哈工大-供热工程-第9章_热水网路水力计算及水压图

1、供热工程 第九章热水网路的水力计算及水压图概述概述 1 1热水网路水力计算热水网路水力计算(1)(1)主要任务：主要任务：按已知的热媒流量按已知的热媒流量G G和压力损失和压力损失?P?P，确定管道的直径，确定管道的直径d d；按热媒流量按热媒流量G G和管道直径和管道直径d d，计算管道的压力损失，计算管道的压力损失?P ?P ；按已知管道直径按已知管道直径d d和允许压力损失和允许压力损失?P ?P ，计算或校核管道，计算或校核管道中的流量中的流量G G。(2)(2)意义：意义：根据热水网路水力计算成果，确定网路各管段的管径、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

2、的流量和扬程。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。在网路水力计算基础上绘出水压图。(3)(3)水力计算方法水力计算方法2.2.水压图水压图（1 1）意义）意义 可以确定管网与用户的连接方式，选择网路和用户的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。热媒流动的变化规律。（2 2）绘制方法）绘制方法（3 3）典型水力工况分析）典型水力工况分析9-1 热水网路水力计算基

3、本公式热水网路水力计算基本公式一、基本公式一、基本公式1.1.沿程阻力沿程阻力RLRL比摩阻（达西公式）比摩阻（达西公式）式中式中 - - 管内流速管内流速 m/s;m/s; d d 管道内径管道内径 m;m; - - 流体密度流体密度 kg/mkg/m3 3; ; - - 摩擦系数摩擦系数22dR ZRLP式中流速式中流速 代入代入后得：后得： Pa/mPa/m式中式中G-G-管内流量管内流量 kg/h,kg/h,对于室外热网，流量较大，一般对于室外热网，流量较大，一般以以t/ht/h表示，则上式可以改写为：表示，则上式可以改写为： Pa/m Pa/m （9-1 9-1 ）式中流量式中流量G

4、 G单位为单位为t/ht/h。2290043600dGdGFG5281025. 6dGR5221025. 6dGR由于室外热网流态一般处于阻力平方区，其摩擦系数可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以表示为 =0.11=0.11（K/ dK/ d）0.250.25, ,绝对粗糙度绝对粗糙度K=0.5mmK=0.5mm=0.0005 m, =0.0005 m, 值代入式（值代入式（9-19-1）得到：）得到： Pa/m (9-2)Pa/m (9-2) m (9-3) m (9-3) t/h (9-4) t/h (9-4)25. 5225. 031088. 6dGKR19. 0

5、381. 00476. 0)(387. 0RGKd125. 0625. 25 . 0)(06.12KdRG2.2.局部阻力局部阻力基本公式基本公式采用当量长度法计算：采用当量长度法计算：于是有：于是有： 代入代入 m m （9-59-5）估算时，估算时， m m (9-6)(9-6)式中式中 - -局部阻力当量长度百分比局部阻力当量长度百分比 % % 查附录（查附录（9-39-3）dRLZ22Z22dLd22dLd25. 0)(11. 0dK25. 025. 11 . 9KddLd jdLLj二、计算条件不同时对公式的修正二、计算条件不同时对公式的修正n1.K值不同的修正n（1）对比摩阻）对比

6、摩阻R的修正的修正n 依式（依式（9-2）R与与K0.25成正比：成正比：Rs=(KS/Kb)0.25 Rb =mRbn（2）对当量长）对当量长L d的修正的修正n 依式（依式（9-5） L d与与K0.25成反比：成反比：Lds=(Kb/KS)0.25 L db n =Ldbn2. 值不同的修正n（1）对比摩阻）对比摩阻R的修正的修正n依式（依式（9-2）R与与成反比：成反比：Rs=(b/S) Rbn（2）对流速）对流速的修正的修正n与与成反比：成反比： s s= = (b/S) b bn（3）对管径）对管径d的修正的修正n依式（依式（9-3）d与与0.190.19成反比：成反比：ds=(b

7、/S)0.19 dbn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n 9-2 热水网路水力计算方法和例题热水网路水力计算方法和例题n一、水力计算条件 n平面布置图（含管道附件）平面布置图（含管道附件）n用户热负荷用户热负荷 n热媒设计温度热媒设计温度n二、水力计算方法 n当量长度法当量长度法n其中其中R查附表查附表9-1，Ld查附表查附表9-2ZhddRLLLRRLRLP)(三、计算步骤三、计算步骤n1.确定各管段流量n G=0.86Q/（tg-th） 10-3 KW (9-7)n2.确定热网主干线及其平均比摩阻RPn主干线：平均比摩阻最小的一条管线，通

8、常是热源至最：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。远用户的管线。n经济比摩阻：一定年限内管网基建投资与运营费用之和：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最小时的比摩阻n推荐比摩阻：CJJ34-2002城市热力网设计规范推荐城市热力网设计规范推荐n主干线平均比摩阻取主干线平均比摩阻取30-70Pa/mn对于间接连接该值可以再大一些。对于间接连接该值可以再大一些。n3.依管段流量依管段流量G、平均比摩阻、平均比摩阻Rp查表查表9-1确定管径确定管径d，并查出在该管径条件下的比摩阻并查出在该管径条件下的比摩阻R、流速、流速n4.4.依管径依管径d和附件设置查附表和附件

9、设置查附表9-2得出局部阻力当量长得出局部阻力当量长度度Ld和和LZhn5.计算各管段阻力损失计算各管段阻力损失RLZh并主干线总阻力损失并主干线总阻力损失 RLZhn6.按并联环路阻力相等的原则计算各分支管线按并联环路阻力相等的原则计算各分支管线n分支管线平均比摩阻分支管线平均比摩阻n Rp= H/L(1+ ) Pa/m (9-8) jn上式中上式中 H-分支线资用压头分支线资用压头 Pan L-分支线管长分支线管长 mn -当量长度百分比当量长度百分比n利用公式计算的限制条件：利用公式计算的限制条件：?3.5m/s(D?400mm)?3.5m/s(D?400mm)n R ?300Pa/m(

10、D?mm)?300Pa/m(D?mm)n阻力无法平衡时，可以在用户入口安装调压装置阻力无法平衡时，可以在用户入口安装调压装置n流量调节阀或节流孔板流量调节阀或节流孔板n节流孔板孔径计算节流孔板孔径计算: : mmmmn式中式中 G-G-计算流量计算流量 t/ht/hn H- H-剩余压头剩余压头 mHmH2 2O Oj4210HGd四、例题四、例题n 【例题【例题91】某厂区热水供热系统，其网路平面布置】某厂区热水供热系统，其网路平面布置见图见图(各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置各管段的长度、阀门及方形补偿器的布置) 。网。网路的计算供水温度路的计算供水温度130，计算回水，计算回水70。

11、用户。用户E、F、D的设计热负荷分别为的设计热负荷分别为3.518、2.513和和5.02GJh。热用户内部的阻力损失为热用户内部的阻力损失为 P=5lO5Pa。试进行该热。试进行该热水网路的水力计算。水网路的水力计算。n解：解：1.计算流量计算流量n1GJ/h=1000/3.6KWn用户用户E GE=0.863.5181000/3.6=14t/h;n用户用户F GF=0.862.5131000/3.6=10t/h;n用户用户D GD=0.865.0251000/3.6=20t/h;n各管段流量：各管段流量：GCD=20t/h；GBC=30t/h；GAB=44t/h。n2.依据各管段流量以及推

12、荐的主干线平均比摩阻依据各管段流量以及推荐的主干线平均比摩阻30-70查附表查附表9-1，详细的计算结果见水力计算表，详细的计算结果见水力计算表 热水网路水力计算表热水网路水力计算表2.0 3.0 26.82.0 3.0 26.814 70 70 278.5 1.09 18.6 88.6 2467510 80 70 142.2 0.78 18.6 98.6 14021 BE CFRPBE=（12140+14627）/70（1+0.6）=239RPCF=14627/80（1+0.6）=114.27 Pa/m支支线线2.24 315.4 4.4 0.44 312.51.65 3.3 0.33 39

13、.844 200 150 44.8 0.72 48.44 248.44 1113030 180 125 54.6 0.71 42.43 222.34 1214020 150 100 79.2 0.74 34.68 184.68 14627ABBCCD局部阻力当量长度（局部阻力当量长度（m）阀门阀门 三通三通 变径变径 补偿补偿G L d R Ld LZh H (t/h)(m)(mm)(Pa/m)(m/s) (m) (m) (Pa)管管段段9-3 水压图的基本概念水压图的基本概念n水压图：描述热网管道中压n力状况的曲线。n定义：热水供热系统中用以n表示热源和管道的地形高度、n用户高度以及热水供热

14、系统n运行和停止工作时系统各点n测压管水头高度的图形。n一、水压图的理论依据n伯努里方程：nP1+Z1 g+1 12 2/2=P2+Z2g+2 22 2/2+P1-2 PanP1 /g+Z1+1 12 2/2g=P2/g +Z2 +2 22 2/2g+H1-2 mn忽略忽略1 12 2/2g-2 22 2/2g= （1 12 2-2 22 2 ）/2gn测压管水头差测压管水头差H1-2 =（ P1 /g+Z1）-（P2/g +Z2 ）n令：令：HP=P/g+Z，则可以得到：，则可以得到：n H1-2=HP-HP2 m (9-9)二、水压图的作用二、水压图的作用n1.可以确定任意一点的压力（压头

15、）值可以确定任意一点的压力（压头）值 P/g=HP-Zn2.可以表示出各管段的压力损失值可以表示出各管段的压力损失值 H1-2=HP-HP2 n3.依水压线坡度，可以确定管段的比压降依水压线坡度，可以确定管段的比压降n 比压降：单位管长的压力降比压降：单位管长的压力降H=H/Ln4.网路上任意一点固定后，其他各点压力均为已知。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n网路上管道各点测压管水头高度的连线。网路上管道各点测压管水头高度的连线。四、室内热水供热系统水压图四、室内热水供热系统水压图n1.膨胀水箱接在回水管上 2.膨胀水箱接在供水管上3.压力分析压力分析n （1）回水

16、定压）回水定压n 静止时静止时A点压力点压力PA/g=JAn B 点压力点压力PB/g=JBn 由图可知由图可知 JA JB，显然，显然n PA PB 运行时运行时A点压力点压力PA/g=AAn B 点压力点压力PB/g=BBn 由图可知由图可知 AA BB，显然，显然n PA PB 。运行时，水从压力低。运行时，水从压力低n 处处B流向压力高处流向压力高处A。n B处的水头高于A处的水头。 n （2）供水定压n F点压力点压力PF/g=FO-FO=0n B点压力点压力PB/g=BA-BA0n 运行时管段运行时管段FB的压力均的压力均0n （FB段产生了负压）段产生了负压）n 负压产生条件：H

17、jcHCBn 水箱安装位置低水箱安装位置低n 干管干管CB管道长、管径小、管道长、管径小、n 阻力大阻力大n 解决办法：提高水箱安装位置：提高水箱安装位置n 增大干管增大干管CB管径、减小管长管径、减小管长n 9-4 热水网路水压图热水网路水压图n意义： 热水网路上的热水网路上的许多热用户，对，对供水温度和压力要求各有不同，且所处的各有不同，且所处的地势高低不一。因此，在设不一。因此，在设计阶段必须计阶段必须通过水压图对整个网路的压力状况进行全对整个网路的压力状况进行全面考虑，面考虑，统一协调 。n在运行中，在运行中，通过网路的实际网路的实际水压图，可以，可以全面地了解整个系统在调节过程中或出

18、现故障时的整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况，从，从而采取必要的技术措施，保证安全运行。而采取必要的技术措施，保证安全运行。n 此外，各个用户的此外，各个用户的连接方式以及整个供热系统的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，都要根据网路的压力分布或其波动情况来选定，即需要动情况来选定，即需要以水压图作为这些工作的作为这些工作的决策依据。一、制定水压图的基本要求一、制定水压图的基本要求n 1.不超压 在直接连接的用户系统内，压力不应超过用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热设备及其管道构件的承压能力。如供暖

19、用户系统一般常用的柱形铸铁散热器，其承压能力为常用的柱形铸铁散热器，其承压能力为4bar ，因此，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运行或停止运行时都不得超过4bar 。n2.不汽化 在高温水网路和用户系统内，水温超过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的地方，热媒压力不低于该水温下的汽化压力。汽化压力。n 水温() 100 110 120 130 140 150 汽化压力(mH2O) 0 4.6 10.3 17.6 26.9 38.6n3.不倒空 直接连接的用户系

20、统，无论在网路循环水泵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。于用户系统的充水高度。n4.不吸气 网路回水管内任何一点的压力，都应比大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压力至少高出5mH5mH2 2O O，以免吸入空气。，以免吸入空气。n5.保证循环 在热网的热力站或用户引入口处，供、回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水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压头。头。二、水压图的绘制过程二、水压图的绘制过程n1.

21、选选基准面（线）建立（线）建立 坐标系坐标系n一般一般以网路循环水泵的中心线的高度为基准面，横坐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、标表示管线拉直的长度；纵坐标表示管线沿程地形高、n用户高、水头高用户高、水头高n2.在坐标系下绘制管线拉直的在坐标系下绘制管线拉直的平面图n3.在坐标系中沿管线走向绘制在坐标系中沿管线走向绘制纵断地形线，标出各，标出各用户位置、标高。n4.选定选定静水压线 静水压线是网路循环水泵停止工作时，静水压线是网路循环水泵停止工作时，网路上各点的测网路上各点的测压管水头的连接线。它是一条水平的压管水头的连接线。它是一条水

22、平的直线。静水压线的高度必须满足下列的直线。静水压线的高度必须满足下列的技术要求： n(1) 最高位置：不超压最高位置：不超压 直接连接用户系统，底层散热直接连接用户系统，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。器所承受的静水压力应不超过散热器的承压能力。n(2)最低位置最低位置 不汽化、不倒空不汽化、不倒空 直接连接的用户系统内，直接连接的用户系统内，不会出现汽化或倒空。不会出现汽化或倒空。n全部用户全部用户 最高位置不超压最高位置不超压 40-7=33m ;n 最低位置不汽化、不倒空最低位置不汽化、不倒空 30+6=36m,此此时用户时用户3底层超压底层超压36-（-5）=41

23、mn不考虑用户不考虑用户2 最低位置（最低位置（16-2)+4.6=19.6，最高位，最高位置置40-7=33m ，考虑富裕量，考虑富裕量3.4m，最终取定静压线，最终取定静压线高为高为n19.6+3.4=23m。n除用户除用户2采用间接连接外，其它用户系统都可采用比采用间接连接外，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。较简单而造价低的直接连接方案。n5.确定确定回水管动压线n原则：最低位置不吸气、不倒空；最高位置不超压。最低位置不吸气、不倒空；最高位置不超压。n满足上述原则时取最低的。满足上述原则时取最低的。n具体的绘制方法：从定压点开始，按各回水管段计算具体的绘制方法：从定压

24、点开始，按各回水管段计算阻力损失绘制。阻力损失绘制。n6.确定确定供水管动压线n原则：最低位置不汽化、保证循环；无最高位置限制。最低位置不汽化、保证循环；无最高位置限制。n具体的绘制方法：确定最远用户的资用压力后，按各具体的绘制方法：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。供水管段计算阻力损失绘制。n用户资用压力的确定：n一般直连散热器用户一般直连散热器用户 1-2mH2On大型直连散热器用户大型直连散热器用户 2-5mH2On水水-水换热器间连用户水换热器间连用户 3-8mH2O n水喷射器用户水喷射器用户 8-12mH2On热源予留10-15mH2On最终绘制的水压图见图，

25、最高压力最终绘制的水压图见图，最高压力72mH2O，循环水，循环水泵扬程泵扬程72-23=49mH2O三、用户工况分析三、用户工况分析1.用户用户1n低温水供暖热用户n由110/70水与回水混合后进入用户。n从水压图可见，循环水泵停运时，静水压线对用户从水压图可见，循环水泵停运时，静水压线对用户1最最低的压力为低的压力为23-1=22m满足不超压要求；系统充水高度满足不超压要求；系统充水高度为为19m,静压线高静压线高23m，满足不倒空要求，满足不倒空要求; 110 水汽水汽化压力为化压力为4.6m，远低于静压线，远低于静压线23m，用户设计水温，用户设计水温95/70 不存在汽化问题。不存在

26、汽化问题。n运行时，用户最低点压力为运行时，用户最低点压力为35+1-2=34m40m,已经超压。为保证正常运行，则应采取供水节流、回已经超压。为保证正常运行，则应采取供水节流、回水加压的措施。水加压的措施。n n由图由图9-7d可以看出：可以看出：供水节流Hf=45-33=12m,n用户阻力用户阻力Hj=33-29=4m.n此时，外网回水管的压力为此时，外网回水管的压力为35m29m,若不采取措施，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。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.n除了上述措施之外，也可以采取其他措施解决超压问除了上述措

27、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。题，比如增加高压散热器等。4.用户用户4n高温水供暖热用户n110/70水直接进入用户。n从水压图可见，循环水泵停运时，静水压线对用户从水压图可见，循环水泵停运时，静水压线对用户4最低最低的压力为的压力为23-（-2）=25m满足不超压要求；系统充水高满足不超压要求；系统充水高度为度为15m、汽化高度、汽化高度19.6m，静压线高，静压线高23m，满足不倒，满足不倒空不汽化要求空不汽化要求; n运行时，用户最低点压力为运行时，用户最低点压力为35-（ -2 ）=37m40m,不不超压超压;n回水管压力回水管压力35m，大于充水高度，

28、大于充水高度19，不倒空。，不倒空。n供回水压差供回水压差45-35=10m，可以保证足够的循环作用压力。，可以保证足够的循环作用压力。 四、热网循环水泵选择四、热网循环水泵选择n循环水泵流量n多种热用户的闭式热水供热系统应多种热用户的闭式热水供热系统应n取各种热负荷的流量下的网路最大设计流量值，作为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。选择的依据。n 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。路的压力损失之和。n从水压图上，可以很方便的确定循环水泵的扬程。从水压图上，可以很方便的确定循环水泵

29、的扬程。n特别注意：循环水泵的扬程与建筑高度无关n 1循环水泵的流量循环水泵的流量-扬程特性曲线在水泵工作点附近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。般单级水泵特性曲线较平缓，宜选用单级水泵。n 2循环水泵的承压、耐温能力应与热网的设计参数循环水泵的承压、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，一般不应低于许的工作温度，一般不应低于80。如安装在热网供水。如安装在热网供水管

30、上，则必需采用耐高温的管上，则必需采用耐高温的R型热水循环水泵。型热水循环水泵。n 3循环水泵的工作点应在水泵高效工作范围内。循环水泵的工作点应在水泵高效工作范围内。n n4循环水泵的台数的确定，与热水供热系统所采用的供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。热调节方式有关。n循环水泵的循环水泵的台数不得少于两台（其中一台备用）。一般应台数不得少于两台（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。联运行时，可不设置备用。n系统采用分阶段改变流量质调节时各阶段的流量和扬程系

31、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；不同，宜选用扬程和流量不等的泵组。以尽量节约电能；n多种热负荷的热水供热系统，采用质量多种热负荷的热水供热系统，采用质量-流量调节方式时，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。宜选用变速水泵，以适应网路流量和扬程的变化。n 5当多台水泵并联运行时，应绘制水泵和热网水力特性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。曲线，确定其工作点，进行水泵选择。9-5补给水泵定压方式补给水泵定压方式n一、补给水泵连续补水定压方式n 压力调节阀维持定压点压力

32、压力调节阀维持定压点压力恒恒 n 定。网路压力升高，调节阀阀定。网路压力升高，调节阀阀n 芯下移，阀孔减小，补水量减芯下移，阀孔减小，补水量减 n 小，压力降低；小，压力降低；n 网路压力降低，调节阀阀芯上网路压力降低，调节阀阀芯上n 移，阀孔增大，补水量增加，移，阀孔增大，补水量增加，n 压力升高。压力升高。n 特点：连续补水，水位稳定，特点：连续补水，水位稳定，n 但耗电较高。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n 二、补给水泵间歇补水定压n 电接点压力表控制补给水泵启、闭电接点压力表控制补给水泵启、闭n 间歇补水的压力波动范围大约在间歇补水的压力波动范围大约在 n 5mH2O左右。左右。n 特点：节约电能，压力不稳定，特点：节约电能，压力不稳定，n 频繁启动，触点易磨损。频繁启动，触点易磨损。n 适用：规模不大、水温不高、漏适用：规模不大、水温不高、漏n 水量较小的系统水量较小的系统三、补水定压点设在旁通管处的定压方式。三、补水定压点设在旁通管处的定压方式。n 静压线不变，由压力调节阀静压线不