CN112128842A - 一种供热管网水力平衡快速调节方法 - Google Patents

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严淇函
王珏
孙多斌
蒋诚
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    • F24D3/1058—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system disposition of pipes and pipe connections

Abstract

本发明提供一种供热管网水力平衡快速调节方法。该方法包括：利用现场或模拟辨识得到差商灵敏度矩阵；计算其逆矩阵，求解最佳灵敏度矩阵；利用差商灵敏度计算模型计算供热管网运行工况下的流量达到目标流量时各分支阻抗的变化量及摩阻值S*，根据阀门样本可知每个阀门开度K与阻抗S之间的关系，将计算结果S*带入阀门特性函数，得到目标流量下的阀门开度，按照计算结果对各个调节分支阀门的开度进行调节，使系统达到水力平衡。对存在水力失调的供热管网系统，该方法可实现精确调节，且能够大大提高水力平衡调节的工作效率，省时省力。

Description

一种供热管网水力平衡快速调节方法
技术领域
本发明涉及供热管网系统，具体涉及一种供热管网水力平衡快速调节方法。
背景技术
当前集中供热管网系统规模庞大，管路复杂，末端用户众多，由于我国在集中供热的研究起步较晚，与国外技术相比在系统设计、运行管理等方面存在一定的差距，使得系统能耗较高，尤其在区域集中供热系统中，能耗尤为严重。而造成能耗严重的主要是由于供热系统输配管网存在一个很普遍的问题——水力失调，最为直接的表现就是耗能增大且城市楼层居民供暖不均，影响供热品质。为了解决这个问题，管理方通常采用提高水泵扬程、增大输出压力和流量这种既不经济又不合理的运行方式，在原有的供热系统基础上，投入大量的调节设备，虽然这在一定程度上能解决居民供热的一些问题，但会出现近端用户感觉过热而开窗散热的情况，这种做法会产生巨大的资源浪费和能耗损失，同时使得供热管网系统造价升高、运行费用增加、能源浪费严重等，且负荷增大还会引起管道的破裂等不安全问题。
集中供热系统是一个受多因素影响的大系统，其特点复杂多变，各支路之间耦合性较强并且具有时变特性，其中不确定因素也很多，包括施工的影响、设备的误差、管理的不当，都会成为供热系统水力平衡的影响因素，所以实施调节非常困难。目前常使用的水力平衡调节方法有比例调节法、补偿法、温度调节法，这些方法通常耗时较长，操作过程复杂，同时对设备的要求也较高，存在不同的局限性。也有管理人员凭借经验对系统进行粗调节，但是如果管网的环路很多时，各环路之间的耦合情况非常复杂，不经过理论计算很难达到调节的目的。
发明内容
本发明提出一种供热管网水力平衡的快速调节方法，以解决目前供热网水力失调导致的室内冷热不均及能源浪费的问题，同时改善现有调节方法耗时耗力的缺陷，提高调节工作效率。
一种供热管网水力平衡快速调节方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）对于具有b条调节支路的供热系统，利用超声波流量计采集系统在实际工况运行下时分水器上每支路管段的流量
Figure 276241DEST_PATH_IMAGE002
。假设按照系统设计工况运行时各环路的流量为
Figure 272010DEST_PATH_IMAGE004
，那么各支路的失调量为
Figure 363332DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 332775DEST_PATH_IMAGE008
，利用压力表测得各支路供回水压差，计算摩阻值，利用现场或模拟辨识差商灵敏度矩阵
Figure 661994DEST_PATH_IMAGE010
；
（2）根据辨识得到不同梯度的差商灵敏度矩阵，求解其逆矩阵；
（3）计算△Si。
Figure 267813DEST_PATH_IMAGE012
；
（4）将管网各分支的初始摩阻记为S0，计算Si *。
Figure 816737DEST_PATH_IMAGE014
；
（5）利用MKP法计算G0，将目标流量记为G，验证相对水力失调度
Figure 796063DEST_PATH_IMAGE016
，则当γ≥10%则对计算目标流量所在区间的差商灵敏度取平均值，返回步骤（2）继续计算，直到γ≤10%，得出最佳差商度矩阵
Figure 304755DEST_PATH_IMAGE018
；
（6）利用差商灵敏度计算模型计算供热管网运行工况下的流量达到目标流量时各分支阻抗的变化量：
Figure 173485DEST_PATH_IMAGE020
（7）计算管网达到水力平衡时各用户分支需要调节的阻抗值：
Figure 301716DEST_PATH_IMAGE022
（8）依据步骤4的计算结果指导供热管网水力平衡调节的实施。根据阀门样本可知每个阀门开度K与阻抗S之间的关系，将步骤4的计算结果S*带入阀门特性函数，得到目标流量下的阀门开度，按照计算结果对各个调节分支阀门的开度进行调节，当所有分支都调完，各分支流量也达到目标值，调试结束；
为体现本发明所具有的有益效果，利用搭建的实验平台进行实验验证。该实验平为含有5个用户的异程式管网，主要包括：流量计、稳压器、压力计、水泵和阀门等装置可通过各区阀门对流量进行调节，水泵阀门全开，各区阀门全开每一个单一管路都加装流量计与压力表。各支路参数如表1所示。
表1 各环路初始工况流量
Figure 179673DEST_PATH_IMAGE024
通过实施本发明所提供的供热管网水力平衡快速调节方法，经过调试后各环路的流量及相对水力失调度如表2所示，各环路的水力失调现象都得到了有效的改善，尽管流量不能完全达到设计值，但是均能满足工程领域精度。
表2 各环路调试后流量
支路1 支路2 支路3 支路4 支路5 支路1
调试后流量 L/h 72.8797803 162.702626 82.1467157 185.066851 101.867545 72.8797803
相对水力失调度% -2.83% 3.30% -5.58% 5.75% -2.98% -2.83%
根据实验结果，本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：
本发明一种供热管网水力平衡快速调节方法，基于差商灵敏度的水力平衡调节，其计算模型来源于调节过程中，具有快速辨识的特点，其辨识过程既可以利用软件辨识也可利用现场辨识，能反应流体网络的动态特性，根据目标流量可实现精确的流量调节，整个调节过程操作容易，方便快捷。
附图说明
为更清晰地描述本发明实施过程，下面结合附图对实施例进行详细描述，其中：
图1为供热管网系统示意图；
图2为本发明一种供热管网水力平衡快速调节方法流程图。
图3实验平台图
具体实施方法
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
如图1所示供热管网系统环路分布示意图，供热管网系统共有b条可调支路，将每条支路1所包含的末端用户等效成一个用户2，则各支路的目标流量为环路内所有用户目标流量之和。每条支路1上设有调节阀3，可对流量进行调节。
为了达到各环路所需的水量，本发明一种供热管网水力平衡快速调节方法，首先测得当前工况下管网的初始参数（流量、压力），再利用现场辨识或模拟辨识得到差商灵敏度矩阵，计算其逆矩阵，计算△Si及Si *求解最佳差商灵敏矩阵，利用最佳差商灵敏度计算模型所计算得到的供热管网运行工况下的流量达到目标流量时各分支阻抗的变化量△S以及各用户分支需要调节的阻抗值S*，根据阀门样本可知每个阀门开度K与阻抗S之间的关系，将计算结果S*带入阀门特性函数，得到目标流量下的阀门开度，使用超声波流量计监测支路1流量，按照计算结果对各个调节分支1的阀门3开度进行调节，当所有分支都调完，各分支流量也达到目标值，调试结束；
如图2所示一种供热管网水力平衡快速调节方法流程图：
（1）对于具有b条调节支路的供热系统，利用超声波流量计采集系统在实际工况运行下时分水器上每支路管段的流量
Figure 79889DEST_PATH_IMAGE026
。假设按照系统设计工况运行时各环路的流量为
Figure 119521DEST_PATH_IMAGE028
，那么各支路的失调量为
Figure 672731DEST_PATH_IMAGE030
，其中
Figure 889184DEST_PATH_IMAGE032
，利用压力表测得各支路供回水压差，计算摩阻值，利用现场或模拟辨识差商灵敏度矩阵
Figure 516343DEST_PATH_IMAGE034
；
（2）根据辨识得到不同梯度的差商灵敏度矩阵，求解其逆矩阵；
（5）计算△Si。
Figure 431603DEST_PATH_IMAGE036
；
（6）将管网各分支的初始摩阻记为S0，计算Si *。
Figure DEST_PATH_IMAGE038
；
（5）利用MKP法计算G0，将目标流量记为G，验证相对水力失调度
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，则当γ≥10%则对计算目标流量所在区间的差商灵敏度取平均值，返回步骤（2）继续计算，直到γ≤10%，得出最佳差商度矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
（6）利用差商灵敏度计算模型计算供热管网运行工况下的流量达到目标流量时各分支阻抗的变化量：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
（7）计算管网达到水力平衡时各用户分支需要调节的阻抗值：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
、
（8）依据步骤4的计算结果指导供热管网水力平衡调节的实施。根据阀门样本可知每个阀门开度K与阻抗S之间的关系，将步骤4的计算结果S*带入阀门特性函数，得到目标流量下的阀门开度，按照计算结果对各个调节分支阀门的开度进行调节，当所有分支都调完，各分支流量也达到目标值，调试结束。

Claims (1)

1.一种中央空调冷冻水管网水力平衡快速调节方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）对于具有b条调节支路的供热系统，利用超声波流量计采集系统在实际工况运行下时分水器上每支路管段的流量
Figure RE-855038DEST_PATH_IMAGE002
。假设按照系统设计工况运行时各环路的流量为
Figure RE-834495DEST_PATH_IMAGE004
，那么各支路的失调量为
Figure RE-921224DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure RE-644329DEST_PATH_IMAGE008
，利用压力表测得各支路供回水压差，计算摩阻值，利用现场或模拟辨识差商灵敏度矩阵
Figure RE-255439DEST_PATH_IMAGE010
；
（2）根据辨识得到不同梯度的差商灵敏度矩阵，求解其逆矩阵；
（3）计算△Si。
Figure RE-500738DEST_PATH_IMAGE012
；
（4）将管网各分支的初始摩阻记为S0，计算Si *。
Figure RE-971034DEST_PATH_IMAGE014
；
（5）利用MKP法计算G0，将目标流量记为G，验证相对水力失调度
Figure RE-91305DEST_PATH_IMAGE016
，则当γ≥10%则对计算目标流量所在区间的差商灵敏度取平均值，返回步骤（2）继续计算，直到γ≤10%，得出最佳差商度矩阵
Figure RE-822501DEST_PATH_IMAGE018
；
（6）利用差商灵敏度计算模型计算供热管网运行工况下的流量达到目标流量时各分支阻抗的变化量：
Figure RE-173454DEST_PATH_IMAGE020
（7）计算管网达到水力平衡时各用户分支需要调节的阻抗值：
Figure RE-458942DEST_PATH_IMAGE022
（8）依据步骤4的计算结果指导供热管网水力平衡调节的实施。根据阀门样本可知每个阀门开度K与阻抗S之间的关系，将步骤4的计算结果S*带入阀门特性函数，得到目标流量下的阀门开度，按照计算结果对各个调节分支阀门的开度进行调节，当所有分支都调完，各分支流量也达到目标值，调试结束。
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