Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕВ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к централизованному теплоснабжению жилых, общественных и промышленных зданий.

Известно устройство для регулирования расхода тепла на отопление в системы теплоснабжения (патент 1218262, МКИ F24D 3/00, 1986, бюл. №10), содержащее подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе и регулирующим клапаном в перемычке, два реле, два конечных выключателя с источником питания, выходы регулятора расхода соединены с переключающим контактом соответствующих реле, имеющих размыкающие контакты, соединенные с приводом регулирующего клапана в прямом трубопроводе, и замыкающие контакты.

Недостатком являются высокие энергозатраты на привод насоса смешения, обусловленные необходимостью преодоления дополнительного гидравлического сопротивления из-за осуществления процесса регулирования прохождения теплоносителя через регулирующий клапан в перемычке путем уменьшения его проходного сечения. Кроме того, наличие пары реле и конечных выключателей снижает эксплуатационную надежность из-за низкой их электромеханической прочности при длительном контактно-периодическом взаимодействии.

Известно устройство для автоматизированного 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 отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе (патент РФ №2485407, МПК F24D 3/00, опубл. 20.06.2013).

Недостатком являются энергозатраты, обусловленные необходимостью демонтажных работ по замене перемычки, соединяющей подающий и обратный трубопроводы с насосом смещения, разрушающейся при длительной эксплуатации под воздействием загрязнений, поступающих из обратного трубопровода.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат путем поддержания нормированных сроков эксплуатации устройства для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения за счет снижения разрушающего воздействия загрязнений, поступающих из обратного трубопровода на внутреннюю поверхность перемычки, что достигается осуществлением покрытия внутренней поверхности перемычки наноматериалом в виде стеклоподобной пленки.

Технический результат по снижению энергозатрат достигается тем, что устройство для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения содержит подающий и обратный трубопроводы, перемычку, соединяющую подающий и обратный трубопроводы с насосом смешения, регулятор расхода тепла на отопление с датчиками температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, регулирующий клапан с приводом в подающем трубопроводе, при этом 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, при этом внутренняя поверхность перемычки, соединяющей подающий и обратный трубопроводы, покрыта наноматериалом в виде стеклоподобной пленки.

На фиг. 1 схематично представлено предлагаемое устройство, на фиг. 2 - продольный разрез перемычки с нанопокрытием внутренней поверхности.

Устройство состоит из подающего трубопровода 1, обратного трубопровода 2, перемычки 3, соединенной с подающим 1 и обратным 2 трубопроводами, насосом смешивания 4 на перемычке 3, регулятора расхода тепла на отопление 5 с датчиком температуры воды на отопление 6, датчиком температуры наружного воздуха 7, регулирующим клапаном 8 на подающем трубопроводе 1. Регулятор расхода тепла на отопление 5 включает регистратор температуры наружного воздуха 9 с датчиком 7 и регистратор температуры воды 10 на отопление с датчиком 6. Регистратор температуры наружного воздуха 9 содержит блок сравнения 11 и блок задания 12, при этом блок сравнения 11 соединен с входом электронного усилителя 13, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 14, кроме того, блок сравнения 11 соединен с датчиком 7 температуры наружного воздуха. Выход электронного усилителя 13 соединен с входом магнитного усилителя 15 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, который размещен между приводом 17 и регулирующим клапаном 8 на подающем трубопроводе 1. Регистратор температуры воды 10 содержит блок сравнения 18 и блок задания 19, при этом блок сравнения 18 соединен с входом электронного усилителя 20, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 21, кроме того, блок сравнения 18 соединен с датчиком 6 температуры воды на отопление. Выход электронного усилителя 20 соединен с входом магнитного усилителя 22 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, который размещен между приводом 24 и насосом смешивания 4 на перемычке. Внутренняя поверхность 25 перемычки 3, соединяющей подающий трубопровод 1 и обратный трубопровод 2, покрыта наноматериалом в виде стеклоподобной пленки 26.

Устройство для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения работает следующим образом.

Вода после потребителей тепловой энергии, например, нагревательных приборов, перемещается по обратному трубопроводу 2, насыщенная загрязнениями и с высокой степенью концентрации как парообразных, так и преимущественно твердых (ржавчина, окалина и т.д.) частиц, поступает на перемычку 3, где эти загрязнения интенсивно налипают на ее внутреннюю поверхность 25. В результате работы насоса смешивания 4 создается перепад давления в перемычке 3 между обратным трубопроводом 2 и подающим трубопроводом 1, который воздействует на налипающие по внутренней поверхности 25 парообразные пузырьки. Последующие, непрерывно происходящие перемещения парообразных пузырьков и твердых загрязнений, перемещающихся с потоком перекачиваемой воды, приводят к разрывности целостности потока, т.е. внезапным гидравлическим ударам, вызывающим повреждение металла, т.е. возникновению кавитации (см., например, Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Изд. 8 М.: Изд. МЭИ, 2009. - 257 с., ил.).

Следовательно, последующая эксплуатация устройства для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения приводит к необходимости замены перемычки и, как следствие, дополнительных энергозатрат, связанных с демонтажными работами. При покрытии наноматериалом в виде стеклоподобной пленки 26 внутренней поверхности 25 перемычки 3 загрязнения не налипают и, соответственно, не образуются парообразные пузырьки, которые перемещаются в подающий трубопровод 1. В результате смешивания очищенной воды, поступающей в подающий трубопровод 1 из источника тепловой энергии, и воды из обратного трубопровода 2, концентрация загрязнений резко уменьшается, что обеспечивает условия длительной эксплуатации устройства автоматизированного регулирования расхода тепла (см., например, Киш Л. Кинетика электрохимического растворения металлов. М.: МИР, 1990. - 272 с., ил.).

Известно, что наличие клапана в трубопроводе как регулирующего устройства просто, но низкоэффективно из-за снижения его теплофизических параметров - давления, особенно на перемычке между подающим и обратным трубопроводами (см., например, Ионин А.А., Теплоснабжение. М.: Стройиздат. 1982. - 336 с., ил.), когда осуществляется частое регулирование расхода воды, что вызывает повышенный перерасход энергии на привод насоса смешения.

При наличии нормированной температуры наружного воздуха (см., например, СНиП «Строительная климатология и геофизика». М., 1993. - 80 с., ил.) и соответствующей температуры воды в подающей тепловой сети, регулятор скорости вращения 23 в виде порошковых электромагнитных муфт передает заданную мощность привода 17 и насос смешения 4 на перемычке 3 работает с необходимым расходом воды при оптимальных энергозатратах.

Если температура наружного воздуха понижается, что фиксируется датчиком 7, и сигнал, поступающий от него в регистратор температуры наружного воздуха 9 регулятора расхода тепла на отопление 5, становится меньше, чем сигнал от блока задания 12 и на выходе блока сравнения от блока задания 12, то на выходе блока сравнения 11 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электрического усилителя 13 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 14. За счет этого в электронном усилителе 13 компенсируется нелинейность характеристики привода 17 регулирующего клапана 8 на подающем трубопроводе 1. Сигнал с выхода электронного усилителя 13 поступает на вход магнитного усилителя 15, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Положительная полярность сигнала электронного усилителя 13 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 15, в регуляторе скорости вращения 16 возрастает момент от привода 17, открывая на большую величину регулируемый клапан 8, тем самым увеличивая подачи горячего теплоносителя по подающему трубопроводу 1 на отопление в системе теплоснабжения.

Увеличение расхода горячего теплоносителя в подающем трубопроводе 1 фиксируется датчиком температуры воды 6 на отопление, который при превышении нормированного значения (по условиям погодно-климатического расположения отапливаемого здания (см. СНиП 2.04.05-02 «Отопление, вентиляция, кондиционирование». М.: ЦНТП, 2004 г. - 94 с.) подает в регистратор температуры воды 10 сигнал, который становится большим, чем сигнал от блока задания 19, и на выходе блока сравнения 18 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 20 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 21. За счет этого в электронном усилителе 20 компенсируется нелинейность характеристики привода 24 насоса смешивания 4 на перемычке 3. Сигнал с выхода электронного усилителя 20 поступает на вход магнитного усилителя 22, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 20 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 22, в результате уменьшается момент от привода 24 и подача теплоносителя в систему теплоснабжения, что и приводит к уменьшению температуры в подающем трубопроводе 1 на отопление здания.

При кратковременном, в течение одних суток или нескольких дней в неделю, повышении температуры наружного воздуха под воздействием, например, солнечной радиации или оттепели, что фиксируется датчиком 7, сигнал, поступающий от него на регистратор температуры наружного воздуха 9 регулятора расхода тепла на отопление 5, становится большим, чем сигнал от блока задания 12, и на выходе блока сравнения 11 появится сигнал отрицательной обратной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 13 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 14. Сигнал с выхода электронного усилителя 13 поступает на ход магнитного усилителя, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 16 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 13 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 15, в регуляторе скорости вращения 16 снижется момент от привода 17, прикрывается регулирующий клапан 8, тем самым уменьшая подачу горячего теплоносителя по подающему трубопроводу 1 на отопление в системе теплоносителя.

Уменьшение расхода горячего теплоносителя в подающем трубопроводе 1 фиксируется датчиком температуры воды 6, который при понижении ниже нормированного значения подает сигнал на регулятор температуры воды 10, который становится меньшим, чем сигнал от блока задания 19, и на выходе блока сравнения от блока задания 19 и на выходе блока сравнения 18 появляется сигнал положительной направленности, который поступает на вход электронного усилителя 20 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 21. Сигнал с выхода электронного усилителя 20 поступает на вход магнитного усилителя 22, где усиливается по мощности, выпрямляется и подается на регулятор скорости вращения 23 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.

Положительная полярность сигнала электронного усилителя 20 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 22, в результате увеличивается величина момента от привода 27 и подача теплоносителя из обратного трубопровода 2 на отопление в систему теплоснабжения, что и приводит к поддержанию нормированной температуры в подающем трубопроводе 1 на отопление здания с экономией теплоносителя, т.е. наблюдается устранение перегрева помещений при кратковременном повышении температуры наружного воздуха.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снижение энергозатрат на работу устройства для автоматизированного регулирования расхода тепла на отопление в системах теплоснабжения достигается путем устранения внеплановых ремонтов перемычки. Это осуществляется за счет покрытия наноматериалом в виде стеклоподобной пленки внутренней поверхности перемычки, что устраняет налипание загрязнений в виде парообразных и твердых частиц, способствующих при образовании разрывности движущегося потока воды появлению кавитационного разрушения.