基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法，分为粗调和精调两个过程。粗调过程可以在供热系统非运行状态下进行，以管网水力计算结果为依据，计算出静态平衡所需的静态调节阀的计算阻抗值，并将其开度调整至该阻抗值对应的开度并锁定；精调是在供热系统任一运行状态下，根据各用户的流量测定结果，通过计算分析，根据用户的不平衡率筛选出需要精调的用户，并对这些用户按照设定的公式重新计算其阻抗值，并将其调节阀重新调整至该阻抗值对应的阀门开度。本发明专利技术对运行工况没有特殊要求，操作简单方便，且调节过程不影响管网正常运行。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法
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，导致其流量与其负荷不匹配的现象；动态水力失调是由于系统水力工况发生变化或某些用户支路或干管管路的局部调节，导致用户流量与其负荷不匹配的现象。这两种失调现象在同一集中供热系统中往往同时存在，因此应分别采取相应的技术措施予以消除。通常，静态水力失调采用静态水力平衡方法解决，动态水力失调采用动态水力平衡方法解决。在同一个集中供热管网中，静态水力平衡和动态水力平衡都是不可缺少的。只设置动态水力平衡装置，动态平衡阀通常会出现近端用户疲劳损坏、远端用户调节失效的问题；只设置静态平衡装置，则由于系统的水力工况会由于用户的调节或系统故障发生变化，静态平衡往往是不能维持的。因此，为了保证供热系统的正常运行，必须同时设置静态平衡装置和动态平衡装置。实现静态水力平衡的手段和目的，是通过调整各用户支路的平衡调节阀的开度以改变支路阻抗，从而使各用户支路在流量比例关系大致等于各用户设计热负荷的比例关系；实现动态水力平衡的调节手段和目的是根据各用户流量或热负荷的变动情况，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，以使各用户流量与其负荷始终保持一致。因此，动态水力平衡功能大多是依靠自动控制装置或自力式调节阀门自动实现的，而静态水力平衡功能则需要在经过反复计算、反复测量和调节等过程才能完成。因此，从调节的方法和过程的角度看，静态水力平衡比动态平衡更复杂，更需要计算、分析、调节、测量等人工过程的参与。传统的供热管网静态水力平衡调节方法有多种，并且大都是基于管网在一定运行工况下的调节阀流量计算、调节阀流量测量和调节阀开度调整进行的。这些方法共同的局限性在于，静态调整过程必须在管网的动态运行状态才能进行，而且要求管网在调节前后必须处于与调节方法相适应的特定运行工况下，以便于确定通过调节阀的调节流量；同时，这些调节方法又具有各不相同的局限性：有的计算过程复杂，需要专门计算软件才能完成，比如预定计划法、计算机法、模拟分析法、模拟阻力法等；有的测量及调节过程复杂，需对某些调节阀进行反复调整，比如比例法、补偿法、阻力系数法等；有的调节过程依靠经验完成，不能适应较大系统，比如简易快速法等。目前大多数供热系统的水力失调，其根本原因在于传统静态水力平衡方法的局限性。因此，建立一种应用简单方便、具有较强通用性的集中供热系统的静态水力平衡的人工调节方法和系统是非常必要的。
技术实现思路
为了克服现有静态水力平衡方法存在的“调节过程需要在特定的动态运行工况下进行、用户流量需要反复计算、用户支路阀门需要反复调整、调整过程必须遵循特定的程序”等技术缺陷，本专利技术旨在专利技术一种应用简单方便、具有较强通用性、基于调节阀阻抗计算的粗调与精调相结合的集中供热系统静态水力平衡的人工调节方法。本专利技术方法的特点在于，在集中供热管网的各用户支路上设置可以连续调节开度的静态平衡调节阀；阀门调节过程包括根据管网水力计算结果的粗调节和根据运行测量结果的精调节两个环节；流量测量采用对管网阻力特性不产生影响的流量计，比如超声波流量计等。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法，其特征在于，包括以下措施：第一步：配置静态平衡调节阀，并对其性能参数进行标定在各用户分支管路上分别设置一个可以连续调节开度的静态平衡调节阀，并根据调节阀的理想特性曲线标定或者利用调节阀的测定结果标定调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的曲线关系；进一步：根据调节阀的理想特性曲线标定调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的曲线关系方法为：调节阀的理想特性曲线反映的是，调节阀在调节阀两端压差ΔP恒定为105Pa的条件下，调节阀的相对流量和相对开度之间的关系曲线。相对流量指某开度下的流量与最大开度流量的比值，相对开度指调节阀的当前调节开度与最大开度的比值。因此，对于已知调节阀理想特性曲线和调节阀最大开度流量G1的情况下，根据调节阀的理想特性曲线和调节阀最大开度对应的理想流量，可以得到调节阀的绝对流量(G)与相对开度之间的曲线关系。然后根据公式S＝ΔP/G2，即可以得到调节的阻抗(S)与开度之间的对应关系曲线。具体方法是：(1)在理想特性曲线上均匀选取(n-1)个等分点，将整个开度分成n等分，比如n＝10，则对应于每个等分点，阀门相对开度从小到大依次为10％，20％，30％，…，100％。根据理想条件下相对流量和相对开度关系曲线，可以得到每个等分点对应的相对流量(2)根据各等分点的相对流量和最大开度流量G1，通过公式确定各等分点的流量Gi；(3)根据公式将ΔP＝105Pa和各等分点的流量Gi代入，可得到调节阀在各等分点的阻抗值Si；(4)建立横坐标为调节阀相对开度，纵坐标为调节阀阻抗值的坐标系，分别以各等分点的相对开度为横坐标，以各等分点的阻抗值为纵坐标，在坐标系中标出相应的点，然后用光滑的曲线连点成线，即得到调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的关系曲线；上述流量单位均为m3/h，阻抗单位为Pa/(m3/h)2，压差单位为Pa，以下同。进一步：根据调节阀的测定结果确定调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的曲线关系方法为：在没有调节阀理想特性曲线的情况下，可以通过实测获得调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的曲线关系，具体方法是：(1)将整个阀门开度分成n等分，如前所述，比如n＝10，则对应于每个等分点，阀门相对开度从小到大依次为10％，20％，30％，…，100％；(2)在现场或试验台上，按照开度从小到大的顺序，依次测定每个等分点对应的开度下调节阀两端的压差ΔPi和流量Gi；(3)根据公式Si＝ΔPi/Gi2，将各等分点对应的开度下调节阀两端的压差ΔPi和流量Gi代入，可得到调节阀在各等分点的阻抗值Si；(4)建立横坐标为调节阀相对开度，纵坐标为调节阀阻抗值的坐标系，分别以各等分点的相对开度为横坐标，以各等分点的阻抗值为纵坐标，在坐标系中标出相应的点，然后用光滑的曲线连点成线，即得到调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的关系曲线；第二步：根据水力计算结果初步确定除最不利用户外的备用户支路静态平衡调节阀开度，并调整静态平衡调节阀至该开度(粗调过程)，同时将最不利用户的静态平衡调节阀调整至最大开度首先在系统非运行状态下，根据管网设计施工图或现场勘测图，对管网进行水力计算，求得在设计流量下，各用户支路的设计资用压力ΔPi，各用户支路的设计阻抗值Si，各用户支路不包括调节阀部分的阻抗S′i，进而求出静态平衡调节阀必需的阻抗ΔSi，具体方法如下：2.1：计算各用户支路的设计资用压力ΔPi在选出系统最不利用户(通常是距离热源或换热站最远的用户)的基础上，确定出最不利环路(包含热源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法，其特征在于，包括以下措施：/n第一步：配置静态平衡调节阀，并对其性能参数进行标定/n在各用户分支管路上分别设置一个可以连续调节开度的调节阀，并根据调节阀的理想特性曲线标定或者利用调节阀的测定结果标定调节阀的阻抗(S)与相对开度

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗的集中供热管网静态水力平衡人工调节方法，其特征在于，包括以下措施：
第一步：配置静态平衡调节阀，并对其性能参数进行标定
在各用户分支管路上分别设置一个可以连续调节开度的调节阀，并根据调节阀的理想特性曲线标定或者利用调节阀的测定结果标定调节阀的阻抗(S)与相对开度之间的曲线关系；
第二步：根据水力计算结果初步确定除最不利用户外的各用户支路调节阀开度，并调整调节阀至该开度，同时将最不利用户的调节阀调整至最大开度
首先在系统非运行状态下，根据管网设计施工图或现场勘测图，对管网进行水力计算，求得在设计流量下，各用户支路的设计资用压力ΔPi，各用户支路的设计阻抗值Si，各用户支路不包括调节阀部分的阻抗S′i，进而求出调节阀必需的阻抗ΔSi，具体方法如下：
2.1：计算各用户支路的设计资用压力ΔPi
在选出系统最不利用户的基础上，确定出最不利环路；根据最不利环路各管段的设计流量、管径、局部阻力件的类型及个数，查室外热水管网水力计算表和局部阻力件当量长度表，计算出最不利环路各管段的设计阻力损失，要求最不利用户的调节阀当量长度应按最大开度计算；在此基础上，根据管路的并联关系，确定出各用户支路的设计资用压力ΔPi；
2.2：计算各用户支路的设计阻抗值Si
根据计算得出的各用户支路的设计资用压力ΔPi及用户的设计流量Gi，利用公式分别求得各用户支路通过设计流量的设计阻抗值Si；
2.3：计算各用户支路不包括调节阀部分的阻抗S′i
根据用户支路各管段管径、长度、局部阻力件当量长度，根据公式求出各用户支路不包括调节阀部分的阻抗S′i；
公式中字母含义：
6.88×10-9为公式常数，单位为Pa·m7/[kg·(m3/h)2]；
Ki表示管段绝对粗糙度，m；
di表示管段内径，m；
li表示管段长度，m；
∑lid表示局部阻力件的当量长度之和，m；
ρ表示热媒密度，kg/m3；
2.4：计算静态平衡调节阀必需的阻抗ΔSi
根据计算出的各用户支路的设计阻抗值Si和各用户支路不包括调节阀部分的阻抗S′i，根据公式ΔSi＝Si-S′i，求出用户支路通过设计流量时调节阀必需的阻抗ΔSi；
2.5：静态平衡调节阀的调节
根据调节阀阻抗与开度的对应曲线关系和各用户支路调节阀必需的阻抗ΔSi值，将各调节阀调至其ΔSi值对应的开度并锁定，同时将最不利用户的调节阀调整到最大开度；
第三步：根据测量结果选择性地对用户静态平衡调节阀重新调节
3.1：确定各用户支路设计流量Gi与系统设计总流量G的比值αi
根据各用户的设计热负荷Qi(kW)和供回水设计温差Δt(℃)，利用公式Gi＝0.86Qi/Δt，分别确定各用户支路的设计流量Gi；
根据各用户支路的设计流量Gi，利用公式G＝∑Gi，确定系统总设计流量G；
根据αi＝Gi/G，分别求得各用户支路设计流量与系统设计总流量的比值αi；
3.2：根据测量结果计算各用户运行流量与系统总运行流量的比值α′i
首先用超声波流量计分别测量各用户支路的流量G′i，并记录；
用超声波流量计测量系统在该运行工况下的总流量G′，并记录；
根据α′...

【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