | Water meter | |
| JP2014505246A (en) | Method and apparatus for measuring the mass of fluid flowing through a flow meter at a constant consumption time | |
| CN105136843A (en) | Gas-liquid two phase thermal-engineering experiment heat loss calibration method and calibration device | |
| RU2254560C1 (en) | Mode of determination and calculation of heat consumption and arrangement for its realization | |
| EP1692469B1 (en) | High resolution pulse count interface | |
| RU2699260C1 (en) | Electronic tachometric meter for accounting of liquid and gas flow with remote transmission of measurement results via radio channel | |
| Tewolde et al. | High-resolution meter reading system for gas utility meter | |
| CN114096809A (en) | Volumetric flow meter and method for determining a volumetric flow rate | |
| US3128624A (en) | Heat quantity meter | |
| RU2387952C2 (en) | Watermetre | |
| RU2189572C1 (en) | Device measuring quantity of heat energy transferred by hot water supply | |
| RU2512101C1 (en) | Method of development of hot water counter and device for its implementation | |
| US4118979A (en) | Thermal energy meter | |
| RU2353904C2 (en) | Method for measurement of liquid flow and device for its realisation | |
| WO2018208179A1 (en) | Measuring system for actual energy consumption of central heating radiators | |
| RU2135967C1 (en) | Liquid heat transfer agent flow meter | |
| RU2138029C1 (en) | Process determining heat consumption by local consumers who are members of united system of heat consumers | |
| Schantz et al. | WaterWOLF: Water watch on load flow | |
| RU2403541C1 (en) | Method of determining fraction of heat energy consumed by individual consumer when heating apartment building with two-pipe heating system and heating system to this end | |
| EA043053B1 (en) | ELECTRONIC TACHOMETRIC METER FOR ACCOUNTING OF LIQUID CONSUMPTION WITH REMOTE TRANSMISSION OF MEASUREMENT RESULTS VIA RADIO CHANNEL | |
| RU2257554C2 (en) | Heating meter for counting of consumption of heat in local chains | |
| Ehrich | A guide to metering technologies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091226 |