СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ТЕПЛО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и водоснабжения и может быть использовано в централизованных системах водо- и теплоснабжения.
Известна система рекуперации избыточного давления магистральных сетей водо- и теплоснабжения, содержащая линию перепуска давления, смонтированную на магистральном трубопроводе и включающую в себя параллельно соединенные гидравлическую машину необъемного вытеснения и запорно-регулирующее устройство с электроприводом, при этом машина кинематически связана с генератором электрического тока (см. патент RU 2239752 C1, F24D 17/00, 22.12.2003). В этой системе машина работает в турбинном режиме за счет энергии избыточного магистрального давления, а генератор обеспечивает выработку электрического тока. Дополнительная энергия, полученная за счет полезного использования избыточной гидравлической энергии потока рабочей среды, повышает энергоэффективность систем централизованного тепло- и водоснабжения. Вместе с тем такая система не безопасна, т.к. при внезапном (аварийном) выключении генератора гидравлическая машина (т.е. гидротурбина) мгновенно теряет нагрузку и скорость вращения ее ротора многократно увеличивается за очень короткий промежуток времени, определяемый, в основном, полярным моментом инерции ротора. Это приводит к резкому (скачкообразному) возрастанию гидравлического сопротивления машины и, как следствие, к непрямому гидравлическому удару в трубопроводах всей системы. Предусмотренная в этой системе автоматика (контроллер) способна в принципе отреагировать на аварийное возмущение давлений и байпасировать машину посредством имеющегося запорно-регулирующего устройства. Однако, электропривод запорно-регулирующего устройства, предназначенный в системе для плавного устойчивого регулирования режима работы машины, имеет быстродействие на один-три порядка меньше постоянной времени ротора машины. Последнее обстоятельство не дает возможности автоматике парировать гидравлический удар, формирующийся за доли секунды при мгновенном выключении генератора.
Наиболее близким аналогом полезной модели является система рекуперации избыточного давления магистральных сетей водо- и теплоснабжения согласно патенту RU 2239752 C1, F24D 17/00, 22.12.2003.
Задачей полезной модели является повышение безопасности функционирования системы рекуперации избыточного давления при внезапном (аварийном) выключении генератора.
Для решения этой задачи система рекуперации избыточного давления магистральных сетей тепло- и водоснабжения содержит линию перепуска давления, смонтированную параллельно магистральной задвижке посредством двух технологических задвижек и включающую в себя параллельно соединенные гидравлическую машину необъемного вытеснения радиальную, радиально-осевую или диагональную, кинематически связанную с генератором электрического тока, и запорно-регулирующее устройство с электроприводом, отличающаяся тем, что содержит быстродействующий байпасный клапан, смонтированный параллельно гидравлической машине и открывающийся при аварийном выключении генератора, причем быстродействие байпасного клапана как минимум на один порядок выше быстродействия упомянутого запорно-регулирующего устройства.
В системе в качестве быстродействующего байпасного клапана может быть использован нормально открытый электромагнитный клапан, электрически связанный с выходом генератора системы и имеющий быстродействующее механическое возвратное устройство, в частности возвратную пружину.
Техническим результатом полезной модели является парирование раскрутки ротора машины и развития гидравлического удара в системе при аварийном выключении генератора за счет перепуска рабочей среды мимо машины через быстродействующий байпасный клапан.
Описание осуществления полезной модели поясняется ссылками на фигуры.
На фиг. 1 представлены:
а) фрагмент схемы системы рекуперации избыточного давления магистральных сетей водо- и теплоснабжения согласно аналогу в части, касаемой существа заявляемой полезной модели;
б) схема исполнения системы рекуперации избыточного давления магистральных сетей тепло- и водоснабжения согласно заявляемой полезной модели по п.1 формулы полезной модели;
в) схема исполнения системы рекуперации избыточного давления магистральных сетей тепло- и водоснабжения согласно заявляемой полезной модели по п.2 формулы полезной модели.
На фиг. 2 представлены сравнительные расчетные динамические (переходные) характеристики байпасного клапана и ротора гидроагрегата (гидравлической машины с электрогенератором) при внезапном отключении генератора для двух различных значений быстродействия байпасного клапана.
Известная система рекуперации избыточного магистрального давления, схема которой показана на фиг.1а, представляет собой линию перепуска давления, смонтированную на магистральном трубопроводе 1, включающую в себя параллельно соединенные гидравлическую машину 3 необъемного вытеснения и запорно-регулирующее устройство 5 с электроприводом, при этом гидравлическая машина 3 кинематически связана с генератором электрического тока 4. Запорно-регулирующее устройство (например, клапан) 5 с невысоким быстродействием, обеспечивая дозированный перепуск рабочей среды мимо машины 3, позволяет плавно управлять режимом ее работы. В практике реализации таких систем для обеспечения плавного устойчивого регулирования режима работы машины 3 используются электроприводы со временем τ полной "перекладки" устройства 5 между крайними положениями "открыто/закрыто" от 10 до 120 секунд. При этом в технически реализованных системах постоянная времени ротора гидроагрегата (гидравлической машины с электрогенератором) имеет значения от 0,1 до 1,5 секунды. Из характеристик на фиг.2 следует, что частота вращения ротора, имеющего расчетную постоянную времени 1 секунда, после внезапного отключения генератора (на характеристиках - момент времени 0) увеличивается в 1,73 раза за время 4 секунды при τ=10 с. Такое увеличение частоты вращения ротора приводит к значительному снижению запаса прочности конструкции машины. Кроме того необходимо заметить, что перепад давлений рабочей среды на машине 3 (см. фиг. 1) в первом приближении пропорционален квадрату частоты вращения ротора машины (см., например, Емцев Б.Т., Техническая гидромеханика, -М.:Машиностроение, 1978). То есть в рассматриваемом процессе перепад давлений на машине 3 (а, значит, и ее гидросопротивление) возрастет примерно в 3 раза за тоже время. Таким образом в гидравлической системе, в которую интегрирована система рекуперации, создаются условия для развития опасного непрямого гидроудара.
Система рекуперации избыточного магистрального давления согласно заявляемой полезной модели, схема которой показана на фиг. 16, отличается от схемы системы-аналога (см. фиг. 1а) наличием дополнительного байпасного клапана 6, который установлен параллельно гидравлической машине 3. Из характеристик на фиг.2 следует, что частота вращения ротора, имеющего расчетную постоянную времени 1 секунда, после внезапного отключения генератора (на характеристиках - момент времени 0) за время 4 секунды при τ=1 с увеличивается в 1,37 раза. Перепад давлений на машине 3 (а, значит, и ее гидросопротивление) возрастет примерно в 1,88 раза, т.е. примерно на 60% меньше, чем в системе-аналоге. Таким образом в гидравлической системе, в которую интегрирована система рекуперации, создаются условия для развития опасного непрямого гидроудара.
Таким образом в системе с дополнительным байпасным клапаном 6, быстродействие которого на порядок выше быстродействия запорно-регулирующего устройства 5, обеспечивается заявленный технический результат - парирование раскрутки ротора машины и развития гидравлического удара в системе при аварийном выключении генератора за счет перепуска рабочей среды мимо машины через быстродействующий байпасный клапан 6, т.е. решается поставленная перед полезной моделью задача - повышение безопасности функционирования системы рекуперации избыточного магистрального давления при внезапном (аварийном) выключении генератора.
Система рекуперации избыточного магистрального давления согласно заявляемой полезной модели по п.2 формулы полезной модели, схема которой показана на фиг. 1в, как вариант исполнения схемы системы согласно заявляемой полезной модели по п.1 формулы (см. фиг. 1б) отличается тем, что в качестве байпасного клапана 6 в системе может быть использован нормально открытый электромагнитный клапан, электрически связанный с выходом генератора 4 системы и имеющий быстродействующее механическое возвратное устройство, в частности возвратную пружину. Включенный генератор 4 непосредственно запитывает электромагнитный привод клапана 6, что обеспечивает его принудительное закрытие и сжатие возвратной пружины. При внезапном отключении генератора 4 электромагнит клапана 6 мгновенно обесточивается и клапан 6 под воздействием своей пружины быстро возвращается в открытое положение, обеспечивая "сброс" давления перед гидравлической машиной 3. В таком исполнении система рекуперации избыточного магистрального давления не требует дополнительных устройств для управления байпасным клапаном 6.