Регулятор температуры отопления: схема, конструкция, принцип работы. Регулятор температуры отопления для радиатора

06.06.2019

Как известно, для того, чтобы качественно отопить любое помещение, требуется правильно отрегулировать температурные показатели, чтобы нагрев соответствовал оптимально комфортным условиям и обеспечивал благоприятный микроклимат в жилище. Поэтому следует более подробно рассмотреть особенности такого прибора, как регулятор температуры для радиатора отопления, который призван выполнять все эти функции. Кроме того, следует разобраться с тем, как регулировать температуру батареи отопления в различных постройках, включая частные и многоквартирные дома.

Необходимость установки терморегуляторов

Подобные механизмы применяются для следующих целей:

экономия производимого отоплением тепла;
поддержание комфортного показателя температуры в жилище.

Многие хозяева для решения второй задачи до сих пор пользуются традиционными способами, например, накрывают радиаторы покрывалом или открывают окна для проветривания. Однако гораздо более современным решением будет установка такого прибора, как регулятор температуры отопления, влияющий на расход теплоносителя в отопительной системе и способный функционировать как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Очень важно помнить, что при монтаже терморегулятора для радиатора отопления крайне необходимо наличие специальной перемычки, расположенной непосредственно перед прибором отопления. Если ее не будет, то расход теплоносителя не получится регулировать через радиатор, так как делать это придется через общий стояк.

Говоря об экономии, этот фактор является актуальным для тех хозяев, жилое помещение которых оборудовано автономной отопительной системой, а также для служб жилищно-коммунального хозяйства, использующих приборы учета для оплаты тепла, поступающего от его производителей.

Установка температурных регуляторов в домах многоквартирного типа

Чтобы установить регулятор температуры радиатора батарей отопления в многоквартирном доме, необходимо разобраться с тем, что представляет собой учет тепла в такой конструкции.

Трубопроводы подачи и отдачи оснащены специальными подпорными шайбами, перед и после каждой из которых располагаются регулирующие давление датчики. Благодаря тому, что диаметр этих датчиков известен, появляется возможность рассчитать расход теплоносителя, циркулирующего через датчики. Как результат, разница, полученная между расходом воды в трубопроводах подачи и отдачи, будет отображать объем израсходованной жильцами воды.

Контроль температуры теплоносителя в системе отопления на обоих участках призваны осуществлять температурные датчики. Поэтому, зная то, в каком объеме расходуется тепло и чему равна его температура, можно легко рассчитать то количество тепла, которое осталось в помещении.

Для того чтобы регулировать работу отопления было проще, требуется постоянно следить за состоянием температуры.

Сделать это поможет один из двух способов:

Монтаж запорного клапана . Такое устройство призвано частично перекрывать систему трубопровода в том случае, если температура обратки является выше заданной. Представляет собой обычный электромагнитный клапан. Подобный вариант станет подходящим тех домов, где система отопления является относительно простой и не отличается большим объемом теплоносителя.
Устройство клапана трехходового типа . Этот прибор также позволяет регулировать текущий расход теплоносителя, однако функционирует он несколько иначе: в том случае, если температура воды превышает норму, то она направляется сквозь открытый клапан в трубопровод подачи в большем количестве. Путем смешения с остывшей водой общая температура снизится, а необходимая скорость циркуляции сохранится.

Подобная конструкция может несколько отличаться в разных системах. Схема устройства может быть оснащена несколькими температурными датчиками, а также одним или двумя насосами циркуляции. Кроме того, могут присутствовать клапаны механического типа, с помощью которых можно осуществлять контроль над работой отопления без подачи какого-либо питания.

Монтаж механических регуляторов не несет в себе особой сложности. Чтобы установить такой прибор, требуется лишь соединить его с фланцем в узле элеватора. Немаловажным является и тот факт, что цена таких устройств является значительно более низкой по сравнению с электронными механизмами.

Монтаж регуляторов температуры в частных домах

Как правило, автоматический регулятор температуры отопления является неотъемлемой частью нагревательного котла в автономной системе отопления. Такой датчик может быть мобильным, то есть его можно переносить, а также способен измерять температуру в комнате.

В котлах электрического типа используются электронные датчики, которые непосредственно связаны с установленными ТЭНами (тепловыми электронагревательными элементами) либо с напряжением, возникающим на электродах или на обмотке котла.

Системы котлов, работающие как с помощью газа, так и с применением технологии пиролиза, зачастую оснащены механическими регуляторами, главное из преимуществ которых – независимость в плане энергии. Но такой вариант, безусловно, не подразумевает использования выносных температурных датчиков.

Температурные датчики для радиаторов

Иногда один датчик температуры имеет при себе несколько отопительных радиаторов. Влияет на это, в первую очередь, схема установки. Но гораздо чаще принято монтировать регулятор на каждый прибор отопления по отдельности.

Многие хозяева устанавливают привычную многим систему, именуемую «ленинградкой», принцип работы которой заключается в применении одной опоясывающей дом или один этаж трубы, имеющей довольно внушительный диаметр, а параллельно ей встраиваются батареи отопления или конвекторы.

Стоит отметить, что для того, чтобы отрегулировать температуру отопления, можно использовать не только стандартные устройства.

К распространенным механизмам этого типа относятся:

головка на термостатической основе. Представляет собой автоматический датчик, контролирующий температуру теплоносителя в батарее. Принцип ее функционирования заключается в следующем: в процессе нагрева жидкие и газообразные вещества расширяются. Это, как следствие, ведет к тому, что нагретый продукт выдавливает специальный шток, перекрывая, тем самым, доступ теплоносителя;
не менее часто применяются и приборы, именуемые дросселями. Они представляют собой специальные краны винтового типа, с помощью которых можно регулировать проходимость теплоносителя ручным образом. Стоимость их является более доступной, а кроме того, с их помощью можно контролировать двухтрубные отопительные системы;
наименее дорогостоящий и самый простой механизм, помогающий отрегулировать температуру – это традиционный вентиль. Безусловно, эксплуатировать в данном случае следует лишь современные модели, а не устаревшие винтовые приборы, так как в старых механизмах очень часто отрываются клапаны, а также существует риск протечки сальников. Совершенно иная ситуация обстоит с шаровыми вентилями: даже в полуоткрытой позиции они надежно и качественно функционируют на протяжении долгого периода времени.

Для того чтобы устройство регуляторов температуры прошло максимально удобно, многие специалисты рекомендуют предварительно изучить различные фото этих устройств и детальные инструкции по их правильному подключению.

Приятно, когда дом теплый. Неважно, какая погода за окном, крещенские морозы или промозглая осенняя слякоть, современные отопительные системы, способны создать в отдельно взятом жилище оазис тепла и уюта. Вот только комфорт, подаренный прогрессом, требует постоянного контроля. Безопасность и экономичность, важны так же как и соблюдение режима температуры. Регулятор отопления, устройство, заменяющее человека в процессе соблюдения баланса между этими составляющими и будет темой этой статьи. Начнем.

Кратко о видах отопления

Прежде, чем перейти к разговору о типах терморегуляторов, стоит кратко перечислить основные системы отопления, итак:

Водяные . Самые популярные на сегодняшний день. Причин несколько: безопасность, простота монтажа и эксплуатации, умеренная цена.
Паровые . Имеют весьма высокий КПД, но в силу повышенной опасности для человека при авариях, крайне редко используются в жилищном строительстве. Повышенные требования к прочности и термостойкости увеличивают стоимость системы.
Воздушные . Основной минус – затруднена регулировка температуры. Причина – свойства воздуха как теплоносителя, не позволяют в полном объеме контролировать процесс передачи тепла.
Электрические . Сравнительно новые, однако быстро набирающие популярность методы отопления. Неудивительно: удобный монтаж, экологичность, возможность тонкой настройки системы, перевешивают увеличение счетов за электроэнергию в особо холодные месяцы.

Теперь, когда основные методы отопления нам известны, можно переходить к детальному разбору инструмента, созданного для точного и безопасного управления режимом температуры – терморегулятору.

Типология

Из предыдущего перечня, можно сделать вывод, что наиболее популярными сегодня, являются водяные и электрические отопительные системы. Все многообразие терморегуляторов, а их принято разделять на три группы:

механические,
электрические,
электронные,

за незначительными отличиями, применимо в равной степени к любой из них.

Механика

Механический терморегулятор для водяного отопления – это, как правило, обычный клапан, сконструированный с учетом необходимости ручного управления. Его место в магистрали непосредственно на входе в радиатор. Регулировка температуры производится простым поворотом термической головки. На ручку управления нанесена шкала с делениями для точной настройки теплоотдачи. Количество делений, оборудование регулятора водяного отопления кнопкой включения – выключения, другие опции у разных производителей могут иметь небольшие отличия, не влияющие на качество эксплуатации. Надежное и недорогое устройство.

Совет специалистов. При покупке, обратите внимание на марки Danfoss и Broen. Приличное качество по умеренным ценам.

Электрика и электроника

Также температура в системах водяного отопления может корректироваться с помощью электрических либо электронных регуляторов. Главное их достоинство, это возможность обходиться без присутствия человека. Вы задаете необходимые параметры один раз, вся остальная регулировка ложится на плечи процессора. Исключительно удобный вариант как для промышленных, так и бытовых отопительных систем. Действие этого типа терморегуляторов основано на дозированной подаче топлива в источник тепловой энергии в зависимости от различных факторов. Это могут быть:

время суток;
температура, как в помещении, так и на улице;
влажность воздуха;
предустановленная программа.

На рынке, встречаются модели, в которых регулировка настроек возможна по телефону!

Совет специалистов. Вода и электричество, опасное сочетание. Поэтому, необходимо обязательное заземление всех электроприборов в системе.

Регулятор электрической системы отопления выполняет те же функции, что и его аналоги в случае с водяным отоплением. То есть, координирует температурные параметры в зависимости от изменений окружающей среды или команд, поступивших в процессор. Местом установки электрического терморегулятора, может быть любой радиатор в магистральной цепи, а может, непосредственно сам источник тепла.

Особняком, стоит тема автономного отопления «теплый пол». Специальный теплопроводящая пленка или кабель, датчики и регулятор температуры, позволяют избирательно отапливать любую часть строения. Используемые здесь координирующие устройства, условно делятся на: аналоговые и цифровые.

Аналоговые: просты, надежны, дешевы. Эти плюсы, плавно перетекают в минусы. Простота конструкции приводит к тому, что регулировка имеет крайне скудный список возможностей.
Цифровые. Картина обратная. Возможность настроить отопительную систему до самых тонких нюансов, делает терморегулятор для электрического отопления весьма сложным в управлении, прихотливым и дорогим устройством.

Заключение

Единственное, что хочется добавить в конце — нюансов, хитростей, тонкостей в установке и регулировке систем предостаточно. По возможности доверяйте монтажные и профилактические работы, связанные с отоплением – профессионалам. Не стоит забывать и о безопасности.

Пусть ваш дом будет теплым!

В статье будет рассказано о том, как самостоятельно изготовить регулятор температуры. Пригодится он для реализации системы управления отопления дома, дачи, теплого пола, теплицы. Впрочем, данную конструкцию можно использовать в качестве основы для автоматического управления температурой в салоне автомобиля. С одним отличием - придется устанавливать другие исполнительные устройства и производить настройку. В продаже сегодня имеется немалое количество терморегуляторов, все они просты в эксплуатации и имеют минимальное число самых необходимых настроек.

Что предлагает рынок

Можно приобрести в хозмаге или даже в интернет-магазине регулятор температуры. Цена его различна, но стартует от 500 рублей. В этих конструкциях имеется несколько функций. И выходной сигнал управления, как правило, предназначен для подключения слаботочной нагрузки. Например, в качестве такой можно использовать обмотку электромагнитного реле. Некоторые нагревательные приборы оснащаются встроенным регулятором, который построен на основе биметаллической пластины. Суть в том, что эта пластина нагревается при протекании тока. А нагрев до некоторой температуры - это достижение определенного значения тока потребления. В тот момент, когда происходит превышение тока, пластина от нагрева выгибается и размыкает контакты, по которым осуществляется питание нагревательного элемента. После остывания контакты замыкаются, и вновь происходит нагрев. Это механический тип регулятора, который хоть и используется в промышленности, для небольших конструкций вряд ли подойдет.

Как изготовить терморегулятор

Итак, стоит рассмотреть более детально то, как самостоятельно изготовить такой несложный прибор. Обратите внимание на то, что изготавливаться будет терморегулятор на основе микропроцессора. Даже банальные AtMega 128 или AtMega 8 для такой конструкции окажутся идеальными. Банальные они по той причине, что именно эти микроконтроллеры схемотехники (в том числе и самоучки) изучили вдоль и поперек. Все свойства этих элементов изучены, имеется масса литературы по ним с практическими схемами разнообразных конструкций. В том числе на их основе изготавливается и регулятор температуры. Схема проста и не требует особых настроек (разве что программирования). Также стоит учесть, что выходной сигнал микроконтроллера может управлять очень слабой нагрузкой. Поэтому необходимо использовать усилитель на полевом транзисторе (который будет работать в режиме ключа) либо же сборку Дарлингтона (например, ULN2003). Именно с ее помощью можно произвести «состыковку» исполнительного механизма и микроконтроллера. Не стоит забывать и о том, что на входе контроллера обязательно нужно использовать согласующие устройства. В частности, если применяете терморезистор, вам потребуется использовать для его подключения делитель напряжения на постоянных сопротивлениях.

Расчет устройства

Обратите внимание на то, что для вашего же удобства необходимо использовать дополнительный цифровой модуль - индикатор на светодиодных элементах. Такой регулятор температуры отопления окажется очень удобным в эксплуатации. Итак, у вас имеется микроконтроллер, у него несколько портов ввода и вывода. Их-то и нужно использовать для цели управления. Подключаете единственный измерительный прибор - терморезистор. Затем выясняется, что вам нужно ввести в конструкцию несколько кнопок:

Увеличение температуры.
Уменьшение температуры.
Сброс.

Следовательно, у вас будет задействовано четыре порта ввода. Остальные можно использовать для исполнительных устройств. О них нужно поговорить более детально.

Исполнительные устройства

Если у вас происходит управление электрическими нагревательными элементами, то задача становится очень простой. Выбираете подходящий по току магнитный пускатель и уже этим устройством производите подачу высокого напряжения на элементы нагревателя. Такой регулятор температуры отопления можно сделать даже не прибегая к использованию микроконтроллеров. Аналогичная ситуация и с системой теплого пола. Но вот если у вас газовый котел, придется внести несколько дополнительных элементов. Обратите внимание на то, что нижеприведенная информация дана для ознакомления, за внесение конструктивных изменений в газовую аппаратуру вы отвечаете головой. Но если в целях образования, то вам необходимо открыть подачу газа к нагревательному элементу котла. Но нужно открывать подачу плавно, причем не полностью. Следовательно, стоит учесть это при настройке микроконтроллера. В качестве исполнительного устройства здесь выступает шаговый двигатель и полуоборотный кран, который приводится в движение от мотора.

Алгоритм работы системы управления

Такой точно принцип можно использовать и для системы отопления салона автомобиля, аналогично строится регулятор температуры. Схема устройства приведена в статье. Итак, у вас имеется три кнопки. Следовательно, при нажатии одной микроконтроллер должен понимать, что необходимо увеличить рабочую температуру. При нажатии второй он понимает, что температура уменьшается. Происходит увеличение или уменьшение на один градус (или иной шаг, который вы выбрали при программировании). Третья кнопка возвращает температуру на исходное значение. Но есть еще терморезистор, сигнал с которого поступает на вход контроллера и сравнивается с тем, который был задан при помощи кнопок. Если:

Заданное значение выше текущего или, то открывается подача газа к форсункам.
Заданное значение ниже текущего или равно ему, подача газа закрыта.

При составлении алгоритма следует учитывать погрешность измерений, точные приборы учета (терморезисторы) вряд ли вы найдете.

Заключение

Вот такой несложный электронный регулятор температуры позволяет собрать микропроцессорная техника. Также стоит отметить, что при программировании можно задать определенный интервал значений температуры. А вместо кнопок использовать одно переменное сопротивление. Аналогичные конструкции используются для инкубаторов. Только стоит учесть, что необходимо четко откалибровать шкалу, чтобы знать, на каком значении температуры находится ручка регулятора.

Владельцы патента RU 2390816:

Изобретение относится к устройствам контроля и автоматического регулирования температуры и предназначено для использования в системах регулирования температуры в зданиях, отапливаемых с помощью центрального водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя. В регуляторе температуры системы отопления зданий в качестве термочувствительного элемента используется жидкостной термомеханический преобразователь (ЖТМП) с жестким корпусом, состоящий из цилиндрического полого корпуса с заглушкой и размещенным в ней сальником, через который проходит шток ЖТМП, на внутреннем конце которого имеется дисковая головка, которая служит упором для пружины ЖТМП, служащей для облегчения возвратного движения штока при уменьшении температуры термометрической жидкости, которой полностью заполнена герметичная полость ЖТМП, причем диаметр штока существенно меньше внутреннего диаметра корпуса ЖТМП, а между заглушкой ЖТМП и теплоизолирующей втулкой перегородки установлена пружина, прижимающая дно ЖТМП к регулировочному винту, установленному в торцевой стенке камеры термостатирования и служащему для установки температуры термостатирования обратной воды. Технический результат - повышение эффективности и расширение диапазона регулирования регулятора температуры воды в отопительной системе при повышении надежности регулятора и упрощении его конструкции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известны разнообразные конструкции терморегуляторов прямого действия и термостатов, служащих для регулирования температуры различных жидких и газообразных сред в технологических установках, а также в системах отопления и охлаждения . Все они состоят из регулирующего органа (клапана, регулирующего поступление жидкого теплоносителя) и термочувствительного элемента, представляющего собой термомеханический преобразователь, обеспечивающий перемещение регулирующего органа при изменении температуры, принцип действия которого основан на температурном расширении вещества, заполняющего герметичную термосистему. В качестве термочувствительного вещества могут использоваться твердые легкоплавкие вещества, легкоиспаряющиеся жидкости и жидкости с постоянным температурным коэффициентом объемного расширения в области регулируемых температур.

Известны и построенные на основе терморегуляторов прямого действия регуляторы температуры для системы отопления зданий .

В представлена система, использующая горячую воду из теплосети непосредственно для отопления здания, и поэтому регулирование температуры в отапливаемом здании осуществляется путем регулирования расхода горячей воды, забираемой из теплосети. Такие системы содержат несколько термосистем, служащих для учета колебаний температуры внутри отапливаемого помещения и наружного воздуха, термобаллоны которых размещены соответственно внутри и снаружи помещения и соединены капиллярами с сильфонами, служащими термомеханическими преобразователями, и исполнительным органом, размещенным в теплопункте отапливаемого здания. Такие системы неэкономичны (характеризуются повышенным расходом горячей воды из теплосети), сложны в монтаже и эксплуатации и малонадежны из-за большого количества исполнительных и задающих термосильфонов и соединяющих их с термобаллонами длинных капилляров. Поэтому реального применения они не получили. В описаны системы, которые работают на основе полузамкнутой циркуляции воды в отопительной системе, температура которой поддерживается постоянной за счет подмешивания к ней горячей воды из тепломагистрали. Такие системы более экономичны (расход горячей воды, забираемой из тепломагистрали, в них существенно меньше), просты по устройству и более надежны в эксплуатации. В описана наиболее простая система, содержащая три конструктивно объединенные камеры (смесительную, камеру, регулирующую поступление горячей воды из теплосети, и камеру термостатирования, в которую поступает обратная вода из отопительной системы) и один термомеханический преобразователь (герметичный, заполненный термометрической жидкостью сильфон), размещенный в камере термостатирования. Эта система поддерживает постоянство температуры обратной воды в отопительной системе. В описана подобная система, поддерживающая постоянство температуры поступающей в отопительную систему воды. Конструктивно она отличается от предыдущей тем, что вместо трех камер используется две, а термометрический сильфон расположен в камере смешения (т.е. камера смешения и камера термостатирования совмещены), а также наличием дополнительного манометрического сильфонного преобразователя, реагирующего на перепад давлений в теплосети и обратной магистрали. Оба сильфона (термометрический и манометрический) жестко соединены штоками с одним и тем же исполнительным органом (дроссельной иглой, регулирующей поступление горячей воды из теплосети). Манометрический преобразователь предназначен для учета колебаний давлений в магистрали теплосети и обратной магистрали. Однако при жестком соединении обоих сильфонов они будут нарушать нормальную работу друг друга. Поскольку полость термометрического сильфона герметизирована, а жидкость, заполняющая ее, практически несжимаема, то под действием значительных противоположных сил со стороны манометрического сильфона вместо соответствующих смещений регулирующего органа получим деформацию боковой поверхности термометрического сильфона и при значительных усилиях со стороны манометрического сильфона и его разрушение. Кроме того, если целевой функцией регулирования является поддержание постоянства температуры поступающей в отопительную систему воды, то вполне достаточно одного термометрического преобразователя, который будет отрабатывать ее изменения (с определенной статической ошибкой), вызванные любыми возмущающими факторами, включая не только изменения теплоотдачи в отопительной системе, вызываемые изменениями температуры и ветровой нагрузки наружного воздуха, но и колебания температуры горячей воды в теплосети и колебания давления в ней. Кроме того, стабилизация температуры воды, поступающей в отопительную систему, менее эффективна с точки зрения поддержания комфортной температуры в отапливаемом помещении, чем стабилизация температуры обратной воды (при стабилизации температуры поступающей в отопительную систему воды при повышении теплоотдачи в отопительной системе вследствие холодной погоды будет уменьшаться температура обратной воды, и эти дополнительные потери тепла не будут компенсироваться увеличением температуры воды, поступающей в отопительную систему, т.е. температура воздуха в отапливаемом помещении будет неизбежно понижаться, а при стабилизации температуры обратной воды дополнительная теплоотдача будет обеспечиваться за счет повышения начальной температуры воды, что позволит поддерживать постоянство температуры воздуха в отапливаемых помещениях). Поэтому в качестве прототипа выберем систему, описанную в .

Однако и описанная в система имеет ряд существенных недостатков. Главные из них связаны с низкой чувствительностью и недостаточной надежностью термосильфона как термомеханического преобразователя. В самом деле, относительная чувствительность термосильфонного преобразователя при отсутствии в термосистеме соединенного с ним капилляром термобаллона равна по величине температурному коэффициенту объемного расширения заполняющей его термометрической жидкости, которая практически для всех используемых на практике термометрических жидкостей близка к 0,001/°C (0,1%/°C). Это означает, что для получения абсолютной чувствительности хотя бы в 1 мм/°C начальная длина термосильфона должна составлять один метр. Термосильфон такой длины практически невозможно изготовить, поскольку для обеспечения устойчивости к продольному изгибу его начальная длина не должна превышать его диаметр более чем в два раза. Кроме того, сильфоны не могут развивать больших усилий, т.к. это чревато необратимой деформацией гофров, а также обладают низкой надежностью из-за потери герметичности, которая может произойти, во-первых, из-за силовой перегрузки (при превышении противодействующего усилия против расчетного), во-вторых, из-за появления усталостных трещин в гофрах при циклической работе сильфона.

Вторым недостатком прототипа (косвенно связанным с первым) является узкий диапазон и недостаточная эффективность регулирования. При приемлемых размерах термосильфона (изготовить сильфон с начальной длиной свыше 200-250 мм при обеспечении высокой надежности его работы весьма сложно) его абсолютная чувствительность не превысит 0,2-0,25 мм/°C. В этом случае для обеспечения максимального перемещения регулирующего органа (дроссельной иглы) хотя бы на 5 мм (при меньшем перемещении диапазон регулирования будет еще уже) понадобится перепад температур в термостатируемой камере (статическая ошибка регулирования) 20-25°C. Это составляет почти половину всего допустимого диапазона температуры воды в отопительной системе (который составляет 70-120°C). Следовательно, эффективность регулирования будет весьма низкой. Кроме того, диапазон перемещения регулирующего органа (а значит, и дна термосильфона) с одной стороны жестко ограничен полным запиранием клапана. Если при этом температура обратной воды окажется слишком высокой (в силу малой теплоотдачи при теплой погоде), то жидкость в термосильфоне будет продолжать расширяться и может разрушить термосильфон). Чтобы этого не произошло, ручным винтовым регулятором, задающим начальное положение термосильфона (а значит, и дроссельной иглы), необходимо устанавливать его с некоторым запасом, чтобы дроссельная игла даже при максимальной температуре в камере термостатирования не могла дойти до упора в сопло, что еще более сужает эффективность регулирования.

Все эти недостатки приводят к низкой эффективности регулирования температуры воды в отопительной системе. Кроме того, как уже было сказано выше, термосильфон характеризуется весьма низкой надежностью (при увеличении противодействующего усилия против расчетного, что может быть вызвано различными причинами, например увеличением трения в сальнике или уже рассмотренным выше полным запиранием сопла дроссельной иглой, герметичность сильфона будет нарушена или его боковые стенки будут необратимо деформированы и регулятор перестанет работать). Но даже при нормальном функционировании гофры термосильфона подвергаются интенсивным усталостным нагрузкам, что резко сокращает срок службы сильфонов из-за потери герметичности.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются повышение эффективности и расширение диапазона регулирования регулятора температуры воды в отопительной системе при повышении надежности регулятора и упрощении его конструкции.

Данные задачи решаются за счет использования в качестве термочувствительного элемента высокочувствительного жидкостного термомеханического преобразователя (ЖТМП) жесткой конструкции. ЖТМП жесткой конструкции состоит из герметичного цилиндрического корпуса, заполненного термочувствительной жидкостью, в которую погружен шток существенно меньшего диаметра, чем внутренний диаметр цилиндрического корпуса, чем определяется чувствительность ЖТМП, пропорциональная отношению квадратов внутреннего диаметра цилиндрического корпуса и диаметра штока. Причем шток проходит сквозь торцевую стенку цилиндра через герметизирующий сальник и механически связан с регулирующим органом. Для преодоления силы трения в сальнике при обратном ходе штока при понижении температуры термочувствительной жидкости - конец штока, остающийся в полости ЖТМП, снабжен головкой в виде диска, в которую упирается возвратная пружина, создающая избыточное давление жидкости в цилиндре (усилие этой пружины добавляется к возвратной силе давления окружающей среды, действующего на шток). Как будет показано ниже, такая конструкция термомеханического преобразователя имеет чувствительность в (D в /d) 2 раз выше, чем традиционная для жидкостных преобразователей сильфонная конструкция (здесь D в - внутренний диаметр цилиндра, d - диаметр штока). Поэтому подбором этих диаметров можно получить любую желаемую чувствительность. А большой ход штока позволяет повысить эффективность регулирования температуры при небольших размерах терморегулятора, улучшить надежность его работы и упростить его конструкцию и настройку.

Устройство регулятора температуры системы отопления зданий показано на фиг.1. Регулятор состоит из цилиндрического корпуса 1, смесительной камеры 2 с выходным патрубком 3 для подсоединения к отопительной системе здания, размещенным в торцевой части камеры, и входным патрубком 4 для подсоединения через соединительную трубу 5 к камере термостатирования 15, заполняемой обратной водой из отопительной системы. Смесительная камера 2 отделяется от промежуточной камеры 7, куда через патрубок 8 поступает горячая вода из теплосети, соплом 6, вдоль оси которого с возможностью продольного перемещения размещен регулирующий орган в виде дроссельной иглы 9. Дроссельная игла 9 с возможностью продольного перемещения насажена на наконечник 10 штока 11 жидкостного термомеханического преобразователя (ЖТМП), размещенного в камере термостатирования 15. Дроссельная игла 9 подпружинена предохранительной пружиной 13, упирающейся в наконечник 10 штока 11, и закрепляется с помощью фиксирующей конической насадки 14 с загибаемыми ушками, надеваемой на дроссельную иглу 9.

Промежуточная камера 7 отделяется от камеры термостатирования 15 перегородкой 16 с укрепленной на ней термоизолирующей втулкой 17. Перегородка 16 с термоизолирующей втулкой 17 имеют сквозное отверстие с сальником 18 перегородки, через который с возможностью продольного перемещения проходит шток 11 ЖТМП. ЖТМП состоит из цилиндрического полого корпуса 19 с заглушкой ЖТМП 20 и размещенным в ней сальником 21 ЖТМП, через который с возможностью продольного перемещения проходит шток 11 ЖТМП. Корпус 19 ЖТМП с заглушкой ЖТМП 20 образуют герметичную полость, полностью заполненную термометрической жидкостью 25. Конец штока 11 ЖТМП, находящийся в его полости, снабжен дисковой головкой 23, в которую упирается пружина 24 ЖТМП, служащая для создания начального избыточного давления термометрической жидкости в полости ЖТМП и облегчения обратного хода штока 11 ЖТМП при понижении температуры термометрической жидкости, если наружного давления окружающей среды на шток окажется недостаточно для преодоления силы трения в сальниках при обратном движении штока. Герметичность соединения заглушки 20 с корпусом 19 ЖТМП обеспечивается уплотнительным кольцом 22. Камера термостатирования 15 имеет один входной патрубок 26 для подключения к обратной магистрали отопительной системы и выходной патрубок 28 для подсоединения через соединительную трубу 5 к смесительной камере 2. Зазор между наружной боковой поверхностью корпуса 19 ЖТМП и внутренней боковой поверхностью корпуса 29 камеры термостатирования 7 должен быть достаточным для интенсивного обтекания корпуса 19 ЖТМП обратной водой, поступающей из входного патрубка 26 и выходящей через выходной патрубок 28. С этой же целью эти патрубки расположены со смещением по длине камеры термостатирования 15 на противоположных сторонах ее боковой поверхности. Начальное положение ЖТМП в камере термостатирования 15 фиксируется регулировочным винтом 30, упирающимся в дно корпуса 19 ЖТМП, и возвратной пружиной 27, упирающейся с противоположной стороны в заглушку ЖТМП 20. Для предотвращения просачивания воды из камеры термостатирования 15 через резьбу регулировочного винта его гладкая часть проходит через сальник 31 регулировочного винта. Для удобства регулирования начального положения ЖТМП в камере термостатирования 15 (от чего зависит температура термостатирования) регулировочный винт снабжен барашком 32 с указателем и отсчетной шкалой (на фиг.1 не показаны), проградуированной в температуре термостатирования (или в относительных единицах).

В качестве термометрической жидкости для заполнения полости ЖТМП целесообразно использовать кремнийорганические жидкости (полиметилсилоксановые, марки ПМС), имеющие примерно одинаковый температурный коэффициент объемного расширения (около 0,001/°C) в температурном диапазоне от минус 60°C до +300°C.

Регулятор температуры системы отопления зданий работает следующим образом.

До пуска отопительной системы и она сама, и регулятор температуры не заполнены водой и имеют температуру окружающего воздуха. При этом термометрическая жидкость в полости ЖТМП занимает минимальный объем, что соответствует минимальному выдвижению штока. При этом дроссельная игла 9 находится в крайнем правом положении, что соответствует полностью открытому отверстию сопла 6, соединяющего смесительную камеру 2 с промежуточной камерой 7, заполненной горячей водой из теплосети. При пуске отопительной системы она полностью заполняется водой из теплосети. В холодной отопительной системе она интенсивно охлаждается и поступает в камеру 15 термостатирования. Тем не менее, ее температура гораздо выше первоначальной температуры окружающего воздуха, и ЖТМП начинает нагреваться. Заполняющая его термометрическая жидкость 25 расширяется, что приводит к выдвижению штока 11 ЖТМП и соответствующему перемещению дроссельной иглы 9. При этом поступление горячей воды из промежуточной камеры 7 в смесительную камеру 2 уменьшается, но скорость струи, проходящей через сопло, растет, и за соплом и с его наружной стороны образуется разрежение (падение давления), благодаря чему начинает подсасываться обратная вода из входного патрубка 4 смесительной камеры 2. Чем уже становится зазор между дроссельной иглой 9 и соплом 6, тем больше подсасывается обратной воды в смесительную камеру и тем меньше будет поступать прямой воды через сопло 6. Тем самым регулируется температура воды, поступающей через выходной патрубок 3 смесительной камеры 2 в отопительную систему здания. Этот процесс продолжается пока температура обратной воды не достигнет равновесного состояния, при котором количество тепла, забираемое из теплосети, сравняется с количеством тепла, отдаваемым отопительной системой здания. При понижении температуры наружного воздуха или усилении ветровой нагрузки температура воздуха в отапливаемых помещениях начнет снижаться, теплоотдача в отопительной системе увеличится, и, соответственно, начнет снижаться температура обратной воды, что приведет к соответствующему уменьшению температуры термометрической жидкости в ЖТМП, ее объем уменьшится, и шток 11 ЖТМП начнет втягиваться, перемещая дроссельную иглу 9 вправо. При этом зазор между ней и соплом увеличится, и поступление горячей воды из теплосети в смесительную камеру 2 также увеличится, что приведет к повышению температуры воды, поступающей в отопительную систему, и, тем самым, увеличение теплоотдачи в отопительной системе будет компенсироваться повышением температуры воды, поступающей в отопительную систему. Таким образом, температура обратной воды стабилизируется со статической ошибкой, зависящей от чувствительности ЖТМП. Можно обеспечить практически любое желаемое значение чувствительности ЖТМП путем подбора соответствующего отношения внутреннего диаметра D в корпуса 19 ЖТМП и диаметра d штока 11 ЖТМП. В самом деле, пусть при какой-то начальной температуре T н шток окажется вдвинутым в корпус ЖТМП на величину l 0

где V н - начальный объем жидкости при температуре Т н;

β ж - температурный коэффициент объемного расширения жидкости;

α - температурный коэффициент линейного расширения материала корпуса (температурным изменением диаметра штока будем пренебрегать ввиду малости диаметра штока d по сравнению с диаметром корпуса D в).

Очевидно, при этом шток будет выдвинут из цилиндра на такую величину Δx, чтобы освободить объем, равный ΔV

Подставляя (3) в (2), получим

Принимая во всем температурном интервале ΔT величины β ж и α постоянными, окончательно получим чувствительность такого преобразователя равной

Учитывая, что α не менее чем в 50 раз меньше β ж, увеличением объема корпуса за счет его теплового расширения можно пренебречь (или внести поправку в значение β ж *={β ж -3α). Тогда выражение (11) упростится

Для традиционной сильфонной конструкции жидкостного преобразователя чувствительность определяется выражением:

где l 0 - начальная длина сильфона при T=T н.

Сравнивая эти выражения, можно видеть, что в предлагаемой конструкции преобразователя чувствительность возросла примерно в раз. А поскольку на величину диаметра штока d никаких ограничений (кроме механической прочности) не накладывается, то легко получить любое желаемое значение чувствительности и любые желаемые перемещения штока. Пусть, например, полный диапазон перемещения дроссельной иглы 9, а значит, и штока 11, составляет 20 мм. Зададимся максимальной статической ошибкой термостатирования обратной воды в 5°C. Это означает, что шток должен выдвинуться на 20 мм при увеличении температуры обратной воды всего на 5°C. Следовательно, чувствительность ЖТМП должна составлять 4 мм/°C. В то же время максимальный допустимый диапазон температуры обратной воды в теплосети равен 50°C (от +70 до +120°C). В этом диапазоне необходимо обеспечить свободный ход штока (без упора в дно или заглушку ЖТМП). При температуре окружающей среды меньше +70°C внутренний конец штока упрется в дно ЖТМП, и при дальнейшем охлаждении термометрической жидкости в полости ЖТМП будут образовываться вакуумные пузырьки, что не нарушит нормальную работу регулятора. Но при сборке ЖТМП термометрическую жидкость необходимо будет нагревать до +70°C, чтобы обеспечить полное заполнение полости ЖТМП именно при +70°C. Следовательно, весь ход штока ЖТМП L должен составлять не менее 4×50=200 мм. Соответственно длина полости ЖТМП должна быть несколько больше (с учетом толщин дисковой головки на внутреннем конце штока и длины возвратной пружины в сжатом состоянии). Примем ее равной 250 мм. Тогда общая длина штока должна составлять около 350 мм. При такой длине для обеспечения изгибной устойчивости примем его диаметр d=8 мм. Начальное положение штока в полости ЖТМП в рабочем состоянии l 0 примем равным 200 мм. Подставляя эти значения в формулу (6), получим внутренний диаметр корпуса ЖТМП, обеспечивающий заданную чувствительность D в =32,79 мм. Округлим его до 33 мм. Наружный диаметр его составит примерно 38 мм. Технологически изготовить ЖТМП с такими параметрами не представляет никаких затруднений. Длина камеры термостатирования будет ненамного превосходить длину ЖТМП (для данного примера вполне достаточна длина этой камеры в 350 мм), и примерно такой же будет суммарная длина промежуточной и смесительной камер. Таким образом, общую длину регулятора температуры можно оценить 700-800 мм, а его диаметр будет определяться диаметром магистральных труб отопительной системы, которому должны соответствовать диаметры входного 8 и выходного 3 патрубков регулятора температуры. Он должен, по крайней мере, в 1,5 раза превосходить диаметр патрубков и не менее чем в 1,5 раза наружный диаметр ЖТМП. Если принять диаметр труб отопительной системы равным 100 мм, то диаметр корпуса регулятора температуры можно оценить в 200 мм. В любом случае его размеры получаются вполне приемлемыми, а его изготовление, монтаж и эксплуатация не представляют никаких затруднений.

Чтобы исключить возможность разрушения ЖТМП или повреждения сопла при превышении температурой обратной воды максимально допустимого значения +120°C (максимальная температура прямой воды в теплосети может достигать +150°C), дроссельная игла 9 подпружинена предохранительной пружиной 13, жесткость которой должна превышать жесткость возвратной пружины 27 и пружины ЖТМП 24.

Здесь, как и в прототипе, не показано соединение с обратной трубой теплосети для сброса в нее избыточной обратной воды из отопительной системы (сбрасываться должно ровно столько воды, сколько потребляется из прямой трубы теплосети), поскольку эти устройства не входят в регулятор температуры.

В данном регуляторе температуры отсутствуют такие ненадежные узлы, как сильфоны, мембраны, узкие каналы, которые могли бы забиваться содержащимися в отопительной воде взвесями и отложениями растворенных в ней солей. Поэтому надежность его будет существенно выше, чем у прототипа и аналогов (и во много раз выше, чем у дорогих и сложных в эксплуатации электронных регуляторов температуры).

Таким образом, все поставленные технические задачи решены.

Литература

1. Клапан терморегулирующий типа ТРК. Приборы и средства автоматизации. Каталог. 1.1. Приборы для измерения и регулирования температуры. Часть 2. М.: Информприбор, 2001. С.26.

2. Регулятор температуры типа РТП-М. Приборы и средства автоматизации. Каталог. 1.1. Приборы для измерения и регулирования температуры. Часть 2. М.: Информприбор, 2001. С.26-27.

3. Регулятор температуры. SU 1140102 / Л.Ф.Куклик, В.Д.Курбан, С.П.Петров. Опубл. Бюл. № 6, 1985.

4. Устройство для регулирования температуры. SU 1509843 / В.Д.Курбан. Опубл. Бюл. № 35, 1989.

5. Регулятор температуры системы теплоснабжения зданий. SU 1446610 / В.Ф.Лысенко. Опубл. Бюл. № 47, 1988.

6. Регулятор температуры системы теплоснабжения зданий. SU 1441366 / Е.И.Тарасов. Опубл. Бюл. № 44, 1988.

1. Регулятор температуры системы отопления зданий, содержащий смесительную камеру с двумя патрубками для подключения к отопительной системе и к соединительной трубе, соединяющей смесительную камеру с камерой термостатирования, промежуточную камеру с соплом и входным патрубком для подсоединения к прямой трубе теплосети, камеру термостатирования с входным патрубком для подсоединения к обратной трубе отопительной системы и выходным патрубком для подсоединения к соединительной трубе и регулировочным винтом, задающим температуру термостатирования, с размещенным внутри этой камеры жидкостным термомеханическим преобразователем (ЖТМП), шток которого соединен с дроссельной иглой, отличающийся тем, что в качестве ЖТМП используется преобразователь с жестким корпусом, состоящий из цилиндрического полого корпуса с заглушкой и размещенным в ней сальником, через который проходит шток ЖТМП, внутренний конец которого имеет дисковую головку, которая служит упором для пружины ЖТМП, а к наружному концу жестко крепится наконечник штока, на который с возможностью продольного перемещения насажена дроссельная игла, подпружиненная предохранительной пружиной, причем диаметр штока существенно меньше внутреннего диаметра корпуса ЖТМП, и вся полость ЖТМП заполнена термочувствительной жидкостью, а между заглушкой ЖТМП и теплоизолирующей втулкой установлена возвратная пружина, прижимающая дно ЖТМП к регулировочному винту, установленному в торцевой стенке камеры термостатирования.