熱力管網的水力工況測量方法及裝置的製作方法

2023-06-03 01:47:16

專利名稱：熱力管網的水力工況測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種供熱管網運行調試領域中的測量方法及裝置，尤其涉及一種適用於已建熱力管網水力工況的現場測量、初調節及熱力管網改造調試等應用場合的熱力管網的水力工況測量方法及裝置。
背景技術：
在供熱系統中，水力失調是指熱水熱力管網各熱力站(或熱用戶)在運行中的實際流量與規定流量的不一致現象，也就是說，水力失調是指熱力管網不能按用戶(熱力站或熱用戶)需要的流量(熱量)分配給各個用戶，導致不同位置的冷熱不均的現象。供熱系統水力失調的程度用水力失調度來衡量。按用戶熱負荷分配流量，使每個用戶室溫達到一致且滿足要求，則失調度為1，即熱力管網無水力失調。若分配不當，出現冷、熱不均現象，說明有水力失調，其失調度大於或小於1。大於1，會使用戶室溫過高，導致熱量浪費；小於1，會使用戶室溫達不到要求，供熱不合格。
因此，水力失調度是熱力管網水力工況穩定性的重要衡量指標，其數值的大小直接反映了管網水力工況的穩定性。因此，水力失調度的測量是管網水力工況調節的一個重要手段和依據。
熱力管網的水力工況調節是將各熱用戶的運行流量調配至理想流量，即滿足熱用戶實際負荷的需求流量，以解決水量分配不均而導致熱用戶冷熱不均的問題。
在進行熱力管網的水力工況調節前，首先根據採取的調節方式進行相關參數的測量，然後再根據測量的結果進行相應的調節。根據調節方式的不同，測量的參數也不同。
在現有技術中，關於水力工況調節的技術主要有模擬分析法、溫度調節法及簡易快速法等。其中，所述的模擬分析法主要是對整個供熱管網建立數學模型，通過測量得到各用戶的實際運行流量和各分支管段的壓力降，計算各管段的阻力係數，從而計算過渡流量，根據計算得到的過渡流量對各熱力支路進行水力工況的調節。所述的溫度調節法主要是利用了供熱系統的室內溫度與供熱系統的供、回水平均溫度存在簡單的對應關係這一原理，即當室內溫度相等時，其供、回水平均溫度必然相等。所以，溫度調節法是根據測量各熱力支路的供、回水平均溫度或回水溫度來調節各用戶的流量，使各熱用戶的供、回水平均溫度或回水溫度達到一致，以此來實現各熱用戶室內溫度彼此均勻。所述的簡易快速調節方法是按以下步驟進行調節的(1)測量供熱系統的總流量，改變循環水泵的運行臺數或調節系統的供、回水總閥門，使系統總過渡流量控制在總理想流量的120％左右；(2)以熱源為準，由近及遠，逐個調節各支路、各用戶的流量。對於最近的支路、用戶，將其過渡流量調到理想流量的80％～85％左右；對於較近的支路、用戶，過渡流量應為理想流量的85％-90％左右；對於較遠的支路、用戶，過渡流量是理想流量的90-95％左右；對於最遠的支路、用戶，過渡流量按理想流量的95％-100進調節；(3)當供熱系統支路較多時，應在支路的母管上安裝平衡閥。此時，仍按由近及遠的原則，先調支路再調各支路的用戶；(4)在調節過程中，如遇某支路或某用戶在調節閥全開時仍未達到要求的過渡流量，此時跳過該支路或用戶，按既定順序繼續調節。待最後的用戶調節完畢後，再複查該支路或該用戶的運行流量。若與理想流量偏差超過20％以上，應檢查、排除有關故障。
但是，上述的現有技術存在著諸多不足之處，如水力工況的調節均以設計計算工況為基準，但是，在熱力管網供熱系統的實際設計過程中，設計工況的參數並不一定完全與熱用戶的實際需求相符，因此即使在熱用戶或熱力管網水力失調度調整為1的情況下，熱用戶也會存在冷熱不均的現象。並且，在現有水力工況測量與調節中，測量與調節方法的適用性具有很大的局限性。如模擬分析法要求輸入整個管網系統的結構參數，操作過程較為複雜，不便於實際工程的現場應用；而採用溫度調節法雖然調節過程測量參數單一，但對於較大的供熱系統，溫度變化滯後較為明顯，不能快速地反映調節的實際效果。同時，在上述現有技術的應用過程中，缺乏對各熱力管網流量及水力失調度的量化參數，不便於實際工程的現場調試。
因此，為便於熱力管網水力失調度的現場測量與水力工況的調節，需要以熱用戶實際需求流量為基準並具有現場數據量化的水力失調度的測量方法及裝置，以應用於已建熱力管網的水力失調度測量及水力工況的調節，但目前還沒有這樣的方法及裝置。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種熱力管網的水力工況測量方法及裝置，以解決現有熱力管網運行中因水力工況調試方法及過程複雜而導致系統初調節不到位、水力失調及能源浪費現象嚴重的問題。
為解決上述的技術問題，本發明提供一種熱力管網的水力工況測量方法，包括以下步驟步驟一、在熱力管網各熱力支路的入口處設置溫度傳感器和熱水流量傳感器，以測量熱力支路的供水溫度tg及熱力支路熱水的實測流量Lt；在熱力支路的出口、熱用戶室內及室外分別設置溫度傳感器，分別測量熱力支路的回水溫度th、熱用戶室內溫度tn及室外環境溫度tw；步驟二、上述傳感器將各自測量得到的測量值發送到數據處理系統；步驟三、所述數據處理系統對接收到的數據進行數據處理，根據式(8)得到每一熱力支路的水力失調度x，根據式(9)得到每一熱力用戶的實際需求流量Lsx=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw---(9)]]>
其中，tns為熱用戶室內設計溫度；b為與散熱器結構形式有關的指數。
為解決上述的技術問題，本發明還提供一種熱力管網的水力工況測量裝置，包括測量單元和數據處理單元，所述的測量單元包括設置於每一熱力支路入口處的供水溫度傳感器和熱水流量傳感器，設置於每一熱力支路出口處的回水溫度傳感器，設置於每一熱用戶室內的溫度傳感器和熱用戶室外溫度傳感器，所述數據處理單元接收上述所有傳感器發送來的測量值，並根據上式(8)得到每一熱力支路的水力失調度x，根據上式(9)得到每一熱力用戶的實際需求流量Ls。
本發明所述的熱力管網的水力工況測量方法和裝置可用於單熱力支路，也可以用於多熱力支路，在測量時，可以從熱力管網的最不利支路開始，依次向熱源中心進行測量。
本發明與現有技術相比，本發明是基於熱用戶現場實測負荷來確定熱力管網的實際需求流量，消除了在熱力管網水利失調度為1時熱用戶冷熱均勻的現象；本發明通過直接測量熱力管網支路的流量、供回水溫度及熱用戶室內外溫度實現熱力管網水力失調度的現場測量，無需破壞現有管路系統，操作容易，測量參數少、方法簡單；運用本發明所述的方法及裝置能現場快速、直觀地顯示被測支路的實際流量、需求流量及當前的水力失調度等參數，現場應用極為方便，尤為適用在已建供熱管網水力工況的初調節及水力工況的現場測試、熱力管網改造的水力工況測試與調節等工程應用場合。


圖1為本發明所述的熱力管網的水力工況測量裝置的一具體實施例示意圖；圖2為本發明所述數據處理單元的結構示意圖；圖3為本發明所述的熱力管網的水力工況測量裝置的另一具體實施例的原理示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和具體的實施例對本發明進行詳細地說明。
參見圖1，為本發明所述的熱力管網的水力工況測量裝置的一具體實施例示意圖。供熱系統中的熱力管網包括多個熱用戶7，多個熱力管網供水管8，多個熱力管網回水管9，所述多個熱力管網供水管8的一端與分水器10連接，另一端與熱用戶7連接；所述多個熱力管網回水管9的一端與熱用戶7，另一端與集水器11連接。
本發明所述的熱力管網的水力工況測量方法是首先，在熱力管網各熱力支路的入口處，即在熱力管網供水管8上設置溫度傳感器1和熱水流量傳感器2，以測量熱力支路的供水溫度tg及熱力支路熱水的實測流量Lt；在熱力支路的出口，即熱力管網回水管9上設置溫度傳感器3，用來測量熱力支路的回水溫度th，在熱用戶室內及室外分別設置溫度傳感器4和5，分別測量熱用戶室內溫度tn及室外環境溫度tw；各個傳感器通過傳輸線12與數據處理單元6連接。
在圖1中也揭示了本發明所述的熱力管網的水力工況測量裝置，即包括多個傳感器和一個數據處理單元。在本發明中，在所述的數據處理單元6中預先存儲有各種原始數據，如水的容積比熱Cw，散熱器的散熱面積F，散熱器的傳熱係數a，與散熱器結構形式有關的指數b及每一熱用戶的室內設計溫度tns等等。
其次，上述傳感器將各自測量得到的測量值發送到數據處理單元6。
最後，數據處理單元6對接收到的數據進行處理，根據公式(8)得到每一熱力支路的水力失調度x，根據公式(9)得到所述熱力支路的熱用戶的實際需求流量Ls。其中，x=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>
Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns為熱用戶室內設計溫度；b為與散熱器結構形式有關的指數。
數據處理單元6的結構原理如圖2所示，數據處理單元6包括信號採集電路61、信號放大電路62、A/D轉換電路63和微處理器64，由內置電源60或外置電源為上述各電路的工作提供足夠的能源。所述信號採集電路61採集各傳感器發送來的信號，並傳送給信號放大電路62，經過放大後的信號發送到A/D轉換器63，經過A/D轉換後，發送給微處理器64，由所述微處理器進行處理。
本發明中的數據處理單元6首先對接收到的數據進行數據採集、放大、A/D變換，將從各個傳感器接收來的數據變換為可以被微處理器識別、處理的數據。而後，根據所述熱力支路熱水的實測流量Lt、所述熱力支路的供水溫度tg、回水溫度th和式(1)計算該熱力支路的實際供熱量Qt；Qt＝Lt·Cw·(tg-th) (1)根據式(1)得到的所述熱力支路的實際供熱量Qt及熱負荷與室內外溫差的線性關係，由式(2)計算在設計室溫tns下的該熱力支路需求供熱量Qs；Qs=Qttns-twtn-tw---(2)]]>根據式(3)所示的需求供熱量與需求熱水流量之間的關係和式(1)～式(2)的關係計算水力失調度xQs＝Ls·Cw·(ts-ths) (3)x=LtLs=tg-thstg-thtn-twtns-tw---(4)]]>根據熱用戶散熱器的散熱量計算公式(5)和(6)得到在設計室內溫度tns下熱力支路的回水溫度ths；Q1=aF(tg+th2-tn)1+b---(5)]]>Qs=aF(tg+ths2-tns)1+b---(6)]]>
ths=2[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]-tg---(7)]]>將式(7)代入式(4)得到該熱力支路的水力失調度x。
x=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>由式(1)～(3)及式(7)可得到該熱力支路所在的熱力用戶的實際需求流量Ls。
Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw---(9)]]>另外，本發明還可以將上述的各個測量值，如熱力支路的供回水溫度tg、th，計算結果，如每熱力支路的實際供熱量Qt、每一熱力支路的水力失調度x和每一熱力支路所在的熱力用戶的實際需求流量Ls存儲或顯示或列印輸出。對應地，本發明所述的熱力管網的水力工況測量裝置還可以包括存儲單元20和/或顯示單元30和/或輸出接口40，如圖3所示。所述存儲單元20與數據處理單元6連接，用於存儲各個測量得到的數據及計算得到的中間數據和結果數據；所述顯示單元30與數據處理單元6連接，用於顯示各種測量值及通過計算得到的各種結果數據；所述輸出接口40用於與各種外部設備連接，如印表機。在本發明中，所述的存儲單元20可以為內部存儲器，也可以為外部存儲器，所述的顯示單元30可以為目前常用的液晶顯示屏，也可以是數碼管顯示器，所述的輸出接口40可以為一個，也可以為多個，可以是USB(通用串行總線)接口，也可以是並行總線接口或IEEE1394接口，或任何用於傳輸數據的接口。
另外，需要說明的是，圖1中所示的各傳感器與數據處理單元6示僅僅可以通過傳輸線12連接，也可以通過無線通訊的方式進行數據的傳輸，當採用無線通訊的傳輸方式時，各傳感器具有無線發射部，數據處理單元6具有無線接收部，這裡所述的有線傳輸和無線傳輸這兩種方式不僅可以單獨使用，也可以結合使用。
本發明基於熱用戶現場實測負荷來確定熱力管網的實際需求流量，消除了在熱力管網水利失調度為1時熱用戶冷熱不均勻的現象；本發明直接測量熱力管網各支路的流量、供回水溫度及熱用戶室內外溫度，實現了熱力管網水力失調度的現場測量，無需破壞現有管路系統，操作容易，測量參數少、方法簡單，現場應用極為方便。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種熱力管網的水力工況測量方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一、在熱力管網各熱力支路的入口處設置溫度傳感器和熱水流量傳感器，以測量熱力支路的供水溫度tg及熱力支路熱水的實測流量Lt；在熱力支路的出口、熱用戶室內及室外分別設置溫度傳感器，分別測量熱力支路的回水溫度th、熱用戶室內溫度tn及室外環境溫度tw；步驟二、上述傳感器將各自測量得到的測量值發送到數據處理系統；步驟三、所述數據處理系統對接收到的數據進行數據處理，根據式(8)得到每一熱力支路的水力失調度x，根據式(9)得到對應該熱力支路的熱用戶的實際需求流量Ls，其中，x=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns為熱用戶室內設計溫度；b為與散熱器結構形式有關的指數。
2.根據權利要求1所述的熱力管網的水力工況測量方法，其特徵在於，所述式(8)和式(9)根據如下步驟得到步驟31、根據式(1)和所述熱力支路熱水的實測流量Lt、所述熱力支路的供水溫度tg、回水溫度th計算該熱力支路的實際供熱量Qt；其中，Qt＝Lt·Cw·(tg-th) (1)步驟32、根據式(1)得到的所述熱力支路的實際供熱量Qt及熱負荷與室內、外溫差的線性關係，由式(2)計算在設計室溫tns下的所述熱力支路需求供熱量Qs；其中，Qs=Qttns-twtn-tw---(2)]]>步驟33、根據式(3)所示的需求供熱量與需求熱水流量之間的關係和式(1)～式(3)的關係計算水力失調度xQs＝Ls·Cw·(tg-ths) (3)x=LtLs=tg-thstg-thtn-twtns-tw---(4)]]>步驟34、根據熱用戶散熱器的散熱量計算公式(5)和(6)得到在設計室內溫度tns下熱力支路的回水溫度ths；Qt=aF(tg+tb2-tn)1+b---(5)]]>Qs=aF(tg+ths2-tns)1+b---(6)]]>ths=2[tns+(tg+th2-t0)(t0-twtns-tw)1+b]-tg---(7)]]>步驟35、將式(7)代入式(4)得到該熱力支路的水力失調度x為x=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-th;]]>由式(1)～(3)及式(7)可得到該熱力支路所在的熱力用戶的實際需求流量Ls為Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw.]]>
3.根據權利要求1或2所述的熱力管網的水力工況測量方法，其特徵在於，所述步驟二中，所述各傳感器通過無線傳輸或有線傳輸或二者相結合的方式將各自檢測得到的測量值發送給所述數據處理系統。
4.根據權利要求1或2所述的熱力管網的水力工況測量方法，其特徵在於，還包括步驟四所述數據處理系統將測量值和/或計算得到的數據結果進行存儲，和/或輸出到顯示屏上顯示，和/或通過印表機列印輸出。
5.一種熱力管網的水力工況測量裝置，包括測量單元和數據處理單元，其特徵在於，所述的測量單元包括設置於每一熱力支路入口處的供水溫度傳感器和熱水流量傳感器，設置於每一熱力支路出口處的回水溫度傳感器，設置於每一熱用戶室內的溫度傳感器和室外溫度傳感器，所述數據處理單元接收上述所有傳感器發送來的測量值，根據式(8)得到每一熱力支路的水力失調度x，根據式(9)得到對應該熱力支路的熱用戶的實際需求流量Lsx=2tn-twtns-twtg-[tns+(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tg-tb---(8)]]>Ls=Lttg-th2[tg-tns-(tg+th2-tn)(tn-twtns-tw)1+b]tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns為熱用戶室內設計溫度；b為與散熱器結構形式有關的指數。
6.根據權利要求5所述的熱力管網的水力工況測量裝置，其特徵在於，所述熱水流量傳感器為超聲波流量傳感器。
7.根據權利要求5或6所述的熱力管網的水力工況測量裝置，其特徵在於，所述各傳感器發送信號的方式為有線或/和無線通訊傳輸方式。
8.根據權利要求5或6所述的熱力管網的水力工況測量裝置，其特徵在於，還包括存儲單元和/或顯示單元和/或輸出接口；所述存儲單元與數據處理單元連接，用於存儲各種測量數據及計算得到的中間數據和結果數據；所述顯示單元與數據處理單元連接，用於顯示各種測量值及通過計算得到的各種結果數據；所述輸出接口與數據處理單元連接，用於與各種外部設備連接。
9.根據權利要求8所述的熱力管網的水力工況測量裝置，其特徵在於，所述輸出接口為通用串行總線接口或/和並行總線接口或/和IEEE1394接口。
10.根據權利要求5所述的熱力管網的水力工況測量裝置，其特徵在於，所述的數據處理單元包括信號採集電路、信號放大電路、A/D轉換器和微處理器，所述信號採集電路採集各傳感器發送來的信號，並傳送給信號放大電路，經過放大後的信號發送到A/D轉換器，經過A/D轉換後，發送給微處理器，由所述微處理器進行處理。
全文摘要
本發明公開了一種熱力管網的水力工況測量方法及裝置，屬於供熱管網運行調試領域，在熱力管網各熱力支路的入口處設置溫度傳感器和熱水流量傳感器，以測量熱力支路的供水溫度t
文檔編號G01K17/00GK1888840SQ20061008754
公開日2007年1月3日 申請日期2006年6月14日 優先權日2006年6月14日
發明者王鵬飛, 餘延順 申請人:北京時代嘉華環境控制科技有限公司