CN112815143A - 智能阀组及其运行方法 - Google Patents

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CN112815143A CN202110195546.7A CN202110195546A CN112815143A CN 112815143 A CN112815143 A CN 112815143A CN 202110195546 A CN202110195546 A CN 202110195546A CN 112815143 A CN112815143 A CN 112815143A
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Abstract

一种智能阀组及其运行方法，涉及市政供热系统工程技术领域；该智能阀组及其运行方法包括阀门主管路和与所述阀门主管路固定连接的阀门旁管路；所述阀门旁管路的两端分别与所述阀门主管路的两端连通；所述阀门主管路设置有能够通断所述阀门主管路的启闭件；所述阀门旁管路设置有能够通断所述阀门旁管路的旁路阀门；所述阀门主管路的横截面积大于所述阀门旁管路的横截面积；沿所述阀门主管路的延伸方向，所述阀门主管路的两端分别具有阀门入口和阀门出口。本发明的目的在于提供一种智能阀组及其运行方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的大型阀门关断难和阀门信息缺乏智能监测的技术问题。

Description

智能阀组及其运行方法
技术领域
本发明涉及市政供热系统工程技术领域，具体而言，涉及一种智能阀组及其运行方法。
背景技术
市政集中供热管网主要采用保温热力管道，常规管径范围主要为DN80mm-DN1400mm，供热管道上常用的关断阀门有蝶阀和球阀。其中球阀主要有全焊接球阀、全焊接半球阀或者法兰连接球阀等。在实际应用中，由于在管道中阀门前后存在压差，因此大型阀门具有关断难的问题；且大型阀门的阀门信息普遍缺乏智能监测，具有调控难的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能阀组及其运行方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的大型阀门关断难和阀门信息缺乏智能监测的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种智能阀组，包括阀门主管路和与所述阀门主管路固定连接的阀门旁管路；所述阀门旁管路的两端分别与所述阀门主管路的两端连通；
所述阀门主管路设置有能够通断所述阀门主管路的启闭件；所述阀门旁管路设置有能够通断所述阀门旁管路的旁路阀门；所述阀门主管路的横截面积大于所述阀门旁管路的横截面积；
沿所述阀门主管路的延伸方向，所述阀门主管路的两端分别具有阀门入口和阀门出口；
所述阀门旁管路设置有旁路热量计；所述旁路热量计包括设置在所述阀门旁管路上的旁路流量传感器和旁路入水温度传感器，还包括用于设置在回水管路上的回水温度传感器；
所述阀门主管路设置有主路温度传感器；所述阀门主管路还设置有靠近所述阀门入口的主路入口压力传感器和靠近所述阀门出口的主路出口压力传感器。
在上述任一技术方案中，可选地，所述阀门主管路包括依次固定连接的入口套袖、阀门主体和出口套袖；所述启闭件设置在所述阀门主体内部；
所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门主管路的两端连通；
所述阀门入口设置在所述入口套袖远离所述阀门主体的一端，所述阀门出口设置在所述出口套袖远离所述阀门主体的一端。
在上述任一技术方案中，可选地，所述旁路阀门包括旁路入口阀门和旁路出口阀门；
所述旁路流量传感器和所述旁路入水温度传感器设置在所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门之间；
所述主路温度传感器包括主路入口温度传感器和/或主路出口温度传感器；所述主路入口温度传感器设置在所述入口套袖上，所述主路出口温度传感器设置在所述出口套袖上；
所述主路入口压力传感器设置在所述入口套袖上；所述主路出口压力传感器设置在所述出口套袖上；
所述阀门主体外部设置有电动执行器；所述电动执行器穿过所述阀门主体与所述启闭件驱动连接；
所述电动执行器连接有用于监测所述启闭件开度的阀门开度传感器。
在上述任一技术方案中，可选地，所述阀门主体连接有算法器和阀门通讯器；所述阀门通讯器用于所述算法器与服务器的信息交互；
所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门分别与所述算法器电连接，所述算法器对应分别控制所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门的阀门开度；
所述旁路流量传感器、所述旁路入水温度传感器和所述回水温度传感器分别与所述算法器电连接；所述旁路流量传感器用于将监测的旁路流量信息发送至所述算法器；所述旁路入水温度传感器用于将监测的旁路温度信息发送至所述算法器，所述回水温度传感器用于将监测的回水温度信息发送至所述算法器；
所述主路入口温度传感器与所述算法器电连接，所述主路入口温度传感器用于将监测的主路入口温度信息发送至所述算法器；和/或，所述主路出口温度传感器与所述算法器电连接，所述主路出口温度传感器用于将监测的主路出口温度信息发送至所述算法器；
所述主路入口压力传感器与所述算法器电连接，所述主路入口压力传感器用于将监测的主路入口压力信息发送至所述算法器；所述主路出口压力传感器与所述算法器电连接，所述主路出口压力传感器用于将监测的主路出口压力信息发送至所述算法器；
所述电动执行器与所述算法器电连接，所述算法器对应控制所述电动执行器是否工作；
所述阀门开度传感器与所述算法器电连接，所述阀门开度传感器将监测的所述启闭件的开度信息发送给所述算法器。
在上述任一技术方案中，可选地，所述阀门主体连接有与所述算法器电连接的供能器；所述供能器包括蓄电池模块和/或外接电力模块；
在上述任一技术方案中，可选地，所述阀门通讯器采用5G技术或者4G技术；
在上述任一技术方案中，可选地，所述电动执行器连接有手动调节件，或者所述启闭件连接有手动调节件；所述手动调节件能够驱动所述启闭件转动；
在上述任一技术方案中，可选地，所述主路入口温度传感器和所述主路入口压力传感器采用温度压力一体传感器；所述主路出口温度传感器和所述主路出口压力传感器采用温度压力一体传感器。
在上述任一技术方案中，可选地，所述启闭件的形状为球体，且所述启闭件采用合金材质；所述阀门主体和所述启闭件形成的球阀为全通径全焊接球阀；
所述启闭件的硬度值大于所述阀门主体的硬度值；
所述入口套袖的长度和所述出口套袖的长度分别为100mm-1000mm；
在上述任一技术方案中，可选地，所述入口套袖在设置所述阀门入口的一端与管道采用焊接或者法兰连接，所述出口套袖在设置所述阀门出口的一端与管道采用焊接或者法兰连接；
所述入口套袖、所述阀门主体和所述出口套袖一体成型；或者，所述入口套袖、所述阀门主体、所述出口套袖和所述阀门旁管路一体成型；或者，所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门主管路的两端焊接连接，所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门旁管路的两端焊接连接。
一种智能阀组运行方法，适用于智能阀组，关闭智能阀组的方法包括：
所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门均保持全开状态，关闭启闭件以使阀门主管路断开；
关闭所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门，以使阀门旁管路断开。
一种智能阀组运行方法，适用于智能阀组，所述智能阀组采用就地分布式计算方法，以监控智能阀组所在的管网流量和热量分配，以及监控管网和所述智能阀组前后的压力状态和温度状态变化，以对管网和所述智能阀组的超压、失压工况、压降、温降异常工况、流量变化、开闭状态异常工况以及蓄电池电量工况进行预警和设备在线故障诊断；
所述就地分布式计算方法包括旁路计算主路流量算法，还包括阀门开度与工作流量特性曲线算法；其中，所述阀门开度包括所述旁路入口阀门的阀门开度、所述旁路出口阀门的阀门开度和所述启闭件的开度。
在上述任一技术方案中，可选地，所述旁路计算主路流量算法包括：
流经所述阀门主管路的流量为Q1，则Q1＝αQ2；
流经所述智能阀组的管网总流量为Q，则Q＝βQ2；
其中，Q2为所述旁路流量传感器监测的流经所述阀门旁管路的流量；
α为标定主管路流量放大系数；
β为标定管网流量放大系数，且β＝(1+α)；
依据流经所述阀门主管路的流量、所述主路入口温度传感器监测的主路入口温度和所述回水温度传感器监测的回水温度，计算流经所述阀门主管路的热量消费值；
依据流经所述阀门旁管路的流量、所述旁路入水温度传感器监测的旁路温度和所述回水温度传感器监测的回水温度信息，计算流经所述阀门旁管路的热量消费值；
流经所述智能阀组的管网总热量消费值为所述阀门主管路的热量消费值与所述阀门旁管路的热量消费值之和；
在上述任一技术方案中，可选地，所述阀门开度与工作流量特性曲线算法包括：
当所述智能阀组与管道系统连接时，通过所述智能阀组出厂标定流量特性q(k)和所述智能阀组在所述管道系统中的工作流量特性Q(k)关系，得到标定流量q、流经所述智能阀组的管网总流量Q、阀门开度k与阀权度Pv关系，根据所述主路入口压力传感器监测的压力值和所述主路出口压力传感器监测的压力值，以及所述智能阀组的阀权度Pv，依据智能阀组全开时的压力损失计算得到智能阀组所在管道的总压力损失，从而在线辨识管道阻力和智能阀组的阻力，实现精细化调节。
在上述任一技术方案中，可选地，所述智能阀组的数量为多个时，多个所述智能阀组采用群智能算法；
所述群智能算法通过所述就地分布式计算方法在线辨识管道阻力和所述智能阀组的阻力，根据室外气象条件所涉及的当前室外温度tw、风速v和太阳辐射强度R，对各个热力站和各个用户进行负荷预测，利用大数据学习拟合得到风速修正系数α和太阳辐射修正系数β，各个智能阀组通过所述就地分布式计算方法计算各个热力站或各个用户的热负荷Qh，并根据用户之间的耦合性，调节各个热力站或各个用户所需的流量、供水温度和回水温度；
Figure BDA0002944688530000061
其中，Qh0为设计热负荷；tn为室内温度；t′w为设计室外温度；v0为设计工况风速；R0为设计工况太阳辐射强度；
所述智能阀组设置在热源、一次热网、热力站、二次热网和用户楼宇入口的一处或者多处，通过5G无线通信下发调度指令至相应的热源、一次热网、热力站、二次热网和用户楼宇入口处的智能阀组，同时通过所述阀门通讯器上传至集中供热总控中心。
本发明的有益效果主要在于：
本发明提供的智能阀组及其运行方法，通过阀门旁管路的两端分别与阀门主管路的两端连通，以使在需要关闭智能阀组时，可以令旁路阀门处于打开状态，平衡阀门主管路中启闭件两侧的压差，减少驱动启闭件的扭矩，进而便于驱动启闭件关闭断开阀门主管路，之后再关闭旁路阀门，解决了现有大型阀门关断难的技术问题。通过旁路热量计、主路温度传感器、主路入口压力传感器和主路出口压力传感器，以监测智能阀组的流量、热量、压力和温度等相关信息，以在一定程度上提高智能阀组的智能检测能力，进而便于调控。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的智能阀组的结构示意图；
图2为图1所示的智能阀组的左视图；
图3为本发明实施例提供的智能阀组的控制连接示意图；
图4为本发明实施例提供的智能阀组的安装位置示意图。
图标：1-阀门主体；2-入口套袖；3-出口套袖；4-连接器；5-电动执行器；6-算法器；7-供能器；8-阀门旁管路；9-阀门入口；10-阀门出口；11-入口温度压力一体传感器；12-出口温度压力一体传感器；13-旁路热量计；14-旁路入口阀门；15-旁路出口阀门；16-启闭件；17-阀门主管路；18-阀门开度传感器；19-阀门通讯器；20-智能阀组；21-常规阀门；22-热源；23-供水一次管网；24-回水一次管网；25-热力站；26-供水二次管网；27-回水二次管网；28-楼宇用户。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以采用各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
请参照图1-图4，本实施例提供一种智能阀组及其运行方法，图1为本实施例提供的智能阀组的结构简图；图2为图1所示的智能阀组的左视图；图3为本实施例提供的智能阀组的控制连接示意图。图4为本实施例提供的智能阀组的安装位置示意图。
本实施例提供的智能阀组，可用于集中供热系统的供热管网，例如市政一次管网或者庭院二次管网所涉及的供回水管道。
参见图4所示，供热管网一般为直埋敷设或地沟敷设的供回水管网，热源22产生高温热水经由一次管网(包括供水一次管网23和回水一次管网24)、分段阀门至热力站25，此时智能阀组20可设置在可检修的阀门井室；高温热水在热力站25换热后，用户侧热水二次管网(包括供水二次管网26和回水二次管网27)经由分段阀门、楼宇入口调节阀门进入楼内各单元立管，此时智能阀组20可设置在庭院地下阀门井室或楼宇入口；高温热水进入楼内各单元立管后，再最终进入用户散热器、地暖、控制调节阀门等末端散热至室内。
本实施例提供的热网专用智能阀组20可用于供热系统的热源22出口处、热网的一次管网和二次管网的分段阀门、阀门井室处、热力站25进出口处和楼宇用户28入口处。可选地，智能阀组20可设置在供水一次管网23和供水二次管网26处，常规阀门21可设置在回水一次管网24和回水二次管网27处；亦或反之，亦或供水一次管网23、供水二次管网26、回水一次管网24和回水二次管网27的阀门均采用智能阀组20。
参见图1-图3所示，该智能阀组，包括阀门主管路17和与阀门主管路17固定连接的阀门旁管路8；阀门旁管路8的两端分别与阀门主管路17的两端连通；可以理解为阀门主管路17和阀门旁管路8并列设置。
阀门主管路17设置有能够通断阀门主管路17的启闭件16；阀门旁管路8设置有能够通断阀门旁管路8的旁路阀门；阀门主管路17的横截面积大于阀门旁管路8的横截面积。具体而言，阀门主管路17具有主流通流道；启闭件16能够连通或者断开主流通流道；阀门旁管路8具有旁流通流道；旁路阀门能够连通或者断开旁流通流道；主流通流道的横截面积大于旁流通流道的横截面积。
沿阀门主管路17的延伸方向，阀门主管路17的两端分别具有阀门入口9和阀门出口10。本实施例中智能阀组20，流体介质通过阀门入口9进入阀门主管路17和阀门旁管路8，之后通过阀门出口10流出。
阀门旁管路8设置有旁路热量计13；旁路热量计13包括设置在阀门旁管路8上的旁路流量传感器和设置在阀门旁管路8上的旁路入水温度传感器，还包括用于设置在回水管路上的回水温度传感器；通过旁路热量计13，以监测智能阀组20所在管路的热量；具体而言，旁路热量计13通过旁路流量传感器、入水温度传感器和回水温度传感器监测智能阀组20所在管路的热量。通过在阀门旁管路8设置旁路热量计13，以能够实现智能阀组20低成本、高精度流量和热量的测量。
阀门主管路17设置有主路温度传感器；通过主路温度传感器以监测阀门主管路17内的温度。
阀门主管路17设置有靠近阀门入口9的主路入口压力传感器，以通过主路入口压力传感器监测阀门主管路17内的入口压力；
阀门主管路17设置有靠近阀门出口10的主路出口压力传感器，以通过主路出口压力传感器监测阀门主管路17内的出口压力。
本实施例中所述智能阀组，通过阀门旁管路8的两端分别与阀门主管路17的两端连通，以使在需要关闭智能阀组20时，可以令旁路阀门处于打开状态，平衡阀门主管路17中启闭件16两侧的压差，减少驱动启闭件16的扭矩，进而便于驱动启闭件16关闭断开阀门主管路17，之后再关闭旁路阀门，解决了现有大型阀门关断难的技术问题。通过旁路热量计13、主路温度传感器、主路入口压力传感器和主路出口压力传感器，以监测智能阀组的流量、热量、压力和温度等相关信息，以在一定程度上提高智能阀组的智能检测能力，进而便于调控。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，阀门主管路17包括依次固定连接的入口套袖2、阀门主体1和出口套袖3；启闭件16设置在阀门主体1内部。
入口套袖2和出口套袖3分别与阀门主管路17的两端连通；
阀门入口9设置在入口套袖2远离阀门主体1的一端，阀门出口10设置在出口套袖3远离阀门主体1的一端。
可选地，入口套袖2在设置阀门入口9的一端与管道采用焊接或者法兰连接，出口套袖3在设置阀门出口10的一端与管道采用焊接或者法兰连接。
现有技术中，大口径的阀门通常采用焊接方式连接在管路上。现有的阀门主体的两端直接与管路焊接，其焊接距离启闭件也即旋转阀芯的距离太近，因焊接产生的热应力影响阀门主体与启闭件的工作寿命；本实施例所述的智能阀组20，通过在阀门主体1的两端分别设置入口套袖2和出口套袖3，将智能阀组20焊接在管路上时，焊接产生的热应力可以分散在入口套袖2和出口套袖3，极大降低了焊接产生的热应力对阀门主体1和启闭件16的影响，同时也降低了对焊接工艺的要求，解决了传统阀门单体热应力集中的问题。
可选地，入口套袖2、阀门主体1和出口套袖3一体成型。通过入口套袖2、阀门主体1和出口套袖3采用一体成型，以简化阀门主管路17的结构。
可选地，入口套袖2、阀门主体1、出口套袖3和阀门旁管路一体成型；通过入口套袖2、阀门主体1、出口套袖3和阀门旁管路采用一体成型，以简化智能阀组20的结构。
可选地，入口套袖2和出口套袖3分别与阀门主管路17的两端焊接连接，入口套袖2和出口套袖3分别与阀门旁管路8的两端焊接连接。
本实施例所述的智能阀组20，除了采用上述的一体成型、焊接方式之外，还可以采用其他方式加工、组装而成。
本实施例的可选方案中，启闭件16的形状为球体，且启闭件16采用合金材质；合金具有硬度高、耐磨性好和强度高等特点。通过启闭件16采用合金材质，可切割异物、可自清洗，还可提高耐磨性，避免介质中脏物、异物成为阻力，导致启闭件16与阀门主体1关闭不严。
可选地，启闭件16的硬度值大于阀门主体1的硬度值。例如启闭件16在转动时可切断钢丝。
可选地，阀门主体1和启闭件16形成的球阀为全通径全焊接球阀。
可选地，入口套袖2的长度为100mm-1000mm；例如，入口套袖2的长度为100mm、300mm、500mm、800mm或者1000mm。
可选地，出口套袖3的长度为100mm-1000mm；例如，出口套袖3的长度为100mm、300mm、500mm、800mm或者1000mm。
可选地，启闭件为球阀。
本实施例中，上游热网水的主流量经由智能阀组20的入口套袖2，进入阀门主体1，经由出口套袖3流出至下一段主管网；同时，热网水并联分一路流量，从入口套袖2流入阀门旁管路8，之后汇流出口套袖3，经由出口套袖3流出至下一段主管网。
参见图1-图3所示，本实施例的可选方案中，旁路阀门包括旁路入口阀门14和旁路出口阀门15；旁路入口阀门14用于控制来自于入口套袖2的流体介质的通断，也即控制流入阀门旁管路8的流体介质的通断；旁路出口阀门15用于控制流出阀门旁管路8的流体介质的通断。可选地，旁路入口阀门14为球阀或者其他阀门。可选地，旁路出口阀门15为球阀或者其他阀门。通过设置旁路入口阀门14和旁路出口阀门15这两个阀门，以便于检修阀门旁管路8，以及便于检修设置在阀门旁管路8上的元器件。
可选地，阀门旁管路8设置有位于旁路入口阀门14和旁路出口阀门15之间的旁路热量计13；也即，旁路流量传感器和旁路入水温度传感器设置在旁路入口阀门14和旁路出口阀门15之间。
可选地，主路温度传感器包括主路入口温度传感器和/或主路出口温度传感器；主路入口温度传感器设置在入口套袖2上，主路出口温度传感器设置在出口套袖3上；也即，入口套袖2设置有主路入口温度传感器，或者出口套袖3设置有主路出口温度传感器，或者入口套袖2设置有主路入口温度传感器以及出口套袖3设置有主路出口温度传感器。通过主路入口温度传感器以监测阀门主管路17内的入口温度；通过主路出口温度传感器以监测阀门主管路17内的出口温度。可选地，入口套袖2设置有主路入口温度传感器，出口套袖3设置有主路出口温度传感器；通过在阀门主管路17上设置两个温度传感器，一方面便于两个温度传感器能够相互校对，进而使阀门主管路17的温度监控更加精准，另一方面温度传感器采用冗余设计，在其中一个温度传感器出现故障时，另一个温度传感器依然可以正常监控阀门主管路17的温度。本实施例中，主路入口温度传感器监测的温度与主路出口温度传感器监测的温度基本相同。
可选地，入口套袖2设置有主路入口压力传感器，以通过主路入口压力传感器监测阀门主管路17内的入口压力；可选地，出口套袖3设置有主路出口压力传感器，以通过主路出口压力传感器监测阀门主管路17内的出口压力。
可选地，主路入口温度传感器和主路入口压力传感器采用温度压力一体传感器，该温度压力一体传感器为入口温度压力一体传感器11；通过主路入口温度传感器和主路入口压力传感器采用温度压力一体传感器的结构，以降低智能阀组20的成本，减少主路入口温度传感器和主路入口压力传感器的体积，以及便于安装主路入口温度传感器和主路入口压力传感器。
可选地，主路出口温度传感器和主路出口压力传感器采用温度压力一体传感器，该温度压力一体传感器为出口温度压力一体传感器12；通过主路出口温度传感器和主路出口压力传感器采用温度压力一体传感器的结构，以降低智能阀组20的成本，减少主路出口温度传感器和主路出口压力传感器的体积，以及便于安装主路出口温度传感器和主路出口压力传感器。
可选地，阀门主体1外部设置有电动执行器5；电动执行器5穿过阀门主体1与启闭件16驱动连接；通过电动执行器5驱动启闭件16，以使启闭件16连通或者断开阀门主管路17。
可选地，电动执行器5连接有用于监测启闭件16开度的阀门开度传感器18。通过阀门开度传感器18，以监控启闭件16的开度，进而判断阀门主管路17的连通与断开。
可选地，电动执行器5连接有手动调节件，或者启闭件16连接有手动调节件；手动调节件能够驱动启闭件16转动，进而改变阀门主管路17的连通与断开。通过采用手自一体模式控制的智能阀组20，以便于在不同场合下控制启闭件16的开启、关闭以及特定开度范围内的调节。
可选地，电动执行器5通过连接器4与阀门主体1固定连接。
参见图1-图3所示，本实施例的可选方案中，阀门主体1连接有算法器6和阀门通讯器19；阀门通讯器19用于算法器6与服务器的信息交互，也即算法器6将信息通过阀门通讯器19发送给服务器，服务器将信息通过阀门通讯器19发送给算法器6。
可选地，旁路入口阀门14和旁路出口阀门15分别与算法器6电连接，算法器6对应分别控制旁路入口阀门14和旁路出口阀门15的阀门开度。
可选地，旁路流量传感器、旁路入水温度传感器和回水温度传感器分别与算法器6电连接；也即旁路热量计13与算法器6电连接。旁路流量传感器用于监测阀门旁管路8内的流量并将监测的旁路流量信息发送至算法器6；旁路入水温度传感器用于监测阀门旁管路8内的温度并将监测的旁路温度信息发送至算法器6，回水温度传感器用于监测回水管路内的温度并将监测的回水温度信息发送至算法器6。
可选地，主路入口温度传感器与算法器6电连接，主路入口温度传感器用于监测阀门主管路17内的入口温度并将监测的主路入口温度信息发送至算法器6；和/或，主路出口温度传感器与算法器6电连接，主路出口温度传感器用于监测阀门主管路17内的出口温度并将监测的主路出口温度信息发送至算法器6。
可选地，主路入口压力传感器与算法器6电连接，主路入口压力传感器用于监测阀门主管路17内的入口压力并将监测的主路入口压力信息发送至算法器6；可选地，主路出口压力传感器与算法器6电连接，主路出口压力传感器用于监测阀门主管路17内的出口压力并将监测的主路出口压力信息发送至算法器6。
可选地，电动执行器5与算法器6电连接，算法器6对应控制电动执行器5是否工作，以能够远程控制电动执行器5，进而控制启闭件16连通或者断开阀门主管路17。
可选地，阀门开度传感器18与算法器6电连接，阀门开度传感器18将监测的启闭件16的开度信息发送给算法器6。
可选地，阀门通讯器19采用5G技术、4G技术、3G技术或者2G技术，或者其他技术。可选地，阀门通讯器19采用5G技术或者4G技术。其中，5G技术，又称第五代移动通信技术(英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation)是最新一代蜂窝移动通信技术。4G技术，是第四代移动通信及其技术的简称。3G技术是第三代移动通信技术。2G技术是第二代手机通信技术。
本实施例中所述智能阀组20，通过旁路入口阀门14、旁路出口阀门15、旁路流量传感器、旁路入水温度传感器、回水温度传感器、主路入口温度传感器、主路出口温度传感器、主路入口压力传感器、主路出口压力传感器、电动执行器5和阀门开度传感器18分别与算法器6电连接，以能够实时监测智能阀组20的流量、温度、压力等参数，进而为实现管网智能化管理提供基础。
本实施例所述智能阀组20，可设置在热源、管网、热力站和楼宇用户处，包括阀门主管路17和阀门旁管路8；阀门主管路17进出口连接有套袖、温压一体传感器，阀门主体1通过连接器4依次连接电动执行器5、算法器6和供能器7；阀门旁管路8设置热量计，进出口设置小口径的旁路入口阀门14和旁路出口阀门15；通过设置小口径的旁路热量计、主路温压一体传感器和阀门开度传感器18，以减少信息监控的成本；通过调控算法实现管网和阀门在线阻力辨识，提供多工况运行方法，实现阀门运行调控的智能化；本实施例所述智能阀组20，能够现有技术中存在的大型阀门关断难、计量成本高、热应力集中和调控难等技术问题。
参见图1-图3所示，本实施例的可选方案中，阀门主体1连接有与算法器6电连接的供能器7；通过供能器7，以给智能阀组20提供电能。
可选地，供能器7包括蓄电池模块和/或外接电力模块；
可选地，蓄电池容量至少满足单个采暖季用。可选地，蓄电池为锂离子电池、铅蓄电池或者其他类型电池。
本实施例中还提供一种智能阀组运行方法，适用于上述的智能阀组20；关闭智能阀组20的方法包括：
旁路入口阀门14和旁路出口阀门15均保持全开状态，关闭启闭件16以使阀门主管路17断开。其中，全开指的是旁路入口阀门14和旁路出口阀门15完全打开。可选地，电动执行器5驱使启闭件16关闭。
关闭旁路入口阀门14和旁路出口阀门15，以使阀门旁管路8断开，实现智能阀组20的关闭。该关闭智能阀组20的方法，通过令旁路入口阀门14和旁路出口阀门15均保持全开状态，之后关闭启闭件16，以使减小智能阀组20的总阻力，在智能阀组20内的介质流动时可以减少启闭件16两侧压差，在智能阀组20内的介质静止时可以平衡启闭件16两侧压差，减少电动执行器5的关阀扭矩。
本实施例中还提供一种智能阀组运行方法，适用于上述的智能阀组20；单个智能阀组20采用就地分布式计算方法，以监控智能阀组20所在的管网流量和热量分配，以及监控管网和智能阀组20前后的压力状态和温度状态变化，以对管网和智能阀组20的超压、失压工况、压降、温降异常工况、流量变化、开闭状态异常工况以及蓄电池电量工况进行预警和设备在线故障诊断。其中，智能阀组20前后的压力状态可通过主路入口压力传感器和主路出口压力传感器监测而得，进而计算管网的压力状态；智能阀组20前后的温度状态可通过主路入口温度传感器、主路出口温度传感器或者旁路入水温度传感器监测而得；蓄电池电量工况可通过设置在蓄电池内的电量传感器监测而得。
可选地，就地分布式计算方法包括旁路计算主路流量算法，还包括阀门开度与工作流量特性曲线算法；其中，阀门开度包括旁路入口阀门14的阀门开度、旁路出口阀门15的阀门开度和启闭件16的开度；阀门开度与工作流量特性曲线算法，也就是旁路入口阀门14的阀门开度、旁路出口阀门15的阀门开度和启闭件16的开度与工作流量特性曲线算法。通过阀门旁管路8计算阀门主管路17流量算法，以使流经阀门旁管路8的流量为流经智能阀组20的管网总流量、总热量的参照计算标准。
可选地，旁路计算主路流量算法包括：
流经阀门主管路17的流量为Q1，则Q1＝αQ2；
流经智能阀组20的管网总流量为Q，则Q＝βQ2；
其中，Q2为旁路流量传感器监测的流经阀门旁管路8的流量；
α为标定主管路流量放大系数；
β为标定管网流量放大系数，且β＝(1+α)。
可选地，流经智能阀组20的管网总流量为Q，在智能阀组20内分为两路：一路为流经阀门主管路17的流量为Q1，该管段干阻力系数为S1，另一路为流经阀门旁管路8的流量Q2，阀门旁管路8的阻力系数为S2,智能阀组20出厂通过高精度标定，通过算法可以得到管网总流量Q和阀门主管路17流量Q1。定义标定的流量放大系数α和β如下：
Figure BDA0002944688530000181
Q＝Q1+Q2＝(1+α)Q2＝βQ2。
可选地，依据流经阀门主管路17的流量、主路入口温度传感器监测的主路入口温度和回水温度传感器监测的回水温度，计算流经阀门主管路17的热量消费值。其中，由于主路入口温度传感器监测的温度与主路出口温度传感器监测的温度差异较小，主路入口温度传感器监测的主路入口温度可以由主路出口温度传感器监测的主路出口温度替代。
可选地，依据流经阀门旁管路8的流量、旁路入水温度传感器监测的旁路温度和回水温度传感器监测的回水温度信息，计算流经阀门旁管路8的热量消费值。
可选地，流经智能阀组20的管网总热量消费值为阀门主管路17的热量消费值与阀门旁管路8的热量消费值之和。流经智能阀组20的管网总热量消费值也可以依据流经智能阀组20的管网总流量、主路入口温度传感器监测的主路入口温度和回水温度传感器监测的回水温度计算得出。
可选地，阀门开度与工作流量特性曲线算法包括：
当智能阀组20与管道系统连接时，通过智能阀组20出厂标定流量特性q(k)和智能阀组20在管道系统中的工作流量特性Q(k)关系，得到标定流量q、流经智能阀组20的管网总流量Q、阀门开度k与阀权度Pv关系，根据主路入口压力传感器监测的压力值和主路出口压力传感器监测的压力值，以及智能阀组20的阀权度Pv，依据智能阀组20全开时的压力损失计算得到智能阀组20所在管道的总压力损失，从而在线辨识管道阻力和智能阀组20的阻力，实现精细化调节。其中，主路入口压力传感器监测的压力值为主路入口压力传感器监测的阀门主管路17内的入口压力，主路出口压力传感器监测的压力值为主路出口压力传感器监测阀门主管路17内的出口压力。
当智能阀组20与热网管道系统一起运行调节时，定义阀权度Pv。
Q(k)为存在管道阻力时，智能阀组20的工作流量特性，即管网总流量为Q随阀门开度k变化的关系，也为管道的实际工作流量特性。
q(k)为无管道阻力时，智能阀组20出厂标定流量特性，即标定流量q随阀门开度k变化的关系，其中q(k)为智能阀组20出厂后的固有流量特性。
工作流量特性Q(k)与标定流量特性q(k)和阀权度Pv的关系：
Figure BDA0002944688530000191
可选地，智能阀组20的数量为多个时，多个智能阀组20采用群智能算法；
群智能算法通过就地分布式计算方法在线辨识管道阻力和智能阀组20阻力，根据室外气象条件所涉及的当前室外温度tw、风速v和太阳辐射强度R，对各个热力站和各个用户进行负荷预测，利用大数据学习拟合得到风速修正系数α，太阳辐射修正系数β，各个智能阀组20通过就地分布式计算方法计算各个热力站和各个用户的热负荷Qh，并根据用户之间的耦合性，调节各个热力站和各个用户所需的流量、供水温度和回水温度。
Figure BDA0002944688530000192
其中，Qh0是设计热负荷；tn是室内温度；tw是当前室外温度；t′w是设计室外温度。α为风速修正系数，v为风速，v0为设计工况风速，β为太阳辐射修正系数，R为太阳辐射强度，R0为设计工况太阳辐射强度。
系数α和β通过采暖季数据进行拟合得到。
智能阀组20设置在热源、热网、热力站和用户楼宇入口的一处或者多处，通过5G无线通信下发调度指令至相应的热源、热网、热力站和用户楼宇入口处的智能阀组20，同时通过阀门通讯器19上传至集中供热总控中心。
本实施例提供的智能阀组20及智能阀组运行方法，实现了监测、控制一体化的功能，安装在热网管道上，成为热网的智能节点，使得热网运行信息数据从“盲区”变为“透明区”，使得热网可调节、可联网、可解列。
本实施例提供的智能阀组运行方法，包括上述的智能阀组，上述所公开的智能阀组的技术特征也适用于该智能阀组运行方法，上述已公开的智能阀组的技术特征不再重复描述。本实施例中所述智能阀组运行方法具有上述智能阀组的优点，上述所公开的所述智能阀组的优点在此不再重复描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能阀组，其特征在于，包括阀门主管路和与所述阀门主管路固定连接的阀门旁管路；所述阀门旁管路的两端分别与所述阀门主管路的两端连通；
所述阀门主管路设置有能够通断所述阀门主管路的启闭件；所述阀门旁管路设置有能够通断所述阀门旁管路的旁路阀门；所述阀门主管路的横截面积大于所述阀门旁管路的横截面积；
沿所述阀门主管路的延伸方向，所述阀门主管路的两端分别具有阀门入口和阀门出口；
所述阀门旁管路设置有旁路热量计；所述旁路热量计包括设置在所述阀门旁管路上的旁路流量传感器和旁路入水温度传感器，还包括用于设置在回水管路上的回水温度传感器；
所述阀门主管路设置有主路温度传感器；所述阀门主管路还设置有靠近所述阀门入口的主路入口压力传感器和靠近所述阀门出口的主路出口压力传感器。
2.根据权利要求1所述的智能阀组，其特征在于，所述阀门主管路包括依次固定连接的入口套袖、阀门主体和出口套袖；所述启闭件设置在所述阀门主体内部；
所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门主管路的两端连通；
所述阀门入口设置在所述入口套袖远离所述阀门主体的一端，所述阀门出口设置在所述出口套袖远离所述阀门主体的一端。
3.根据权利要求2所述的智能阀组，其特征在于，所述旁路阀门包括旁路入口阀门和旁路出口阀门；
所述旁路流量传感器和所述旁路入水温度传感器设置在所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门之间；
所述主路温度传感器包括主路入口温度传感器和/或主路出口温度传感器；所述主路入口温度传感器设置在所述入口套袖上，所述主路出口温度传感器设置在所述出口套袖上；
所述主路入口压力传感器设置在所述入口套袖上；所述主路出口压力传感器设置在所述出口套袖上；
所述阀门主体外部设置有电动执行器；所述电动执行器穿过所述阀门主体与所述启闭件驱动连接；
所述电动执行器连接有用于监测所述启闭件开度的阀门开度传感器。
4.根据权利要求3所述的智能阀组，其特征在于，所述阀门主体连接有算法器和阀门通讯器；所述阀门通讯器用于所述算法器与服务器的信息交互；
所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门分别与所述算法器电连接，所述算法器对应分别控制所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门的阀门开度；
所述旁路流量传感器、所述旁路入水温度传感器和所述回水温度传感器分别与所述算法器电连接；所述旁路流量传感器用于将监测的旁路流量信息发送至所述算法器；所述旁路入水温度传感器用于将监测的旁路温度信息发送至所述算法器，所述回水温度传感器用于将监测的回水温度信息发送至所述算法器；
所述主路入口温度传感器与所述算法器电连接，所述主路入口温度传感器用于将监测的主路入口温度信息发送至所述算法器；和/或，所述主路出口温度传感器与所述算法器电连接，所述主路出口温度传感器用于将监测的主路出口温度信息发送至所述算法器；
所述主路入口压力传感器与所述算法器电连接，所述主路入口压力传感器用于将监测的主路入口压力信息发送至所述算法器；所述主路出口压力传感器与所述算法器电连接，所述主路出口压力传感器用于将监测的主路出口压力信息发送至所述算法器；
所述电动执行器与所述算法器电连接，所述算法器对应控制所述电动执行器是否工作；
所述阀门开度传感器与所述算法器电连接，所述阀门开度传感器将监测的所述启闭件的开度信息发送给所述算法器。
5.根据权利要求4所述的智能阀组，其特征在于，所述阀门主体连接有与所述算法器电连接的供能器；所述供能器包括蓄电池模块和/或外接电力模块；
所述阀门通讯器采用5G技术或者4G技术；
所述电动执行器连接有手动调节件，或者所述启闭件连接有手动调节件；所述手动调节件能够驱动所述启闭件转动；
所述主路入口温度传感器和所述主路入口压力传感器采用温度压力一体传感器；所述主路出口温度传感器和所述主路出口压力传感器采用温度压力一体传感器。
6.根据权利要求2所述的智能阀组，其特征在于，所述启闭件的形状为球体，且所述启闭件采用合金材质；所述阀门主体和所述启闭件形成的球阀为全通径全焊接球阀；
所述启闭件的硬度值大于所述阀门主体的硬度值；
所述入口套袖的长度和所述出口套袖的长度分别为100mm-1000mm；
所述入口套袖在设置所述阀门入口的一端与管道采用焊接或者法兰连接，所述出口套袖在设置所述阀门出口的一端与管道采用焊接或者法兰连接；
所述入口套袖、所述阀门主体和所述出口套袖一体成型；或者，所述入口套袖、所述阀门主体、所述出口套袖和所述阀门旁管路一体成型；或者，所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门主管路的两端焊接连接，所述入口套袖和所述出口套袖分别与所述阀门旁管路的两端焊接连接。
7.一种智能阀组运行方法，其特征在于，适用于如权利要求4所述的智能阀组，关闭智能阀组的方法包括：
所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门均保持全开状态，关闭启闭件以使阀门主管路断开；
关闭所述旁路入口阀门和所述旁路出口阀门，以使阀门旁管路断开。
8.一种智能阀组运行方法，其特征在于，适用于如权利要求4所述的智能阀组，所述智能阀组采用就地分布式计算方法，以监控智能阀组所在的管网流量和热量分配，以及监控管网和所述智能阀组前后的压力状态和温度状态变化，以对管网和所述智能阀组的超压、失压工况、压降、温降异常工况、流量变化、开闭状态异常工况以及蓄电池电量工况进行预警和设备在线故障诊断；
所述就地分布式计算方法包括旁路计算主路流量算法，还包括阀门开度与工作流量特性曲线算法；其中，所述阀门开度包括所述旁路入口阀门的阀门开度、所述旁路出口阀门的阀门开度和所述启闭件的开度。
9.根据权利要求8所述的智能阀组运行方法，其特征在于，所述旁路计算主路流量算法包括：
流经所述阀门主管路的流量为Q1，则Q1＝αQ2；
流经所述智能阀组的管网总流量为Q，则Q＝βQ2；
其中，Q2为所述旁路流量传感器监测的流经所述阀门旁管路的流量；
d为标定主管路流量放大系数；
β为标定管网流量放大系数，且β＝(1+d)；
依据流经所述阀门主管路的流量、所述主路入口温度传感器监测的主路入口温度和所述回水温度传感器监测的回水温度，计算流经所述阀门主管路的热量消费值；
依据流经所述阀门旁管路的流量、所述旁路入水温度传感器监测的旁路温度和所述回水温度传感器监测的回水温度信息，计算流经所述阀门旁管路的热量消费值；
流经所述智能阀组的管网总热量消费值为所述阀门主管路的热量消费值与所述阀门旁管路的热量消费值之和；
所述阀门开度与工作流量特性曲线算法包括：
当所述智能阀组与管道系统连接时，通过所述智能阀组出厂标定流量特性q(k)和所述智能阀组在所述管道系统中的工作流量特性Q(k)关系，得到标定流量q、流经所述智能阀组的管网总流量Q、阀门开度k与阀权度Pv关系，根据所述主路入口压力传感器监测的压力值和所述主路出口压力传感器监测的压力值，以及所述智能阀组的阀权度Pv，依据智能阀组全开时的压力损失计算得到智能阀组所在管道的总压力损失，从而在线辨识管道阻力和智能阀组的阻力，实现精细化调节。
10.根据权利要求8所述的智能阀组运行方法，其特征在于，所述智能阀组的数量为多个时，多个所述智能阀组采用群智能算法；
所述群智能算法通过所述就地分布式计算方法在线辨识管道阻力和所述智能阀组的阻力，根据室外气象条件所涉及的当前室外温度tw、风速v和太阳辐射强度R，对各个热力站和各个用户进行负荷预测，利用大数据学习拟合得到风速修正系数α和太阳辐射修正系数β，各个智能阀组通过所述就地分布式计算方法计算各个热力站或各个用户的热负荷Qh，并根据用户之间的耦合性，调节各个热力站或各个用户所需的流量、供水温度和回水温度；
Figure FDA0002944688520000051
其中，Qh0为设计热负荷；tn为室内温度；t′w为设计室外温度；v0为设计工况风速；R0为设计工况太阳辐射强度；
所述智能阀组设置在热源、一次热网、热力站、二次热网和用户楼宇入口的一处或者多处，通过5G无线通信下发调度指令至相应的热源、一次热网、热力站、二次热网和用户楼宇入口处的智能阀组，同时通过所述阀门通讯器上传至集中供热总控中心。
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