一種開式多水泵輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種開式多水泵輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，擬合出單臺水泵的設(shè)備性能常數(shù)，得到單臺水泵揚程、單臺水泵效率隨流量變化的關(guān)系式；根據(jù)管網(wǎng)阻力表達式，計算出管網(wǎng)阻抗；分別繪制單臺水泵特性曲線、單臺水泵效率曲線、多臺水泵并聯(lián)特性曲線及輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線，根據(jù)確定的輸配系統(tǒng)流量值，分別采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法和水泵變速調(diào)節(jié)方法，得到不同的相應(yīng)的非設(shè)計工況點和所應(yīng)用的水泵臺數(shù)；計算水泵效率，得到輸配系統(tǒng)能耗值；比較不同調(diào)節(jié)方法下能耗值，選擇能耗最小的調(diào)節(jié)方法作為運行調(diào)節(jié)方法。該方法有效減少輸配系統(tǒng)能耗，節(jié)省運行費用，提高設(shè)備使用年限，節(jié)能、經(jīng)濟效果顯著，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種開式多水泵輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種運行調(diào)節(jié)方法，特別是涉及一種對開式多水栗輸配系統(tǒng)的變水量 運行調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 建筑能耗作為社會總能耗的一個主要消耗終端，約占社會總能耗的28%，而其中 采暖空調(diào)系統(tǒng)能耗約占50%，為了減少供暖系統(tǒng)的能源消耗，采用熱栗系統(tǒng)進行冬季供暖 的小區(qū)數(shù)量逐漸增多。隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷發(fā)展，污水處理廠所排放的二級出水水量也 不斷增加，由于二級出水中蘊含大量的低品位熱能且水量基本恒定，因此，可將二級水作為 再生水源熱栗冬季供暖的熱源。為了有效減少水源側(cè)輸配系統(tǒng)能耗，在將二級出水從污水 管道輸送至熱栗機房時，需要應(yīng)用一種開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)技術(shù)。
[0003] 輸配系統(tǒng)設(shè)備一般根據(jù)設(shè)計工況選型，但經(jīng)過相關(guān)資料統(tǒng)計，實際只有不到10% 的時間處在設(shè)計工況下運行，其余時間都在非設(shè)計工況下運行，如何確定非設(shè)計工況下輸 配系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)方法成為節(jié)能的重點。同時，由于開式管網(wǎng)系統(tǒng)水栗變速調(diào)節(jié)前后不滿 足相似率，且隨著水栗開啟臺數(shù)和水栗變速比的不同，輸配系統(tǒng)也存在不止一種運行模式， 并不能簡單確定哪種運行調(diào)節(jié)方法更加節(jié)能。而在實際運行時，管理人員往往根據(jù)經(jīng)驗來 進行設(shè)備的控制，沒有對輸配系統(tǒng)進行的變水量運行調(diào)節(jié)方法的優(yōu)化，看似減少了設(shè)備開 啟臺數(shù)，但卻降低了系統(tǒng)效率，增加輸配系統(tǒng)能耗。
[0004]在既有代表性的關(guān)于變水量調(diào)節(jié)技術(shù)的專利中，大多是建立在閉式管網(wǎng)系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上進行分析，并且僅給出了輸配系統(tǒng)在設(shè)計工況下的運行調(diào)節(jié)方法，沒有給出在非設(shè)計 工況下的運行調(diào)節(jié)方法。例如：專利CN200810059657所公開的技術(shù)內(nèi)容中，就涉及了一種循 環(huán)冷卻水系統(tǒng)輸送優(yōu)化方法，通過采集、分析和優(yōu)化系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)中需要的水 栗型號及應(yīng)改正的問題，但未對如何根據(jù)輸配系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備確定非設(shè)計工況下的運行調(diào)節(jié) 方法進行分析;再如專利CN201410728977所公開的技術(shù)內(nèi)容中，提出一種基于末端定阻抗 來控制水栗變速調(diào)節(jié)的方法，但所依據(jù)的轉(zhuǎn)速與功率的比例關(guān)系僅適用于閉式管道系統(tǒng)， 而該比例關(guān)系在開式管網(wǎng)系統(tǒng)中并不滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對既有方法中存在的缺陷及不足，本發(fā)明的目的是提供一種通用的開式多水栗 輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，在滿足輸配系統(tǒng)流量需求的同時，使輸配系統(tǒng)能耗達到最 低。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，包括下述步驟：
[0008] 1)根據(jù)單臺水栗的詳細樣本參數(shù)，擬合出單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，得到單臺水 栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式:H pr = f (Gpr)，nPr = g(Gpr);
[0009] 2)根據(jù)管網(wǎng)阻力H表達式，計算出管網(wǎng)阻抗S:
[0010] H=Ho+SQ2
[0011] 式中，H為管網(wǎng)阻力，m;H〇為管網(wǎng)靜揚程，m;S為管網(wǎng)阻抗，h2/m5;Q為輸配系統(tǒng)流量， m3/h；
[0012] 3)根據(jù)單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式及水栗臺數(shù)，分別繪制 單臺水栗特性曲線、單臺水栗效率曲線及多臺水栗并聯(lián)特性曲線，根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式繪 制輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線；
[0013] 4)采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法，輸入確定的輸配系統(tǒng)流量Q值，根據(jù)輸配系統(tǒng)流量Q值 確定閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)m及采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ;
[0014] 5)采用水栗變速調(diào)節(jié)方法，根據(jù)步驟4)輸配系統(tǒng)流量Q值，確定所應(yīng)用的水栗臺數(shù) Μ及水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F;
[0015] 6)根據(jù)步驟4)和5)不同的調(diào)節(jié)方法得到的非設(shè)計工況點T、F，計算相應(yīng)的單臺水 栗效率，由輸配系統(tǒng)能耗關(guān)系式得到不同的輸配系統(tǒng)能耗值N;
[0016] 7)比較輸配系統(tǒng)不同運行調(diào)節(jié)方法下輸配系統(tǒng)的能耗值N，選擇能耗值最小的運 行調(diào)節(jié)方法作為開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量的運行調(diào)節(jié)方法。
[0017] 進一步，所述步驟1)中，單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的具體關(guān)系式如 下：
[0018]
[0019]
[0020]其中：Hpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的揚程，m;Gpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量，m 3/ h;nPr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的效率，％ ;ai~b3為單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，ai<0，bi<0， a3>0〇
[0021]進一步，所述步驟3)中，多臺水栗并聯(lián)特性曲線由若干個坐標(biāo)為(nGpr，Hpr)的點組 成，其中η為水栗并聯(lián)的臺數(shù)。
[0022]進一步，所述步驟4)中，確定的輸配系統(tǒng)流量Q值由下式得到：
[0023]
[0024]其中，Q為輸配系統(tǒng)流量值，m3/h;q為換熱器熱負荷，kW;c為介質(zhì)比熱容，kJ/kg°C; At為介質(zhì)供回水溫差，°C。
[0025] 進一步，所述步驟4)中，閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)nt為在直線x = Q與η 臺水栗并聯(lián)特性曲線的多個交點中，縱坐標(biāo)最小點所對應(yīng)的水栗并聯(lián)特性曲線的臺數(shù);該 點即為輸配系統(tǒng)采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ。
[0026] 進一步，所述步驟5)中水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F即為直線x = Q與輸配 系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交點。
[0027] 進一步，所述步驟5)中的水栗臺數(shù)nf為能夠滿足非設(shè)計工況點F的多臺水栗并聯(lián) 變速調(diào)節(jié)曲線的臺數(shù)。
[0028] 進一步，所述采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效率nPrt隨流 量變化的關(guān)系式為：
[0029]
[0030] 式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprt通過Qt/m得到，其中，Qt為交點T處的管網(wǎng)流 量值，m 3/h。
[0031] 進一步，所述多臺水栗并聯(lián)變速調(diào)節(jié)曲線由若干個坐標(biāo)為的點 組成，其中Wf為水栗轉(zhuǎn)速比。
[0032] 進一步，所述采用輸配系統(tǒng)水栗變速調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效 率nPrf隨流量變化的關(guān)系式為：
[0033]
[0034] 式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprf通過Qf/n f得到，其中，Qf通過水栗變速運行 的相似工況曲線與nf臺水栗并聯(lián)特性曲線的交點即相似工況點F'得到。
[0035] 進一步，所述水栗變速運行的相似工況曲線通過下式得到：
[0036] h'=S'Q'2
[0037] 式中，Η '為交點F處的管網(wǎng)阻力，m; Q '為交點F處的管網(wǎng)流量值，m3/h; S '為水栗變 速運行的相似工況曲線的阻抗，h2/m5。
[0038] 進一步，所述步驟6)中，輸配系統(tǒng)不同的能耗值N由下式得到：
[0039] 所械的★ ?亦迪個書卞·蛘運行時，輸配系統(tǒng)能耗NH十算關(guān)系式為：
[0040]
[0041 ]其中：γ為流體的容重，kN/m3;nvfd為變頻器效率，％ 為電動機效率，％ ;
[0042] 所沭的_門節(jié)流調(diào)節(jié)方法運行時，輸配系統(tǒng)能耗Nt計算關(guān)系式為：
[0043]
[0044]其中:Ht為非設(shè)計工況點T處的管網(wǎng)阻力，m。
[0045] 進一步，變頻器效率nvfd通過下式計算得到：
[0046] - 50.87+ 1.263UV -().() 142ir; +5.834χ 10 ;
[0047] 電動機效率％通過下式計算得到：
[0048] %=94.187(l-e<MWiU，）；
[0049] 若采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法運行時，Wf= 100%。
[0050] 本發(fā)明的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點在于:該方法考慮了在 非設(shè)計工況下，由于開式管網(wǎng)系統(tǒng)水栗變速調(diào)節(jié)前后參數(shù)不滿足相似率，以及多臺水栗并 聯(lián)運行所引起輸配系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)方法不唯一的情況;并分別給出輸配系統(tǒng)采用水栗變速調(diào) 節(jié)及閥門節(jié)流調(diào)節(jié)的非設(shè)計工況點，通過比較不同調(diào)節(jié)方法的能耗值，合理選出該流量需 求下輸配系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)方法；同時，考慮了變頻器效率及水栗變速調(diào)節(jié)后的效率，使水栗 變速調(diào)節(jié)運行方法的能耗計算更為準(zhǔn)確，避免了由于不當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方法所浪費的能源消耗和 設(shè)備運行效率過低的情況;因此，該運行調(diào)節(jié)方法能很好滿足實際工程的需要，有效減少輸 配系統(tǒng)能耗，節(jié)省運行費用，提高設(shè)備使用年限，節(jié)能、經(jīng)濟效果顯著，具有很好的應(yīng)用前 景。
【附圖說明】
[0051 ]圖1為輸配系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)方法流程圖；
[0052] 圖2為某地區(qū)住宅供暖負荷頻率分布圖；
[0053] 圖3為實施例中的輸配系統(tǒng)管道特性曲線圖與額定工況下水栗特性曲線圖；
[0054]圖4為實施例中60%流量需求下不同運行調(diào)節(jié)方法的管道特性曲線圖與水栗特性 曲線圖；
[0055]圖5為實施例中90%流量需求下不同運行調(diào)節(jié)方法的管道特性曲線圖與水栗特性 曲線圖。
【具體實施方式】
[0056]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0057]如圖1所示，本發(fā)明開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，包括下述步驟：
[0058] 1)根據(jù)單臺水栗的詳細樣本參數(shù)，擬合出單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，得到單臺水 栗揚程、單臺水栗效率隨流Μ變化的關(guān)系式:Hpr = f (Gpr)，％:r = g(Gp：r)。
[0059] 單臺水栗的詳細樣本參數(shù)包括水栗的銘牌資料及具體實驗數(shù)據(jù)。
[0060] 單臺水泵揚稈、單臺水泵效率隨流量變化的具體關(guān)系式如下：
[0061]
[0062]
[0063]其中：Hpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的揚程，m;Gpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量，m 3/ h;nPr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的效率，％ ;ai~b3為單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，ai<0，bi<0， a3>0〇
[0064] 2)根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式，計算出管網(wǎng)阻抗S:
[0065] H=Ho+SQ2
[0066] 式中，Η為管網(wǎng)阻力，m;H〇為管網(wǎng)靜揚程，m;S為管網(wǎng)阻抗，h2/m5;Q為輸配系統(tǒng)流量， m3/h〇
[0067] 3)根據(jù)單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式及水栗臺數(shù)，分別繪制 單臺水栗特性曲線、單臺水栗效率曲線及多臺水栗并聯(lián)特性曲線，根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式繪 制輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線。
[0068]所述多臺水栗并聯(lián)特性曲線由若干個坐標(biāo)為(nGpr，Hpr)的點組成，其中η為水栗并 聯(lián)的臺數(shù)。
[0069] 4)采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法，輸入確定的輸配系統(tǒng)流量Q值，根據(jù)輸配系統(tǒng)流量Q值 確定閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)m及采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ。
[0070] 確定的輸配系統(tǒng)流量Q值由下式得到：
[0071]
[0072]其中，Q為輸配系統(tǒng)流量值，m3/h;q為換熱器熱負荷，kW;c為介質(zhì)比熱容，kJ/kg°C; At為介質(zhì)供回水溫差，°C。
[0073 ]閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)nt為在直線x = Q與η臺水栗并聯(lián)特性曲線的 多個交點中，縱坐標(biāo)最小點所對應(yīng)的水栗并聯(lián)特性曲線的臺數(shù);該點即為輸配系統(tǒng)采用閥 門節(jié)流調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ。
[0074] 5)采用水栗變速調(diào)節(jié)方法，根據(jù)步驟4)輸配系統(tǒng)流量Q值，確定所應(yīng)用的水栗臺數(shù) Μ及水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F。
[0075]水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F即為直線x = Q與輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交 點;水栗臺數(shù)nf為能夠滿足非設(shè)計工況點F的多臺水栗并聯(lián)變速調(diào)節(jié)曲線的臺數(shù)。
[0076] 6)根據(jù)步驟4)和5)不同的調(diào)節(jié)方法得到的非設(shè)計工況點T、F，計算相應(yīng)的單臺水 栗效率，由輸配系統(tǒng)能耗關(guān)系式得到不同的輸配系統(tǒng)能耗值N。
[0077] 采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效率nPrt隨流量變化的關(guān) 系式為：
[0078]
[0079] 式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprt通過Qt/m得到，其中，Qt為交點T處的管網(wǎng)流 量值，m 3/h。
[0080] 由于輸配系統(tǒng)為開式管網(wǎng)系統(tǒng)，故水栗變速調(diào)節(jié)前后的揚程、流量之間關(guān)系不滿 足相似定律，同一臺水栗變速調(diào)節(jié)前后效率不相等。
[0081] 采用輸配系統(tǒng)水栗變速調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效率qPrf隨流量 變化的關(guān)系式為：
[0082] fJprf^iGprj +b2G^:/+b3
[0083] 式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprf通過Qf/n f得到，其中，Qf通過水栗變速運行 的相似工況曲線與nf臺水栗并聯(lián)特性曲線的交點即相似工況點F'得到。
[0084] 水栗變速運行的相似工況曲線通過下式得到：
[0085] h'=S'Q'2
[0086] 式中，Η'為交點F處的管網(wǎng)阻力，m;Q'為交點F處的管網(wǎng)流量值，m3/h;S'為水栗變 速運行的相似工況曲線的阻抗，h 2/m5。
[0087] 輸配系統(tǒng)不同的能耗值N由下式得到：
[0088] 當(dāng)采用水泵變速調(diào)節(jié)方法運行時，輸配系統(tǒng)能耗Nf計算關(guān)系式為：
[0089]
[0090] 其中：γ為流體的容重，kN/m3;nvfd為變頻器效率，％ ;ru為電動機效率，％。
[0091] $丞田、盜描#方法運行時，輸配系統(tǒng)能耗Nt計算關(guān)系式為：
[0092]
[0093]其中：Ht為非設(shè)計工況點T處的管網(wǎng)阻力，m。
[0094] 變頻器效率％fd通過下式計算得到：
[0095]
[0096]電動機效率％通過下式計算得到：
[0097] 1=94.187(1 -
[0098] 若采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法運行時，Wf= 100%。
[0099] 7)比較輸配系統(tǒng)不同運行調(diào)節(jié)方法下輸配系統(tǒng)的能耗值N，選擇能耗值最小的運 行調(diào)節(jié)方法作為開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量的運行調(diào)節(jié)方法。
[0100] 兩種運行調(diào)節(jié)方法中閥門節(jié)流調(diào)節(jié)及水栗變速調(diào)節(jié)，閥門節(jié)流調(diào)節(jié)指通過改變輸 配系統(tǒng)管道閥門的開度大小，即改變管道特性曲線，而不改變水栗特性曲線使系統(tǒng)流量滿 足用戶需求;水栗變速調(diào)節(jié)是指通過變頻器調(diào)節(jié)改變水栗的轉(zhuǎn)速，即改變水栗特性曲線，而 不改變管道特性曲線使系統(tǒng)流量滿足用戶需求。
[0101]下面通過具體實施例對本發(fā)明方法做進一步詳細說明。
[0102] 實施例:某開式管網(wǎng)再生水源熱栗輸配系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)方法。
[0103] 污水處理廠排出的二級出水由取水點經(jīng)輸配管道流入蓄水池內(nèi)，再經(jīng)水源側(cè)提升 栗加壓后，二級出水流入寬流道換熱器內(nèi)并與中介水進行換熱，換熱后的二級出水再經(jīng)管 道流至退水點。
[0104] 通過對該地區(qū)典型氣象年室外溫度的統(tǒng)計，得到該地區(qū)供暖期的室外溫度頻率分 布，再結(jié)合該建筑物類型，得出供暖季熱負荷頻率分布圖，如圖2所示。從圖2中可看出，時間 頻率最大的供暖負荷為設(shè)計負荷的60%，約為0.17。
[0105]已知換熱器熱負荷為7 X 105kW，再生水側(cè)的供回水溫差Δ t為7°C，輸配系統(tǒng)流量Q 為8500m3/h;管網(wǎng)阻力Η為50m，管網(wǎng)靜揚程Ho為10m;經(jīng)計算，管網(wǎng)阻抗S為5.536X 10-7h2/m5， 故管網(wǎng)阻力表達式為H= 10+5 · 536 X 10-7Q2。
[0106] 輸配系統(tǒng)采用5臺同型號水栗并聯(lián)運行，其水栗型號為WQ1700-50-355,根據(jù)單臺 水栗的詳細樣本參數(shù)，擬合出單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，得到單臺水栗揚程、單臺水栗效率 隨流量變化的關(guān)系式為：
[0107]
[0108]
[0109] 根據(jù)單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式及水栗臺數(shù)，分別繪制單 臺水栗特性曲線、單臺水栗效率曲線及多臺水栗并聯(lián)特性曲線，根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式繪制 輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線;如圖3所示。下面分別選取兩個代表性的非設(shè)計工況進行運行調(diào)節(jié) 方法的選擇。
[0110] 1)當(dāng)冬季供暖負荷在設(shè)計工況下的50%~60%之間時，所占的時間頻率最大，因 此，首先以非設(shè)計工況流量為設(shè)計工況流量的60%為例進行開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運 行調(diào)節(jié)方法的選擇。
[0111] 經(jīng)計算，此時輸配系統(tǒng)流量值Q為5100m3/h;在該流量下進行輸配系統(tǒng)變水量運行 調(diào)節(jié)方法的分析：
[0112] 方法一:在該流量值下，輸配系統(tǒng)采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法，直線x = 5100與3臺水栗 并聯(lián)特性曲線的交點縱坐標(biāo)最小，故選用3臺水栗并聯(lián)運行，即m = 3,得到輸配系統(tǒng)非設(shè)計 工況點T為(5100，50)，見圖4所示，即Qt = 5100m3/h，Ht = 50m;故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量 Gprt為1700m3/h，經(jīng)計算，單臺水栗效率rw及電動機的效率^分別為75%、94.176%，方法一 所消耗的輸配系統(tǒng)能耗
[0113] 方法二:在該流量值下，輸配系統(tǒng)采用水栗變速調(diào)節(jié)方法，通過直線x = 5100與輸 配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交點，得到輸配系統(tǒng)非設(shè)計工況點F為(5100,24.4)，見圖4所示，BP Q ' = 5100m3/h，Η ' = 24.4m。由于不同的水栗臺數(shù)μ和水栗轉(zhuǎn)速比wf，使得水栗變速調(diào)節(jié)方法 有多種方案均能滿足流量需求。
[0114] 經(jīng)過分析至少有兩種運行調(diào)節(jié)方案，分別為：
[0115] 方案a:輸配系統(tǒng)采用3臺水栗并聯(lián)同步變速調(diào)節(jié)81 %運行即nfa = 3,wfa = 81 %。 [0116] 方案13:輸配系統(tǒng)采用4臺水栗并聯(lián)同步變速調(diào)節(jié)72%運行即11撲=4，￥托=72%。
[0117] 經(jīng)計算后得出水栗變速運行的相似工況曲線為:H'=9.37 ΧΙΟ、'2
[0118] 方案a中相似工況點Fa'的流量Qfa = 6300m3/h，故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprfa =210〇1113/11，計算得單臺水栗效率％也、變頻器效率11心3及電動機效率1^分別為62.8%、 92.6%、94.125%，故方案a的輸配系統(tǒng)能耗為
[0119] 方案b中相似工況點Fb'的流量Qfb = 7100m3/h，故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprfb =17751113/11，計算得單臺水栗效率％^、變頻器效率1^北及電動機效率1^分別為72.4%、 91.4%、94.047%，故方案b所的輸配系統(tǒng)能耗為
[0120] 再比較Nt、Nfa、Nfb的大小后，可確定方法二中的方案b的輸配系統(tǒng)能耗N fb最小，較 方法一減少輸配系統(tǒng)能耗百分比為44.5%，較方法二中方案a減少輸配系統(tǒng)能耗百分比為 11.9%〇
[0121] 因此，在非設(shè)計工況流量為設(shè)計工況流量的60 %時，輸配系統(tǒng)應(yīng)選擇水栗變速調(diào) 節(jié)方法，并采用4臺水栗并聯(lián)同步變速調(diào)節(jié)72%的方法運行，較其他運行調(diào)節(jié)方法相比，最 高可減少44.5%的輸配系統(tǒng)能耗。
[0122] 2)隨著供暖負荷的增大，輸配系統(tǒng)耗能也隨之增加，在圖2的負荷頻率分布圖中， 當(dāng)供暖負荷在設(shè)計負荷的80%~90%之間時，盡管該負荷的時間頻率較低，但結(jié)合能耗值 來看，仍有選擇運行調(diào)節(jié)方法的必要，因此，以非設(shè)計工況流量為設(shè)計工況流量的90%為例 進行開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法的選擇。
[0123] 經(jīng)計算，此時輸配系統(tǒng)流量值Q為7650m3/h;在該流量下進行輸配系統(tǒng)變水量運行 調(diào)節(jié)方法的分析：
[0124] 方法一:在該流量值下，輸配系統(tǒng)采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法，直線x = 7650與4臺水栗 并聯(lián)特性曲線的交點縱坐標(biāo)最小，故選用4臺水栗并聯(lián)運行，即m = 4,得到輸配系統(tǒng)非設(shè)計 工況點T為(7650，44)，見圖5所示，即Qt = 7650m3/h，Ht = 44m;故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量 Gprt為1912.5m3/h，經(jīng)計算，單臺水栗效率rw及電動機的效率^分別為74.9 %、94.176 %，， 方法一所消耗的輸配系統(tǒng)能_
[0125] 方法二:在該流量值下，輸配系統(tǒng)采用水栗變速調(diào)節(jié)方法，通過直線x = 7650與輸 配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交點，得到輸配系統(tǒng)非設(shè)計工況點F為（7650,42.4)，見圖5所示，BP Q ' = 7650m3/h，Η ' = 42.4m。由于不同的水栗臺數(shù)nf和水栗轉(zhuǎn)速比wf，使得水栗變速調(diào)節(jié)方法 有多種方案均能滿足流量需求。
[0126]經(jīng)過分析有兩種運行調(diào)節(jié)方案，分別為：
[0127] 方案a:輸配系統(tǒng)采用5臺水栗并聯(lián)同步變速調(diào)節(jié)93%運行即nfa = 5,wfa = 93%。 [0128] 方案13:輸配系統(tǒng)采用4臺水栗并聯(lián)同步變速調(diào)節(jié)98%運行即11撲=4，'\￥托=98%。
[0129] 經(jīng)計算后得出水栗變速運行的相似工況曲線為:Η'=7.25Χ10、'2
[0130] 方案a中相似工況點Fa'的流量Qfa = 8400m3/h，故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprfa = 1680m3/h，計算得單臺水栗效率nPrfa、變頻器效率nvfda及電動機效率ru a分別為74%、 94.3%、94.166%，故方案a的輸配系統(tǒng)能耗為
[0131] 方案b中相似工況點Fb'的流量Qfb = 7700m3/h，故單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprfb =19251113/11，計算得單臺水栗效率％^、變頻器效率1^北及電動機效率1^分別為68.5%、 95.3%、94.175%，故方案b所消耗的輸配系統(tǒng)能耗為
[0132] 再比較Nt、Nf a、Nf b的大小后，可確定方法一的輸配系統(tǒng)能耗Nt最小，較方法二中方 案a減少的輸配系統(tǒng)能耗百分比為3.3%，較方法二中方案b減少輸配系統(tǒng)能耗百分比為 9.6%〇
[0133] 因此，在非設(shè)計工況流量為設(shè)計工況流量的90%時，輸配系統(tǒng)應(yīng)選擇閥門節(jié)流調(diào) 節(jié)方法，較其他運行調(diào)節(jié)方法相比，最高可節(jié)約9.6%的輸配系統(tǒng)能耗。
[0134] 上述實例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和特點，并不能以此限制本發(fā)明的保護范 圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡是根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾改進，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括下述步驟： 1) 根據(jù)單臺水栗的詳細樣本參數(shù)，擬合出單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，得到單臺水栗揚 程、單臺水栗效率隨流Μ變化的關(guān)系式:Hpr = f (Gpr)，％r = g(Gpr); 2) 根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式，計算出管網(wǎng)阻抗S: H=H〇+SQ2 式中，Η為管網(wǎng)阻力，m;H〇為管網(wǎng)靜揚程，m;S為管網(wǎng)阻抗，h2/m5;Q為輸配系統(tǒng)流量，m 3/h; 3) 根據(jù)單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式及水栗臺數(shù)，分別繪制單臺 水栗特性曲線、單臺水栗效率曲線及多臺水栗并聯(lián)特性曲線，根據(jù)管網(wǎng)阻力Η表達式繪制輸 配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線； 4) 采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法，輸入確定的輸配系統(tǒng)流量Q值，根據(jù)輸配系統(tǒng)流量Q值確定 閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)m及采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ; 5) 采用水栗變速調(diào)節(jié)方法，根據(jù)步驟4)輸配系統(tǒng)流量Q值，確定所應(yīng)用的水栗臺數(shù)nf及 采用水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F; 6) 根據(jù)步驟4)和5)不同的調(diào)節(jié)方法得到的非設(shè)計工況點T、F，計算相應(yīng)的單臺水栗效 率，由輸配系統(tǒng)能耗關(guān)系式得到不同的輸配系統(tǒng)能耗值N; 7) 比較輸配系統(tǒng)不同運行調(diào)節(jié)方法下的輸配系統(tǒng)能耗值N，選擇能耗值最小的運行調(diào) 節(jié)方法作為開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量的運行調(diào)節(jié)方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 步驟1)中，單臺水栗揚程、單臺水栗效率隨流量變化的具體關(guān)系式如下：其中：Hpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的揚程，m; Gpr為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量，m3/h; nPr 為單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的效率，％ ;ai~b3為單臺水栗的設(shè)備性能常數(shù)，ai<0，bi<0，a3>0。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 步驟4)中，確定的輸配系統(tǒng)流量Q值由下式得到：其中，Q為輸配系統(tǒng)流量值，m3/h; q為換熱器熱負荷，kW; c為介質(zhì)比熱容，kj/kg°C ; Δ t為 介質(zhì)供回水溫差，°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 步驟4)中，閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法所應(yīng)用的水栗臺數(shù)n t為在直線X = Q與η臺水栗并聯(lián)特性曲線 的多個交點中，縱坐標(biāo)最小點所對應(yīng)的水栗并聯(lián)特性曲線的臺數(shù);該點即為采用閥門節(jié)流 調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點Τ。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 水栗變速調(diào)節(jié)方法的非設(shè)計工況點F即為直線x = Q與輸配系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交點； 所述水栗臺數(shù)nf為能夠滿足非設(shè)計工況點F的多臺水栗并聯(lián)變速調(diào)節(jié)曲線的臺數(shù)； 所述多臺水栗并聯(lián)特性曲線由若干個坐標(biāo)為(nGpr，Hpr)的點組成，其中η為水栗并聯(lián)的 臺數(shù)； 所述多臺水栗并聯(lián)變速調(diào)節(jié)曲線由若干個坐標(biāo)為的點組成，其中Wf為 水栗轉(zhuǎn)速比。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效率n Prt隨流量變化的關(guān)系式為：式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量GPrt通過Qt/nt得到，其中，Qt為交點T處的管網(wǎng)流量 值，m3/h〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 采用水栗變速調(diào)節(jié)方法計算單臺水栗效率時，單臺水栗效率隨流量變化的關(guān)系式為：式中，單臺水栗額定轉(zhuǎn)速下的流量Gprf通過Qf/nf得到，其中，Q f通過水栗變速運行的相 似工況曲線與Μ臺水栗并聯(lián)特性曲線的交點即相似工況點F'得到。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 水栗變速運行的相似工況曲線通過下式得到： H，=S，Q，2 式中，Η'為交點F處的管網(wǎng)阻力，m;Q'為交點F處的管網(wǎng)流量值，m3/h;S'為水栗變速運行 的相似工況曲線的阻抗，h2/m5。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述 步驟6)中，輸配系統(tǒng)不同的能耗值N由下式得到： 所述的水栗變速調(diào)節(jié)方法運行時，輸配系統(tǒng)能耗Nf計算關(guān)系式為：其中：Y為流體的容重，kN/m3;nvfd為變頻器效率，％ ;rk為電動機效率，％ ; 所述的閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法運行時，輸配系統(tǒng)能耗Nt計算關(guān)系式為：其中:Ht為非設(shè)計工況點T處的管網(wǎng)阻力，m。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的開式多水栗輸配系統(tǒng)變水量運行調(diào)節(jié)方法，其特征在于，變 頻器效率qvfd通過下式計算得到： 電動機效率qm通過下式計算得到：若采用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方法運行時，wf= 100%。
【文檔編號】F04B49/22GK105864016SQ201610273314
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】王智偉, 施翀, 王占偉, 王雨
【申請人】西安建筑科技大學(xué)