热水供暖系统水力工况

1、第五章第五章 热水供暖系统的水力工况热水供暖系统的水力工况 在热水供暖系统实际运行过程中，往往会由于种种原因，使 流量的合配不符合各热用户或各散热设备要求的流量（即计算所需的流量），因而造成各热用户或各采暖房间过冷或过热的现象。 热水供暖系统各热用户或各散热设备中的实际流量与要求的流量之间的不一致性，称为该热用户或该设备的水力失调。它的水力失调的程度可用实际流量与规定流量的比值来表示，就是： / 式中 水力失调度； 热用户或散热设备的实际流量； 该热用户或该散热设备的规定流量。 引起热水供暖系统水力失调的原因是多方面的：在设计上，网路各分支环路或用户系统各立管环路之间，其阻力损失未能在设计流量

2、分配下达到平衡；开始运行时没有很好地进行初次调整；运行过程中热用户的实际流量发生变化等等。这些情况是难以避免的。系统中任何一个热用户或散热设备的流量发生变化，必然会引起其它热用户或散热设备的流量发生变化，也就是在各热用户或各散热设备之间流量重新分配，引起了水力失调。 下面简单阐述热水供暖系统水力工况的计算方法，分析热水供暖系统水力工况变化的规律和对系统水力失调的影响。 掌握这些规律和分析问题的方法，对热水供暖系统设计和运行管理实践是很指导作用的。例如：在设计中考虑哪些原则，来使供暖系统水力失调程度较小（或水力稳定性较好）和易于进行系统的初调整；在运行中如何掌握当系统水力工况变化时，热水网路上各

3、用户的流量以其压力、压差的变化规律，这些都必须分析系统的水力工况。第一节第一节 热水网路水力工况的基本原理热水网路水力工况的基本原理 在室外热水网路中，水的流动状态大多处于阻力平方区内。因此，流体的压降与流量关系是服从二次幂规律的。它可用下式表示： （l）SV2 P （11） 式中P网路各管段的压降，P； V网路各管段的水流量，3/； S网路各管段的阻力数，P（3/）2。它代表管段通过13/水流量时的压降； 在已知水温参数下，网路各管段的阻力数S只和管段的管径、长度、管道内壁绝对粗糙度K、以及管段局部阻力当量长度的大小有关。也就是说，网路各管段的阻力数S仅取决于管段本身。对于一定的管段，在阀门

4、开启度不变的情况下，其S值不变。它不随流量变化而变化。 任何热水网路都是由许多串联管段和并联管段所组成任何热水网路都是由许多串联管段和并联管段所组成的。串联管段和并联管段总阻力数的方法如下。的。串联管段和并联管段总阻力数的方法如下。、 并 联 管 路 串 联 管 路 对于串联管段：如图11所示，串联管段的总压降应为： PP1P2P3 （12） 式中 P1、P2、P3各串联管段的压降。 根据（11），可得： SV2=S1V2+S2V2+S3V2 （13） 式中 S串联管段的总阻力数； S1、S2、S3各串联管段 的阻力数。 由此可得： SS1+S2+S3 （14） 式（14）说明：在串联管段中，

5、网路的总阻力数为各串联管段阻力数之和。 对于并联管段：如图12所示，总流量为各并联管 段流量之和，则 VV1+V2+V3 SPVSPV 式（18）说明：在并联管段中，各分支管段中的流量是比例于其阻力数的平方根的倒数而进行分配的。 根据上述基本原理，可以得出下面两重要的结论：当并联管段中各分支管的阻力状况（即阻力数S值）不变时，网路总流量在各分支管段中分配的比例不变；因此，网路总流量增加或减少多少倍时，并联管段中各分支管段的流量也相应地增加或减少多少倍。1.当并联管段中任一分支管段的阻力状况（即阻力数S值）发生变化时，网路总阻力数必然随着变化，而且网路总流量在各分支管段中的分配比例也相应以发生变

6、化。 根据上述并联管和串联管段各阻力数的方法，可以逐步地算出整个热水网路的总阻力数S值。根据PSV2，则可以绘出热水网路的水力特性曲线。它表示热水网路循环水流量V与其压降P的相互关系。 当热水网路的任一管段的阻力数，在运行期间发生了变化（如调整用户阀门，接入新用户等等），则必然使热水网路的总阻力数S值改变，热水网路的水力工况也就改变了。不仅网路总流量和总压降变化，而且由于分支管段的阻力数变化，也要引起流量分配的变化。 根据上述水力工况计算的基本原理，就可以分析和计算热水网路或室内供暖系统的流量分配，研究它的水力失调状况。 对于整个网路或整个用户系统来说，各热用户或散热设备的水力失调状况是多种多

7、样的。 当网路中各热用户或用户系统中各散热设备的水力失调度X都大于1（或都小于1）时，则称网路或用户系统为一致失调。一致失调又可分为等比失调和不等比失调。所有热用户或所有散热设备的水力失调度值都相等的水力失调状况，称为等比失调。热用户或散热设备的水力失调度值不相等的水力失调状况，称为不等比失调。第二节第二节 热水网路水力工况的分析热水网路水力工况的分析 当网路中各热用户或用户系统中各散热设备的水力失调度值有的大于1，有的小于1时，则称网路或用户系统为不一致失调。 当网路各管段和各用户的阻力数已知时，也可以用求出各用户占总流量的比例方法，来分析网路水力工况的变化规律。 1、当阀门、当阀门A节流（

8、阀门关小）时的水力工况节流（阀门关小）时的水力工况 当阀门A节流时，网路的总阻力数增大，总流量V将减少（为便于分析起见，假定网路循环水泵的扬程是不变的）。由于热用户1至5的网路干管和用户分支管的阻力数没变，因而根据式（115）的推论可以肯定，各热用户的流量分配比例也不变，但都按同一比例减少；网路产生一致的等比失调。网路的水压图将如15（）所示。图中实线为正常工况下的水压曲线，虚线为阀门A节流后的水压曲线。由于各管段流量均减少，因而虚线的水压曲线比原水压曲线变得较平缓一些。各热用户的流量是按同一比例减少的。因而，各热用户的作用压差也是按相同的比例减少。 2、当阀门、当阀门B节流时的水力工况节流时

9、的水力工况 当阀门B节流时，网路的总阻力数增加，总流量V将减少。供水管和回水管水压线将变得平缓一些，并且供水管水压线将在B点出现一个急剧的下降，变化后的水压图将成为图15（）里虚线所示。 水力工况的这个变化，对于阀门B以后的用户3、4、5，相当于本身阻力数未变而总的作用压力却减少了。根据式（115）的推论，它们的流量也是按相同的比例减少，这些用户的作用压力也按同样比例减少，这些用户将出现一致的等比失调。 对于阀门B以前的用户1、2，根据式（115）的推论，可以看出，用户的流量将按不同的比例增加，它们的作用压差都有增加但比例不同，这些用户将出现不等比的一致失调。 对于全部用户来说，既然流量有增有

10、减，那么整个网路的水力工况就发生了不一致失调。 3、当阀门、当阀门C关闭（热用户关闭（热用户3停止工作）时的水力工况停止工作）时的水力工况 阀门C关闭后，网路的总阻力数将增加，总流量V将减少。从热源到用3之间的供水和回水管的水压线将变得平缓一些，但因网路水泵的扬程并无改变，所以在用户3处供回水管之间的压差将会增加，用户3年的作用压差增加相当于用户4和5的总作用压差增加，因而使用户4和5的流量按相同的比例增加，并使用户3以后的供水管和回水管的水压线变得陡峭一些。变化后的水压线将成为图15（）所示的样子。 根据式（115）的推论，从图15（）的水压图可以看出，在整个网路中，除用户3以外的所有热用户

11、的作用压差和流量都会增加，出现一致失调。对于用户3后面的用户4和5，将是等比的一致失调。对于用户3前面的热用户1和2，将是不等比的一致失调。 4、热水网路未进行初调节的水力工况。、热水网路未进行初调节的水力工况。 如前所述，由于网路近端热用户的作用压差很大，在选择用户分支管路的管径时，又受到管道内热媒流速和管径规格的限制，其剩余作用压差在用户分支管路上难以全部消除。因而，位于网路近端的热用户，其实际流量往往比规定流量要大得多。网路干管前部的水压曲线，将变得较陡；而位于网路远端的热用户，其作用压差和流量将小于规定的数值。网路干管后部的水压曲线将变得较平缓些（图15（）中虚线）。这种不一致的失调需

12、要通过网路的初调节来解决。 5、下面定性分析，在用户增设加压泵后，整个网、下面定性分析，在用户增设加压泵后，整个网路水力工况变化的状况。路水力工况变化的状况。 右图中的实线表示在用户3处未增设加压泵时的动水压曲线。假设用户3未增设回水加压泵2时，作用压头低于设计要求。 在用户3回水管上增设的加压泵2运行时，可以视为在用户3及其支线上增加了一个阻力位负值的管段，其负值的大小与水泵的扬程和流量有关。由于在用户3上的阻力减少，在所有其它管段和用户未采用调节措施，阻力系数不变的情况下，整个网路的总阻力数s值必然减少。为分析方便，假设网路循环泵的扬程不变为定值，则热网总流量必然适当增加。用户3前的干线AB和EF的流量增大，动水压曲线变陡，用户1和2的资用压头减少，呈现非等比失调。用户3后面的用户4和5的作用压头减少，呈现等比失调。整个网路干线的动水压曲线如图虚线所示。用户3由于回水加压泵的作用，其压力损失增加，流量增大。 由此可见，在用户处装设加压泵，能够起到增加该用户的作用，但同时会加大热网总循环水量和前端干线的压力损失，而且其它用户的资用压头和循环水量将相应减少，甚至使原来流量符合要求的用户反而流量不足。因此，在网路运行中，不应从本位出发，任意在用户处增设加压泵，必须有整体观念，只有在仔细分析了整个网路水力工况的影响后才能采用。思考题思考题当并联管段中各分支管的阻力状况不变，网路总流