Устройство рекуперации избыточного давления теплоносителя

Полезная модель относится к области тепло- и электроэнергетики и может быть использована для выработки электроэнергии посредством использования геодезического напора в трубопроводной сети.
Известен преобразователь энергии потока, включающий вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода, вал запрессован в подшипник, который жестко закреплен к стойке, к валу жестко закреплено конусоидальное основание, к которому в свою очередь жестко крепят трубчатую спираль конической формы, патрубки входа и выхода рабочей среды соединены через шарнирные соединения с валом, на патрубке выхода установлен ударный узел, патрубки входа и выхода рабочей среды подключены к всасывающим и нагнетательным трубопроводам центробежного насоса, образуя замкнутый гидравлический контур, ударный узел соединен с электроприводом, преобразователь энергии потока дополнительно содержит второй подшипник и вторую стойку, крыльчатку с лопастями, пусковой электродвигатель с валом, ведущий шкив, ведомый шкив, а также приводной ремень, причем второй подшипник установлен на валу и закреплен на второй стойке, крыльчатка с лопастями и ведомый шкив установлены на валу, ведущий шкив установлен на валу пускового электродвигателя, закрепленного на стойках, ведущий и ведомый шкивы соединены между собой посредством приводного ремня, а конусоидальное основание выполнено монолитно с трубчатой спиралью конической формы (RU 2695554, МПК F03B 3/08, F03B 7/00, F03B 13/00,  опубл. 24.07.2019).
Среди недостатков известной конструкции следует отметить наличие таких элементов как крыльчатка с лопастями и пусковой электродвигатель, которые не предусмотрены для выработки электроэнергии.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является система рекуперации избыточного давления магистральных сетей водо- и теплоснабжения, содержащая соединенные через теплообменник прямой и обратный трубопроводы, линию перепуска давления, включающую динамический насос и запорно-регулирующий клапан, линию перепуска давления смонтирована на прямом трубопроводе посредством двух задвижек, входной и выходной, и включает генератор в виде асинхронного электродвигателя (RU 2239752, МПК F24D 17/00, F24D 19/10, F28F 27/00, E03В 7/02, опубл. 10.11.2014).
Из недостатков прототипа следует отметить, что при работе насоса в турбинном режиме происходит биение вала, что разрушает крыльчатку насоса и приводит в неисправное состояние установку. Следует отметить, что конструкция имеет относительно низкий коэффициент преобразования энергии, большую металлоемкость, наличие комбинационных узлов, вследствие чего требуется частое вмешательство обслуживающего персонала, совокупность этих факторов влияет на снижение энергоэффективности.
Технической результат заключается в повышении энергоэффективности устройства рекуперации избыточного давления теплоносителя, за счет использовании избыточного напора рабочей среды, вне зависимости от перепада давления в трубопроводной сети.
Технический результат достигается за счет того, что устройство рекуперации избыточного давления теплоносителя, включающее прямой трубопровод, линию перепуска давления, смонтированyю посредством двух задвижек, входной и выходной, магистральную задвижку и генератор в виде асинхронного электродвигателя, на линии перепуска давления между входной и выходной задвижками содержится гидравлический аккумулятор, преобразователь энергии потока, жестко закрепленный на каркасе, соединенный с генератором в виде асинхронного электродвигателя посредством ременной передачи и ударный узел, также прямой трубопровод дополнительно содержит обратный клапан и второй ударный узел.
На чертеже представлена конструкция устройства рекуперации избыточного давления теплоносителя.
Устройство рекуперации избыточного давления теплоносителя включает прямой трубопровод 1, линию перепуска давления 2, смонтированyю посредством входной 3 и выходной 4 задвижек, магистральную задвижку 5 и генератор 6 в виде асинхронного электродвигателя. Линия перепуска давления 2 между входной 3 и выходной 4 задвижками содержит гидравлический аккумулятор 7, преобразователь энергии потока 8, жестко закрепленный на каркасе 9, соединенный с генератором 6 в виде асинхронного электродвигателя посредством ременной передачи 10, и первый ударный узел 11. Также прямой трубопровод 1 конструкции содержит обратный клапан 12 и второй ударный узел 13.
Устройство рекуперации избыточного давления теплоносителя работает следующим образом. Изначально производится настройка второго ударного узла 13 на прямом трубопроводе 1 и первого ударного узла 11 на линии перепуска давления 2, таким образом, чтобы не было эффекта двойного гидравлического удара. Подбирается оптимальная частота вращения маломощных электродвигателей (на чертеже не указаны), которые приводят во вращение первый ударный узел 11 и второй ударный узел 13. В момент открытия магистральной задвижки 5 рабочая среда за счет того, что теплоисточник находится выше относительно потребителей, начинает движение по прямому трубопроводу 1, в момент закрытия второго ударного узла 13 создается избыточное давление в прямом трубопроводе 1 и рабочая среда, меняя направление своего движения через входную задвижку 3 по линии перепуска давления 2 попадает в гидравлический аккумулятор 7. В этот момент второй ударный узел 13 открывает проходное сечение прямого трубопровода 1, и рабочая среда поступает к потребителю. В свою очередь рабочая среда, находящая в гидравлическом аккумуляторе 7 по линии перепуска давления 2, поступает в преобразователь энергии потока 8, жестко закрепленный на каркасе 9. При резком срабатывании первого ударного узла 11 в преобразователе энергии потока 8 создается импульсное движение рабочей среды, кинетическая энергия которой (прямая волна гидравлического удара), многократно увеличивает давление перед первым ударным узлом 11, упруго деформирует стенки преобразователя энергии потока 8 перед ним, то есть накапливает потенциальную энергию давления и сжатия. Накопленная потенциальная энергия высвобождается при обратной волне гидравлического удара с изменением скорости потока (переходит в кинетическую энергию потока), которая сопровождается изменением ускорения потока, тангенциальная составляющая которого создает силу и вращающий момент, вследствие чего, преобразователь энергии потока 8 начинает вращаться, передавая через ременную передачу 10 крутящий момент на генератор 6, который начинает вырабатывать электрическую энергию. В момент времени, когда первый ударный узел 11 открывает сечение линии перепуска давления 2 рабочая среда через выходную задвижку 4 продолжает движение по другому контуру тепловой сети (на чертеже не указано) и также поступает к потребителю, а работа данного устройства продолжается циклично.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить энергоэффективность устройства рекуперации избыточного давления теплоносителя, за счет использовании избыточного напора рабочей среды, вне зависимости от перепада давления в трубопроводной сети.