集中供热综合实验系统的制作方法

本发明涉及一种集中供热综合实验系统，属于实践教学平台。

背景技术：

集中供热是我国严寒、寒冷地区民用建筑重要的热能应用系统，实际系统由于规模大、分布广，不够直观，学生仅能了解大致的工作原理和过程，很少能参与到系统调试、运行调节等实践环节，因而不能很好地掌握规范的操作及调节方法。现有的关于供热工程的实验系统多位简化的模型装置，或者是软件仿真演示系统，不能真实反映关键设备运行性能、系统工况调节变化，且组成结构与实际系统偏差较大，不能很好适应工程能力的训练及养成。故开发一套集中供热综合实验系统以提高学生动手能力和工程实际操作能力显得极为重要。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种集中供热综合实验系统，使学生熟悉集中供热系统，以提高对集中供热系统的操作能力。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种集中供热综合实验系统，其特征在于，包括：

一次网系统，其具有第一燃油锅炉、第二燃油锅炉、分水器、管式换热器、第一板式换热器、第二板式换热器、集水器、一次网循环水泵、一次网补水泵、一次网膨胀水箱及软化补水器；

第一燃油锅炉与第二燃油锅炉的出口接于分水器的入口；

分水器的第一出口分别接于管式换热器的第一入口、第一板式换热器的第一入口及第二板式换热器的第一入口，分水器的第二出口接于集水器的第一接口；

管式换热器的第一出口、第一板式换热器的第一出口及第二板式换热器的第一出口接于集水器的第二接口，集水器的第三接口通过一次网循环水泵接于第一燃油锅炉及第二燃油锅炉的入口；

一次网膨胀水箱接于一次网循环水泵入口；

软化补水器通过一次网补水泵接于一次网循环水泵入口；

二次网系统，其具有用热末端装置、二次网循环水泵、二次网补水泵及二次网膨胀水箱，用热末端装置包括三用户支路及五用户支路，三用户支路包括三支路第一用热末端、三支路第二用热末端及三支路第三用热末端，五用户支路包括五支路第一用热末端、五支路第二用热末端、五支路第三用热末端、五支路第四用热末端及五支路第五用热末端；

管式换热器的第二出口、第一板式换热器的第二出口及第二板式换热器的第二出口接于用热末端的入口，管式换热器的第二入口、第一板式换热器的第二入口及第二板式换热器的第二入口通过二次网循环水泵接于用热末端的出口；

软化补水器通过二次网补水泵接于二次网循环水泵的入口；

二次网膨胀水箱接于二次网循环水泵的入口。

作为优选，分水器的第二出口与集水器的第一接口间的接管上设置第一压差变送器和第一电动调节阀。

作为优选，一次网循环水泵处设置Y型除污器和电子水处理器；二次网循环水泵处设置Y型除污器和电子水处理器。

作为优选，在五用户支路供水管安装自立式平衡阀，自立式平衡阀前装远传压力表，五用户支路回水管上安装电动调节阀，电动调节阀后安装远传压力表，五用户支路供、回水管间安装压差变送器，五用户支路回水管上安装有手动调节阀。

作为优选，在三用户支路供水管安装自立式平衡阀，自立式平衡阀前装远传压力表，三用户支路回水管上安装电动调节阀，电动调节阀后安装远传压力表，三用户支路供、回水管间安装压差变送器，三用户支路回水管上安装有手动调节阀。

作为优选，每个用热末端进水支管安装有热量表，每个用热末端出水支管装有电动调节阀和手动调节阀，每个用热末端出水支管上还安装有平衡阀。

作为优选，回水总管上安装有热量表。

作为优选，二次网系统供、回水干管间安装第二压差变送器和第二电动调节阀。

作为优选，压差控制装置接于第一电动调节阀及第一压差变送器，定压补水控制装置分别接于一次网膨胀水箱中的液位传感器及一次网补水泵的电机。

作为优选，定压补水变频控制装置分别接于二次网补水泵的电机及二次网膨胀水箱中的液位传感器及，循环泵压差变频控制装置分别接于二次网循环水泵的电机及第二压差变送器，过程控制装置接于第二电动调节阀、第二压差变送器、换热器二次网侧设置的出水流量变送器及换热器一次网侧设置的回水调节阀。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明提供了一钟适用于供热工程的综合实验系统，体现了实际集中供热系统的基本组成结构，设置了关键的热源设备、换热设备及末端用热设备，选用了典型的运行调控设施。学生在系统调试及运行调节过程中可以熟悉集中供热系统的工艺流程，明确关键设备的功能作用，掌握调节控制的原理及运行策略。

附图说明

图1为本发明中集中供热综合实验系统结构图示意图，图中省略了部分结构。

图2为本发明中热源(第一燃油锅炉和第二燃油锅炉)与管网连接示意图。

图3为本发明中一次网分、集水器旁通电动压差平衡阀处连接示意图。

图4为本发明中换热器一次网侧(热侧)接管示意图。

图5为本发明中换热器二次网侧(热侧)接管示意图。

图6为本发明中二次网分支处接管示意图。

图7为本发明中末端用热设备接管示意图。

图8为本发明中一次管网系统运行控制原理图。

图9为本发明中二次管网系统运行控制原理图。

具体实施方式

参见图1，一种集中供热综合实验系统，包括一次网系统(一次管网系统)，其具有第一燃油锅炉1a、第二燃油锅炉1b、分水器2、管式换热器3、第一板式换热器41、第二板式换热器42、集水器5、一次网循环水泵6、一次网补水泵9、一次网膨胀水箱11及软化补水器13。

第一燃油锅炉1a与第二燃油锅炉1b的出口接于分水器2的入口。

分水器2的第一出口分别接于管式换热器3的第一入口、第一板式换热器41的第一入口及第二板式换热器42的第一入口，分水器2的第二出口接于集水器5的第一接口。

管式换热器3的第一出口、第一板式换热器41的第一出口及第二板式换热器42的第一出口接于集水器5的第二接口，集水器5的第三接口通过一次网循环水泵6接于第一燃油锅炉1a及第二燃油锅炉1b的入口。

一次网膨胀水箱11接于一次网循环水泵6入口。

软化补水器13通过一次网补水泵9接于一次网循环水泵6入口。

二次网系统(二次管网系统)，其具有用热末端装置、二次网循环水泵8、二次网补水泵10及二次网膨胀水箱12，用热末端装置包括三用户支路及五用户支路，三用户支路包括三支路第一用热末端71、三支路第二用热末端72及三支路第三用热末端73，五用户支路包括五支路第一用热末端81、五支路第二用热末端82、五支路第三用热末端83、五支路第四用热末端84及五支路第五用热末端85。

管式换热器3的第二出口、第一板式换热器41的第二出口及第二板式换热器42的第二出口接于用热末端的入口，管式换热器3的第二入口、第一板式换热器41的第二入口及第二板式换热器42的第二入口通过二次网循环水泵8接于用热末端的出口。

软化补水器13通过二次网补水泵10接于二次网循环水泵8的入口。

二次网膨胀水箱12接于二次网循环水泵8的入口。

分水器2的第二出口与集水器5的第一接口间的接管上设置第一压差变送器和第一电动调节阀(旁通电动压差平衡阀)。

一次网循环水泵6处设置Y型除污器和电子水处理器。

在五用户支路供水管安装自立式平衡阀，自立式平衡阀前装远传压力表，与其他压力表配合可观察平衡阀的压力降，五用户支路回水管上安装电动调节阀，电动调节阀后安装远传压力表，与其他压力表配合可观察电动调节阀的压力降，五用户支路供、回水管间(例如图中第一安装点A1与第二安装点A2间)安装压差变送器，在计算机上可显示五支路供回水间的压差，五用户支路回水管上安装有手动调节阀，通过计算机或者现场手动调节，可改变本支路的水流量。

在三用户支路供水管安装自立式平衡阀，自立式平衡阀前装远传压力表，与其他压力表配合可观察平衡阀的压力降，三用户支路回水管上安装电动调节阀，电动调节阀后安装远传压力表，与其他压力表配合可观察电动调节阀的压力降。三用户支路供、回水管间(例如图中第三安装点B1与第四安装点B2间)安装压差变送器，在计算机上可显示五支路供回水间的压差。三用户支路回水管上安装有手动调节阀，通过计算机或者现场手动调节，可改变本支路的水流量。

每个用热末端(空气加热器)进水支管安装有热量表，并与计算机相连，既可从现场仪表盘上人工记录数据，也可从计算机上直接获取以上数据，每个用热末端出水支管装有电动调节阀和手动调节阀，可以根据试验要求，通过计算机或者人工手动调节空气加热器的水量，每个用热末端出水支管上还安装有平衡阀。

回水总管(用热末端与换热器之间的管道，例如设置在第五安装点D处)上安装有热量表。

二次网系统供、回水干管间(例如图中第六安装点E1与第七安装点E2间)安装第二压差变送器和第二电动调节阀(旁通电动压差平衡阀)。

二次网循环水泵8处设置Y型除污器和电子水处理器。

在本综合实验系统中，热源为两台燃油热水锅炉(第一、第二燃油锅炉)，设分、集水器各一个，在分、集水器间设压差变送器、电动调节阀，通过压差控制器调整电动调节阀开度使一次管网供回水间压力稳定。换热设备为两台板式换热器(第一、第二板式换热器)和一台管式换热器。循环水泵安装于锅炉入口，同时设置Y型除污器和电子水处理器。

二次网循环水泵设于换热器入口，运行时通过循环水泵将水打入换热器，换热后，向系统末端供水。系统末端(用热末端)为八台空气加热器，模拟八个热用户。为模拟室外大型管网的压力损失，在每个热用户间的供回水管道上，都装有蝶阀和压力表，用于调节和观察管道的压力降。在回水总管上安装有热量表。为使二次管网供回水间压力稳定，在二次网供、回水干管间设电动压差平衡阀。管道Y型除污器和电子水处理器设于二次网循环水泵入口。

八台空气加热器为模拟的八个热用户，排风机从室内吸入空气，经过空气加热器，空气被加热，然后排到室外，将热水系统的热量消耗掉。每台空气加热器后都安装有手动风量调节阀，可以根据不同的试验要求，改变风量。

锅炉(第一燃油锅炉与第二燃油锅炉)进出口均安装有高精度压力传感器，同时安装压力表和管道式温度计。锅炉(第一燃油锅炉与第二燃油锅炉)出口装有热量表，可测量锅炉的进口温度、出口温度、热量等指标。

换热器由两台板式换热器和一台管式换热器组成(即换热器包括管式换热器、第一板式换热器及第二板式换热器)，换热器的进出口安装有高精度压力传感器和压力表、温度计，换热器出口侧(管式换热器的第一出口、第一板式换热器的第一出口及第二板式换热器的第一出口)安装有电动调节阀和手动调节阀，可通过计算机控制，来改变管道流量，也可人工现场调节。通过调节一次网供水量，来改变换热器的换热量，从而控制二次网的出水温度。

可在管式换热器入口安装涡轮流量变送器、温度传感器，以在计算机上计算出一次网的换热量。

一次网循环水泵与二次网循环水泵类似，以二次网循环水泵为例，二次网循环水泵为两台泵，两台泵为并联使用，一用一备，泵前后安装避震喉、压力表，泵出口设单向止回阀。泵进出口安装有蝶阀，仅做关断使用，不做调节用，为常开状态。每次启动泵时，要检查蝶阀的开关状态，以免损坏水泵。

一次网补水泵与二次网补水泵类似，以二次网补水泵为例，二次网补水泵为两台水泵，一备一用，水泵出口设压力表、高精度压力传感器、单向止回阀。做定压水泵使用时，一、二次管网的膨胀水箱(一次网膨胀水箱与二次网膨胀水箱)应被关断，水泵出口的高精度压力传感器监测系统的压力变化，做为定压水泵变频工作的反馈信号。做为补水水泵使用时，与膨胀水箱的高、低液位计配合(此时膨胀水箱应与系统接通)，使膨胀水箱内的液位处于设定位置之间。

一次网系统与二次网系统同时还设置了膨胀水箱(一次网膨胀水箱与二次网膨胀水箱)，用于定压方式的切换选择，膨胀水箱同时安装有高、低电子液位计。当系统采用膨胀水箱定压补水形式时，保持膨胀管上的球阀为开启状态，高、低电子液位计的电信号做为补水水泵的启停信号。当系统采用变频水泵定压补水形式时，将膨胀管上的球阀关断，使膨胀水箱与系统断开。

整个系统除了人工控制外，还可通过控制柜进行控制(以下为简介，具体可参考现有技术)，例如：压差控制装置100接于第一电动调节阀102及第一压差变送器101，定压补水控制装置200分别接于一次网膨胀水箱11中的液位传感器及一次网补水泵9的电机。定压补水变频控制装置300分别接于二次网补水泵10的电机及二次网膨胀水箱12中的液位传感器及，循环泵压差变频控制装置400分别接于二次网循环水泵8的电机及第二压差变送器401，过程控制装置500接于第二电动调节阀402、第二压差变送器401、换热器二次网侧设置的出水流量变送器及换热器一次网侧设置的回水调节阀。需要说明的是，控制装置与相应测传感器装置和调节阀门执行器或者水泵电机的连接是电信号传递回路。

定压装置：一、二次网都设有膨胀水箱和变频补水两种方式定压供实验选择。前者是利用膨胀水箱来维持恒压点定压的方式，后者根据控制点压力的变化，改变电源频率，平滑无级地调整补水泵转速，进而及时调节补水量，实现系统恒压点压力的恒定。变频补水定压控制由变频控制器实现。

水力工况调节装置：两种供回水定压差恒定控制功能：一是在供回水干管上加旁通调节阀(旁通电动压差平衡阀)，在实验热网运行过程中通过阀门的调节来抑制热用户调节引起的供回水间的压差变化。我们选用智能型工业调节器分别对一、二次网供回水进行定压差控制，一次网分、集水器之间装有压差变送器，分、集水器之间的旁通管路上装有电动调节阀(旁通电动压差平衡阀)，二次网的供回水干管之间装有压差变送器，供回水干管的旁通管路上也装有电动调节阀。供回水间的压差信号由变送器转换为电流信号作为智能调节器的输入，调节器将输入量和设定量进行分析判断并进行一定规则的运算处理后，输出相应的电信号给电动调节阀的执行机构，对调节阀开度进行调节，实现定压差控制；再者就是通过变频调节循环水泵来保证供回水之间的恒定压差。具体来说，压差变送器将供回水间的压差信号转换成电流信号输入给循环水泵变频控制器，控制器将输入值通设定值比较后进行分析计算，控制相应的电机输出频率，改变水泵转速，达到调节流量保证压差恒定的目的。

热力工况调节装置：系统热力工况的调节主要是通过对热源及换热设备的调节控制来实现的。一次网中作为系统热源的两台燃油锅炉配备有功能强大的控制器，用户可根据自身需要设定其运行参数和运行方式。换热设备调节的主要控制思想是：根据换热设备二次侧的供水温度对一次侧的流量进行相应的调节。具体来讲，两个板式换热器和一个管式换热器的二次网侧出口处装有温度传感器，一次网侧回水管路上装有电动调节阀(回水调节阀)，每台换热器都选用智能型工业调节器，根据各自的二次网出口温度对各自一次网回水流量进行调节，满足末端用户的热力需求。

本发明集中供热综合实验系统具有完整的工艺流程及典型的系统设备，并包含了供热系统中绝大部分的调节装置、监测设备，较为全面地复现了工程实践要素。可开展流体输配装置性能、管路阻力特性、换热设备性能的测试分析，也可进行供热系统的调试及运行控制相关的工程师训，同时可以开展用热行为影响系统运行调节的技术分析等研究工作，具有较大的实用价值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。