CN102094798A - 热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法 - Google Patents

Abstract

热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法，它涉及一种热网循环泵的变流量调节方法。本发明为了解决热网循环泵的变流量调节方法存在节能效果较差、无法实现在保证热网系统平衡的基础上对热网循环泵进行连续的变流量调节等问题。所述调节方法是基于由设计工况下热网循环泵的运行曲线、最低允许转速下热网循环泵的运行曲线、设计工况下的上限管网特性曲线、设计工况下的下限管网特性曲线、压差下限，压差上限围成的表示热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围来进行的，所述调节方法是将供热管网系统的运行工况点调节到热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围内。本发明方法的节能效果非常显著，节电率可达75.26％。

Description

热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法

技术领域

本发明涉及一种热网循环泵的变流量调节方法。

背景技术

热网循环泵的变流量调节目前已经广泛应用，而且其节能效果也得到公认。但是热网循环泵的变流量调节仍存在以下几个问题：

1、恒定热网出口压差或者根据热网中某点压差，然后调节热网循环泵的流量，此种方式节能效果较差；

2、保证最不利用户压差，然后调节热网循环泵的流量，此种方式监视最不利用户较困难，而且系统中可能会出现多个最不利用户；

3、多数用户还是采用人工分阶段改变流量的方式调节热网循环泵的转速，此种节能效果也较差。

针对上述问题需要明确在保证热网系统平衡的基础上，怎样调节热网循环泵的流量才是最节能的运行方式。然而，现有技术中没有给出实现上述目的调节方法。

发明内容

本发明为了解决热网循环泵的变流量调节方法存在节能效果较差、无法实现在保证热网系统平衡的基础上对热网循环泵进行连续的变流量调节等问题，进而提提了一种热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法是基于由设计工况下热网循环泵的运行曲线、最低允许转速下热网循环泵的运行曲线、设计工况下的上限管网特性曲线、设计工况下的下限管网特性曲线、压差下限，压差上限围成的表示热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围来进行的，所述调节方法是将供热管网系统的运行工况点调节到热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围内；

所述调节方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、在初调节期间，把各换热站的电动调节阀的开度调为90％～95％，然后调节各换热站的手动阀使得供热管网系统在设计工况下的流量G₁下运行，此时管网的特性曲线为设计工况下的管网特性曲线，供热系统的运行工况点在热网循环泵的高效区；

步骤二、当热负荷变化时，如果供热管网系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀：

步骤二(一)、当热负荷变化时，如果系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀，水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平方区；流体的压降与流量关系满足二次幂规律，可用下式表示：

ΔP＝S_iG_i ²                              (1)

式中S_i——网路计算管段的阻力数，Pa/(m³/h)²；

    G_i——运行工况点对应的流量，m³/h；

    ΔP——水泵扬程，Pa；

步骤二(二)、对管网总流量进行监测，当管网的流量发生变化时，根据相似定律，可得：

$n_i=n_1\frac{G_i}{G_1}---\left(2\right)$

式中n_i——水泵要调成的转速；

n₁——设计工况下水泵的转速；

G_i——水泵要调成的流量，m³/h；

G₁——设计工况下的流量，m³/h；

步骤二(三)、通过前馈计算得到水泵要调成的转速n_i；

步骤二(四)、通过调节水泵的转速，改变泵的运行特性曲线，使得系统的运行工况点回到阴影部分的设计工况下的上限管网特性曲线和设计工况下的下限管网特性曲线之间；

其中设计工况下的下限管网特性曲线对应的阻抗为S，设计工况下的上限管网特性曲线对应的阻抗为S’，S’＝S～C·S，C一般取100％～105％；

通过变频调速，使得热网循环泵始终运行在同一效率曲线上以满足相似工况，使各个热力站调节阀的开度回到90％～95％；所述同一效率曲线是指设计工况下的上限管网特性曲线和设计工况下的下限管网特性曲线之间某一条管网特性曲线；

步骤三、如果供热管网系统的流量小于等比例变化最小流量点G₀，此时管路中水的流动状态将偏离阻力平方区，使得各支路流量的分配比例发生变化，且不是等比变化，这时采用热网循环泵恒压差限转速的调节方案，恒定压差的的上限和下限分别是等比例变化最小流量点G₀所在直线与设计工况下的管网特性曲线的上下限和的交点所对应的压差；通过控制循环泵的转速和管网的阻抗，使得系统运行工况点在压差上限和压差下限之间且位于最低允许转速下热网循环泵的运行曲线以上的区域范围内。

本发明的有益效果是：

本发明方法实现在保证热网系统平衡的基础上对热网循环泵进行连续的变流量调节，节能效果非常可观。本发明的优点：1、在保证热网系统平衡的基础上，热网循环泵进行连续的变流量调节；2、尽量使得热网的阻力系数最小，尽量使得热网循环泵工作在它的高效区内；3、热网循环泵在整个采暖季节内的运行能耗最低。

应用本发明方法运行时，等比例变化最小流量G₀一般定为额定流量的40％(按较保守的值进行计算)。则年运行的流量等比例变化范围在循环泵额定负荷的40％～80％之间，这种工况约占整个供暖季的60％，年运行负荷的平均值为循环水泵额定负荷的60％。在供暖初期和末期，系统在小于等比例变化最小流量的时间约占整个供暖季40％(按较保守的值进行计算)。

节电率按照GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式进行计算：

$K_i=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_I}{P_L}=\frac{P_L-P_e{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^3}{P_L}=1-\frac{{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^3}{0.45+0.55{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^2}---\left(3\right)$

式中：K_i——节电率

      ΔP_I——节电功率，

      P_L——额定负荷下水泵电机的输入功率

      P_e——水泵电机标牌的额定功率

——水泵年运行平均流量

      Q_N——水泵年运行额定流量

根据公式(3)可得节能率为：

$K_{\mathrm{il}}=1-\frac{{\left(\frac{0.6Q_N}{Q_N}\right)}^3}{0.45+0.55{\left(\frac{0.6Q_N}{Q_N}\right)}^2}=0.6667$

同理

$K_{i2}=1-\frac{{\left(\frac{0.4Q_N}{Q_N}\right)}^3}{0.45+0.55{\left(\frac{0.4Q_N}{Q_N}\right)}^2}=0.881$

采用加权平均计算得：节能率：

K_i＝0.6K_i1+0.4K_i2＝0.6*0.667+0.4*0.881＝0.7526

显然其节能效果非常显著，节电率可达75.26％。

附图说明

图1为本发明所述方法的热网循环泵的变流量调节曲线图，图中：1-1表示横坐标为流量，1-2表示纵坐标为水泵扬程，1-3表示设计工况下泵的运行曲线，1-4表示设计工况下的上限管网特性曲线，1-5表示设计工况下的下限管网特性曲线，1-6表示泵在管网系统中工作状态点的范围(阴影部分)，1-7表示最低允许转速下泵的运行曲线，1-8表示经过等比例变化最小流量点G₀且平行纵坐标轴的直线，1-9表示压差下限，1-10表示压差上限，1-11表示设计工况下的下限管网特性曲线1-5与设计工况下泵的运行曲线1-3的交点的横坐标值，即设计工况下的流量点G₁；图2是利用本发明方法进行流量调节的应用实例一的示意图，图3是利用本发明方法进行流量调节的应用实例二的示意图；图4是应用实例一的调节示意图(虚线表示调节后的曲线)，图5是应用实例二的调节示意图(虚线表示调节后的曲线)。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述的热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法是基于由设计工况下热网循环泵的运行曲线1-3、最低允许转速下热网循环泵的运行曲线1-7、设计工况下的上限管网特性曲线1-4、设计工况下的下限管网特性曲线1-5、压差下限1-9，压差上限1-10围成的表示热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围1-6来进行的，所述调节方法是将供热管网系统的运行工况点调节到热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围1-6内(即图1中阴影部分的范围)；

所述调节方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、在初调节期间，把各换热站5-1的电动调节阀5-3的开度调为90％～95％，然后调节各换热站5-1的手动阀5-2使得供热管网系统在设计工况下的流量G₁下运行，此时管网的特性曲线为设计工况下的管网特性曲线1-5，供热系统的运行工况点在热网循环泵(水泵)的高效区；

步骤二、当热负荷变化时，如果供热管网系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀：

步骤二(一)、当热负荷变化时，如果系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀，水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平方区；流体的压降与流量关系满足二次幂规律，可用下式表示：

ΔP＝S_iG_i ²                           (1)

式中S_i——网路计算管段的阻力数，Pa/(m³/h)²；

    G_i——运行工况点对应的流量，m³/h；

    ΔP——水泵扬程，Pa；(对应图1中的1-2)

步骤二(二)、对管网总流量进行监测，当管网的流量发生变化时，根据相似定律，可得：

$n_i=n_1\frac{G_i}{G_1}---\left(2\right)$

式中n_i——水泵要调成的转速；

n₁——设计工况下水泵的转速；(对应图1中的1-3)

G_i——水泵要调成的流量，m³/h；

G₁——设计工况下的流量，m³/h；(对应图1中的1-11)

步骤二(三)、通过前馈计算得到水泵要调成的转速(循环水泵的调节转速)n_i；

步骤二(四)、通过调节水泵的转速，改变泵的运行特性曲线，使得系统的运行工况点回到阴影部分的设计工况下的上限管网特性曲线1-4和设计工况下的下限管网特性曲线1-5之间；

其中设计工况下的下限管网特性曲线1-5对应的阻抗为S，设计工况下的上限管网特性曲线1-4对应的阻抗为S’，S’＝S～C·S，C一般取100％～105％；

通过变频调速，使得热网循环泵始终运行在同一效率曲线上(同一效率曲线是指设计工况下的上限管网特性曲线1-4和设计工况下的下限管网特性曲线1-5之间某一条管网特性曲线)以满足相似工况，各个热力站调节阀的开度也可以基本回到90％～95％，且认为调节阀的开度是等比例变化的，此时供热管网系统最节能；

步骤三、如果供热管网系统的流量小于等比例变化最小流量点G₀，此时管路中水的流动状态将偏离阻力平方区，使得各支路流量的分配比例发生变化，且不是等比变化，这时采用热网循环泵恒压差限转速的调节方案，恒定压差的的上限1-10和下限1-9分别是等比例变化最小流量点G₀所在直线1-8与设计工况下的管网特性曲线的上下限1-4和1-5的交点所对应的压差；为了保证循环泵运行的高效和安全，设定了循环泵的最低允许转速，其对应的泵的特性曲线为1-7，这样运行工况点就在1-7以上的区域内；通过控制循环泵的转速和管网的阻抗，使得系统运行工况点在压差上限1-10和压差下限1-9之间且位于最低允许转速下热网循环泵的运行曲线1-7以上的区域范围内，此时的节能效果也是相当可观的。

本实施方式所述的热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法，当热负荷变化时，如果供热管网系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀，将供热管网系统的运行工况点调节到图1中阴影部分1-6的位于1-8右侧范围1-6-1，即由曲线1-4、曲线1-5及曲线1-3围成的区域范围内；如果供热管网系统的流量小于等比例变化最小流量点G₀，将供热管网系统的运行工况点调节到图1中阴影部分1-6的位于1-8左侧范围1-6-2，即由直线1-10、直线1-9及曲线1-7围成的区域范围内。

应用实例

下面给出两种供热系统的调节方式

应用实例一(参见图1、图2和图4)：集中式调节

如图2所示，2-1表示热源，2-2表示循环泵，2-3表示止回阀，2-4表示流量传感器，2-5表示温度传感器，2-6表示控制器，2-7表示室外温度，2-8表示关断阀，3-1表示换热站，3-2表示手动调节阀。

在初调节时，通过调节手动调节阀的开度使得系统在设计工况下运行，以后保持阀的开度基本不变，当室外温度变化时，控制器通过采集室外温度的信号分别对热源循环泵进行调节，保证合适的供水温度和管网流量，使得系统运行在图1的阴影部分，通过集中式调节达到节能的目的。

应用实例二(参见图1、图3和图5)：集散式调节

如图3所示，4-1表示热源，4-2表示循环泵，4-3表示止回阀，4-4表示流量传感器，4-5表示温度传感器，4-6表示控制器，4-7表示室外温度，4-8表示关断阀，4-9表示变频器，5-1表示换热站，5-2表示手动调节阀，5-3表示电动调节阀，5-4表示温度调节器。

在初调节期间，把电动调节阀的开度调为90％～95％，然后调节手动阀使得系统在设计流量下运行，但室外温度变化时，各个热力站根据负荷变化调节电动调节阀的开度来满足要求，且管网的流量大于或等于等比例变化最小流量点，此时管网的特性曲线偏离了图1的阴影部分，循环泵根据流量传感器监测到的流量用变频器来调节转速，控制器通过室外温度调节热源来控制供水温度，直到运行工况点进入阴影部分，停止调节。

当管网的流量小于等比例变化最小流量时，通过循环泵定压差的上下限和限制最低允许转速来确定系统的运行工况点。

Claims (1)

1.一种热网循环泵等阻力区间的变流量调节方法，其特征在于：所述调节方法是基于由设计工况下热网循环泵的运行曲线(1-3)、最低允许转速下热网循环泵的运行曲线(1-7)、设计工况下的上限管网特性曲线(1-4)、设计工况下的下限管网特性曲线(1-5)、压差下限(1-9)，压差上限(1-10)围成的表示热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围(1-6)来进行的，所述调节方法是将供热管网系统的运行工况点调节到热网循环泵在供热管网系统中工作状态点的范围(1-6)内；

所述调节方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、在初调节期间，把各换热站的电动调节阀的开度调为90％～95％，然后调节各换热站的手动阀使得供热管网系统在设计工况下的流量G₁下运行，此时管网的特性曲线为设计工况下的管网特性曲线(1-5)，供热系统的运行工况点在热网循环泵的高效区；

步骤二、当热负荷变化时，如果供热管网系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀：

步骤二(一)、当热负荷变化时，如果系统的流量大于或等于等比例变化最小流量点G₀，水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平方区；流体的压降与流量关系满足二次幂规律，可用下式表示：

ΔP＝S_iG_i ²                       (1)

式中S_i——网路计算管段的阻力数，Pa/(m³/h)²；

    G_i——运行工况点对应的流量，m³/h；

    ΔP——水泵扬程，Pa；

步骤二(二)、对管网总流量进行监测，当管网的流量发生变化时，根据相似定律，可得：

$n_i=n_1\frac{G_i}{G_1}---\left(2\right)$

式    中n_i——水泵要调成的转速；

n₁——设计工况下水泵的转速；

G_i——水泵要调成的流量，m³/h；

G₁——设计工况下的流量，m³/h；

步骤二(三)、通过前馈计算得到水泵要调成的转速n_i；

步骤二(四)、通过调节水泵的转速，改变泵的运行特性曲线，使得系统的运行工况点回到阴影部分的设计工况下的上限管网特性曲线(1-4)和设计工况下的下限管网特性曲线(1-5)之间；

其中设计工况下的下限管网特性曲线(1-5)对应的阻抗为S，设计工况下的上限管网特性曲线(1-4)对应的阻抗为S’，S’＝S～C·S，C一般取100％～105％；

通过变频调速，使得热网循环泵始终运行在同一效率曲线上以满足相似工况，使各个热力站调节阀的开度回到90％～95％；所述同一效率曲线是指设计工况下的上限管网特性曲线(1-4)和设计工况下的下限管网特性曲线(1-5)之间某一条管网特性曲线；

步骤三、如果供热管网系统的流量小于等比例变化最小流量点G₀，此时管路中水的流动状态将偏离阻力平方区，使得各支路流量的分配比例发生变化，且不是等比变化，这时采用热网循环泵恒压差限转速的调节方案，恒定压差的的上限(1-10)和下限(1-9)分别是等比例变化最小流量点G₀所在直线(1-8)与设计工况下的管网特性曲线的上下限(1-4)和(1-5)的交点所对应的压差；通过控制循环泵的转速和管网的阻抗，使得系统运行工况点在压差上限(1-10)和压差下限(1-9)之间且位于最低允许转速下热网循环泵的运行曲线(1-7)以上的区域范围内。

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