водяная закрытая система централизованного теплоснабжения

Формула изобретения

Водяная закрытая система централизованного теплоснабжения, содержащая источник, тепловую сеть, состоящую из подающей и обратной магистралей, и тепловые пункты на вводах тепловой сети в здания, каждый из которых включает в себя вводные участки подающей и обратной магистралей тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы системы отопления здания, подогреватели водопроводной и сетевой воды, установленные на вводном участке обратной магистрали тепловой сети, а также перемычку, соединяющую вводные участки подающей и обратной магистралей тепловой сети, отличающаяся тем, что указанная перемычка подключена к подающей магистрали до места установки на этой магистрали какой-либо арматуры управления расходом сетевой воды внутри магистрали на теплопункт, а к обратной магистрали после мест установки на этой магистрали подогревателей, а также какой-либо арматуры управления расходом внутри вводного участка обратной магистрали, считая в обеих магистралях по ходу движения сетевой воды в них, причем на перемычке установлен регулятор перепада давлений сетевой воды внутри вводных участков подающей и обратной магистралей тепловой сети, суммарного расхода сетевой воды, состоящего из расходов, проходящих через теплопункт и перемычку к нему, и проводимости узла, состоящего из теплопункта и перемычки к нему, а на самих вводных участках подающей и обратной магистралей тепловой сети установлены соответственно до и после подключения к ним перемычки, считая опять по ходу движения сетевой воды в той и другой магистралях, датчики давлений, связанные с регулятором импульсными линиями давлений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области централизованного теплоснабжения, в частности к устройству водяных систем теплоснабжения, обеспечивающих все виды тепловых нагрузок, в которых часть или все абонентские отопительные установки, а в промышленности или сельском хозяйстве также и технологические установки, в процессе эксплуатации могут периодически подвергаться искусственным регулировкам по величине пропускаемого через ту или иную установку расхода сетевой воды вплоть до полного их отключения с повторным затем включением по причинам, например, возникновения в них аварийных ситуаций, переходов на дежурное отопление или по условиям технологии, причем расходы сетевой воды через подогреватели водопроводной воды установок горячего водоснабжения, если таковые имеются в той или иной закрытой системе, обязательно изменяются вручную или автоматически авторегуляторами температуры нагрева водопроводной воды по причине естественного изменения во времени водоразборов горячей воды. При искусственной регулировке расхода сетевой воды, например, через любую отопительную установку в сети происходит самопроизвольное изменение потокораспределения, а потому гидравлического режима, графика давлений и перепадов давлений во всех точках, в результате чего у каждой из остальных отопительных или технологических установок системы, не подвергающихся искусственным регулировкам и не защищенных авторегуляторами расхода РР, самопроизвольно изменяется расход, т.е. происходит ее гидравлическая разрегулировка; аналогичные явления происходят в результате действия авторегуляторов температуры, входящих в состав абонентских установок горячего водоснабжения, у которых подогреватели водопроводной воды включены по параллельной схеме, причем как при подключении этих установок непосредственно к сети, так и при подключении к ответвлениям от сети к соответствующим отопительным установкам, поскольку эти ответвления можно с полным правом считать прямыми продолжениями сети, или включены по двухступенчатой смешанной схеме, а также в результате действия авторегулятора отопления или дроссельных диафрагм у абонентских систем, содержащих отопительные установки и установки горячего водоснабжения с одно или двухступенчатой последовательными схемами включения подогревателей водопроводной воды, поскольку авторегуляторы температуры, отопления, дроссельные диафрагмы изменяют расход, отбираемый из сети на ту или иную абонентскую установку горячего водоснабжения или указанную абонентскую системы в целом.

Известно устройство системы, содержащее на источнике сетевой насос, подогреватели сетевой воды и оборудование для подпитки сети, в котором на вводах ко всем отопительным или технологическим установкам или установкам горячего водоснабжения и отопительные, установлены только запорные органы (Громов Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей, М. Энергия, 1974, с.12 рис.1-3). Наличие запорного органа на том или ином вводе свидетельствует о том, что этот ввод может быть, как минимум, отключен, например, при возникновении в соответствующей абонентской установке аварийной ситуации; у установок же горячего водоснабжения запорные органы должны в этом случае использоваться и как регулировочные органы, поскольку нагрузка горячего водоснабжения изменяется во времени.

Принципиальный недостаток такого технического решения состоит в том, что при ручной регулировке запорными органами с целью восстановления расчетных расходов через абонентские отопительные или технологические установки, которые не требуют или даже не допускают изменений расходов, гидравлический режим, графики давлений в сети, изменившиеся при искусственной регулировке отдельных или групп абонентов (отопительных или технологических установок, или установок горячего водоснабжения) в результате такой регулировки запорными органами не только не восстанавливаются, но даже наоборот еще более дополнительно изменяются (искажаются), поскольку при возрастаниях или снижениях давления перед тем или иным запорным органом приходится его соответственно прикрывать или приоткрывать, тем самым еще более увеличивая или уменьшая давление в сети перед запорным органом. Это делает переналадку системы при любых изменениях ее гидравлического режима весьма сложным и трудоемким процессом, требующим больших навыка и времени. Системы, в которых искусственные регулировки расходов через все или отдельные отопительные или технологические установки являются обычным явлением, и тем более, если абонентские системы располагают установками горячего водоснабжения с параллельной или двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды (заметим, что при смешанной схеме верхняя ступень подогревателя включена фактически параллельно к отопительной установке), точная наладка и переналадка искусственно нерегулируемых отопительных или технологических установок становится, в связи с постоянно меняющимся гидравлическим режимом, практически неосуществимой и потому приходится мириться с разрегулировками этих установок. Положение усугубляется еще и тем, что запорные органы, например, наиболее широко используемые задвижки, имеют весьма неблагоприятные гидравлические характеристики, что может быть причиной возникновения в системе при проведении наладок и переналадок "бросков" давлений. Последнее стало причиной появления даже указания о недопустимости использования задвижек в качестве регулирующих органов, что, однако, обычно выполнить невозможно по причине дефицитности авторегуляторов расхода РР, которые, будучи установленными на нерегулируемых искусственно вводах, могли бы снять проблему сохранения у них расходов.

Прототипом к предлагаемому техническому решению принято устройство системы, содержащее на источнике такое же оборудование, что и у описанного выше аналога, и реализующее все известные схемы включения в сеть подогревателей водопроводной воды абонентских установок горячего водоснабжения и подключения к сети абонентских отопительных установок (или установок отопительно-вентиляционных, вентиляционных), а некоторые или все абоненты, располагающие установками горячего водоснабжения с одно- или двухступенчатой последовательными схемами включения подогревателей водопроводной воды, используют авторегуляторы отопления или дроссельные диафрагмы в своем составе, в результате действия которых могут изменяться расходы, пропускаемые через абонентские системы, в целом, состоящие из указанных установок горячего водоснабжения и отопительных установок; в этой системе на вводах ко всем искусственно нерегулируемым в процессе эксплуатации по величинам расходов отопительным установкам у абонентов, не имеющих установок горячего водоснабжения или располагающих ими с параллельной или двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды, установлены как запорные органы (как и в аналоге), так и авторегуляторы расхода РР (Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети, М. Энергоиздат, 1982, с.58, рис.3-5). Заметим, что если даже предположить об отсутствии в этой системе искусственно регулируемых отопительных установок, то все равно гидравлический режим системы может изменяться в результате действия авторегуляторов температуры установок горячего водоснабжения с параллельной иди двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды или авторегулятор отопления или дроссельных диафрагм у абонентских систем в целом с одно- или двухступенчатой последовательными схемами включения подогревателей.

Основной принципиальный недостаток этого устройства системы такой же, что и у аналога, а именно то, что в результате действия авторегуляторов расхода РР у отопительных установок, которые не требуют изменений расходов сетевой воды через себя, после искусственных изменений расходов у других отопительных установок системы, или, например, в результате действия авторегуляторов температуры установок горячего водоснабжения гидравлический режим, графики давлений в сети не только не восстанавливается, но дополнительно еще больше изменяются (искажаются), так как при увеличениях или снижениях давлений в сети в точках подключения к ей той или иной искусственно нерегулируемой отопительной установки авторегулятор расхода РР у этой установки соответственно прикрывается или приоткрывается, в результате чего и происходят дополнительные внесения возмущений в гидравлический режим и график давлений сети. Важно подчеркнуть при этом, что при наличии в системе хотя бы даже одной отопительной установки, у которой в процессе эксплуатации требуется изменять расход, или даже одного абонента, располагающего установкой горячего водоснабжения с любой схемой включения подогревателя водопроводной воды, кроме случая применения последовательных схем включения с использование авторегулятора расхода РР в составе абонентской системы, обязательно возникает необходимость оснащения авторегуляторами РР буквально всех остальных отопительных установок системы (что0 собственно, и отражено в источнике информации для прототипа). Таким образом, устранение необходимости ручной переналадки отопительных установок и установок горячего водоснабжения, оборачивается увеличением начальной стоимости системы при значительном возрастании трудозатрат на ее обслуживание. Можно также отметить снижение надежности работы системы из-за постоянно повышенных, по сравнению с расчетными, давлений в подающем трубопроводе сети вследствие работы авторегуляторов РР, а также, в принципе, из-за увеличенного количества сложных элементов в системе, каковыми можно считать любые средства автоматического регулирования.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в системе на вводах ко всем установкам горячего водоснабжения с параллельной схемой включения подогревателей водопроводной воды при подключении этих установок как непосредственно к сети, так и к ответвлениям от сети к соответствующим отопительным установкам, на вводах в верхние ступени подогревателей водопроводной воды при двухступенчатой смешанной схеме их включения в установках горячего водоснабжения, на вводах ко всем отопительным установкам у абонентов, использующих параллельную или двухступенчатую смешанную схемы включения подогревателей водопроводной воды или не имеющих установок горячего водоснабжения, которые в процессе эксплуатации подвергают искусственным регулировкам по величине пропускаемого через ту или иную установку расхода сетевой воды, и на всех вводах к абонентским системам в целом, включающим установки отопления и горячего водоснабжения с одно- или двухступенчатой последовательными схемами включения подогревателей водопроводной воды и регуляторы отопления или дроссельные диафрагмы, установлены перемычки, соединяющие подающие и обратные трубопроводы вводов и подключенные до запорных органов на вводах, считая в любом случае по ходу воды в подающем трубопроводе того или иного ввода, каждая из которых содержит в своем составе регулировочный орган, предназначенный для изменения расхода сетевой воды, перепускаемого через перемычку. Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой устройства системы теплоснабжения, представленной на чертеже и содержащей источник 1, двухтрубную тепловую сеть 2 и примеры наиболее характерных для практики абонентских вводов:

вводы 3 и 4 к отопительным установкам, в первой из которых в процессе эксплуатации не требуется или даже не допускается изменений расходов сетевой воды, а во второй, наоборот, изменения расходов требуются, при любой из известных схем внутреннего устройства (содержания) этих вводов;

вводы 5 и 6 соответственно к подогревателю водопроводной воды и только к верхней ступени такого подогревателя абонентских установок горячего водоснабжения с известной схемой внутреннего устройства (содержания) этих установок, подключенных параллельно вводам соответственно 3 и 4 к подающим и обратным трубопроводам вводов 3 и 4 (т.е. на вводе 5 показана параллельная, а на вводе 6 двухступенчатая смешанная схемы включения подогревателей водопроводной воды, причем нижняя ступень 7 подогревателя в двухступенчатой смешанной схеме принадлежит фактически абонентской системе в целом 8, включающей установки отопления и горячего водоснабжения с вводами 4 и 6, так как через нее проходит сетевая вода, возвращающаяся из обеих этих установок; поэтому нижняя ступень, как элемент устройства, находящийся за пределами вводов 4 и 6, показана на чертеже специально, чтобы подчеркнуть ее принадлежность именно вводу 8 ко всей абонентской системе в целом, а также еще для показа места отбора импульса давлений для регулирующих органов, устанавливаемых на перемычках к абонентским вводам, согласно предлагаемому техническому решению);

вводы 9 и 10 к абонентским системам в целом, содержащим установки отопления и горячего водоснабжения с одно- или двухступенчатой последовательными схемами включения подогревателей водопроводной воды и с использованием в своем составе на вводе 9 регулятора отопления или дроссельной диафрагмы, а на вводе 10 регулятора расхода, при известных схемах внутреннего устройства (состава) этих вводов.

Вводы 9 и 10 представляют абонентов, расходы через отопительные установки которых в процессе эксплуатации не могут подвергаться искусственным изменениям, так как у абонентов, которых они представляют, используется принцип связанного регулирования нагрузок отопления и горячего водоснабжения, когда без авторегуляторов отопления или расхода, или в особо благоприятных условиях без дроссельной диафрагмы обойтись невозможно (если не считать возможность перенастройки самих авторегуляторов или возможное изменение проходного сечения диафрагмы, что можно выполнить только при выводе системы из работы); именно связанность работы установок отопления и горячего водоснабжения (невозможность независимого регулирования каждой из них отдельно от другой) не позволяет выделять из вводов 9 и 10 к абонентским системам в целом отдельные вводы к установкам отопления и горячего водоснабжения, в отличие от того, как это сделано в отношении вводов 4 и 6, выделенных из единого ввода 8 ко всей абонентской системе в целом; кстати, также и другая пара вводов вводы 3 и 5 являются выделенными из ввода 11 к единой абонентской системе в целом (другими словами, одному абоненту принадлежит пара вводов 3 и 5 или 4 и 6, независимых в работе, но объединенных в единый ввод соответственно 11 или 8 к абонентской системе в целом).

Из всех показанных на чертеже 1 абонентских вводов к установкам отопления и горячего водоснабжения (вводы 3, 4, 5, 6) или к абонентским системам в целом (вводы 8,10, а также 8 и 11) выделены и показаны принадлежащие этим вводам и обязательные к установке на любом вводе (на подающем и обратном трубопроводах) запорные органы соответственно 12 (на вводах 3, 4, 5, 6) или 13 (на вводах 9, 10, 8, 11), что сделано специально для того, чтобы показать места установки на вводах перемычек 14, которые введены в систему в соответствии с предлагаемым техническим решением, а также мест отбора импульсов давлений для регулировочных органов 15, установленных на всех перемычках 14. Заметим, что конструкции запорных органов 12 и 13 могут быть одинаковыми, а различная нумерация введена для того, чтобы отразить принадлежность одних из этих органов к установкам отопления или горячего водоснабжения, других к абонентским системам в целом, включающим как установки отопления, так и установки горячего водоснабжения.

Перемычки 14 установлены на вводах 4, 5, 6, 9 перед их запорными органами 12 или 13, считая в любом случае по ходу воды в подающем трубопроводе любого из этих вводов, а места отборов импульсов давлений для регулировочных органов 15 на перемычках 14 следующие:

на вводе 4: на подающем и обратном трубопроводах ввода 4 до точек подключения к этим трубопроводам перемычки 14 ввода 4, но после точек подключения к этим трубопроводам подающего и обратного трубопроводов ввода 6 (ввод же 6 подключен к трубопроводам ввода 4 после запорных органов 13 ввода 8, причем обратный трубопровод ввода 6 подключен, согласно известной схеме, после элемента 7), считая всегда по ходу воды в подающих трубопроводах вводов 4, 6, 8 (как уже говорилось выше, трубопроводы ввода 4 по отношению к вводу 6 можно рассматривать как прямое продолжение сети);

на вводе 6: на подающем и обратном трубопроводах ввода 4 до точек подключения к этим трубопроводам ввода 6, но после мест установки запорных органов 13 и элемента 7 ввода 8 (опять же считая по ходу воды в подающих трубопроводах вводов 4 и 8);

на вводе 5: на подающем и обратном трубопроводах ввода 3 до точек подключения трубопроводов ввода 5, но после мест установки запорных органов 13 ввода 11;

на вводе 9 на подающем и обратном трубопроводах ввода 9 до точек подключения к этим трубопроводам перемычки 14 этого ввода (или в подающем и обратном трубопроводах сети 2 до или после точек подключения к сети 2 ввода 9, причем в непосредственной близости к указанным точкам). На вводах 3 и 10 перемычки не установлены, причем на вводе 3 отсутствует и регулятор расхода РР, в отличие от подобного ввода в прототипе. Исключение необходимости установки авторегулятора расхода на вводе 3 связано с полной и постоянной стабилизацией гидравлического режима системы, обеспечиваемой использованием предлагаемого технического решения.

Вводы 9 и 10, как уже говорилось, не могут работать без регулятора отопления или дроссельной диафрагмы (ввод 9), либо без регулятора расхода (ввод 10) в составе (внутри) этих вводов, в соответствии с известными схемами устройства, и потому на чертеже не показаны. Однако, при использовании регулятора отопления иди дроссельной диафрагмы расход через отопительную установку абонента все же может изменяться в результате действия авторегулятора отопления или самопроизвольного изменения пропуска через себя дроссельной диафрагмой, поэтому на вводе 9 и установлена перемычка 14 с регулировочным органом 15 в ее составе; в случае же использования в составе абонентской системы авторегулятора расхода (ввод 10) расход через отопительную установку не может изменяться, поэтому на вводе 10 перемычку ставить не нужно. Ввод 10 к соответствующей абонентской системе в целом можно рассматривать как аналогию вводу 3 к абонентской отопительной установке, расход через которую в процессе эксплуатации не подвергают искусственным изменениям.

Представленные на чертеже примеры абонентских вводов являются не только наиболее характерными для практики, но в определенном смысле, и обобщающими. Так, если абонент располагал бы только отопительной или технологической установкой, то схема этого ввода на чертеже представилась бы такой же, что и схема ввода 3, но без подключенного к этому вводу (к его подающему и обратному трубопроводам) ввода 5, если расход через отопительную установку в процессе эксплуатации не подвергают изменениям, или такой же, что и схема ввода 4, но без ввода 6 и элемента 7, если бы расход через отопительную установку изменялся. Также, если абонент располагал бы только установкой горячего водоснабжения, тогда схема этого ввода была аналогичной вводу 5, но с подключением подающего и обратного трубопроводов этого ввода непосредственно к сети и с забором импульсов давлений в точках подключения ввода к сети 2.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

При искусственном изменении расхода сетевой воды, например, через ввод 4, регулируют величину расхода, перепускаемого по перемычке 14 к этой установке, с помощью регулирующего органа 15 (пусть это будет задвижка, допускаемая в случае отопительной установки) до того момента, пока не восстановятся давления в сети в точках подключения к ней этой установки, контролируя величину давлений по показаниям манометров, которые должны, согласно современным требованиям, в обязательном порядке устанавливаться в указанных точках сети в любом случае, в том числе в прототипе и аналоге. Если на перемычке 14 в качестве регулирующего органа использован авторегулятор, способный изменять расход через себя по получению импульсов давлений до момента восстановления исходных (расчетных) значений этих давлений, тогда изменение величины перепуска происходит автоматически. В обоих случаях сохраняется суммарный расход сетевой воды, складывающийся из расхода, проходящего через установку и помимо ее по перемычке 14. Аналогичные действия авторегуляторов, способных изменять расход через себя по получению импульсов давлений (изменений их), происходит и на перемычке 14 к любой из установок горячего водоснабжения, когда срабатывает авторегулятор температуры, обязательно входящий в состав установки горячего водоснабжения, изменяя расход греющей сетевой воды через подогреватель водопроводной воды (или только верхнюю ступень подогревателя в случае двухступенчатой смешанной схемы его включения, в отличие от параллельной схемы включения в первом случае), и на перемычке 14 к любой из абонентских систем в целом, использующих последовательные схемы включения подогревателей водопроводной воды (на чертеже ввод 9), когда срабатывает авторегулятор отопления или действует дроссельная диафрагма, входящие в обязательном порядке в состав этих вводов. Заметим, что на вводах к установкам горячего водоснабжения или абонентских систем в целом, использующих авторегуляторы отопления или дроссельные диафрагмы в своем составе при последовательных системах включения подогревателей водопроводной воды, могут быть использованы в составе перемычек 14 только авторегулирующие органы 15.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого технического решения связан с абсолютной стабилизацией гидравлического режима работы системы независимо от любых изменений в ее режимном состоянии, вызываемых искусственными изменениями расходов сетевой воды через отдельные отопительные установки или группы таких установок, или, например, работой авторегуляторов температуры установок горячего водоснабжения, что полностью исключает необходимость переналадок всех искусственно нерегулируемых по величине пропускаемого расхода сетевой выходы отопительных установок при изменениях режимного гидравлического состояния системы и этим упрощает и удешевляет обслуживание системы.

Если система содержит большое число абонентов, не имеющих установок горячего водоснабжения или располагающих ими с параллельной или двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды, у которых отопительные установки в процессе эксплуатации не требуют или даже не допускают изменений проходящей через них сетевой воды (наиболее представительный случай на практике), тогда предлагаемое решение исключает необходимость оснащения авторегуляторами расхода РР отопительных установок, не подвергающихся искусственным регулировкам, т.е. исключает необходимость сплошной автоматизации вводов; это удешевляет систему, дополнительно снижает трудозатраты на ее обслуживание или устраняет целесообразность устройства, например, групповых абонентских вводов, используемых сейчас с целью снижения необходимого количества авторегуляторов расхода РР, с чем, однако, связаны, как известно, многие проблемы (главная интенсивная коррозия наружных коммуникаций горячего водоснабжения). Можно обойтись без оснащения автоматикой расхода (в данном случае установленной на перемычках 14) даже искусственно регулируемых в процессе эксплуатации по величине пропускаемого расхода сетевой воды отопительных установок, используя для этого простые задвижки, вменив в обязанность персонала при производстве изменений расходов через отопительные установки одновременно изменять и величину перепуска через перемычки 14, тем более, что расположены последним рядом с органами 12 или 13, с помощью которых производится изменение расходов через установки.

Одновременно повышается надежность работы системы, в связи со стабилизацией графика давлений в сети, и, по этой причине, снижением среднегодовой величины давлений в сети (в подающем ее трубопроводе), возможностью отключения искусственно регулируемых отопительных установок, а также установок горячего водоснабжения с параллельной или двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды при возникновении в них аварийных ситуаций без нарушения гидравлического режима системы, а также в связи с уменьшением количества сложных элементов в системе таковыми, в принципе, являются любые устройства автоматического регулирования.

В системах, в которых все абоненты системы располагают установками как отопительными, так и горячего водоснабжения с параллельной или двухступенчатой смешанной схемами включения подогревателей водопроводной воды, причем все абонентские отопительные установки в процессе эксплуатации не подвергают искусственным регулировкам по величине пропускаемых расходов сетевой воды, количество авторегуляторов в системе остается таким же, как в прототипе, так как эти авторегуляторы при использовании предлагаемого решения, оказываясь не нужными на вводах в отопительные установки, должны теперь быть установлены на вводах абонентских установок горячего водоснабжения (на перемычках 14 к ним). Это, однако, не удаляет главных достоинств предлагаемого решения.

Предлагаемое решение не увеличивает затраты энергии на перекачку воды в системе, по сравнению с прототипом и аналогом. В прототипе авторегуляторы расхода РР, а в аналоге запорные органы типа задвижек, необходимые на всех абонентских вводах, хотя и уменьшают суммарный расход воды, отпускаемый перепад давлений на источнике (по причине показанного выше характера тех действий при регулировании) и это увеличение гасит эффект от снижения отпускаемого расхода. В предлагаемом же решении стабилизированы как расход, отпускаемый с источника, так и перепад давлений на источнике, в результате чего затраты энергии на перекачку сохраняются равными расчетным затратам.