ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ
HEAT SUPPLY STATION

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения в качестве центрального или индивидуального теплового пункта для присоединения различных систем теплопотребления (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение) к тепловой сети или непосредственно к источнику теплоты по независимой схеме.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок (утв. приказом Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. N115) тепловой пункт - комплекс устройств, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя.
Известна система теплоснабжения, в которой система водяного отопления (система теплопотребления) подключена по независимой схеме и содержит подающий и обратный стояки с нагревательными приборами и теплообменник, соединенный с тепловой сетью, перед которым по ходу сетевой воды установлен напорный преобразователь, преобразующий напор сетевой воды в напор воды отопительного контура (RU №2151344 «Система отопления», МПК F24D 3/00, опубл. 20.06.2000 г.). В данном случае тепловой пункт представлен наличием теплообменника, трубопроводной обвязки и напорного преобразователя типа «труба в трубе», который обеспечивает напор и циркуляцию теплоносителя в системе водяного отопления (системе теплопотребления), включенной по независимой схеме, за счет напора сетевой воды тепловой сети.
Недостатками данного теплового пункта являются относительно небольшая эффективность трансформации располагаемого напора теплоносителя тепловой сети в напор системы теплопотребления, склонность теплообменника к «закипанию», отложениям и зашламлению, а также относительно низкий коэффициент теплопередачи в теплообменнике между его греющим и нагреваемым контурами.
Известен тепловой пункт, содержащий подающий и обратный трубопроводы тепловой сети с входной и выходной задвижками соответственно и установленными на трубопроводах после входной и перед выходной задвижками грязевиками, манометрами, термометрами и регуляторами давления, подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления с выходной и входной задвижками и установленными на этих трубопроводах после входной и перед выходной задвижками манометрами и термометрами, смесительный трубопровод между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара, установленный в обратный трубопровод тепловой сети на участке после смесительного трубопровода, в который последовательно включены обратный клапан, гидроаккумулятор и терморасширительный клапан с термочувствительным элементом, размещенным в одном из подающих или обратных трубопроводов (RU №102760 «Тепловой пункт», МПК F24D 3/00, опубл. 10.03.2011 г.).
Устройство данного теплового пункта характеризуется такими недостатками, как узкий диапазон изменения коэффициента смешения при обеспечении устойчивости работы самовозбуждаемого генератора гидравлического удара. Следует также отметить, что данный тепловой пункт предназначен для присоединения систем теплопотребления только по зависимой схеме.
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, систему теплопотребления с разводящими подающим и обратным трубопроводами, присоединенными к тепловой сети по независимой схеме через теплообменник, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара, установленный в подающий или обратный трубопровод тепловой сети и импульсный нагнетатель, который 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 «Система теплоснабжения», МПК F24D 3/00, опубл. 27.09.2010 г.).
В данной системе теплоснабжения тепловой пункт содержит подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления, присоединенные по независимой схеме к трубопроводам тепловой сети через теплообменник, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара, установленный в подающий или обратный трубопровод тепловой сети и импульсный нагнетатель, который по одну сторону эластичной диафрагмы гидравлически связан с подающим или обратным трубопроводом тепловой сети, а со второй ее стороны последовательно через обратные клапаны входа и выхода включен в подающий или обратный трубопровод системы теплопотребления.
Приведенное выше техническое решение принято за прототип.
Среди недостатков данного теплового пункта следует отметить относительно низкую надежность теплообменника, обусловленную его склонностью к «закипанию» из-за отсутствия приборов контроля и устройств регулирования параметров греющей среды тепловой сети и нагреваемой среды системы теплопотребления.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении энергетической эффективности теплового пункта для независимого присоединения системы теплопотребления путем реализации и применения в нем импульсной циркуляции греющей среды и пульсирующей циркуляции нагреваемой среды для решения следующих задач:
1. Реализация количественно-качественной трансформации располагаемого напора греющей среды тепловой сети в напор нагреваемой среды системы теплопотребления;
2. Обеспечение условий для самоочищения теплопередающих поверхностей теплообменника;
3. Повышение коэффициента теплопередачи в теплообменнике между его греющим и нагреваемым контурами;
4. Расширение диапазона изменения коэффициентов смешения греющей и нагреваемой сред при обеспечении устойчивости импульсного режима циркуляции сред.
Технический результат достигается за счет того, что в тепловом пункте, содержащем подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления, присоединенные по независимой схеме к трубопроводам тепловой сети через теплообменник, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара, установленный в обратный трубопровод тепловой сети и импульсный нагнетатель, который по одну сторону эластичной диафрагмы гидравлически связан с обратным трубопроводом тепловой сети, а со второй ее стороны последовательно через обратные клапаны входа и выхода включен в подающий или обратный трубопровод системы теплопотребления, дополнительно установлены второй теплообменник, третий обратный клапан, два регулятора температуры с контролирующими элементами, три гидроаккумулятора и задвижки. Первый и второй теплообменники по греющей среде входами включены параллельно в подающий трубопровод тепловой сети, а выходами подключены к самовозбуждаемому генератору гидравлического удара. По нагреваемой среде первый и второй теплообменники включены последовательно или параллельно между подающим и обратным трубопроводами системы теплопотребления. Третий обратный клапан, первый гидроаккумулятор и первый регулятор температуры, контролирующий элемент которого установлен в обратный трубопровод тепловой сети, включены последовательно в рециркуляционный трубопровод тепловой сети, соединяющий выход второго теплообменника по греющей среде и подающий трубопровод тепловой сети, в который по ходу движения греющей среды в теплообменники установлены второй регулятор температуры с контролирующим элементом в подающем трубопроводе системы теплопотребления и второй гидроаккумулятор. Третий гидроаккумулятор установлен после обратного клапана выхода импульсного нагнетателя, задвижки установлены на входах и выходах подающих и обратных трубопроводов соответственно тепловой сети и системы теплопотребления. Самовозбуждаемый генератор гидравлического удара выполнен с двумя входами рабочей среды с возможностью попеременной генерации в них импульсов количества движения рабочей среды и одним или несколькими выходами рабочей среды.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого теплового пункта. Тепловой пункт содержит подающий 1 и обратный 2 трубопроводы тепловой сети, подающий 4 и обратный 5 трубопроводы системы теплопотребления, присоединенные по независимой схеме к трубопроводам тепловой сети через теплообменник 3, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара 6, установленный в обратный 2 трубопровод тепловой сети, импульсный нагнетатель 7, который по одну сторону эластичной диафрагмы 8 гидравлически связан с обратным 2 трубопроводом тепловой сети, а со второй ее стороны последовательно через обратные клапаны входа 9 и выхода 10 включен в подающий 4 или обратный 5 трубопровод системы теплопотребления, а также дополнительно установленные второй теплообменник 11, третий обратный клапан 12, два регулятора температуры 13 с контролирующими элементами 14, три гидроаккумулятора 15 и задвижки 16. Первый 3 и второй 11 теплообменники по греющей среде входами включены параллельно в подающий трубопровод 1 тепловой сети, а выходами подключены к самовозбуждаемому генератору гидравлического удара 6, по нагреваемой среде первый 3 и второй 11 теплообменники включены последовательно или параллельно между подающим 4 и обратным 5 трубопроводами системы теплопотребления. Третий обратный клапан 12, первый гидроаккумулятор 15 и регулятор температуры 13, контролирующий элемент 14 которого установлен в обратный трубопровод 2 тепловой сети, включены последовательно в рециркуляционный трубопровод тепловой сети, соединяющий выход второго теплообменника 3 по греющей среде и подающий трубопровод 1 тепловой сети, в который по ходу движения греющей среды в теплообменники 3, 11 установлены второй регулятор температуры 13 с контролирующим элементом 14 в подающем 4 трубопроводе системы теплопотребления и второй гидроаккумулятор 15. Третий гидроаккумулятор 15 установлен после обратного клапана выхода 10 импульсного нагнетателя 7. Задвижки 16 установлены на входах и выходах подающих 1, 4 и обратных 2, 5 трубопроводов соответственно тепловой сети и системы теплопотребления. При этом самовозбуждаемый генератор гидравлического удара 6 выполнен с двумя входами рабочей среды с возможностью попеременной генерации в них импульсов количества движения рабочей среды и одним или несколькими выходами рабочей среды.
Тепловой пункт работает следующим образом. Изначально осуществляют присоединение соответствующих трубопроводов теплового пункта через установленные на них задвижки 16 к тепловой сети и системе теплопотребления (на фиг.1 не указаны). Затем через входную задвижку 16 осуществляют подачу греющей среды по подающему 1 трубопроводу тепловой сети, второй регулятор температуры 13 параллельно на входы по 1 реющей среде теплообменника 3 и дополнительного теплообменника 11, после которых она поступает ко входам рабочей среды самовозбуждаемого генератора гидравлического удара 6 и через его выход(ы) рабочей среды истекает в обратный трубопровод 2 тепловой сети. При этом самовозбуждаемый генератор гидравлического удара 6 попеременно генерирует импульсы количества движения рабочей среды во входах рабочей среды, благодаря чему обеспечивается импульсная подача греющей среды с выхода дополнительного теплообменника 11 и/или теплообменника 3 через дополнительный обратный клапан 12 в гидроаккумулятор 15, где пульсации сглаживаются и греющая среда через первый регулятор температуры 13 по рециркуляционному трубопроводу вновь поступает в подающий трубопровод 1 тепловой сети и затем ко входам по греющей среде теплообменника 3 и дополнительного теплообменника 11. Контролирующий элемент 14 первого регулятора температуры 13, установленный в обратном 2 трубопроводе тепловой сети, регулирует подачу греющей среды из обратного 2 в подающий 1 трубопровод тепловой сети пропорционально общему расходу греющей среды, поступающей по подающему 1 трубопроводу тепловой сети в теплообменники 3 и 11 и ее температуре в обратном трубопроводе 2 тепловой сети. Импульсы количества движения греющей среды на выходе теплообменника 3 и/или дополнительного теплообменника 11 обеспечивают пульсирующее изменение пространственного положения эластичной диафрагмы 8 импульсного нагнетателя 7, благодаря чему через систему обратных клапанов входа 9 и выхода 10 импульсного нагнетателя 7 обеспечивается пульсирующая циркуляция нагреваемой среды в теплообменнике 3 и дополнительном теплообменнике 11, которая, поступая в третий гидроаккумулятор 16, стабилизируется по давлению и подается через выходную задвижку 16 подающего 4 трубопровода системы теплопотребления непосредственно в саму систему теплопотребления (на фиг.1 не указана). Температура нагреваемой среды постоянно фиксируется контролирующим элементом 14 второго регулятора температуры 13 и в случае ее перегрева или недогрева количество греющей среды, поступающей к теплообменнику 3 и дополнительному теплообменнику 11, пропорционально уменьшается или увеличивается.
Второй гидроаккумулятор 15 предназначен для сглаживания остаточных пульсаций греющей среды, распространяющихся от самовозбуждаемого генератора гидравлического удара 6 к входной задвижке 16 подающего трубопровода 1 тепловой сети.
Согласно СНиП №2.04.07-86 «Тепловые сети» в тепловых пунктах следует предусмотреть установку приборов контроля параметров теплоносителя и учета расхода теплоты, а также наличие грязевиков на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт и на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами и приборами учета расходов воды и тепловых потоков - не более одного.
В случае, если конструкцию данного теплового пункта предполагается использовать для подключения системы горячего водоснабжения, а также в других случаях при необходимости, между подающим 4 и обратным 5 трубопроводами системы теплопотребления возможна установка регулятора давления «до себя» и/или регулятора по температуре, назначение которых - защита теплообменника от чрезмерного повышения давления при отсутствии разбора горячей воды и дополнительный подогрев нагреваемой среды за счет ее рециркуляции.
Для повышения надежности работы теплового пункта между подающим 1 и обратным 5 трубопроводами системы теплопотребления, а также в рециркуляционный трубопровод тепловой сети могут быть установлены рециркуляционные насосы с внешним приводом, которые в случае отказа, ремонта или по иной причине останова самовозбуждаемого генератора гидравлического удара 6 позволят защитить теплообменник 3 и дополнительный теплообменник 11 от «закипания» и обеспечат работу тепловою пункта в режиме традиционной (постоянной) циркуляции греющей и нагреваемой сред через теплообменники 3 и 11.
Известно влияние пульсаций теплоносителя на удельный тепловой поток и коэффициент теплоотдачи теплоиспользующих установок (Технологическое оборудование консервных заводов, Дикс М.Я. Москва 1961). Поэтому пульсирующий режим греющей и нагреваемой сред относительно поверхности теплопередачи в теплообменнике позволит увеличить общий коэффициент теплопередачи, а также обеспечит условия для самоочищения самой поверхности теплопередачи.
Использование конструкции самовозбуждаемого генератора гидравлического удара с возможностью попеременной генерации импульсов количества движения во входах рабочей среды обеспечивает устойчивость импульсного режима циркуляции греющей среды и пульсирующей циркуляции нагреваемой среды при расширении диапазона изменения коэффициентов смешения греющей и нагреваемой сред.
Применение данной конструкции теплового пункта позволит наиболее полно использовать топливно-энергетические ресурсы за счет повышения эффективности трансформации располагаемого напора греющей среды тепловой сети в напор нагреваемой среды системы теплопотребления, реализации условий для самоочищения теплопередающих поверхностей в теплообменнике и увеличения коэффициента теплопередачи между ними при надежном регулировании параметров греющей среды тепловой сети и нагреваемой среды системы теплопотребления.