SST熱量表是我國采暖建筑分戶熱計量的突破
摘要：由于我國采暖水質(zhì)潔凈度較差的緣故，國內(nèi)外現(xiàn)沒有可適用于我國采暖熱計量國情的熱量表，因此，能否研制出適應于我國采暖熱計量國情的熱量表，成為了制約我國全面與有效實施采暖熱計量的瓶頸問題或關(guān)鍵問題。深入分析了現(xiàn)有國內(nèi)外熱量表存在的堵塞、磨損、測量不穩(wěn)定、結(jié)垢、壓損較大和安裝受限的問題，得出必須從原理和結(jié)構(gòu)上進行全面創(chuàng)新，才能根本解決這些問題。提出了解決的途徑，特別是提出了熱量表SST技術(shù)的全新設(shè)計理念，并應用SST技術(shù)成功研制和生產(chǎn)出了SST熱量表。與現(xiàn)有國內(nèi)外機械式熱能表相比，實踐驗證了，SST熱能表具有：防堵塞、抗磨損、防結(jié)垢、低壓損、穩(wěn)定性高、精度高和多方位靈活安裝的性能，它為我國全面與有效實施采暖熱計量這一重大節(jié)能環(huán)保措施，提供了堅實的技術(shù)保證。
關(guān)鍵詞：采暖、熱計量、節(jié)能環(huán)保、SST熱量表
企業(yè)長期處于虧損或微利的經(jīng)營狀況，有效地促進供熱企業(yè)節(jié)能環(huán)保的技術(shù)進步，提高供熱企業(yè)的經(jīng)營管理水平、促進供熱企業(yè)經(jīng)濟效益的提高和供熱企業(yè)的規(guī)模擴大與發(fā)展。
可見，我國采暖熱計量與溫控，是重大的節(jié)能環(huán)保措施，對國家、供熱企業(yè)和熱用戶這三方都是很有益的。
但是，由于受到我國采暖水質(zhì)潔凈度較差以及我國既有采暖建筑室內(nèi)采暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，國內(nèi)外現(xiàn)沒有可適用于我國采暖熱計量國情的熱計量表，這就缺少了強有力的對我國采暖熱計量措施的技術(shù)保證，因此，能否研制出適應于我國采暖熱計量國情的熱計量表，成為了制約我國全面與有效實施采暖熱計量的瓶頸問題或關(guān)鍵問題。解決這一關(guān)鍵問題，需立足于我國采暖熱計量的國情，深入分析和研究國內(nèi)外熱計量技術(shù)，深入開展熱計量技術(shù)的創(chuàng)新，研制和生產(chǎn)出適應于我國采暖熱計量國情的熱計量表，否則，我國就難于全面和有效地實施采暖熱計量這一重大的節(jié)能環(huán)保措施。
現(xiàn)有國內(nèi)外熱量表存在的問題與分析
我國新建的采暖建筑，絕大多數(shù)采用室內(nèi)閉環(huán)管路結(jié)構(gòu)的采暖系統(tǒng)，用于我國新建采暖建筑的熱計量表稱為熱量表，熱量表主要有電磁式、超聲波式和機械式這三類熱量表。機械式熱量表與電磁式和超聲波式相比，因有轉(zhuǎn)動部件即流量計葉輪，人們認為其使用壽命和測量精度相對低些。然而，科學合理設(shè)計出的機械式熱量表，它的使用壽命和測量精度不比電磁式和超聲波式低，甚至比它們的使用壽命和測量精度還高。況且，機械式熱量表本身的優(yōu)點避免了電磁式熱量表的缺點即計量耗電量大和對水流導電率有要求、避免了超聲波式熱量表的缺點即測量腔體的污垢或結(jié)垢對測量精度影響很大、運行造成的壓力損失大，特別是機械式熱量表的造價遠低于電磁式和超聲波式熱量表的這一突出優(yōu)勢，更適合作為我國采暖熱計量的主流熱量表。
然而，通過幾年來對數(shù)百個住宅小區(qū)的采暖熱計量試點，試點中不僅選用了國內(nèi)也選用了國外多家性能優(yōu)良的熱量表，但大多數(shù)試點結(jié)果并不理想。試點結(jié)果不理想，其主要問題表現(xiàn)為，現(xiàn)有國內(nèi)外熱量表，不能適應于我國的采暖熱計量國情，主要表現(xiàn)為熱量表存在易堵塞、易磨損、測量不穩(wěn)定、易結(jié)垢、壓損較大、安裝受限等問題。堵塞問題是熱量表的致命問題，這個問題不解決，熱量表就沒有可用性；磨損問題、測量不穩(wěn)定問題和結(jié)垢問題，關(guān)系著熱量表的可靠性和使用壽命，這個問題不解決，熱量表就沒有實用性；壓損較大的問題，關(guān)系著采暖系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和熱量表的耐久性，是熱量表性能的重要方面；安裝受限問題，關(guān)系著熱量表的安裝性和維護性，是高質(zhì)量產(chǎn)品的重要標志。以下將具體分析和解決這些問題。
1.堵塞問題
我國采暖水質(zhì)潔凈度不高，表現(xiàn)為水中含有較多的雜質(zhì)。水中雜質(zhì)的來源主要有兩個方面：一是我國室內(nèi)外采暖系統(tǒng)的氧化與銹蝕產(chǎn)生的銹渣，二是采暖系統(tǒng)施工后的殘留雜物。在戶用熱量表前加裝過濾器后，那些細小雜質(zhì)未能被過濾器過濾掉而進入熱量表，細小雜質(zhì)會淤積在流量計葉輪的軸孔內(nèi)，或會卡在葉輪與流量計的腔體之間，造成葉輪轉(zhuǎn)動困難，測量精度迅速下降，并會堵塞熱量表。
2. 磨損問題
現(xiàn)有機械式熱量表的流量計，主要為單流束和多流束兩種，它們都采用了兩段式獨立的立軸結(jié)構(gòu)。立軸底端固定，立軸頭端插入軸碗中，葉輪在水的浮力下使軸與軸碗形成點接觸。這樣的兩段式獨立的立軸結(jié)構(gòu)，在高溫水大流量高轉(zhuǎn)速下，點接觸的磨損較大，當采暖水中細小雜質(zhì)進入立軸與軸碗的間隙時，加劇了軸與軸套的磨損。
3 測量不穩(wěn)定問題
隨著軸與軸碗之間的磨損，葉輪的上下串動和左右擺動的幅度加劇，這樣就使設(shè)置在葉輪上的無磁流量傳感器的感應片擺動加劇，造成感應片與電感探頭的間距變化，很容易導致無磁流量傳感器的部分檢測信號丟失，測量不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生，并導致測量精度下降。
4 結(jié)垢問題
經(jīng)對對采暖計量使用過程中的熱量表檢查，發(fā)現(xiàn)采暖水中的化學物質(zhì)，在高溫水中容易產(chǎn)生水垢。水垢的發(fā)生和發(fā)展，逐漸使熱量表流動不暢、壓力損失大、測量精度下降、甚至阻塞熱量表。因熱量表流量計內(nèi)流道彎曲復雜，存在著多處阻水結(jié)構(gòu)，在阻水結(jié)構(gòu)的滯流和緩流表面，更容易形生水垢。因多流束熱量表比單流束熱量表其流道更復雜些、阻水結(jié)構(gòu)更多些，形生水垢的程度也就更重些。
5 壓損較大問題
現(xiàn)有單流束熱量表的側(cè)彎流道，以及多流束熱量表分流的彎曲通道，這些改變流體流動矢量的非流暢流道造成了壓力損失較大。壓損大不僅導致了采暖系統(tǒng)動力消耗的額外增大，而且也相應加大了機械式熱量表的磨損。
6 安裝受限問題
現(xiàn)有熱量表都是單向安裝的，即嚴格規(guī)定了熱量表的進水口，而且大部分熱量表還規(guī)定只能水平方向安裝。由于采暖建筑是多樣的，熱量表的安裝現(xiàn)場也是復雜多樣的，采暖計量工程期望熱量表能不受進出口限制、能水平、垂直、傾斜、多方位的靈活安裝。
現(xiàn)有國內(nèi)外機械式熱量表，受其設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)的限制，僅在其原結(jié)構(gòu)上做改進，是不能解決上述問題的，所以必須另辟新徑，從原理和結(jié)構(gòu)上進行全面創(chuàng)新，才能從根本上解決上述問題。
解決熱量表存在問題的途徑與SST技術(shù)原理
1 解決熱量表堵塞問題的途徑
熱量表存在堵塞問題的原因，在于采暖水中的雜質(zhì)須通過熱量表。解決這一問題的途徑，就是使熱量表能自身適應采暖水中的細小雜質(zhì)，并能自動排出這些雜質(zhì)。為此，在熱量表的測量腔體中同時設(shè)置排污通道和計量通道，使熱量表既能排污，也能測量流體的流量，讓測量與排污同體完成。測量與排污的同體結(jié)構(gòu)，是新型機械式熱量表的防堵塞特征。
2 解決熱量表磨損問題的途徑
熱量表存在磨損問題的原因，在于現(xiàn)有機械式熱量表都采用兩段式獨立的立軸結(jié)構(gòu)，這種軸與軸碗的點接觸，雖然可以提高熱量表的靈敏性，但抗磨損性差。解決這一問題的途徑，就是采用單根整體軸及相匹配的自潤滑面接觸軸系，這樣就能大大地減小軸與軸套之間的磨損。
3 解決熱量表測量不穩(wěn)定問題的途徑
熱量表存在測量不穩(wěn)定問題的原因，在于軸與軸碗形成的點接觸很容易磨損，從而造成固定在軸上的葉輪，上下串動和左右擺動的幅度加劇，導致了測量不穩(wěn)定和測量精度下降。解決這一問題的途徑，就是固定軸碗或者軸套的定位、保持軸與軸套之間的微小間隙，這一間隙要小于雜質(zhì)直徑，并保持這一間隙不隨轉(zhuǎn)動時間變化。這樣，既能杜絕水中雜質(zhì)侵入軸間中，又能保持轉(zhuǎn)動的葉輪平面持久穩(wěn)定，無磁流量傳感器的感應片與電感探頭之間的間距維持在可探測的范圍內(nèi)，使測定穩(wěn)定。
4 解決熱量表結(jié)垢問題的途徑
熱量表存在結(jié)垢問題的原因，在于采暖高溫水中的化學物質(zhì)，易在流道彎曲復雜、阻水結(jié)構(gòu)的滯流表面上形生水垢。解決這一問題的途徑，就是減少和消除彎曲流道，減少和消除阻水結(jié)構(gòu)，采取直通式流道，保持計量流道寬敞，這樣就能使流體在熱量表中通暢流動，有效減少和消除熱量表中的結(jié)垢現(xiàn)象。
5 解決熱量表壓損較大問題的途徑
熱量表存在壓損較大問題的原因，在于機械式熱量表中的側(cè)彎流道，或者分流的彎曲通道，這些改變流體流動矢量的非流暢流道造成了壓力損失較大。解決這一問題的途徑，就是在能夠保證測量靈敏度和精度前提下，使熱量表測量腔體的流道寬敞，并與熱量表進出管優(yōu)化配置成暢流通道，這樣就能有效地減小熱量表的壓力損失。
6 解決熱量表安裝受限問題的途徑
熱量表存在安裝受限問題的原因，在于機械式熱量表中的立軸結(jié)構(gòu)，在熱量表內(nèi)只能是垂直定向布置，況且電磁式熱量表、超聲波熱量表以及現(xiàn)有機械式熱量表，都難于或不能實現(xiàn)對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣就表現(xiàn)為需要區(qū)分熱量表的進、出水口，還需水平安裝才能保持測量精度。解決熱量表安裝受限問題的途徑，就需要取消熱量表的立軸結(jié)構(gòu)，并使流量計與熱量表進出水管組成全對稱結(jié)構(gòu)。
綜上所述，針對現(xiàn)有機械式熱量表存在的問題，提出了改進的思路與途徑，這些思路與途徑，就形成了新型機械式熱量表的設(shè)計理念和特色。
SST技術(shù)熱量表及特征
為了克服現(xiàn)有機械式熱量表存在的堵塞問題、磨損問題、測量不穩(wěn)定問題、結(jié)垢問題、壓損較大問題和安裝受限問題，分析了這些問題的成因，由此提出了改進的思路與途徑，并形成了新型機械式熱量表，這一新型機械式熱量表以SST技術(shù)的設(shè)計理念和技術(shù)特征來表征.
SST技術(shù)的設(shè)計理念
SST技術(shù)的設(shè)計理念，就是以熱量表防堵塞為目標，在熱量表的測量腔體中采取測量與排污同體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)測量與排污同步完成。
SST技術(shù)熱量表的特征
在SST技術(shù)的設(shè)計理念指導下，研制了SST熱量表，其特征為：
(1) SST技術(shù)特征之一：對稱結(jié)構(gòu)
對稱結(jié)構(gòu)（S — Symmetry Structure），就是使流量計與熱量表進出水管組成全對稱結(jié)構(gòu)。該設(shè)計方案為：不區(qū)分熱量表的進水管和出水管，其中一個進水管根據(jù)現(xiàn)場狀況選作進水管，而另外一個進水管就自動變成了出水管，見圖1。在兩個進水管之間的葉輪腔中安置著葉輪，在進水管與葉輪腔之間的過渡段，設(shè)計為向下的收縮型導水噴管。兩個進水管和兩個收縮型導水噴管以同樣的形狀和尺寸，對稱分布在葉輪腔的兩邊。
在對稱結(jié)構(gòu)下，SST熱量表就具有了多方位靈活安裝的特點。
(2) SST技術(shù)特征之二：直通式進出水管
直通式進出水管（S — Straight Routeway Tube），就是流量計的進出水管路與葉輪腔體形成直接的流暢通路，其結(jié)構(gòu)見圖1。
在對稱設(shè)計與直通式進出水管的匹配下，SST熱量表就具有了防堵塞、抗磨損、防結(jié)垢、低壓損的特點。
(3) SST技術(shù)特征之三：獨立橫軸葉輪系統(tǒng)
獨立橫軸葉輪系統(tǒng)(T —— Transverse Axle Impeller Set),就是將單根葉輪軸、葉片組、定位環(huán)、發(fā)訊感應片組成橫向優(yōu)化配置。由圖1可見，其結(jié)構(gòu)為：葉輪由葉片組、輪轂、軸套、葉輪軸組成，葉片組固定在輪轂上，輪轂固定在軸套上，單根葉輪軸貫穿軸套并與軸套成活動連接。發(fā)訊感應片鑲嵌在葉片上，葉輪之外的葉輪軸上還安裝著定位環(huán)，葉輪軸的兩端固定在葉輪腔的兩側(cè)壁內(nèi)，與水流成橫向設(shè)置。葉輪與葉輪腔底部之間留有一定的間隙，該間隙與直通式進出水管組成防堵塞排污通道。
在獨立橫軸葉輪系統(tǒng)設(shè)計下，SST熱量表就具有了防堵塞、抗磨損、防結(jié)垢、低壓損、穩(wěn)定性高、精度高的特點。
SST熱量表的特點
由SST技術(shù)的設(shè)計理念，采用對稱結(jié)構(gòu)、直通式進出水管和獨立橫軸葉輪系統(tǒng)這三項技術(shù)，并將其有機地融合起來，已成功研制和生產(chǎn)出了SST熱量表，見圖2和圖3。經(jīng)過*計量*的檢驗，已認證為高精度的國家標準二級熱量表(我國還沒有一級精度的熱量表，zui高精度的熱量表即為二級熱量表)。經(jīng)過兩年來的實驗室驗證，經(jīng)過大流量高溫水耐久性實驗臺的長期考驗，經(jīng)過兩個采暖期的住宅采暖計量使用，這些實踐表明：與現(xiàn)有國內(nèi)外機械式熱量表相比，SST熱量表具有：防堵塞、抗磨損、防結(jié)垢、低壓損、穩(wěn)定性高、精度高和多方位靈活安裝的性能。
結(jié)論
(1) 我國城市采暖建筑的熱計量，是重大的節(jié)能環(huán)保措施，對國家、供熱企業(yè)和熱用戶這三方都是很有益的。
(2) 由于我國采暖水質(zhì)潔凈度較差的緣故，國內(nèi)外現(xiàn)沒有可適用于我國采暖熱計量國情的熱量表，現(xiàn)有國內(nèi)外熱量表存在的堵塞、磨損、測量不穩(wěn)定、結(jié)垢、壓損較大和安裝受限的問題，必須從原理和結(jié)構(gòu)上進行全面創(chuàng)新，才能根本解決這些問題。
(3) 能否研制出適應于我國采暖熱計量國情的熱量表，是制約我國全面與有效實施采暖熱計量的瓶頸問題或關(guān)鍵問題。
(4) 立足于我國采暖熱計量國情，提出了熱量表SST技術(shù)的全新設(shè)計理念，并應用SST技術(shù)成功研制和生產(chǎn)出了SST熱量表，在解決我國全面與有效實施采暖熱計量關(guān)鍵問題上獲得了突破。
(5) 與現(xiàn)有國內(nèi)外機械式熱能表相比，實踐驗證了，SST熱能表具有：防堵塞、抗磨損、防結(jié)垢、低壓損、穩(wěn)定性高、精度高和多方位靈活安裝的性能，它為我國全面與有效實施采暖熱計量這一重大節(jié)能環(huán)保措施，提供了堅實的技術(shù)保證。
