СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF HEATING SYSTEM OPERATION

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на насосно-дросселирующих подстанциях, в тепловых сетях с большой разностью отметок между верхней и нижней зонами системы теплоснабжения.
Известен способ обеспечения требуемого гидравлического режима тепловой сети, при котором сеть разбивается на зоны зонирующими подстанциями, и в случае если потребитель или группа потребителей тепловой энергии находится на возвышенности относительно источника теплоснабжения, на подстанциях используются повысительные насосы и дросселирующие устройства. Повысительные насосы устанавливаются на подающем трубопроводе и обеспечивают подъем теплоносителя с необходимым напором к потребителям верхней зоны. Дросселирующие устройства устанавливаются на обратном трубопроводе и служат для утилизации избыточного напора, обусловленного большим перепадом высот. Любое дросселирующее устройство способствует отбору кинетической энергии потока воды с последующей ее диссипацией в окружающую среду без возможности ее полезного использования (см. Е.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети, 2001 г., с. 232).
Недостатком данного способа являются высокие затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя, что увеличивает эксплуатационные затраты и уменьшает энергетическую эффективность централизованного теплоснабжения.
В качестве прототипа принят способ работы системы теплоснабжения, по которому сетевую воду с помощью установленных на теплоисточнике сетевых насосов, при большой разности вертикальных отметок земли верхней и нижней частей района теплоснабжения, направляют на насосно-дросселирующую подстанцию, где в подающем трубопроводе с помощью повысительного насоса повышают давление подаваемой потребителям сетевой воды, а в обратном трубопроводе, наоборот, снижают избыточное давление возвращаемой от потребителей сетевой воды в дросселирующем устройстве, в качестве которого используют гидравлическую турбину (см. заявку RU №2012100803 от 10.01.2012 г., МПК F24D 3/06, опубл. 20.07.2013 г.).
Недостатками прототипа являются: отсутствие возможности поддержания допустимого значения напора при разных гидравлических режимах работы тепловой сети; громоздкость комплекта гидравлического и электротехнического оборудования на насосной (насосно-дросселирующей) подстанции; большие потери КПД установки, связанные с длинной цепочкой преобразования энергии (кинетическая энергия потока воды → механическая работа вала гидротурбины → электрическая энергия → другие преобразования энергии в зависимости от обслуживаемых технологических процессов).
Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является обеспечение заданного значения напора при разных гидравлических режимах работы тепловой сети.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении заданного значения напора при разных гидравлических режимах работы тепловой сети, при этом уменьшаются габариты установки и возможен ее монтаж в стесненных условиях, действующих насосно-дросселирующих подстанций, упрощена схема использования энергии, вырабатываемой турбиной, отсутствует сложный механизм преобразования и передачи энергии.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ работы системы теплоснабжения, по которому сетевую воду с помощью установленных на теплоисточнике сетевых насосов, при большой разности вертикальных отметок земли верхней и нижней частей района теплоснабжения, направляют на насосно-дросселирующую подстанцию, где в подающем трубопроводе с помощью повысительного насоса повышают давление подаваемой потребителям сетевой воды, а в обратном трубопроводе, наоборот, снижают избыточное давление возвращаемой от потребителей сетевой воды в дросселирующем устройстве, в качестве которого используют гидравлическую турбину, отличается тем, что вращение вала турбины передают на рабочее колесо повысительного насоса, при этом последовательно с повысительным насосом на подающем трубопроводе используют циркуляционный насос, производительность которого поддерживают на уровне, обеспечивающем постоянство заданного суммарного с производительностью повысительного насоса уровня. Кроме того, параллельно с повысительным насосом установлен как минимум один резервный насос, производительность которого соответствует сумме производительностей повысительного и циркуляционного насосов.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:
Признак «…вращение вала турбины передают на рабочее колесо повысительного насоса…» обеспечивает прямую передачу энергии вращения турбины на рабочее колесо повысительного насоса без использования дополнительных преобразований и преобразователей этой энергии, тем самым повышается КПД использования этой энергии.
Признак «…последовательно с повысительным насосом на подающем трубопроводе используют циркуляционный насос…» обеспечивает возможность поддержания стабильного уровня давления в подающем трубопроводе независимо от гидравлических режимов работы тепловой сети.
Признак указывающий, что производительность циркуляционного насоса «поддерживают на уровне, обеспечивающем постоянство заданного суммарного с производительностью повысительного насоса уровня», обеспечивает стабильность гидравлических параметров в подающей сети.
Признаки указывающие, что «параллельно с повысительным насосом установлен как минимум один резервный насос, производительность которого соответствует сумме производительностей повысительного и циркуляционного насосов» обеспечивают возможность проведения ремонтных работ на насосах при сохранении теплоснабжения в обслуживаемых ими районов.
На чертеже показана принципиальная схема работы насосно-дросселирующей подстанции, обеспечивающей реализацию способа.
На чертеже показаны повысительный насос 1; гидравлическая турбина 2; механизм 3, преобразующий крутящий момент турбины во вращение рабочего колеса повысительного насоса 1, обеспечивающий кинематическую связь вала турбины 4 и рабочего колеса повысительного насоса 1; циркуляционный насос 5; потребитель 6, расположенный на возвышенности; резервный насос 7. Кроме того, показаны подающий 8 и обратный 9 трубопроводы, а также запорные клапаны 10 и 11.
Повысительный насос 1 установлен на подающем трубопроводе 8, при этом последовательно с повысительным насосом 1 на подающем трубопроводе 8 установлен циркуляционный насос 5. Параллельно с повысительным насосом 1 и циркуляционным насосом 5 установлен резервный насос 7, производительность которого соответствует сумме производительностей повысительного 1 и циркуляционного 5 насосов. Запорные клапаны 10 установлены перед повысительным 1 и за циркуляционным 5 насосами, запорные клапаны 11 установлены перед и за резервным насосом 7.
Способ реализуется следующим образом.
Перед вводом системы теплоснабжения в эксплуатацию перекрывают запорные клапаны 10, установленные перед повысительным 1 и за циркуляционным 5 насосами, и открывают запорные клапаны 11. Далее включают в работу резервный насос 7 и обеспечивают наполнение системы водой, после чего отключают резервный насос 7 и перекрывают запорные клапаны 11, а также открывают запорные клапаны 10 и включают в работу повысительный 1 и циркуляционный 5 насосы, после чего работа идет в штатном режиме.
Избыточный напор в обратном трубопроводе 9, идущем от потребителя 6 вниз на станцию, дросселируется с помощью гидравлической турбины 2, которая соединена с повысительным насосом 1 через рабочий вал с механизмом 3, преобразующим ее крутящий момент (механический редуктор/гидромуфта/вариатор). Циркуляционный насос 5 служит для компенсации потерь напора, связанных с общим гидравлическим сопротивлением сети, к которой подключен потребитель 6, а также для компенсации необратимых потерь энергии на трение в самом устройстве.
Заданное значение напора в сети при различных гидравлических режимах ее работы поддерживается за счет изменения гидравлического сопротивления гидротурбины 2 при помощи устройства 3, преобразующего крутящий момент.
Резервный насос 7 в случае выхода из строя повысительного 1 или циркуляционного 5 насосов обеспечивает возможность проведения ремонтных работ на них при сохранении теплоснабжения в обслуживаемых ими районах.
Данный способ требует меньших затрат на переоборудование насосно-дросселирующих подстанций по сравнению с ближайшим аналогом вследствие исключения из схемы дорогостоящего электротехнического оборудования.
Оборудование, необходимое для реализации данного способа, сопоставимо по габаритным размерам с существующим на насосно-дросселирующих подстанциях и не требует дополнительных объемов помещения для реконструкции системы.