王春慧 岳丽芳 孙建宝 张恒玮 刘新玉 李乐东

(唐山学院土木工程学院,河北 唐山063000)

1 概述

热网水力工况实验台用于模拟集中供热系统的调节。通过改变热源、管网、或用户上的阀门开度,来定性和定量研究阀门调节对系统或对某一用户流量、压力的影响。阀门调节越灵敏、流量测试装置精度越高,实验数据越准确。如果实验台本身存在质量问题,会影响实验效果。本次实验台的改进,针对目前我校实验室热网水力工况实验台存在的不足,提出实验台的改进措施。

2 实验台存在的问题

目前我校使用的热网水力工况实验台,模拟管网的材质是pvc 管,实验台零部件的连接方式是胶粘连接或螺纹连接。由于实验设备使用年限较长,pvc 管出现老化现象,管路中阀门也开始锈蚀,设备逐渐需要维修,但维修有两个方面的困难:一是不能局部拆卸以螺纹连接方式连接的零部件,拆卸时只能先行拆下与需要更换的零部件相连的其它管件后才可拆卸需要更换的零部件,但受管件螺纹连接方式的限制和实验台空间的限制,很难实现零部件的旋转,致使无法更换零部件。二是设备中pvc 管老化,更换设备零部件时,为防止管路断裂而不敢用力也会导致零部件无法正常拆卸,设备现状如图1。

图1 设备现状

3 实验台的改进与效果评价

结合多年实验教学经验,发现实验台中最容易出现问题的是阀门,如能解决阀门的更换问题可大大减少维护工作量,如能减缓管路老化速度又可延长实验台的使用寿命。针对以上问题提出实验台的改进思路,将PVC 管更换为PPR 热熔管,将阀门连接由螺纹连接改为直连接,以求既不影响实验台的使用效果,又能减少维修工作量,还能延长设备的使用年限。

3.1 实验台的概况

改进后的实验台如图2 所示,实验台主要由水箱、水泵、模拟锅炉、模拟稳压罐、定压水箱、模拟用户、测压管、流量计、实验台支架以及管路和若干阀门组成。

图2 实验台系统图

实验台系统零部件的名称和数量统计见表1。

表1 实验台系统组成

实验台中水箱、模拟锅炉、模拟稳压罐、定压水箱均为有机玻璃材质；流量计为玻璃转子流量计；管路材质为PPR 热熔管,阀门为有活接功能的铜质阀门,阀门局部放大图如图3 所示。

图3 阀门

实验台工作过程为,水在水泵的作用下依次通过模拟锅炉、模拟稳压罐,根据需要分配到5 个模拟用户中。模拟用户的流量通过转子流量计读取,模拟用户的压力通过标有刻度的测压管读取,模拟用户流量的大小通过模拟用户自身上的阀门或两个模拟用户间的阀门来调节。

实验的目的,是通过改变阀门开度来观察阀门调节对用户流量和压力(即热网水力工况)的影响规律[1,2]。实验台上阀门可分为三类:一是模拟用户上的阀门,二是模拟用户间的阀门,三是水泵进出口处的阀门(总供回水管路上的阀门)。每类阀门开度的改变对热网水力工况的调节都有各自的特点和规律。

3.2 实验改进效果评价

实验台的搭建是在指导教师辅助下由学生自主完成的,包括实验台管路的设计、零部件的购买、管件的连接等,无论是整体的搭建还是细节的完善,都有效的提高了学生的实践能力和创新能力,同时也大大增强了学生的团队合作能力,达到了预期目的。搭建完的实验台如图4 所示。

图4 自制热网水力工况实验台

实验台搭建完毕后,进行数据测试,数据符合热网水力工况调节规律,既能定性分析,也可能定量分析,说明实验台的改进是成功的。

实验台管路改为PPR 管后,实验台的寿命不再受管路寿命周期限制,阀门连接由螺纹连接改为活连接,有效缩短维修时间、减少维修工作量。

4 实验台改进思路的展望

本套实验台仅局限于异程式热网水力工况的定性及定量分析,后期可通过改变管路连接方式或增设垂直用户,来实现同程式与异程式或水平式与垂直式热网水力工况的相互转换或对比,以构成综合实验台[2,3]。

将实验台结构进行标准化,同时将热熔连接方式改为承插连接方式,实现实验台的自由拆卸与组装,因此2 个学时的验证性实验项目可以扩展为6 个学时的实训项目,其中4 个学时,要求学生根据实验系统图,完成实验台的搭建,搭建完成后再进行另外2 个学时的验证性实验。实验项目改为实训项目,可以实实在在的锻炼学生的实践能力,并激发学生的创新能力。