Узел регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования Российский патент 2024 года по МПК F24D3/00 F24D3/08 F24D19/10 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных зданий для автоматического регулирования параметров теплоносителя для одного или нескольких видов тепловой нагрузки (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение).

Уровень техники

Известен тепловой пункт, включающий в себя подающий и обратный трубопроводы тепловой сети с входной и выходной задвижками соответственно и установленными на этих трубопроводах после входной и перед выходной задвижками грязевиками, манометрами, термометрами и регуляторами давления, подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления с выходной и входной задвижками и установленными на этих трубопроводах после входной и перед выходной задвижками манометрами и термометрами, смесительный трубопровод между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара, обратный клапан, гидроаккумулятор и терморасширительный клапан с термочувствительным элементом (патент RU №195018, опубл. 13.01.2020).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата, являются небольшой диапазон регулирования параметров теплоносителя за счёт использования для смешения теплоносителя из обратного и подающего трубопровода самовозбуждаемого генератора гидроудара и смесительного насоса без частотно-регулируемого привода и, как следствие, невысокая надёжность процесса получения теплоносителя заданных параметров.

Известно устройство для регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения, содержащее подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопления с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе, и отличающееся тем, что регулятор расхода тепла на отопление включает регистратор температуры наружного воздуха и регистратор температуры воды на отопление, которые соединены с соответствующими датчиками температуры, причем каждый из регуляторов температуры содержит блоки сравнения, задания и нелинейной обратной связи, а также электронный и магнитный усилители, кроме того, насос смешивания снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулирующим клапаном с приводом в подающем трубопроводе, снабженным регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт, при этом магнитные усилители регистратора температуры наружного воздуха и регистратора температуры воды на отопление электрически соединены с соответствующим регулятором скорости вращения регулирующего клапана и насоса смешивания (патент RU №2485407, опубл. 20.06.2013).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата, является невысокая надежность процесса получения теплоносителя заданных параметров за счет отсутствия регулирующего клапана и датчиков давления, работающих на поддержание заданного перепада давления, и отсутствия фильтров.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство для регулирования температуры воды для систем отопления, включающее в себя подающий и обратный трубопровод теплового пункта, при этом на подающем трубопроводе теплового пункта установлены задвижки, грязевик, водоструйный элеватор, а на обратном трубопроводе теплового пункта - задвижки, грязевик, водомер, отличающееся тем, что после водоструйного элеватора к подающему трубопроводу теплового пункта одним торцом жестко присоединен дополнительный подающий трубопровод, а другим торцом - к главному стояку системы отопления, кроме того, на самом дополнительном подающем трубопроводе для возможности отключения, включения и регулирования системы отопления установлены: задвижки, регулятор расхода с электроприводом, циркуляционно-смесительный насос и обратный клапан, а обратный дополнительный трубопровод одним торцом присоединен к обратному трубопроводу теплового пункта, а другим - между регулятором расхода и циркуляционно-смесительным насосом к дополнительному подающему трубопроводу, кроме того, на указанном трубопроводе также установлен обратный клапан (патент RU №193051, опубл. 11.10.2019).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата, являются небольшой диапазон и малая вариативность регулирования параметров теплоносителя за счёт использования для смешения теплоносителя из обратного и подающего трубопровода элеватора, работа в отопительный период без участия регулирующего клапана (регулятора расхода) и, как следствие, невысокая надёжность процесса получения теплоносителя заданных параметров и высокие затраты энергоресурсов.

Раскрытие сущности

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении надежности узла регулирования параметров теплоносителя.

Технический результат заключается в повышении точности процесса получения теплоносителя заданных параметров за счет автоматического регулирования параметров теплоносителя для одного или нескольких видов тепловой нагрузки.

Технический результат достигается тем, что в узле регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования, содержащий трубопровод отопительной воды - подающий, с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения расхода, давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель основным потребителям, с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения, с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; байпас и трубопровод смесительный для административно-бытовых помещений, соединяющий упомянутые трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель основным потребителям и трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения, трубопровод отопительной воды - обратный с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения расхода, давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; смесительный трубопровод, соединяющий упомянутые трубопровод отопительной воды подающий и трубопровод отопительной воды - обратный, и содержащий приборы для измерения давления показывающие с контактным устройством, и насосы смесительно-циркуляционные с частотно-регулируемыми приводами, подключенные к шкафу управления, а также выполненные с возможностью автоматически воспроизводимой поочередной работы; при этом указанный трубопровод отопительной воды подающий содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям, подключенный к шкафу управления, а указанный трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя в административно-бытовые помещения, подключенный к шкафу управления, при этом шкаф управления выполнен с возможностью автоматического регулирования параметров теплоносителя, который подается потребителям.

Дополнительная особенность заключается в том, что клапан регулирующий двухходовый трубопровода отопительной воды - подающего установлен до места подключения трубопровода смесительного для административно-бытовых помещений.

Дополнительная особенность заключается в том, что трубопровод отопительной воды - подающий дополнительно содержит клапан балансировочный, установленный до места подключения байпаса и трубопровода смесительного для административно-бытовых помещений.

Дополнительная особенность заключается в том, что дополнительно установлен датчик температуры наружного воздуха, подключенный к шкафу управления.

Описание чертежей

На фиг. 1 схематично изображена принципиальная схема узла регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования, где:

1. трубопровод отопительной воды - подающий;

2. трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель основным потребителям (в производственные помещения);

3 трубопровод отопительной воды - подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения;

4. трубопровод отопительной воды - обратный;

5. байпас;

6. смесительный трубопровод;

7. клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям (в производственные помещения);

8. клапан, регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя в административно-бытовые помещения;

9. клапан балансировочный;

10. насосы смесительно-циркуляционные с частотно-регулируемыми приводами;

11. затворы дисковые поворотные;

12. клапаны обратные;

13. задвижки;

14. фильтры;

15. первичные измерительные преобразователи для измерения давления;

16. первичные измерительные преобразователи для измерения температуры;

17. приборы для измерения давления показывающие;

18. приборы для измерения давления показывающие с контактным устройством;

19. приборы для измерения температуры показывающие;

20. первичные измерительные преобразователи для измерения расхода теплоносителя;

21. датчик температуры наружного воздуха;

22. преобразователь измерительный;

23. шкаф силовой;

24. шкаф управления

25. трубопровод смесительный (для административно-бытовых помещений).

Изобретение состоит из трубопровода отопительный воды 1 - подающего; трубопровода отопительной воды 2 - подающего смешанный теплоноситель основным потребителям (в производственные помещения); трубопровода отопительной воды 3 - подающего смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения; трубопровода отопительной воды 4 - обратного; байпаса 5; смесительного трубопровода 6; клапана регулирующего двухходового 7 с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям (в производственные помещения); клапана регулирующего двухходового 8 с электроприводом для подачи теплоносителя в административно-бытовые помещения; клапана балансировочного 9; насосов смесительно-циркуляционных 10 с частотно-регулируемыми приводами; затворов дисковых поворотных 11; клапанов обратных 12; задвижек 13; фильтров 14; первичных измерительных преобразователей для измерения давления 15; первичных измерительных преобразователей для измерения температуры 16; приборов для измерения давления показывающих 17; приборов для измерения давления показывающих с контактным устройством 18; приборов для измерения температуры показывающих 19; первичных измерительных преобразователей для измерения расхода теплоносителя 20; датчика температуры наружного воздуха 21; преобразователя измерительного 22; шкафа силового 23; шкафа управления 24; трубопровода смесительного (для административно-бытовых помещений) 25.

Осуществление изобретения

Устройство работает следующим образом.

Автоматическое регулирование параметров теплоносителя для одного или нескольких видов тепловой нагрузки осуществляется следующим способом. Теплоноситель (вода) из тепловой сети поступает в трубопровод отопительной воды 1 (подающий) узла регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования с определенной температурой теплоносителя, обеспечиваемой источником тепла согласно графику, проходя через задвижку 13 и первичный измерительный преобразователь для измерения расхода теплоносителя 20, устанавливаемые на трубопроводе отопительной воды, и поступает в клапан регулирующий двухходовый 7 с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям (в производственные помещения), степень открытия которого для поддержания заданного перепада давления между подающим трубопроводом отопительной воды 1 и обратным трубопроводом отопительной воды 2 определяется шкафом управления 24, основываясь на сигналах первичных измерительных преобразователей давления 15, устанавливаемых на трубопроводах отопительной воды 1 (подающем), отопительной воды 2 (подающем смешанный теплоноситель основным потребителям) и трубопроводе отопительной воды 4 (обратном). Установленное значение перепада давления контура рассчитывается по заданному графику перепада давления. Для повышения надёжности работы предусмотрено ограничение по минимальной степени открытия клапана, и производится автоматическое полное открытие клапана в случае аварийной угрозы заморозки, обрыва первичного измерительного преобразователя для измерения давления на трубопроводе отопительной воды 2 или 3 или первичного измерительного преобразователя для измерения температуры на обратном трубопроводе 4, отсутствия напряжения в электросети, при нажатии кнопки общей аварийной остановки на шкафу управления 24 или шкафу силовом 23.

Затем в подающий трубопровод отопительной воды 1 подмешивается теплоноситель из обратного трубопровода 4 и регулируется температура теплоносителя при помощи насосов смесительно-циркуляционных 10, установленных на смесительном трубопроводе 6. Насосы 10 работают с частотно-регулируемыми приводами, и частота тока, подаваемого на электродвигатели насосов 10 регулируется шкафом управления 24, основываясь на сигналах от датчика температуры наружного воздуха 21 и первичных измерительных преобразователей для измерения температуры 16, тем регулируя количество подмешиваемой воды и поддерживая установленное значение температуры теплоносителя в контуре, рассчитываемое по заданному температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха. Затем вода поступает в трубопровод отопительной воды 2 (подающий смешанный теплоноситель основным потребителям). Для повышения надежности процесса получения теплоносителя заданных параметров предусмотрено также регулирование частоты насосов 10 в случае, когда перепад давления в контуре ниже половины от установленного значения и степень открытия клапана регулирующего двухходового 7 максимальная, для повышения перепада давления. Также для повышения надежности работы и удобства эксплуатации предусмотрена автоматически воспроизводимая поочередная работа насосов 10 в случаях, когда для поддержания требуемого перепада давления достаточно работы одного насоса, а в случае аварии частотно-регулируемого привода, нажатия кнопки аварийной остановки на кнопочном посте, нажатия кнопки общей аварийной остановки на шкафу управления 24 или на шкафу силовом 23, отсутствии напряжения в электросети, загрязненности фильтров 14 (по показаниям приборов для измерения давления показывающих с контактным устройством 18) или низком давлении в обратном трубопроводе 4 (по показаниям первичного измерительного преобразователя для измерения давления 15 - менее 0,1 бар) насосы 10 нельзя запустить. Подмешивая вода поступает по смесительному трубопроводу 6, проходя через затворы дисковые поворотные 11, фильтры гидравлические 14, обратные клапаны 12, препятствующие движению теплоносителя в обратную сторону по смесительному трубопроводу 6, и задвижки 13. Гидравлические фильтры 14 обеспечивают защиту рабочего колеса насосов 10 от посторонних предметов и загрязнений.

Часть теплоносителя до клапана регулирующего двухходового 7 (для подачи теплоносителя основным потребителям) отправляется к балансировочному клапану 9 и затем к клапану регулирующему двухходовому 8, степень открытия которого автоматически задается шкафом управления 24 по показаниям преобразователей для измерения давления 15, преобразователей для измерения температуры 16 и датчику температуры наружного воздуха 21, основываясь на заданном температурном графике. Для повышения надежности работы индивидуального теплового пункта предусмотрено снижение давления клапаном, регулирующим 8 в случае если давление в трубопроводе 3 превышает заданное допустимое значение. После клапана, регулирующего 8 к теплоносителю в трубопроводе 3 подмешивается вода из трубопровода 2 по смесительному трубопроводу 25, содержащему обратный клапан 12 и затвор 11.

Затем теплоноситель из трубопровода 2 направляются к основным потребителям тепла (на обслуживание производственных помещений), а теплоноситель из трубопровода 3 направляется на тепловые нужды административно-бытовых помещений. После прохождения потребителей теплоноситель направляется в обратный трубопровод 4 и далее из индивидуального теплового пункта, проходя через задвижку 13 и первичный измерительный преобразователь для измерения расхода теплоносителя 20. Сигнал с преобразователей для измерения расхода теплоносителя 20 направляется в измерительный преобразователь 22, а затем, для удобства эксплуатации, в шкаф управления 24, где данные доступны для ознакомления на специальной панели визуализации.

Для повышения удобства эксплуатации на подающих, обратных и смесительных трубопроводах устанавливаются показывающие приборы для измерения давления 17 и приборы показывающие для измерения температуры 19.

Если температура наружного воздуха равна или ниже 0 °C и при этом температура воды в обратном трубопроводе 4 ниже заданной аварийной температуры, то автоматически запускается режим защиты от заморозки: отключаются насосы 10, клапан регулирующий 7 полностью открывается, подается сигнал об аварии на панель визуализации и, если есть, в систему диспетчеризации.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных зданий для автоматического регулирования параметров теплоносителя для одного или нескольких видов тепловой нагрузки (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение). Технический результат заключается в повышении точности процесса получения теплоносителя заданных параметров за счет автоматического регулирования параметров теплоносителя для одного или нескольких видов тепловой нагрузки. Технический результат достигается тем, что в узле регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования трубопровод отопительной воды - подающий содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям, подключенный к шкафу управления, а трубопровод - подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя дополнительным потребителям, подключенный к шкафу управления, при этом шкаф управления выполнен с возможностью автоматического регулирования параметров теплоносителя, который подается потребителям. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Узел регулирования параметров теплоносителя с системой автоматического регулирования, содержащий трубопровод отопительной воды – подающий (1), с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения расхода, давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; трубопровод отопительной воды – подающий смешанный теплоноситель основным потребителям (2), с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; трубопровод отопительной воды – подающий смешанный теплоноситель, подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения (3), с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; байпас и трубопровод смесительный для административно-бытовых помещений (25), соединяющий упомянутые трубопровод отопительной воды – подающий смешанный теплоноситель основным потребителям (2) и трубопровод отопительной воды – подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения (3), трубопровод отопительной воды – обратный (4) с установленными на нем первичными измерительными преобразователями для измерения расхода, давления и температуры теплоносителя, которые подключены к шкафу управления; смесительный трубопровод (6), соединяющий упомянутые трубопровод отопительной воды подающий (1) и трубопровод отопительной воды – обратный (4), и содержащий приборы для измерения давления показывающие, с контактным устройством, и насосы смесительно-циркуляционные с частотно-регулируемыми приводами, подключенные к шкафу управления, а также выполненные с возможностью автоматически воспроизводимой поочередной работы; при этом указанный трубопровод отопительной воды подающий (1) содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя основным потребителям, подключенный к шкафу управления, а указанный трубопровод отопительной воды – подающий смешанный теплоноситель в административно-бытовые помещения (3) содержит клапан регулирующий двухходовый с электроприводом для подачи теплоносителя в административно-бытовые помещения, подключенный к шкафу управления, при этом шкаф управления выполнен с возможностью автоматического регулирования параметров теплоносителя, подаваемого потребителям.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что клапан регулирующий двухходовый трубопровода отопительной воды (подающего) размещается следующим способом: клапан регулирующий двухходовый трубопровода отопительной воды (подающего) установлен до места подключения трубопровода смесительного для административно-бытовых помещений.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод отопительной воды - подающий дополнительно содержит клапан балансировочный, установленный следующим способом: до места подключения байпаса и трубопровода смесительного для административно-бытовых помещений.

4. Узел по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик температуры наружного воздуха, подключенный к шкафу управления.