CN101825207A - 节能型流量自动调节器及其在热网流量调节中的应用方法 - Google Patents

Abstract

一种节能型流量自动调节器及其在热网流量调节中的应用方法。其产品是由带有法兰盘的流速管和壳体通过螺纹连接而成。流速管上装有压力计、流速计和微调装置。流速管内装有旋转管；壳体内的流速管上套装调节筒，调节筒与壳体之间装有弹簧。旋转管、流速管、调节筒侧壁的适当位置上开有一定形状的窗口，调节筒的底部还开有调节筒底孔。节能型流量调节器安装在热网支线的入口处，且两端装有断流阀，以便检修、更换和调节。初调节时，可根据流速计的指示，调节断流阀，使其与设计流速相符。因此，简化了系统的初调节。通过制定行业标准，厂家和用户都可以方便地制造和使用该产品。本发明产品由于通过减少系统阻力方法调节流量，因此可以节省水泵耗能。由于可以同时进行质调和量调，即优化热量调节，因此可以节能。

Description

节能型流量自动调节器及其在热网流量调节中的应用方法

所属技术领域

本发明属于供热网流量调控设施及其在热网中的应用方法。

背景技术

《暖通空调》杂志2009.1期第2页写道：“(我国)热网由于缺乏调控设施，热量分配不均匀，热能损失占供热基本耗热量的比例为10％---20％，造成能源浪费”。

热网的热量分配不均匀的根本原因是热网的热媒流量分配不均匀。因此，热网缺乏的是能够在动态运行时，保持流量分配均匀的调控设施。

现有的热网流量调节装置有两大类，即手工调节装置和自动调节装置。前者如孔板、调节阀等，后者如压差阀、自力式流量控制器等。

既然已经有了这么多的调控设施，为什么还说“缺乏调控设施”呢？这是因为，供热网在动态运行时，水压、流速、流量、比摩阻等参数，都是变化的。由于支线的压力降与流量的平方成正比，是非线性关系，因此对于孔板、调节阀等调定阻力系数的手动调节装置来说，当系统动态运行时，则会产生水力失调，即流量分配不均匀。

而自力式流量控制器是一种“定流量”装置。因此采用自力式流量控制器的热网，不能进行量调节。如果热网不能量调节，系统升温慢。当寒流降临时，只能提前升温。系统调温特型不好，也会浪费热量。特别是因为“定流量”，限制了用户的温控阀的使用，这也浪费了热能。

无论手动或自动的流量控制阀，都是采用“附加阻力法”来达到系统的水力平衡，这是以消耗水泵能耗为代价的。

新建热网或者老网改建后，都需要对系统进行初调节和热力平衡调整。这需要反复多次，花费很多时间和人力才能完成。造成这一浪费的根本原因，也是因为“缺乏调控设施”——缺乏方便的进行初调节和运行调节的调控设施。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是设计新的调控装置，并使其具有以下特性：

(1)新装置应满足在系统的热源出口的流量变动时，各支线的入口处流量应与之成等百分比变动，以解决水力失调，冷热不均的问题；

(2)新装置应采用减少阻力的方式进行流量调节，以减少系统总阻力，从而降低水泵的能耗；

(3)新装置应该可以同时进行质调节和量调节，从而优化系统的热量调节，节约热能；

(4)新装置可以与用户的温控装置谐调，从而提高供热质量，节约热能；

(5)新装置应该满足系统初调节和运行调节简化、方便的要求；

(6)新装置应该可以方便地更换。

本发明采用的技术方案是，一端有法兰盘的流速管插入一端亦有法兰盘的壳体后，两部件通过螺纹、密封圈连接和密封；在露出壳体的流速管的侧壁上有压力计管接头、流速计管接头和填料函，并且分别安装压力计、流速计和伞齿杆；在流速管内，装有一端由定位销定位，另一端有伞齿，并且与穿过填料函的伞齿杆啮合的旋转管；在旋转管的侧壁上，开有旋转管主窗口和旋转管微调窗口；伞齿杆上端为微调旋钮，其上有定位锁钉，填料函上装有压紧填料的密封端盖；伞齿杆上有定位挡圈；在壳体内的一段流速管的侧壁，开有适当形状的流速管调节窗口和流速管微调窗口；在壳体内的流速管外壁，套装一个调节筒；调节筒的底部开有调节筒底孔；调节筒的侧壁开有适当形状的调节筒窗口；调节筒的底部与壳体之间装有弹簧；。

调节筒底孔的面积，应满足支线设计的最低流速时的最低流量值(G＝S·V)，筒底的剩余面积，取决于弹簧的弹力。由于物体在流体中受到的作用力与物体在流动方向的垂直面上的投影面积成正比，与流速的平方成正比，那么弹簧的特性曲线亦应该接近平方曲线，而圆锥弹簧可以满足要求。

调节筒窗口的形状应满足支线流速变化时，支线的流量可以成等百分比增减。在支线最低流量时，调解筒窗口被流速管全部遮挡住，在最大流量时，调解筒窗口应可以全部开启。

在流速管或者更换式流速管的侧壁开有两个窗口——流速管调节窗口和流速管微调窗口。在旋转管的侧壁亦开有两个窗口，即旋转管主窗口和旋转管微调窗口。微调前，流速管的两个窗口刚好被旋转管遮挡住；当旋转旋钮时，伞齿杆带动旋转管旋转，旋转管主窗口和旋转管微调窗口则分别露出流速管的两个窗口的一部分；断续转动，可将流速管的两个窗口全部露出。然而，当调节筒在最小流速的位置时，又刚好在流速管外将流速管调节窗口全部遮挡住，而流速管微调窗口却一点都不被调节筒遮挡住。因此，流速管微调窗口相当于调节筒的底孔。当系统流速增加时，调节筒亦将开启流速管调节窗口。流速管调节窗口的形状，亦应通过实验确定，使其亦成等百分比增加流量。这等于扩大了调节筒窗口。

流速管的口径，窗口的形状、面积，调节筒的底孔直径，侧壁窗口的形状，旋转筒的窗口形状等参数，应形成行业标准。厂家应在产品或者产品的铭牌上注明在关闭所有窗口时的压力、流速和流量参数以及流速管法兰盘尺寸。上述参数应在水力试验台上测试得出，特别是要通过窗口的设计和试验，保证干线流速与支线流速为同百分比变动关系。同时应公布行业标准。用户可以根据支线的设计参数和产品的行业标准选择节能型流量自动调节器。这实际上是将热网复杂的初调节工作转给工厂去做，而工厂只不过是多制造一些模具而已，并不增加多大成本——当产量足够大的时候。

节能型流量自动控制器的工作原理如下：

任何供热网，都是通过流量来传输热量的。用户的热能分配，实质上是流量分配。当热源出口的截面积确定后，只有调节流速，才可以调节流量：G＝S·V(G-流量；S-截面积；V-流速)。根据基尔霍夫节点定律，同时设定系统不存在泄漏，那么用户的热能分配，取决于流速的分配。一条支线的流速是由支线入口的水压(压差)、支线的比摩阻和阻力系数决定的。由于比摩阻与流速的平方成正比(

R-比摩阻；λ-阻力系数；d-管子内径；ρ-密度；ν-流速)，因此支线的流速越大，流速的损失也越大。也正是由于这种非线性关系，造成了固定阻力系数的支线的水力失调。因此本发明采用增减调节筒窗口的面积，达到成等百分比增减流速(流量)的效果。如果系统流速增加，那么调节筒窗口开度亦增加——系统的总阻力系数减少，从而减少了水泵的能耗。

节能型流量自动控制器安装在供热网支线入口处的适当位置，并且两端应安装断流阀，如蝶阀、截止阀，其作用是便于更换、检修节能型流量调节器和调节支线的阻力系数，从而调节流速。还应安装温控阀，以防止热源近端支线过热。

供热网在初调节时，最好是热网的最低热负荷运行条件下，使用断流阀调节支线流速，使之与设计流速相符。如果压力不符，应更换节能型流量自动调节器，或者用更换式流速管替换。更换式流速管的侧壁上亦开有适当形状的窗口。其目的就是便于更换。

在运行调节中，可通过微调旋钮的调节来消除设计误差，以及满足用户的特殊要求，如最不利位置的用户。

本发明的有益效果是：可以解决供热网冷热不均的问题；可以降低水泵能耗；可以方便地进行初调节和运行调节；可以作为同时进行质调节和量调节的调节装置；可以与用户的温控阀装置谐调，从而保证供热质量和节省能源。

附图说明

图1是本发明的构造图；

图2是本发明的更换式流速管的构造图。

图中：1、压力计；2、压力计管接头；3、流速计管接头；4、流速计；5、微调旋钮；6、定位锁钉；7、指针；8、刻度盘；9、密封端盖；10、填料函及填料；11、壳体；12、出口法兰盘；13、流速管调节窗口；14、调节筒窗口；15、定位挡圈；16、伞齿杆；17、旋转管伞齿；18、旋转管；19、旋转管主窗口；20、定位销；21、调节销；22、弹簧；23、流速管微调窗口；24、旋转管微调窗口；25、调节筒底孔；26、入口法兰盘；27、流速管；28、密封圈；29、螺纹；30、铭牌；31、内螺纹；32、更换式流速管。

具体实施方式

图1中，一端有入口法兰盘(26)的流速管(27)插入到一端有出口法兰盘(12)的壳体(11)内，并且通过螺纹(29)及密封圈(28)连接。在流速管(27)露出壳体(11)的部分，留有压力计管接头(2)，流速计管接头(3)和填料函及填料(10)，并且分别安装有压力计(1)、流速计(4)和密封端盖(9)。一端为微调旋钮(5)的伞齿杆(16)，穿过密封端盖(9)后，与旋转管(18)的伞齿(17)啮合。在微调旋钮(5)上有定位锁钉(6)，以防止旋钮转动。在微调旋钮(6)上还装有与其固连的指针(7)，在流速管上还装有与指针(7)配套的刻度盘(8)。当微调旋钮(5)转动时，指针(7)与刻度盘(8)可以表示出微调流量。伞齿杆(16)上有定位挡圈(15)，用以保证与旋转管(18)的伞齿(17)啮合。在流速管(27)的管内，装有旋转管(18)，旋转管(18)的另一端被定位销(20)挡住。在旋转管(18)的侧壁开有两个窗口，即旋转管主窗口(19)和旋转管微调窗口(24)。在流速管(27)的外部，套装有调节筒(21)。调节筒(21)的侧面开有适当形状的调节筒窗口(14)，在调节筒(21)的底部开有调节筒底孔(25)，调节筒(21)的底部与壳体(11)之间装有弹簧(22)。壳体上装有铭牌(30)。弹簧(22)最好是圆锥弹簧。

在图2中，壳体内的一小段流速管(27)的端部有内螺纹(31)，更换式流速管(32)的一端有外螺纹，并与内螺纹(31)配合。在更换式流速管(32)的侧壁开有适当形状的流速管调节窗口(13)和调速管微调窗口(23)。当然，在更换式流速管(32)的内部，装有旋转管(18)，在更换式流速管(32)的外壁，套装有调节筒(21)。

Claims (3)

1.一种节能型流量自动调节器，其特征是：

——一端有法兰盘的流速管插入一端亦有法兰盘的壳体后，两部件通过螺纹、密封圈连接和密封

——在露出壳体的流速管的侧壁上有压力计管接头、流速计管接头和填料函，并且分别安装压力计、流速计和伞齿杆

——在流速管内，装有一端由定位销定位，另一端有伞齿，并且与穿过填料函的伞齿杆啮合的旋转管；在旋转管的侧壁上，开有旋转管主窗口和旋转管微调窗口；伞齿杆上端为微调旋钮，其上有定位锁钉，填料函上装有压紧填料的密封端盖；伞齿杆上有定位挡圈

——在壳体内的一段流速管的侧壁，开有适当形状的流速管调节窗口和流速管微调窗口——在壳体内的流速管外壁，套装一个调节筒；调节筒的底部开有调节筒底孔；调节筒的侧壁开有适当形状的调节筒窗口；调节筒的底部与壳体之间装有弹簧

2.根据权利要求1所述的节能型流量自动调节器及其在热网流量调节中的应用方法，其特征是：

——节能型流量自动调节器安装在供热网支线入口处的适当位置，且两端应安装断流阀，

如蝶阀、截止阀等，热源近端的支线还应安装温控阀，防止过热

——厂家应在产品或者产品的铭牌上注明关闭本产品所有窗口时的压力、流速和流量等参数，以及法兰盘尺寸，上述参数应在水力试验台上测试后得出，并且通过窗口形状的设计，保证干线流量与支线流量为同百分比变动关系，并且公布产品的行业标准

——用户应根据支线的设计参数和节能型流量自动调节器的行业标准来选择节能型流量自动调节器

——供热网在初调节时，应根据最低热负荷条件下，使用断流阀调节支线流速，使之与设计流速相符，如果压力不符，应更换节能型流量自动调节器或者更换更换式流速管

——运行调节时，可通过微调旋钮消除设计误差以及满足特殊用户的需求，如最不利位置的用户需求

3.根据权利要求1所述的节能型流量自动调节器，其特征是：壳体内的流速管段可由侧壁上亦开有适当形状窗口的更换式流速管替代。

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