УСТРОЙСТВО СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ТЕПЛОВЫМ ПУНКТОМ
DEVICE FOR REDUCTION OF ELECTRIC POWER CONSUMPTION WITH HEAT STATION

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения.
Известны тепловые пункты (ТП) двухтрубных водяных систем централизованного теплоснабжения с независимой схемой присоединения потребителей тепла, содержащие прямой и обратный магистральные трубопроводы тепловой сети, между которыми включены регулирующие клапаны отопления и горячего водоснабжения - ГВС, последовательно связанные со своими теплообменными аппаратами - ТА. Непосредственную доставку вторичного теплоносителя и горячей воды потребителям в таких ТП обеспечивают циркуляционные электронасосы отопления и ГВС - ЦЭНО и ЦЭНГВС соответственно (см., например, свод правил по проектированию и строительству СП41-101-95 "Проектирование тепловых пунктов"). Такие ТП потребляют значительное количество электроэнергии для обеспечения работы циркуляционных насосов. К тому же энергия избыточного магистрального давления теплоносителя, подводимого ко всем ТП централизованной теплосети, безвозвратно теряется на регулирующих клапанах (кроме ТП, самых удаленных от тепловой станции, на входе в которые избыточное давление отсутствует).
Также известны ТП двухтрубных водяных систем централизованного теплоснабжения с независимой схемой присоединения потребителей тепла, в которых перед регулирующими клапанами устанавливаются устройства, преобразующие энергию избыточного магистрального давления в электрическую энергию. Наиболее близким аналогом (прототипом) является система рекуперации избыточного давления магистральных сетей теплоснабжения, содержащая линию перепуска давления, смонтированную на прямом трубопроводе перед регулирующими клапанами отопления и ГВС и включающую в себя динамический насос с генератором электрического тока (RU 2239752 C1, F24D 17/00, 22.12.2003). ТП с такой системой рекуперации имеет более высокую энергоэффективность по сравнению с рассмотренным выше аналогом, т.к. в этой системе динамический насос работает в турбинном режиме за счет энергии избыточного магистрального давления, а генератор электрического тока может быть скоммутирован с электросетью ТП через преобразователь напряжения, что дает возможность частично компенсировать потребление электроэнергии на ТП из внешней электросети. Однако тепловому пункту и с такой системой присущи значительные потери энергии избыточного магистрального давления. Так, в цепи "генератор - преобразователь напряжения -электромоторы ЦЭНО и ЦЭНГВС" имеют место неизбежные потери энергии (суммарно около 30% при современном уровне развития техники). Кроме того, при снижении расхода сетевого теплоносителя через ТП вместе с выходной мощностью генератора снижается и гидравлическое сопротивление динамического насоса, т.е. энергия избыточного магистрального давления недоиспользуется. И, наконец, в летний период работы при отключенной системе отопления расход сетевого теплоносителя через ТП снижается примерно в три раза. Это приводит к практически полной остановке генератора из-за попадания его привода - динамического насоса в область так называемого "тормозного" режима работы.
Задачей изобретения является снижение потребления электроэнергии тепловым пунктом, в том числе в летний период работы.
Для решения этой задачи согласно изобретению ТП двухтрубной водяной системы централизованного теплоснабжения, имеющий циркуляционные электронасосы систем отопления и ГВС, присоединенных к теплосети по независимой схеме, содержит линию перепуска давления, смонтированную на обратном трубопроводе параллельно выходной магистральной задвижке посредством двух технологических задвижек или кранов и включающую последовательно роторную машину большой производительности и роторную машину малой производительности, причем ротор машины большой производительности кинематически связан с ротором циркуляционного электронасоса системы отопления, а ротор машины малой производительности кинематически связан с ротором циркуляционного электронасоса системы ГВС.
Линия перепуска давления имеет два байпасных канала - по одному для каждой роторной машины, причем оба канала взаимосвязаны между собой через Т-образный кран, в частности трехходовой шаровой кран, боковой патрубок которого гидравлически связан с патрубком, соединяющим роторные машины между собой.
В байпасном канале роторной машины малой производительности установлено запорно-регулирующее устройство, электропривод которого электрически связан с управляющим выходом контроллера.
Контроллер своими входами электрически связан с выходами двух датчиков давления, установленных в прямом трубопроводе ТП перед регулирующими клапанами систем отопления и ГВС и в обратном трубопроводе ТП за теплообменными аппаратами.
Техническим результатом является снижение потребления электроэнергии циркуляционными насосами отопления и ГВС, в том числе в летний период работы ТП, путем непосредственного подвода к роторам насосов дополнительного крутящего момента, полученного в роторных машинах за счет более полного преобразования потенциальной энергии избыточного магистрального давления в механическую энергию.
Описание осуществления изобретения поясняется ссылками на фигуры.
На фиг.1 представлен вариант исполнения схемы теплового пункта двухтрубных водяных систем централизованного теплоснабжения согласно изобретению.
Тепловой пункт двухтрубной водяной системы централизованного теплоснабжения, имеющий циркуляционные электронасосы 1 и 2 систем отопления и ГВС, присоединенных к теплосети по независимой схеме, содержит линию перепуска давления, смонтированную на обратном трубопроводе параллельно выходной магистральной задвижке 3 посредством двух технологических задвижек или кранов 4 и включающую последовательно роторную машину 5 большой производительности и роторную машину 6 малой производительности, причем ротор машины 5 большой производительности кинематически связан с ротором циркуляционного электронасоса 1 системы отопления, а ротор машины 6 малой производительности кинематически связан с ротором циркуляционного электронасоса 2 системы ГВС. Линия перепуска давления имеет два байпасных канала 7 и 8 - по одному для каждой роторной машины, причем оба канала взаимосвязаны между собой через Т-образный кран 9, в частности трехходовой шаровой кран, боковой патрубок которого гидравлически связан с патрубком 10, соединяющим роторные машины между собой. В байпасном канале 8 роторной машины 6 малой производительности установлено запорно-регулирующее устройство 11, электропривод которого электрически связан с управляющим выходом контроллера 12. Контроллер 12 своими входами электрически связан с выходами двух датчиков давления 13 и 14, установленных в прямом трубопроводе ТП перед регулирующими клапанами 15 систем отопления и ГВС и в обратном трубопроводе ТП за теплообменными аппаратами 16.
Заявленное устройство реализуется следующим образом. При закрытой выходной магистральной задвижке 3 теплового пункта и открытых технологических задвижках 4 поток теплоносителя проходит в линии перепуска давления последовательно через роторные машины 5 и 6, которые, работая в турбинном режиме, вращают валы насосов 1 и 2 соответственно. Возможная нехватка мощности на валах насосов восполняется электромоторами насосов из электросети. Таким образом устраняется один из недостатков прототипа - потери энергии при промежуточных преобразованиях механической энергии в электрическую и обратно, т.е. снижается, по сравнению с прототипом, потребление электроэнергии тепловым пунктом из внешней электросети.
Кроме того, максимальная производительность роторной машины 6 соответствует максимально возможному расходу теплоносителя в летний период при отключенном отоплении (малая производительность), а максимальная производительность роторной машины 5 - максимально возможному расходу теплоносителя в зимний период (большая производительность). В летний период работы Т-образный кран 9 установлен в положение (см. фиг.1), при котором байпасный канал 7, имеющий минимальное гидравлическое сопротивление, открыт полностью. За счет этого практически весь поток теплоносителя проходит через байпасный канал 7, минуя роторную машину 5, благодаря чему машина 5 вместе с насосом отопления 1 оказываются остановленными. В то же время при закрытом запорно-регулирующем устройстве 11, установленном в байпасном канале 8, весь поток теплоносителя проходит через роторную машину 6, обеспечивая энергией насос 2 системы ГВС. В зимний же период работы Т-образный кран 9 установлен в такое положение, при котором байпасный канал 7 закрыт, но доступ теплоносителя в байпасный канал 8 сохраняется (см. фиг.1). Благодаря этому режим работы и энергоотдача роторной машины 6 зависят от состояния запорно-регулирующего устройства 11. При максимальном расходе теплоносителя устройство 11 полностью открыто, гидросопротивление его мало, и большая часть потока минует машину 6 - весь потенциал энергии избыточного давления реализуется на машине 5. При снижении расхода теплоносителя мощность на валу машины 5 также снижается, но за счет прикрытия устройства 11 гидросопротивление байпасного канала 8 возрастает, и увеличивается расход теплоносителя через машину 5, мощность на валу которой возрастает. Таким образом потенциал энергии избыточного магистрального давления перераспределяется между машинами 5 и 6, т.е. между насосом 1 системы отопления и насосом 2 системы ГВС. Управление запорно-регулирующим устройством 11 реализует контроллер 12 следующим образом. При снижении расхода теплоносителя вместе с падением мощности машины 5 падает и ее гидросопротивление, что приводит к росту перепада давлений на регулирующих клапанах 15 систем отопления и ГВС и, в целом, на линии "регулирующие клапаны 15 - теплообменные аппараты 16". Контроллер, получая эту информацию от датчиков давления 13 и 14, стремясь восстановить перепад давлений на линии "регулирующие клапаны 15 - теплообменные аппараты 16", прикрывает запорно-регулирующее устройство 11, а избыток перепада давлений "срабатывается" в машине 6. Таким образом устраняется другой недостаток прототипа - значительное недоиспользование энергии избыточного магистрального давления при снижении расхода теплоносителя, в том числе и в летний период работы, т.е. снижается, по сравнению с прототипом, потребление электроэнергии тепловым пунктом из внешней электросети.