基于模擬分析法的供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)研究

李 雙 貴

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

基于模擬分析法的供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)研究

李 雙 貴

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

通過管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)方程與獨(dú)立回路壓力平衡方程，建立了供熱管網(wǎng)的模型，并求解了各分支管段的流量，經(jīng)過對(duì)模型的分析，確定了各用戶通過理想流量時(shí)，用戶調(diào)節(jié)閥所需的理想阻抗，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了實(shí)證分析，以供參考。

調(diào)節(jié)閥，供熱管網(wǎng)，流量，模型

1 建立模型

1)管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)方程。

根據(jù)質(zhì)量守恒原理，在恒定流動(dòng)過程中，與任一節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所有分支的流量，其代數(shù)和等于零，即供熱管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)方程為：

2)獨(dú)立回路壓力平衡方程。

根據(jù)管網(wǎng)恒定流動(dòng)過程中，任意回路中沿回路方向，各個(gè)分支管段壓降的代數(shù)和等于零。對(duì)于環(huán)路i，獨(dú)立回路壓力平衡方程為：

圖1中，n=10，j=8，所以有7個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)流量方程和3個(gè)獨(dú)立回路方程。當(dāng)對(duì)各管段阻抗賦權(quán)后，可以求解出10個(gè)管段的流量。

2 模型分析

首先通過各種可能的方法來確定各分支的阻抗值，建立方程組，即建立了管網(wǎng)的模型，并求解各分支管段的流量。其次，確定各用戶通過理想流量時(shí)，用戶調(diào)節(jié)閥所需要的理想阻抗。最后通過逐一改變方程中“調(diào)節(jié)閥”的阻抗，也就是用理想阻抗值逐個(gè)替代實(shí)際“調(diào)節(jié)閥”的阻抗值，來模擬實(shí)際管網(wǎng)的初調(diào)節(jié)。根據(jù)水利工況原理可知，某一個(gè)閥門的阻抗被替代，全網(wǎng)的流量、壓力就重新分布一次。而第一次“調(diào)節(jié)閥”用理想的阻抗替代后，流過該“調(diào)節(jié)閥”的流量和設(shè)計(jì)流量不等，是一個(gè)確定的值，稱為過渡流量。但是，當(dāng)最后一個(gè)用戶的“調(diào)節(jié)閥”用理想阻抗替代后，該用戶以及其他用戶的過渡流量就達(dá)到了設(shè)計(jì)流量。因此，雖然實(shí)際工程無法直接測(cè)得理想的阻抗，但是可以測(cè)得過渡流量。按照計(jì)算過程阻抗替代的順序，記錄下替代后對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥的過渡流量，在現(xiàn)場(chǎng)按照替代順序，逐個(gè)調(diào)節(jié)熱用戶的調(diào)節(jié)閥，使其流量達(dá)到過渡流量。當(dāng)最后一個(gè)用戶閥門調(diào)節(jié)完畢后，全網(wǎng)各用戶的流量就達(dá)到了規(guī)定的工況，初調(diào)完畢。

3 實(shí)證分析

假設(shè)某供熱系統(tǒng)如圖2所示，共有4個(gè)用戶，一臺(tái)循環(huán)水泵，揚(yáng)程DHp=62mH2O。系統(tǒng)編號(hào)如圖，其中管段編號(hào)為1，2，3，…，13，節(jié)點(diǎn)編號(hào)為①，②，③，…，⑩。

設(shè)循環(huán)水泵入口點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)編號(hào)①為參考節(jié)點(diǎn)，按初調(diào)節(jié)的四個(gè)步驟進(jìn)行。

1)通過實(shí)測(cè)管段流量和讀取各相關(guān)壓力表，確定管段實(shí)際阻抗，結(jié)果見表1。

表1 實(shí)際工況

2)計(jì)算所有用戶的理想阻抗。

即在設(shè)計(jì)流量下用戶及其分支的阻抗。按照獨(dú)立回路方程，計(jì)算結(jié)果見表2。

3)阻抗替代、運(yùn)算獨(dú)立回路方程組。

按用戶1，2，3，4(離熱源由近及遠(yuǎn))的調(diào)節(jié)順序，即將用戶1的理想阻抗代入后得到第一組過渡流量，將用戶1，2的理想阻抗代入后得到第二組過渡流量，將用戶1，2，3的理想阻抗代入后得到第三組過渡流量，將用戶1，2，3，4的理想阻抗代入后得到第四組過渡流量，共得到4組流量值，結(jié)果見表3。

表2 理想工況

表3 調(diào)節(jié)方案(一)

表4 調(diào)節(jié)方案(二)

4)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。

按照阻抗替代的順序，調(diào)節(jié)相應(yīng)的用戶調(diào)節(jié)閥。當(dāng)被調(diào)用戶的過渡流量達(dá)到計(jì)算值的同時(shí)，其他用戶的過渡流量也就達(dá)到了計(jì)算值。如表3所示，調(diào)節(jié)用戶1，當(dāng)過渡流量G1=101.956 m3/h時(shí)用戶1的阻抗達(dá)到理想值；再調(diào)節(jié)用戶2，當(dāng)過渡流量G2=107.96 m3/h時(shí)用戶2的阻抗達(dá)到理想值；再調(diào)節(jié)用戶3，當(dāng)過渡流量G3=112.859 m3/h時(shí)用戶3的阻抗達(dá)到理想值；最后調(diào)節(jié)用戶4，當(dāng)過渡流量G4=100 m3/h時(shí)所有用戶的阻抗均達(dá)到理想值，調(diào)節(jié)完成(見表4)。

需要說明的是：在供熱規(guī)模大，用戶數(shù)量多的條件下，節(jié)點(diǎn)方程和回路方程的求解只有采用矩陣方法才是可行的。

4 結(jié)語

當(dāng)用戶入口安裝的調(diào)節(jié)閥具備阻抗和開度一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系時(shí)，就可以通過計(jì)算機(jī)求解，直接得到各個(gè)用戶調(diào)節(jié)閥的理想開度。不難求解，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)時(shí)，只要把全部用戶的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到理想開度并鎖定，就能達(dá)到理想的流量分配而與調(diào)節(jié)順序無關(guān)。

Researchonheat-supplypipelinenetworkbasedonmodelanalysis

LIShuang-gui

(ShanxiUrbanandRuralPlanningandDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

According to the nodal equation of the pipeline network and the independent mesh pressure balance equation, the paper establishes the model for the heat-supply pipeline network, solves the flow of all kinds of branch pipe segments, identifies the ideal impedance adjusted by users when they have the ideal flow according to the analysis of the model, and has the empirical analysis, so as to provide some reference.

control valve, heat-supply pipeline network, flow, model

1009-6825(2014)14-0142-02

2014-02-24

李雙貴(1960- )，男，高級(jí)工程師

TU833

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