RU2213306C1

RU2213306C1 - Heat-supplying plant

Info

Publication number: RU2213306C1
Application number: RU2002100517/06A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Шпади; В.В. Митрюхин
Original assignee: Шпади Андрей Леонидович; Митрюхин Вячеслав Викторович
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-09-27

Abstract

FIELD: heat-and-power engineering, particularly heat-supplying local network. SUBSTANCE: Heat-supplying plant has heating-evaporating unit in the form of propulsion water-jet propeller. Water-jet propeller inlet pipe has check valve and is connected with direct hot water delivery line. Water-jet propeller outlet pipe is joined directly with mixing injector nozzle. Mixing injector inlet pipe is also connected with direct hot water delivery line. Propulsion water-jet propeller comprises chamber with upper funnel-shaped part having tangential tubes. One tangential tube is connected to check valve. Safety valve having hollow rod, seat and outlet pipe is installed in chamber cylindrical part such as safety valve seat is integral with chamber bottom. Rod is arranged into displacing piston fastened to chamber resilient closure so that gap is formed between displacing piston and funnel-shaped chamber surface. Rod upper end is joined with piston by bellows and has ring bolt. EFFECT: simplified structure, cost reduction, increased reliability, independent operation possibility. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к локальным сетям теплоснабжения. The invention relates to a power system, in particular to local heat supply networks.

Известна теплоснабжающая установка, содержащая обратный и прямой трубопроводы сетевой воды с включенными между ними сетевым насосом и поверхностным нагревателем [1]. Known heat supply installation containing the return and direct pipelines of network water with a network pump connected between them and a surface heater [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. The disadvantage of this installation is the use of expensive pumping equipment, which has insufficient reliability and requires high energy consumption for the pump drive. In addition, surface heaters have a thermal inertia that impedes the most complete use of the calorific value of the fuel.

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]. The closest set of essential features to the proposed invention is a heat supply unit containing an evaporator with water inlet and steam outlet pipes, the last of which is connected to a condenser connected by an inlet pipe through a mains pump to a return pipe, and an outlet pipe to a direct mains water pipe, the condenser and mains pump are made at the same time in the form of a steam mixing injector, and the evaporator is equipped with a pipe for draining hot water connecting the evaporator with a return pipe to the injector, and a pipe for supplying water through an additional feed line with a direct pipe behind the injector. The unit is equipped with regulators of network water flow and hot water supply [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. A disadvantage of the known installation is the design complexity with high pressures and temperatures, which are unacceptable for small cast-iron boilers of local heating networks for individual apartments, cottages and small production areas with a limited supply of network water.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости, а также повышение надежности и автономности теплоснабжающей установки. An object of the invention is to simplify the design, reduce cost, as well as increase the reliability and autonomy of the heat supply unit.

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. To solve this problem, a heat supply unit is proposed that contains a heater-evaporator with water supply and steam outlet pipes, the last of which is connected to a steam mixing injector with an outlet to a direct hot water supply line to the consumer, and a hot water supply regulator. Unlike the prototype, the evaporator is made in the form of a propulsive water jet, the inlet of which is equipped with a non-return valve and connected to a direct line of hot water supply, and the outlet pipe is connected directly to the nozzle of the mixing injector, whose inlet is also connected to a direct line of hot water supply. A propulsive water cannon contains a chamber, the upper funnel-shaped part of which has tangential nozzles, one of which is connected to a non-return valve. The lower cylindrical part of the chamber is provided with external fins. Inside the cylindrical part of the chamber there is a safety valve, consisting of a hollow rod, a seat made integral with the bottom of the chamber, and an outlet pipe. The rod is located inside the displacer piston mounted on the elastic chamber cover with a gap between the lower surface of the piston and the funnel-shaped surface of the chamber associated with it, and the upper end of the rod is connected to the piston by means of an elastic link and equipped with a fish-bolt to enable regulation of the supply of hot water by fixing the safety rod valve in the open position.

В качестве упругого звена применен сильфон, соединяющий поршень и верхний торец штока. A bellows connecting the piston and the upper end of the rod is used as an elastic link.

Для ускоренного пуска теплоснабжающей установки воронкообразная часть камеры пропульсивного водомета через второй дополнительный патрубок связана с вентилем подключения внешнего источника пара или сжатого воздуха. For accelerated start-up of the heat supply unit, the funnel-shaped part of the chamber of the propulsive water jet through the second additional pipe is connected to the valve connecting an external source of steam or compressed air.

Для режима частичных тепловых нагрузок выходной патрубок инжектора соединен с вертикальной трубой газлифта, подключенной к накопительному баку горячей воды, снабженному предохранительным воздушным клапаном. For partial thermal loads, the injector outlet pipe is connected to a vertical gas lift pipe connected to a hot water storage tank equipped with a safety air valve.

На чертеже представлена схема теплоснабжающей установки с продольным разрезом пропульсивного водомета. The drawing shows a diagram of a heat supply unit with a longitudinal section of a propulsive water jet.

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. The heat supply unit contains two coolant circuits. The first consists of a boiler 1 with a furnace 2, a pipe 3 for supplying network water to the boiler from a network valve 4, a pipe 5 for draining hot water connected to a mixing injector 6. The output of the injector 6 through a vertical gas lift pipe 7 is connected to a hot water storage tank 8. Between the tank 8 and the boiler 1, heating radiators 9 are installed, and on the cover of the tank 8 there is a safety air valve 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. The second circuit contains a propulsive water cannon (indicated by a dotted line in the drawing) having an inlet valve 11 connected to a hot water outlet 5 and the outlet pipe 12 of the propulsive water cannon is directly connected to the nozzle of the mixing injector 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]. The propulsive water cannon contains a chamber 13. The upper funnel-shaped part of the chamber has inlet pipes. The tangential nozzle 14 is designed to supply water to the chamber 13 and is connected to a non-return valve 11, and the second additional nozzle 15 serves to provide steam or compressed air from an external alternative source to the chamber 13 and is equipped with a valve 16. The cylindrical part of the chamber 13 has an external fin 17 to increase the heating surface and in the main mode is intended for rapid heating of water and vaporization. It is fixed in a hot stream of flue gases, for example, in the afterburner and exhaust chamber, available in most boilers of industrial production (in the drawing, the mounting points of the chamber are conventionally indicated by an axial line) [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. A safety valve is placed inside the chamber, including a light hollow stem 18, a saddle 19 made integral with the bottom of the chamber 13, and an outlet pipe 12. The stem 18 passes through a massive piston-displacer 20, mounted on an elastic membrane cover 21 of the chamber 13 with a gap between the lower surface the piston and the funnel-shaped surface of the chamber associated with it 13. The piston 20 is connected through an elastic bellows 22 to the upper end of the hollow rod 18. To prevent unproductive leakage of steam or compressed air, the piston additionally contains a a common sealing collar 23, covering the valve stem 18 of the safety valve, which makes it possible to use a coil spring instead of a bellows. In the design of the installation, if necessary, the possibility of fixing the rod in the open position is provided. To do this, a fish bolt 24 is fixed on the upper end of the rod 18 and, outside the propulsive water jet, a fixed latch 25. The rod 18 is hollow to facilitate construction and reduce its inertia; in comparison with the piston rod, the piston 20 is heavy and massive for the purpose of creating pressure on the safety valve stem before opening it.

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. The proposed installation works as follows. After filling the boiler 1 with network water from the valve 4 and igniting the furnace 2, the water in the boiler begins to gradually heat up. Part of the water flows through the check valve 11 into the chamber 13, where it starts to evaporate quite quickly. The safety valve is closed until the vapor pressure is equalized by the weight of the piston and the rod. With increasing vapor pressure, the massive displacer piston 20 rises along with the central part of the diaphragm cap 21. In this case, the safety valve stem 18 is kept closed for some time under the influence of its own weight and overpressure on the cross-sectional area of the valve outlet 12. However, as the piston-displacer 20 rises and the elastic bellows shell elastic compression 22, the lifting force applied to the end face of the rod 18 increases and the safety valve opens abruptly, which is accompanied by a sharp breakthrough of the steam-water mixture from the chamber 13 into the outlet pipe 12 and the piston displacer 20 below the initial equilibrium position due to its large inertia. With a slight delay, the rod 18 is also lowered, which is pressed against the outlet seat 19 by the force of the stretched bellows shell 22. After the safety valve is closed, the displacer piston 20 rises to its initial equilibrium position, creating a vacuum in the chamber 13, which ensures the passage of the next portion water injected through the tangential nozzle 14 tangentially to the inner perimeter of the funnel-shaped part of the chamber so that it enters the finned cylindrical part of the chamber y, a spiral that provides the necessary delay start of the evaporation and the pressure increases. In this case, the steam-water mixture ejected into the outlet pipe 12 enters the nozzle of the mixing injector 6, where it carries a significant mass of heated water from the boiler 1 through the pipe 5 into the vertical pipe of the gas lift 7.

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. As the steam bubbles rise through the gas lift pipe 7, they condense, giving off the heat of phase transition of the surrounding liquid, which is additionally heated outside the boiler 1 and enters the storage tank 8, from where it is fed by gravity to the heating radiators 9 and in the cooled form to the inlet pipe 3 of the network water boiler 1, after which the entire cycle is repeated.

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. When the furnace 2 is in partial load mode, thermal convection is sufficient to circulate the coolant, therefore, the second circuit with a propulsive water cannon can be neutralized by blocking the valve 18 of the safety valve in the open position using the eye bolt 24 and the fixed lock 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. In the accelerated start-up mode of the heat supply unit, even with an unheated furnace 2, the funnel-shaped part of the chamber 13 of the propulsive water jet can be connected through an valve 16 to an external source of compressed air or steam, which provide autonomous operation of the propulsive water jet independently of heating the furnace 2, since the supply of hot compressed air directly from the compressor (not shown in the drawing) is equivalent to internal vaporization, and the transfer of the phase transition heat to cooling of hot air bubbles, which After expansion to atmospheric air pressure in the safety valve 10 is cooled to a temperature below the ambient temperature. That is, the compression and purging of the device with compressed air provides a heat pump mode with heat extraction from the environment.

Заявленная теплоснабжающая установка имеет более простую компоновку, содержит меньше конструктивных элементов, а следовательно, имеет меньшие габариты и стоимость. The claimed heat supply installation has a simpler layout, contains fewer structural elements, and therefore has smaller dimensions and cost.

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].Thus, thanks to the introduction of a second circuit with a steam-driven steam jet, the heat supply unit provides intensive heat transfer and heat transfer of fuel energy with local evaporation and condensation of only an insignificant part of the coolant without the use of mechanical and electrical energy, which reduces energy consumption for own needs and pump losses, increases reliability and autonomy installations when working complete with small boilers of the type VNIISTO-M4, providing a heating temperature of up to 95 ^o C, and a limited water supply network with a nominal pressure of not more than 0.6 MPa [3].

Источники информации
1. Соловьев Ю. П. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1975, с.34-35.Sources of information
1. Solovyov Yu. P. Design of heat supply plants for industrial enterprises. - M .: Energy, 1975, p. 34-35.

2. Авторское свидетельство СССР 1101628, F 24 H 1/08. 2. Copyright certificate of the USSR 1101628, F 24 H 1/08.

3. Немцев З. Ф., Арсеньев Г.В. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение. - М.: Энергоиздат, 1982, с.273, 306. 3. Germans Z. F., Arseniev G.V. Heat power plants and heat supply. - M.: Energoizdat, 1982, p. 273, 306.

Claims

1. A heat supply installation comprising a heater-evaporator with water supply and steam outlet pipes, the last of which is connected to a steam mixing injector having an exit to a direct hot water supply line to the consumer, and a hot water supply regulator, characterized in that the evaporator is made in the form a propulsive water jet, the inlet of which is equipped with a check valve and is connected to a direct hot water supply line, and the outlet is connected directly to the nozzle of the mixing injector, whose inlet is It is also connected to a direct hot water supply line, while the propulsive water cannon contains a chamber, the upper funnel-shaped part of which has tangential nozzles, one of which is connected to a non-return valve, and a safety valve consisting of a hollow stem and a saddle made inside the lower cylindrical part of the chamber integral with the bottom of the chamber and the outlet pipe, the rod is located inside the displacer piston mounted on the elastic cover of the chamber with a gap between the lower surface of the piston and the thief associated with it onciform surface of the chamber, and the upper end of the rod is connected to the piston by means of an elastic link and is equipped with a fish bolt to enable the regulation of the supply of hot water by fixing the safety valve stem in the open position.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the piston and the upper end of the rod are connected by means of a bellows.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the funnel-shaped part of the chamber through the second additional pipe is connected to a valve for connecting an external source of steam or compressed air.

4. Installation according to claim 1, characterized in that the outlet pipe of the injector is connected to a vertical gas lift pipe connected to a hot water storage tank equipped with a safety air valve.

5. Installation according to claim 1, characterized in that the lower cylindrical part of the chamber is provided with an external finning.