熱網水力工況實驗臺的改進

王春慧 岳麗芳 孫建寶 張恒瑋 劉新玉 李樂東

(唐山學院土木工程學院,河北 唐山063000)

1 概述

熱網水力工況實驗臺用于模擬集中供熱系統的調節。通過改變熱源、管網、或用戶上的閥門開度,來定性和定量研究閥門調節對系統或對某一用戶流量、壓力的影響。閥門調節越靈敏、流量測試裝置精度越高,實驗數據越準確。如果實驗臺本身存在質量問題,會影響實驗效果。本次實驗臺的改進,針對目前我校實驗室熱網水力工況實驗臺存在的不足,提出實驗臺的改進措施。

2 實驗臺存在的問題

目前我校使用的熱網水力工況實驗臺,模擬管網的材質是pvc 管,實驗臺零部件的連接方式是膠粘連接或螺紋連接。由于實驗設備使用年限較長,pvc 管出現老化現象,管路中閥門也開始銹蝕,設備逐漸需要維修,但維修有兩個方面的困難:一是不能局部拆卸以螺紋連接方式連接的零部件,拆卸時只能先行拆下與需要更換的零部件相連的其它管件后才可拆卸需要更換的零部件,但受管件螺紋連接方式的限制和實驗臺空間的限制,很難實現零部件的旋轉,致使無法更換零部件。二是設備中pvc 管老化,更換設備零部件時,為防止管路斷裂而不敢用力也會導致零部件無法正常拆卸,設備現狀如圖1。

圖1 設備現狀

3 實驗臺的改進與效果評價

結合多年實驗教學經驗,發現實驗臺中最容易出現問題的是閥門,如能解決閥門的更換問題可大大減少維護工作量,如能減緩管路老化速度又可延長實驗臺的使用壽命。針對以上問題提出實驗臺的改進思路,將PVC 管更換為PPR 熱熔管,將閥門連接由螺紋連接改為直連接,以求既不影響實驗臺的使用效果,又能減少維修工作量,還能延長設備的使用年限。

3.1 實驗臺的概況

改進后的實驗臺如圖2 所示,實驗臺主要由水箱、水泵、模擬鍋爐、模擬穩壓罐、定壓水箱、模擬用戶、測壓管、流量計、實驗臺支架以及管路和若干閥門組成。

圖2 實驗臺系統圖

實驗臺系統零部件的名稱和數量統計見表1。

表1 實驗臺系統組成

實驗臺中水箱、模擬鍋爐、模擬穩壓罐、定壓水箱均為有機玻璃材質；流量計為玻璃轉子流量計；管路材質為PPR 熱熔管,閥門為有活接功能的銅質閥門,閥門局部放大圖如圖3 所示。

圖3 閥門

實驗臺工作過程為,水在水泵的作用下依次通過模擬鍋爐、模擬穩壓罐,根據需要分配到5 個模擬用戶中。模擬用戶的流量通過轉子流量計讀取,模擬用戶的壓力通過標有刻度的測壓管讀取,模擬用戶流量的大小通過模擬用戶自身上的閥門或兩個模擬用戶間的閥門來調節。

實驗的目的,是通過改變閥門開度來觀察閥門調節對用戶流量和壓力(即熱網水力工況)的影響規律[1,2]。實驗臺上閥門可分為三類:一是模擬用戶上的閥門,二是模擬用戶間的閥門,三是水泵進出口處的閥門(總供回水管路上的閥門)。每類閥門開度的改變對熱網水力工況的調節都有各自的特點和規律。

3.2 實驗改進效果評價

實驗臺的搭建是在指導教師輔助下由學生自主完成的,包括實驗臺管路的設計、零部件的購買、管件的連接等,無論是整體的搭建還是細節的完善,都有效的提高了學生的實踐能力和創新能力,同時也大大增強了學生的團隊合作能力,達到了預期目的。搭建完的實驗臺如圖4 所示。

圖4 自制熱網水力工況實驗臺

實驗臺搭建完畢后,進行數據測試,數據符合熱網水力工況調節規律,既能定性分析,也可能定量分析,說明實驗臺的改進是成功的。

實驗臺管路改為PPR 管后,實驗臺的壽命不再受管路壽命周期限制,閥門連接由螺紋連接改為活連接,有效縮短維修時間、減少維修工作量。

4 實驗臺改進思路的展望

本套實驗臺僅局限于異程式熱網水力工況的定性及定量分析,后期可通過改變管路連接方式或增設垂直用戶,來實現同程式與異程式或水平式與垂直式熱網水力工況的相互轉換或對比,以構成綜合實驗臺[2,3]。

將實驗臺結構進行標準化,同時將熱熔連接方式改為承插連接方式,實現實驗臺的自由拆卸與組裝,因此2 個學時的驗證性實驗項目可以擴展為6 個學時的實訓項目,其中4 個學時,要求學生根據實驗系統圖,完成實驗臺的搭建,搭建完成后再進行另外2 個學時的驗證性實驗。實驗項目改為實訓項目,可以實實在在的鍛煉學生的實踐能力,并激發學生的創新能力。