Модуль химической водоподготовки котельной Российский патент 2025 года по МПК C02F1/68 F17D3/12 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах водоподготовки для дозирования реагентов в малогабаритных котельных и тепловых пунктах.

Подготовка воды в системе теплоносителя по большей части связана с химической обработкой реагентами, напрямую влияющими на надежность, качество и экономическую эффективность работы предприятий тепловых сетей. Система подготовки воды для котлов, питательных трактов, внутренних поверхностей теплоэнергетического и сетевого оборудования обеспечивает их надежную защиту от таких неблагоприятных явлений как: накипь - образование отложений силикатов, окислов железа, карбонатов и т.д.; шлам; коррозия (углекислотная, хлоридная, кислородная и проч.).

Из уровня техники известна система химической водоподготовки (RU 2811005, кл. C02F 1/18, F04F 7/02, F17D 3/12, 2024 г.), использующая кинетическую энергию движения воды, в которую производится дозирование реагента. Система содержит питательный трубопровод с ударным узлом в виде ударного клапана, мембранный дозатор реагента в виде импульсного нагнетателя с обратными клапанами входа и выхода, внутри которого размещена эластичная диафрагма, разделяющая его внутреннюю полость на две изолированные друг от друга полости, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, регулятор расхода с контролирующим элементом, емкость для жидкого реагента и три гидравлических аккумулятора. Первая гидравлически изолированная полость импульсного нагнетателя связана с питательным трубопроводом на входе ударного узла. Вторая полость - с обратными клапанами входа и выхода. Всасывающий трубопровод соединен одним концом с обратным клапаном входа, а вторым - с емкостью для жидкого реагента. Контролирующий элемент установлен в питательном трубопроводе на выходе ударного узла. Нагнетательный трубопровод соединен одним концом с обратным клапаном выхода, а вторым концом подключен к питательному трубопроводу между ударным узлом и контролирующим элементом. Первый гидравлический аккумулятор и регулятор расхода подключен последовательно в нагнетательный трубопровод. Второй гидравлический аккумулятор подключен к питательному трубопроводу между ударным узлом и контролирующим элементом. Третий гидравлический аккумулятор подключен в питательную трубу до импульсного нагнетателя. Система химической водоподготовки также снабжена перепускным трубопроводом и двумя регуляторами давления. Первый регулятор давления установлен в нагнетательный трубопровод между первым гидравлическим аккумулятором и регулятором расхода, а второй регулятор давления установлен последовательно в перепускной трубопровод, один конец которого подключен к нагнетательному трубопроводу между первым гидравлическим аккумулятором и регулятором расхода, а второй конец - во всасывающий трубопровод.

Известная система сложна для возможности ее использования в малогабаритных котельных, требует многочисленных операций по настройке при подготовке к работе. Кроме того, всасывание реагента происходит за счет импульса разрежения в питающем трубопроводе после импульсного пикового повышения давления при гидроударе во время закрытия ударного клапана. Постоянные гидроудары с высокими значениями пикового давления и следующие за ними импульсы появления вакуума приводят к кавитационным явлениям, снижающим надежность работы всего оборудования.

Прототипом изобретения является система (модуль) химической водоподготовки (RU 2825923, кл. F17D 3/12, C02F 1/68, 02. 09. 2024 г.), содержащая магистральный (подпитывающий) трубопровод, всасывающий трубопровод, связывающий емкость для химического реагента через канал с впускным и выпускным клапанами мембранного дозатора с эластичной мембраной, разделяющей внутреннюю полость на дозаторную и приводную камеры, с магистральным трубопроводом, а также перепускной трубопровод. На магистральном трубопроводе установлен насос, со стороны входа в который подключен всасывающий трубопровод. За насосом подключен перепускной трубопровод, на котором последовательно по ходу движения воды установлены управляемые моментом открытия/закрытия два клапана, работающие в попеременном режиме. Выход второго управляемого клапана подключен к линии дренажа, а между управляемыми клапанами подключен патрубок, связывающий перепускной трубопровод с приводной камерой мембранного дозатора. В дозаторной камере выполнены отверстия, соединяющие дозаторную камеру с каналом между впускным и выпускным клапанами, а в приводной или дозаторной камере установлена возвратная пружина. На перепускном трубопроводе до первого управляемого моментом открытия/закрытия клапана установлен дроссель ограничения скорости вытеснения.

Недостатком известной системы химической водоподготовки является ее ограниченные возможности из-за того, что она требует наличия насоса подпитки для создания перепада давления, необходимого для дозирования реагента, при этом использование перепада давления на сетевом насосе для дозирования реагента ограничено наличием высокой температуры сетевой воды, которую не все клапана и полимерные соединительные трубки выдерживают. Если подпитка производится от водопровода или удаленного насоса подпитки, к которому технически невозможно подсоединиться, то необходимый для работы системы перепад давления отсутствует и дозирование невозможно.

Проблемой, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование известных модулей химической водоподготовки для обеспечения стабильной работы дозатора химического реагента за счет создание перепада давления в гидравлической системе котельной.

Техническим результатом изобретения является упрощение системы химической водоподготовки для ее использования в малогабаритных котельных и тепловых узлах, а также расширение арсенала технических средств.

Поставленная проблема и заявленный технический результат достигается за счет того, что модуль химической водоподготовки котельной содержит подпитывающий трубопровод, связанный с всасывающим и перепускным трубопроводами, емкость для химического реагента, связанную с подпитывающим трубопроводом через канал с впускным и выпускным клапанами мембранного дозатора, два управляемых моментом открытия/закрытия клапана, установленных на перепускном трубопроводе, второй из которых по ходу движения воды подключен к линии дренажа, патрубок, подключенный между двумя клапанами, связывающий перепускной трубопровод с приводной камерой мембранного дозатора. Согласно изобретению на подпитывающем трубопроводе между всасывающим и перепускным трубопроводами установлен подпружиненный обратный клапан. Всасывающий трубопровод подключен к подпитывающему трубопроводу за выходом подпружиненного обратного клапана, а перепускной трубопровод - перед входом в подпружиненный обратный клапан. Выходной патрубок емкости химического реагента расположен на уровне или над уровнем во вход впускного клапана мембранного дозатора.

Установка подпружиненного обратного клапана на подпитывающем трубопроводе таким образом, что перед входом в него подключен перепускной трубопровод, а за выходом - всасывающий трубопровод, обеспечивает постоянный перепад давления воды, необходимый для надежной работы системы дозирования химического реагента без использования насоса, что также расширяет возможности применения модуля химической водоподготовки в малогабаритных котельных и тепловых узлах. Кроме того, в линию дренажа будет сбрасываться в небольшом количестве исходная, необработанная реагентом вода, а не вода, содержащая реагент, как в прототипе, что позволит сократить расход реагента при обработке воды.

Перепад давления на подпружиненном обратном клапане не превышает 0,02 МПа, что достаточно для работы мембранного дозатора (для преодоления усилия возвратной пружины и упругости мембраны) и не нарушает работу системы подпитки.

Расположение выходного патрубка емкости химического реагента на уровне или над уровнем во вход впускного клапана мембранного дозатора исключает гидростатический вакуум в дозаторной камере мембранного дозатора, который пружине необходимо преодолевать при засасывании реагента, тем самым снижается величина необходимого для работы мембранного дозатора перепада давления и обеспечивается точная и стабильная работа мембранного дозатора, а за счет простоты конструкции подпружиненного обратного клапана, создающего перепад давления, необходимый для работы мембранного дозатора, повышается надежность химической водоподготовки всего модуля.

Установка на перепускном трубопроводе управляемых клапанов, работающих в попеременном режиме (когда один открыт, а другой закрыт) обеспечивает попеременное перемещение мембраны и тем самым подачу реагента в магистральный трубопровод.

Упрощение модуля химической водоподготовки заключается в исключении из гидравлической системы подпитывающего трубопровода насоса, который в прототипе используется для создания перепада давления, необходимого для стабильной работы дозатора.

Наряду с известными устройствами модуль химической водоподготовки котельной может найти широкое применение в малогабаритных котельных и тепловых узлах, расширяя тем самым арсенал технических средств.

Изобретение иллюстрируется принципиальной схемой модуля химической водоподготовки котельной, на которой позициями обозначено:

1 - подпитывающий трубопровод;

2 - емкость для химического реагента с выходным патрубком;

3 - мембранный дозатор;

4 - впускной клапан мембранного дозатора;

5 - выпускной клапан мембранного дозатора;

6 - эластичная мембрана дозатора 3;

7 - дозаторная камера мембранного дозатора 3;

8 - приводная камера мембранного дозатора 3;

9 - подпружиненный обратный клапан, установленный на подпитывающем трубопроводе 1;

10 - всасывающий трубопровод, подключенный к подпитывающему трубопроводу 1 за выходом подпружиненного обратного клапана 9;

11 - перепускной трубопровод, подключенный к подпитывающему трубопроводу 1 перед входом подпружиненного обратного клапана 9;

12 - первый клапан, управляемый моментом открытия/закрытия, установленный на перепускном трубопроводе 11 перед входом в подпружиненный обратный клапана 9;

13 - второй клапан, управляемый моментом открытия/закрытия, установленный на перепускном трубопроводе 11 за выходом клапана 12;

14 - линия дренажа, которая подключена за выходом второго управляемого клапана 13;

15 - патрубок, подключенный между клапанами 12 и 13 к перепускному трубопроводу 11 и связывающий перепускной трубопровод 11 с приводной камерой 8 мембранного дозатора 3;

16 - канал, соединяющий впускной клапан 4 мембранного дозатора 3 с выпускным клапаном 5;

17 - отверстия, связывающие дозаторную камеру 7 с каналом 16;

18 - возвратная пружина мембранного дозатора 3;

19 - ограничитель хода эластичной мембраны 6;

20 - выходной патрубок емкости 2.

Модуль химической водоподготовки котельной работает следующим образом.

В исходном состоянии управляемые клапаны 12 и 13 закрыты. Объем дозаторной камеры 7 мембранного дозатора 3 максимальный и она заполнена дозируемым реагентом. Впускной клапан 4 и выпускной клапан 5 мембранного дозатора 3 закрыты за счет противодавления от точки ввода дозируемого реагента в подпитывающий трубопровод 1. Для выдачи одной дозы реагента мембранным дозатором 3 блок управления (на чертеже не показан) открывает первый управляемый клапан 12, он соединяет вход подпружиненного обратного клапана 9 с высоким давлением с линией патрубка 15 и с приводной камерой 8. Перепад давления между высоким давлением на входе подпружиненного обратного клапана 9 и более низким давлением на выходе подпружиненного обратного клапана 9 по ходу движения воды, последовательно передается по перепускному трубопроводу 11 через управляемый открытый клапан 12, патрубок 15 в приводную камеру 8 и далее через эластичную мембрану 6 в дозаторную камеру 7 мембранного дозатора 3. Через открытый перепадом давления выпускной клапан 5, доза химического реагента вытесняется из дозаторной камеры 7 через отверстия 17 в канал 16 и далее через открытый выпускной клапан 5 во всасывающий трубопровод 10 и далее в подпитывающий трубопровод 1, подключенный за выходом подпружиненного обратного клапана 9. По достижении минимального объема дозаторной камеры 7 вытеснение реагента прекращается, и блок управления через заданный промежуток времени закрывает первый управляемый клапан 12. Полость в приводной камере 8 остается под повышенным давлением, мембрана 6 находится в положении минимального объема дозаторной камеры. Блок управления открывает второй управляемый клапан 13. Давление в приводной камере 8 понижается до атмосферного, возвратная пружина 18 оттягивает мембрану 6 в сторону приводной камеры 8 и химический реагент через впускной клапан 4 заполняет дозаторную камеру 7, увеличивая, тем самым, ее объем до максимального размера, определяемого ограничителем хода 19 мембраны 6. По окончании заполнения дозаторной камеры 7 химическим реагентом блок управления через заданный промежуток времени закрывает второй управляемый клапан 13. Дозатор реагента для котельной находится в исходном состоянии.

При расположении выходного патрубка 20 емкости 2 для химического реагента на уровне или над уровнем во вход впускного клапана 4 мембранного дозатора 3 не требуется дополнительно создавать разрежение в дозаторной камере 7 для полного заполнения дозаторной камеры, обеспечивая при этом подачу реагента в подпитывающий трубопровод 1 с высокой точностью дозирования. Это позволяет уменьшить необходимый для работы мембранного дозатора перепад давления, не потеряв при этом полноты заполнения реагентом дозаторной камеры и, тем самым, точности дозирования. Сочетание наличия в модуле химической водоподготовки котельной подпружиненного обратного клапана 9 в подпитывающем трубопроводе 1, создающего стабильный небольшой перепад давления, практически не зависящий от величины расхода воды на подпитку, с расположением выходного патрубка 20 емкости 2 химического реагента на уровне или над уровнем во вход впускного клапана 4 мембранного дозатора 3 обеспечивает стабильную и точную работу мембранного дозатора.

Использование модуля химической водоподготовки для котельной позволяет при минимальных габаритах и простоте конструкции обеспечить надежное и точное дозирование химического реагента в подпитывающий трубопровод, позволяющее использование модуля химической водоподготовки в малогабаритных котельных и тепловых узлах, расширяя тем самым арсенал технических средств.

В настоящее время модуль химической водоподготовки прошел испытания с положительными результатами, которые полностью подтвердили заявленные технические характеристики и готовится его серийное производство для использования в котельных.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах водоподготовки для дозирования реагентов в малогабаритных котельных и тепловых пунктах. Модуль химической водоподготовки котельной содержит подпитывающий трубопровод 1, емкость 2 для химического реагента. Трубопровод связан с всасывающим 10 и перепускным 11 трубопроводами. Емкость связана с подпитывающим трубопроводом 1 через канал 16 с впускным 4 и выпускным 5 клапанами мембранного дозатора 3. Два управляемых моментом открытия/закрытия клапана 12 и 13 установлены на перепускном трубопроводе 11. Клапан 13 подключен к линии дренажа. Патрубок 15 подключен между двумя клапанами 11 и 13 и связывает перепускной трубопровод 11 с приводной камерой 8 мембранного дозатора 3. На подпитывающем трубопроводе 1 между всасывающим 10 и перепускным 11 трубопроводами установлен подпружиненный обратный клапан 9. Всасывающий трубопровод 10 подключен к подпитывающему трубопроводу 1 за выходом подпружиненного обратного клапана 9, а перепускной трубопровод 11 - перед входом в подпружиненный обратный клапан 9. Выходной патрубок 20 емкости 2 химического реагента расположен на уровне или над уровнем во вход впускного клапана 4 мембранного дозатора 3. Технический результат: точное дозирование химического реагента при минимальных габаритах и простоте конструкции. 1 ил.

Модуль химической водоподготовки котельной, содержащий подпитывающий трубопровод, связанный с всасывающим и перепускным трубопроводами, емкость для химического реагента, связанная с подпитывающим трубопроводом через канал с впускным и выпускным клапанами мембранного дозатора, два управляемых моментом открытия/закрытия клапана, установленных на перепускном трубопроводе, второй из которых по ходу движения воды подключен к линии дренажа, патрубок, подключенный между двумя клапанами, связывающий перепускной трубопровод с приводной камерой мембранного дозатора, отличающийся тем, что на подпитывающем трубопроводе между всасывающим и перепускным трубопроводами установлен подпружиненный обратный клапан, при этом всасывающий трубопровод подключен к подпитывающему трубопроводу за выходом подпружиненного обратного клапана, а перепускной трубопровод – перед входом в подпружиненный обратный клапан, кроме того, выходной патрубок емкости химического реагента расположен на уровне или над уровнем во вход впускного клапана мембранного дозатора.