RU2797816C1

RU2797816C1 - Mechanical thermostat

Info

Publication number: RU2797816C1
Application number: RU2022129108A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Илидоров; Вадим Сергеевич Рыжов
Original assignee: Вадим Сергеевич Рыжов
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-06-08

Abstract

FIELD: thermal power engineering.

SUBSTANCE: sources of thermal power generation on solid fuel with automatic mechanical control of thermal power. The mechanical thermostat contains a drive lever, a drive bar and an adjusting screw, a support bracket, an active element and an intermediate bar. The support bracket is attached to the furnace casing. An intermediate bar with a base plate is placed on the bracket on the axis. On this bar on the axis there is a drive lever with a thrust plate, on which an adjusting screw rests, connected through a threaded connection to the base plate. The drive bar rests at one end on the intermediate bar, and at the other end is fixed on the end of the active element, the other end of which is fixed on the furnace body. In this case, the active element can be made of a duralumin plate or rod, and the drive bar can be of variable length.

EFFECT: expanding the field of application of a mechanical thermostat by increasing the amplitude of the working stroke of the actuating element (damper drive) while ensuring high adjustment accuracy and the necessary force on the damper drive.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к источникам генерации тепловой энергии на твердом топливе с автоматической механической регулировкой тепловой мощности.SUBSTANCE: invention relates to thermal power engineering, namely to sources of thermal energy generation on solid fuel with automatic mechanical control of thermal power.

В настоящее время остается не полностью решенная проблема автоматической регулировки генерируемой мощности отопительных печей. Как правило приходится использовать ручную регулировку интенсивности горения сравнительно небольшого объема топлива в печи. Низкая точность такого метода ограничивает возможность наращиваемого объема загружаемого в печь топлива и увеличения за счет этого продолжительности ее работы. Механические терморегуляторы, используемые в котлах, практически не пригодны для печей, поскольку в печах в несколько раз больше температура корпуса печи и диапазон ее изменения, а также недостаточная для печи точность управления.At present, the problem of automatic adjustment of the generated power of heating furnaces remains not completely solved. As a rule, it is necessary to use manual adjustment of the intensity of combustion of a relatively small amount of fuel in the furnace. The low accuracy of this method limits the possibility of increasing the volume of fuel loaded into the furnace and thereby increasing the duration of its operation. Mechanical thermostats used in boilers are practically unsuitable for furnaces, since in furnaces the temperature of the furnace body and the range of its change are several times higher, as well as the control accuracy is insufficient for the furnace.

Известен механический терморегулятор печи (полезная модель №76702) на основе ручного привода заслонки входного воздуха и заслонки в дымоходе. Недостатками такого регулятора являются низкая точность управления тепловой мощностью и необходимость частой ее корректировки в процессе работы печи, что снижает эксплуатационные характеристики отопительного прибора.Known mechanical temperature controller furnace (useful model No. 76702) based on a manual damper inlet air and damper in the chimney. The disadvantages of such a controller are the low accuracy of thermal power control and the need for frequent adjustments during the operation of the furnace, which reduces the performance of the heater.

Известен механический терморегулятор (патент РФ №2032835) на основе термобиметаллических пластин, В качестве прототипа выбран механический терморегулятор для отопительного котла (Евразийский патент №005303 от 30.12.2004 г.), работа которого основана на тепловом расширении корпуса котла относительно его кожуха. При этом приводной рычаг с заслонкой опирается на кожух, а приводная планка, закрепленная на корпусе котла, опирается на приводной рычаг через регулировочный винт. Поскольку в качестве активного элемента терморегулятора используется корпус котла, то при его нагреве до рабочих температур он удлиняется на небольшую величину (в зависимости от высоты корпуса на 0,7-1 мм). Для получения необходимой амплитуды перемещения исполнительного элемента (привода заслонки) приходится использовать приводной рычаг с большой разницей длины плечей. Это приводит к снижению силы, развиваемой на приводе, и уменьшает точность регулировки температуры. Кроме того, поскольку управляющее воздействие формируется относительно кожуха котла, то на точность регулировки влияет не одинаковый нагрев кожуха, в зависимости от качества теплоизоляции и условий охлаждения кожуха в процессе работы котла. Следствием этого является ограниченная область применения терморегулятора, практически только в отопительных приборах с большой высотой корпуса (~ 2 м), имеющих небольшое распространение. В частности, такой терморегулятор практически не пригоден в печах вследствие не большой высоты их корпуса и не достаточной амплитуды рабочего хода привода заслонки.A mechanical thermostat is known (RF patent No. 2032835) based on thermobimetallic plates. A mechanical thermostat for a heating boiler (Eurasian patent No. 005303 dated 12/30/2004) was chosen as a prototype, the operation of which is based on thermal expansion of the boiler body relative to its casing. In this case, the drive lever with the damper rests on the casing, and the drive bar, fixed on the boiler body, rests on the drive lever through the adjusting screw. Since the body of the boiler is used as the active element of the thermostat, when it is heated to operating temperatures, it lengthens by a small amount (depending on the height of the body by 0.7-1 mm). To obtain the required amplitude of movement of the actuating element (damper drive), it is necessary to use a drive lever with a large difference in the length of the arms. This leads to a decrease in the force developed on the actuator and reduces the accuracy of temperature control. In addition, since the control action is formed relative to the boiler casing, the adjustment accuracy is affected by uneven heating of the casing, depending on the quality of the thermal insulation and the cooling conditions of the casing during the operation of the boiler. The consequence of this is the limited scope of the thermostat, practically only in heaters with a large body height (~ 2 m), which are not widely used. In particular, such a temperature controller is practically unsuitable in furnaces due to the small height of their housing and the insufficient amplitude of the damper drive stroke.

Техническим результатом является расширение области применения механического терморегулятора за счет увеличения амплитуды рабочего хода исполнительного элемента (привода заслонки) при обеспечении высокой точности регулировки и необходимого усилия на приводе заслонки.The technical result is to expand the scope of the mechanical temperature controller by increasing the amplitude of the working stroke of the actuating element (damper drive) while ensuring high adjustment accuracy and the necessary force on the damper drive.

Технический результат достигается тем, что механический терморегулятор содержащий приводной рычаг, приводную планку и регулировочный винт, содержит опорный кронштейн, активный элемент и промежуточную планку, при этом опорный кронштейн закреплен на кожухе печи, на кронштейне на оси размещена промежуточная планка с опорной пластиной, на этой планке на оси установлен приводной рычаг с упорной пластиной, на которую опирается регулировочный винт, соединенный через резьбовое соединение с опорной пластиной, причем приводная планка одним концом опирается на промежуточную планку, а другим концом закреплена на конце активного элемента, другой конец которого закреплен на корпусе печи. При этом активный элемент может выполняться из дюралевой пластины или стержня, а приводная планка с изменяемой длиной. The technical result is achieved by the fact that the mechanical thermostat containing a drive lever, a drive bar and an adjusting screw, contains a support bracket, an active element and an intermediate bar, while the support bracket is fixed on the furnace casing, an intermediate bar with a base plate is placed on the bracket on the axle, on this On the bar on the axis there is a drive lever with a stop plate, on which the adjusting screw rests, connected through a threaded connection to the base plate, and the drive bar at one end rests on the intermediate bar, and at the other end is fixed on the end of the active element, the other end of which is fixed on the furnace body . In this case, the active element can be made of a duralumin plate or rod, and the drive bar can be of variable length.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где схематически показан пример размещения терморегулятора на печи. На фиг. 1 обозначено: 1 -приводной рычаг, 2 - упорная пластина, 3 - отверстия для крепления привода заслонки входного воздуха (не показана на рисунке), 4 - промежуточная планка, 5 - опорная пластина, 6 - ось вращения приводного рычага 1, 7 - опорный кронштейн, 8 - ось вращения промежуточной планки, 9 - приводная планка, 10 - активный элемент, 11 - регулировочный винт, 12 - ручка регулировочного винта, 13 - кожух, 14 - корпус печи. Приводной рычаг 1, упорная пластина 2, промежуточная планка 4, опорная пластина 5, ось вращения приводного рычага 6, опорный кронштейн 7, ось вращения промежуточной планки 8 выполняются из металла необходимой толщины, чтобы практически исключить проявление упругой деформации. Элементы рычажного механизма (приводной рычаг 1, промежуточная планка 4, опорный кронштейн 7) могут быть выполнены из плоских или П-образных пластин. В последнем случае может быть увеличена длина осей 6 и 8 и тем самым снижены требования к точности изготовления конструкции в целом при минимизации ее люфта в различных плоскостях. Активный элемент 10 выполняется из металла с большим коэффициентом линейного расширения, например из дюралевой пластины или стержня. Элемент 10 прилегает к корпусу печи 14 и крепится в нижней его части с возможностью свободно удлиняться относительно корпуса печи. При значительной длине элемента 10, а также при криволинейной поверхности корпуса печи на ее корпусе устанавливаются направляющие пластины, ограничивающие смещение свободного конца элемента 10 в горизонтальной плоскости. На свободном конце элемента 10 крепится приводная планка 9. Планка 9 может быть выполнена из двух частей, накладываемых друг на друга, с возможностью смещения относительно друг друга на несколько миллиметров. Одна часть крепится к элементу 10, а другая опирается на конец промежуточной планки 4. Части планки 9 могут фиксироваться между собой болтовыми соединениями. Возможность изменения длины планки 9 необходима для юстировки терморегулятора при его установке на тот или иной образец печи. Регулировочный винт 11 может быть выполнен с метрической резьбой, а его конец, опирающийся на упорную пластину 2, имеет коническую или сферическую форму. Винт 11 вкручивается в сопряженное по резьбе отверстие в опорной пластине 5. Ручка 12 винта 11 может быть выполнена из тонкого металла или термостойкого пластика. Кожух 13 может быть выполнен из листового или перфорированного металла, а также теплоизолированным. Для дополнительного увеличения амплитуды рабочего хода привода заслонки, например, при не больших размерах печи, на внутренней стороне кожуха, напротив активного элемента 10 устанавливается дополнительная пластина (не показана на рисунке) из металла с низким коэффициентом линейного расширения, например из инвара. К этой пластине крепится опорный кронштейн 7. Указанная дополнительная пластина может крепиться с внутренней стороны в нижней части кожуха, а при его отсутствии к нижней части Печи, с необходимым зазором для размещения рычажного механизма и ограничителем ее смещения в горизонтальной плоскости.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which schematically shows an example of placing a temperature controller on a furnace. In FIG. 1 marked: 1 - drive lever, 2 - thrust plate, 3 - holes for fastening the intake air damper actuator (not shown in the figure), 4 - intermediate bar, 5 - base plate, 6 - axis of rotation of the drive lever 1, 7 - support bracket, 8 - axis of rotation of the intermediate bar, 9 - drive bar, 10 - active element, 11 - adjusting screw, 12 - adjusting screw handle, 13 - casing, 14 - furnace body. The drive lever 1, thrust plate 2, intermediate bar 4, base plate 5, axis of rotation of the drive lever 6, support bracket 7, axis of rotation of the intermediate bar 8 are made of metal of the required thickness in order to practically eliminate the manifestation of elastic deformation. Elements of the lever mechanism (drive lever 1, intermediate bar 4, support bracket 7) can be made of flat or U-shaped plates. In the latter case, the length of the axes 6 and 8 can be increased, and thereby the requirements for the accuracy of manufacturing the structure as a whole can be reduced while minimizing its backlash in various planes. The active element 10 is made of metal with a high coefficient of linear expansion, such as aluminum plate or rod. The element 10 adjoins the furnace body 14 and is fixed in its lower part with the possibility to freely extend relative to the furnace body. With a significant length of the element 10, as well as with a curved surface of the furnace body, guide plates are installed on its body, which limit the displacement of the free end of the element 10 in the horizontal plane. At the free end of the element 10, a drive bar 9 is attached. The bar 9 can be made of two parts superimposed on each other, with the possibility of displacement relative to each other by several millimeters. One part is attached to the element 10, and the other rests on the end of the intermediate bar 4. The parts of the bar 9 can be bolted together. The ability to change the length of the bar 9 is necessary for adjusting the temperature controller when it is installed on a particular type of furnace. The adjusting screw 11 can be made with a metric thread, and its end, resting on the thrust plate 2, has a conical or spherical shape. The screw 11 is screwed into a threaded hole in the base plate 5. The handle 12 of the screw 11 can be made of thin metal or heat-resistant plastic. The casing 13 can be made of sheet or perforated metal, as well as heat-insulated. To further increase the amplitude of the working stroke of the damper drive, for example, when the furnace is not large, on the inside of the casing, opposite the active element 10, an additional plate (not shown in the figure) is installed from a metal with a low coefficient of linear expansion, for example, from Invar. A support bracket 7 is attached to this plate. The specified additional plate can be attached from the inside in the lower part of the casing, and in its absence to the lower part of the Furnace, with the necessary clearance to accommodate the lever mechanism and limit its displacement in the horizontal plane.

Работа предлагаемого терморегулятора основана на передаче теплового удлинения активного элемента 10 (относительно удлинения кожуха или дополнительной пластины) через рычажный механизм на исполнительный элемент (заслонку входного воздуха) через привод, соединяемый с одним из отверстий 3 приводного рычага 1. Точкой подвеса привода регулируется эффективная длина приводного рычага 1, с целью изменения амплитуды рабочего хода привода заслонки и чувствительности терморегулятора. При установке терморегулятора на печь активный элемент 10 с приводной планкой 9 закрепляется на корпусе печи 14, а рычажный механизм опорным кронштейном 7 устанавливается на кожух 13. При этом приводная планка 9 своим заостренным концом должна опираться на конец промежуточной планки 4. В зависимости от размеров печи и, соответственно, длины активного элемента, конструкции кожуха 13, изменением длины приводной планки 9 осуществляется юстировка чувствительности терморегулятора и связанной с ней амплитуды рабочего хода приводного рычага, путем установки требуемого для конкретного образца печи расстояния от оси вращения промежуточной планки 8 до линии соприкосновения конца приводной планки 9 с концом промежуточной планки 4. Изменение указанного расстояния осуществляется изменением длины приводной планки 9, например, путем ослабления болтового соединения двух ее частей, смещения их относительно друг друга с последующим затягиванием болтового соединения. Другим вариантом конструкции приводной планки может быть винт с потайной головкой, вкручиваемый в активный элемент и фиксируемый контргайкой. Своей головкой этот винт опирается на конец промежуточной планки 4, а его вкручивание и выкручивание позволяет изменять расстояние от оси вращения промежуточной планки 8 до места опоры головки винта. Уменьшение указанного расстояния повышает чувствительность терморегулятора и, наоборот, его увеличение - снижает.The operation of the proposed thermostat is based on the transfer of the thermal elongation of the active element 10 (relative to the extension of the casing or additional plate) through the lever mechanism to the actuator (inlet air damper) through the actuator connected to one of the holes 3 of the actuator lever 1. The effective length of the actuator is regulated by the suspension point of the actuator. lever 1, in order to change the amplitude of the working stroke of the damper drive and the sensitivity of the thermostat. When installing the thermostat on the furnace, the active element 10 with the drive bar 9 is fixed on the furnace body 14, and the lever mechanism is mounted on the casing 13 with the support bracket 7. In this case, the drive bar 9 with its pointed end should rest on the end of the intermediate bar 4. Depending on the size of the furnace and, accordingly, the length of the active element, the design of the casing 13, by changing the length of the drive bar 9, the sensitivity of the thermostat and the associated amplitude of the working stroke of the drive lever are adjusted by setting the distance required for a specific furnace sample from the axis of rotation of the intermediate bar 8 to the line of contact of the end of the drive strip 9 with the end of the intermediate strip 4. Changing the specified distance is carried out by changing the length of the drive strip 9, for example, by loosening the bolted connection of its two parts, shifting them relative to each other, followed by tightening the bolted connection. Another option for the design of the drive bar can be a countersunk screw screwed into the active element and fixed with a lock nut. With its head, this screw rests on the end of the intermediate bar 4, and its screwing in and out allows you to change the distance from the axis of rotation of the intermediate bar 8 to the place where the screw head is supported. Decreasing the specified distance increases the sensitivity of the thermostat and, conversely, increasing it reduces it.

При растопке печи винт 11 поворачивается по часовой стрелке относительно своей оси в опорной пластине 5 и своим концом смещает упорную пластину 2. При этом приводной рычаг 1 поворачивается на оси 6, а его конец поднимаясь вверх через привод открывает заслонку входного воздуха, что приводит к интенсификации горения топлива в печи и разогреву корпуса печи 14. По мере нагрева печи одновременно нагревается активный элемент 10 и он удлиняется пропорционально изменению температуры. При этом приводная планка 9 смещается вверх относительно кожуха 13, который удлиняется значительно меньше, поскольку нагревается значительно меньше и имеет коэффициент линейного расширения в несколько раз меньше, чем элемент 10. Поэтому промежуточная планка 4 поворачивается против часовой стрелки относительно оси 8. При этом размещенный на планке 4 приводной рычаг 1 опускается вниз и через привод происходит прикрытие заслонки входного воздуха печи. В результате уменьшается объем поступающего в печь воздуха, что приводит к снижению интенсивности горения топлива и уменьшению температуры корпуса печи. Остывая, элемент 10 укорачивается, приводная планка 9 начинает опускаться вниз, поворачивая промежуточную планку 4 по часовой стрелке, за счет чего происходит движение приводного рычага вверх, приоткрывая заслонку входного воздуха, вследствие чего происходит не большая интенсификация горения топлива. Указанные процессы последовательно повторяются с практически не заметными колебаниями генерируемой мощности, поскольку тепловая инерционность печи достаточно большая, а активный элемент 10 устанавливается на месте корпуса печи с наибольшим изменением температуры при изменении интенсивности горения. Таким образом, достаточно быстро происходит стабилизация интенсивности горения топлива и, следовательно, генерируемой мощности. При изменении угла открытия заслонки входного воздуха, с помощью регулировочного винта 11, может быть изменена генерируемая мощность, на которой в дальнейшем происходит стабилизация работы печи.When the furnace is kindled, the screw 11 rotates clockwise relative to its axis in the base plate 5 and displaces the thrust plate 2 with its end. combustion of fuel in the furnace and heating of the furnace body 14. As the furnace heats up, the active element 10 simultaneously heats up and it lengthens in proportion to the temperature change. In this case, the drive bar 9 is displaced upward relative to the casing 13, which elongates much less, since it heats up much less and has a coefficient of linear expansion several times less than the element 10. Therefore, the intermediate bar 4 rotates counterclockwise relative to the axis 8. In this case, placed on bar 4, the drive lever 1 goes down and the damper of the furnace inlet air is covered through the drive. As a result, the volume of air entering the furnace decreases, which leads to a decrease in the intensity of fuel combustion and a decrease in the temperature of the furnace body. Cooling down, the element 10 is shortened, the drive bar 9 starts to go down, turning the intermediate bar 4 clockwise, due to which the drive lever moves up, slightly opening the inlet air damper, as a result of which there is a slight intensification of fuel combustion. These processes are sequentially repeated with almost imperceptible fluctuations in the generated power, since the thermal inertia of the furnace is quite large, and the active element 10 is installed in place of the furnace body with the largest temperature change when the combustion intensity changes. Thus, the intensity of fuel combustion and, consequently, the generated power are stabilized rather quickly. By changing the opening angle of the inlet air damper, with the help of the adjusting screw 11, the generated power can be changed, at which the operation of the furnace is stabilized in the future.

В предлагаемом терморегуляторе за счет введения активного элемента удалось существенно повысить чувствительность терморегулятора к изменению температуры корпуса отопительного прибора (в частности печи), увеличить, по сравнению с прототипом, амплитуду рабочего хода исполнительного элемента на единицу высоты отопительного прибора, при получении необходимого усилия на приводе и обеспечении высокой точности управления. Так амплитуда изменения длины активного элемента на печи относительно не теплоизолированного кожуха превышает аналогичную величину в прототипе более чем в 2 раза, а при использовании дополнительной пластины из металла с низким коэффициентом линейного расширения более чем в 3 раза. Это позволяет расширить область применения механического терморегулятора, в том числе на малогабаритных отопительных печах длительного горения.In the proposed thermostat, due to the introduction of an active element, it was possible to significantly increase the sensitivity of the thermostat to changes in the temperature of the body of the heater (in particular, the furnace), to increase, in comparison with the prototype, the amplitude of the working stroke of the actuating element per unit height of the heater, when obtaining the necessary force on the drive and ensuring high control accuracy. Thus, the amplitude of the change in the length of the active element on the furnace relative to the non-insulated casing exceeds the similar value in the prototype by more than 2 times, and when using an additional metal plate with a low coefficient of linear expansion, more than 3 times. This makes it possible to expand the scope of the mechanical temperature controller, including on small-sized long-burning heating furnaces.

Уровень разработки находится в стадии использования в серийно выпускаемом модельном ряде отопительных печей длительного горения.The level of development is at the stage of use in a serially produced model range of long-burning heating furnaces.

Claims

1. A mechanical thermostat containing a drive lever, a drive bar and an adjusting screw, characterized in that it contains a support bracket, an active element and an intermediate bar, while the support bracket is fixed on the furnace casing, an intermediate bar with a base plate is placed on the bracket on the axis, on On this bar, a drive lever with a stop plate is mounted on the axis, on which an adjusting screw rests, connected through a threaded connection to the base plate, and the drive bar rests at one end on the intermediate bar, and at the other end is fixed on the end of the active element, the other end of which is fixed on the housing ovens.

2. Mechanical thermostat according to claim 1, characterized in that the active element is made of a duralumin plate or rod.

3. Mechanical thermostat according to claim 1, characterized in that the drive bar is made with a variable length.

4. Mechanical thermostat according to claim 1, characterized in that the support bracket is mounted on an additional metal plate with a low coefficient of linear expansion.

5. Mechanical thermostat according to claim 4, characterized in that the additional plate is made of Invar.