一种基于压力波的管网诊断平衡调节方法与流程

1.本发明属于管网平衡调节探测领域，尤其涉及一种基于压力波的管网诊断平衡调节方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.工业及民生系统中管网系统一般分为闭式循环系统(热力输送)以及开式供给系统(燃气、给排水、石油化工输送)，在总流量不变的情况下，管道输送介质失调必然会导致部分用户所得流量或压力不平衡，部分用户所得流量低于设计流量，部分用户所得流量高于设计流量，从而导致各用户间的平衡失调，如热力管网中为例表现是部分用户过热而部分用户室内温度无法达标；若因部分用户室内温度无法达标，在管网平衡调节时盲目提高热源出力，加大热网总循环流量，必然会产生大量的能源浪费，这与现阶段碳达峰、碳中和要求严重不符，同时也会给供热企业造成很大一笔无效的经济投入。
3.为减少失衡，在介质输送前会对管网进行平衡调节，如针对供热管网系统，常规的方法依据建筑的面积大小根据经验调整阀门的开度来调整流量的分配，但这种方法没有理论计算依据，调节误差大，通常没办法在短时间内进行有效平衡调节，大部分需要经过多次调节才能达到管网水利基本平衡，没办法做到短时间精确调整。当然，天然气长输管线及城市给排水管线也同样存在同类问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术的实例提供了一种基于压力波的管网诊断平衡调节方法、系统、装置及存储介质。
5.本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
6.本发明公开的一种基于压力波的管网诊断平衡调节方法，包括：
7.调整管网中阀门，使得阀门在所述管网中前后的压差数值与建筑物在所述管网中前后的压差数值相同；
8.当所述阀门的压差与所述建筑物的压差之间的数值相同时，获取不同压差下所述管网中对应的流量值；
9.根据多个压差以及对应的流量值计算不同压差下的所述阀门的kv值；
10.根据不同的压差、对应流量值以及对应kv值构建所述管网中kv值与压差、流量值的对应关系；
11.基于所述kv值与压差、流量值的对应关系确定目标流量所对应的目标kv值，并根据所述目标kv值调整所述阀门。
12.进一步地，通过下式计算所阀门的kv值：
[0013][0014]
其中，q为所述管网的流量值，δp为压差。
[0015]
进一步地，所述获取不同压差下所述管网中对应的流量值，包括：
[0016]
若所述管网用于输送气体，则通过以下方式计算流量值：
[0017][0018]
其中，δp为压差，δ为阀门的探头阻力系数，d为所述管网的管道内径，ρ为工况介质密度。
[0019]
进一步地，所述方法还包括：
[0020]
计算所述管网中各段管道的流量值；
[0021]
若存在流量值低于预设阈值的目标管道段，则判定所述目标管道段为泄漏状态，关闭所述目标管道段的阀门。
[0022]
进一步地，所述根据所述目标kv值调整所述阀门，包括：
[0023]
根据预设的kv值与阀门开度关系确定所述目标kv值对应的目标开度；
[0024]
根据所述目标开度调整所述阀门。
[0025]
进一步地，所述方法还包括：
[0026]
基于所述阀门获取多个测试kv值以及各测试kv值对应的测试开度值；
[0027]
将多个测试kv值以及对应的测试开度值进行拟合，得到所述kv值与阀门开度关系。
[0028]
进一步地，所述根据不同的压差、对应流量值以及对应kv值构建所述管网中kv值与的压差、流量值的对应关系，包括：
[0029]
固定流量值，确定对应流量值下压差与kv值的关系；
[0030]
固定kv值，确定对应kv值下压差与流量值的关系；
[0031]
固定压差，确定对应压差下kv值与流量值的关系。
[0032]
本发明公开的一种基于压力波的管网诊断平衡调节系统，包括：
[0033]
压差调整模块，配置为调整管网中阀门，使得阀门在所述管网中前后的压差数值与建筑物在所述管网中前后的压差数值相同；
[0034]
流量值获取模块，配置为当所述阀门的压差与所述建筑物的压差之间的数值相同时，获取不同压差下所述管网中对应的流量值；
[0035]
kv值获取模块，配置为根据多个压差以及对应的流量值计算不同压差下的所述阀门的kv值；
[0036]
对应关系构建模块，配置为根据不同的压差、对应流量值以及对应kv值构建所述管网中kv值与压差、流量值的对应关系；
[0037]
阀门调整模块，配置为基于所述kv值与压差、流量值的对应关系确定目标流量所对应的目标kv值，并根据所述目标kv值调整所述阀门。
[0038]
本发明还公开一种基于压力波的管网诊断平衡调节装置，包括：
[0039]
存储器，用于存储计算机程序；
[0040]
处理器，用于执行所述计算机程上所述的方法。
[0041]
本发明还公开一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的方法。
[0042]
有益效果：
[0043]
本发明公开的一种压力波的管网诊断平衡调节方法，通过调整管网阀门使得阀门前后的压差与建筑物前后的压差相同，保证流经阀门与建筑物的流量相同，并确定压差相同情况下流量值、kv值、压差之间的关系，以此通过三者的关系调整阀门实现快速管网平衡调节。
附图说明
[0044]
图1为本发明一种基于压力波的管网诊断平衡调节方法的运行流程图；
[0045]
图2为本发明实例中管网系统的一个支线管网结构图；
[0046]
图3为本发明实例中阀门压差与孔板压差的数值改变趋势图；
[0047]
图4为本发明实例中示出的管网系统结构图；
[0048]
图5为本发明实例中示出的场景测试模型结构图；
[0049]
图6为本发明实例中示出的kv值与阀门开度关系拟合图；
[0050]
图7为本发明实例中示出的origin工具进行处理后得到的结果图；
[0051]
图8为本发明一种基于压力波的管网诊断平衡调节系统的结构图。
具体实施方式
[0052]
下面将结合附图和实例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0053]
图1为本实例的基于压力波的管网诊断平衡调节方法的运行流程图；其具体实现步骤如下：
[0054]
步骤s101：调整管网中阀门，使得阀门在管网中前后的压差数值与建筑物在管网中前后的压差数值相同。
[0055]
本实例中，对于管网中的数据进行采集，如可在管网的阀门前后、建筑物前后分别设置传感器，检测对应位置的压差，以及还可在阀门的前端，或是管网的最前端设置流量计，以检测管网中的流量值。
[0056]
参考图2，为一实例中管网系统的一个支线管网结构图，其中，c为流量计(如超声波流量计等)，p1为管网中介质流经阀门前的压差，p2为管网中介质流经阀门后的压差，且用于从阀门出来的介质到建筑物(孔板)之间没有其他阻挡物，p2也即为管网中介质流经建筑物之前压差，p3为管网中介质流经建筑物之后的压差。
[0057]
本步骤中，通过调整该支线中的阀门，参考图3，在调整过程中，使得阀门的压差(阀压差)与建筑物的压差(孔板压差)数值改变，直到两个压差进行交汇，即图3中用圆圈出的点，即(p1-p2)与(p2-p3)的数值相同的点，即管网中的介质在流经阀门与建筑物时，阀门在所述管网中前后的压差数值与建筑物在所述管网中前后的压差数值相同。
[0058]
在阀门的压差与建筑物的压差相同时，此时建筑物的特征等于阀门的特性，流经阀门的流量值即与流经建筑物的流量值相同，且阀门的kv值等于建筑物的kv值。
[0059]
步骤s102：当阀门的压差与建筑物的压差之间的数值相同时，获取不同压差下管网中对应的流量值。
[0060]
本实例中，在进行阀门调整使得阀门的压差与建筑物的压差相同时，即可通过流
量计确定不同压差下管网中的流量值，同时，对于不同的阀门，其阀门可调比也不同，可通过先获取阀门的阀门可调比，然后在管网中设计不同的流量值，然后调整阀门，确定对应流量值下，阀门的压差(此时阀门的压差与建筑物压差相同，也即建筑物压差)。
[0061]
当然，对于用于运输气体介质的管网系统，如运输天然气，则可通过以下公式计算管网中的流量值：
[0062][0063]
其中，δp为压差，δ为阀门的探头阻力系数，d为所述管网的管道内径，ρ为工况介质密度。
[0064]
如此，在控制管网中的流量值，并在不同流量值下对阀门进行调整，使得阀门在管网中前后的压差数值与建筑物在管网中前后的压差数值相同，最终可得到多个流量值，以及在不同流量值下阀门的压差或建筑物的压差。
[0065]
当然，对于同一流量值，可调整阀门使得阀门压差/建筑物压差的数值不同，即同一流量值可能对应有多个压差值，而同一压差值可能对应有多个流量值。
[0066]
步骤s103：根据多个压差以及对应的流量值计算不同压差下的阀门的kv值。
[0067]
在得到各压差以及对应流量值后，可计算管网中的介质在某个流量值下的kv值，本实例中通过下式计算所阀门的kv值：
[0068][0069]
其中，q为流量值，δp为在对应流量值下调整阀门得到的压差。
[0070]
当然，在同一流量值下，不同的压差值计算得到的kv值不同，而同一压差下，不同流量值计算得到的kv值也可能不同。
[0071]
在阀门的压差与建筑物的压差相同时，流经阀门的流量值即与流经建筑物的流量值相同，即可知在该阀门与建筑物组成的管网中，介质传输是平衡的，隔断流经的流量相同，不存在某个位置传输介质过多，某个位置传输介质过少的情况。
[0072]
当然，上述计算的可能是在管网系统中的一个支路，在其他实例中，管网系统存在多个支路，具体可参考图4，图4中示出了2个支路，其中dn200、dn100为管网系统中管段的管子型号，对于任一支路均可通过上述步骤计算当阀门压差与建筑物的压差相同时，各压差对应的流量值与kv值，不同的建造物结构与不同的管网设备，其计算出的结果也不同；当然，当各支路的建造物结构相同(如层数、面积大小等相同)、管网设备也相同，还可仅计算一个支路的在阀门压差与建筑物的压差相同时的压差以及对应的流量值与kv值，然后将该支路的数值运用在其他支路中即可，以此减少计算量。
[0073]
步骤s104：根据不同的压差、对应流量值以及对应kv值构建管网中kv值与压差、流量值的对应关系。
[0074]
针对不同的压差、对应流量值以及对应kv值，可构建对应阀门kv特性曲线、压差特性曲线、流量值特性曲线。
[0075]
具体地，当固定流量值时，kv值会发生变化,压差也会发生变化,不同的kv值对应不同的压差值,以此得到多个参数进行拟合，即可确定对应流量值下压差与kv值的关系。
[0076]
表1为实例中，在流量值相同的情况下，计算得到的kv值与压差的数值：
[0077]
序号流量值压差kv值15510.0025105.0035153.3345202.5055252.00
[0078]
表1
[0079]
此时，流量值、压差、kv值之间的关系为：
[0080][0081]
固定kv值，确定对应kv值下压差与流量值的关系；具体地，当固定kv值时，流量会发生变化,压差也会发生变化,不同的流量值对应不同的压差值,以此得到多个参数，通过多个参数进行拟合，即可确定对应kv值下压差与流量值的关系，即经验函数。
[0082]
表2为实例中，在kv值相同的情况下，计算得到的流量值与压差的数值：
[0083]
序号kv值流量值压差1104.47202105.00253105.48304105.92355106.3240
[0084]
表2
[0085]
此时，流量值、压差、kv值之间的关系为：
[0086][0087]
固定压差，确定对应压差下kv值与流量值的关系。具体地，当压差固定时，流量值会发生变化,kv值也会发生变化,不同的流量值对应不同的kv值,以此得到多个参数来确定对应压差下流量值与kv值的关系。
[0088]
表3为实例中，在压差相同的情况下，计算得到的kv值与流量值的数值：
[0089]
序号压差流量值kv值110020.20210030.30310040.40410050.50510060.60
[0090]
表3
[0091]
此时，流量值、压差、kv值之间的关系为：
[0092][0093]
本实例中，针对阀门kv值与压差、流量值的对应关系可通过设置场景测试模型，如设置图5所示的场景测试模型，由于建筑物的压差与阀门的压差相同，测试模型中用平衡阀
模拟为建筑物进行测试，dn80为场景测试模型中模拟管网的管道型号。
[0094]
本实例中，不同的阀门其得到的kv值与压差、流量值的对应关系不同，基于此，在对场景测试模型进行实验时，图5中的阀门可使用能调整频率的阀门进行实验，如电磁阀，不同的频率用于指代不同的阀门，如将频率设在25hz，平衡阀开度预定在3圈模拟建筑物，然后调整阀门，将δp1(p2-p1)与δp2(p3-p2)的压差调整值一致，然后通过比对用流量值确定对应压差下的流量值，该流量值可通过比对用流量计输入到手持仪，通过多次测量，即可得到如表4所示的多个数据(压差、对应流量值以及对应kv值)，当然，下表4中为25hz下得到数据，在实验中，还使用其他频率的阀门进行实验，以得到对应阀门的测试数据：
[0095][0096]
表4
[0097][0098]
续表4
[0099]
通过表4中的测量数据，针对场景测试模型中的阀门建立以下模型公式：
[0100]
if(x《x1)
[0101]
{y＝nlf_cubic(x,a,b,c,d)；}
[0102]
else
[0103]
{y＝nlf_cubic(x1,a,b,c,d)-(nlf_cubic(x1,0,b_2,c_2,d_2)) nlf_cubic(x,0,b_2,c_2,d_2)；}
[0104]
其中，x为压差，nlf_cubic为函数，a、b、c、d、b_2、c_2、d_2、为参数，x1为当前时刻的压差采样值，可根据场景测试模型中得到的数据进行拟合得到，y为模型计算所得kv。
[0105]
本实例中，还可对以上建立的模型公式进行验证，验证数据可参考表5，模型kv值、模型压差是通过模型公式计算得到的数据，样本kv值、样本压差是通过图5建立的场景测试模型测量得到的数据，模型kv值、模型压差是通过模型公式计算得到的数据，其中模型压差是输入模型的x值，模型kv值是基于对应输入的模型压差通过模型公式计算得到的数据，即y值，r值偏差是模型公式得到的数据与场景测试模型测量的数据之间的偏差，由此可看出，通过模型公式计算场景测试模型中的阀门数据偏差不大，能保证计算过程的精度，当然，表5中仅示出了kv值与压差之间的比对，其中流量值并未示出：
[0106]
模型压差模型kv样本压差样本kv值r值偏差7.50115.4375.444.93-0.497.57114.8774.715.68-0.257.64114.3074.226.17-0.027.70113.7573.406.990.127.77113.1972.467.910.31
7.84112.6571.778.570.467.91112.1070.859.440.447.98111.5769.6810.520.278.04111.0368.5711.530.118.11110.5067.4812.500.148.18109.9865.9313.85-0.378.25109.4664.9014.73-0.338.32108.9463.5215.89-0.428.38108.4361.8617.27-0.458.45107.9258.6819.85-0.388.52107.4255.5022.410.318.59106.9251.4025.740.718.66106.4345.7630.530.138.72105.9441.4434.500.04
[0107]
表5
[0108]
模型压差模型kv样本压差样本kv值r值偏差8.79105.4636.7639.23-0.288.86104.9833.1343.28-0.108.93104.5028.6048.92-0.129.00104.0323.9055.580.169.06103.5621.8059.690.349.13103.1019.8064.22-0.519.20102.6417.3069.77-0.269.27102.1815.5074.390.039.34101.7314.2078.390.329.40101.2912.9083.150.499.47100.8412.0087.010.469.54100.4111.0091.91-0.079.6199.9710.2096.35-0.489.6899.549.60100.02-0.039.7499.119.10103.32-0.569.8198.698.50107.57-0.149.8898.278.20109.82-0.459.9597.868.00111.38-0.6510.0297.447.70113.780.8210.0897.047.50115.430.69
[0109]
续表5
[0110]
本实例中，kv值与压差、流量值的对应关系可通过上述方式构建各阀门对应的模型公式，在后续实际应用中可直接通过模型公式计算相关数据。
[0111]
步骤s105：基于kv值与压差、流量值的对应关系确定目标流量所对应的目标kv值，并根据目标kv值调整阀门。
[0112]
本实例中，若需调整管网中的流量值达到目标流量，则可通过步骤s105中kv值与压差、流量值的对应关系确定目标kv值，当然，由于流量值确定的情况下，不同压差对应的kv值不同，此时则可根据管网中的实际压差确定目标kv值，或是当管网中的压差越过某一阈值时，调整管网中的压差达到管网所能承受的范围，然后确定该范围内的压差以及对应目标kv值，如当某一位置的压差超过管网所能承受的阈值，需要减少该位置的压差，则此时阀门的压差(建筑物的压差可能会随之改变)。
[0113]
如上所示，管网平衡调节过程中，建筑物压差与阀门压差相同，即该管网中流经的介质流量相同，此时，则可获取管网中各段管道的流量值，如对液体通过超声波流量计计算流量值，气体流量计算方式相同，若存在流量值低于预设阈值的目标管道段，则判定所述目标管道段为欠流状态，提高阀门开度来补充流量，反之关闭阀门限制部分流量。
[0114]
当得到目标kv值后，根据预设的kv值与阀门开度关系确定目标kv值对应的目标开度，然后根据目标开度调整阀门。
[0115]
该预设的kv值与阀门开度关系为该管网内同一阀门的多个测试kv值以及各测试kv值对应的测试开度值进行数学拟合，得到的压力波函数。
[0116]
具体地，对管网中的阀门进行测试，确定不同开度下阀门的kv值，以此得到多个测试kv值以及各测试kv值对应的测试开度值，然后将测试kv值以及测试开度值进行拟合，得到该阀门的kv值与阀门开度关系，可参考图6，为一实例中kv值与阀门开度关系拟合图，通过拟合测试kv值以及测试开度值，可在以开度为横坐标kv值为纵坐标的坐标系中得到一条光滑的曲线，图6中示出在两种不同阀门对应的kv值与阀门开度关系，其中，棱形构成的曲线所对应的拟合公式为：y＝1.7693x
3-7.5509x2 16.262x-1.3054，正方形构成的曲线所对应的拟合公式为：y＝1.7693x
3-7.5509x2 16.262x-1.3054；r为拟合度。
[0117]
经测试如下表6-表9的100口径下单例数据矩阵表(其它口径实验形式一致不单独列出)：
[0118]
其中，表6-表9中第一行中的数值20-99为压差，表6-表9第2列均为在100压差下的在不同开度下的kv值，表6-表9中的第一列序号各序号对应不同的开度，即表6-表9中除第一行与第一列以外，其他的数值为对应压差以及开度下的kv值。
[0119][0120]
表6
[0121][0122]
表7
[0123][0124]
表8
[0125][0126]
表9
[0127]
本实例中，表6-表9中的数值可预先通过上述方式进行计算得到，在后续使用时，针对与表6-表9中对应的阀门，即可直接通过表6-表9中的数值进行查找，确定对应的kv值即可，然后根据压力波公式直接计算流量，即可通过计算的流量确认是否与目标流量值吻合，即是否实现了管网平衡调节。
[0128]
当然，在实际应用中除了使用表6-表9中的数值进行查找以外，还在使用时，通过计算得到kv值。
[0129]
为了提高拟合过程中的线性精度，还通过origin(函数绘图软件)对拟合结果进行处理，如图7为一实例中通过origin工具进行处理后得到的结果。
[0130]
本实例中通过对对应阀门的数据拟合得到该阀门的kv值与阀门开度关系，以此，可得到目标kv值，在需调整管网内的流量时，即通过目标kv值调整对于阀门即可。
[0131]
本实例中提出的方法，通过实时检测管网内的压差、流量、温度数据，为客户提供
平衡调节方法为：第一步：通过压力波算法获取建筑流量，第二步：将建筑实际流量调整到设计流量，第三步：根据回水温度进行精细化调整。使流量调整更加准确。
[0132]
基于上述实例提出的基于压力波的管网诊断平衡调节方法，本实例中提出基于压力波的管网诊断平衡调节系统，其结构参考图8，具体包括：
[0133]
压差调整模块801，配置为调整管网中阀门，使得阀门在所述管网中前后的压差数值与建筑物在所述管网中前后的压差数值相同；
[0134]
流量值获取模块802，配置为当所述阀门的压差与所述建筑物的压差之间的数值相同时，获取不同压差下所述管网中对应的流量值；
[0135]
kv值获取模块803，配置为根据多个压差以及对应的流量值计算不同压差下的所述阀门的kv值；
[0136]
对应关系构建模块804，配置为根据不同的压差、对应流量值以及对应kv值构建所述管网中kv值与压差、流量值的对应关系；
[0137]
阀门调整模块805，配置为基于所述kv值与压差、流量值的对应关系确定目标流量所对应的目标kv值，并根据所述目标kv值调整所述阀门。
[0138]
本实例中提出的基于压力波的管网诊断平衡调节系统与基于压力波的管网诊断平衡调节方法属于同一技术构思，具体可参考基于压力波的管网诊断平衡调节方法中的技术方案，此处不再赘述。
[0139]
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。