Гидравлический прогревочный комплекс и способ его работы. Российский патент 2023 года по МПК E02F5/30 

Изобретение относится к устройству для выработки тепловой энергии и ее передачи потребителю. В качестве потребителя выступает конструктивы, к которым предъявлены технологические или ситуационные требования обладания определенной и неопределенной положительной температурой, относящиеся к сферам строительства. Комплекс разрешает вопросы прогрева частей, конструктивов зданий и сооружений на этапе строительства и аварийных работах, таких как поверхностный прогрев грунта и асфальтового покрытия, глубинный прогрев грунта, приготовление битумной смеси, прогрев монолитного бетона, прогрев пологов и укрытий воздухом. Теплоноситель (этиленгликоль) передает приобретенное в установке тепло через посредников (др. устройств и материалов) потребителю.

Известен прогревочный комплекс из патентного документа US5181655 (A), опубл. 26.01.1993, мобильный прогревочный комплекс раскрывает систему обогрева для оттаивания мерзлого грунта. Система включает в себя нагреватель горячей воды, резервуар для антифриза и насосы, установленные на передвижном устройстве, таком как прицеп для буксировки легковым или грузовым автомобилем. Линия подсоединяется к нагревателю и резервуару с антифризом и включает в себя множество удлиненных зондов нагревателя для имплантации в землю рядом с замерзшей водой или канализационной линией. Циркуляция горячей воды происходит по линиям и зондам предназначенных для оттаивания грунта. В качестве альтернативы - зонды можно использовать для нагрева строительного материала, например, кирпича и других строительных материалов.

Известна группа изобретений из документа RU 2403346 С2, опубл. 10.11.2010, которая относится к устройствам для оттаивания мерзлого грунта и обеспечивает усовершенствование устройств для оттаивания мерзлого грунта. Предложенное устройство для оттаивания мерзлого грунта или нагрева участка грунта содержит резервуар для хранения нагревательной среды, предназначенной для циркуляции в развернутом для нагрева грунта рукаве, бойлер с горелкой для нагрева нагревательной среды, причем бойлер соединен с резервуаром для хранения нагревательной среды, топливный бак, содержащий топливо для горелки в бойлере, подсоединенный к горелке в бойлере, насос для обеспечения циркуляции нагревательной среды, рукав, через который циркулирует нагревательная среда, размещаемый на подлежащем нагреву грунте. Насос установлен между рукавом и резервуаром для хранения нагревательной среды и обеспечивает циркуляцию нагревательной среды в рукаве. В первом варианте устройства резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, топливный бак и насос закреплены на общей рамной конструкции. Рукав состоит из двух или большего числа секций рукава, которые в нерабочем состоянии намотаны на соответствующее количество секций катушки, причем каждая секция рукава может быть избирательно подсоединена к насосу через разветвленный трубопровод, включенный между насосом и каждой секцией рукава. По второму варианту - резервуар для хранения нагревательной среды, бойлер с горелкой, топливный бак и насос закреплены на общей рамной конструкции, при этом объем нагревательной среды в намотанном рукаве превышает объем нагревательной среды в резервуаре для хранения нагревательной среды.

Таким образом, существует огромное множество устройств в мире основные принципы работы которых и ряд решаемых задач схожи с представленной установкой. Главными особенностями устройства выработки тепла является а) Возможность регулировать температуру кипения теплоносителя, что придает устройству неоспоримое преимущество. Температурный режим аналогичных установок не превышает +90°С тогда как в представленном устройстве рабочая температура теплоносителя может превышать +150°С, что значительно уменьшает время достижения результата при работе с устройством выработки тепла. Например при разморозке грунта с помощью резиновых рукавов укладываемых на размораживаемую поверхность укрываемых термоматами. Разница температур по сравнению с аналогичными устройствами будет больше на 60°С что в свою очередь уменьшит время прогрева грунта и расходы на топливо на 30-50%. Регулировка точки кипения гидравлической системы производиться с помощью системы компенсации давления насос которой закачивает в гидравлическую систему через электромагнитный клапан (23) теплоноситель либо его спускает через тот же клапан таким образом увеличивая и уменьшая давление в системе. Регулировка давления так же дает возможность работы устройства в разных высотах и давлении атмосферы земли. Б) Температура запуска и эксплуатации -40°С, достигнута путем использования специальных сталей и их увеличенных толщин котла установки.

Задачей изобретения является усовершенствование известных конструкций и расширение арсенала известных устройств, комплексов и систем в целом в данной области техники, в том числе снижение экономическо-финансовых нагрузок при изготовлении и эксплуатации комплекса.

Технический результат группы изобретений является возможность регулировать температуру кипения теплоносителя, что придает устройству неоспоримое преимущество, так как в представленном устройстве рабочая температура теплоносителя может превышать +150°С, что значительно уменьшает время достижения результата при работе с устройством выработки тепла, то есть уменьшение затраченного времени, при одновременном повышении производительности данного высоконадежного комплекса.

Технический результат достигается за счет гидравлического прогревочного комплекса, который состоит из дизельной котельной на основе трехходового котла, который установлен в корпусе вместе с системой управления, гидравлической системой, системой электроснабжения, системой освещения, топливной системой и системой компенсации давления, при этом система управления расположена в шкафу автоматики за общей дверцей со шкафом электроснабжения и выполнена с возможностью получать информацию от датчиков давления теплоносителя, температуры, датчика уровня топлива и теплоносителя в подпиточном баке, датчика освещения, система электроснабжения выполнена с возможностью работать от сети 220 В и/или от встроенного дизельного электрогенератора с автозапуском и включает в себя стабилизатор напряжения с бесперебойным устройством и автоматическим переключением источника электроснабжения, топливная система состоит из топливного бака, топливного фильтра и топливных насосов расположенных в конструкции топливной горелки и электрогенератора, топливные насосы соединены с топливным баком через топливопровод.

Корпус выполнен с четырьмя петлями подвеса.

Корпус выполнен с фаркопом.

Топливная система состоит из топливного бака на 400 литров дизельного топлива.

Предусмотрена установка на базу колесного двухосного шасси.

Способ работы гидравлического прогревочный комплекса, в котором теплоноситель приводимый в движение встроенным насосом по трубопроводам, нагревается в котле от горения подаваемого дизельного топлива и регулируется топливной горелкой затем остывает в контуре рассеивания тепла, затем вновь попадет в котел, при этом контур рассеивания тепла подключен к установке через распределительные коллекторы, регулирование параметров теплоносителя организованно работой системы управления с помощью системы компенсации давления, насоса, топливной горелки, клапана, механических клапанов.

На фигурах 1-6 изображен гидравлический прогревочный комплекс и фигуры поясняют способ его работы, ниже приведены обозначения к фигурам 1-6.

На фиг. 1 изображен внешний вид комплекса (аксонометрия).

На фиг. 2 изображен внешний вид комплекса (аксонометрия).

На фиг. 3 изображен комплекс без обшивки и каркаса (аксонометрия).

На фиг. 4 изображен комплекс без обшивки и каркаса (аксонометрия).

На фиг. 5 изображен комплекс без обшивки и каркаса (аксонометрия).

На фигуре 6 изображена гидравлическая схема работы прогревочного комплекса.

На фигурах 1-6 позициями изображены следующие элементы и детали комплекса:

1 - Топливный бак;

2 - Горловина топливного бака;

3 - Коллектора подачи и обратки;

4 - Подпитанный бак;

5 - Коллектора КИП (контрольно-измерительных приборов);

6 - Циркуляционный насос;

7 – Топливная (дизельная) горелка;

8 - Спускной аварийный и воздушный клапана;

9 - специальный жидкостный жаротрубный трехходовой дизельный котел КБ-120;

10 - Корпус;

11 - Дымоход котла;

12 - Крышки распределительных коллекторов;

13 - Крышка выдвижного ящика электрогенератора;

14 - электрогенератор;

15 - Дверь шкафа обслуживания насоса циркуляционного и горелки;

16 - Дверца шкафа автоматики и электроснабжения;

17 - Крышка заправочного бака;

18 - Дверца шкафа системы компенсации давления (СКД);

19 - Подающие и обратные трубопроводы;

20 - Байпас с электромагнитным клапаном;

21 - Косой фильтр;

22 - Трасса сброса/подпитки;

23 - Электромагнитный клапан.

24 - Контур рассеивания тепла

25 - Кран шаровой

26 - Погружной подпиточный насос

Комплекс условно состоит из 2 частей, «В»-устройство выработки тепла и «Р» контур рассеивания тепла. Устройство выработки тепла в своей работе объединяет следующие системы: управления, гидравлическая, электроснабжения, топливная, компенсации давления объединенных в одном корпусе (10). Описываемая установка является мобильной дизельной котельной в основе которой лежит специальный 3 ходовой котел (9). Приводимый в движение встроенным насосом теплоноситель нагревается в котле и остывает контуре рассеивания вновь попадет в котел. Контур рассеивания тепла подключается к установке через распределительные коллекторы.

Система компенсации давления (далее - СКД). СКД является частью гидравлической системы установки. Подающие и обратные трубопроводы (19) теплоносителя выделены отдельно в Коллектора КИП (5) в установке. На них расположены датчики температур и давлений теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, а также трасса сброса/закачки теплоносителя (22) начинающаяся с электромагнитного клапана (23) и оканчивающаяся погружным насосом в подпитачном баке (4). На основании показаний данных датчиков и установленных пользователем (либо по умолчанию) требования к давлению или температуре теплоносителя в гидравлической системе, система управления установки, при превышении установленных порогов давления кратковременно открывает электромагнитный клапан (23) спуская избыточное давление через трассу сброса/подпитки (22) минуя подпиточный насос в подпитачный бак (4). Либо при малом давлении теплоносителя в гидравлической системе (что всегда происходит при запуске установки) система управления запускает подпиточный насос затем открывает электромагнитный клапан (23). Насос работает до достижении требуемого давления в гидравлической системе, после чего электромагнитный клапан (23) закрывается, насос выключается. Рабочий режим давления в гидравлической системе установки может быть установлен в диапазоне от 1 до 5,9 Атм и должен соответствовать следующим требованиям: а) Давление должно превышать точку кипения теплоносителя (предпочтительно этиленгликоль) от требуемой температуры. Б) Давление в гидравлической системе, включающую в себя контур рассеивания тепла, не должно иметь больших перепадов в давлении создаваемых циркуляционным насосом при использовании элементов контура рассеивания в разных высотах. Например при подключении к установке жидкостных нагревателей воздуха располагаемых на различных этажах многоэтажных зданий вовремя их строительства и эксплуатации.

Гидравлическая система (фиг. 6). Гидравлическая система представленной установки является закрытой и не имеет сообщения с атмосферой и состоит из элементов (см. фиг. 3, 4, 5), специальный жидкостный жаротрубный трехходовой дизельный котел КБ-120 (9), Циркуляционный насос (6), Подающие и обратные трубопроводы (19), СКД, спускной аварийный и воздушный клапана (8), байпас с электромагнитным клапаном (20), коллектора подачи и обратки (3), косой фильтр (21). Все элементы системы имеют фланцевые соединения. Гидравлическая система не ограничивается «В» устройством выработки тепла, а является гидравлически связанным с устройством (ми) контура рассеивания тепла «Р» соединяемых соединенных с помощью распределительных коллекторов (3). Таким образом, регулируемый системой компенсации давления параметр «давление теплоносителя» распространяется на «В»

Система управления, контроля и мониторинга представляет из себя комплекс решений организующий безопасную работу устройства, информирования пользователя и накопления информации о режимах работы станции в облачном хранилище. Система управления расположена в шкафу автоматики за общей дверью(16) со шкафом электроснабжения. Получая информацию от расположенных в различных местах датчиков таких как, датчики давления теплоносителя (подача, обратка, котел), температуры (атмосферного воздуха, топлива, теплоносителя подача, обратка, котел), уровня (топлива и теплоносителя в подпитачном баке), освещения, а так же на основании манипуляций оператора на панели управления и заводских программ программируемый логистический контроллер (далее - ПЛК) управляет сл. системами гидравлической и компенсации давления, освещения и индикации путем подачи/отключения напряжения на исполнительные устройства (см. фигуры 3, 4, 5), позиции: 6, 7, 20, 23, 26.

Система электроснабжения. Разработанная система электроснабжения обеспечивает бесперебойную и безопасную работу устройства как от сети 220 В так и от встроенного дизельного электрогенератора с автозапуском(14). Бесперебойность работы устройства обеспеченна стабилизатором напряжения с бесперебойным устройством и автоматическим переключением источника электроснабжения.

Топливная система состоит из топливного бака (1) на 400 литров дизельного топлива, топливного фильтра и топливных насосов расположенных в конструкции топливной горелки и электрогенератора. Насосы соединены с баком через топливопровод

Система освещения устройства организованна в виде включаемых системой управления (на основании датчика света) подсветок коллекторов (3) и (5), шкафов и органов управления (7), (14), (15), (16), (17), (18) а так же габаритных огней на корпусе устройства.

Корпус и его отличительные особенности. Технические решения принятые при конструировании данного устройства позволили минимизировать габариты станции. Размеры устройства не превышают транспортных габаритов при перевозке в кузове тягачей и самосвалов. Вес снаряженного устройства не превышает 2 тн.. С целью перемещения станции на строительной площадки грузоподъемными механизмами предусмотрены 4 петли подвеса, а также фаркоп. Для арктических условий эксплуатации предусмотрен утепленный корпус машины. Для городских условий эксплуатации предусмотрена установка устройства на базу колесного двухосного шасси. Как видно из фигур (3, 4, 5) основой корпуса служит (1) топливный бак являющийся основным элементом жесткости всей конструкции.

Таким образом очевидно, что главная особенность в закрытой гидравлической системе установки с регулируемым давлением с помощью системы компенсации давления.

Предложенный прогревочный комплекс прошел 2 сезона опытно конструкторской эксплуатации в ЯНАО, Мурманской и Тюменских областях зарекомендовал себя как экономичное, долговечное устройство, которое не требует частых работ по его обслуживанию, отлично работает в различных климатических условиях, в том числе при арктических условиях крайнего севера. Комплекс разбрасывался с целью замещения тяжелых средств экскавации мерзлого и вечномерзлого грунта, но опытно-конструкторская эксплуатация выявила целый ряд решаемых задач, таких как прогрев пологов через жидкостные тепловентиляторы, внутренний прогрев бетона. Существующие комплексы, решающие схожие задачи, низкоэффективные и имеют малое распространение.

Изобретение относится к устройству для выработки тепловой энергии и ее передачи потребителю. Гидравлический прогревочный комплекс состоит из дизельной котельной на основе трёхходового котла, который установлен в корпусе вместе с системой управления, гидравлической системой, системой электроснабжения, системой освещения, топливной системой и системой компенсации давления. Система управления расположена в шкафу автоматики за общей дверцей со шкафом электроснабжения и выполнена с возможностью получать информацию от датчиков давления теплоносителя, температуры, датчика уровня топлива и теплоносителя в подпитачном баке, датчика освещения. Система электроснабжения выполнена с возможностью работать от сети 220 В и/или от встроенного дизельного электрогенератора с автозапуском и включает в себя стабилизатор напряжения с бесперебойным устройством и автоматическим переключением источника электроснабжения. Топливная система состоит из топливного бака, топливного фильтра и топливных насосов, расположенных в конструкции топливной горелки и электрогенератора, топливные насосы соединены с топливным баком через топливопровод. Технический результат - возможность регулировать температуру кипения теплоносителя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Гидравлический прогревочный комплекс, отличающийся тем, что он состоит из дизельной котельной на основе трёхходового котла, который установлен в корпусе вместе с системой управления, гидравлической системой, системой электроснабжения, системой освещения, топливной системой и системой компенсации давления, при этом система управления расположена в шкафу автоматики за общей дверцей со шкафом электроснабжения и выполнена с возможностью получать информацию от датчиков давления теплоносителя, температуры, датчика уровня топлива и теплоносителя в подпитачном баке, датчика освещения, система электроснабжения выполнена с возможностью работать от сети 220 В и/или от встроенного дизельного электрогенератора с автозапуском и включает в себя стабилизатор напряжения с бесперебойным устройством и автоматическим переключением источника электроснабжения, топливная система состоит из топливного бака, топливного фильтра и топливных насосов, расположенных в конструкции топливной горелки и электрогенератора, топливные насосы соединены с топливным баком через топливопровод.

2. Гидравлический прогревочный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что его корпус выполнен с четырьмя петлями подвеса.

3. Гидравлический прогревочный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что его корпус выполнен с фаркопом.

4. Гидравлический прогревочный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что топливная система состоит из топливного бака на 400 литров дизельного топлива.

5. Гидравлический прогревочный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки на базу колесного двухосного шасси.

6. Способ работы гидравлического прогревочного комплекса по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что теплоноситель, приводимый в движение встроенным насосом по трубопроводам, нагревается в котле от горения подаваемого дизельного топлива и регулируется топливной горелкой, затем остывает в контуре рассеивания тепла, затем вновь попадет в котел, при этом контур рассеивания тепла подключён к установке через распределительные коллекторы, регулирование параметров теплоносителя организованно работой системы управления с помощью системы компенсации давления, насоса, топливной горелки, клапана, механических клапанов.