СИСТЕМА ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E03B7/04 

Система относится к комплексу устройств, предназначенных для повторного использования производственной воды, и может найти широкое применение в различных отраслях пищевой и химической промышленности.

Известна система оборотного водоснабжения, содержащая охладитель, потребитель холода, нагнетательные насосы и линии для перевода нагретой воды и отбора охлажденной воды (А.С. СССР 868011, E 03 В 1/00, 1981).

Недостатком известной системы является ее энергоемкость и инерционность, не позволяющая точно поддерживать заданную температуру обратной воды, делает этот процесс трудно автоматизированным.

Задачей настоящего изобретения является создание системы оборотного водоснабжения, позволяющей с наименьшими энергозатратами получить на ее выходе воду, с необходимой точностью охлажденной до определенной температуры для повторного ее использования.

Поставленная задача решается тем, что система оборотного водоснабжения, содержащая нагнетательные насосы, охладитель, потребитель холода и соединяющий их между собой трубопровод, снабжена предварительной ступенью охлаждения, соединенной основным трубопроводом с выходом потребителя холода, буферной емкостью, соединенной основным трубопроводом с выходом предварительной ступени охлаждения и выходом в нагнетательные насосы, запорно-регулирующим устройством и датчиком температуры, установленными соответственно после нагнетательных насосов и охладителя, на основном трубопроводе, соединяющем выход нагнетательных насосов с охладителем и выход последнего с входом потребителя холода, при этом исполнительный механизм запорно-регулирующего устройства и датчик температуры функционально связаны регулятором температуры.

Кроме того, система может быть снабжена патрубком, соединяющим вход и выход нагнетательных насосов, установленным на патрубке регулирующим клапаном с исполнительном механизмом, который функционально связан датчиком давления, установленным на выходе нагнетательных насосов на основном трубопроводе.

А также исполнительный механизм регулирующего клапана может быть выполнен мембранным, надмембранная полость которого импульсной трубкой соединена с основным трубопроводом на выходе нагнетательных насосов, а клапан выполнен нормально закрытым, игла которого подпружинена к проходному седлу.

При этом запорно-регулирующее устройство выполнено в виде трехходового клапана, один из выходов которого дополнительным патрубком соединен с входом насосов.

А кроме того, система может быть снабжена соединяющим вход и выход нагнетательных насосов дополнительным патрубком, установленным на нем дополнительным регулирующим клапаном с исполнительным механизмом, функционально связанным с исполнительным механизмом запорно- регулирующего устройства, при этом запорно-регулирующее устройство выполнено в виде двухходового клапана.

При этом охладитель может быть выполнен в виде воздухоохладителя первой ступени охлаждения и второй ступени охлаждения, выполненной в виде водоводяного охладителя.

А также система может быть снабжена дополнительными нагнетательными насосами, установленными перед воздухоохладителем и после него.

Система может быть дополнительно снабжена глубинными насосами артезианской воды с защитным устройством по давлению, установленным на трубопроводе, соединяющем вход глубинных насосов с выходом, регулирующим клапаном, установленным на трубопроводе, соединяющем выход глубинных насосов с охладителем, и функционально связанным с датчиком температуры, установленным на выходе охладителя.

Система может быть дополнительно снабжена соединенным с основным трубопроводом вспомогательным трубопроводом холодной воды, например городской, с установленным на нем регулирующим клапаном, исполнительный механизм которого функционально связан с датчиком давления, установленным на основном трубопроводе.

При этом регулирующий клапан имеет мембранный исполнительный механизм, надмембранная полость которого импульсным патрубком соединена с основным трубопроводом, а регулирующий клапан выполнен нормально открытым.

А еще дополнительно снабжена напорным баком, соединенным с вспомогательным трубопроводом через вентиль, а вход бака соединен переходным патрубком, разделенным через вентиль, а вход бака соединен переходным патрубком, разделенным другим вентилем, также с вспомогательным трубопроводом.

Система может быть снабжена напорным баком, соединенным патрубком с основным трубопроводом.

Кроме того, она дополнительно снабжена циркуляционным насосом с обводным трубопроводом, соединяющим вход и выход потребителя холода, и регулирующим клапаном, установленным на основном трубопроводе и функционально связанным с датчиком температуры, установленным после регулирующего клапана на основном трубопроводе.

А также она дополнительно снабжена подогревателем, установленным на основном трубопроводе и функционально связанным с датчиком температуры, установленным после подогревателя.

При этом может быть снабжена дефлегматорным баком, вход которого основным трубопроводом соединен с выходом потребителя холода, а выход дефлегматорного бака соединен с воздухоохладителем, при этом дефлегматорный бак имеет отводной трубопровод для использования подогретой воды для бытовых нужд.

На фиг. 1 показана функциональная схема системы оборотного водоснабжения.

На фиг. 2 показана функциональная схема связи клапанов, установленных на основном трубопроводе и трубопроводе, соединяющем водо-водяной охладитель с глубинными насосами, с датчиком температуры.

На фиг. 3 то же, электрическая схема.

На фиг. 4 показана связь промежуточного реле с концевыми выключателями клапанов.

На фиг. 5 показан пример выполнения узла стабилизации давления и температуры с дополнительным патрубком и установленным на нем дополнительным регулирующим клапаном.

На фиг. 6 показана электрическая схема подключения пускателя дополнительного регулирующего клапана, установленного на дополнительном патрубке.

На фиг. 7 показан пример, в котором перед воздухоохладителем и после него установлены дополнительные нагнетательные насосы.

На фиг. 8 показана функциональная схема в качестве примера реализации предполагаемого изобретения, оборотного водоснабжения дефлегматорной волны при производстве и ректификации спирта.

На фиг. 9 показан пример использования эжектора для подогрева переохлажденной воды.

На фиг. 10 показан пример многоступенчатого воздухоохладителя с применением градирни контактного охлаждения.

На фиг. 11 показан пример наиболее простой системы реализации оборотного водоснабжения при производстве и ректификации спирта.

На фиг. 12 показана схема установки водо-водяного подогревателя на патрубке, соединяющем бак с основным трубопроводом.

На фиг. 13 показана схема установки водо-водяного подогревателя на вспомогательном трубопроводе городской воды.

На фиг. 14 показана схема установки датчика температуры и водо-водяного подогревателя на вспомогательном трубопроводе городской воды.

На фиг. 15 показан вариант соединения напорного бака с основным трубопроводом.

На фиг. 16-19 показаны варианты соединения трубопровода артезианской воды с основным трубопроводом.

На фиг. 20, 21 показаны варианты установки эжектора.

На фиг. 22 показан пример структурной схемы использования вторичной подогретой воды для санитарно-бытовых нужд.

На фиг. 23, 24 показаны варианты указанной выше схемы.

На фиг. 25, 26 показан пример структурной схемы автоматического управления производительностью насосов при помощи электронных блоков скорости вращения ротора их двигателя.

На фиг. 27 и 28 показан частный случай подключения входа и выхода нагнетательного и циркуляционного насосов через предохранительный клапан.

На фиг. 29 показан пример реализации способа смешения артезианской воды и оборотной с помощью эжектора.

Система оборотного водоснабжения содержит нагнетательные насосы 1, вход и выход которых соединен патрубком 2, на котором установлен регулирующий клапан 3, исполнительный механизм 4 которого функционально связан с датчиком давления 5, установленным на выходе нагнетательных насосов 1, непосредственно на основном трубопроводе 6, через который проходит охлаждаемая оборотная вода.

В частном случае (фиг. 2) исполнительный механизм 4 регулирующего клапана 3 может быть выполнен мембранным, надмембранная полость которого импульсной трубкой 7 соединена с основным трубопроводом 6 на выходе нагнетательных насосов 1. Клапан 3 выполнен нормально закрытым, то есть его игла 8 подпружинена к проходному седлу.

На основном трубопроводе 6 после нагнетательных насосов 1 установлено запорно-регулирующее устройство 9, выполненное в виде трехходового клапана фиг. 1, один из выходов которого дополнительным патрубком 10 соединяет вход насосов 1 с их выходом.

Охладитель может состоять из первой ступени охлаждения, выполненной в виде воздухоохладителя 11, и второй ступени охлаждения, выполненной в виде водо-водяного охладителя 12. При этом первый участок основного трубопровода 6 соединяет выход нагнетательных насосов 1 с воздухоохладителем 11, а второй участок основного трубопровода 6 соединяет воздухоохладитель 11 с водо-водяным охладителем 12, хладоносителем которого является, например, артезианская вода.

Водяной охладитель 12 соединен трубопроводом 13 с глубинными насосами 14 артезианской воды, которые защищены по давлению защитным устройством, например предохранительным клапаном 15, установленным на трубопроводе 16, соединяющим вход глубинных насосов 14 с выходом. На трубопроводе 13 установлен регулирующий клапан 17, функционально связанный с датчиком температуры 18, установленным на выходе водо-водяного охладителя 12.

Выход водо-водяного охладителя 12 третьим участком основного трубопровода 6 соединен с потребителем холода 19 оборотной воды. На этом же участке основной трубопровод 6 соединен с вспомогательным трубопроводом 20 холодной воды, например, городской. На трубопроводе 20 установлен регулирующий клапан 21, исполнительный механизм которого функционально связан с датчиком давления, установленным на основном трубопроводе 6 или на вспомогательном трубопроводе 20 после клапана 21. В частном случае клапан 21 имеет мембранный исполнительный механизм 22, надмембранная полость которого импульсным патрубком 23 соединена с основным трубопроводом 6 или трубопроводом 20 после клапана 21. В этом случае регулирующий клапан 21 выполнен нормально открытым.

Трубопровод 20 может быть соединен через вентиль 24 с напорным баком 25, точнее с его выходным патрубком. Вход бака 25 соединен переходным патрубком 26, разделенным вентилем 27, с вспомогательным трубопроводом 20.

Четвертый участок основного трубопровода 6 соединяет выход потребителя холода 19 с предварительной ступенью охлаждения, например воздухоохладителем 28.

Кроме того, вход и выход потребителя холода 19 соединены через циркуляционный насос 29 обводным трубопроводом, соединенным с основным трубопроводом 6 при помощи регулирующего клапана 30, установленного на нем и функционально связанного с датчиком температуры 31, установленным после регулирующего клапана 30 на основном трубопроводе 6. При этом регулирующий клапан 30 может быть трехходовым и выполнять роль смесителя.

А также на основном трубопроводе 6 может быть установлен подогреватель 32, функционально связанный с датчиком температуры 31, установленным после подогревателя 32.

Запорно-регулирующее устройство 9 (фиг. 2) содержит исполнительный механизм 33, который функционально связан с регулятором температуры 34, вход которого подключен к датчику температуры 18, установленному, например, на выходе водо-водяного охладителя 12, на основном трубопроводе 6.

Регулирующий клапан 17 (фиг. 2) может быть выполнен трехходовым, один из выходов которого связывает выход глубинных насосов 14 с входом этих насосов 14. Исполнительный механизм 35 клапана 17 также связан с регулятором температуры 34.

Эти два исполнительных механизма 33 и 35 зависимы через концевые переключатели клапанов, например через промежуточное реле 36, с которым электрически связан концевой выключатель 37 - сигнализатор полного открытия регулирующего клапана 17, например, при помощи контактов 38, и концевой выключатель 39, например, при помощи своих контактов 40, запорно-регулирующего устройства 9. Концевой выключатель 39 - сигнализатор полного закрытия запорно-регулирующего устройства 9. Реле 36 имеет блокировочные контакты 41 и контакты 42 и 43, отключения систем автоматического регулирования. Исполнительные механизмы 33 и 35 имеют также электропускатели 44, установленные в цепи управления запорно-регулирующим устройством 9 и клапаном 17 между контактами 42 и 43, соединенными с регулятором температуры, и исполнительными механизмами 33 и 35.

Пятый участок основного трубопровода 6 соединяет выход воздухоохладителя 28 с буферной емкостью 45, которая имеет также подпитывающий трубопровод 46. Буферная емкость 45 автоматизирована по уровню. Выход буферной емкости 45 соединен с входом нагнетательных насосов 1.

Вход и выход нагнетательных насосов 1 (фиг. 1) может быть соединен дополнительным патрубком 10 и установленным на нем дополнительным регулирующим клапаном 47 с исполнительным механизмом 48, функционально связанным с исполнительным механизмом 33 запорно-регулирующего устройства 9, при этом запорно-регулирующее устройство 9 выполнено в виде двухходового клапана. При таком выполнении системы исполнительные механизмы 33 и 48 подключены в противофазе, т.е. когда клапан 47 находится в закрытом положении, то запорно-регулирующее устройство 9 находится в открытом положении. Исполнительный механизм 48 имеет пускатель 49 (фиг. 6), подключенный к одному и тому же регулятору температуры 36 через контакты 43.

Перед нагнетательными насосами 1 и после них могут быть установлены обратные клапаны 50, 51.

При выполнении воздухоохладителя 11 в виде градирни контактного исполнения (фиг. 7) рентабельно перед ним и после него устанавливать дополнительные нагнетательные насосы 52 и 53.

При выполнении системы оборотного водоснабжения согласно фиг. 8 в качестве потребителя холода 19 будет использоваться дефлегматорный аппарат ректификационной колонки, охлаждающая вода которого на выходе имеет температуру 65^o С. На выходе напорного бака 25, на патрубке 54, соединяющем последний с основным трубопроводом 6, или на вспомогательном трубопроводе 20 установлен обратный клапан 55. После регулирующего клапана 21 на вспомогательном трубопроводе 20 может быть установлен предохранительный клапан 56. После точки соединения вспомогательного трубопровода 20 с основным трубопроводом 6, перед входом в потребитель холода 19, установлен водонагреватель 32. На входе и на выходе циркуляционного насоса 29 возможна установка соответственно обратного клапана 57 и редуцирующего устройства 58. Вход и выход циркуляционного насоса 29 соединены дополнительным обводным патрубком 59, с установленным на нем регулирующим клапаном 60, исполнительный механизм 61 которого функционально связан с датчиком давления 62 воды в трубопроводе после регулирующего клапана 60. На основном трубопроводе 6 возможна дополнительная установка регулирующего устройства 63.

В данном примере в схему введен дефлегматорный бак 64, вход которого основным трубопроводом 6 соединен с выходом потребителя холода 19, при этом дефлегматорный бак 64 имеет отводной трубопровод 65 для использования подогретой воды для бытовых нужд. Выход дефлегматорного бака 64 соединен с воздухоохладителем 28.

На основном трубопроводе 6 (фиг. 9) может быть установлен эжектор 66 перед входом в потребитель холода 19, через который связаны его вход и выход при помощи обводного патрубка 67, на котором установлен регулирующий клапан 68 с исполнительным механизмом 69, функционально связанным через регулирующий прибор 70 с датчиком температуры 71, установленным на основном трубопроводе 6 после эжектора 66.

В систему (фиг. 10) может быть введено несколько воздухоохладителей как до буферной емкости 45, так и после нее. Они могут состоять из последовательно соединенных водо-водяных охладителей 72 и воздухоохладителей 73, соединенных между собой основным трубопроводом 6.

В другом примере (фиг. 11) более простой способ системы реализации оборотного водоснабжения при производстве и ректификации спирта, выход потребителя холода (дефлегматорного аппарата) отводом 74 соединен с входом водо-водяного подогревателя 75, выход которого патрубком 76 соединен с основным трубопроводом 6. Отвод 74 и патрубок 76 с полостями водо-водяного подогревателя 75 образуют канал теплоносителя, канал подогретой дефлегматорной воды. При этом на отводе 74 установлен регулирующий клапан 77, исполнительный механизм 78 которого функционально связан через регулирующий прибор 79 с датчиком температуры 80, установленным на основном трубопроводе 6 после подогревателя 75. При установке подогревателя 75 непосредственно на основном трубопроводе 6 он в этом случае является каналом переохлажденной воды.

С другой стороны, городская вода может предварительно подогреваться перед поступлением в напорные баки 25 или на подпитку обратной охлажденной воды. Поэтому водо-водяной подогреватель 75 может быть установлен на вспомогательном трубопроводе 20 городской воды, в этом случае входом и выходом подогревателя 75 будет трубопровод 20, а датчик температуры будет установлен на трубопроводе 20 (фиг. 13, 14) после подогревателя 75. Если дефлегматорная вода поступает в подогреватель 75 самотеком, то он устанавливается ниже потребителя холода 19.

На патрубке 54, являющемся выходом напорного бака 25 (фиг. 15), может быть установлен регулирующий клапан 81, исполнительный механизм 82 которого функционально связан с датчиком давления 83, установленным на патрубке 54 или на основном трубопроводе 6. Исполнительный механизм 82 выполнен, например, мембранным и патрубком 84 связан с патрубком 54 после регулирующего клапана 81 или с основным трубопроводом 6.

Вспомогательный трубопровод 20 и патрубок 54 имеют разделительные вентили 85 и 86, а буферный бак 45 и напорный бак 25 могут иметь регуляторы уровня 87 и 88, выполненные, например, поплавковыми.

Перед входом артезианских насосов 14 устанавливается обратный клапан 89, а трубопровод 13 артезианской воды может соединяться с трубопроводом 6 при помощи автоматического смесителя, например при помощи трехходового клапана 90, исполнительный механизм 91 которого через регулятор функционально связан с датчиком температуры 92, установленном на основном трубопроводе 6 (фиг. 16).

Смеситель артезианской воды и охлаждаемой воды (фиг. 17) может быть выполнен и в виде двух регулирующих клапанов 93 и 94, один из которых установлен на основном трубопроводе 6, а другой - на трубопроводе 13, исполнительные механизмы 95 и 96 которых через регулирующий прибор функционально связаны с датчиком температуры 92 и подключены в противофазе, т.е. когда клапан 93 закрыт, то клапан 94 открыт.

И наконец, смеситель может быть выполнен из одного клапана 94, исполнительный механизм 96 которого функционально связан через регулятор с датчиком температуры 92 (фиг. 18).

Смеситель артезианской воды и охлаждаемой (фиг. 19) может состоять также из одного клапана 93, который через регулятор функционально связан с датчиком температуры 92. В этом случае по трубопроводу 13 подается хладоагент постоянного расхода.

На фиг. 22 показан пример структурной схемы использования вторичной подогретой воды для санитарно-бытовых нужд.

В этом случае промежуточная накопительная емкость, например дефлегматорный бак 64, связана с другой накопительной емкостью 97, которая находится, например, в теплопункте, связанные между собой через трубопровод 65. При этом емкость 97 автоматизирована по уровню, например, при помощи поплавкового регулятора 98. Емкость 97 имеет переливной патрубок 99 для слива излишков воды и подпитывающий патрубок 100, а также автоматизированный по уровню, например, при помощи поплавкового регулятора 101. Для данного случая выход основного трубопровода 6 выполнен несколько выше выхода из дефлегматорного бака 64, как накопительной емкости, для того, чтобы в первую очередь использовать тепловую энергию неохлажденной оборотной воды на бытовые и производственные нужды предприятия, т.е. трубопровод 65 выполнен ниже выходящего из бака 64 основного трубопровода 6.

В то же время возможен еще один дополнительный вариант, рассмотренный на примере (фиг. 23), на которой показан пример автоматического переключения, его функциональная схема, в зависимости от уровня в накопительной емкости 98 или в дефлегматорном баке 64. В этом примере параллельно дефлегматорному баку 64 имеется обводной трубопровод 102. Более точно, основной трубопровод 6 связан с накопительной емкостью 64 или 97 отводным трубопроводом 102, через автоматический переключатель 103, исполнительный механизм 104 которого функционально связан с датчиком 105 уровня, установленным на накопительной емкости 64 или 97. Переключатель 42, 24 может быть выполнен из двух клапанов, клапана 106, установленного на основном трубопроводе 6, и клапана 107, установленного на трубопроводе 102, исполнительные механизмы которых, механизм 108 и механизм 109, функционально связаны с датчиком уровня 105, при этом один из клапанов нормально закрытый, другой нормально открытый.

Нагнетательные насосы 9 и 14 могут иметь электродвигатели, управляемые автоматической системой скорости вращения ротора этих двигателей.

На фиг. 25 показан пример структурной схемы автоматического управления производительностью насосов 9 и 14 при помощи электронных блоков скорости вращения ротора их двигателя.

В качестве такого регулятора скорости вращения ротора электродвигателя 110 и насоса 9 и электродвигателя 111 насоса 14 могут быть частотными блоками соответственно 112 и 113, которые, изменяя частоту трехфазного силового электропитания этих электродвигателей, меняют скорость вращения их роторов, меняя тем самым и производительность насосов 9 и 14. Функции частотных блоков могут также выполнять и теристорные блоки при выполнении насосов, точнее их двигателей постоянного тока, с коллекторным ротором. Современные методы автоматизации позволяют производить управление скорости вращения ротора двигателя от датчика температуры через регулирующий прибор. В данном случае блоки 112 и 113 функционально связаны с датчиками температуры 114 и 115 через регулирующие приборы 116 и 117, при этом датчики температуры установлены на основном трубопроводе 6 после охладителя 12. Сигнализаторами крайних режимов производительности насосов 9 и 14 могут быть тахометры контактные, установленные на двигателях этих насосов и механически связанные с их роторами. Кроме этого, такими сигнализаторами могут быть частотные датчики предельных частот, функционально связанные с частотными блоками 112 и 113. Датчиком предельной производительности 118 насоса 9, как и датчиком производительности 119 насоса 14, может служить любой из выше перечисленных датчиков, при этом частотный блок 112 функционально связан с двигателем 110 насоса 9 через датчик предельной производительности 119 насоса 14, например его контакты 120 (фиг.26), в свою очередь, частотный блок 113 функционально связан с двигателем 111 насоса 14 через датчик производительности 118 насоса 96, например через его контакты 121. Аналогичная связь может осуществляться и через задатчики скорости или задатчики частоты 122 блока 112, и задатчик частоты 123 блока 113, и выход регулирующего прибора, например через регулирующий прибор 116, в этом случае возможно включение в схему промежуточного реле 124, электрически связанного с управляющими им контактами 120 датчика предельной производительности 119 и контактами 121 датчика предельной производительности 118, своими блокирующими контактами 125. В этом случае переключающие контакты 126 и 127 связаны с входом частотного блока 112, и переключающие контакты 128 и 129 связаны с частотным блоком 113, при этом контакты 126, 127, 128 и 129 являются контактами промежуточного реле 124.

Вход и выход нагнетательных насосов 1 в отдельном частном случае (фиг. 27) может быть соединен через предохранительный клапан 130, при этом вход его связан с выходом насосов 1, а выход, сбросовый, - с входом насосов 1. Предохранительный клапан 130 выполняет те же функции, что и регулирующий клапан 3.

Подогреватель 32 может быть установлен на трубопроводе 20 подпитывающей холодной воды или на выходе напорных баков 25, например на патрубке 54, функционально связанном с датчиком температуры через регулятор, установленный на выходе нагревателя 32, т.е. после нагревателя 32 на выше указанных трубопроводах и патрубках.

Вход и выход циркуляционного насоса 29 (фиг. 28) могут быть соединены через предохранительный клапан 131, вход которого соединен с выходом насоса 29, а сбросовый выход - с входом насоса 29. Предохранительный клапан 131 выполняет те же функции, что и клапан 60.

Напорный бак 25 создает напор, величина которого определяется высотой столба, образованного уровнем воды в баке 25, и точкой соединения выхода бака 25, с трубопроводом 6. Примерно на это давление и настраивается напор насосов 1 при помощи клапана 3 или предохранительного клапана 130.

При выполнении потребителя холода 19 с рубашкой охлаждения или охладительным змеевиком давление воды на его входе и выходе практически одинаково, в этом случае эжектор 66 может быть выполнен в виде сужающего устройства, состоящего из камеры 132, в которой размещена диафрагма 133, которая делит камеру на плюсовую и минусовую по давлению, при этом минусовая полость расположена после диафрагмы 133, а плюсовая полость - до диафрагмы 133. Минусовая полость камеры обводным патрубком 67 с установленным на нем регулирующим клапаном 68 соединена с выходом потребителя холода 19.

Учитывая, что в отрицательной полости камеры 132 давление воды меньше, чем в трубопроводе, на котором она установлена, то естественно часть воды, подогретой, с потребителя холода 19 пойдет в минусовую полость камеры 132, смешиваясь с холодной водой, подогревая до необходимой температуры, которую поддерживает система автоматизации, описанная выше.

Эжектор 66 и точнее эжекционный смеситель может быть установлен не только на основном трубопроводе 6, но трубопроводе подаваемой холодной воды с внешнего источника, например на трубопроводе 20, или на выходе баков 25, или на патрубке 54.

Система оборотного водоснабжения работает следующим образом.

Рассматривается конкретный пример системы оборотной воды при ректификации спирта. Охлаждающая вода с дефлегматорных, ректификационных колонок - потребителей холода 19 - поступает в дефлегматорный бак 64, часть ее по отводу 65 поступает для бытовых нужд производства или на участки, на которых рентабельно использовать подогретую воду, температура которой на выходе дефлегматорных аппаратов составляет 65^oС. Далее дефлегматорная вода поступает, в частном случае, на предварительное охлаждение, т.е. на воздухоохладитель 28, а с него в буферный бак 45 из него нагнетательными насосами 1 подается на следующую ступень охлаждения, например на воздухоохладитель 11. При этом излишнее давление стравливается регулирующим клапаном 3, выполненным нормально замкнутым и связывающим вход и выход насосов 1, мембранный исполнительный механизм 4 которого через импульсную трубку 7 функционально связан с выходом насосов 1, например с полостью основного трубопровода 6. Далее дефлегматорная вода поступает на вторую ступень охлаждения. Водо-водяной охладитель 12, охлаждение в котором происходит при помощи, например, артезианской воды, которая подается в охладитель 12 насосами 14 по трубопроводу 13, на котором установлен регулирующий клапан 17, в задачу которого входит совместно с исполнительным механизмом 35, регулятором температуры 36 и датчиком температуры 18, прикрывая или открывая подачу артезианской воды, поддерживать необходимую температуру охлаждаемой воды на выходе охладителя 12. Эта задача выполняется совместно с клапаном 9, установленным на основном трубопроводе 6 до охладителя 12. При этом связь осуществляется следующим образом. Если холода артезианской воды хватает, то клапан 17 открыт не полностью, а значит, концевой выключатель 37, который сигнализирует конечное положение клапана 17, его полное закрытие, не сработал, и его нормально закрытые контакты 43 размыкают связь выхода регулятора температуры 34 с пусковым устройством исполнительного механизма 33 клапана 9, например с магнитным пускателем 44. Если вдруг по какой-либо причине, например выхода из строя одного из артезианских насосов, холода артезианской воды не хватает для охлаждения дефлегматорной воды до необходимой температуры, то клапан 17 открывается полностью, и срабатывают контакты 43, замыкая цепь связи регулятора температуры 34 с исполнительным механизмом 33. Сигналы с регулятора температуры 34 на закрытие клапана 9 начинают проходить, учитывая, что он подключен к регулятору в противофазе, т.е. когда клапан 17 открыт, то клапан 9 закрывается. Одновременно отключается концевой выключатель 39, сигнализирующий полное закрытие клапана 9, и своими нормально открытыми контактами 42 отключает связь регулятора температуры 34 с пусковым устройством исполнительного механизма 35 клапана 17, например с магнитным пускателем 44. Постепенно перекрывая воду в основном трубопроводе 6, клапан 9 тем самым уменьшает ее подачу на охладитель 12 и тем самым балансирует ее количество с хладоносителем, артезианской водой. В случае если неисправность устранена и холода артезианской воды хватает, то начинает открываться сначала клапан 9, полностью открывшись он через концевой выключатель 39, его контактами 42 подключает к регулятору температуры 34 исполнительный механизм 35, через пусковое устройство - магнитный пускатель 44, и клапан 17 начинает закрываться до тех пор, пока охлаждаемая вода не достигнет заданного значения. Таким образом, клапана работают поочередно, т.е. клапан 9 и клапан 17 работают не одновременно, тем самым давая наибольший КПД.

С другой стороны, если артезианская вода по своему составу достаточно чистая, учитывая ее частичное использование для бытовых нужд, то в этом случае экологически чистую артезианскую воду можно непосредственно смешивать с охлажденной водой, например дефлегматорной водой. Для этой цели и служит автоматический смеситель, например трехходовой клапан 90, который меняет соотношение на основном трубопроводе 6, после клапана 90, нагретой дефлегматорной воды и холодной артезианской воды, в зависимости от сигнала, поступающего от датчика температуры 92 через регулирующий прибор на его исполнительный механизм 91, и тем самым поддерживается необходимая по технологии температура возвращаемой оборотной воды. Аналогичные функции выполняет и смеситель, выполненный в виде двух клапанов 93 и 94 или одного из этих двухходовых клапанов, - поддерживать заданную температуру возвратной воды за счет изменения соотношения охлаждаемой воды и артезианской воды. Защитное устройство глубинных насосов 14, например предохранительный клапан 15, или если клапан 17 выполнен трехходовым и один из его каналов соединяет вход и выход насосов 14, позволяет перекрывать клапаном 17 трубопровод 113, без ущерба для работы насосов 14, т.к. в случае превышения давления на выходе насосов 14 излишки артезианской воды автоматически начнут стравливаться или подаваться снова на вход глубинных насосов 14.

В целях исключения одновременной работы клапанов 17 и 9 используется промежуточное реле 36, которое управляется при помощи контактов 38 полного открытия клапана 17, т.е. контактов концевого выключателя 37 и контактов 40 полного закрытия клапана 9, т.е. концевого выключателя 39. Контакт 40 ставит на блокировку реле 36, а контакт 38 с нее снимает, в этом случае контакты 42 и 43 являются контактами реле 36, а его контакты 41 являются блокировочными. В остальном принцип управления клапанами 9 и 17 остается таким же, как было описано выше.

При установке дополнительного клапана 47, установленного параллельно клапану 3, но в отличие от последнего функционально связанного с датчиком температуры, установленным после охладителя, например водо-водяного охладителя 12. Этот клапан позволяет в случае нехватки охлаждающей жидкости снизить производительность нагнетательных насосов 1 за счет открытия клапана 47, который увеличивает циркуляцию насосов 1 самих на себя, уменьшая подачу охлаждаемой воды на охладители. В отдельных, конкретных случаях возможно применение одного клапана 47 без клапана 9. В этом случае клапан 47 работает совместно с клапаном 17 аналогично работе клапана 9 и 17. Только в отличие от клапана 9 управляющим датчиком конечного положения соединяющим цепь датчик температуры 18 - исполнительный механизм 35 клапана 17, будет являться концевой выключатель предельного закрытия клапана 47. Т.е. клапан 47 и 17 работают в одной фазе, когда клапан 17 полностью открыт, начинает открываться и клапан 47, и когда клапан 47 полностью закроется, начнет закрываться и клапан 17.

Рассмотрим пример с применением в качестве резервного устройства для компенсации давления воды в оборотной системе при его падении и подпитке системы водой из источника, находящегося вне системы, например городской воды. В качестве выше изложенного компенсатора может быть использован напорный бак 25, в который подается городская вода, поддерживаемая в нем на определенном уровне, например, при помощи регулятора 88. Предположим, что регулятор расхода дефлегматорной воды, клапан 9, начинает перекрывать трубопровод 6. Естественно давление воды после клапана 9 начнет падать, а до него останется стабильным, т.к. клапан 3 увеличит проход воды с выхода насосов 1 на их вход, т.е. увеличивая циркуляцию воды по наименьшему кольцу. Падение давления воды после клапана 9 в основном трубопроводе 6 вызовет открытие обратного клапана 55, т.к. при открытом клапане 9 или закрытом клапане 47 давление воды в системе, в основном трубопроводе 6 поддерживается регулирующим клапаном 3, который настроен таким образом, что давление на выходе насосов 1 и во всем трубопроводе 6 до потребителей холода 19 равно или несколько больше давления, создаваемого в точке соединения патрубка 54 с основным трубопроводом 6, и естественно в этом случае обратный клапан 55 будет закрыт, т. к. прямое его направление от напорного бака 25 к основному трубопроводу 6. Если предположить, что давление в трубопроводе 6 понизилось, то обратный клапан 55 немедленно откроется, и через него из напорного бака 25 начнет поступать в основной трубопровод 6 вода, компенсирующая как потерю давления, так и ее количество в основном трубопроводе 6. На этом наиболее простом примере можно убедиться какую роль играет совокупность всех основных элементов, включенных в систему обратного водоснабжения, суммарный эффект от которых значительно выше эффекта от отдельных технических решений.

Если же на производстве отсутствует напорный бак 25, то его функции может выполнять редуцирующее устройство, установленное на трубопроводе 20, например, выполненное в виде клапана 21, которое отрегулировано также на давление после себя, равное или несколько меньшее номинальному давлению в трубопроводе 6. Учитывая, что редуцирующее устройство одновременно является и обратным клапаном, то в номинальном режиме работы системы оборотного водоснабжения оно закрыто, если давление в основном трубопроводе начинает падать, то естественно оно откроется и начнет, как и в случае с напорным баком 25, подпитывать систему, компенсируя как падение давления в ней воды, так и ее количество.

Но в зимний период, как правило, температура городской воды ниже заданного значения оборотной воды, не исключена возможность и переохлаждения оборотной воды. Возникает необходимость ее подогрева, наиболее простой и рентабельный способ поступающей на потребитель холода 19 воды, включая предварительный подогрев городской воды или подогрев оборотной воды перед потребителем холода 19, это ее подогрев теплой воды с выхода потребителя холода 19, или дефлегматорного бака 64, или другой накопительной емкости для теплой воды, которая самотеком или в отдельном случае насосом подается в водо-водяной столб - подогреватель 75, например пластинчатый теплообменник, в который поступает по отдельным каналам и подогреваемая вода, например городская вода, по трубопроводу 20, или из напорного бака 25, или с редуцирующего устройства, клапана 21, или с основного трубопровода 6 переохлажденная оборотная вода, или смесь переохлажденной оборотной и городской воды, и отдавшая свой холод подогретая в потребителе холода 19 оборотная вода. Если водо-водяной подогреватель расположить несколько ниже точки, из которой берется подогретая оборотная вода, то не потребуются установка дополнительных нагнетательных насосов, дополнительные затраты электроэнергии. Больше того, такой метод позволяет предварительно охладить подогретую воду, поступающую с потребителя холода 19, что даст экономию охлаждающей жидкости, например артезианской воды, при охлаждении в водо-водяном охладителе, или хладоносителя в любом другом теплообменнике. Регулирующий клапан, установленный на трубопроводе для теплой воды, позволяет поддерживать со значительной точностью заданную температуру возвращаемой воды на потребитель холода 19. Датчик температуры 80 подает сигнал на регулирующий прибор 79, который, воздействуя на исполнительный механизм 78, открывает или прикрывает клапан 77, тем самым поддерживая необходимую температуру на выходе теплообменника, водо-водяного подогревателя 75. Подогрев встречным потоком теплой воды с потребителя холода 19, поступающий на них переохлажденной воды, может осуществляться и комплексно сразу в нескольких точках, устанавливаются водо-водяные подогреватели 75, например, на выходе напорных баков 25, на вспомогательном трубопроводе 20 и на основном трубопроводе 6 перед потребителем холода 19, например дефлегматорными аппаратами.

Другим достаточно простым методом подогрева переохлажденной воды является установка эжектора 66, который может быть установлен на вспомогательном трубопроводе 20 холодной воды (фиг.20), на выходе напорных баков 25 (фиг.21) или на основном трубопроводе 6. При установке эжектора 66 на основном трубопроводе 6 он за счет эжекции, возникающей при движении переохлажденной жидкости по нему, засасывает определенное количество подогретой жидкости, например дефлегматорной воды, с выхода потребителя холода 19, это количество определяется регулирующим клапаном 68, исполнительный механизм 69 которого реагирует на отклонения заданной температуры после эжектора 66, в основном трубопроводе 6, получая сигнал с датчика температуры 71 через регулирующий прибор 70.

Наконец, третий метод, позволяющий подогреть переохлажденную воду перед потребителем холода 19, - это установка на трубопроводе, связывающим вход и выход потребителя холода 19 циркуляционного насоса 29, производительность которого стабилизирована по давлению клапаном 60. Задача циркуляционного насоса 29 заключается в том, чтобы поддерживать температуру воды на выходе в потребитель холода 19 за счет смешивания ее с определенной порцией теплой воды, взятой с выхода потребителя холода 19, точность поддержания заданной температуры определяет регулирующий клапан 30, функционально связанный с датчиком температуры 31.

В данной системе может применяться и стандартный метод стабилизации температуры воды на входе в потребитель холода 19 - это подогреватель 32, установленный на основном трубопроводе 6, или на трубопроводе 20, или на патрубке 54. Этот подогреватель может быть как паровым, так и электрическим, и автоматизированным по температуре воды на выходе подогревателя 32.

Система охлаждения может быть выполнена многоступенчатой, например водо-водяной охладитель 72 может состоять из нескольких секций, а между ними находится воздухоохладитель 73 (фиг. 10).

Если артезианская вода достаточно чистая, можно и непосредственно смешивать эту воду с оборотной, что даст наибольший КПД водо-водяного охлаждения. Автоматический клапан 90, например, обеспечивает определенное соотношение теплой и горячей воды на его выходе через исполнительный механизм 91 и регулятор, функционально связанный с датчиком температуры 92.

В случае автоматического управления система охлаждения оборотной воды будет работать следующим образом.

Если холода охлаждающей жидкости хватает для охлаждения оборотной воды до заданного значения, то реле 124 выключено, и его нормально замкнутые контакты 128 подключают выход регулирующего прибора 116 к блоку 113, и насос 14 работает с определенной номинальной производительностью, а его, реле 124, нормально замкнутые контакты 126 подключают задатчик частоты 122, выставленный на принудительную частоту и соответственно производительность насоса 9, к частотному блоку 112. При нехватке холода для охлаждения оборотной воды регулирующий прибор 126 доводит насос 14 до максимальной производительности, срабатывает датчик предельной производительности 119, например контакты тахометра, и своими контактами 120 включает реле 124, которое своими контактами 125 блокируется, своими нормально разомкнутыми контактами 129 подключают задатчик предельной частоты 123 к частотному блоку 113, поддерживая заданную прибором максимальную производительность, контактами 128 отключает вход прибора 116 и контактами 127 подключают его к частотному блоку 112, контактами 126 отключая от него задатчик частоты 122, и прибор 116 начнет уменьшать производительность насоса 9 до тех пор, пока уменьшенная доза оборотной воды не уменьшит температуру охлажденной воды на выходе охладителя 12. И наконец если причина нехватки холода будет устранена, то пойдет обратный процесс, при котором датчик предельной производительности 118 при достижении максимальных оборотов ротора насоса 9 своими контактами 121 снимет с блокировки реле 124, которое восстановит первоначальное подключение выхода прибора 116 и задатчиков частоты 122 и 123 к частотным блокам 112 и 113. На выходе частотного блока 112 может быть установлен инвертор для того, чтобы инвертировать сигнал с прибора 116 с целью получения обратного действия на частотный блок 112, по сравнению с частотным блоком 113, т.е. от однотипного сигнала частота блока 112 уменьшается, частота блока 113 увеличивается.

Возможно применение для смешивания артезианской воды и оборотной нагретой воды и изменение производительности насосов 14 и 1, например, при помощи частотных блоков, управляющих скоростью вращения ротора двигателей насосов 14 и 1, или одного из них, или комплексно, с применением клапанов, аналогично примерам неконтактного охлаждения артезианской водой при помощи охладителя 12 подогретой оборотной водой. Но в данном случае возможно не только поочередное изменение производительности насосов 14 и 1, но и их одновременное изменение производительности, поэтому в данной схеме не обязательны датчики предельной производительности.

Система предназначена для повторного использования производственной воды и может найти широкое применение в различных отраслях пищевой и химической промышленности. Система содержит нагнетательные насосы, охладитель, потребитель холода и соединяющий их между собой основной трубопровод. При этом она снабжена предварительной ступенью охлаждения, соединенной основным трубопроводом с выходом потребителя холода, буферной емкостью, соединенной основным трубопроводом с выходом предварительной ступени охлаждения и входом в нагнетательные насосы, запорно-регулирующим устройством и датчиком температуры, установленными соответственно после нагнетательных насосов и охладителя, на основном трубопроводе, соединяющем выход нагнетательных насосов с охладителем и выход последнего с входом потребителя холода, при этом исполнительный механизм запорно-регулирующего устройства и датчик температуры функционально связаны регулятором температуры. Система повышает КПД системы. 14 з.п.флы, 29 ил.

1. Система оборотного водоснабжения, содержащая нагнетательные насосы, охладитель, потребитель холода и соединяющий их между собой основной трубопровод, отличающаяся тем, что она снабжена предварительной ступенью охлаждения, соединенной основным трубопроводом с выходом потребителя холода, буферной емкостью, соединенной основным трубопроводом с выходом предварительной ступени охлаждения и входом в нагнетательные насосы, запорно-регулирующим устройством и датчиком температуры, установленными соответственно после нагнетательных насосов и охладителя, на основном трубопроводе, соединяющем выход нагнетательных насосов с охладителем и выход последнего с входом потребителя холода, при этом исполнительный механизм запорно-регулирующего устройства и датчик температуры функционально связаны регулятором температуры. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена патрубком, соединяющим вход и выход нагнетательных насосов, установленным на патрубке регулирующим клапаном с исполнительным механизмом, который функционально связан датчиком давления, установленным на выходе нагнетательных насосов на основном трубопроводе. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что исполнительный механизм регулирующего клапана выполнен мембранным, надмембранная полость которого импульсной трубкой соединена с основным трубопроводом на выходе нагнетательных насосов, а клапан выполнен нормально закрытым, игла которого подпружинена к проходному седлу. 4. Система по п.2, отличающаяся тем, что запорно-регулирующее устройство выполнено в виде трехходового клапана, один из выходов которого дополнительным патрубком соединен с входом насосов. 5. Система по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена соединяющим вход и выход нагнетательных насосов дополнительным патрубком, установленным на нем дополнительным регулирующим клапаном с исполнительным механизмом, функционально связанным с исполнительным механизмом запорно-регулирующего устройства, при этом запорно-регулирующее устройство выполнено в виде двухходового клапана. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что охладитель выполнен в виде воздухоохладителя первой ступени охлаждения и второй ступени охлаждения, выполненной в виде водо-водяного охладителя. 7. Система по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными нагнетательными насосами, установленными перед воздухоохладителем и после него. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена глубинными насосами артезианской воды с защитным устройством по давлению, установленным на трубопроводе, соединяющем вход глубинных насосов с выходом, регулирующим клапаном, установленным на трубопроводе, соединяющем вход глубинных насосов с охладителем, и функционально связанным с датчиком температуры, установленным на выходе охладителя. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена соединенным с основным трубопроводом вспомогательным трубопроводом холодной воды, например, городской, с установленным на нем регулирующим клапаном, исполнительный механизм которого функционально связан с датчиком давления, установленным на основном трубопроводе. 10. Система по п.9, отличающаяся тем, что регулирующий клапан имеет мембранный исполнительный механизм, надмембранная полость которого импульсным патрубком соединена с основным трубопроводом, а регулирующий клапан выполнен нормально открытым. 11. Система по п.9, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена напорным баком, соединенным с вспомогательным трубопроводом через вентиль, а вход бака соединен переходным патрубком, разделенным другим вентилем, также с вспомогательным трубопроводом. 12. Система по п.9, отличающаяся тем, что она снабжена напорным баком, соединенным патрубком с основным трубопроводом. 13. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена циркуляционным насосом с обводным трубопроводом, соединяющим вход и выход потребителя холода, и регулирующим клапаном, установленным на основном трубопроводе и функционально связанным с датчиком температуры, установленным после регулирующего клапана на основном трубопроводе. 14. Система по п.13, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена подогревателем, установленным на основном трубопроводе и функционально связанным с датчиком температуры, установленным после подогревателя. 15. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дефлегматорным баком, вход которого основным трубопроводом соединен с выходом потребителя холода, а выход дефлегматорного бака соединен с воздухоохладителем, при этом дефлегматорный бак имеет отводной трубопровод для использования подогретой воды для бытовых нужд.