本发明涉及温控技术领域，具体涉及一种群控控温装置及锅炉群控控温系统。
背景技术
在现有供暖系统的锅炉燃烧控制过程中，通常采用pid(比例proportion、积分integral、微分derivative)闭合回路控制方法，通过传感器采集输出管路的状态要素数据，利用温度控制器形成相应状态要素的变化趋势，将与趋势对应的预设控制参数发送给对应的燃烧器控制器以控制燃烧器的燃烧过程以及配套系统的工作过程。
如图1所示，现有供暖系统至少可以包括并行设置的第一锅炉01和第二锅炉02以适应动态变化的热力需求。每个锅炉的出水管路(11、21)与供水母管03联通，每个锅炉的回水管路(12、22)与回水母管04联通，出水管路和供水母管上设置有温度传感器05等状态要素传感器，各锅炉的回水管路上分别设置有沿回水方向顺序排列的循环水泵(13、23)、超声波流量计(14、24)和电控阀门(15、25)。各锅炉的燃烧器(16、26)连接对应的燃烧控制器(17、27)，各燃烧控制器(17、27)连接至供水温度控制器。
现有技术利用闭合回路控制方法进行精确判断-控制的基础是获得准确的状态要素数据。但由于每个锅炉的出水管路(11、21)的管路实时通水量和实时出水温度存在随机变化的或人为控制的差异，使得供水母管03中混合的流体水温在流体不同位置上存在剧烈变化，导致传感器06采集的状态要素信息存在时域内的较大离散性，与实际温度和温度变化趋势存在较大漂移偏差，使得温度控制器05形成的温度变化趋势和预测温度误差较大，造成燃烧器控制器(17、27)的控制效果与实际供热能耗状态拟合度低。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种群控控温装置及锅炉群控控温系统，以解决现有技术中温度传感器采集趋势数据失真的技术问题。
本发明实施例的群控控温装置，用于串联在供水母管前端，通过变化的内径将流入的锅炉热水混流为热量均衡的供暖水。
在本发明一实施例中，所述群控控温装置包括串联在所述供水母管中的保形圆管和固定在所述保形圆管内的混流回转体，所述混流回转体表面平滑过渡，根据所述混流回转体的直径变化所述群控控温装置沿轴向形成连续的第一膨胀峰值段、渐进膨胀段、第二膨胀峰值段和渐进收缩段，所述保形圆管的内径随所述渐进膨胀段、所述第二膨胀峰值段和所述渐进收缩段的直径变化。。
在本发明一实施例中，所述混流回转体包括若干中空腔体，所述若干中空腔体离散分布在所述渐进膨胀段、所述第二膨胀峰值段和所述渐进收缩段，所述若干中空腔体的容积存在差异，部分所述中空腔体中包含比重小于水的抗谐振液体。
在本发明一实施例中，所述混流回转体的第一膨胀峰值段和所述渐进膨胀段的衔接处，沿周向均匀设置连接所述保形圆管的第一支撑杆件，在所述混流回转体的尾端沿周向均匀设置连接所述保形圆管的第二支撑杆件，所述第一支撑件和所述第二支撑杆件背向所述混流回转体的前端倾斜。
在本发明一实施例中，所述混流回转体的前端表面通过第一母线回转形成，所述第一母线位于所述第一膨胀峰值段外侧，所述第一母线为一劣弧，第一母线两端的连线与所述混流回转体的轴线垂直并相交，所述第一母线的圆心朝向所述混流回转体的末端，与所述前端表面对应的保形圆管100的内径保持恒定。
在本发明一实施例中，在所述第一膨胀峰值段内第一膨胀峰值段表面通过第二母线回转形成，所述第二母线为一劣弧，所述第二母线的圆心朝向所述混流回转体的轴线，所述第二母线的径向与轴线处于同一平面，所述第一膨胀峰值段内所述保形圆管100的内径保持恒定；
还可以进一步限定，所述第一膨胀峰值段表面布设若干个扰流立柱。
在本发明一实施例中，在所述渐进膨胀段内渐进膨胀段表面通过第三母线回转形成，所述第三母线为一劣弧，所述第三母线的圆心背向所述混流回转体的轴线，所述第三母线的径向与轴线处于同一平面，所述渐进膨胀段内所述保形圆管的内径随所述混流回转体直径的增大而增大；
还可以进一步限定，围绕所述混流回转体的周向在所述渐进膨胀段表面均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的渐进缠绕凸起。
在本发明一实施例中，在所述第二膨胀峰值段内第二膨胀峰值段表面通过第四母线回转形成，所述第四母线为一劣弧，所述第四母线两端的连线与所述混流回转体的轴线平行，所述第四母线的圆心朝向所述混流回转体的轴线，所述第二膨胀峰值段内所述保形圆管的内径随所述混流回转体直径变化；
还可以进一步限定，围绕所述混流回转体的周向在所述第二膨胀峰值段表面均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的快速缠绕凸起。
在本发明一实施例中，在所述渐进收缩段内渐进收缩段表面通过第五母线回转形成，所述第五母线为一劣弧，所述第五母线的圆心朝向所述混流回转体的轴线，所述第五母线的一端与所述混流回转体的轴线相交，所述第五母线的径向与轴线处于同一平面，所述渐进收缩段内所述保形圆管的内径随所述混流回转体直径减小而减小；
还可以进一步限定，在所述渐进收缩段内围绕所述保形圆管周向在所述保形圆管内壁均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的增强缠绕凸起。
本发明实施例的锅炉群控控温系统，包括如权利要求1至9任一所述的群控控温装置，其特征在于，还包括：
出水管路温度传感器组，用于实时采集出水管路结构的温度数据。
供水母管温度传感器组，用于实时采集串联所述群控控温装置后的供水母管的温度数据。
编码器，用于实时接收所述温度数据并将同一时刻的所述温度数据封装为同步数据输出。
供水温度控制器，用于将所述同步数据形成高精度实时温度数据和高精度温度趋势数据，根据pid策略将所述高精度实时温度数据和所述高精度温度趋势数据转换为燃烧器控制参数。
本发明实施例的群控控温装置及锅炉群控控温系统利用变化的内径造成的阻力变化使得供水母管中的供暖水混合达到热量均衡，使得设置的温度传感器的数据采集不因布设位置的影响出现与均衡热值相悖的采集误差，保证了温度传感器可以采用更有效的布设结构获取准确的趋势数据。有利于后续温度控制器将相关各管路的温度要素数据形成精确的温度趋势和预测温度。
附图说明
图1所示为现有技术中多余度锅炉供暖系统的架构示意图。
图2所示为本发明实施例群控控温装置的主体结构剖视示意图。
图3所示为本发明实施例群控控温装置的局部剖视示意图(一)。
图4所示为本发明实施例群控控温装置的局部剖视示意图(二)。
图5所示为本发明实施例群控控温装置的局部剖视示意图(三)。
图6所示为本发明实施例群控控温装置的局部剖视示意图(四)。
图7所示为本发明实施例锅炉群控控温系统的架构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明实施例提供了一种群控控温装置，用于串联在供水母管前端，通过变化的内径将流入的锅炉热水混流为热量均衡的供暖水。供水母管前端通常为连通各锅炉的出水管路后供水母管完整的起始端。
本发明实施例的群控控温装置利用变化的内径造成的阻力变化使得供水母管中的供暖水混合达到热量均衡，使得设置的温度传感器的数据采集不因布设位置的影响出现与均衡热值相悖的采集误差，保证了温度传感器可以采用更有效的布设结构获取准确的趋势数据。有利于后续温度控制器将相关各管路的温度要素数据形成精确的温度趋势和预测温度。
如图2所示，本发明实施例的群控控温装置包括一段串联在供水母管中的保形圆管100和固定在保形圆管100内的混流回转体200，混流回转体200的轴线与保形圆管100的轴线重合。保形圆管100的内壁和混流回转体200的表面形成环形圆管。保形圆管100的内壁作为环形圆管外侧壁，混流回转体200的表面作为环形圆管内侧壁。
混流回转体200的表面由前端(水流体来向，附图中为左侧)至末端(水流体去向，附图中为右侧)平滑过渡，混流回转体200由前端至末端的直径变化使群控控温装置形成连续的第一膨胀峰值段91、渐进膨胀段92、第二膨胀峰值段93和渐进收缩段94。保形圆管100的管壁内径随渐进膨胀段92、第二膨胀峰值段93和渐进收缩段94的直径变化。
本发明实施例的群控控温装置利用环形圆管的内侧壁和外侧壁的内径差异形成水流体的流速差异，实现了在供水母管中各热水水流的充分融合。利用水流体的不可压缩特性，通过连续改变环形管壁内外侧壁直径和内外侧壁间距使得水流体出现流速变化，因环形管壁的摩擦力对接触流体的影响，使得沿直径方向(可以理解为沿直径形成的截面作为同一位置，在同一位置)的流体各部分流速产生差异，造成水流体在沿保形圆管100轴向流动的同时，水流体各相邻部分形成混合、碰撞或涡旋，各水流体在保形圆管100中充分融合，流出保形圆管100后形成均衡热量水流体。对均衡热量水流体流经的后续壳体进行状态要素采集可以获得准确的供水母管实时温度数据。
在本发明一实施例中，混流回转体200包括若干中空腔体，中空腔体离散分布在渐进膨胀段92、第二膨胀峰值段93和渐进收缩段94，中空腔体的容积存在差异，部分中空腔体中包含比重小于水的抗谐振液体。抗谐振液体可以是酯类物质，如乙酸乙酯、油脂等。
本发明实施例的群控控温装置利用中空腔体和抗谐振液体降低混流回转体200的谐振特征，利用空腔和液体的不对称分布克服潜在的频率谐振。避免在环形圆管中流体流速快速变化时使保形圆管100或和混流回转体200产生不良振动。
在本发明一实施例中，在混流回转体200的第一膨胀峰值段91和渐进膨胀段92的衔接处，沿周向均匀设置连接保形圆管100的第一支撑杆件201，在混流回转体200的尾端沿周向均匀设置连接保形圆管100的第二支撑杆件202，第一支撑件201和第二支撑杆件202背向混流回转体200的前端倾斜，第一支撑件201与混流回转体200的轴线形成的第一夹角在48至80度，第二支撑件202与混流回转体200的轴线形成的第二夹角在55至85度。作为特例要同时满足第一夹角至少小于第二夹角7度。
本发明实施例的群控控温装置第一支撑件201和第二支撑杆件202的设置避免了混流回转体200上的支撑点与混流回转体200的质心存在距离导致水流体流速变化形成的压力转换为混流回转体200的振动力矩，振动力矩会破坏环形圆管的稳定性形成流体流动的水击干扰因素。差异的第一夹角第二夹角可以保证在出现振动趋势时，第一支撑件201和第二支撑杆件202稳定提供的两种支撑力臂形成相持力矩，改变混流回转体200的内应力分布，抵消振动。特例的角度差异是保证混流回转体200较晚出现内应力变化的最优角度，可以适应逐渐增加的振动力矩，尤其对非峰值流量供暖时的热水流体的流量和流速的影响有效。
本发明实施例的混流回转体200的表面为回转面，由顺序平滑连接的第一母线291、第二母线292、第三母线293、第四母线294和第五母线295回转形成。
如图3所示，本发明实施例的群控控温装置中，第一母线291在第一膨胀峰值段91外侧(附图中为左侧)，第一母线291为一劣弧，第一母线291两端的连线与混流回转体200的轴线垂直并相交，第一母线的圆心朝向混流回转体200的末端，第一母线291回转形成混流回转体200的前端表面。前端表面保持表面光滑。
与混流回转体200的前端表面对应的保形圆管100的内径保持恒定。
本发明实施例的群控控温装置中混流回转体的前端表面将直接承受的水流体冲击缓解转向为周向流进，将水流体平顺破散导入后续的环形圆管的管腔中，可以使水流体以较小阻力分流进入环形圆管中。前端表面与保形圆管100的内径配合可以使破散水流稳定定向流动，对流量和流速维持基本不变，最大限度避免混流回转体分流水流体产生的阻力。
如图3所示，在本发明实施例的群控控温装置的第一膨胀峰值段91内，混流回转体200和保形圆管100的对应部分具有如下结构：
第一膨胀峰值段91包括第二母线292，第二母线292为一劣弧，第二母线292的圆心朝向混流回转体200的轴线，第二母线292的径向与轴线处于同一平面，第二母线292回转形成混流回转体200的第一膨胀峰值段表面。第一膨胀峰值段表面保持表面光滑。
在第一膨胀峰值段表面布设若干个扰流立柱203，扰流立柱203与第一膨胀峰值段表面垂直连接。利用扰流立柱对沿第一膨胀峰值段表面流动的水流体进行扰动，形成对不同来源水流体的微小局部冲击，初步融合沿第一膨胀峰值段表面流动的水流体。第一膨胀峰值段表面同时对水流体挤压使得水流体在径向深度上产生流速差，初步使不同径向深度的水流体发生搅动。利用较小的侧向压力诱导水流体向渐进膨胀段92的流动趋势增强，为后续流速和挤压力的递增变化提供稳定的水流体初始状态。
沿混流回转体200前端至末端方向扰流立柱203的高度逐渐增加。利用高度的增加提高沿第一膨胀峰值段表面流动的水流体的搅动效率，有利于产生更不稳定的涡流实现高效扰动。
与第一膨胀峰值段91对应的保形圆管100的内径保持恒定，对应的保形圆管100内壁保持光滑。利用保形圆管100的内径保持恒定保证水流体的顺滑流动，避免在第一膨胀峰值段91产生过大的流动阻力，配合沿混流回转体200更易产生径向深度的流速差异。第一膨胀峰值段内混流回转体200的直径在达到峰值后降低，可以首先有效挤压水流体以提高流速，同时避免过早的将通道过水截面面积做过快的压缩，导致混流回转体200前端提前受力过大产生不稳定的振动。保证了在提高流速实现水流体单表面扰动的同时，混流回转体的稳定结构承压较小，潜在的共振几率减小。
如图4所示，在本发明实施例的群控控温装置的渐进膨胀段92内，混流回转体200和保形圆管100的对应部分具有如下结构：
渐进膨胀段92包括第三母线293，第三母线293为一劣弧，第三母线293的圆心背向混流回转体200的轴线，第三母线293的径向与轴线处于同一平面，第三母线293回转形成混流回转体200的渐进膨胀段表面。渐进膨胀段表面保持光滑。
围绕混流回转体200的周向在渐进膨胀段表面均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的渐进缠绕凸起204，渐进缠绕凸起204的数量为30至50个，渐进缠绕凸起204的缠距为渐进膨胀段92轴向长度的50％至70％。渐进缠绕凸起204可以保证靠近渐进膨胀段表面的水流体整体转动，实现不同来源的水流体在一个逐渐扩大的径向深度内充分融合。利用渐进膨胀段较大的轴向长度和较缓和的混流回转体200直径变化，对水流体逐渐挤压，提高流速。优选缠距使得水流体在转动融合过程中可以避免因挤压过大的流速变化诱发水击现象，也可以避免共振的出现。同时第一膨胀峰值段91直径峰值配合渐进膨胀段92较缓和的直径递增变化，使水流体挤压的合力具有趋势增强性，不会因渐进膨胀段92的直径递增形成反向水流体压力。
沿混流回转体200前端至末端方向，渐进缠绕凸起204的高度逐渐增加，渐进缠绕凸起204在渐进膨胀段92两端的高度比值为1:1.2至1:3.2。该比值范围是在保证本段水流体流速的基础上尽可能带动径向深度水流体转动融合的优选范围
与渐进膨胀段92对应的保形圆管100的内径随混流回转体200直径的增大而增大。对应的保形圆管100的内壁保持光滑。
在本发明一实施例中，沿混流回转体200前端至末端方向，与渐进膨胀段92对应的保形圆管100的内径自渐进膨胀段92轴向长度的1/3至2/5处起随混流回转体200直径的增大而增大。保形圆管100的内径做适应性调整即满足了配合混流回转体200形成对水流体有效挤压的弯曲路径，也避免了直接对抗水的不可压缩特性。
如图5所示，在本发明实施例的群控控温装置的第二膨胀峰值段93内，混流回转体200和保形圆管100的对应部分具有如下结构：
第二膨胀峰值段93包括第四母线294，第四母线294为一劣弧，第四母线294两端的连线与混流回转体200的轴线平行，第四母线294的圆心朝向混流回转体200的轴线，第四母线294回转形成混流回转体200的第二膨胀峰值段表面。第二膨胀峰值段表面保持光滑。
围绕混流回转体200的周向在第二膨胀峰值段表面均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的快速缠绕凸起205，快速缠绕凸起205的数量为15至30个，快速缠绕凸起205的缠距为第二膨胀峰值段93轴向长度的30％至45％。快速缠绕凸起205位于混流回转体200的质心附近，可以承受较大的水流体转动搅动频率不出现谐振，较小的缠距有利于不同来源的水流体或不同径向深度的水流体快速混合。
沿混流回转体200前端至末端方向，快速缠绕凸起205的高度维持不变，快速缠绕凸起205的高度与渐进缠绕凸起204最大高度的比值为1:1.05至1:1.15。高度变化可以有利于在相同径向深度的水流体不形成整层转动，使得高速转动的水流体转速存在差异，避免谐振现象出现。
与渐进膨胀段92对应的保形圆管100的内径随混流回转体200直径变化。对应的保形圆管100的内壁保持光滑。
如图6所示，在本发明实施例的群控控温装置的渐进收缩段94内，混流回转体200和保形圆管100的对应部分具有如下结构：
渐进收缩段94包括第五母线295，第五母线295为一劣弧，第五母线295的圆心朝向混流回转体200的轴线，第五母线295的一端与轴线相交，第五母线295的径向与轴线处于同一平面，第五母线295回转形成混流回转体200的渐进收缩段表面(包括混流回转体200的尾端表面)。渐进收缩段表面保持光滑。
与渐进收缩段94对应的保形圆管100的内径随混流回转体200直径减小而减小。对应的保形圆管100的内壁保持光滑。
围绕对应的保形圆管100周向在保形圆管100内壁均匀布设一组沿轴线方向围绕前进的快速缠绕凸起205，增强缠绕凸起206的数量为40至90个，增强缠绕凸起206的缠距为渐进收缩段94轴向长度的55％至75％。利用快速缠绕凸起205可以在水流体的另一单面进行流速的调整，使得经上一阶段高速转动的水流体有序降速转动，避免出现空泡或水击现象。利用本阶段的缠距使经过充分融合后的水流体流速稳定，在后续的供水母管中流动时保持必要的自旋，维持水流体整体温度均衡。
沿混流回转体200前端至末端方向，增强缠绕凸起206的高度逐渐下降，增强缠绕凸起206在渐进收缩段94两端的高度比值为1:2.2至1:1.2。高度差可以保证转动的水流体不会出现整层转动，避免共振。
在本发明一实施例中，一种平衡水流体流速变化、水流体搅动效率与非峰值状态锅炉热水水流体动态融合程度的最优结构设置参数如下：
第一膨胀峰值段91的最大直径小于第二膨胀峰值段93的最大直径，第一膨胀峰值段91的轴向长度<渐进膨胀段92的轴向长度，第二膨胀峰值段93的轴向长度>渐进收缩段94的轴向长度，同时渐进膨胀段92的轴向长度>第二膨胀峰值段93的轴向长度。
如图7所示，利用本发明上述实施例的群控控温装置形成的锅炉群控控温系统包括；
出水管路温度传感器组52，用于分组实时采集出水管路结构的温度数据。
在每个出水管路上按照管路结构布设一组温度传感器，包括在出水管路的进水口(即锅炉出水口)和出水口(即与供水母管连通的出水口)布设，还包括在管路弯折处布设。采用本布设结构可以有效获得各出水管路主要热值耗散和聚集位置的温度变化，提高整体温度采集的准确度。
供水母管温度传感器组53，用于实时采集串联群控控温装置后的供水母管的温度数据。
在串联群控控温装置后的后续供水母管上沿线性设置温度传感器，包括温度传感器间距采用等比关系，随着远离群控控温装置温度传感器间距等比增加。采用本布设结构可以有效获得与距离相关的热值变化趋势，为修正供水母管在传输过程中的热值漂移提供依据。
编码器51，用于实时接收温度数据并将同一时刻的温度数据封装为同步数据输出。
供水温度控制器05，用于将同步数据形成高精度实时温度数据和高精度温度趋势数据，根据pid策略将高精度实时温度数据和高精度温度趋势数据转换为燃烧器控制参数。受益于串联群控控温装置带来的技术效果高精度实时温度数据和高精度温度趋势数据与现有实时温度数据比较可以明显提高温度数据的聚集度，高精度温度趋势数据与现场人工实地测量的温度趋势一致，排除了原有温度趋势预测会发生随机时间段内温度趋势随机漂移的缺陷。
供水温度控制器05，还用于根据同步数据形成各传感器温度数据的时间-温度变化曲线。形成基础数据的数据关联，以作为高精度数据分析的基础。
在本发明一实施例中，供水温度控制器05，还用于根据供水母管的时间-温度变化曲线拟合形成供水母管实时温度变化曲线。通过供水母管相关温度数据拟合可以纠正单一数据精度不足或过滤信号采集中环境因素影响。
在本发明一实施例中，供水温度控制器05，还用于根据供水母管实时温度变化曲线形成供水母管温度变化预期曲线。供水母管温度变化预期曲线可以为闭环控制提供提前反馈控制机制，使得闭环控制过程中可以采用小控制信号积累形成最终的控制结果。
在本发明一实施例中，供水温度控制器05，还用于根据出水管路的时间-温度变化曲线拟合形成各出水管路实时温度变化曲线。可以作为额外的锅炉工况参数供上位系统分析以形成更精确的燃烧控制参数。
在本发明一实施例中，供水温度控制器05，还用于根据出水管路实时温度变化曲线形成锅炉热值输出实时温度变化曲线。可以作为额外的锅炉工况参数供上位系统分析以形成更精确的燃烧控制参数。
本发明实施例的锅炉群控控温系统利用上述串联群控控温装置获得了高精度的供水母管实时温度，并进一步通过传感器布设结构获得传感器采集的温度数据间的相关性数据，通过相关性数据进一步提高了实时温度的准确性，为提高燃烧参数控制精度和改善pid策略提供了有效的解决方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。