一种集中供热管网静态水力平衡自动调节系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集中供热管网静态水力平衡自动调节系统及实现方法，它是从管网整体水力工况分析的角度出发，在分别确定出管网平衡前各支路阻抗值和平衡完成后各支路阻抗值的基础上，通过调节阀门开度，使各用户支路的阻抗达到管网平衡必须的阻抗。由于基于管网整体水力参数求解的方法，便于实现计算机编程计算，因而便于实现静态平衡过程的智能化；采用基于阻抗和调节阀档位对应关系的多档调节阀，有利于实现静态水力平衡调节过程的自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种集中供热管网静态水力平衡自动调节系统及实现方法
本专利技术涉及集中供热领域，尤其涉及集中供热系统的水力平衡领域。
技术介绍
集中供热管网的水力失调包括静态水力失调和动态水力失调两种情况。静态水力失调是由于各用户支路的阻抗与其资用压力不匹配，进而造成用户流量与负荷不匹配的现象；动态水力失调是由于某些用户支路或干管管路的局部调节导致其他用户流量发生变化，进而造成其它用户的流量与其负荷不匹配的现象。这两种失调现象在集中供热系统中是普遍存在的。静态平衡调节是针对静态水力失调现象进行的平衡调节，其调节手段和目的是通过调整各用户支路的平衡调节阀的开度，使各用户在任意运行工况下的流量比例关系大致等于其设计工况下的流量比例关系；动态平衡调节是针对动态水力失调进行的平衡调节，其调节手段和目的是根据各用户运行参数的变动情况，利用自动控制设备(比如由回水温度控制开度的自动调节阀门)自动调整阀门开度大小，使各用户流量与其负荷始终保持一致。在集中供热系统的水力平衡调节中，上述两种水力平衡措施都是不可或缺的。目前在集中供热管网的水力平衡调节中，未设置静态平衡调节装置或不进行静态平衡调节，而只通过动态平衡装置进行管网水力平衡的情况非常普遍。在这种情况下，供热系统通常会出现如下情况：热源近端用户通常会因其资用压力过大，动态平衡阀门通常处于较小的开度状态，阀芯则常因流速过大而发生严重冲蚀，甚至在最小调节开度和关闭状态之间频繁变换，导致动态平衡系统疲劳损坏；而热源远端用户则可能会由于其资用压力过小，即使动态平衡调节系统始终处于最大开度状态，也不能满足流量要求，从而导致动态平衡调节系统失效。因此，在供热系统的水力平衡中，静态水力平衡是管网实现水力平衡和保证系统安全可靠性的基础。对于静态水力失调较严重的供热系统，必须设置静态平衡调节系统并对管网进行静态平衡调节。传统的供热管网静态水力平衡调节方法有多种，比如阻力系数法、预定计划法、比例法、补偿法、计算机法、模拟分析法、模拟阻力法、简易调节阀等。这些方法有一个共同的特点是，需要在对每个用户的调节流量逐个进行计算确定的基础上，利用人工手段对每一个静态调节阀的流量进行反复测量，并对其开度进行反复调整。因此，传统的静态水力平衡调节方法几乎都是针对人工调节过程提出的，很难适应静态水力平衡的智能化、自动化要求。目前正在大力提倡的智慧供热理念，对供热系统的运行管理的智能化、自动化提出了更高要求。而传统的基于人工过程的静态平衡方法已不能适应智慧供热系统静态平衡过程智能化、自动化要求。鉴于此，本专利提出基于阻抗的静态水力平衡自动调节系统。
技术实现思路
为了实现集中供热系统运行调节的智能化、自动化，本专利技术提供一种基于阻抗的、不受工况限制的便于实现计算机智能算法和静态平衡调节过程自动化的静态水力平衡自动调节系统。本专利技术同时提供一种该调节系统管网干管上各个压力测点的位置水头的确定方法，以及这种静态水力平衡自动调节系统的实施方法。本专利技术系统和方法的特点在于，在热源或换热站内设置集控平台；集控平台安装根据本专利技术方法开发的静态水力平衡软件；在集中供热管网的适当位置设置用于远距离测定管网压力的压力传感器及压力信号的远距离传输装置；在集中供热管网的各用户支路上设置用于阻抗补偿的多档位静态平衡调节阀；调节阀前后设置用于确定用户支路流量的压力传感器及相应压力信号传输装置。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种集中供热管网静态水力平衡的自动调节系统，其特征在于，它是在供热系统的热源或换热站内设置安装有静态水力平衡软件的集控平台；在热源或换热站的供、回水总干管上，分别设置一个压力传感器及相应压力信号的转化及远传装置；在供回水干管的各用户分支节点的下游侧分别设置一个压力传感器及相应压力信号转化及远传装置；在各用户分支管路上分别设置一个多档位静态平衡调节阀，并在阀前后设置压力传感器及相应压力信号转化及远传装置。本专利技术提出的基于上述自动调节控制系统的管网干管上各个压力测点位置水头的确定方法，具体过程如下：第一步：构造虚拟回路在供回水总干管的两个压力测点之间，假定存在一条连接两个测点的管路，同时假定该管路上安装有一台循环水泵，该循环水泵的扬程等于两个测点之间的测压管水头差，即ΔP2n，1＝(P1-P2n)+(H1-H2n)，其流量等于管网总流量。则每个用户支路均可以与该虚拟的管路以及它们之间的各干管管段构成一个虚拟回路；上式中，ΔP2n，1表示虚拟循环水泵扬程，Pa；P1表示供水总干管压力测点静压力实测值，Pa；P2n表示回水总干管压力测点静压力实测值，Pa；H1表示供水总干管压力测点位置水头，mH2o；H2n表示回水总干管压力测点位置水头，mH2o；ρ表示水的密度，kg/m3；g表示重力加速度，取9.8N/kg；第二步：若供热系统有N个用户，则干管上的压力测点数为2N个(包括供回水总干管上的两个压力测点)，则需要求解的压力测点的位置水头数为2N个,这2N个待求解量可以利用按如下方法建立的方程组求得：2.1：首先将最不利用户支路(一般为最末端用户)的静态平衡调节阀调至流量最高档位，并使供热系统处于某一稳定运行状态，称为第一运行工况，则可以测得各测点在第一运行工况的静压力；根据各管段阻力损失计算公式ΔPi,j＝(Pi-Pj)+(Hi-Hj)ρg和基尔霍夫第二定律表达式即ΔP2n，1＝∑ΔPi，j，将第一工况下各压力测点的静压力值代入上述关系式，可列出在第一运行工况下N个线性无关的虚拟回路压力方程式；公式中的各个字母含义为:ΔP2n，1表示虚拟循环水泵扬程，Pa；ΔPi，j表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点间的阻力损失，Pa；Pi表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中上游压力测点静压力实测值，Pa；Pj表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中下游压力测点静压力实测值，Pa；Hi表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中上游压力测点位置水头，mH2o；Hj表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中下游压力测点位置水头，mH2o；ρ表示水的密度，kg/m3；g表示重力加速度，取9.8N/kg；2.2：仍保持最不利用户支路的静态平衡调节阀处于流量最高档位，对某个或某几个用户支路的静态流量调节阀进行调节，使系统的水力工况发生明显变化并处于稳定运行状态，称为第二运行工况，则可以测得各测点在第二运行工况(称为)下的静压力，采用和第一种运行工况相同的方法，列出第二种运行工况下N个线性无关的虚拟回路压力方程式；2.3：求解由这第一和第二两种运行工况得到的共含有2N个线性无关方程式的方程组，即可求得干管上2N个压力测点的位置水头Hi(i＝1，2N)。在上述控制系统以及管网干管上各个压力测点位置水头的确定方法基础上，本专利技术控制系统的工作原理如下：本专利技术首先在集中供热系统的某一运行工况下，通过设置在管网各管段适当位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集中供热管网静态水力平衡的自动调节系统，其特征在于，它是在供热系统的热源或换热站内设置安装有静态水力平衡软件的集控平台；在热源或换热站的供、回水总干管上，分别设置一个压力传感器及相应压力信号的转化及远传装置；在供回水干管的各用户分支节点的下游侧分别设置一个压力传感器及相应压力信号转化及远传装置；在各用户分支管路上分别设置一个多档位静态平衡调节阀，并在阀前后设置压力传感器及相应压力信号转化及远传装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种集中供热管网静态水力平衡的自动调节系统，其特征在于，它是在供热系统的热源或换热站内设置安装有静态水力平衡软件的集控平台；在热源或换热站的供、回水总干管上，分别设置一个压力传感器及相应压力信号的转化及远传装置；在供回水干管的各用户分支节点的下游侧分别设置一个压力传感器及相应压力信号转化及远传装置；在各用户分支管路上分别设置一个多档位静态平衡调节阀，并在阀前后设置压力传感器及相应压力信号转化及远传装置。


2.一种如权利要求1所述的集中供热管网静态水力平衡的自动调节系统管网干管上各个压力测点位置水头的确定方法，其特征在于：
第一步：构造虚拟回路
在供回水总干管的两个压力测点之间，假定存在一条连接两个测点的管路，同时假定该管路上安装有一台循环水泵，该循环水泵的扬程等于两个测点之间的测压管水头差，即ΔP2n，1＝(P1-P2n)+(H1-H2n)，其流量等于管网总流量，则每个用户支路均可以与该虚拟的管路以及它们之间的各干管管段构成一个虚拟回路；上式中，
ΔP2n，1表示虚拟循环水泵扬程，Pa；
P1表示供水总干管压力测点静压力实测值，Pa；
P2n表示回水总干管压力测点静压力实测值，Pa；
H1表示供水总干管压力测点位置水头，mH2o；
H2n表示回水总干管压力测点位置水头，mH2o；
ρ表示水的密度，kg/m3；
g表示重力加速度，取9.8N/kg；
第二步：若供热系统有N个用户，则干管上的压力测点数为2N个(包括供回水总干管上的两个压力测点)，则需要求解的压力测点的位置水头数为2N个,这2N个待求解量可以利用按如下方法建立的方程组求得：
2.1：首先将最不利用户支路的静态平衡调节阀调至流量最高档位，并使供热系统处于某一稳定运行状态，称为第一运行工况，则可以测得各测点在第一运行工况的静压力；根据各管段阻力损失计算公式ΔPi,j＝(Pi-Pj)+(Hi-Hj)ρg和基尔霍夫第二定律表达式即ΔP2n，1＝∑ΔPi，j，将第一工况下各压力测点的静压力值代入上述关系式，可列出在第一运行工况下N个线性无关的虚拟回路压力方程式；
公式中的各个字母含义为:
ΔP2n，1表示虚拟循环水泵扬程，Pa；
ΔPi，j表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点间的阻力损失，Pa；
Pi表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中上游压力测点静压力实测值，Pa；
Pj表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中下游压力测点静压力实测值，Pa；
Hi表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中上游压力测点位置水头，mH2o；
Hj表示各虚拟循环回路干管管段上相邻压力测点中下游压力测点位置水头，mH2o；
ρ表示水的密度，kg/m3；
g表示重力加速度，取9.8N/kg；
2.2：仍保持最不利用户支路的静态平衡调节阀处于流量最高档位，对某个或某几个用户支路的静态流量调节阀进行调节，使系统的水力工况发生明显变化并处于稳定运行状态，称为第二运行工况，则可以测得各测点在第二运行工况下的静压力，采用和第一种运行工况相同的方法，列出第二种运行工况下N个线性无关的虚拟回路压力方程式；
2.3：求解由这第一和第二两种运行工况得到的共含有2N个线性无关方程式的方程组，即可求得干管上2N个压力测点的位置水头Hi(i＝1，2N)。


3.一种如权利要求1所述的集中供热管网静态水力平衡的自动调节系统的实现方法，其特征在于，具体步骤为：
第一：各用户支路上设置的多档位静态平衡调节阀的性能参数标定，具体讲就是确定调节阀的档位与阻抗的对应关系；
根据调节阀的理想相对流量与档位(N)的对应关系或者调节阀的测定结果对调节阀的阻抗(S)与档位(N)之间的对应关系进行标定：
第二：确定管网干管上各个压...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文忠，冯永华，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41