Система теплоснабжения и способ организации ее работы
HEAT SUPPLY SYSTEM AND METHOD OF ITS OPERATION ORGANIZATION

Группа изобретений относится к энергетике, в частности к системам теплоснабжения жилых и общественных зданий и производственных помещений.
Известна система теплоснабжения, которая включает теплогенератор, утилизационную установку, потребитель, прямую магистраль, по которой нагретая в теплогенераторе вода подается потребителю, обратную магистраль, по которой охлажденная вода транспортируется к теплогенератору и обратный клапан. Утилизационная установка содержит испаритель, установленный в дымоходе теплогенератора и соединенный через сбросной клапан трубопроводом высокого давления с мембранным насосом. Мембранный насос установлен через два обратных клапана на обратной магистрали перед теплогенератором и соединен трубопроводом низкого давления с конденсатором. Конденсатор установлен на обратной магистрали перед мембранным насосом и соединен с испарителем трубопроводом возврата конденсата, на котором установлен с дополнительными обратными клапанами мембранный нагнетатель. Мембранный нагнетатель соединен через нагнетательный трубопровод с обратным клапаном и ударным узлом. Обратный клапан и ударный узел установлены на прямой магистрали. Утилизационная установка заполнена рабочим телом. Способ организации ее работы включает нагрев охлажденной обратной магистральной воды теплом, выработанным теплогенератором, предварительно подогретой в утилизационной установке сбросным низкотемпературным теплом уходящих газов теплогенератора. При утилизации низкотемпературного тепла уходящих газов в испарителе рабочее тело испаряют до определенного давления, подают импульсно через сбросной клапан образовавшийся при этом пар, в мембранный насос, расширяют пар в нем, с совершением работы по перекачиванию воды. Конденсируют пар в конденсаторе, отдавая тепло обратной магистральной воде, и возвращают конденсат рабочего тела в испаритель. Рабочее тело в испарителе находится под избыточным давлением, превышающим давление конденсации. Полученную механическую энергию в мембранном насосе используют для перекачивания магистральной воды к потребителям. При подаче воды в ударном узле генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для работы мембранного нагнетателя, который перекачивает в испаритель конденсат рабочего тела (RU 2510465, МПК F01K 17/00, опубл. 27.03.2014).
Недостатками изобретения является ограниченное применение (только в автономных системах теплоснабжения), а также отсутствие возможности управления моментом генерации импульсов количества движения горячей воды без изменения ее расхода через ударный узел.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является индивидуальный тепловой пункт для организации в нем импульсного режима течения с применением мембранного насоса для смешения теплоносителя. Индивидуальный тепловой пункт с мембранным насосом содержит подающий и обратный трубопроводы, два односекционных мембранных насоса, состоящие из насосной и рабочей камер, соединенные жестким штоком и являющихся левой и правой секциями мембранного насоса. Механический механизм переключения ударных клапанов с одной стороны соединен с жестким штоком, а с другой стороны – с правым и левым ударными клапанами. Отопительный прибор выполнен в виде пластинчатого теплообменника. На входе индивидуального теплового пункта установлен импульсный распределитель потока, включающий правый и левый клапаны импульсного распределителя потока, правый и левый штоки импульсного распределителя потока, кулачек импульсного распределителя потока, соединенный не жестко с электроприводом. К входу импульсного распределителя потока подключен подающий трубопровод, а его выходы соединены с рабочими камерами левой и правой секции мембранного насоса через подающие патрубки. Дополнительно введен второй отопительный прибор в виде пластинчатого теплообменника. Каждая секция мембранного насоса связана только со своим отопительным прибором. К правой секции мембранного насоса подключен первый отопительный прибор. К левой секции мембранного насоса-второй отопительный прибор. Вход первого отопительного прибора  подключен одновременно к рабочей камере правой секции мембранного насоса через правый ударный клапан и насосной камере правой секции мембранного насоса через нагнетательный обратный клапан правой секции. Вход второго отопительного прибора  подключен одновременно к рабочей камере левой секции мембранного насоса через левый ударный клапан и насосной камере левой секции мембранного насоса через нагнетательный обратный клапан левой секции. Выходы отопительных приборов подключены одновременно к обратному трубопроводу и соответственно к насосным камерам правой или левой секциям мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны рециркуляции и всасывающие обратные клапаны правой или левой секций (RU 183885, МПК F24D 3/02, опубл. 08.10.2018).
Недостатками известного индивидуального теплового пункта является ограниченное применение (только в системах отопления без теплообменников горячего водоснабжения (ГВС) и узкий диапазон регулирования расхода теплоносителя, а также зависимость системы отопления от давления в обратном трубопроводе.
Технический результат заключается в повышении теплопередачи отопительных приборов и теплообменников ГВС за счет периодического пропуска горячего и холодного теплоносителя и сокращении затрат на транспортировку теплоносителя за счет использования меньшего располагаемого напора тепловой сети.
Сущность изобретения заключается в том, что система теплоснабжения включает отопительные приборы, подающий и обратный трубопроводы, электропривод, два односекционных мембранных насоса, состоящие из насосной и рабочей камер, соединенные жестким штоком и являющихся левой и правой секциями мембранного насоса. Каждая секция мембранного насоса связана только со своим отопительным прибором. Входы отопительных приборов подключены к насосным камерам, соответственно правой или левой секции мембранного насоса через нагнетательные обратные клапаны. Выходы отопительных приборов подключены одновременно к обратному трубопроводу и соответственно к насосным камерам правой или левой секциям мембранного насоса через всасывающие обратные клапаны правой или левой секции. Дополнительно содержит два теплообменника ГВС, два регулятора расхода горячей воды и два импульсных распределителя потока с ударными клапанами во входном и выходном отверстиях и боковыми отводами, связанных с общим электроприводом и подключенных параллельно к подающему трубопроводу. Рабочие камеры мембранного насоса соединены с боковыми отводами  импульсных распределителей потока. К выходным отверстиям импульсных распределителей потока параллельно подключены входы отопительных приборов и теплообменников ГВС через регуляторы расхода горячей воды, причем выходы отопительных приборов и теплообменников ГВС соединены с  обратным трубопроводом через предохранительные обратные клапаны. Способ организации работы системы теплоснабжения включает забор горячего теплоносителя из тепловой сети через  подающий трубопровод, периодическое распределение горячего теплоносителя на два независимых контура импульсным распределителем потока за счет электропривода, создавая периодические пульсации горячего и охлажденного теплоносителя двумя секциями мембранного насоса, соединенных штоком  за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а также генерируют гидравлический удар, энергию которого используют для уменьшения запаздывания между скоростью штока и силой давления в конечных его положениях, перераспределяя пульсирующий поток теплоносителя  между параллельно включенными отопительными приборами и теплообменниками ГВС в зависимости от заданного расхода на регуляторах расхода горячей воды, передают тепло горячего и  охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках ГВС, возвращают охлажденный теплоноситель в тепловую сеть через обратный трубопровод, защищая отопительные приборы и теплообменники ГВС от повышенного давления  в обратном трубопроводе через предохранительные обратные клапаны.
На чертеже изображена схема системы теплоснабжения.
Система теплоснабжения включает подающий трубопровод 1, по которому горячая вода из тепловой сети (на чертеже не показана) подается потребителю в составе отопительных приборов 2, 3 и теплообменников ГВС 4, 5, обратный трубопровод 6, по которому охлажденная вода возвращается в тепловую сеть, два импульсных распределителя потока 7, 8 с ударными клапанами 9, 10 во входных отверстиях 11, 12 и ударными клапанами 13, 14 в выходных отверстиях 15, 16  и боковыми отводами 17, 18 и электроприводом 19. К входным отверстиям 11, 12 импульсных распределителей потока 7, 8 подключен параллельно подающий трубопровод 1. Два односекционных мембранных насоса, состоящих из правой 20 и левой 21 секций, а каждая секция 20 и 21 включает соответственно рабочие камеры 22 и 23 и насосные камеры 24 и 25, соединенные жестким штоком 26. Каждая рабочая камера 22, 23 соединена  с боковыми отводами 17, 18  импульсного распределителя потока 7, 8. Каждая насосная камера 24 и 25, соответственно правой 20 или левой 21 секции мембранного насоса  через всасывающие обратные клапаны 27 и 28 и нагнетательные обратные клапаны 29 и 30 соединены со своими отопительными приборами 2,  3 и теплообменниками ГВС 4, 5, образуя два независимых контура. Потребители в составе отопительных приборов 2, 3 и теплообменников ГВС 4, 5 через предохранительные обратные клапаны 31, 32 соединены с обратным трубопроводом 6 с тепловой сетью. К выходным отверстиям 15, 16 импульсных распределителей потока 7, 8 параллельно подключены отопительные приборы 2, 3 и теплообменники ГВС 4, 5 через регуляторы расхода горячей воды 33, 34.
Способ организации работы системы теплоснабжения включает  забор горячего теплоносителя из тепловой сети (на чертеже не показана) через  подающий трубопровод 1, периодическое распределение  горячего теплоносителя на два независимых контура импульсными распределителями потока 7, 8 за счет электропривода 19, создание периодических пульсаций горячего и охлажденного теплоносителя рабочими 22, 23 и насосными 24, 25 камерами, всасывающими 27, 28 и нагнетательными обратными 29, 30 клапанами, правой 20 и левой 21 секциями мембранного насоса, соединенных штоком 26 за счет использования перепада давления между горячим и охлажденным теплоносителями, а так же генерируют гидравлический удар с помощью импульсных распределителей потока 7, 8, энергию которого используют для уменьшения запаздывания скорости штока 26 в конечных положениях, перераспределяют пульсирующий поток теплоносителя между параллельно включенными отопительными приборами 2, 3 и теплообменниками ГВС 4, 5 в зависимости от заданного расхода на регуляторах расхода горячей воды 33, 34 передают тепло горячего и  охлажденного теплоносителя окружающему воздуху и подогреваемой в теплообменниках ГВС 4, 5 воде, возвращают охлажденный теплоноситель в тепловую сеть через обратный трубопровод 6, защищая отопительные приборы 2, 3 и теплообменники ГВС 4, 5 от повышенного давления в обратном трубопроводе 6 через предохранительные обратные клапаны 31, 32.
Система теплоснабжения работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение подающего трубопровода 1 и обратного трубопровода 6, соответственно с подающим 1 и обратным 6 трубопроводом тепловой сети (на чертеже не указана). После этого, осуществляют подачу горячего теплоносителя в систему теплоснабжения до создания давления, равного в обратном трубопроводе 6. В начальный момент времени в зависимости от положения электропривода 19, ударный клапан 9 во входном отверстии 11, например, правого импульсного распределителя потока 7 открыт, а в выходном отверстии 15 закрыт, в левом импульсном распределителе потока 8, соответственно будет закрытым во входном отверстии 12 и открытым в выходном отверстии 16. При таком положении импульсного распределителя потока 7 горячий теплоноситель через открытый ударный клапан 9 во входном его отверстии 11 через боковой отвод 17 поступает в рабочую камеру 22 и совершает работу перемещая шток 26 слева направо за счет разности давлений, вытесняя охлажденный теплоноситель из насосной камеры 24 через нагнетательный клапан 29, отопительный прибор 2 и теплообменник ГВС 4 и далее через предохранительный обратный клапан 31 в обратный трубопровод 6. Проходя через отопительный прибор 2 и теплообменник ГВС 4 охлажденный вторичный теплоноситель будет отдавать тепло окружающему воздуху и нагреваемой воде. При этом расход теплоносителя будет перераспределяться в зависимости от настройки регулятора расхода горячей воды 33. В это же время горячий теплоноситель будет вытесняться из левой рабочей камеры 23 через боковой отвод и открытый ударный клапан 14 импульсного распределителя потока 8 и далее параллельно через отопительный прибор 3 и теплообменник ГВС 5 и всасываться через всасывающий обратный клапан 28 в насосную камеру 25. Данный процесс будет происходить до момента переключения клапанов импульсных распределителей потока 7,8 с помощью электропривода. При повороте электропривода на 180 градусов произойдет резкое переключение ударных клапанов импульсных распределителей потока 7, 8, в результате произойдет гидравлический удар, энергия которого используется для начального импульса количества движения штока 26, уменьшая запаздывание между скоростью штока 26 и силой давления в рабочей камере 23, дальнейший ход рабочей камеры 23 будет происходить за счет разности давлений в рабочих камерах 22 и 23. В результате чего будет вытесняться охлажденный теплоноситель из насосной камеры 25 через нагнетательный обратный клапан 30 и далее параллельно через отопительный прибор 3 и теплообменник ГВС 5 и всасываться через всасывающий обратный клапан 28 в насосную камеру 25. Проходя через отопительный прибор 3 и теплообменник ГВС 5 теплоноситель будет отдавать вторичное тепло окружающему воздуху и нагреваемой воде и через предохранительный обратный клапан 32 вытесняться в обратный трубопровод 6. В это же время горячий теплоноситель будет вытесняться из правой рабочей камеры 22 через боковой отвод 17 и открытый ударный клапан 13 в выходном отверстии 15 импульсного распределителя потока 7 и далее параллельно через отопительный прибор 2, теплообменник ГВС 4 и всасываться через всасывающий обратный клапан 27 в насосную камеру 24. Данный процесс будет происходить до момента переключения клапанов импульсных распределителей потока 7, 8 с помощью электропривода 19.
Производительность системы теплоснабжения определяется частотой пульсаций импульсных распределителей потока 7, 8 с помощью электропривода 19. Рабочий диапазон частот составляет 0,4-2 Гц. При повышении давления в обратном трубопроводе 6, например, при авариях в тепловой сети, двухсекционный мембранный насос будет работать вхолостую, а отопительные приборы 2, 3 и теплообменники ГВС 4, 5 не пострадают.
По сравнению с известным решением заявленная группа изобретений позволяет повысить теплопередачу отопительных приборов и теплообменников ГВС за счет периодического пропуска горячего и холодного теплоносителя и сократить затраты на транспортировку теплоносителя за счет использования меньшего располагаемого напора тепловой сети.