Элеваторный узел системы центрального отопления

(51) 24 3/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ обратной и прямой воды, при которой возрастает активность потока обратной воды, б) регулирование уровня расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха, в) более эффективная доставка тепла от элеваторного узла до отопительных приборов потребителя,г) обеспечение многократной циркуляции обратной воды,отдающей больше тепла отопительным приборам потребителя. Регулирование уровня расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха достигается за счет того, что в осенние и весенние периоды отопительного сезона потребителю может подаваться около половины максимального теплового потока, расходуемого в зимний период. Более эффективная доставка тепла от элеваторного узла до отопительных приборов потребителя происходит за счет ускорения движения смешанной воды, благодаря кольцевым соплам первой и второй ступени и зонам разрежения после них,конструктивно принадлежащих струйному регулируемому насосу. Конструкция предлагаемого элеваторного узла обеспечивает многократную циркуляцию условно холодной обратной воды внутри здания, вследствие чего она отдает больше тепла в помещениях и возвращается в магистраль обратной воды с более низкими температурами, чем в существующей системе, что будет способствовать нормализации работы общей теплосети.(76) Аспандияров Булат Билялович Калиничев Андрей Владимирович Белецкая Наталья Петровна Аспандияров Камбар Булатович(54) ЭЛЕВАТОРНЫЙ УЗЕЛ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к системам центрального отопления с местными нагревательными приборами, например, к одно- и двухтрубным системам. Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности работы элеваторного узла системы центрального отопления за счет повышения его регулирующей и транспортирующей способности. Повышение эффективности технического устройства достигается тем, что подающий трубопровод элеваторного узла разделен на две параллельные линии, подводящие тепло к струйному регулируемому насосу, новому элементу,задействованному в элеваторном узле, наряду со стандартным широко распространенным водоструйным элеватором типа ВТИ - теплосеть Мосэнерго. В предлагаемой схеме за элеватором оставлена функция дозатора поступающей прямой горячей сетевой воды. Струйный регулируемый насос имеет несколько функций а) смешение 23562 Изобретение относится к системам центрального отопления с местными нагревательными приборами,например, к одно- и двухтрубным системам. Известны элеваторные узлы системы центрального отопления, включающие элеватор, к которому активная горячая сетевая вода подводится из подающего магистрального трубопровода линии тепловой сети с торца устройства к соплу с калиброванным отверстием. Отметим, что одно сопло работает в течение всего отопительного сезона. С помощью калиброванного сечения отверстия сопла производителем тепловой энергии задается количество отпускаемого тепла потребителю. Поэтому сопло в каждом элеваторе,установленном в элеваторном узле здания потребителя тепла, пломбируется. Пассивная холодная сетевая вода в элеватор поступает через его боковой патрубок. Активная сетевая вода,пройдя через отопительные приборы потребителя тепла, становится пассивной холодной сетевой водой. Она одним потоком направляется для повторного нагрева смешением с активным потоком, истечение которого происходит через калиброванное отверстие сопла. Другим потоком основной его частью - поступает в магистральный трубопровод обратной сетевой воды для повторного нагрева ее в источнике теплоснабжения (см. Е Я. Соколов, Теплофикация и тепловые сети. Госэнергоиздат, М-Л., 1963 г., с. 100, рис. 4-9 Схема водяной отопительной системы). В качестве элеваторов на территории всего постсоветского пространства в зданиях потребителей тепла применяют стандартные элеваторы (см. В,И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. Москва, Стройиздат, 1982 г. с. 34, раздел 4 Элеваторы, рис. 2.75 Элеваторы водоструйные типа ВТИ - теплосеть Мосэнерго и таблица 2.17 - Основные размеры элеваторов конструкции ВТИ - теплосеть Мосэнерго). Недостатком этих широко распространенных устройств является то, что элеватор в них, в основном, функционирует как устройство для смешения двух потоков - активного горячего и пассивного холодного - сетевой воды, а транспортирующая функция,обеспечивающая доставку смешанного потока сетевой воды к отопительным приборам, является вторичной. Это результат конструктивного исполнения элеватора,при котором активная горячая сетевая вода,истекающая с большой скоростью из калиброванного отверстия сопла, с одной стороны,из-за большого гидравлического сопротивления линии потребителя тепла с отопительными приборами, малого диаметра горловины элеватора плохо транспортирует поток сетевой воды потребителю. С другой стороны, у него имеется возможность сразу,не передавая тепло потребителю, пройти через боковой патрубок элеватора в обратную трубопроводную магистраль тепловой сети. Это нежелательное направление движения потока активной горячей сетевой воды без передачи 2 тепла потребителю возможно вследствие того, что давление в обратной магистрали тепловой сети ниже, чем в подающей. Кроме того, в обратной магистрали тепловой сети имеется сетевой насос,транспортирующий поток обратной холодной сетевой воды к источнику тепла. С обратной водой уходит и теряется непроизводительно много тепла. В общем, система теплоснабжения как-то работает, хотя сетевая вода и активная (прямая) и пассивная (обратная) имеют в среднем температуру сравнительно высокую, но недостаточную с точки зрения нормального нагрева зданий потребителя тепла. Такое техническое решение теплоснабжения в зданиях малоэффективно, поскольку коэффициент полезного действия переноса тепла от источника до потребителя является недопустимо низким. Тем не менее, система теплоснабжения, как артефакт, вынуждена работать в таком режиме. При этом из-за высокой температуры сетевой воды в обратной магистрали снижается эффективность работы источника теплоснабжения. Последнее связано с тем, что котел - источник тепла,рассчитанный на работу с более холодной обратной сетевой водой, чем с той, которая реально поступает от потребителя тепла, значительно понижает эффективность сжигания органического топлива. Повторим, что это - результат использования элеватора, рассчитанного, главным образом, на смешение и в меньшей степени на слабое транспортирование смешанной воды потребителю тепловой энергии. Повторим также, что описанный элеватор является первоосновой широко используемого в практике элеваторного узла. По авторскому свидетельству 414464 Государственного проектного института Сантехпроект известен Элеваторный узел системы центрального отопления, в котором на подающем трубопроводе параллельно подключены элеваторы с разными коэффициентами смешения. В нем с целью экономии тепла при неизменном расходе теплоносителя в системе отопления,каждый элеватор снабжен запорно-регулирующими устройствами, установленными на подающем трубопроводе перед элеватором и после него по ходу движения горячего теплоносителя на трубопроводных линиях смешанной сетевой воды,направляемой в отопительные приборы потребителя тепла. Недостатком данного элеваторного узла является низкая эффективность его работы как системы по передаче тепловой энергии потребителю. Это связано с тем, что в элеваторном узле используются элеваторы конструкции ВТИ - теплосеть Мосэнерго,низкая эффективность работы которых подробно изложена выше при рассмотрении аналога. Неэффективность этого элеваторного узла усиливается тем, что в нем используются два элеватора ВТИ - теплосеть Мосэнерго вместо одного, как это имеет место в аналоге. Кроме того, в схеме элеваторного узла установлена и регулирующая арматура, что, с одной стороны,усложняет схему, а с другой - из-за качественной работы схемы - она нечувствительна к сигналу. Это 23562 является неоправданным усложнением, которое не достигает задач его установки. Данное устройство принято в качестве прототипа. Таким образом, в обеих системах - аналога и прототипа - общим недостатком является отсутствие в элеваторном узле устройства,струйно перекачивающего теплоноситель от источника тепла к нагревательным отопительным приборам,установленного в пределах элеваторного узла. Проблем доведения тепла до элеваторных узлов нет. Однако поступившее в элеваторный узел тепло не достаточно энергично подается на отопительные приборы потребителя из-за низкого перепада давления между трубопроводными линиями прямой и обратной магистрали. Тепловая схема элеваторного узла системы центрального отопления аналога и прототипа ощущает нехватку струйноперекачивающих узлов. Повторим, что доставка тепла к отопительным приборам потребителя в здании недостаточно эффективна. Другим общим недостатком аналога и прототипа является то, что технологически в конструкции элеватора, а значит и элеваторного узла в целом,заложен принцип работы, обеспечивающий подачу одинакового объема тепла в течение всего отопительного сезона, включающего периоды трех времен года - осени, зимы, весны. Тепло подается через сопло с калиброванным отверстием,рассчитанным на зимний самый холодный период отопительного сезона. Это значит, что заведомо планируется перерасход тепла всем потребителям системы теплоснабжения в осенний и весенний периоды отопительного сезона. Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности работы элеваторного узла системы центрального отопления за счет повышения его регулирующей и транспортирующей способности. Поставленная задача энергосбережения достигается тем, что предлагаемый элеваторный узел системы центрального отопления содержит параллельные линии подающего трубопровода. Такое раздвоение подачи тепловой энергии из подающей линии прямой магистрали в элеваторном узле создает условия для регулирования потока тепла потребителям в течение отопительного сезона. Поток тепла можно посылать либо по одной, либо по другой, либо по обеим линиям подающего трубопровода. За счет этого регулируется количество тепла, фактически используемого потребителем, в течение отопительного сезона. В предлагаемой системе используется два струйных аппарата, а именно элеватор и струйный регулируемый насос. Это значит, что элеваторы,установленные в аналоге и прототипе, широко используемые в зданиях потребителей тепла остаются, играя роль дозаторов отпускаемого производителем тепла. Это достигается за счет активного сопла с калиброванным отверстием,которым оснащен элеватор ВТИ - теплосеть Мосэнерго,и который узаконен всеми теплотехническими СНИПами. В упряжку с элеватором подключен новый элемент элеваторного узла - струйный аппарат - струйный насос,компрессор, являющийся и высокоэффективным смесителем горячей сетевой воды с холодной обратной. Таким образом, элеватору оставлена лишь одна функция - дозатора тепла. Оптимальное использование отпущенного тепла в теплопотреблении - задача, которую решает струйный регулируемый насос, конструктивная схема которого представлена на чертеже и хорошо вписана в схему предлагаемого элеваторного узла системы центрального отопления. В предлагаемом элеваторном узле струйные аппараты обвязаны запорной арматурой до и после себя. Они и позволяют гибко менять уровень потребления тепла в течение разных периодов отопительного сезона. Запорная арматура использована на подводящих трубопроводах подачи активной горячей сетевой воды и трубопроводах пассивной холодной воды магистралей тепловых сетей и параллельной линии трубопровода обратной сетевой воды, поступающей с торца на вход струйного регулируемого насоса. Такое решение позволяет использовать остаточный напор обратной условно холодной сетевой воды для повышения эффективности транспортирования потока смешанной воды до отопительных приборов потребителя. Запорная арматура установлена на параллельных линиях подающего трубопровода,одни концы которых присоединены к боковым патрубкам струйного регулируемого насоса, а другие - к участку трубы, расположенному между элеватором и запорным органом, размещенном на трубопроводе смешанной сетевой воды,направляемой на отопительные приборы потребителя по традиционной схеме. Такое конструктивное решение позволяет увеличить скорость течения смешанной воды к отопительным приборам потребителя, за счет того,что к скорости течения обратной воды прибавляется скорость течения прямой активной горячей воды. Наличие кольцевых сопел в струйном насосе обеспечивает увеличение скорости потока в пристенной зоне, где обычно движение тормозится трением. Таким образом, движение обратного потока сетевой воды и его ускорение прямым потоком горячей сетевой воды, увеличение скорости потока в пристенной зоне в основном составляют сущность струйного регулируемого насоса, который обеспечивает также компрессионное поджатие смешанного потока сетевой воды, движущегося к отопительным приборам потребителя - ускорению потока способствует образование разрежений после кольцевых сопел. На место вытесненного объема обратной сетевой воды приходит новая доля условно холодного потока обратной сетевой воды,отдавшей тепло в отопительных приборах. Поэтому в местной системе отопления с предлагаемым элеваторным узлом происходит многократная циркуляция потока обратной воды, оставляющей в помещении больше тепла,что повышает эффективность теплоснабжения. Итак, новой системе свойственен более совершенный комплекс функций 3- регулирование уровня расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха- более эффективная доставка тепла от элеваторного узла до отопительных приборов потребителя- смешение обратной и прямой воды, при которой возрастает активность потока обратной воды- многократная циркуляция обратной воды,отдающей тепло отопительным приборам. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема предлагаемого элеваторного узла системы центрального отопления. Предлагаемый элеваторный узел системы центрального отопления содержит параллельные линии подающего трубопровода 1 и 2, струйные аппараты, а именно элеватор 3 и струйный регулируемый насос 4. К элеватору 3 активная горячая сетевая вода подведена с торца - к соплу 5 с калиброванным отверстием 6, а пассивная холодная вода - к боковому патрубку 7 элеватора 3, через трубопровод обратной сетевой воды 8. Струйные аппараты 3 и 4 снабжены запорной арматурой 9, 10 до и 11,12 после себя, соответственно. В заявляемом элеваторном узле системы центрального отопления на трубопроводе обратной сетевой воды 8 элеватора 3 установлен запорный орган 13 и выведен трубопровод обратной сетевой воды 14, который присоединен с торца к струйному регулируемому насосу 4. К боковым патрубкам 15 и 16 струйного регулируемого насоса 4 присоединены параллельные линии подающего трубопровода 1 и 2,содержащие запорную арматуру 17 и 18. Свободные концы параллельных линий подающего трубопровода 1 и 2 подключены к участку трубы 19,расположенному между элеватором 3 и запорным органом 11. С патрубков 15,16 прямая горячая вода поступает на кольцевые сопла 20 и 21 соответственно. Предлагаемый элеваторный узел системы центрального отопления работает следующим образом. В рабочем режиме запорная арматура 11,13 - закрыта, а другие - 9, 10, 12, 17, 18 - открыты. Вся запорная арматура выполнена в виде шаровых кранов. Горячая вода поступает из ТЭЦ при открытом шаровом кране 9 на параллельные линии 1 и 2 подающего трубопровода через элеватор 3,выполняющий роль дозатора тепла, на струйный регулируемый насос 4. На элеваторе 3 количество отпущенного тепла фиксируется и задается соплом 5 с калиброванным отверстием 6. Технология учета тепла осталась такой же, как и в существующих,широко используемых элеваторных узлах со стандартными элеваторами ВТИ - теплосеть Мосэнерго, в которых установленное сопло 5 пломбируется. Поскольку шаровой кран 13 закрыт,то в патрубок 7 обратной сетевой воды элеватора 3,обратная сетевая вода не поступает, а через трубопровод обратной сетевой воды 8 поступает при открытом шаровом кране 10, на трубопровод 14 обратной сетевой воды с торца на вход струйного 4 регулируемого насоса. Далее поток обратной,холодной сетевой воды, протекающей внутри струйного регулируемого насоса 4, ускоряется в его горловине переменного сечения струйными потоками прямой горячей сетевой воды,истекающей с высокой скоростью из периферийных кольцевого сопла 20 первой ступени, а затем кольцевого периферийного сопла 21 струйного регулируемого насоса 4. Отметим, что кольцевое периферийное сопло 20, ускоряя поток обратной сетевой воды, одновременно является смесительной форсункой обоих потоков сетевой воды,повышающей эффективность работы по ускорению и смешению прямой и обратной сетевой воды во второй ступени ускорения кольцевого сопла 21 по ходу движения потока смешанной сетевой воды от элеваторного узла до отопительных приборов потребителя. При этом запорный шаровой кран 12 открыт. Отметим, что участок трубы 19 между элеватором 3 и шаровым краном 11, находящимся в закрытом состоянии является коллектором активной горячей воды, подаваемой на патрубки 15 и 16 струйного регулируемого насоса. В пристенной зоне боковой поверхности горловины переменного сечения струйного насоса 4 в области за кольцевыми соплами 20 и 21 из-за высокоскоростного истечения струй активного горячего потока сетевой воды создается согласно закону Бернулли устойчивое разряжение. Последнее, в сочетании с манометрическим подводом потока обратной сетевой воды на вход струйного регулируемого насоса,является эффективной основой для смешения и транспортирования тепловой энергии на отопительные приборы потребителя. Путем открытия и закрытия шаровых кранов 17 и 18 в элеваторном узле создают пять режимов регулирования расхода тепла, а именно 1. Режим Осень - шаровой кран 17 открыт, а шаровой кран 18 закрыт 2. Режим Зима шаровые краны 17 и 18 открыты 3. Режим Весна - шаровой кран 17 - закрыт, а шаровой кран 18 - открыт 4. Режим Весна - шаровой кран 17 - открыт, а шаровой кран 18 -закрыт 5. Режим Осень шаровой кран 17 - закрыт, а шаровой кран 18 - открыт. Такое гибкое регулирование расхода тепла потребителем, позволяет практически в два раза снизить осенью и весной его потребление по сравнению с зимним сезоном. Технико-экономические преимущества заявляемого элеваторного узла системы центрального отопления в сравнении с аналогом и прототипом состоят в следующем 1. Основное преимущество предлагаемой конструкции состоит в том, что она позволяет регулировать уровень расхода тепловой энергии в течение отопительного сезона в зависимости от температуры наружного воздуха экономия тепловой энергии почти вдвое достигается за счет того, что в осенние и весенние периоды 23562 отопительного сезона потребителю может подаваться около половины теплового потока,расходуемого в зимний период. 2. В предлагаемой конструкции элеваторного узла более эффективно используется поступающая тепловая энергия за счет использования в паре с элеватором струйного регулируемого насоса последний обеспечивает смешение обратной и прямой воды, придает ускорение потоку смешанной воды, благодаря кольцевым соплам первой и второй ступени и зонам разрежения после них. 3. Техническое устройство нового элеваторного узла обеспечивает многократную циркуляцию условно холодной обратной воды внутри здания,вследствие чего она отдает больше тепла в помещениях и возвращается в магистраль обратной воды с более низкими температурами, чем в существующей системе, что будет способствовать нормализации работы общегородской теплосети. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Элеваторный узел системы центрального отопления, содержащий параллельные линии подающего трубопровода с разными коэффициентами смешения, один из которых является основным элеватором, к которому с торца,к соплу с калиброванным отверстием, подведена активная горячая сетевая вода, а пассивная холодная вода - к боковому патрубку устройства через трубопровод обратной сетевой воды, причем струйные аппараты снабжены запорной арматурой,например, шаровыми кранами, установленными на трубопроводной линии до и после себя,отличающийся тем, что в элеваторном узле системы центрального отопления запорная арматура установлена на трубопроводе обратной сетевой воды, параллельно которому выведен трубопровод обратной сетевой воды с торца, присоединенный к струйному регулируемому насосу, к боковым патрубкам которого подключены одни концы параллельных линий подающего трубопровода, а другие концы присоединены к участку трубы за элеватором до запорного органа.