我国供热采暖热计量热能表遇瓶颈
由于我国采暖水质洁净度较差的缘故国内外现没有可适用于我国采暖热计量国情的热能表因此能否研制出适应于我国采暖热计量国情的热量表成为了制约我国全面与有效实施采暖热计量的瓶颈问题或关键问题深入分析了现有国内外热能表存在的堵塞磨损测量不稳定结垢压损较大和安装受限的问题得出必须从原理和结构上进行全面创新才能根本解决这些问题
提出了解决的途径特别是提出了热能表SST技术的全新设计理念并应用SST技术成功研制和生产出了SST热能表与现有国内外机械式热能表相比实践验证了SST热能表具有防堵塞抗磨损防结垢低压损稳定性高精度高和多方位灵活安装的卓越性能它为我国全面与有效实施采暖热计量这一重大节能环保措施提供了坚实的技术保证
1我国采暖热计量的节能环保效益和存在的关键问题
2007年我国城市现有采暖建筑面积超过了80亿平方米实施采暖热计量与温控措施后可获得的节能收益为
年城市采暖建筑的供热节煤量为1.15亿吨
年城市采暖建筑节煤的经济收益为518亿元
年热用户获得的直接经济收益为1000元
我国城市实施采暖热计量后年节煤达1.15亿吨由此相应减少二氧化碳排放量达4.22亿吨这还不包括相应减少的大量灰份硫化物碳化物氮化物等对环境有害的排放物这对环境质量的提高有着重大作用
对供热企业来说采暖热计量的实施在城市供热价格管理的具体办法指导下建立热价的公知听证制度供热企业由此形成供热成本考核与横向比较的市场经济机制因而能有效地理顺供热企业的采暖计费收费问题根本扭转供热企业长期处于亏损或微利的经营状况有效地促进供热企业节能环保的技术进步提高供热企业的经营管理水平促进供热企业经济效益的提高和供热企业的规模扩大与发展
可见我国采暖热计量与温控是重大的节能环保措施对国家供热企业和热用户这三方都是很有益的
但是由于受到我国采暖水质洁净度较差以及我国既有采暖建筑室内采暖系统结构的限制国内外现没有可适用于我国采暖热计量国情的热计量表这就缺少了强有力的对我国采暖热计量措施的技术保证因此能否研制出适应于我国采暖热计量国情的热计量表成为了制约我国全面与有效实施采暖热计量的瓶颈问题或关键问题解决这一关键问题需立足于我国采暖热计量的国情深入分析和研究国内外热计量技术深入开展热计量技术的创新研制和生产出适应于我国采暖热计量国情的热计量表否则我国就难于全面和有效地实施采暖热计量这一重大的节能环保措施
2现有国内外热能表存在的问题与分析
我国新建的采暖建筑绝大多数采用室内闭环管路结构的采暖系统用于我国新建采暖建筑的热计量表称为热能表热能表主要有电磁式超声波式和机械式这三类热能表机械式热能表与电磁式和超声波式相比因有转动部件即流量计叶轮人们认为其使用寿命和测量精度相对低些然而科学合理设计出的机械式热量表它的使用寿命和测量精度不比电磁式和超声波式低甚至比它们的使用寿命和测量精度还高况且机械式热能表本身的优点避免了电磁式热能表的缺点即计量耗电量大和对水流导电率有要求避免了超声波式热能表的缺点即测量腔体的污垢或结垢对测量精度影响很大运行造成的压力损失大特别是机械式热能表的造价远低于电磁式和超声波式热能表的这一突出优势更适合作为我国采暖热计量的主流热能表
然而通过几年来对数百个住宅小区的采暖热计量试点试点中不仅选用了国内也选用了国外多家性能优良的热能表但大多数试点结果并不理想试点结果不理想其主要问题表现为现有国内外热能表不能适应于我国的采暖热计量国情主要表现为热能表存在易堵塞易磨损测量不稳定易结垢压损较大安装受限等问题
堵塞问题是热能表的致命问题这个问题不解决热能表就没有可用性磨损问题测量不稳定问题和结垢问题关系着热能表的可靠性和使用寿命这个问题不解决热能表就没有实用性压损较大的问题关系着采暖系统运行的经济性和热能表的耐久性是热能表性能的重要方面安装受限问题关系着热能表的安装性和维护性是高质量产品的重要标志以下将具体分析和解决这些问题
2.1堵塞问题
我国采暖水质洁净度不高表现为水中含有较多的杂质水中杂质的来源主要有两个方面一是我国室内外采暖系统的氧化与锈蚀产生的锈渣二是采暖系统施工后的残留杂物在户用热能表前加装过滤器后那些细小杂质未能被过滤器过滤掉而进入热能表细小杂质会淤积在流量计叶轮的轴孔内或会卡在叶轮与流量计的腔体之间造成叶轮转动困难测量精度迅速下降并会堵塞热能表
2.2磨损问题
现有机械式热能表的流量计主要为单流束和多流束两种它们都采用了两段式独立的立轴结构立轴底端固定立轴头端插入轴碗中叶轮在水的浮力下使轴与轴碗形成点接触这样的两段式独立的立轴结构在高温水大流量高转速下点接触的磨损较大当采暖水中细小杂质进入立轴与轴碗的间隙时加剧了轴与轴套的磨损
2.3测量不稳定问题
随着轴与轴碗之间的磨损叶轮的上下串动和左右摆动的幅度加剧这样就使设置在叶轮上的无磁流量传感器的感应片摆动加剧造成感应片与电感探头的间距变化很容易导致无磁流量传感器的部分检测信号丢失测量不稳定现象发生并导致测量精度下降
2.4结垢问题
经对对采暖计量使用过程中的热能表检查发现采暖水中的化学物质在高温水中容易产生水垢水垢的发生和发展逐渐使热量表流动不畅压力损失大测量精度下降甚至阻塞热能表因热能表流量计内流道弯曲复杂存在着多处阻水结构在阻水结构的滞流和缓流表面更容易形生水垢因多流束热能表比单流束热能表其流道更复杂些阻水结构更多些形生水垢的程度也就更重些
2.5压损较大问题
现有单流束热能表的侧弯流道以及多流束热能表分流的弯曲通道这些改变流体流动矢量的非流畅流道造成了压力损失较大压损大不仅导致了采暖系统动力消耗的额外增大而且也相应加大了机械式热能表的磨损
2.6安装受限问题
现有热能表都是单向安装的即严格规定了热能表的进水口而且大部分热能表还规定只能水平方向安装
由于采暖建筑是多样的热能表的安装现场也是复杂多样的采暖计量工程期望热能表能不受进出口限制能水平垂直倾斜多方位的灵活安装
现有国内外机械式热能表受其设计理念和结构的限制仅在其原结构上做改进是不能解决上述问题的所以必须另辟新径从原理和结构上进行全面创新才能从根本上解决上述问题
3解决热能表存在问题的途径与SST技术原理
3.1解决热能表堵塞问题的途径
热能表存在堵塞问题的原因在于采暖水中的杂质须通过热能表解决这一问题的途径就是使热能表能自身适应采暖水中的细小杂质并能自动排出这些杂质为此在热能表的测量腔体中同时设置排污通道和计量通道使热能表既能排污也能测量流体的流量让测量与排污同体完成测量与排污的同体结构是新型机械式热能表的防堵塞特征
3.2解决热能表磨损问题的途径
热能表存在磨损问题的原因在于现有机械式热能表都采用两段式独立的立轴结构这种轴与轴碗的点接触虽然可以提高热能表的灵敏性但抗磨损性差解决这一问题的途径就是采用单根整体轴及相匹配的自润滑面接触轴系这样就能大大地减小轴与轴套之间的磨损
3.3解决热能表测量不稳定问题的途径
热能表存在测量不稳定问题的原因在于轴与轴碗形成的点接触很容易磨损从而造成固定在轴上的叶轮上下串动和左右摆动的幅度加剧导致了测量不稳定和测量精度下降解决这一问题的途径就是固定轴碗或者轴套的定位保持轴与轴套之间的微小间隙这一间隙要小于杂质直径并保持这一间隙不随转动时间变化这样既能杜绝水中杂质侵入轴间中又能保持转动的叶轮平面持久稳定无磁流量传感器的感应片与电感探头之间的间距维持在可探测的范围内使测定稳定
3.4解决热能表结垢问题的途径
热能表存在结垢问题的原因在于采暖高温水中的化学物质易在流道弯曲复杂阻水结构的滞流表面上形生水垢解决这一问题的途径就是减少和消除弯曲流道减少和消除阻水结构采取直通式流道保持计量流道宽敞这样就能使流体在热能表中通畅流动有效减少和消除热能表中的结垢现象
3.5解决热能表压损较大问题的途径
热能表存在压损较大问题的原因在于机械式热能表中的侧弯流道或者分流的弯曲通道这些改变流体流动矢量的非流畅流道造成了压力损失较大解决这一问题的途径就是在能够保证测量灵敏度和精度前提下使热能表测量腔体的流道宽敞并与热能表进出管优化配置成畅流通道这样就能有效地减小热能表的压力损失
3.6解决热能表安装受限问题的途径
热能表存在安装受限问题的原因在于机械式热能表中的立轴结构在热能表内只能是垂直定向布置况且电磁式热能表超声波热能表以及现有机械式热能表都难于或不能实现对称结构设计这样就表现为需要区分热能表的进出水口还需水平安装才能保持测量精度解决热能表安装受限问题的途径就需要取消热能表的立轴结构并使流量计与热能表进出水管组成全对称结构
综上所述针对现有机械式热能表存在的问题提出了改进的思路与途径这些思路与途径就形成了新型机械式热能表的设计理念和特色
4SST技术热量表及特征
为了克服现有机械式热能表存在的堵塞问题磨损问题测量不稳定问题结垢问题压损较大问题和安装受限问题分析了这些问题的成因由此提出了改进的思路与途径并形成了新型机械式热能表这一新型机械式热能表以SST技术的设计理念和技术特征来表征
4.1SST技术的设计理念
SST技术的设计理念就是以热能表防堵塞为目标在热能表的测量腔体中采取测量与排污同体结构实现测量与排污同步完成
4.2SST技术热能表的特征
在SST技术的设计理念指导下研制了SST热能表其特征为
1SST技术特征之一对称结构
对称结构SSymmetryStructure就是使流量计与热能表进出水管组成全对称结构该设计方案为不区分热能表的进水管和出水管其中一个进水管根据现场状况选作进水管而另外一个进水管就自动变成了出水管见图1.在两个进水管之间的叶轮腔中安置着叶轮在进水管与叶轮腔之间的过渡段设计为向下的收缩型导水喷管两个进水管和两个收缩型导水喷管以同样的形状和尺寸对称分布在叶轮腔的两边
在对称结构下SST热能表就具有了多方位灵活安装的特点
2SST技术特征之二直通式进出水管
直通式进出水管SStraightRoutewayTube就是流量计的进出水管路与叶轮腔体形成直接的流畅通路其结构见图1.
在对称设计与直通式进出水管的匹配下SST热能表就具有了防堵塞抗磨损防结垢低压损的特点
3SST技术特征之三独立横轴叶轮系统
独立横轴叶轮系统TTransverseAxleImpellerSet就是将单根叶轮轴叶片组定位环发讯感应片组成横向优化配置由图1可见其结构为叶轮由叶片组轮毂轴套叶轮轴组成叶片组固定在轮毂上轮毂固定在轴套上单根叶轮轴贯穿轴套并与轴套成活动连接发讯感应片镶嵌在叶片上叶轮之外的叶轮轴上还安装着定位环叶轮轴的两端固定在叶轮腔的两侧壁内与水流成横向设置叶轮与叶轮腔底部之间留有一定的间隙该间隙与直通式进出水管组成防堵塞排污通道
在独立横轴叶轮系统设计下SST热能表就具有了防堵塞抗磨损防结垢低压损稳定性高精度高的特点
4.3SST热能表的特点
由SST技术的设计理念采用对称结构直通式进出水管和独立横轴叶轮系统这三项技术并将其有机地融合起来已成功研制和生产出了SST热能表见图 2和图3.经过国家级计量监督局的检验已认证为高精度的国家标准二级热能表我国还没有一级精度的热能表最高精度的热能表即为二级热能表
经过两年来的实验室验证经过大流量高温水耐久性实验台的长期考验经过两个采暖期的住宅采暖计量使用这些实践表明与现有国内外机械式热能表相比SST热能表具有防堵塞抗磨损防结垢低压损稳定性高精度高和多方位灵活安装的卓越性能
5结论
1我国城市采暖建筑的热计量是重大的节能环保措施对国家供热企业和热用户这三方都是很有益的
2由于我国采暖水质洁净度较差的缘故国内外现没有可适用于我国采暖热计量国情的热量表现有国内外热能表存在的堵塞磨损测量不稳定结垢压损较大和安装受限的问题必须从原理和结构上进行全面创新才能根本解决这些问题
3能否研制出适应于我国采暖热计量国情的热能表是制约我国全面与有效实施采暖热计量的瓶颈问题或关键问题
4立足于我国采暖热计量国情提出了热能表SST技术的全新设计理念并应用SST技术成功研制和生产出了SST热能表在解决我国全面与有效实施采暖热计量关键问题上获得了突破
5与现有国内外机械式热能表相比实践验证了SST热能表具有防堵塞抗磨损防结垢低压损稳定性高精度高和多方位灵活安装的卓越性能它为我国全面与有效实施采暖热计量这一重大节能环保措施提供了坚实的技术保证
