《供热工程》第九章热水网路的水力计算和水压图

第九章热水网路的水力计算和水压图本章重点及难点热水网路水力计算的基本公式。水压图的基本概念。热水网路的水力计算水压图的绘制。热水网路水力计算的主要任务

1、按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；

2、按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；

3、按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量。热水网路水力计算的主要目的（1）根据热水网路水力计算给果，绘制热水供热管网的水压图。确定热水供热系统的最佳运行工况。（2）根据热水供热管网的水压图，合理选择用户系统与供热管网的连接方式及用户入口装置。（3）根据热水网路水力计算结果，合理选择热水供热系统循环水泵的流量和扬程。

（

4）根据热水供热管网水压图，合理选择补水泵及中继加压泵。第一节热水网路水力计算的基本公式九一每米长的沿程损失、管径和水流量的关系热水网路水流速度大于0.5m/s，流动状态处于阻力平方区，有：代入上式可得：为了简化计算，通常利用水力计算图表进行计算九一不同当量绝对粗糙度时比摩阻修正密度不同时速度与比摩阻修正热水网路局部损失：当量长度：当量长度的修正：九一修正比摩阻修正

速度修正

管径修正

当量长度修正九一采用当量长度法进行水力计算时，

热水网路中管段的总压降为：进行估算时局部阻力的当量长度可按照管道实际长度的百分数来计算九一第二节热水网路水力计算

方法和例题九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤1．确定热热水网路路中各个个管段的的计算流流量供热管道道各个管管段的计计算流量量是该管管段所负负担的各各个用户户的设计计流量之之和，管段的的计算流流量用来来确定各各管段直直径及其其阻力损损失。热热水网路路的热水水用户很很多，各各用户的的用热时时间不一一。因此此在确定定热水网网路的干干线、支支线的计计算流量量时，也也应有所所区别。。一般是是热水网网路主干干线的计计算流量量按热水水供应的的平均小时时热负荷荷来计算；；热水网网路支线线的计算算流量，，如用户户有蓄水水箱时，，按平均均小时热热负荷来来计算；；如无蓄蓄水箱的的用户则则按最大大小时热热负荷来来计算。。当热水网网路采用用质—量调节时时，应采采用各种种热负荷荷在不同同室温下下的网路路总流量量曲线叠叠加得出出的最大大流量值值作为设设计流量量。当热水网网路有夏夏季制冷冷热负荷荷时，应应计算供供暖期和和供冷期期热网流流量并取取较大值值作为热热水网路路的设计计流量。。九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤2．确定热热水网路路的主干干线及其其沿程比比摩阻.热水网路路水力计计算是从从主干线线开始计计算。网网路中平均比摩摩阻最小小的一条管管线，称称为主干干线。在一般情情况下，，热水网网路各用用户要求求预留的的作用压压差是基基本相等等的，所所以通常常从热源源到最远远用户的的管线是是主干线线。九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤主干线的的平均比比摩阻R值，对确确定整个个管网的的管径起起着决定定性作用用。热水水网路主主干线的的比摩阻阻，通常常是通过过技术经经济分析析的方法法来确定定。由式式（8-2）可以看看出，当当管段的的通过能能力一定定时，管管段的比比摩阻与与管道直直径d的5.25次方成反反比。即即管径增增大，将将使该管管段比摩摩阻减小小，而比比摩阻减减小，会会使热水水网路的的阻力损损失减小小，因而而循环水水泵的功功率减小小，经常常运行费费用也减减少。但但供热管管道直径径增大，，将使供供热管网网的建设设投资增增加。九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤如选用的的R值较大，，热媒流流速就高高，需要要的管径径越小，，因而降降低了管管网的基基建投资资和热损损失，但但网路循循环水泵泵的基建建投资和和电耗随随之增加加。应该该指出，，如将比比摩阻R值增大一一倍，供供热管道道管径d只能减小小12％，而电电能费用用却要增增加100％。同时时，比摩摩阻R值的大小小，除了了影响供供热管网网的建设设投资和和运行费费用外，，还影响响供热管管网水力力工况的的稳定性性。比摩摩阻R值增大，，供热管管网的水水力稳定定性将下下降。九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤3．根据网网路主干干线各管管段的计计算流量量和初步步选用的的平均比比摩阻R值，确定定主干线线各管段段的标准准管径和和相应的的实际比比摩阻。。4．根据选选用的标标准管径径和管段段中局部部阻力的的形式查查表,确定各管管段局部部阻力的的当量长长度总和和，以及及管段的的折算长长度。。九二热水网路路水力计计算的方方法及步步骤5．根据管管段的折折算长度度以及由由表查到到的比摩摩阻，计计算主干干线各管管段的总总比降。。6．主干线线水力计计算完成成后，便便可进行行热水网网路支干干线、支支线等水水力计算算。九二第三节水水压压图的基基本概念念通过室内内热水供供暖系统统和热水水网路水水力计算算的阐述述，可以以看出：：水力计计算只能能确定热热水管道道中各管管段的压压力损失失(压差)值，但不能确定定热水管管道上各各点的压压力(压头)值。九三第三节水水压压图的基基本概念念九三伯努利方方程：1.利用水压压曲线可可以确定定管道中中任何一一点的压压力（压压头）值值。2.可以表示示处各管管段的压压力损失失值。3.根据水压压曲线的的坡度，，可以确确定管段段的单位位管长的的平均压压降的大大小。4.只要已知知或者固固定管路路上任意意一点的的压力则则管路中中其他各各点的压压力也就就已知或或者固定定了。九三室内热水水供暖的的水压图图设有—机械循环热水供暖暖系统(图9—4)，膨胀水箱1连接在循环水泵2进口侧O点处。如设其基准准面为O—O，并以纵坐标代表表供暖系统的高度度和测压管水头的的高度，横坐标代代表供暖系统水平平干线的管路计算算长度；利用前述述方法，可在此坐坐标系统内绘出供供暖系统供、回水水管的水压曲线和和纵断面图。这个个图组成了室内热热水供暖系统的水水压图。九三室内热水供暖的水水压图九三设膨胀水箱的水位位高度为j—j。如系统中不考虑虑漏水或加热时水水膨胀的影响，即即认为系统已处于于稳定状况，不再再发生变化，因而而在循环水泵运行行时，膨胀水箱的的水位是不变的。。O点处的压头(压力)就等于Hj(mH2O)。室内热水供暖的水水压图九三当系统未运行或系系统循环水泵停止止工作时，由于系系统中各点的能量量值相等，所以整整个系统的水压曲曲线呈一条水平线线。各点的测压管水头都相等等，其值为Hjo。但是系统中各点点的压力值不一定相等，系统统中A、B、C、D、E和O点的压头分别为HjA、HjB、HjC、HjD、HjE和Hjo（mH2O）。当系统停止工工作时的水压曲线线，称为静水压曲线。室内热水供暖的水水压图九三当系统运行时，由由于循环水泵驱动动水在系统中循环环流动，A点的测压管水头必必然高于O点的测压管水头，，其差值应为管段OA的压力损失值，由此可以确定A'点。根据系统水力力计算结果或运行行时的实际压力损损失，同理就可确确定B、C、D和E各点的测压管水头头高度，亦即B'、C'、D'和E'各点在纵坐标上的的位置。室内热水供暖的水水压图九三HA'j线代表回水干管的的水压曲线，线D'、C'、B'代表供水干管的水水压曲线。系统运运行时的水压曲线线，称为动水压曲线。HB'A'——水流经立管BA的压力损失；HD'C'B'——水流经供水管的压压力损失；HE'D'——从循环水泵出口侧侧到锅炉出水管段段的压力损失；HjE'——循环水泵的扬程。。室内热水供暖的水水压图九三HA'j线代表回水干管的的水压曲线，线D'、C'、B'代表供水干管的水水压曲线。系统运运行时的水压曲线线，称为动水压曲曲线。HB'A'——水流经立管BA的压力损失；HD'C'B'——水流经供水管的压压力损失；HE'D'——从循环水泵出口侧侧到锅炉出水管段段的压力损失；HjE'——循环水泵的扬程。。室内热水供暖的水水压图九三如将膨胀水箱连接接在热水供暖系统统的供水干管上，，此时，整个系统各点的压压力都降低了。同时，如供暖系系统的水平供水干干管过长，阻力损损失较大，则有可可能在干管上出现现负压。热水供热（暖）系系统水压曲线的位位置，取决于定压装置对系统施施加压力的大小和定压点的位置。室内热水供暖的水水压图采用膨胀水箱定压压的系统各点压力力，取决于膨胀水水箱安装高度和膨膨胀管与系统的连连接位置。从安全角度出发，，在机械循环热水水供暖系统中，应应将膨胀水箱的膨膨胀管连接在循环环水泵吸入口侧的的回水干管上。九三第四节热水网网络水压图通过绘制热水网路路的水压图，用以以全面地反映热网网和各热用户的压压力状况，并确定定保证使它实现的的技术措施。九四一、热水网路压力力状况的基本技术术要求（1）不超压。在与热水网路直直接连接的用户系系统内，必须保证证系统内任何一点点不发生实际压力力超过该用户系统统用热设备及管道道构件所能承受的的允许压力。如供供暖用户系统一般般常用的国产柱形形铸铁散热器，其其承压能力为4×105Pa（40mH2O）。因此，作用在在该用户系统最底底层散热器的表压压力，无论在网路路运行或停止运行行时都不应超过4×105Pa。九四一、热水网路压力力状况的基本技术术要求2）不汽化。在水温超过100℃的高温水供水管道道和用户系统内，，热媒压力都不低低于该水温下的汽汽化压力。从运行行安全角度考虑，，《热网规范》规定，除了满足上上述要求外还应留留有30～50kPa富裕量，以防止高高温水汽化。九四水温/℃100110120130140150汽化压力/mH2O04.610.317.626.938.6一、热水网路压力力状况的基本技术术要求（3)不倒空。与热水网路直接接连接的用户系统统，无论系统运行行与否，其用户系系统回水管出口处处的压力，必须高高于用户系统的充充水高度，以免系系统倒空吸入空气气，破坏正常运行行和腐蚀管道。网网路回水管内任何何一点的压力，都都应比大气压力高高，不低于50kPa。九四一、热水网路压力力状况的基本技术术要求(4)提供给用户足够的的资用压力。在热水网路的热热力站或用户引入入口处，供、回水水干管之间必须有有足够的资用压差差，满足热力站或或用户系统克服内内部阻力所需的作作用压头，以保证证用户系统流量。。(5)热水网路回水管内内任何一点的压力力，都应比大气压压力至少高出50kPa，以免吸入空气。。九四二、绘制热水网路路水压图的步骤和和方法1、以网路循环水泵泵的中心线的高度度（或其它方便的的高度）为基准面面，一定的比例尺尺作出标高的刻度度。2、选定静水压曲线线的位置。3、选定回水管的动动水压曲线的位置置。4、选定供水管动水水压曲线的位置。。九四1、基准面1、以网路循环水泵泵的中心线的高度度（或其它方便的的高度）为基准面面，一定的比例尺尺作出标高的刻度度。按照网路上的各点点和各用户从热源源出口起沿管路计计算的距离，在o—x轴上相应点标出网网路相对于基准面面的标高和房屋高高度。各点网路高高度的连接线就是是图上带有阴影的的线，表示沿管线线的纵剖面。九四2、静水压曲线的位位置静水压曲线是网路路循环水泵停止工工作时，网路上各各点的测压管水头头的连接线。此时时网路各点的测压压管水头相等，以以此它是一条水平平直线。静水压曲曲线的高度必须满满足下列技术要求求。九四2、静水压曲曲线的位置置(1)与热水网路路直接连接接的供暖用用户系统内内，底层散热器器所承受的的静水压力力应不超过过散热器的的允许压力力。(2)热水网路及及与它直接接连接的用用户系统内内，不会出出现汽化和和倒空。所谓“不不汽化”是是指：静水压力线线的高度必必须大于该该温度下对对应的热媒媒汽化压力力，并留有有2～5mH2O的富裕量。所谓“不不倒空”是是指：静水压线的的高度不应应低于与外外网直接连连接的用户户系统的充充水高度，，并应有2～5mH2O的富裕量。九四热水网路的的水力计算算和水压图图九四2、静水压曲曲线的位置置假设网路供供、回水温温度为120℃/70℃。。用户1、、2采用低低温水供暖暖，用户3、4直接接采用高温温水供暖。。用户1、、3、4楼楼高为17m，用户户2为一高高层建筑，，楼高30m。九四2、静水压曲曲线的位置置方案一：四四个用户全全部采用直直接连接，，并保证所所有用户都都满足“不不倒空”的的条件，静静水压曲线线的高度应应不低于为为39m（用户2房屋标高30m，再加3m的安全裕量量），静水水压线39m的高度，超超过了用户户1、3、4底层一般铸铸铁散热器器的承压能能力（40mH2O）。这样会会使多数用用户采用间间接连接的的方式，增增加了基建建投资费用用。九四2、静水压曲曲线的位置置方案二：当当用户2采用间接连连接时，系系统的高温温水可能达达到的最高高点是在用用户4顶部，4′标高为15m，保证高温温水不汽化化，再加上上110℃水的汽化压压力4.6mH2O，再加上3～5mH2O的安全裕量量（防止压压力波动）），可定出出静水压线线的高度在在23m处，见图8-6中j-j线。这样，，当网路循循环水泵停停止运行时时，所有用用户都不会会倒空，不不会出现汽汽化，而且且底层散热热器也不会会超过4bar的允许压力力。除用户户2外，其他用用户系统都都可采用比比较简单而而低造价的的直接连接接方案。静静水压线的的位置靠系系统所采用用的定压系系统来保证证。九四2、静水压曲曲线的位置置目前在国内内的热水供供热系统中中，最常用用的定压方方式是采用用高位水箱定定压或补给水泵定定压。往往以静静态压力线线的位置高高度作为热热水供热系系统定压点点的压力，，并且热水水供热系统统的定压点点通常设在在循环水泵泵的吸入端端。在这种种情况下，，先从循环环水泵吸入入端开始，，绘制热水水供热管网网回水干管管的动态压压力线．再再绘制供水水干管的动动态压力线线较为方便便。九四3、动水压曲曲线的位置置（1）按照上述述网路热媒媒压力必须须满足的技技术要求中中的第三条条和第四条条的规定，，回水管动动水压曲线线应保证所所有直接连连接的用户户系统不倒倒空和网路路上任何一一点的压力力不应低于于50KPa（5mH2O）的要求。。这是控制回水管管动水压曲曲线最低位位置的要求求。（2）要满足上上述基本技技术要求的的第一条规规定。这是是控制回水管管动水压曲曲线最高位位置的要求求。九四3、动水压曲曲线的位置置供水管动水水压曲线的的位置，应应满足下列列要求：（1）网路供水水干管以及及与网路直直接连接的的用户系统统的供水管管中，任何何一点都不不应出现汽汽化。（2）在网路上上任何一处处用户引入入口或热力力站的供、、回水管之之间的资用用压差，应应能满足用用户引入口口或热力站站所要求的的循环压力力。九四3、动水压曲曲线的位置置由于假设定定压点位置置设在网路路循环水泵泵的吸入端端，回水管管动水压线线全部高出出静水压线线j-j，所以供水水管内热水水不会出现现汽化现象象。网路供供、回水管管之间的资资用压差，，在网路末末端最小，，因此，只只要选定网网路末端用用户入口或或热力站处处所要求的的作用压头头，就可确确定网路供供水主干线线末端的动动水压线的的水位高度度。根据供供水干管的的平均比压压降或根据据热网供水水干管的水水力计算结结果，可绘绘出供水主主干管的动动水压曲线线。九四3、动水压曲曲线的位置置假设末端用用户4资用压差为为10H2O，供水干管管动水压曲曲线在末端端C点的标高为为35+10=45m，供水干管管总压力损损失与回水水干管相等等，即10mH2O，在热源出出口处D点，供水管管动水压曲曲线的标高高为45+12=57m。九四4、确定热热源内部的的压力损失失水压图中E点和D点的高差为为热源内部部的压力损损失，本例例中假设为为15mH2O，则E点标高为57+15＝72m，这样就可可确定供水水主干线的的动水压曲曲线。由网网路主干线线的动水压压曲线ABCDE及静水压曲曲线j-j线可得网路路循环水泵泵扬程为72-23=49mH2O九四4、确定热热源内部的的压力损失失九四三、确定用用户系统的的压力状况况及与热网网的连接方方式当热水网路路水压图的的水压曲线线位置确定定后，就可可以确定用用户系统与与网路的连连接方式及及其压力状状况图（如图9-6所示）。1.用户系统12.用户系统23.用户系统34.用户系统4九四三、确定用用户系统的的压力状况况及与热网网的连接方方式九四第五节热热水网路的的定压方式式1膨胀水箱定定压方式2补给水泵定定压方式3气体(氮气)定压方式4蒸汽定压方方式九五第五节热热水网路的的定压方式式为实现热水水管网设计计水压图的的运行工况况，必须通通过设置定定压装置，，采用一定定的定压方方式，来维维持热水供供热系统中中定压点压压力恒定。。供热系统在在运行或停停止状态下下，压力始始终保持不不变的点称称为恒压点。供热系统统在无泄漏漏补水，并并忽略热水水体积膨胀胀时，恒压压点的压力力值是唯一一的，且等等与静水压压线值。恒恒压点的位位置一般在在系统循环水水泵入口处处，也可在系统的任何何一点，视供热系系统的情况况而定。九五第五节热热水网路的的定压方式式维持恒压点点压力恒定定不变是热热水供热系系统正常运运行的基本条件。热水供热热系统由于于不严密，，产生漏水水损失，将将引起系统统内压力的的波动。为为维持热水水供热系统统内热媒压压力一定或或在一定范范围内波动动，必须不不断地向系系统内补水水。所以热热水供热系系统的定压压系统住往往和补水系系统同时考考虑。九五1膨胀水箱定定压方式利用膨胀水箱安安装在用户系统统的最高处来对对系统定压的方方式，称为高位位水箱定压方式式。高位水箱定定压方式的设备备简单，工作安安全可靠。膨胀水箱定压，，是利用安装在在高处的开口水水箱所造成的静静压头来维持恒恒压点的压力值值。水箱内水位位的高度根据热热水网路的静水水压曲线来确定定。由供暖系统统的水压图可知知，膨胀水箱的的膨胀管与供热热系统的连接位位置，即恒压点点的位置对热水水网路安全可靠靠运行至关重要要，通常选在锅锅炉房内回水管管循环水泵吸入入口端。九五1膨胀水箱定定压方式高位水箱定压设设备简单，运行行可靠，压力稳稳定。同时可作作热水供热系统统的补充水和溢溢水之用。一般般应用于供热范范围不大的低温温热水供热系统统。对于高温热热水供热系统。。为了防止系统统最高点产生汽汽化，水箱必须须装的很高。高高位水箱一般安安装在高层建筑筑物或锅炉房的的顶部，住往受受到安装条件的的限制而采用其其他的定压方式式。九五2补给水泵定定压方式补给水泵定压方方式是目前国内内集中供热系统统最常用的一种种定压方式。补补给水泵定压方方式主要有四种种形式：补给水泵连续补补水定压方式，，补给水泵间歇补补水定压方式，，定压点设在旁通通管上的补水定定压方式，变频调速补水定定压方式。九五补给水泵连续补补水定压方式定压点设在网路路循环水泵的吸吸入端。利用压压力调节阀保持持定压点的压力力恒定。补给水水泵定压装置是是由补给水箱、、补给水泵和压压力调节阀组成成。补给水泵定压方方式，是通过压压力调节阀来保保持循环水泵吸吸入端的压力恒恒定。通常采用用直接作用式压压力调节阀（薄薄膜式压力调节节阀），当循环环水泵运行时，，由阀后压力直直接控制压力调调节阀的启闭，，保持循环水泵泵入口处的压力力恒定。当定压压点处压力过高高时，通过压力力调节阀的薄膜膜作用，使阀门门的开启度减小小，从而减少进进入热水供热系系统中的水量，，使该点压力降降到规定值。反反之调节阀门开开启度增大，补补水量增加，使使该点压力回升升到所要求的压压力值，从而使使循环水泵吸入入端的压力保持持恒定。九五补水泵变频调速速定压方式鉴于膨胀水箱定定压使用范围的的局限，连续运运行补水泵定压压的耗电，间歇歇运行补水泵定定压的压力波动动，其他定压方方式的复杂、昂昂贵，目前国内内外正在兴起补补水泵变频调速速定压。补水泵变频调速速定压的基本原原理是根据供热热系统的压力变变化，改变电源源频率，平滑无无级地调整补水水泵转速，而随随之调节补水量量，实现恒压点点压力的恒定。。九五补水泵变频调速速定压方式对于间歇运行的的补水泵，因补补水泵起动频繁繁，不但影响