流体输配管网第7章.ppt

流体输配管网,河北工业大学 建筑环境与设备工程系,第七章 枝状管网水力工况分析和调节,第一节 管网系统压力分布 第二节 调节阀的节流原理与流量特征 第三节 调节阀的选择 第四节 管网系统水力工况分析 第五节 管网系统水力平衡调节,水力工况：管网流量和压力的分布状况。,流量 q,压力 p,第一节 管网系统压力分布,7.1.1管流能量方程和压力表达式 1.液体管流能量方程及压力表达式 总水头： 测压管水头： 水头损失（1-2无动力装置）：,2.气体管流能量方程及压力表达式 若忽略位压即不考虑重力因素，则 全压： 动静压转换原理：,7.1.2 管网压力分布图,1. 液体管网压力分布图水压图 水压图（水压曲线）：液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线。 如图：c-d曲线,水压图的作用：直观地表达管路中液体压力的分布状况 1.确定管道中任何一点的静压值 2.表达出个管段的压力损失值 3.由坡度-确定管段的单位管长平均压降的大小 4.只要已知任何一点压力，管路上其他个点压力都可确定,绘制水压图,1.静水压图 2.动水压图 3.定压装置 4.定压方式： 高位水箱定压方式 补水水泵定压 定压罐定压 5.定压点的位置, 常用的几种定压方式 高位水箱定压方式 常用于给水管网系统、消防管网系统 热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱 补给水泵定压方式 补给水泵连续补水定压方式 补给水泵间歇补水定压方式 旁通管定压点补水定压方式 变频调速泵补水定压 气体定压 利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压 定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持 气压缸的位置不受高度限制,f-b段： 压力大气压 汽化或者吸气 机械循环中，定压点在水泵的入口处。,但是，在重力循环系统中，定压点位置在锅炉出口处 讨论：原因,2.气体管网压力分布 在通风空调或者燃气管网中往往忽略位压,动静压转换原理,通风系统的压力分布的绘制方法和步骤 以大气压力为基准线00 计算各节点的全压值、动压值和静压值 将各点的全压在纵轴上以同比例标在图上，00线以下为负值,连接各个全压点可得到全压分布曲线. 将各点的全压减去该点的动压,同时可绘出静压分布曲线.,7.1.3 吸入式管网的压力分布特性分析,1. 气体吸入式管网特性 点1的全压和静压均比大气压低。静压一部分消耗在入口的局部损失，另一部分转为动压。 1-2内空气流速不变，风管阻力有降低静压克服 2-3流速小于1-2，2点后静压复得现象来自部分动压转为静压。,空气吸入管内的流动规律 1、风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大。 2.吸入管段中：静压绝对值=全压绝对值+动压 静压绝对值全压绝对值，与压出段相反。 3.风机的风压等于风机进出口的全压差。 即风机的风压=吸入管网的阻力+出口动压损失,2.液体吸入式管网的压力分布特性,1、对吸水池水面与即将进入叶轮之处一点oo断面列能量方程：,2、oo断面中心点o与叶片背水面靠近吸水口的断面k点相对运动 的能量方程式：,满足水流从叶轮入口处到被叶轮增压之前 所产生的压力下降的需要,气穴系数,公式说明：,吸水管中 能量余裕量,提升高度,产生速度水头,克服阻力作功,泵壳进口内部,k点前消耗能量， 之后机械能介入,管网系统的定压, 常用的几种定压方式 高位水箱定压方式 常用于给水管网系统、消防管网系统 热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱 补给水泵定压方式 补给水泵连续补水定压方式 补给水泵间歇补水定压方式 旁通管定压点补水定压方式 变频调速泵补水定压 气体定压 利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压 定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持 气压缸的位置不受高度限制,第二节 管网系统压力分布,调节阀的作用 管网系统中，各分支管路的压力调节和流量调节 自动控制系统，依靠调节阀的动作来实现,7.2 调节阀的节流原理和流量特性,局部阻力可以变化的节流元件 调节阀前后的压差： c称为调节阀的流通能力 c与s的关系：,7.2.1 调节阀的节流原理,1.流量特性的定义 指流体介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的特点关系 可调比： ：调节阀可调流量的下限值，非全关泄漏量 一般 改变阀芯与阀座之间的节流面积进行调节 节流面积变化的同时，阀前后的压差也发生变化,7.2.2 调节阀的理想流量特性,2.理想流量特性 在调节阀前后压差固定不变时，所得到的流量特性 直线流量特性 等百分比流量特性 快开流量特性 抛物线流量特性,直线流量特性,直线流量特性调节阀的单位行程变化所引起的流量变化是相等的。 直线流量特性的调节阀在变化相同行程的情况下：流量小时，流量相对值变化大，而流量大时流量相对值变化小。,等百分比流量特性,等百分比流量特性（对数流量特性）：单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。 接近全关时工作的缓慢平稳，而在接近全开时放大作用大，工作灵敏有效。 适用于负荷变化大的系统中。,快开流量特性,快开流量特性是在调节阀的行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增大，流量很快达到最大值 主要用于双位调节或者程序控制,抛物线流量特性,抛物线流量特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方成正比关系。,三通调节阀的理想流量特性,直线型：总流量不变 抛物线：总流量变化 等百分比：总流量变化并且最小,7.2.3 调节阀的工作流量特性,工作流量特性：调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，调节阀的相对开度和相对流量之间的关系, 调节阀的流量特性, 工作流量特性 直通调节阀有串联管道时的工作 流量特性 阀权度对调节阀工作特性的影响分析 直接调节阀有关并联管道时的工作流 量特性 直通调节阀的实际可调比 三通调节阀的工作流量特性,第三节 调节阀,1.直通调节阀有串联管道时的工作流量特性,当全开时， 阀全度：表示调节阀全开时阀前后压差与系统总压差的比值。,2.阀全度对调节阀工作特性的影响分析,1.当管道阻抗为0，sv=1，系统的总压降全部落在调节阀上，调节阀的工作特性与理想特性一致。 2.随着管道阻抗增大，sv减小，管道压力损失增加，使得系统的总降压建国在调节阀的部分减少，调节阀全开时的流量减小 3.对着sv的减小，流量特性出现较大的畸变。,3.直通调节阀并联管道时的工作流量特性,阀全开流量与全管最大流量之比,第三节 调节阀,1.当旁通关闭， ,与理想特性曲线一致。 2.随着旁通的打开， ，调节阀本身的流量特性没有变化，系统的实际可调比大大下降。,4.直通调节阀的实际可调比,串联： 压差一定时， 串联,sv越小，实际可调比越小！,并联管路,实际可调比近似为总管最大流量与旁通流量的比值。 随着的减少,实际可调比迅速下降,7.3 调节阀的选择,7.3.1 调节阀流量特性的选择 直线流量特性 等百分比流量特性 快开流量特性双位调节 抛物线流量特性近似用等百分比流量特性替代 所以直通调节阀: 直线流量特性 等百分比流量特性,1.调节系统的特性 热交换器的静特征：热交换器的换热量随流量变换的特性 调节阀调节流量的目的一般是为了通过流量控制换热量 2.阀全度的确定,1.0,1.0,1.0,1.0,7.3.2 调节阀口径选择计算,1.流通能力计算 阀门全开,阀门两端压差为105 pa.流量密度为1g/cm3,每小时流经调节阀的流量数. 液 气 蒸汽:, 调节阀的流通能力的计算条件和单位： 当调节阀全开，阀两端压力差为105pa，流体密度为1g/cm3 一般液体的c值计算： 气体的c值计算： 阀前密度法 阀后密度法 p2 p1/2时： 平均密度法 压缩系数法 蒸汽的c值计算 p2 0.5p1时： p2/ p10.5 时：,第三节 调节阀,2.调节阀口径选择,7.3.3 调节阀开度和可调比验算,1.开度验算 最大开度:90%左右 最小开度:10% 2.可调比验算 r=10 验算标准sv=0.3,rs=5.5,管网水力失调与水力稳定 水力失调的概念 管路中某些管段的流量分配不符合设计值，其原因有多种因素，实际值与设计值的不一致性，称为水力失调 水力失调度： 产生水力失调的原因 管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符 管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗si的变化 导致si改变有很多原因,7.4 管网系统水力工况分析,管网水力失调与水力稳定, 水力失调对管网系统的不利影响 并联环路之间的水力工况相互影响 系统中任一个管段的g改变，其他管段的g亦即改变 某些环路因发生水力失调而流量过小，使部分管束水流停滞则可能发生爆管事故. 供热空调系统中，g的改变，其水力失调必然导致热力失调 管网的水力稳定性,第四节 管网系统水力工况分析与调整,水利失调的类别,水平失调 垂直失调,管网系统水力工况的分析方法, 管网系统水力工况分析的基本原理 水力工况：是指管网某一流动状态下与之对应的阻力特性、压差和流量的表达， 三者的关系为 串联管段的总阻抗： 并联管段的总阻抗： 并联环路的流量比值与各自阻抗之间的关系 以通导数 分析并联管路的阻力特性： 求出水泵工作点：图解法、计算法 管网系统水力工况分析方法,第四节 管网系统水力工况分析与调整,7.5 管网系统水力平衡调节,水力平衡：各用户的实际得到流量与其需求流量相同,调节分类： 初调节 运行调节,7.5.1 初调节,定义：在管网使用之初往往通过预先安装的一些调节装置的开度，对各管段的阻力特性和流量特性进行一次全面的调节，使其达到设计要求 1.比例调节法 2.补偿法,1. 比例调节法,比例调节法的原理 流量分配只与管道阻抗有关，只要不改变c-a和c-b阻抗比例，流量之比就不变,风系统的比例初调节,调节之前：总阀门置于某个开度，三通阀门置于中间位置，启动风机，初测各风口的风量和计算风量之间比值,1.各支路比较：最远支路风量分配比例最小 2.各风口比较：最远风口风量分配比例最小,以风口1为基准，将风口1调到与风口1的比例相同，以此类推. 分别以风口1、5、9将各支路的风口比例调成相同。 再按照各支线之间的类似关系调整各支线。,供热系统的比例调节,调节支线选择： 1.阀门全开，超流量运行 2.测各支线阀门两侧p和l 3.计算各支线实际流量/设计流量比值： 4.按比值由大到小的顺序安排各支线调节顺序,支线内调节 1.测各用户流量，计算比值，最小比值用户的为参考用户 2.最远端先调节，取0.95的参考用户流量比值 3.其他用户在按最远端的相等的比值进行调节,支线间的调节 以各支线的比值最小的为参考支线 从末端开始调，以参考支线比值的0.95作为末端比值 其他按与末端比值相同来调节,全网调节 全网比值现在已经均相同 调节总阀门，将比值变为1。,2. 补偿法,7.5.2 运行过程中的调节,1.自力式流量调节 依靠自力式调节阀，自动进行流量的调节控制,恒温调节阀,恒温控制阀的工作原理 散热器恒温控制阀由恒温控制器和阀体两部分组成。其作用原理为用户将恒温控制器旋到所需设定温度，当室内温度超过设定温度时，恒温控制器内温包（内充感温介质）受热膨胀，体积增大，推动阀杆，使阀门关小，减小散热器进水流量，使室温达到设定温度。当室内温度低于设定温度时，温包受冷收缩，体积减小，阀芯内复位弹簧推回阀杆，使阀门开大，增大了散热器进水流量，直到室温达到设定值。,恒温控制器根据其温包所处位置可分为温包内置型和远传型。 由于温包感受的是周围空气温度，同时温控阀的调节动作也是由于温包体积改变而产生，所以温包所处位置对于温控阀的正确使用十分重要。 在大多数情况下，需要调节本组散热器所处房间的室内温度时，宜采用温包内置温控阀。,在一些特定情况下，如本组散热器被散热器罩遮挡，温控阀位于罩内，或者在温控阀近距离内有其他热（冷）源，如灶具，强照明灯具等，这时温包感受的是周围局部高温，不是准确的房间温度，宜采用远传型恒温控制器，将传感器置于能准确调节房间温度所受强热源干扰较小的地方，才能达到准确控制房间温度的目的。,在一些特殊系统中，例如水平单管顺流系统，只能在第一组散热器安装散热器温控阀，而用户又以调节客厅或主卧房间温度为主，也可采用远传型温控阀，将温度传感器置于客厅或主卧内采集其温度进行调节。,恒温控制器又可根据其温包所充感温介质的不同进行分类，大致可分为以下四类,（1）蒸气温包式。 温包内所填充的介质为一种低沸点液体，当外界温度升高时，部分液体汽化为气体，温包体积增大推动阀杆，关小阀门开度，减小进散热器进水流量，当外界温度降低时，部分气体又液化为液体，温包体积减小，阀门开度增大从而增大散热器进水流量。此温包内感温介质经常处于一气液混合状态，起优点是作用时间迅速，但对温包密封要求非常严格，目前在国内应用很少。,（2）液态温包式。 温包内填充的感温介质为特殊的液体，一般为甲醇或甲苯等。此种温包体积较大，作用时间较短，目前在国内应用较为广泛。 （3）固态温包式。 温包内填充的