Система теплоснабжения
HEAT SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для передачи тепловой энергии. Технический результат – создание надежного, конкурентоспособного способа передачи тепловой энергии с наименьшими технологическими потерями тепла во время передач.
Известна система теплоснабжения, содержащая источник теплоты, включенный с подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, подключенными к теплообменнику через сетевой насос, установленный на обратном трубопроводе тепловой сети, и систему теплопотребления с разводящими подающим и обратным трубопроводами, присоединенными к тепловой сети по независимой схеме через теплообменник, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара установлен в подающий или обратный трубопровод тепловой сети, а импульсный нагнетатель по одну сторону эластичной диафрагмы гидравлически связан с подающим или обратным трубопроводом тепловой сети и со второй ее стороны последовательно через обратные клапаны входа и выхода включен в разводящий подающий или обратный трубопровод системы теплопотребления (RU 98060, МПК F24D 3/00, опубл. 27.09.2010).
Среди недостатков известной системы теплоснабжения следует отметить, что она не предназначена для работы с зависимым присоединением абонентов к тепловой сети. Кроме того, работа насоса в контуре тепловой сети в условиях периодических гидравлических ударов, создаваемых самовозбуждаемым генератором гидравлического удара, характеризуется относительно низкой надежностью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является система передачи тепловой энергии, включающая источник теплоты, включенный с подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, сетевой насос, установленный на обратном трубопроводе тепловой сети, систему теплопотребления с разводящими подающим и обратным трубопроводами, присоединенными к тепловой сети, ударный узел, установленный в подающий трубопровод тепловой сети, обратный клапан. Также содержит три гидравлических аккумулятора, регулятор давления и дополнительную зону тепловой нагрузки с разводящими подающим и обратным трубопроводами (RU 2698151, МПК F24D 3/02, опубл. 22.08.2019).
Среди недостатков данной системы, стоит отметить существенные потери тепла, при передачи тепловой энергии по двум трубопроводам в зону дополнительной нагрузки, из-за чего радиус действия контура ограничен.
Задача изобретения заключается в создании надежного и конкурентоспособного способа передачи тепловой энергии, а также теплоснабжение удаленных потребителей с возможностью организации импульсной и пульсирующей циркуляцией теплоносителя.
Технический результат достигается путем сокращения тепловых потерь при передачи тепловой энергии, за счет реверсивного движения теплоносителя, по одному трубопроводу, повышению теплопередачи в источнике и снижению отложений на его теплопередающих поверхностях.
Сущность изобретения заключается в том, что система теплоснабжения включает источник, соединенный с подающим и обратным трубопроводами, сетевой насос, установленный на обратном трубопроводе, двухзонную систему теплопотребления, ударный узел, установленный на подающем трубопроводе, обратный клапан, установленный на подающем трубопроводе второй зоны системы теплопотребления, гидравлические аккумуляторы. Вторая зона теплопотребления соединена с источником по одному реверсивному трубопроводу, ударный узел оснащен электроприводом. Дополнительно введены два трехходовых крана, соединенные через боковые отводы соединительным трубопроводом, которые периодически обеспечивают соединение сетевого насоса с двумя гидравлическими аккумуляторами, включенными в первую и вторую зону системы теплопотребления. На выходе сетевого насоса установлен обратный клапан, а параллельно гидравлическому аккумулятору включен входной вентиль.
На фиг.1 представлена схема системы теплоснабжения, когда горячий теплоноситель от теплоисточника перераспределяется между зонами теплопотребления (контур I); на фиг.2 представлена схема системы теплоснабжения, когда зоны теплопотребления не связаны между собой гидравлически (контур II).
Система теплоснабжения содержит источник 1, соединенный с подающим 2 и обратным 3 трубопроводами, сетевой насос 4, установленный на обратном трубопроводе 3, перед сетевым насосом 4 установлен обратный клапан 5, двухзонная система теплопотребления 6 и 7, ударный узел с электроприводом 8, установленный на подающем трубопроводе 2, обратный клапан 9, установленный на подающем трубопроводе 2 второй зоны системы теплопотребления 7, гидравлические аккумуляторы 10, 11, включенные в первую 6 и вторую 7 зону системы теплопотребления, причем вторая зона 7 тепловой нагрузки соединена с источником 1 по одному реверсивному трубопроводу 12, два трехходовых крана 13, 14, соединенные через боковые отводы соединительным трубопроводом 15, которые периодически обеспечивают соединение сетевого насоса 4 с двумя гидравлическими аккумуляторами 10, 11, кроме того, на выходе сетевого насоса 4 установлен обратный клапан 5, а параллельно гидравлическому аккумулятору 10 включен  входной вентиль 16.
Система теплоснабжения работает следующим образом. Предварительно в системе создается давление, путем заполнения теплоносителя через входной вентиль 16 до полного удаление воздуха, при этом диафрагма гидравлического аккумулятора 10 сжимает воздух и он заполняется теплоносителем, далее включается сетевой насос 4, который всасывает  теплоноситель из гидравлического аккумулятора 10 через открытый во всех направлениях трехходовой кран 13 и нагнетает его через обратный клапан 5, обратный трубопровод 3 в источник 1. В источнике 1 теплоноситель подогревается и по подающему  трубопроводу 2 через открытый клапан ударного узла с электроприводом 8 поступает в первую зону системы теплопотребления 6, отдав тепло, теплоноситель при таком положении трехходового крана 13 снова поступит на вход сетевого насоса 4 и цикл повторится. При включении электропривода ударного узла 8 в контуре I (фиг.1), клапан его резко закрывается с образованием гидравлического удара. При этом кинетическая энергия потока превращается в потенциальную, сопровождающаяся многократным повышением давления перед клапаном ударного узла с электродвигателем 8. Далее обратная волна гидроудара продавливает порцию теплоносителя через обратный клапан 9, которая далее при открытом в прямом направлении трехходовом кране 14 идет по реверсивному трубопроводу 12 во вторую зону теплопотребления 7, где он отдает первую часть тепла, а далее поступает в гидравлический аккумулятор 11 и накапливается. Так происходит несколько циклов работы ударного узла с электродвигателем 8 в контуре I пока давление в гидравлическом аккумуляторе 11 не достигнет предельного. При этом в первой зоне теплопотребления 6 обеспечивается импульсный режим движения теплоносителя, а во второй зоне теплопотребления 7 пульсирующий режим движения теплоносителя (скорость теплоносителя более плавная).   При достижении предельного давления в гидравлическом аккумуляторе 11, трехходовые краны 13 и 14 переключаются на верхнее и правое открытое положение и запасенный расход теплоносителя из гидравлического аккумулятора 11 пойдет по контуру II (фиг.2) по цепи: вторая зона тепловой нагрузки 7, трехходовой кран 14, соединительный трубопровод 15, трехходовой кран 13, гидравлический аккумулятор 10. При этом теплоноситель, проходя вторую зону теплопотребления 7, отдает часть тепла потребителю. В этом режиме источник 1 будет обеспечивать импульсный режим для первой зоны теплопотребления 6 по цепи: сетевой насос 4, обратный клапан 5, обратный трубопровод 3, источник 1, подающий трубопровод 2, открытый клапан ударного узла с электроприводом 8, первая зона теплопотребления 6. Теплоноситель проходя источник 1 будет подогреваться, а проходя первую зону теплопотребления 6, охлаждаться, отдавая тепло окружающему воздуху в помещениях этой зоны. При резком закрытии клапана ударного узла с электродвигателем 8, обратная волна повышенного давления будет направлена в источник 1, что будет способствовать повышению теплопередачи и снижению отложений на теплопередающих поверхностях источника 1. Как только давление теплоносителя в гидравлическом аккумуляторе 11 снизится до расчетного значения, произойдет переключение трехходовых кранов 13, 14 в первоначальное положение и схема возвратиться в исходное состояние.
Эффективность работы данной системы теплоснабжения зависит от величины приращения давления перед гидравлическим аккумулятором второй зоны теплопотребления, которое зависит как от частоты прерывания потока теплоносителя, так и от соотношения гидравлических сопротивлений, инерционных и податливых свойств системы теплоснабжения. Наибольшая эффективность работы данной системы теплоснабжения достигается на частотах прерывания потока теплоносителя около 1 Гц и соотношения масс теплоносителя первой и второй зоны тепловой нагрузки, как 5:1. То есть мощность второй зоны теплопотребления должна быть не более 20% от первой.