СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОДЫ И СНИЖЕНИЯ ШУМА ПРИ РАБОТЕ ТЕПЛОВОГО И ВОДОРАЗБОРНОГО ПУНКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к тепло- и водоснабжению, может быть использовано при присоединении автоматизированных тепловых и водоразборных пунктов, а также для снижения звуковых колебаний при дросселировании потока жидкости в других отраслях.

В теплоснабжении выбор рационального режима регулирования на котельных и ТЭЦ с учетом суточных колебаний наружных температур, прогноза погоды, транспортного запаздывания, различной теплоаккумулирующей способности зданий и т.п. является актуальной, но пока не решенной задачей.

Из-за низкой гидравлической устойчивости тепловых сетей увеличение по какой-либо причине расхода сетевой воды у ближних к теплоисточнику абонентов приводит к значительному сокращению располагаемых напоров и нарушению нормальной циркуляции у конечных абонентов.

При автоматизации группового и местного регулирования теплоты следует внедрять схемы присоединения, обеспечивающие удовлетворение нагрузки горячего водоснабжения без дополнительного или с незначительным дополнительным расходом сетевой воды по сравнению с расчетным расходом воды на отопление.

При этом обязательным условием является необходимость установки автоматического ограничителя максимального расхода в подающую сеть теплового пункта (тепловой подстанции).

Учитывая, что присоединение к тепловой сети потребителей осуществляется в разных точках пьезометрического графика, а в автоматизированных узлах регулирование расхода сетевой воды осуществляется гашением избыточного напора на регулирующих органах и сопровождается шумовым эффектом, приходим к выводу о решении задачи ограничения максимального расхода сетевой воды на ввод индивидуальных тепловых пунктов и групповых тепловых подстанций без использования дополнительных дросселирующих органов.

Известен и широко применяется в практике наладки гидравлического режима способ обеспечения расчетного расхода сетевой воды установкой на тепловых вводах постоянных сопротивлений - дроссельных диафрагм, рассчитанных на срабатывание всего избыточного напора перед местной системой теплоснабжения. Допускается установка и двух диафрагм последовательно на одном трубопроводе при расстоянии между ними не менее десяти диаметров трубопровода (Апарцев М.М. «Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения». - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.59). Недостатками этого метода является то обстоятельство, что успешно решив вопрос ограничения максимального расхода, не предотвращают рост звуковых колебаний, которые вызовут шум, превышающий нормативные значения. Кроме того, исходя из теории осесимметричного течения струи, внезапная преграда на пути потока вызывает образование каверн и соответственно отложений взвешенных частиц на плоскость дроссельной диафрагмы (Биркгоф Г. «Гидродинамика». - М.: Иностранная литература, 1954, стр.44-76).

Техническая задача, на решение которой направлены предлагаемый способ и устройство, состоит в удовлетворении требованиям эргономики, не понижая надежности системы регулирования. Применением ряда последовательно установленных осесимметричных местных сопротивлений решают задачу и ограничения суммарного максимального расхода в подающую сеть автоматизированного теплового пункта (тепловой подстанции), и осуществления процесса дросселирования со значительным снижением звуковых колебаний.

Поставленную задачу решают таким образом, что автоматизированная система теплоснабжения обеспечивает регламентируемую подачу сетевой воды в систему отопления и горячего водоснабжения после осуществления ограничения суммарного расхода теплоносителя из подающего трубопровода без применения дополнительных регулирующих органов и со значительным снижением шума.

Изменение пьезометрического напора на ввод автоматизированного теплового и водоразборного пункта осуществляют гашением избыточного напора условно постоянной характеристики сети в месте присоединения теплового и водоразборного пункта путем изменения гидродинамической характеристики потока воды на осесимметричных ступенчатых местных сопротивлениях (ссужающихся на входе потока и расширяющихся на выходе потока) и участке трубопровода меньшего диаметра.

Реализация предложенного способа и устройства обеспечивает повышение эффективности регулирования тепловой нагрузки благодаря поддержанию гидравлической устойчивости магистральной и распределительной теплосети в течение всего отопительного сезона, таким образом, исключая разрегулировку местных отопительных систем, не оборудованных системой автоматического регулирования.

Расчет и конструкцию осесимметричных местных сопротивлений осуществляют по техническим условиям присоединения теплового пункта (тепловой подстанции) к теплосети и проектным данным системы автоматического регулирования.

Новым в предложенном способе является то, что изменяют пьезометрический напор на вводе автоматизированного пункта (тепловой подстанции) предварительным пропуском потока сетевой воды через набор осесимметричных местных сопротивлений и участок трубопровода меньшего диаметра. При этом осуществляют гашение избыточного напора и шума за счет прохождения потока с изменяющейся скоростью на более протяженном участке, чем его краткосрочный пропуск через дроссельную диафрагму (шайбу) или через седло регулирующего клапана.

Образующаяся при отрыве от стенок трубы вихревая кольцевая зона части основного потока приводит к переходу механической энергии струи в тепловую энергию, что и является причиной потерь напора и снижения звуковых колебаний.

Для осуществления указанного способа на подающем трубопроводе после входной отключающей арматуры (по ходу воды) монтируют довольно простую фланцевую вставку с уменьшенным внутренним диаметром и набором цилиндрических зон на участке сужения и расширения потока по ходу воды к системе автоматического регулирования.

Анализ научно-технической и патентной информации показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа и устройства с признаками известных технических решений.

Предлагаемые технические решения имеют существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигаемый результат, а именно экономичность и надежность, доступность всех элементов для монтажа устройства, быстрая окупаемость (сравнительно со стоимостью регулятора расхода или регулятора перепада давлений) способа ограничения суммарного расхода сетевой воды на систему автоматического регулирования. Предлагаемое решение представлено на графике (Фиг.1).

Способ ограничения максимального суммарного расхода сетевой воды на систему автоматического регулирования системы теплоснабжения объекта, имеющего геодезическую отметку фундамента Н₉ и высоту системы теплопотребления H₈ (для примера, превышающую статический напор Н₃ теплосети при ее останове), осуществляют следующим образом.

Поток сетевой воды из теплосети с пьезометрическим напором H₁ направляют к тепловому вводу отапливаемого объекта и наращивают линейные потери напора до значения Н₄, превышающего напор, поддерживаемый системой регулирования Н₆.

При разнице напоров на тепловом вводе между подающим и обратным трубопроводом Н₄ - Н₇ более 15 метров водяного столба неизбежны звуковые колебания, вызывающие ненормативный шум при регулировании расхода на электроприводных клапанах. При еще большей разнице напоров в теплосети (в месте присоединения объекта) между подающим и обратным трубопроводом H₁ - H₂ существует вероятность сверхнормативного расхода теплоносителя к системе регулирования в ущерб потребителям, не оборудованных системой авторегулирования.

Встретив местное сопротивление (внезапное сужение) и потеряв часть напора и шума, поток сетевой воды переходит в трубопровод меньшего диаметра с увеличением скорости. На данном участке трубопровода, наращивая линейные потери давления, поток на определенном расстоянии приобретает расчетное значение пьезометрического напора, необходимого для функционирования системы авторегулирования при суммарном максимальном расходе сетевой воды. Далее, встретив местное сопротивление (внезапное расширение), поток со значительным снижением шума теряет скорость, а потери напора при внезапном расширении равны скоростному напору от потерянной скорости, и поступает к органам регулирования с напором Н₅, меньшим чем Н₄ и обеспечивающим положение регулирующих органов в большей степени открытия. Изменением положения регулирующего органа дополнительно снижают шум в режиме регулирования при осуществлении процесса дросселирования потока воды на клапанах.

Процесс снижения звуковых колебаний осуществляют следующим образом. При внезапном сужении поток жидкости не обтекает входной угол, а срывается с него и сужается до площади поперечного сечения, меньшего чем сечение самого трубопровода. При этом вокруг суженной части потока образуется вихревая кольцевая зона, где непрерывный обмен частицами жидкости между основным потоком и завихренной его частью приводит к потере напора и шума. При внезапном расширении поток жидкости отрывается от стенок и движется в виде расширяющейся струи. В кольцевом пространстве между струей и стенкой трубы образуются вихри, а непрерывный обмен частицами жидкости между основным потоком и завихренной его частью приведет к дальнейшему снижению шума и потере напора.

Схема устройства для осуществления ограничения максимального суммарного расхода сетевой воды на систему автоматического регулирования системы теплоснабжения и снижения шума при этом представлена на иллюстрации (Фиг.2). Длину устройства выполняют исходя из условия обеспечения не менее десяти диаметров подающего трубопровода теплосети, а диаметр и длину вставки уменьшенного диаметра выполняют из условий обеспечения расчетных линейных потерь напора. Кольцевые зоны осесимметричных местных сопротивлений формируют выступом от вставки друг в друга водогазопроводных стальных труб стандартного ряда по мере увеличения наружного диаметра.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа и устройства следующей совокупности условий:

1) средство, воплощающее заявленный способ и устройство, предназначено для использования в промышленности в области тепло- и водоснабжения;

2) для заявленного способа и устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

3) система тепло- и водоснабжения, воплощающая заявленное изобретение, при его осуществлении способна обеспечить достижение искомого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к тепло- и водоснабжению, может быть использовано при присоединении автоматизированных тепловых и водоразборных пунктов. Технический результат: снижение звуковых колебаний при дросселировании потока жидкостей в других отраслях, повышение надежности тепло- и водоснабжения потребителей и гидравлической устойчивости магистральных и распределительных сетей. Способ регулирования расхода воды и одновременного снижения шума при работе теплового и водоразборного пункта, оборудованного преимущественно автоматизированным узлом учета, заключающийся в том, что пропускают водяной поток через ступенчато уменьшаемый по входу и ступенчато увеличиваемый по выходу набор осесимметричных местных сопротивлений и через расположенный между ними уменьшенный на расчетной длине диаметр трубопровода. При этом достигают расчетных (требуемых) линейных потерь напора при одновременном снижении шума до нормативных значений. Также описано устройство для осуществления способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования расхода воды и одновременного снижения шума при работе теплового и водоразборного пункта, оборудованного преимущественно автоматизированным узлом учета, отличающийся тем, что пропускают водяной поток через ступенчато уменьшаемый по входу и ступенчато увеличиваемый по выходу набор осесимметричных местных сопротивлений и через расположенный между ними уменьшенный на расчетной длине диаметр трубопровода, достигают этим расчетных (требуемых) линейных потерь напора при одновременном снижении шума до нормативных значений.2. Устройство для осуществления способа регулирования расхода воды и снижения шума по п.1, в котором осесимметричные местные сопротивления состоят из плотно соединенных, вставленных друг в друга труб разного диаметра, образующих цилиндрические участки, ступенчато расширяющиеся в обе стороны от участка трубы с уменьшенным внутренним диаметром к соединительным фланцам.