АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ Российский патент 2004 года по МПК F24D3/08 F24D19/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для использования в закрытых системах теплоснабжения с зависимой схемой присоединения системы отопления.

Известен автоматизированный тепловой пункт (АТП) системы отопления и горячего водоснабжения, включающий подающий и обратный трубопроводы, на которых установлены регулятор расхода, соединенный с электронным регулятором отопления, циркуляционный насос, фильтры, грязевики, датчики температуры, а также обратный клапан на перемычке между упомянутыми трубопроводами [1]. Недостатком данного АТП является плохая работоспособность при малом располагаемом напоре на вводе тепловой сети, пониженная надежность, связанная с повышенными тепловыми перегрузками насоса, а также невозможность стабилизации расхода в системе отопления.

Данные недостатки частично устранены в АТП по патенту [2], являющемся прототипом заявляемого изобретения. Данный АТП содержит подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, а также смесительное устройство (элеватор), включенный в подающий трубопровод системы отопления и соединенный перемычкой с обратным трубопроводом.

Недостатком АТП-прототипа является плохая работоспособность при малом располагаемом напоре на вводе тепловой сети, низкая надежность из-за аварийных режимов работы насоса смешения в предельных температурных режимах работы АТП. Кроме того, недостатком является низкая эксплуатационная способность, обусловленная необходимостью периодической остановки АТП для фильтра насоса смешения.

Задачами заявляемого изобретения являются повышение работоспособности АТП при недостаточном располагаемом напоре на вводе тепловой сети и дефицитном теплоснабжении, повышение эксплуатационной способности и надежности.

Данные задачи решаются следующим образом.

В АТП системы отопления и горячего водоснабжения, содержащем подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, а также водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, в качестве регулятора смешения введен трехходовой клапан, вход которого соединен с выходом насоса смешения, первый выход соединен с подающим трубопроводом системы отопления, а второй выход подключен к обратному трубопроводу тепловой сети, причем управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом датчика перепада давления в подающем и обратном трубопроводах системы отопления.

Предлагается вариант АТП, в котором водонагреватель системы горячего водоснабжения выполнен из последовательно включенных блоков первой и второй ступени, причем второй выход трехходового клапана подключен к обратному трубопроводу системы отопления через упомянутый блок второй ступени.

Кроме того, предлагается вариант АТП, в котором насос смешения соединен с обратным трубопроводом системы отопления через последовательно соединенные фильтр и обратный клапан, введен дополнительный насос смешения с последовательно включенными с ним фильтром и обратным клапаном, причем насос смешения и дополнительный насос смешения через соответствующие фильтры и обратные клапаны соединены параллельно, а грязеуловители упомянутых фильтров через обратные клапаны соединены со входом абонентского грязевика, включенного в обратный трубопровод тепловой сети.

Предлагается независимый вариант АТП, содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления с включенным в него элеватором, насос смешения, при этом подмешивающий вход элеватора соединен с обратным трубопроводом системы отопления через первый обратный клапан и с обратным трубопроводом тепловой сети через второй обратный клапан в обратном к первому обратному клапану направлении, насос смешения через фильтр соединен с обратным трубопроводом, а через трехходовой клапан, используемый в качестве регулятора смешения, соединен с выходами первого и второго обратных клапанов соответственно первым и вторым выходами трехходового клапана.

Предлагается вариант данного АТП, в котором управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом первой и второй импульсных трубок, включенных соответственно на выходе элеватора в подающий трубопровод системы отопления и на выходе обратного трубопровода системы отопления.

Предлагается также способ автоматического управления параметрами системы отопления, при котором промывка фильтров насосов смешения производится без прекращения работы АТП. Данный способ состоит в том, что измеряют уход упомянутых параметров относительно заданных, производят подмес воды из обратного трубопровода в прямой трубопровод с помощью насоса смешения через фильтр с грязеуловителем, соединенный последовательно с насосом смешения, при этом используют не менее двух насосов смешения с упомянутыми фильтрами, включенных параллельно между собой, причем насосы смешения попеременно выключают и производят промывку фильтра, соединенного последовательно с выключенным насосом, посредством противотока воды, создаваемого включенными насосами, через выключенный насос.

Работа заявляемых АТП и сущность способа автоматического управления параметрами системы отопления поясняется ниже с помощью фиг.1-6.

На фиг.1 представлен АТП системы отопления и горячего водоснабжения, содержащий подающий 1 и обратный 2 трубопроводы тепловой сети (ТС), подающий 3 и обратный 4 трубопроводы системы отопления (СО) с установленным в подающем трубопроводе 1 регулятором расхода 5, перемычкой между подающим 3 и обратным 4 трубопроводами системы отопления, включающей последовательно соединенные насос смешения 6 и регулятор смешения 7, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления 8, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде 9, 10 и 11. В качестве регулятора смешения 7 введен трехходовой клапан, вход которого соединен с выходом насоса смешения 6, первый выход (А) соединен с подающим трубопроводом системы отопления 3, а второй выход (Б) подключен к обратному трубопроводу тепловой сети 2, причем управляющий вход регулятора расхода 5 соединен через датчик перепада давления 12 соответственно с подающим 3 и обратным 4 трубопроводами системы отопления. Водонагреватель системы горячего водоснабжения (ГВС) 13 включен между подающим 1 и обратным 2 трубопроводами тепловой сети.

Кроме того, на фиг.1 и далее указываются традиционными обозначениями арматура и оборудование, не влияющие на описание работы АТП в данной заявке (ЗА - запорная арматура, используемая только при ремонте АТП и находящаяся в открытом состоянии при работе АТП, КР - клапан регулирования ГВС).

На фиг.2 представлен вариант АТП, в котором водонагреватель системы горячего водоснабжения 13 выполнен из последовательно включенных блоков первой 14 и второй 15 ступеней, причем второй выход трехходового клапана подключен к обратному трубопроводу системы отопления через упомянутый блок второй ступени.

На фиг.3 представлен вариант АТП, в котором насос смешения 6 соединен с обратным трубопроводом 4 системы отопления через последовательно соединенные фильтр 16 и обратный клапан 17, введен дополнительный насос смешения 18 с последовательно включенными с ним фильтром 19 и обратным клапаном 20, причем насос смешения и дополнительный насос смешения через соответствующие фильтры и обратные клапаны соединены параллельно, а грязеуловители упомянутых фильтров 16 и 19 через обратные клапаны 21 и 22 соединены со входом абонентского грязевика 23, включенного в обратный трубопровод 2 тепловой сети.

На фиг.4 представлен вариант АТП системы отопления, содержащий подающий 1 и обратный 2 трубопроводы тепловой сети с установленным в подающем трубопроводе 1 регулятором расхода 5, подающий 3 и обратный 4 трубопроводы системы отопления с включенным в подающий трубопровод 3 элеватором 24 входом 25 и выходом 26. Подмешивающий вход элеватора 27 соединен с обратным трубопроводом 4 системы отопления через первый обратный клапан 28 и с обратным трубопроводом тепловой сети 2 через второй обратный клапан 29 в обратном к первому обратному клапану направлении, при этом насос смешения 6 через фильтр 16 соединен с обратным трубопроводом 4, а через первый (А) и второй (Б) выходы регулятора смешения (трехходового клапана) 7 соединен с выходами первого 28 и второго 29 обратных клапанов соответственно выходами А и Б трехходового клапана 7 управляющий вход которого соединен с выходом регулятора отопления 8, входы последнего соединены датчиками температур в окружающей среде и СО. Управляющий вход регулятора расхода 5 соединен с выходом датчика перепада давления в прямом и обратном трубопроводах СО 12.

На фиг.5 представлен вариант АТП, в котором датчик перепада давления 12 выполнен в виде первой 30 и второй 31 импульсных трубок, включенных соответственно на выходе 25 элеватора 24 в подающий трубопровод системы отопления 3 и на выходе обратного трубопровода системы отопления 4.

На фиг.6 представлен один из возможных вариантов АТП, в котором реализован способ автоматического управления параметрами системы отопления, предусматривающий автоматическую промывку фильтров насосов смешения без их отключения и сохранением работоспособности АТП в целом. Данный АТП построен на основе АТП на фиг.5. В нем предусмотрен дополнительный насос смешения 18 с последовательно включенным с ним фильтром 19 и обратным клапаном 20, обратный клапан 17 в цепи насоса 6, при этом цепи насосов смешения соединены между собой параллельно. Фильтры 16 и 19 через обратные клапаны 21 и 22 соединены со входом абонентского грязевика 23, включенного в обратный трубопровод тепловой сети 2.

АТП на фиг.1 работает следующим образом.

Изменение температуры теплоносителя, поступающего в СО, происходит за счет изменения положения трехходового клапана 7, изменяющего с помощью насоса смешения 6 величину подмеса теплоносителя, возвращающегося из СО.

При увеличении температуры окружающей среды требуемое уменьшение температуры теплоносителя в СО происходит следующим образом. Трехходовой клапан 7 при поступлении соответствующего сигнала от регулятора отопления 8, на который поступают входящие сигналы от датчиков температуры наружного воздуха 11, температуры подающего 3 трубопровода СО 9 и обратного 4 трубопровода СО 10, увеличивает проходное сечения выхода (А) на подмес в подающий трубопровод 3 ТС и уменьшает проходное сечение (Б) в обратный трубопровод ТС. Происходит увеличение подмеса и, соответственно, расхода теплоносителя в СО, что вызывает повышение разности давления в подающем 3 и обратном 4 трубопроводах СО. При этом датчик перепада давления 12 вызывает изменение положения регулятора расхода 5, которое приводит к уменьшению проходного сечения клапана регулятора 5 и тем самым уменьшает расход теплоносителя из подающего трубопровода 1. Расход теплоносителя в СО возвращается к прежнему (заданному) значению. Таким образом, температура снижается за счет изменения коэффициента смешения теплоносителя из прямого 1 и обратного 4 трубопроводов.

При уменьшении температуры окружающей среды требуемое увеличение температуры в СО происходит аналогичным образом.

Работа водонагревателя 13, включенного по одноступенчатой схеме, происходит стандартным образом. Температура теплоносителя, поступающего в систему ГВС, регулируется путем изменения расхода теплоносителя в первичном контуре водонагревателя.

АТП на фиг.2 работает аналогично АТП, представленному на фиг.1, при этом водонагреватель включен по двухступенчатой схеме.

В АТП на фиг.3 используются две цепи насосов смешения, включенные параллельно, что кроме увеличения надежности позволяет еще периодически проводить автоматическую попеременную промывку фильтров 16 и 19. Промывка происходит следующим образом. Периодически происходит попеременная остановка насосов и промывка их фильтров противотоком от работающего насоса. Обратные клапаны установлены до насосов. Во время промывки обратный клапан остановившегося насоса направляет поток теплоносителя через фильтр в обратном направлении в абонентский грязевик 23, установленный в обратном трубопроводе ТС 2.

Независимый вариант АТП, представленный на фиг.4, работает следующим образом.

В данной схеме элеватор 24 выполняет функцию резервного насоса. Изменение температуры теплоносителя, поступающего в СО, происходит за счет изменения положения трехходового клапана 7, изменяющего с помощью насоса смешения 6 величину подмеса теплоносителя, возвращающегося из СО и поступающего на подмешивающий вход 27 элеватора 24.

При увеличении температуры окружающей среды требуемое уменьшение температуры теплоносителя в СО происходит следующим образом. Трехходовой клапан 7 при поступлении соответствующего сигнала от регулятора отопления 8, на который поступают входящие сигналы от датчиков температуры наружного воздуха, температур подающего и обратного трубопроводов СО, увеличивает проходное сечение выхода (А) и, следовательно, подмес теплоносителя через подмешивающий вход 27 элеватора 24 и далее поступает через выход 26 в подающий трубопровод 3 СО; одновременно уменьшает проходное сечение выхода (Б) в обратный трубопровод ТС 2. Происходит увеличение расхода теплоносителя в СО, что вызывает повышение разности давления в подающем 3 и обратном 4 трубопроводах СО. При этом датчик перепада давления 12 вызывает изменение положения регулятора расхода 5, которое приводит к уменьшению проходного сечения клапана регулятора 5 и тем самым уменьшает расход теплоносителя из подающего трубопровода 1. Расход теплоносителя в СО возвращается к заданному значению. Таким образом, температура в СО уменьшается.

При уменьшении температуры окружающей среды процесс происходит обратным образом.

В отличие от АТП, представленных на фиг.1-3, данный АТП благодаря применению элеватора сохраняет работоспособность при отключении электропитания, вызывающего остановку подмешивающего насоса 6. Элеватор при этом работает в штатном режиме, то есть сохраняется возможность минимального регулирования за счет постоянного коэффициента подмеса элеватора 24.

АТП на фиг.5 работает аналогично АТП, представленному на фиг.4, при этом в качестве регулятора перепада давлений используется регулятор прямого действия, в котором сигналы в датчик 12 поступают от импульсных трубок 30 и 31, расположенных соответственно в подающем 3 и обратном 4 трубопроводах СО.

АТП на фиг.6. демонстрирует способ автоматического управления параметрами СО, реализующий промывку фильтра насосов при сохранении работоспособности АТП. При отключении одного из насосов - 6 или 19 - работающий насос создает противоток через фильтр в цепи отключенного насоса - соответственно 13 или 20, при этом через обратные клапаны 23 или 24 скопившаяся в фильтрах грязь вымывается в абонентский грязевик 25. Данный способ автоматического управления реализуется в вариантах АТП на фиг.3 и может быть реализован аналогичным образом в любом АТП, где использованы параллельные цепи с подмешивающими насосами.

Обратные клапаны 21 и 22 позволяют производить взаимный противоток между насосами 13 и 20.

На экспериментальных образцах, выполненных на основе схем, представленных на фиг.1-6, получены следующие данные: образцы сохраняют работоспособность при уменьшении располагаемого напора на вводе ТС вплоть до нуля.

АТП на фиг.4-6 сохраняют возможность минимальной регулировки и снижения параметров теплоносителя до уровня эксплуатационной безопасности.

Источники информации

1. Полезная модель РФ 19140, F 24 D 19/10 от 20.02.2001 г.

2. Патент РФ 2031316, F 24 D 19/10 от 25.11.1991 г.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для использования в закрытых системах теплоснабжения с зависимой схемой присоединения системы отопления. Автоматизированный тепловой пункт системы отопления, содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, а также водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети. В качестве регулятора смешения введен трехходовой клапан, вход которого соединен с выходом насоса смешения, первый выход соединен с подающим трубопроводом системы отопления, а второй выход подключен к обратному трубопроводу тепловой сети, причем управляющий вход регулятора расхода соединен через датчик перепада давления соответственно с подающим и обратным трубопроводами системы отопления. Автоматизированный тепловой пункт системы отопления содержит подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления с включенным в него элеватором, насос смешения. Подмешивающий вход элеватора соединен с обратным трубопроводом системы отопления через первый обратный клапан и с обратным трубопроводом тепловой сети через второй обратный клапан в обратном к первому обратному клапану направлении, при этом насос смешения через фильтр соединен с обратным трубопроводом, а через трехходовой клапан, используемый в качестве регулятора смешения, соединен с выходами первого и второго обратных клапанов соответственно первым и вторым выходами трехходового клапана, управляющий вход трехходового клапана соединен с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур, а управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом датчика перепада давления в подающем и обратном трубопроводах системы отопления. Способ автоматического управления параметрами системы отопления, состоящий в том, что измеряют уход упомянутых параметров относительно заданных, производят подмес воды из обратного трубопровода в прямой трубопровод с помощью насоса смешения через фильтр, соединенный последовательно с насосом смешения. Используют не менее двух насосов смешения с упомянутыми фильтрами, включенных параллельно между собой, причем насосы смешения попеременно выключают и производят промывку фильтра, соединенного последовательно с выключенным насосом, посредством противотока воды, создаваемого включенными насосами, через выключенный насос. Техническим результатом изобретения является повышение работоспособности АТП при недостаточном располагаемом напоре на вводе тепловой сети и дефицитном теплоснабжении, повышение эксплуатационной способности и надежности. 3 с. и 3 з.п. ф-лы. 6 ил.

1. Автоматизированный тепловой пункт системы отопления, содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, включающей последовательно соединенные насос смешения и регулятор смешения, управляющим входом соединенный с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, а также водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, отличающийся тем, что в качестве регулятора смешения введен трехходовой клапан, вход которого соединен с выходом насоса смешения, первый выход соединен с подающим трубопроводом системы отопления, а второй выход подключен к обратному трубопроводу тепловой сети, причем управляющий вход регулятора расхода соединен через датчик перепада давления соответственно с подающим и обратным трубопроводами системы отопления.2. Автоматизированный тепловой пункт по п.1, отличающийся тем, что водонагреватель системы горячего водоснабжения выполнен из последовательно включенных блоков первой и второй ступени, причем второй выход трехходового клапана подключен к обратному трубопроводу системы отопления через упомянутый блок второй ступени.3. Автоматизированный тепловой пункт по п.1, отличающийся тем, что насос смешения соединен с обратным трубопроводом системы отопления через последовательно соединенные фильтр и обратный клапан, введен дополнительный насос смешения с последовательно включенными с ним фильтром и обратным клапаном, причем насос смешения и дополнительный насос смешения через соответствующие фильтры и обратные клапаны соединены параллельно, причем упомянутые фильтры через обратные клапаны соединены со входом абонентского грязевика, включенного в обратный трубопровод тепловой сети.4. Автоматизированный тепловой пункт системы отопления, содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным в нем регулятором расхода, подающий трубопровод системы отопления с включенным в него элеватором, насос смешения, отличающийся тем, что подмешивающий вход элеватора соединен с обратным трубопроводом системы отопления через первый обратный клапан и с обратным трубопроводом тепловой сети через второй обратный клапан в обратном к первому обратному клапану направлении, при этом насос смешения через фильтр соединен с обратным трубопроводом, а через трехходовой клапан, используемый в качестве регулятора смешения, соединен с выходами первого и второго обратных клапанов соответственно первым и вторым выходами трехходового клапана, управляющий вход трехходового клапана соединен с выходом регулятора отопления, входы которого соединены с датчиками температур, а управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом датчика перепада давления в подающем и обратном трубопроводе системы отопления.5. Автоматизированный тепловой пункт по п.4, отличающийся тем, что датчик перепада давления выполнен с первой и второй импульсными трубками, включенными соответственно на выходе элеватора в подающий трубопровод системы отопления и на выходе обратного трубопровода системы отопления.6. Способ автоматического управления параметрами системы отопления, состоящий в том, что измеряют уход упомянутых параметров относительно заданных, производят подмес воды из обратного трубопровода в прямой трубопровод с помощью насоса смешения через фильтр, соединенный последовательно с насосом смешения, отличающийся тем, что используют не менее двух насосов смешения с упомянутыми фильтрами, включенных параллельно между собой, причем насосы смешения попеременно выключают и производят промывку фильтра, соединенного последовательно с выключенным насосом, посредством противотока воды, создаваемого включенными насосами, через выключенный насос.