哈工大供热工程热水网路的水力计算及水压图PPT课件

精品课件 1 供热工程第九章 热水网路的水力计算及水压图 精品课件 2 概述 1 热水网路水力计算 1 主要任务 按已知的热媒流量G和压力损失 P 确定管道的直径d 按热媒流量G和管道直径d 计算管道的压力损失 P 按已知管道直径d和允许压力损失 P 计算或校核管道中的流量G 2 意义 根据热水网路水力计算成果 确定网路各管段的管径 确定网路循环水泵的流量和扬程 在网路水力计算基础上绘出水压图 3 水力计算方法 精品课件 3 2 水压图 1 意义可以确定管网与用户的连接方式 选择网路和用户的设备和自控措施 还可进一步对网路工况 亦即对网路热媒的流量和压力状况进行分析 从而掌握网路中热媒流动的变化规律 2 绘制方法 3 典型水力工况分析 精品课件 4 9 1热水网路水力计算基本公式 一 基本公式1 沿程阻力RL比摩阻 达西公式 式中 管内流速m s d 管道内径m 流体密度kg m3 摩擦系数 精品课件 5 式中流速代入后得 Pa m式中G 管内流量kg h 对于室外热网 流量较大 一般以t h表示 则上式可以改写为 Pa m 9 1 式中流量G单位为t h 精品课件 6 由于室外热网流态一般处于阻力平方区 其摩擦系数可以表示为 0 11 K d 0 25 绝对粗糙度K 0 5mm 0 0005m 值代入式 9 1 得到 Pa m 9 2 m 9 3 t h 9 4 精品课件 7 2 局部阻力基本公式采用当量长度法计算 于是有 代入m 9 5 估算时 m 9 6 式中 局部阻力当量长度百分比 查附录 9 3 精品课件 8 二 计算条件不同时对公式的修正 1 K值不同的修正 1 对比摩阻R的修正依式 9 2 R与K0 25成正比 Rs KS Kb 0 25Rb mRb 2 对当量长Ld的修正依式 9 5 Ld与K0 25成反比 Lds Kb KS 0 25Ldb Ldb 精品课件 9 2 值不同的修正 1 对比摩阻R的修正依式 9 2 R与 成反比 Rs b S Rb 2 对流速 的修正 与 成反比 s b S b 3 对管径d的修正依式 9 3 d与 0 19成反比 ds b S 0 19db重要说明 当采用公式 9 2 9 3 9 4 计算时可避免查表修正的麻烦 精品课件 10 9 2热水网路水力计算方法和例题 一 水力计算条件平面布置图 含管道附件 用户热负荷热媒设计温度二 水力计算方法当量长度法其中R查附表9 1 Ld查附表9 2 精品课件 11 三 计算步骤 1 确定各管段流量G 0 86Q tg th 10 3KW 9 7 2 确定热网主干线及其平均比摩阻RP主干线 平均比摩阻最小的一条管线 通常是热源至最远用户的管线 经济比摩阻 一定年限内管网基建投资与运营费用之和最小时的比摩阻推荐比摩阻 CJJ34 2002城市热力网设计规范推荐主干线平均比摩阻取30 70Pa m对于间接连接该值可以再大一些 精品课件 12 3 依管段流量G 平均比摩阻Rp查表9 1确定管径d 并查出在该管径条件下的比摩阻R 流速 4 依管径d和附件设置查附表9 2得出局部阻力当量长度Ld和LZh5 计算各管段阻力损失RLZh并主干线总阻力损失RLZh6 按并联环路阻力相等的原则计算各分支管线分支管线平均比摩阻Rp H L 1 Pa m 9 8 精品课件 13 上式中H 分支线资用压头PaL 分支线管长m 当量长度百分比利用公式计算的限制条件 3 5m s D 400mm R 300Pa m D mm 阻力无法平衡时 可以在用户入口安装调压装置流量调节阀或节流孔板节流孔板孔径计算 mm式中G 计算流量t hH 剩余压头mH2O 精品课件 14 精品课件 15 四 例题 例题9 1 某厂区热水供热系统 其网路平面布置见图 各管段的长度 阀门及方形补偿器的布置 网路的计算供水温度130 计算回水70 用户E F D的设计热负荷分别为3 518 2 513和5 02GJ h 热用户内部的阻力损失为P 5 lO5Pa 试进行该热水网路的水力计算 精品课件 16 解 1 计算流量1GJ h 1000 3 6KW用户EGE 0 86 3 518 1000 3 6 14t h 用户FGF 0 86 2 513 1000 3 6 10t h 用户DGD 0 86 5 025 1000 3 6 20t h 各管段流量 GCD 20t h GBC 30t h GAB 44t h 2 依据各管段流量以及推荐的主干线平均比摩阻30 70查附表9 1 详细的计算结果见水力计算表 精品课件 17 热水网路水力计算表 精品课件 18 9 3水压图的基本概念 水压图 描述热网管道中压力状况的曲线 定义 热水供热系统中用以表示热源和管道的地形高度 用户高度以及热水供热系统运行和停止工作时系统各点测压管水头高度的图形 精品课件 19 一 水压图的理论依据伯努里方程 P1 Z1 g 12 2 P2 Z2 g 22 2 P1 2PaP1 g Z1 12 2g P2 g Z2 22 2g H1 2m忽略 12 2g 22 2g 12 22 2g测压管水头差 H1 2 P1 g Z1 P2 g Z2 令 HP P g Z 则可以得到 H1 2 HP HP2m 9 9 精品课件 20 二 水压图的作用 1 可以确定任意一点的压力 压头 值P g HP Z2 可以表示出各管段的压力损失值 H1 2 HP HP23 依水压线坡度 可以确定管段的比压降比压降 单位管长的压力降H H L4 网路上任意一点固定后 其他各点压力均为已知 三 水压图的实质网路上管道各点测压管水头高度的连线 精品课件 21 四 室内热水供热系统水压图 1 膨胀水箱接在回水管上2 膨胀水箱接在供水管上 精品课件 22 3 压力分析 1 回水定压静止时A点压力PA g JAB点压力PB g JB由图可知JA JB 显然PA PB运行时A点压力PA g A AB点压力PB g B B由图可知A A B B 显然PA PB 运行时 水从压力低处B流向压力高处A B处的水头高于A处的水头 精品课件 23 2 供水定压F点压力PF g F O FO 0B点压力PB g B A BA 0运行时管段FB的压力均 0 FB段产生了负压 负压产生条件 Hjc HCB水箱安装位置低干管CB管道长 管径小 阻力大解决办法 提高水箱安装位置增大干管CB管径 减小管长 精品课件 24 9 4热水网路水压图 意义 热水网路上的许多热用户 对供水温度和压力要求各有不同 且所处的地势高低不一 因此 在设计阶段必须通过水压图对整个网路的压力状况进行全面考虑 统一协调 在运行中 通过网路的实际水压图 可以全面地了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况 从而采取必要的技术措施 保证安全运行 此外 各个用户的连接方式以及整个供热系统的设备和自控调节装置 都要根据网路的压力分布或其波动情况来选定 即需要以水压图作为这些工作的决策依据 精品课件 25 一 制定水压图的基本要求 1 不超压在直接连接的用户系统内 压力不应超过用热设备及其管道构件的承压能力 如供暖用户系统一般常用的柱形铸铁散热器 其承压能力为4bar 因此 作用在该用户系统最底层散热器的表压力 无论在网路运行或停止运行时都不得超过4bar 2 不汽化在高温水网路和用户系统内 水温超过100 的地方 热媒压力不低于该水温下的汽化压力 精品课件 26 3 不倒空直接连接的用户系统 无论在网路循环水泵运转或停止工作时 其回水管出口处的压力 必须高于用户系统的充水高度 4 不吸气网路回水管内任何一点的压力 都应比大气压力至少高出5mH2O 以免吸入空气 5 保证循环在热网的热力站或用户引入口处 供 回水管的资用压差 应满足热力站或用户所需的作用压头 精品课件 27 二 水压图的绘制过程 精品课件 28 1 选基准面 线 建立坐标系一般以网路循环水泵的中心线的高度为基准面 横坐标表示管线拉直的长度 纵坐标表示管线沿程地形高 用户高 水头高2 在坐标系下绘制管线拉直的平面图3 在坐标系中沿管线走向绘制纵断地形线 标出各用户位置 标高 4 选定静水压线静水压线是网路循环水泵停止工作时 网路上各点的测压管水头的连接线 它是一条水平的直线 静水压线的高度必须满足下列的技术要求 精品课件 29 1 最高位置 不超压直接连接用户系统 底层散热器所承受的静水压力应不超过散热器的承压能力 2 最低位置不汽化 不倒空直接连接的用户系统内 不会出现汽化或倒空 全部用户最高位置不超压40 7 33m 最低位置不汽化 不倒空30 6 36m 此时用户3底层超压36 5 41m不考虑用户2最低位置 16 2 4 6 19 6 最高位置40 7 33m 考虑富裕量3 4m 最终取定静压线高为19 6 3 4 23m 除用户2采用间接连接外 其它用户系统都可采用比较简单而造价低的直接连接方案 精品课件 30 5 确定回水管动压线原则 最低位置不吸气 不倒空 最高位置不超压 满足上述原则时取最低的 具体的绘制方法 从定压点开始 按各回水管段计算阻力损失绘制 6 确定供水管动压线原则 最低位置不汽化 保证循环 无最高位置限制 具体的绘制方法 确定最远用户的资用压力后 按各供水管段计算阻力损失绘制 精品课件 31 用户资用压力的确定 一般直连散热器用户1 2mH2O大型直连散热器用户2 5mH2O水 水换热器间连用户3 8mH2O水喷射器用户8 12mH2O热源予留10 15mH2O最终绘制的水压图见图 最高压力72mH2O 循环水泵扬程72 23 49mH2O 精品课件 32 精品课件 33 三 用户工况分析 精品课件 34 1 用户1 低温水供暖热用户由110 70 水与回水混合后进入用户 从水压图可见 循环水泵停运时 静水压线对用户1最低的压力为23 1 22m满足不超压要求 系统充水高度为19m 静压线高23m 满足不倒空要求 110 水汽化压力为4 6m 远低于静压线23m 用户设计水温95 70 不存在汽化问题 运行时 用户最低点压力为35 1 2 34m 40m 不超压 回水管压力35m 大于充水高度19 不倒空 供回水压差45 35 10m 可以保证足够的循环作用压力 精品课件 35 连接方式 水喷射泵连接 图9 7a 喷射泵工作压力 HP 45 36 9m 用户损失 Hj 36 35 1m 混水泵连接 图9 7b 阀门节流 HF 45 38 7m用户损失 Hj 38 35 3m 精品课件 36 2 用户2 低温水供暖热用户由110 70 水通过换热器间接连接后进入用户 从水压图可见 静水压线低于用户2的充水高度36m 用户必须采用间接连接 换热器连接 详见图9 7C 换热器一级网 加热 侧阀门节流 HF 45 39 6m换热器阻力损失 Hg 39 35 4m换热器二级网 被加热 侧用户阻力 Hj与二级网循环泵扬程 HB相等 即 HB Hj 精品课件 37 精品课件 38 直接连接 见图9 7d 在用户2的回水管上安装一个 阀前 压力调节阀 在供水管上安装止回阀 阀前压力调节阀的结构示意图见右图 当回水管的压力作用在阀瓣上的力超过弹簧的平衡拉力时 阀孔才能开启 弹簧的选用拉力要大干局部系统静压力3 5mH2O 当网路循环水泵停止运行时 弹簧的平衡拉力超过用户系统的水静压力 就将阀瓣拉下 阀孔关闭 它与安装在供水管上的止回阀一起将用户系统2与网路截断 精品课件 39 3 用户3 高温水供暖热用户 由110 70 直接进入用户 从水压图可见 循环水泵停运时 静水压线对用户3最低的压力为23 7 30m 满足不超压要求 系统充水高度为10m 汽化高度14 6m 静压线高23m 满足不倒空不汽化要求 运行时 用户最低点压力为35 7 42m 40m 已经超压 为保证正常运行 则应采取供水节流 回水加压的措施 精品课件 40 由图9 7d可以看出 供水节流 Hf 45 33 12m 用户阻力 Hj 33 29 4m 此时 外网回水管的压力为35m 29m 若不采取措施 则回水无法顺利回到外网 在回水管上增设加压泵 回水加压 HB 35 29 6m 除了上述措施之外 也可以采取其他措施解决超压问题 比如增加高压散热器等 精品课件 41 4 用户4 高温水供暖热用户110 70 水直接进入用户 从水压图可见 循环水泵停运时 静水压线对用户4最低的压力为23 2 25m满足不超压要求 系统充水高度为15m 汽化高度19 6m 静压线高23m 满足不倒空不汽化要求 运行时 用户最低点压力为35 2 37m 40m 不超压 回水管压力35m 大于充水高度19 不倒空 供回水压差45 35 10m 可以保证足够的循环作用压力 精品课件 42 四 热网循环水泵选择 循环水泵流量多种热用户的闭式热水供热系统应取各种热负荷的流量下的网路最大设计流量值 作为选择的依据 循环水泵扬程应不小于设计流量条件下热源 热网和最不利用户环路的压力损失之和 从水压图上 可以很方便的确定循环水泵的扬程 特别注意 循环水泵的扬程与建筑高度无关 精品课件 43 1 循环水泵的流量 扬程特性曲线在水泵工作点附近应比较平缓 水力工况发生变化时 扬程变化较小 一般单级水泵特性曲线较平缓 宜选用单级水泵 2 循环水泵的承压 耐温能力应与热网的设计参数相适应 循环水泵多安装在热网回水管上 循环水泵允许的工作温度 一般不应低于80 如安装在热网供水管上 则必需采用耐高温的R型热水循环水泵 3 循环水泵的工作点应在水泵高效工作范围内 精品课件 44 4 循环水泵的台数的确定 与热水供热系统所采用的供热调节方式有关 循环水泵的台数不得少于两台 其中一台备用 一般应选择单台运行 另设一台备用 当四台或四台以上水泵并联运行时 可不设置备用 系统采用分阶段改变流量质调节时 各阶段的流量和扬程不同 宜选用扬程和流量不等的泵组 以尽量节约电能 多种热负荷的热水供热系统 采用质量 流量调节方式时 宜选用变速水泵 以适应网路流量和扬程的变化 5 当多台水泵并联运行时 应绘制水泵和热网水力特性曲线 确定其工作点 进行水泵选择 精品课件 45 9 5补给水泵定压方式 一 补给水泵连续补水定压方式压力调节阀维持定压点压力恒定 网路压力升高 调节阀阀芯下移 阀孔减小 补水量减小 压力降低 网路压力降低 调节阀阀芯上移 阀孔增大 补水量增加 压力升高 特点 连续补水 水位稳定 但耗电较高 图9 9补给水泵连续补水定压示意图1 补给水箱 2 补给水泵 3 安全阀4 加热装置 锅炉或换热器 5 网路循环水泵 6一压力调节器 7 热用户 热 精品课件 46 二 补给水泵间歇补水定压电接点压力表控制补给水泵启 闭间歇补水的压力波动范围大约在5mH2O左