专利名称：热力管网的水力工况测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供热管网运行调试领域中的测量方法及装置，尤其涉及一种适用于已建热力管网水力工况的现场测量、初调节及热力管网改造调试等应用场合的热力管网的水力工况测量方法及装置。
背景技术：
在供热系统中，水力失调是指热水热力管网各热力站(或热用户)在运行中的实际流量与规定流量的不一致现象，也就是说，水力失调是指热力管网不能按用户(热力站或热用户)需要的流量(热量)分配给各个用户，导致不同位置的冷热不均的现象。供热系统水力失调的程度用水力失调度来衡量。按用户热负荷分配流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热力管网无水力失调。若分配不当，出现冷、热不均现象，说明有水力失调，其失调度大于或小于1。大于1，会使用户室温过高，导致热量浪费；小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格。
因此，水力失调度是热力管网水力工况稳定性的重要衡量指标，其数值的大小直接反映了管网水力工况的稳定性。因此，水力失调度的测量是管网水力工况调节的一个重要手段和依据。
热力管网的水力工况调节是将各热用户的运行流量调配至理想流量，即满足热用户实际负荷的需求流量，以解决水量分配不均而导致热用户冷热不均的问题。
在进行热力管网的水力工况调节前，首先根据采取的调节方式进行相关参数的测量，然后再根据测量的结果进行相应的调节。根据调节方式的不同，测量的参数也不同。
在现有技术中，关于水力工况调节的技术主要有模拟分析法、温度调节法及简易快速法等。其中，所述的模拟分析法主要是对整个供热管网建立数学模型，通过测量得到各用户的实际运行流量和各分支管段的压力降，计算各管段的阻力系数，从而计算过渡流量，根据计算得到的过渡流量对各热力支路进行水力工况的调节。所述的温度调节法主要是利用了供热系统的室内温度与供热系统的供、回水平均温度存在简单的对应关系这一原理，即当室内温度相等时，其供、回水平均温度必然相等。所以，温度调节法是根据测量各热力支路的供、回水平均温度或回水温度来调节各用户的流量，使各热用户的供、回水平均温度或回水温度达到一致，以此来实现各热用户室内温度彼此均匀。所述的简易快速调节方法是按以下步骤进行调节的(1)测量供热系统的总流量，改变循环水泵的运行台数或调节系统的供、回水总阀门，使系统总过渡流量控制在总理想流量的120％左右；(2)以热源为准，由近及远，逐个调节各支路、各用户的流量。对于最近的支路、用户，将其过渡流量调到理想流量的80％～85％左右；对于较近的支路、用户，过渡流量应为理想流量的85％-90％左右；对于较远的支路、用户，过渡流量是理想流量的90-95％左右；对于最远的支路、用户，过渡流量按理想流量的95％-100进调节；(3)当供热系统支路较多时，应在支路的母管上安装平衡阀。此时，仍按由近及远的原则，先调支路再调各支路的用户；(4)在调节过程中，如遇某支路或某用户在调节阀全开时仍未达到要求的过渡流量，此时跳过该支路或用户，按既定顺序继续调节。待最后的用户调节完毕后，再复查该支路或该用户的运行流量。若与理想流量偏差超过20％以上，应检查、排除有关故障。
但是，上述的现有技术存在着诸多不足之处，如水力工况的调节均以设计计算工况为基准，但是，在热力管网供热系统的实际设计过程中，设计工况的参数并不一定完全与热用户的实际需求相符，因此即使在热用户或热力管网水力失调度调整为1的情况下，热用户也会存在冷热不均的现象。并且，在现有水力工况测量与调节中，测量与调节方法的适用性具有很大的局限性。如模拟分析法要求输入整个管网系统的结构参数，操作过程较为复杂，不便于实际工程的现场应用；而采用温度调节法虽然调节过程测量参数单一，但对于较大的供热系统，温度变化滞后较为明显，不能快速地反映调节的实际效果。同时，在上述现有技术的应用过程中，缺乏对各热力管网流量及水力失调度的量化参数，不便于实际工程的现场调试。
因此，为便于热力管网水力失调度的现场测量与水力工况的调节，需要以热用户实际需求流量为基准并具有现场数据量化的水力失调度的测量方法及装置，以应用于已建热力管网的水力失调度测量及水力工况的调节，但目前还没有这样的方法及装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种热力管网的水力工况测量方法及装置，以解决现有热力管网运行中因水力工况调试方法及过程复杂而导致系统初调节不到位、水力失调及能源浪费现象严重的问题。
为解决上述的技术问题，本发明提供一种热力管网的水力工况测量方法，包括以下步骤步骤一、在热力管网各热力支路的入口处设置温度传感器和热水流量传感器，以测量热力支路的供水温度tg及热力支路热水的实测流量Lt；在热力支路的出口、热用户室内及室外分别设置温度传感器，分别测量热力支路的回水温度th、热用户室内温度tn及室外环境温度tw；步骤二、上述传感器将各自测量得到的测量值发送到数据处理系统；步骤三、所述数据处理系统对接收到的数据进行数据处理，根据式(8)得到每一热力支路的水力失调度x，根据式(9)得到每一热力用户的实际需求流量Lsx=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw---(9)]]>
其中，tns为热用户室内设计温度；b为与散热器结构形式有关的指数。
为解决上述的技术问题，本发明还提供一种热力管网的水力工况测量装置，包括测量单元和数据处理单元，所述的测量单元包括设置于每一热力支路入口处的供水温度传感器和热水流量传感器，设置于每一热力支路出口处的回水温度传感器，设置于每一热用户室内的温度传感器和热用户室外温度传感器，所述数据处理单元接收上述所有传感器发送来的测量值，并根据上式(8)得到每一热力支路的水力失调度x，根据上式(9)得到每一热力用户的实际需求流量Ls。
本发明所述的热力管网的水力工况测量方法和装置可用于单热力支路，也可以用于多热力支路，在测量时，可以从热力管网的最不利支路开始，依次向热源中心进行测量。
本发明与现有技术相比，本发明是基于热用户现场实测负荷来确定热力管网的实际需求流量，消除了在热力管网水利失调度为1时热用户冷热均匀的现象；本发明通过直接测量热力管网支路的流量、供回水温度及热用户室内外温度实现热力管网水力失调度的现场测量，无需破坏现有管路系统，操作容易，测量参数少、方法简单；运用本发明所述的方法及装置能现场快速、直观地显示被测支路的实际流量、需求流量及当前的水力失调度等参数，现场应用极为方便，尤为适用在已建供热管网水力工况的初调节及水力工况的现场测试、热力管网改造的水力工况测试与调节等工程应用场合。
图1为本发明所述的热力管网的水力工况测量装置的一具体实施例示意图；图2为本发明所述数据处理单元的结构示意图；图3为本发明所述的热力管网的水力工况测量装置的另一具体实施例的原理示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明进行详细地说明。
参见图1，为本发明所述的热力管网的水力工况测量装置的一具体实施例示意图。供热系统中的热力管网包括多个热用户7，多个热力管网供水管8，多个热力管网回水管9，所述多个热力管网供水管8的一端与分水器10连接，另一端与热用户7连接；所述多个热力管网回水管9的一端与热用户7，另一端与集水器11连接。
本发明所述的热力管网的水力工况测量方法是首先，在热力管网各热力支路的入口处，即在热力管网供水管8上设置温度传感器1和热水流量传感器2，以测量热力支路的供水温度tg及热力支路热水的实测流量Lt；在热力支路的出口，即热力管网回水管9上设置温度传感器3，用来测量热力支路的回水温度th，在热用户室内及室外分别设置温度传感器4和5，分别测量热用户室内温度tn及室外环境温度tw；各个传感器通过传输线12与数据处理单元6连接。
在图1中也揭示了本发明所述的热力管网的水力工况测量装置，即包括多个传感器和一个数据处理单元。在本发明中，在所述的数据处理单元6中预先存储有各种原始数据，如水的容积比热Cw，散热器的散热面积F，散热器的传热系数a，与散热器结构形式有关的指数b及每一热用户的室内设计温度tns等等。
其次，上述传感器将各自测量得到的测量值发送到数据处理单元6。
最后，数据处理单元6对接收到的数据进行处理，根据公式(8)得到每一热力支路的水力失调度x，根据公式(9)得到所述热力支路的热用户的实际需求流量Ls。其中，x=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>
Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns为热用户室内设计温度；b为与散热器结构形式有关的指数。
数据处理单元6的结构原理如图2所示，数据处理单元6包括信号采集电路61、信号放大电路62、A/D转换电路63和微处理器64，由内置电源60或外置电源为上述各电路的工作提供足够的能源。所述信号采集电路61采集各传感器发送来的信号，并传送给信号放大电路62，经过放大后的信号发送到A/D转换器63，经过A/D转换后，发送给微处理器64，由所述微处理器进行处理。
本发明中的数据处理单元6首先对接收到的数据进行数据采集、放大、A/D变换，将从各个传感器接收来的数据变换为可以被微处理器识别、处理的数据。而后，根据所述热力支路热水的实测流量Lt、所述热力支路的供水温度tg、回水温度th和式(1)计算该热力支路的实际供热量Qt；Qt＝Lt·Cw·(tg-th) (1)根据式(1)得到的所述热力支路的实际供热量Qt及热负荷与室内外温差的线性关系，由式(2)计算在设计室温tns下的该热力支路需求供热量Qs；Qs=Qt·tns-twtn-tw---(2)]]>根据式(3)所示的需求供热量与需求热水流量之间的关系和式(1)～式(2)的关系计算水力失调度xQs＝Ls·Cw·(ts-ths) (3)x=LtLs=tg-thstg-th·tn-twtns-tw---(4)]]>根据热用户散热器的散热量计算公式(5)和(6)得到在设计室内温度tns下热力支路的回水温度ths；Q1=a·F·(tg+th2-tn)1+b---(5)]]>Qs=a·F·(tg+ths2-tns)1+b---(6)]]>
ths=2×[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]-tg---(7)]]>将式(7)代入式(4)得到该热力支路的水力失调度x。
x=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>由式(1)～(3)及式(7)可得到该热力支路所在的热力用户的实际需求流量Ls。
Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw---(9)]]>另外，本发明还可以将上述的各个测量值，如热力支路的供回水温度tg、th，计算结果，如每热力支路的实际供热量Qt、每一热力支路的水力失调度x和每一热力支路所在的热力用户的实际需求流量Ls存储或显示或打印输出。对应地，本发明所述的热力管网的水力工况测量装置还可以包括存储单元20和/或显示单元30和/或输出接口40，如图3所示。所述存储单元20与数据处理单元6连接，用于存储各个测量得到的数据及计算得到的中间数据和结果数据；所述显示单元30与数据处理单元6连接，用于显示各种测量值及通过计算得到的各种结果数据；所述输出接口40用于与各种外部设备连接，如打印机。在本发明中，所述的存储单元20可以为内部存储器，也可以为外部存储器，所述的显示单元30可以为目前常用的液晶显示屏，也可以是数码管显示器，所述的输出接口40可以为一个，也可以为多个，可以是USB(通用串行总线)接口，也可以是并行总线接口或IEEE1394接口，或任何用于传输数据的接口。
另外，需要说明的是，图1中所示的各传感器与数据处理单元6示仅仅可以通过传输线12连接，也可以通过无线通讯的方式进行数据的传输，当采用无线通讯的传输方式时，各传感器具有无线发射部，数据处理单元6具有无线接收部，这里所述的有线传输和无线传输这两种方式不仅可以单独使用，也可以结合使用。
本发明基于热用户现场实测负荷来确定热力管网的实际需求流量，消除了在热力管网水利失调度为1时热用户冷热不均匀的现象；本发明直接测量热力管网各支路的流量、供回水温度及热用户室内外温度，实现了热力管网水力失调度的现场测量，无需破坏现有管路系统，操作容易，测量参数少、方法简单，现场应用极为方便。
最后所应说明的是，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种热力管网的水力工况测量方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一、在热力管网各热力支路的入口处设置温度传感器和热水流量传感器，以测量热力支路的供水温度tg及热力支路热水的实测流量Lt；在热力支路的出口、热用户室内及室外分别设置温度传感器，分别测量热力支路的回水温度th、热用户室内温度tn及室外环境温度tw；步骤二、上述传感器将各自测量得到的测量值发送到数据处理系统；步骤三、所述数据处理系统对接收到的数据进行数据处理，根据式(8)得到每一热力支路的水力失调度x，根据式(9)得到对应该热力支路的热用户的实际需求流量Ls，其中，x=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-th---(8)]]>Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns为热用户室内设计温度；b为与散热器结构形式有关的指数。
2.根据权利要求1所述的热力管网的水力工况测量方法，其特征在于，所述式(8)和式(9)根据如下步骤得到步骤31、根据式(1)和所述热力支路热水的实测流量Lt、所述热力支路的供水温度tg、回水温度th计算该热力支路的实际供热量Qt；其中，Qt＝Lt·Cw·(tg-th) (1)步骤32、根据式(1)得到的所述热力支路的实际供热量Qt及热负荷与室内、外温差的线性关系，由式(2)计算在设计室温tns下的所述热力支路需求供热量Qs；其中，Qs=Qt·tns-twtn-tw---(2)]]>步骤33、根据式(3)所示的需求供热量与需求热水流量之间的关系和式(1)～式(3)的关系计算水力失调度xQs＝Ls·Cw·(tg-ths) (3)x=LtLs=tg-thstg-th·tn-twtns-tw---(4)]]>步骤34、根据热用户散热器的散热量计算公式(5)和(6)得到在设计室内温度tns下热力支路的回水温度ths；Qt=a·F·(tg+tb2-tn)1+b---(5)]]>Qs=a·F·(tg+ths2-tns)1+b---(6)]]>ths=2×[tns+(tg+th2-t0)×(t0-twtns-tw)1+b]-tg---(7)]]>步骤35、将式(7)代入式(4)得到该热力支路的水力失调度x为x=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-th;]]>由式(1)～(3)及式(7)可得到该热力支路所在的热力用户的实际需求流量Ls为Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw.]]>
3.根据权利要求1或2所述的热力管网的水力工况测量方法，其特征在于，所述步骤二中，所述各传感器通过无线传输或有线传输或二者相结合的方式将各自检测得到的测量值发送给所述数据处理系统。
4.根据权利要求1或2所述的热力管网的水力工况测量方法，其特征在于，还包括步骤四所述数据处理系统将测量值和/或计算得到的数据结果进行存储，和/或输出到显示屏上显示，和/或通过打印机打印输出。
5.一种热力管网的水力工况测量装置，包括测量单元和数据处理单元，其特征在于，所述的测量单元包括设置于每一热力支路入口处的供水温度传感器和热水流量传感器，设置于每一热力支路出口处的回水温度传感器，设置于每一热用户室内的温度传感器和室外温度传感器，所述数据处理单元接收上述所有传感器发送来的测量值，根据式(8)得到每一热力支路的水力失调度x，根据式(9)得到对应该热力支路的热用户的实际需求流量Lsx=2×tn-twtns-tw·tg-[tns+(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]tg-tb---(8)]]>Ls=Lt·tg-th2×[tg-tns-(tg+th2-tn)×(tn-twtns-tw)1+b]·tns-twtn-tw---(9)]]>其中，tns为热用户室内设计温度；b为与散热器结构形式有关的指数。
6.根据权利要求5所述的热力管网的水力工况测量装置，其特征在于，所述热水流量传感器为超声波流量传感器。
7.根据权利要求5或6所述的热力管网的水力工况测量装置，其特征在于，所述各传感器发送信号的方式为有线或/和无线通讯传输方式。
8.根据权利要求5或6所述的热力管网的水力工况测量装置，其特征在于，还包括存储单元和/或显示单元和/或输出接口；所述存储单元与数据处理单元连接，用于存储各种测量数据及计算得到的中间数据和结果数据；所述显示单元与数据处理单元连接，用于显示各种测量值及通过计算得到的各种结果数据；所述输出接口与数据处理单元连接，用于与各种外部设备连接。
9.根据权利要求8所述的热力管网的水力工况测量装置，其特征在于，所述输出接口为通用串行总线接口或/和并行总线接口或/和IEEE1394接口。
10.根据权利要求5所述的热力管网的水力工况测量装置，其特征在于，所述的数据处理单元包括信号采集电路、信号放大电路、A/D转换器和微处理器，所述信号采集电路采集各传感器发送来的信号，并传送给信号放大电路，经过放大后的信号发送到A/D转换器，经过A/D转换后，发送给微处理器，由所述微处理器进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种热力管网的水力工况测量方法及装置，属于供热管网运行调试领域，在热力管网各热力支路的入口处设置温度传感器和热水流量传感器，以测量热力支路的供水温度t
文档编号G01K17/00GK1888840SQ20061008754
公开日2007年1月3日 申请日期2006年6月14日 优先权日2006年6月14日
发明者王鹏飞, 余延顺 申请人:北京时代嘉华环境控制科技有限公司