CN111720875A - 一种基于集中供热管网水力平衡调节和数据应用实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于集中供热管网调节方法和数据采集应用实验装置。简称“装置”。通过该装置研发的方法。实现供热管网按需精确供热。实施方法：1.通过装置研发新的平衡方式，并在热力管网中推广；2.通过装置中设备压差和流量值的变化值，判断热力管网中各种系统故障；3.通过对装置中压差和流量控制方式，实现供热管网按需精确供热。4.利用装置模拟现实中各种水力工况。给出供热管网设计和整改方案。装置包括：水力平衡、压差、流量控制和自控。所有设备运行数据实时上传，通过数据变化，判断故障点；自控系统能够让压差和流量自动调节，实现装置内流量精确控制。为热力管网按需供热，提供真实数据和理论依据。

Description

一种基于集中供热管网水力平衡调节和数据应用实验装置

技术领域

本发明设计集中供暖管网水力平衡和自动化控制相关技术领域，具体涉及集中供暖管网水力平衡调试方法，压差控制方法，流量控制方法等。

背景技术

当前，中国正从国家战略高度推进运用“互联网+”、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术赋能各行业的转型升级，“智慧”已普遍成为描述这类转型升级特征的关键词。当前，“智慧供热”的概念已被正式提出，并已成为中国供热行业的关注焦点。但是，城镇集中供热管网的水力失衡问题，仍然是供热行业中面临的最大的痛点，仍然是“智慧供热”发展道路上最大的绊脚石。

本发明的发明人基于静态平衡阀在热力管网的水力平衡调节中的应用，提出新的快速实现供热系统水力平衡的调试方法，以及供热系统运行故障诊断和按需精确供热的方法，并发明一套实验装置，验证并演示以上方法的可行性。

发明内容

鉴于上述问题，发明人发明了一套模拟供热管网系统的实验装置，并在该实验装置上，提出新的快速实现供热管网系统水力平衡的调试方法，以及供热管网系统的故障诊断和按需精确供热的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一套模拟供热管网系统的实验装置，具体包括：水力平衡调节装置、支路阻力调节装置、压差控制组、流量控制组、流量采集显示装置、后台监控装置。上述除后台监控装置外，其余各个装置中的设备均采用活接接头连接，主要管道部分采用PPR热熔管，管道固定在支架上，构成实验装置的水力模型部分，具体包括：静态平衡阀、球阀、压差控制阀、截止阀、压力表、排气阀、浮子流量计、脉冲流量计、电动调节阀、压力传感器等。

后台监控装置由两套自动化(PLC)控制模块构成，固定于独立展架上。后台监控装置和水力模型中的电动调节阀、脉冲流量计、压力传感器均采用有线方式通讯。

作为优选，所述实验装置中，支路阻力调节装置，均使用具有线性阻力特性的铜制截止阀作为调节装置。

作为优选，所述实验装置各个水力元件之间的连接均采用活接接头连接，方便后期设备增加，拆除和维护。采用PPR热熔管管件连接，有效防止管道生锈。

作为优选，所述本实验装置后台监控系统中，压力传感器、脉冲流量计、电动调节阀和PLC控制单元之间的有线连接的电缆，均采用屏蔽电缆，并且保证两端可靠接地，保证本实验装置系统内各采集通道的信号不互相干扰，保证不影响实验效果。

根据本发明的另一方面，提供了一种快速实现供热管网中，水力平衡的调试方法，具体包括：参考供热管网中最不利回路流量，以满足最不利回路所需流量为调节目标，调节管网中其他回路的流量，使所有回路的流量达到预先设计的比例关系。当本实验装置系统中流量发生变化时，能够保证调节好的各个回路，均按照预先设计的比例发生变化。

根据本发明的再一方面，提供了热力管网系统运行故障诊断的方法，具体包括：安装静态平衡阀的供暖回路，能够通过调试仪表采集到支路中的相关压力和压差的变化，当本实验装置系统中某一回路发生堵塞情况时，该回路中的阀门相关压差、压力值，会发生明显的变化，这些变化都可以通过静态平衡阀进行读取，并通过和原始采集到数据的对比，从而快速判断出某一回路发生堵塞的区间。

根据本发明的再一方面，提供了供热管网，按需精准供热的压差控制方法，具体包括：压差控制组包括供暖回路中供、回水管道上的压力传感器和安装在供水管道上的电动调节阀。通过建筑负荷的计算，得到能够维持该建筑正常供暖所需的流量。在此流量下，得到供回水管路压差，通过后台监控系统，编写对应的程序，控制电动调节阀，维持此压差，而不受其他支路调节的影响。

根据本发明的再一方面，提供了供热管网，按需精准供热的流量控制方法，具体包括：流量控制组包括安装在供暖回路上的脉冲流量计和电动调节阀，后台监控本实验装置系统，通过实时采集的脉冲流量计读数，控制电动调节阀，维持支路流量的恒定。当建筑负荷发生改变时，所需流量发生改变，流量控制组自动进行调节。

根据本发明的再一方面，提供了一种基于供热管网的后台监控系统，具体包括：控制单元作为主控设备，完成对本实验装置系统内流量传感器、压力传感器、电动调节阀、供暧循环泵等设备的数据的实时采集和实时调控，并能够将数据和处理结果进行实时显示和本地存储。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明所述的一套模拟供热管网本实验装置系统的实验装置平面设计图。

图2为本发明所述的一套模拟供热管网本实验装置系统的实验装置3D效果图。

图3为本发明所述的后台监控本实验装置系统的电气原理图。

图4为本发明所述的快速实现本实验装置系统水力平衡的调试方法。

图5为本发明所述的热力管网本实验装置系统运行故障诊断的方法。

图6为本发明所述的实现用户按需精准供热的压差控制方法和流量控制方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例一：快速实现本实验装置系统水力平衡的调试方法(参见附图4)

附图4描述了，发明人快速实现本实验装置系统水力平衡调试的全部过程。图4-1显示的是6个供暖回路，在未进行水力平衡调试的初始状态，可以把6个供暖回路，分别看成某小区内6栋集中供暖建筑或者某小区某栋建筑的6个楼层(楼栋或者楼层数量增加，调试方法相同)，这两种不同模型，可以分别代表供热管网中的水平失调和垂直失调两种水力失衡现象。

在整个调试过程中，先假设各个回路的供暖面积，和供暖负荷均相同，分别为面积233m²，建筑负荷30W，供回水温差为10℃。根据热量换算公式Q＝CM·AT，计算得出，每个供暖回路的设计流量约为0.6m³/h，即每个供暖回路至少要分配0.6m³/h的流量，才能满足供暖需求。从初始状态的流量分配，可以明显看到，5#、6#(回路编号从下到上依次为1#-6#)回路达不到设计流量，且6#回路为本实验装置系统最不利回路，实际流量最低，为0.54m³/h；同时，其他回路流量均大于设计流量，本实验装置系统存在明显的水力失衡现象。

本平衡调试方法，以6#回路实际流量为参考，因为各回路设计流量比例是1∶1∶1∶1∶1∶1。所以，在从上到下，依次调节其他回路过程中，调节每个回路时，都参考6#回路流量进行调节，使该回路实时流量和6#回路的实时流量比例为1∶1，5#-1#回路的调节过程分别如图4-2、4-3、4-4、4-5、4-6所示。在整个调节过程中，只需要两块测量仪表进行配合，一块测量仪表固定在6#回路，不需要移动；另一块仪表只需参考6#仪表实时流量，按照预先计算的比例，调节其他回路即可。

如图4-7显示，通过上述方法，本实验装置系统已达到水力平衡，各个回路的实际流量的比值例，已满足设计比例的需求。在此状态下，只需调节站内循环泵的总流量，就可以使各个供暖回路，按照设计比例进行流量分配。

图4-8、图4-9，分别显示了减小站内总流量和增大站内总流量后的本实验装置系统流量分配；

如上所述平衡调试方法，是在本实验装置系统各供暖回路设计流量比例均为1∶1的情况下进行调试。当本实验装置系统各供暖回路设计流量比例为其他比例，调试方法相同，取得的调试效果也相同，不在赘述。

测量平衡阀的关闭压差，通过对临近的平衡阀的数据比对，确认水泵运行参数是否正常，然后打开被测平衡阀，如果测量数据明显小于设计(或预设值)，则说明该回路有管道堵塞的情况。

测量平衡阀的关闭压差，通过对临近的平衡阀的数据比对，确认水泵运行参数是否正常，再分别测量平衡阀，高压和低压侧的压力数值，通过数值比对，判断是供水侧，还是回水侧的管道出现堵塞的问题。

平衡调试后，平衡阀按需开启，通过测量平衡阀高压和低压侧的压力数值，判断相邻区域的管道阻力变化，结合国家相关手册的标准数据，初步判断，供回水管道的老化程度，以及是否存在局部阻力变大的情况，缩小检修范围。

结合正常调试数据，通过测量平衡阀的高、低压的数据的比对，初步判断，管道是否有漏水的状况。

实施例三：实现用户按需精准供热的压差控制方法和流量控制方法(参见附图6)

附图6描述了，在实现本实验装置系统水力平衡的基础上，当某些用户的供热需求发生改变；或者小区内不同建筑，因为所处方位、朝向等不同，造成建筑负荷随时间变化而变化时，通过压差或者流量控制组，实现用户按需精准供热的调节过程。

图6-1至图6-6，显示通过压差控制组，实现用户按需精准供热的调节。同实施例一，把6个供暖回路看做一栋建筑内的6个楼层，当不同楼层用户，用热需求发生变化，进行自主调节，需要减小或者增大支路流量时，本实验装置系统流量的分配情况。以及当压差控制组参与到调控时，怎样消除用户自主调节，对流量分配的影响。

图6-1显示，本实验装置系统初始状态，各分支流量均达到满足用户的用热需求；

图6-2显示，此时楼栋主管压差控制组并未参与调节，处于手动状态，开度100％，；

图6-3显示，当4#和2#(同实施例一中分支编号)用户，因为用热需求变化，把各自支路阀门关闭，本实验装置系统流量重新分配，4#和2#减小的流量，强加给了其他楼层用户，如果小区采用的是热计量收费，明显会把这部分热量强加给其他各层用户，造成热计量收费不公的问题。

图6-4显示，发明人发明的压差控制组，参与到调节过程中，压差控制组处于自动调节状态。

图6-5显示，通过短时间的调节，可以看到当压差控制组工作后，6#、5#、3#、1#楼层的实时流量，回到了初始状态，而不受4#和2#楼层用户自主调节的影响。

图6-6显示，当4#和2#楼层用户，再次打开各自支路阀门时，通过压差控制组调节，各层用户实际流量又重新回到初始状态。

图6-7、6-8显示，小区内不同建筑，因为所处方位、朝向等不同，造成建筑负荷随时间变化而变化，所需实时流量会发生变化。图6-7显示，在某一时间点，各个支路所需的设定流量分别为(从上到下)0.5、0.55、0.63、0.70，各个支路流量控制组自动调节。当建筑负荷随着时间发生变化，满足用户供热需求所需的流量分别变为0.5、0.72、0.7、0.7，流量控制组自动进行调节，将实际流量调节成所需流量。本发明中，被控对象选择回路流量，实际应用中，各个回路的温度也可以被设置为被控对象，因为建筑热负荷的变化，直接影响到建筑回水温度的变化。

Claims (5)

1.一种基于集中供热管网水力平衡调节和数据应用实验装置，其特征在于：

通过获取与参考本实验装置系统中，存在的最不利回路流量和压力值，利用平衡阀设备，比例调节其他回路流量，达到本实验装置系统快速水力平衡；

通过本实验装置系统中，静态平衡阀，采集到的关闭压差数据和流量数据的变化，判断本实验装置系统中是否存在管道堵塞、管道是否正确安装等各种本实验装置系统模拟出来的故障；

通过对实验装置系统中，压差控制和流量控制，通过电动控制阀、压差控制器等设备，精确控制流量。模拟现实供热管网按需精确调节中，各种工况需求和调节手段。

后台监控和数据分析，本实验装置系统，能够采集本实验装置系统中水力运行的各种参数值，以及相关的变化，指导压差控制和流量控制进行自动调节，满足本实验装置系统对流量的精确控制，以模拟实际供热管网中的按需精确供热。

通过本实验装置，模拟各种水力工况条件，如流速，管道比摩阻的数据变化，获取供热管网中，各系统回路之间的相互干扰和相互兼容的特性。

2.根据权利要求1，所述的热力管网快速水力平衡调节方法，其特征在于：

参考供热管网中最不利回路流量，以满足最不利回路所需流量为调节目标，调节管网中其他回路的流量，使所有回路的流量达到预先设计的比例关系。当本实验装置系统中流量发生变化时，能够保证调节好的各个回路，均按照预先设计的比例发生变化，快速消除本实验装置系统流量分配不均及“近端过流，末端欠流”的水力失调现象，从而达到本实验装置系统快速的水力平衡。

3.根据权利要求1，所述本实验装置系统故障诊断，其特征在于：

本实验装置系统，实现全面水力平衡后，静态平衡阀能够采集到本实验装置系统中的相关压力和压差的变化，当本实验装置系统中，某一个或者几个回路，通过人工设置管道阻力点，管道阻力将会发生变化。回路中的阀门关闭压差和流量压差值也会相应发生变化，这些变化都可以通过静态平衡阀进行采集出相关的压力，流量等数据，从而可以快速判断出，某些问题回路发生堵塞的区间。通过不同状态的阻力模拟，获取的实验数据，逐步找到判断管道阻力变化后的各种管道特性。从而采用该方法指导供热的生产运维，提高工作效率。

4.根据权利要求1，所述精确调节方法及装置，其特征在于：

压差控制组和流量控制组，通过采集本实验装置系统中，运行时的压差和流量数据，将数据上传到本实验装置后台监控系统，本实验装置后台监控系统，通过分析本实验装置系统中，各参数的变化，如流量、压力、压差，自动调节压差控制组和流量控制组的相关设备，保证当本实验装置系统中，模拟某些供热小区的供热单元，根据自己的用热需求，进行自主调节时，不会对其他热用户供热单元的供暖需求造成影响，从而达到用热的按需精确调节。

5.根据权利要求1，所述本实验装置后台监控系统，其特征在于：

本实验装置后台监控系统，采用自动化控制类产品作为主控设备，完成对本实验装置系统内的流量传感器、压力传感器、电动调节阀、供暖循环泵等设备的数据的实时采集和实时调控，并能够将数据和处理结果进行实时显示和本地存储。

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