第7章 枝状管网水力工况分析及调节

1、第第7章章 枝状管网水力工况分析与调节枝状管网水力工况分析与调节 管网的水力工况即指管网的流量和压力分布状况。两者互相影响在管网运行时，对流量分配有定量的要求，还要求流体的压力在合适的范围内。本章讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。 7.1 管网系统压力分布管网系统压力分布 7.1.1管流能量方程及压头表达式管流能量方程及压头表达式 1.液体管流能量方程及压头表达式 212222121122HgvgPZgvgPZ)2()2(2222211121gvgPZgvgPZH)()(221121gPZgPZH等管径的一般管流能量分布示意图等管径的一般管流能量分布示意图测压管水头线 CZ1OZHP1

2、1总水头线AHBZ22DP2ZHO1-221p12gpg2g22VV2g212.2.气体管流能量方程及压力表达式气体管流能量方程及压力表达式 忽略位压时：21222122112)(2PvPZZgvPjaj2122221122PvPvPjj动静压转换原理：动静压转换原理：7.1.2 管网压力分布图管网压力分布图 1.液体管网压力分布图液体管网压力分布图-水压图水压图 在液体管路中，将各点的测压管水头高度测压管水头高度顺次连接顺次连接起来形成的线起来形成的线，称为水压曲线，它可直观地表达管路中静压的分布状况，也称其为水压图。作用：作用：（1）确定管道中任何一点的静压值点的静压值。 （2）表示出各管

3、段的压力损失值各管段的压力损失值。 （3）确定管段的单位管长平均压降的大小单位管长平均压降的大小。 HOjHEODHHCEDCHABAHHOBDCBH123水 泵锅 炉用 热 设 备jAOHEDHjE膨 胀 水 箱BAjBjAjDjEjo室内热水供暖管网的水压图室内热水供暖管网的水压图 静 水 压 曲 线动 水 压 曲 线水 泵锅 炉32ED1水 箱jOCDEA用 热 设 备FABBjCO00室内热水供暖管网的水压图室内热水供暖管网的水压图 2. 气体管网压力分布图气体管网压力分布图 7.1.3 吸入式管网的压力分布特性分析吸入式管网的压力分布特性分析 (1)风机吸入段的全压和静压均为负值，在

4、风机入口负压最大。 (2)在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值与动压值之和。 (3)风机提供的全压等于风机进出口的全压差，也等于整个管网的压力损失（包括出口压力损失）。 1.气体吸入式管网的压力分布特性气体吸入式管网的压力分布特性2.液体吸入式管网的压力分布特性液体吸入式管网的压力分布特性 SSSahgvHPP2211自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面的能量方程： gwgvCPhgvHPgwgvChgvHPPKsSSasSSKa22)2(22)2(2021202120212021吸水管路（自由液面泵内压力最低点）的能量关系： 7.1.4 水压图在液体管网设计中的重要作用水压图在液体管网设计

5、中的重要作用以室外供热管网为例以室外供热管网为例 1.热水网路压力状况的基本技术要求热水网路压力状况的基本技术要求 （1）不超压。（2）不汽化，并有35mH2O。（3）不倒空，高于用户系统的充水高度。（4）不吸气，比大气压高5mH2O。（5）供回水管的资用压差满足要求。关键：关键：静水压线的确定静水压线的确定。绘制热网水压图 作位置图，定基准面，标注房屋标高等。 定静水压线。 绘制回水管动水压线。 绘制供水管动水压线。 确定循环水泵的扬程。 确定用户的连接方式。注意：不能把“动水压线”说成“动压线”。用户1：喷射泵直接连接。 用户2：间接连接。用户采暖系统与室外管网水力无关。用户3：回水加压连

6、接。7.1.5 管网系统的定压管网系统的定压 选定的静水压线位置靠系统所采用的定压方式来保证。也可以说，定压方式决定了管网系统的静水压线，对系统的压力工况有决定性的影响。常用定压方式： 1.1.高位水箱定压方式高位水箱定压方式 ：经常用在给水、消防、热水管网系统中。经济，但放在高位置。 2.2.补给补给水泵定压方式定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式 用在系统规模大、漏水量大、较高供水温度供热系统中。可以放在设备间。安装灵活。b.补给水泵间歇补水定压方式 用在系统规模不大、漏水量不大、供水温度不高供热系统中。可以放在设备间。 3.3.气体压力罐定压气体压力罐定压用在小型系统中，缺点是系统压力

7、有波动，不稳定，但 安装灵活，不受位置限制。 补给水泵连续补水定压方式示意图补给水泵连续补水定压方式示意图 补给水泵间歇补水定压方式示意图补给水泵间歇补水定压方式示意图 7.2 调节阀的节流原理与流量特性调节阀的节流原理与流量特性7.2.1 节流原理局部阻力系数可以改变相 对 开 度相对流量 图 7 -3 -2阀 芯 形 状 ( 直 线 特 性 阀 芯 ；（ 2 ） 等 百 分 比 特 性 阀 芯 （ 3 ） 快 开 特 性 阀 芯 ；（ 4 ） 抛 物 线 特 性 阀 芯 （ 5 ） 等 百 分 比 特 性 阀 芯 （ 开 口 形 ）（ 6 ） 直 线 特 性 阀 芯 （ 开 口 形 ）7.

8、2.2 调节阀的理想流量特性（1）直线流量特性（2）等百分比（对数）流量特性（3）快开流量特性（4）抛物线流量特性 图图7-2-3 三通调节阀的理想流量特性曲线三通调节阀的理想流量特性曲线 （R=30，阀芯开口方向相反），阀芯开口方向相反） （1）直线；（2）等百分比；（3）抛物线(3)(2)max200相 对 开 度(%)lmax相对流量203.320QQ(2)40(3)60(1)(2)6080(%)100(3)(1)80100(1)lp2pp1CguQppppppQmax22m11m7.2.3 调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性图图726 串联管道时调节阀的工作特性串联管道时调节阀的

9、工作特性(以以Q/Qmax作参比值作参比值)（a）直线流量特性 ；（ b）等百分比流量特性图图727 串联管道时调节阀的工作特性串联管道时调节阀的工作特性(以以Q/Q100作参比值作参比值)（a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性 图图729 有并联管道时调节阀的有并联管道时调节阀的工作特性工作特性(以以Q/Qmax作参比值作参比值)（a） 直线流量特性；（b）等百分比流量特性 调节器执行器调节阀热交换器房间传感器KtKzKvKbKfKcfrr2gsyLq室温自动控制系统原理图 7.3 调节阀的选择调节阀的选择1 调节系统的特性调节系统的特性q1.001.0L1.001.0qL蒸汽空气加热器

10、静特性 热水空气加热器静特性 调节阀流量特性与热交换器静特性的综合 调节阀的选择：1. 考虑减少整个系统压力损失，节省运行能耗考虑减少整个系统压力损失，节省运行能耗2.保证调节阀良好的工作特性，即调节能力保证调节阀良好的工作特性，即调节能力3.一般在设计中选择一般在设计中选择SV=0.30.6是合适的是合适的2 阀权度的确定阀权度的确定 例有一台直通双座调节阀，根据工艺要求，其最大流量是65m3/h，最小压差是50000Pa；其最小流量是13m3/h，最大压差是97500Pa。阀门为直线流量特性，Sv0.5，被调介质为水，试选择阀门口径。3 流通能力计算流通能力计算VN型直通双座调节阀的参数表

11、 4 调节阀口径选择调节阀口径选择%10003. 0110/03. 1252ViVSQPCSK%1001110/lg48. 11252ViVSQPCSK开度验算公式：理想特性为直线：理想特性为等百分比：3cm/g;PaP差，阀门全开时它的作用压5 开度和可调比验算开度和可调比验算Sv 0.3时，调节阀的可调比可不做验算Rs=10 Sv7.4 管网系统水力工况分析 7.4.1水力失调与水力稳定性1 管网系统中某些管段的流量分配不符合设计值的现象称为水力失调。2 水力失调度：一致失调，等比失调水力失调度：一致失调，等比失调3 原因分析：A 设计偏差B 动力源提供的能力与设计不符C 管网的流动阻力特

12、性发生改变4 水力稳定性 在管网中某些管段或用户的流量改变时，其他各个管段或用户保持本身流量不变的能力，称为水力稳定性。2212122112121. . .nnnSSSSLLLLPPP当重力作用相同时，并联当重力作用相同时，并联nnnnnSSSSLLLPPPP. 21121211.串联：串联：7.4.2 水力工况分析方法水力工况分析方法1 基本原理基本原理某一管段阻抗变大，则总阻抗变大某一管段阻抗变大，则总阻抗变大 图解法： 解析法：泵的性能曲线P=a+bQ+cQ2+dQ3+管网的性能曲线：P=Pst+SQ2 当管网中任意管段的阻抗发生改变，会出现什当管网中任意管段的阻抗发生改变，会出现什么情

13、况？如何进行定量分析？么情况？如何进行定量分析？ 1）根据流量和压降，求出各管段的阻抗 2）求出工况改变后的总阻抗 3）得出新的工况点，即确定扬程，流量和压降。 4）按流量分配方法求出各管段工况改变后的流量。1V2ABAB3mCCnSSSSSNMMNSSSSS123mn2 水力工况分析方法水力工况分析方法第二节第二节 水力工况分析水力工况分析锅锅炉炉45321 1、干管阀门关小：、干管阀门关小：S增，增，V变小，阀门前的用户流量变大，阀变小，阀门前的用户流量变大，阀门后的用户流量变小门后的用户流量变小2、用户阀门开大：、用户阀门开大：S降，降，V变大，该用户流量变大，其他用户变大，该用户流量变

14、大，其他用户流量变小流量变小网路总阻力数改变网路总阻力数改变各用户的流量重新分配各用户的流量重新分配某阀门开度改变某阀门开度改变分析：分析：网路总流量改变网路总流量改变水力失调水力失调热力失调热力失调各用户冷热不均各用户冷热不均=IIIIIIIIIIIIIVIVVV工况分析工况分析1.阀门阀门A节流节流(阀门阀门A关小关小) 阀门A的阻抗增大，始端有一局部陡降；同时流量减小，干管水压线变平缓。从图中可以看出：各用户阻抗不变，用户流量V1、 V2 .均减小，呈一致等比失调，各用户P减小。变化后的水压线如图中红线所示。第二节第二节 水力工况分析水力工况分析工况分析工况分析2. . 阀门阀门B B节

15、流节流( (阀门阀门B B关小关小) ) 阀门B关小，阻抗增大， B处有一局部陡降；同时流量减小，干线水压线变平缓。从图中可以看出：B以前各用户P增大但不等比，用户流量不等比增加； B以后各用户P减小而流量等比减小，为等比失调，则全部用户为不一致失调。变化后的水压线如图中红线所示。第二节第二节 水力工况分析水力工况分析3.3.阀门阀门C C关闭关闭阀门C关闭，阻抗增大，总阻抗增大，总流量减小。阀门C 前的总流量减小，干管P减小，干线水压线变平缓，用户压降增大，流量不等比增加。阀门C后所有用户P增大而S不变，用户流量增大，干线水压线变陡。C以后用户流量等比增加，C用户V3=0。全部用户为不一致失

16、调。变化后水压线如图中红线。第二节第二节 水力工况分析水力工况分析4. .热网未进行初调节热网未进行初调节热网未进行初调节时，前端阻抗较小，管网总流量增大。一般近端流量较大，干线水压线变陡；而远端各用户P减小而S不变，流量V均减小，水压线变平缓，全部用户为不一致失调，变化后的水压线如图中红线所示。第二节第二节 水力工况分析水力工况分析5. 5. 用户用户3 3设加压泵设加压泵 设加压泵后，可认为并联了一个阻力数为负值的管段，S减小，总流量增大。3之前干线P增大，水压线变陡，1、2用户流量减小，非等比失调； 3之后由于作用压力P减小、流量减小，呈等比失调，水压线变缓。 用户3流量增大，全部用户为

17、不一致失调。变化后的水压线如图中红线所示。第二节第二节 水力工况分析水力工况分析 例题例题 管网在正常工况时的水压图和各热用户的流量如图所示。如关闭热用户3，试求其它各热用户的流量及其水力失调程度。其中，管网图中的数字表示流量（m3/h），水压图里的数字表示压差（kPa）。其中，循环水泵的性能参数如下表。21345100100100100100500400300200100500400600kPa300200100600 m3/h442365501630620P kPa7003004007838007.4.3 7.4.3 提高管网水力稳定性的途径与方法提高管网水力稳定性的途径与方法yySPQgyywyrSPPSPQmaxywywygPPPPPQQy11max提高水力稳定性的方法：提高水力稳定性的方法： 1 适当增大网路干管的管径（选用较小的比摩阻）适当增大网路干管的管径（选用较小的比摩阻） 2 选用阻抗较大的用户末端设置，采用水喷射器，调压板，选用阻抗较大的用户末端设置，采用水喷射器，调压板，高阻力小管径阀门等高阻力小管径阀门等 3 初调节和运行调节时，将网路上的阀门全部打开初调节和运行调节时，将网路上的阀门全部打开 4 在用户引入口安装自动调节装置（如流量调节器）在用户引入口安装自动调节装置（如流量调节器） ，实，实质是改变用户的阻抗质是改变用户的阻抗7.5 管网系统水力平衡调