Теплоснабжающая установка

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к локальным сетям теплоснабжения. Теплоснабжающая установка содержит нагреватель-испаритель в виде пропульсивного водомета, входной патрубок которого снабжен обратным клапаном и соединен с прямой линией подачи горячей воды, а выходной патрубок подключен непосредственно к соплу смесительного инжектора, входной патрубок которого также соединен с прямой линией подачи горячей воды. Пропульсивный водомет содержит камеру, верхняя воронкообразная часть которой имеет тангенциальные патрубки, один из которых соединен с обратным клапаном. Внутри цилиндрической части камеры размещен предохранительный клапан, включающий пустотелый шток, седло, выполненное заодно с дном камеры, и выходной патрубок. Шток расположен внутри поршня-вытеснителя, закрепленного на упругой крышке камеры с зазором относительно воронкообразной поверхности камеры. Верхний торец штока соединен с поршнем посредством сильфона и снабжен рымболтом. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости, а также повышение надежности и автономности теплоснабжающей установки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к локальным сетям теплоснабжения.

Известна теплоснабжающая установка, содержащая обратный и прямой трубопроводы сетевой воды с включенными между ними сетевым насосом и поверхностным нагревателем [1].

Недостатком этой установки является применение дорогостоящего насосного оборудования, имеющего недостаточную надежность и требующего большого расхода электроэнергии на привод насоса. Кроме того, поверхностные нагреватели обладают тепловой инерционностью, затрудняющей наиболее полное использование теплотворной способности топлива.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является теплоснабжающая установка, содержащая испаритель с патрубками подвода воды и отвода пара, последний из которых соединен с конденсатором, подключенным входным патрубком через сетевой насос к обратному трубопроводу, а выходным патрубком - к прямому трубопроводу сетевой воды, конденсатор и сетевой насос выполнены заодно в виде парового смесительного инжектора, причем испаритель снабжен патрубком для отвода горячей воды, соединяющим испаритель с обратным трубопроводом до инжектора, а патрубком подвода воды через дополнительную питательную линию - с прямым трубопроводом за инжектором. Установка снабжена регуляторами расхода сетевой воды и подачи горячей воды [2].

Недостатком известной установки является сложность конструкции с высокими давлениями и температурами, которые неприемлемы для небольших чугунных котлов локальных сетей индивидуального теплоснабжения квартир, коттеджей и небольших производственных площадей с ограниченным запасом сетевой воды.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости, а также повышение надежности и автономности теплоснабжающей установки.

Для решения поставленной задачи предлагается теплоснабжающая установка, содержащая нагреватель-испаритель с патрубками подвода воды и отвода пара, последний из которых соединен с паровым смесительным инжектором, имеющим выход к прямой линии подачи горячей воды потребителю, и регулятор подачи горячей воды. В отличии от прототипа испаритель выполнен в виде пропульсивного водомета, входной патрубок которого снабжен обратным клапаном и соединен с прямой линией подачи горячей воды, а выходной патрубок подключен непосредственно к соплу смесительного инжектора, входной патрубок которого также соединен с прямой линией подачи горячей воды. Пропульсивный водомет содержит камеру, верхняя воронкообразная часть которой имеет тангенциальные патрубки, один из которых соединен с обратным клапаном. Нижняя цилиндрическая часть камеры снабжена наружным оребрением. Внутри цилиндрической части камеры размещен предохранительный клапан, состоящий из пустотелого штока, седла, выполненного заодно с дном камеры, и выходного патрубка. Шток расположен внутри поршня-вытеснителя, закрепленного на упругой крышке камеры с зазором между нижней поверхностью поршня и сопряженной с ней воронкообразной поверхностью камеры, а верхний торец штока соединен с поршнем посредством упругого звена и снабжен рымболтом для обеспечения возможности регулирования подачи горячей воды путем фиксации штока предохранительного клапана в открытом положении.

В качестве упругого звена применен сильфон, соединяющий поршень и верхний торец штока.

Для ускоренного пуска теплоснабжающей установки воронкообразная часть камеры пропульсивного водомета через второй дополнительный патрубок связана с вентилем подключения внешнего источника пара или сжатого воздуха.

Для режима частичных тепловых нагрузок выходной патрубок инжектора соединен с вертикальной трубой газлифта, подключенной к накопительному баку горячей воды, снабженному предохранительным воздушным клапаном.

На чертеже представлена схема теплоснабжающей установки с продольным разрезом пропульсивного водомета.

Теплоснабжающая установка содержит два контура теплоносителя. Первый состоит из водогрейного котла 1 с топкой 2, патрубка 3 подвода сетевой воды к котлу от сетевого вентиля 4, парубка 5 отвода горячей воды, соединенного со смесительным инжектором 6. Выход инжектора 6 через вертикальную трубу газлифта 7 подсоединен к накопительному баку 8 горячей воды. Между баком 8 и котлом 1 установлены радиаторы отопления 9, а на крышке бака 8 - предохранительный воздушный клапан 10.

Второй контур содержит пропульсивный водомет (на чертеже выделен пунктиром), имеющий на входе обратный клапан 11, соединенный с патрубком 5 отвода горячей воды, а выходной патрубок 12 пропульсивного водомета непосредственно подключен к соплу смесительного инжектора 6.

Пропульсивный водомет содержит камеру 13. Верхняя воронкообразная часть камеры имеет подводящие патрубки. Тангенциальный патрубок 14 предназначен для подвода в камеру 13 воды и подсоединен к обратному клапану 11, а второй дополнительный патрубок 15 служит для обеспечения возможности подачи в камеру 13 пара или сжатого воздуха от внешнего альтернативного источника и снабжен вентилем 16. Цилиндрическая часть камеры 13 имеет наружное оребрение 17 для увеличения поверхности нагрева и в основном режиме предназначена для быстрого нагрева воды и парообразования. Она закрепляется в горячем потоке топочных газов, например, в камере догорания и отвода продуктов сгорания, имеющейся у большинства котлов промышленного производства (на чертеже места крепления камеры условно обозначены осевой линией) [3].

Внутри камеры размещен предохранительный клапан, включающий легкий пустотелый шток 18, седло 19, выполненное заодно с дном камеры 13, и выходной патрубок 12. Шток 18 проходит через массивный поршень-вытеснитель 20, закрепленный на упругой мембранной крышке 21 камеры 13 с зазором между нижней поверхностью поршня и сопряженной с ней воронкообразной поверхностью камеры 13. Поршень 20 связан через упругий сильфон 22 с верхним торцем пустотелого штока 18. Во избежание непроизводительной утечки пара или сжатого воздуха поршень дополнительно содержит кольцевую уплотнительную манжету 23, охватывающую шток 18 предохранительного клапана, что позволяет вместо сильфона использовать также цилиндрическую пружину. В конструкции установки при необходимости предусмотрена возможность фиксации штока в открытом положении. Для этого на верхнем торце штока 18 закреплен рымболт 24 и вне пропульсивного водомета - неподвижный фиксатор 25. Шток 18 выполнен пустотелым для облегчения конструкции и уменьшения его инерционности; в сравнении со штоком поршень 20 тяжелый и массивный для целей создания давления на шток предохранительного клапана до его открытия.

Предлагаемая установка работает следующим образом. После заправки котла 1 сетевой водой от вентиля 4 и розжига топки 2 вода в котле начинает постепенно нагреваться. Часть воды поступает через обратный клапан 11 в камеру 13, где довольно быстро начинает испаряться. Предохранительный клапан закрыт до момента, когда давление пара уравнивается весом поршня и штока. С увеличением давления пара массивный поршень-вытеснитель 20 приподнимается вместе с центральной частью мембранной крышки 21. При этом шток 18 предохранительного клапана некоторое время удерживается в закрытом состоянии под действием собственного веса и избыточного давления на площадь поперечного сечения выходного патрубка 12 клапана. Однако по мере подъема поршня-вытеснителя 20 и соответствующего сжатия упругой оболочки сильфона 22 подъемная сила, приложенная к торцу штока 18, нарастает и происходит скачкообразное открытие предохранительного клапана, которое сопровождается резким прорывом пароводяной смеси из камеры 13 в выходной патрубок 12 и быстрым опусканием поршня-вытеснителя 20 ниже первоначального положения равновесия вследствие его большой инерционности. С небольшой задержкой опускается и шток 18, который прижимается к седлу 19 выходного патрубка усилием растянутой оболочки сильфона 22. После закрытия предохранительного клапана поршень-вытеснитель 20 приподнимается в исходное положение равновесия, создавая в камере 13 разрежение, которое обеспечивает поступление через обратный клапан 11 очередной порции воды, впрыскиваемой через тангенциальное сопло 14 по касательной к внутреннему периметру воронкообразной части камеры так, что она поступает в оребренную цилиндрическую часть камеры не сразу, а по спирали, что обеспечивает необходимую задержку начала испарения и возрастания давления. При этом пароводяная смесь, выброшенная в выходной патрубок 12, поступает в сопло смесительного инжектора 6, где увлекает за собой в вертикальную трубу газлифта 7 значительную массу подогретой воды из котла 1 по патрубку 5.

По мере подъема паровых пузырьков по трубе газлифта 7 они конденсируются, отдавая тепло фазового перехода окружающей жидкости, которая дополнительно подогревается вне котла 1 и поступает в накопительный бак 8, откуда самотеком подается в радиаторы отопления 9 и в охлажденном виде - во входной патрубок 3 сетевой воды котла 1, после чего весь цикл повторяется.

При работе топки 2 в режиме частичной нагрузки для циркуляции теплоносителя достаточно тепловой конвекции, поэтому второй контур с пропульсивным водометом может быть нейтрализован путем блокировки штока 18 предохранительного клапана в открытом положении при помощи рымболта 24 и неподвижного фиксатора 25.

В режиме ускоренного пуска теплоснабжающей установки даже при непрогретой топке 2 воронкообразная часть камеры 13 пропульсивного водомета может быть через вентиль 16 подключена к внешнему источнику сжатого воздуха или пара, которые обеспечивают автономную работу пропульсивного водомета независимо от нагрева топки 2, так как подача горячего сжатого воздуха непосредственно от компрессора (на чертеже не показан) эквивалентна внутреннему парообразованию, а передача теплоты фазового перехода - охлаждению горячих пузырьков воздуха, который после расширения до атмосферного давления в предохранительном воздушном клапане 10 охлаждаются до температуры ниже температуры окружающей среды. То есть компрессия и продувка устройства сжатым воздухом обеспечивает режим теплового насоса с отбором тепла от окружающей среды.

Заявленная теплоснабжающая установка имеет более простую компоновку, содержит меньше конструктивных элементов, а следовательно, имеет меньшие габариты и стоимость.

Таким образом, благодаря введению второго контура с пропульсивным пароводометом теплоснабжающая установка обеспечивает интенсивный теплообмен и теплопередачу энергии топлива при локальном испарении и конденсации лишь незначительной части теплоносителя без применения механической и электрической энергии, что сокращает расход энергии на собственные нужды и насосные потери, повышает надежность и автономность установки при работе в комплекте с небольшими водогрейными котлами типа ВНИИСТО-М4, обеспечивающими температуру нагрева до 95^oС, и ограниченной по мощности сетью водоснабжения с номинальным давлением не более 0,6 МПа [3].

Источники информации 1. Соловьев Ю. П. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1975, с.34-35.

2. Авторское свидетельство СССР 1101628, F 24 H 1/08.

3. Немцев З. Ф., Арсеньев Г.В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат, 1982, с.273, 306.

Формула изобретения

1. Теплоснабжающая установка, содержащая нагреватель-испаритель с патрубками подвода воды и отвода пара, последний из которых соединен с паровым смесительным инжектором, имеющим выход к прямой линии подачи горячей воды потребителю, и регулятор подачи горячей воды, отличающаяся тем, что испаритель выполнен в виде пропульсивного водомета, входной патрубок которого снабжен обратным клапаном и соединен с прямой линией подачи горячей воды, а выходной патрубок подключен непосредственно к соплу смесительного инжектора, входной патрубок которого также соединен с прямой линией подачи горячей воды, при этом пропульсивный водомет содержит камеру, верхняя воронкообразная часть которой имеет тангенциальные патрубки, один из которых соединен с обратным клапаном, внутри нижней цилиндрической части камеры размещен предохранительный клапан, состоящий из пустотелого штока, седла, выполненного заодно с дном камеры, и выходного патрубка, шток расположен внутри поршня-вытеснителя, закрепленного на упругой крышке камеры с зазором между нижней поверхностью поршня и сопряженной с ней воронкообразной поверхностью камеры, а верхний торец штока соединен с поршнем посредством упругого звена и снабжен рымболтом для обеспечения возможности регулирования подачи горячей воды путем фиксации штока предохранительного клапана в открытом положении.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что поршень и верхний торец штока соединены посредством сильфона.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что воронкообразная часть камеры через второй дополнительный патрубок связана с вентилем подключения внешнего источника пара или сжатого воздуха.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходной патрубок инжектора соединен с вертикальной трубой газлифта, подключенной к накопительному баку горячей воды, снабженному предохранительным воздушным клапаном.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нижняя цилиндрическая часть камеры снабжена наружным оребрением.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.06.2009

Извещение опубликовано: 20.06.2009        БИ: 17/2009

---