Автоматическая установка поддержания давления с функцией заполнения
AUTOMATIC PRESSURE MAINTENANCE UNIT WITH FILLING FUNCTION

[01] Область техники
[02] Изобретение относится к области теплоснабжения, а именно к автоматическим установкам поддержания давления (АУПД) с функцией заполнения и может быть использовано в закрытых теплообменных системах, в частности отопления, вентиляции и т.д.
[03] Уровень техники
[04] Автоматические установки для поддержания давления (АУПД), имеющие функцию заполнения позволяют осуществить первичное заполнение системы отопления с помощью насосов и в дальнейшем поддерживать заданный уровень давления в автоматическом режиме.
[05] Наиболее близким аналогом рассматриваемого решения является установка поддержания давления с функцией заполнения, раскрытая в патенте РФ RU2696291, 10.11.2004. Известная установка включает расширительный бак для теплоносителя, снабженный датчиком уровня (устройством измерения количества теплоносителя).  В установке также предусмотрена подающая линия для подачи теплоносителя из расширительного бака в трубопровод системы при падении давления. На подающей линии установлены два или более насоса (насосных модуля), датчик давления, регулирующий клапан, а также клапан с сервоприводом для переключения режимов. Установка также имеет обратную линию (в аналоге она названа «линией перепуска») для подачи теплоносителя из системы в расширительный бак при повышении давления.  На обратной линии установлены электромагнитный клапан, балансировочный клапан, а также предохранительный клапан. Кроме того, предусмотрена линия заполнения (в аналоге ее называют «линией подпитки») для подачи теплоносителя из тепловой сети в подающую линию и затем в систему теплоснабжения.  Линия заполнения подключена к клапану для переключения режимов. Установка также включает линию подпитки (в аналоге она является ответвлением «линии подпитки») для подачи теплоносителя из тепловой сети в расширительный бак при низком уровне в баке. Линия подпитки соединяет линию заполнения и обратную линию и на ней установлен клапан режимов. Кроме этого, в установке предусмотрен контроллер для управления элементами установки по показаниям датчикам. Конструкция установки согласно ближайшему аналогу показана на фиг.1, при этом цифровые позиции элементов аналога соответствуют позициям заявленного в заявленном изобретении.
[06] Недостатком ближайшего аналога является сравнительно низкий уровень надежности и сложность контроля процесса заполнения системы.
[07] Раскрытие сущности изобретения
[08] Основной технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение безопасности и надежности работы установки.
[09] Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля процесса заполнения, повышении безопасности заполнения, уменьшении габаритных размеров установки за счет расположения перепускной линии, исключении возможности работы насосов на закрытую задвижку и обеспечении максимальной производительности насосного оборудования в режиме первичного заполнения системы.
[010] Указанный технический результат достигается в изобретении за счёт того, что установка поддержания давления теплообменной системы с функцией заполнения, включает расширительный бак для теплоносителя, снабженный датчиком уровня;  подающую линию для подачи теплоносителя из расширительного бака в теплообменную систему при падении в ней давления, при этом на подающей линии установлены по меньшей мере два насоса, датчик давления, и клапан для переключения режимов;  обратную линию для подачи теплоносителя из теплообменной системы в расширительный бак при повышении в ней давления, при этом на обратной линии установлены электромагнитный клапан, балансировочный клапан, и предохранительный клапан;  линию заполнения для подачи теплоносителя из тепловой сети в подающую линию и затем в теплообменную систему, при этом линия заполнения подключена к клапану для переключения режимов; линию подпитки для подачи теплоносителя из тепловой сети в расширительный бак при низком уровне в баке, при этом линия подпитки соединяет линию заполнения и обратную линию и на ней установлен клапан, контроллер для управления элементами установки с учетом показаний датчиков; а также перепускную линию для аварийного сброса теплоносителя в бак при заполнении теплообменной системы, при этом перепускная линия соединяет подающую линию и обратную линию, и на ней установлен перепускной клапан, который является энергонезависимым от контроллера установки.
[011] Кроме того, для достижения технического результата предусмотрены частные варианты реализации изобретения, согласно которым:
[012] - на подающей линии дополнительно установлены запорный клапан с функцией дренажа, обратные клапаны, запорный клапан и демпферный бак;
[013] - на обратной линии дополнительно установлены запорные клапаны, промежуточная емкость для охлаждения теплоносителя, реле давления, температурное реле и сетчатый фильтр;
[014] - на линии заполнения установлены запорные клапаны, сетчатый фильтр и импульсный расходомер;
[015] - на линии подпитки установлены запорный клапан, импульсный расходомер и обратный клапан;
[016] - линия заполнения подключена к подающей линии на входе насосов;
[017] - линия подпитки подключена к обратной линии на выходе электромагнитного клапана;
[018] - расширительный бак дополнительно снабжен автоматическим воздухоотводчиком.
[019] По сравнению с аналогами и прототипом, в которых используется регулирующий клапан на подающей линии, в рассматриваемой установке между подающей и обратной линией введена перепускная линия с энергонезависимым перепускным клапаном, которая является дополнительным элементом безопасности и контроля нагнетаемого давления при заполнении.
[020] Предложенное решение имеет следующие преимущества:
[021] - Перепускной клапан энергонезависим от контроллера установки, его функционал работы обеспечен собственным алгоритмом и автономностью, что повышает надежность работы установки в процессе заполнения системы.
[022] -  Установка перепускного клапана не на выпускной линии установки, в зоне нагнетаемого давления (по аналогии установки двухходового клапана), а в качестве линии перепуска между подающей и обратной линией позволяет оптимизировать габаритные размеры изделия и обеспечить экономию установочного места в помещении индивидуального теплового пункта (ИТП).
[023] - Установка перепускного клапана на отдельной линии перепуска исключает возможность работы насосов на закрытую задвижку, тем самым обеспечивая максимальную производительность насосного оборудования в режиме первичного заполнения системы.
[024] - Конструкция перепускного клапана по сравнению с двухходовым клапаном в составе, которого должен быть предусмотрен исполнительный элемент (сервопривод), обладает повышенной надежностью по причине отсутствия конструктивно сложного элемента подверженного износу.
[025] Краткое описание чертежей
[026] Изобретение поясняется чертежами, где:
На фигуре 1 показана конструкция установки заполнения согласно ближайшему аналогу;
На фигуре 2 показана конструкция установки в соответствии с заявленным изобретением;
[027] Элементы конструкции и другие объекты обозначены на фигурах следующими позициями:
1 – насос;
2 – основной расширительный бак с заменяемой мембраной без давления;
3 – ручной балансировочный клапан;
4 – электромагнитный клапан (сброса давления системы);
5 – электромагнитный клапан линии подпитки;
6 – трехходовой клапан с электроприводом;
7А,7B,7C – обратный клапан;
8 – тензодатчик (датчик веса);
9 – перепускной клапан;
10 – датчик давления;
11– температурное реле;
12 – реле давления;
13A,13B – импульсный расходомер;
14A, 14B – фильтр сетчатый (грубой очистки);
15A,15B,15C,15D,15E– запорный клапан;
16A,16B,16C,16D – клапан запорный с функцией дренажа;
17 – автоматический воздухоотводчик;
18 – промежуточная емкость (для охлаждения теплоносителя до 70°С);
19 – комплект гибких подключений насосного блока и мембранного бака
20 - предохранительный клапан;
21 - демпферный бак,
I – подающая линия;
II – обратная линия;
III – линия заполнения;
IV – линия подпитки;
V – перепускная линия.
[028] Осуществление изобретения
[029] Изобретение иллюстрирует установку «Flamcomat + модуль QuickFill Kit», которая является модернизированной версией классической установки поддержания давления (АУПД), с дополнительным модулем заполнения системы – QuickFill (поставляется в сборе).
[030] Установка включает расширительный бак (2) для теплоносителя, а также трубопроводные линии: подающую линию (границы линии обозначены на фигурах символом I), обратную линию (II), линию заполнения (III), линию подпитки (IV), перепускную линию (V) и контроллер для управления установкой (на фигурах не показан).
[031] Расширительный бак (2) служит буфером теплоносителя для поддержания давления. В него сбрасывается избыточный теплоноситель при повышении давления и выкачивается в случае понижения давления в системе. Бак (2) комплектуется датчиком уровня теплоносителя (8) для отслеживания наполненности емкости. Кроме того, бак (2) снабжен автоматическим воздухоотводчиком (17).
[032] Подающая линия (I) связывает расширительный бак (2) и прямой трубопровод теплообменной системы и обеспечивает подачу теплоносителя в контур системы при падении давления. Основными элементами подающей линии являются насосы (1), датчик давления (10), размещенный на выходе насосов (1), а также клапан (6) для переключения режимов, установленный на входе насосов (1)
[033] Насосы (1) обеспечивают первичное заполнение системы и нагнетание давления в режиме поддержания давления после заполнения системы. В установке предусмотрено не менее двух насосов, подключенных параллельно. При этом часть из них (M1) является основными, а часть (R) – резервными. На каждой из параллельных ветвей насосов (1) могут также быть установлены обратные клапаны (7A).
[034] Датчик давления (10) служит для определения величины фактического давления в системе при заполнении и поддержании давления. За датчиком (10) на линии (I) могут быть также установлены запорный клапан (15Е) и демпферный бак (21).
[035] Клапан (6) отвечает за переключение режимов «заполнение системы» и «поддержание давления». Между клапаном (6) и баком (2) на линии (I) дополнительно могут размещаться обратный клапан (7B) и запорный клапан с функцией дренажа (16A).
[036] Обратная линию (II) соединяет расширительный бак (2) и обратный трубопровод теплообменной системы и обеспечивает подачу теплоносителя из системы в расширительный бак при повышении давления. На обратной линии (II) последовательно размещены балансировочный клапан (3), электромагнитный клапан (4), а также предохранительный клапан (20).
[037] Электромагнитный клапан (4) обеспечивает сброс давления в расширительный бак (2) в случае повышения давления в системе вследствие температурного расширения теплоносителя.  Балансировочный клапан (3) служит для тонкой настройки расхода клапана (4). Предохранительный клапан (20) предназначен для защиты бака от превышения давления в АУПД в случае аварийной ситуации.
[038] Перед клапаном (3) на линии (II) могут быть также установлены запорный клапан с функцией дренажа (16B), промежуточная емкость для охлаждения теплоносителя (18), второй запорный клапан (16C), реле давления (12), температурное реле (11), запорный клапан (15A) и сетчатый фильтр (14A). За клапаном (20) может также размещаться третий запорный клапан (16D).
[039] Для подсоединения линий (I) и (II) к баку (2) может применяться комплект гибких подключений (19).
[040] Линия заполнения (III) соединяет тепловую сеть и клапан (6) переключения режимов подающей линии (I). Линия (III) предназначена для подачи теплоносителя из тепловой сети в подающую линию (I) и затем в теплообменную систему. На указанной линии могут быть последовательно размещены: запорный клапан (15C), сетчатый фильтр (14B), импульсный расходомер (13А) и второй запорный клапан (15D).
[041]  Линия подпитки (IV) является ответвлением линии (III) и подключена к ней между расходомером (13A) и клапаном (15D), а также к линии (II) между клапанами (20) и (16D). Указанная линия (IV) необходима для подачи теплоносителя из тепловой сети в расширительный бак (2) при низком уровне в баке.  На линии подпитки (IV) последовательно могут быть установлены: запорный клапан (15B), импульсный расходомер (13B), электромагнитный клапан (5) и обратный клапан (7C). Электромагнитный клапан (5) предназначен для активации подачи теплоносителя в бак (2) в режиме поддержания давления в случае низкого уровня в нем. Остальные элементы линии являются вспомогательными.
[042] Перепускная линия (V) соединяет подающую линию (I) на выходе насосов (1) и обратную линию (II) на выходе клапана (4). Линия (V) предназначена для аварийного сброса давления при заполнении теплообменной системы. На перепускной линии (V) установлен перепускной клапан (9), который является энергонезависимым от контроллера установки. Указанный клапан (9) является элементом безопасности и контроля нагнетаемого давления и обеспечивает сброс теплоносителя в расширительный бак (2) в случае превышения давления в контуре теплообменной системы при заполнении, например, когда суммарное давление тепловой сети и давление насосов выше рабочего давления на момент завершения заполнения контура. Таким образом, клапан (9) обеспечивает необходимый уровень нагнетаемого давления и при этом исключает его превышение выше расчетного проектного.
[043] Контроллер предназначен для управления работой системы, а именно ее клапанами на основании показаний с датчиков, в первую очередь датчиков (8) и (10).
[044] Установка работает следующим образом.
[045] С помощью контроллера осуществляется первичная настройка параметров пользователем и дальнейшее поддержанием этих параметров путем автоматического управления установкой поддержания давления. При первичном запуске контроллера пользователем задается тип бака, его объем, контроллер производит калибровку бака. После в меню давления задается давление заполнения (Pраб – 0,8 бар) и рабочее проектное давление. При завершении первичной настройки контроллер поворачивает клапан переключения режимов (6) в положение «заполнение», что приводит к открытию протока от тепловой сети. Через 30 секунд включаются все насосы (1) установки и обеспечивают прохождение теплоносителя в контур до отключения при давлении (Pраб – 0.8 бар). Таким образом, в режиме заполнения теплоноситель подается от тепловой сети, через линию (III) и линию (I) в контур теплообменной системы с помощью давления тепловой сети и давления, создаваемого насосами (1), обеспечивающими нужный расход.
[046] При этом обеспечивается контроль процесса заполнения системы и в случае высокого напора тепловой сети и малых объемах заполняемого контура срабатывает автономный клапан (9) линии перепуска (V) и происходит сброс теплоносителя в расширительный бак (2). Срабатывание, как правило, происходит при повышении давления выше Pкл·0,9 в завершающей стадии работы насосов, где Pкл – давление предохранительного клапана контура. Давление на перепускном клапане (9) задается вручную путем вращения настроечной шкалы клапана. Клапан, находясь между напорной линией и линией сброса теплоносителя в бак, открывается и обеспечивает проток теплоносителя в бак до достижения заданного давления (Pкл·0.9).
[047] По достижению заданного давления заполнения клапан переключения режимов (6) переводит установку в режим «поддержание давления» путем открытия протока обратного трубопровода контура в бак (2). При этом открывается клапан (5) и бак наполняется до 12% объема, после чего насосы выкачивают из бака (2) необходимое количество теплоносителя до достижения давления в контуре - Рраб. При дальнейшей эксплуатации при понижении давления до (Pраб-0,2) включаются насосы для выкачивания теплоносителя из бака (2) и его подачи в прямой трубопровод теплообменной системы через подающую линию (I)
[048]  При повышении давления (Pраб+0,2) открывается клапан (4) для подачи теплоносителя из обратного трубопровода теплообменной системы в бак (2) по обратной линии (II). Причем уровень в баке (2) всегда поддерживается на 12% путем открытия/закрытия клапана подпитки (5).