哈工大-供热工程-第9章-热水网路的水力计算及水压图

1、供热工程 第九章,热水网路的水力计算及水压图,概述,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,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

2、）绘制方法 （3）典型水力工况分析,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,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。,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 =0.0005 m, 值代入式（9-1）得到： Pa/m (9-2) m (9-3) t/h (9

3、-4),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）,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)0.25 Rb =mRb （2）对当量长L d的修正 依式（9-5） L d与K0.25成反比：Lds=(Kb/KS)0.25 L db =Ldb,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）

4、对管径d的修正 依式（9-3）d与0.19成反比：ds=(b/S)0.19 db 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,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9-2,三、计算步骤,1.确定各管段流量 G=0.86Q/（tg-th） 10-3 KW (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

5、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。,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LZh 5.计算各管段阻力损失RLZh并主干线总阻力损失 RLZh 6.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),上式中 H-分支线资用压头 Pa L-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/

6、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/h H-剩余压头 mH2O,四、例题,【例题91】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5.02GJh。热用户内部的阻力损失为 P=5lO5Pa。试进行该热水网路的水力计算。,解：1.计算流量 1GJ/h=1000/3.6KW 用户E GE=0.863.5181000/3.6=14t/h; 用户F GF=0.862.51310

7、00/3.6=10t/h; 用户D GD=0.865.0251000/3.6=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,热水网路水力计算表,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。,一、水压图的理论依据 伯努里方程： P1+Z1 g+12/2=P2+Z2g+22/2+P1-2 Pa P1 /g+Z1+

8、12/2g=P2/g +Z2 +22/2g+H1-2 m 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-HP2 m (9-9),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-Z 2.可以表示出各管段的压力损失值 H1-2=HP-HP2 3.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/L 4.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。,四、室内热水供热系统水压图

9、,1.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,（1）回水定压 静止时A点压力PA/g=JA B 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=AA B 点压力PB/g=BB 由图可知 AA BB，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。,（2）供水定压 F点压力PF/g=FO-FO=0 B点压力PB/g=BA-BA0 运行时管段FB的压力均0 （FB段产生了负压） 负压产生条件：HjcHCB 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

10、、减小管长,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。,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

11、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。,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。,二、水压图的绘制过程,1.选基准面（线）建立 坐标系 一

12、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：,(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

13、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。,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。,用户资用

14、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,三、用户工况分析,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，

15、用户最低点压力为35+1-2=34m40m,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。,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 ,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

16、 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,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。,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

17、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）=42m40m,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。,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35m29m,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。,4.用户4,高

18、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 ）=37m40m,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。,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

19、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,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。,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

20、；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。,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,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 5mH2