流体输配管网第7章

1、流体输配管网流体输配管网河北工业大学河北工业大学建筑环境与设备工程系建筑环境与设备工程系第七章第七章 枝状管网水力工况分析和调节枝状管网水力工况分析和调节 第一节第一节 管网系统压力分布管网系统压力分布 第二节第二节 调节阀的节流原理与流量特征调节阀的节流原理与流量特征 第三节第三节 调节阀的选择调节阀的选择 第四节第四节 管网系统水力工况分析管网系统水力工况分析 第五节第五节 管网系统水力平衡调节管网系统水力平衡调节水力工况：管网流量和压力的分布状况。第一节第一节 管网系统压力分布管网系统压力分布 7.1.17.1.1管流能量方程和压力表达式管流能量方程和压力表达式 1.1.液体管流能量方程

2、及压力表达式液体管流能量方程及压力表达式 总水头：总水头： 测压管水头：测压管水头：水头损失（水头损失（1-21-2无动力装置）：无动力装置）：OmH+2+=2+22122222111HgZgPgZgPggPZH22 PZgggPPZZH2)()()(2221212121 2.2.气体管流能量方程及压力表达式气体管流能量方程及压力表达式 若忽略位压即不考虑重力因素，则若忽略位压即不考虑重力因素，则 全压：全压： 动静压转换原理：动静压转换原理：221212121 2()()22jajvvPgZZPP2212121 222jjvvPPP22jvPqjdPPP7.1.2 7.1.2 管网压力分布图

3、管网压力分布图 1. 1. 液体管网压力分布图液体管网压力分布图水压图水压图 水压图（水压曲线）：液体管网中，将各节点的测水压图（水压曲线）：液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线。压管水头高度顺次连接起来形成的线。 如图：如图：C-DC-D曲线曲线 水压图的作用：水压图的作用： 1.1.确定管道中任何一点确定管道中任何一点的静压值的静压值 2.2.表达出个管段的压力表达出个管段的压力损失值损失值 3.3.由坡度由坡度- -确定管段的确定管段的单位管长平均压降的大单位管长平均压降的大小小 4.4.只要已知任何一点压只要已知任何一点压力，管路上其他个点压力，管路上其他个点压力都

4、可确定力都可确定绘制水压图 1.1.静水压图静水压图 2.2.动水压图动水压图 3.3.定压装置定压装置 4.4.定压方式：定压方式：u高位水箱定压方式高位水箱定压方式u补水水泵定压补水水泵定压u定压罐定压定压罐定压5.5.定压点的位置定压点的位置 常用的几种定压方式常用的几种定压方式 高位水箱定压方式高位水箱定压方式 常用于给水管网系统、消防管网系统常用于给水管网系统、消防管网系统 热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱 补给水泵定压方式补给水泵定压方式 补给水泵连续补水定压方式补给水泵连续补水定压方式 补给水泵间歇补水定压方式补给水泵间歇补水定压方式 旁通管定压点

5、补水定压方式旁通管定压点补水定压方式 变频调速泵补水定压变频调速泵补水定压 气体定压气体定压 利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压 定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持 气压缸的位置不受高度限制气压缸的位置不受高度限制 F-BF-B段：段： 压力压力 全压绝对值，与压出段相反。全压绝对值，与压出段相反。 3.3.风机的风压等于风机进出口的全压差。风机的风压等于风机进出口的全压差。 即风机的风压即风机的风压= =吸入管网的阻力吸入管网的阻力+ +出口动压损失出口动压损失 2.2.液体吸入式管网的压力分布特性液体吸入式

6、管网的压力分布特性OmH+2+=2+22122222111HgZgPgZgP1、对吸水池水面与即将进入叶轮之处一点OO断面列能量方程：hsgCHppSSoa2202、OO断面中心点O与叶片背水面靠近吸水口的断面K点相对运动的能量方程式：gWppwwgWPPgWpgWpkkKkk2)1(2222002022002200gWgChsHppSSka222020gWgvChsgvHppSSka22)2(20212021gWgC222020满足水流从叶轮入口处到被叶轮增压之前所产生的压力下降的需要气穴系数gWgvChsgvHppSSka22)2(20212021公式说明：吸水管中能量余裕量提升高度产生速

7、度水头克服阻力作功泵壳进口内部K点前消耗能量，之后机械能介入管网系统的定压管网系统的定压 常用的几种定压方式常用的几种定压方式高位水箱定压方式高位水箱定压方式 常用于给水管网系统、消防管网系统常用于给水管网系统、消防管网系统 热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱补给水泵定压方式补给水泵定压方式 补给水泵连续补水定压方式补给水泵连续补水定压方式 补给水泵间歇补水定压方式补给水泵间歇补水定压方式 旁通管定压点补水定压方式旁通管定压点补水定压方式 变频调速泵补水定压变频调速泵补水定压气体定压气体定压 利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行

8、定压 定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持 气压缸的位置不受高度限制气压缸的位置不受高度限制第二节第二节 管网系统压力分布管网系统压力分布调节阀的作用调节阀的作用管网系统中，各分支管路的压力调管网系统中，各分支管路的压力调节和流量调节节和流量调节自动控制系统，依靠调节阀的动作自动控制系统，依靠调节阀的动作来实现来实现7.2 调节阀的节流原理和流量特性 局部阻力可以变化的节流元件局部阻力可以变化的节流元件 调节阀前后的压差：调节阀前后的压差： C称为调节阀的流通能力称为调节阀的流通能力 C与与S的关系：的关系：gPPPZ2221 21212)(2PPQCF

9、CPPFQ 则则令令2CS 7.2.1 调节阀的节流原理1.1.流量特性的定义流量特性的定义 指流体介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度指流体介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的特点关系之间的特点关系 可调比：可调比： ：调节阀可调流量的下限值，非全关泄漏量：调节阀可调流量的下限值，非全关泄漏量 一般一般 改变阀芯与阀座之间的节流面积进行调节改变阀芯与阀座之间的节流面积进行调节 节流面积变化的同时，阀前后的压差也发生变化节流面积变化的同时，阀前后的压差也发生变化 maxmaxllfQQ7.2.2 调节阀的理想流量特性maxminQRQminQminmax(2%4%)QQ 2.

10、2.理想流量特性理想流量特性 在调节阀前后压差固定在调节阀前后压差固定不变时，所得到的流量不变时，所得到的流量特性特性 直线流量特性直线流量特性 等百分比流量特性等百分比流量特性 快开流量特性快开流量特性 抛物线流量特性抛物线流量特性 直线流量特性 直线流量特性调节阀的单位行程变化所引起的流量变化是相等的。 直线流量特性的调节阀在变化相同行程的情况下：流量小时，流量相对值变化大，而流量大时流量相对值变化小。Qk l 等百分比流量特性 等百分比流量特性（对数流量特性）：单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。 接近全关时工作的缓慢平稳，而在接近全开时放大作用大，工作灵敏

11、有效。 适用于负荷变化大的系统中。Qk lQ 快开流量特性 快开流量特性是在调节阀的行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增大，流量很快达到最大值 主要用于双位调节或者程序控制抛物线流量特性 抛物线流量特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方成正比关系。三通调节阀的理想流量特性 直线型：总流量不变 抛物线：总流量变化 等百分比：总流量变化并且最小7.2.3 调节阀的工作流量特性 工作流量特性：调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，调节阀的相对开度和相对流量之间的关系QP 调节阀的流量特性调节阀的流量特性 工作流量特性工作流量特性 直通调节阀有串联管道时的工作直通调

12、节阀有串联管道时的工作 流量特性流量特性 阀权度对调节阀工作特性的影响分析阀权度对调节阀工作特性的影响分析 直接调节阀有关并联管道时的工作流直接调节阀有关并联管道时的工作流 量特性量特性 直通调节阀的实际可调比直通调节阀的实际可调比 三通调节阀的工作流量特性三通调节阀的工作流量特性1.直通调节阀有串联管道时的工作流量特性maxqkPQCQCQCmaxmax()QlfQlmax()qklCCfl1max()qkPlQCfl2guPQC而管道：12PPP1max()qkPlQCfl2guPQC而管道：12PPP12qk22maxmax1 ()1() ()1VguPPPCllffSlCl（-1）2g

13、u22guqkqkVqkguCSSCCSS 当全开时， 阀全度：表示调节阀全开时阀前后压差与系统总压差的比值。12qk22maxmax1 ()1() ()1VguPPPCllffSlCl（-1）maxmax()1lQflQ11VVPPSPSP2.阀全度对调节阀工作特性的影响分析 1.当管道阻抗为0，Sv=1，系统的总压降全部落在调节阀上，调节阀的工作特性与理想特性一致。 2.随着管道阻抗增大，Sv减小，管道压力损失增加，使得系统的总降压建国在调节阀的部分减少，调节阀全开时的流量减小 3.对着Sv的减小，流量特性出现较大的畸变。3.直通调节阀并联管道时的工作流量特性12QQQ 阀全开流量与全管最

14、大流量之比max()qkpalPPQCfCl1mmaxqkpa11QletQSS1mqkPQCmax121mmaxmaxmax()1()()(1)qkpaqkpaqklPPCfClQQQQQPCCllfflCl 1.当旁通关闭， ,与理想特性曲线一致。 2.随着旁通的打开， ，调节阀本身的流量特性没有变化，系统的实际可调比大大下降。,1paS ,paS减小减小4.直通调节阀的实际可调比串联：压差一定时，串联1minmaxmax1minmaxmin1maxmin1maxminSPCCPQRQPCPCmaxmaxmaxminminminPCQCRQCPC1min1maxSVPRRR SP11VVP

15、PSPSP SvSv越小，实际可调比越小！越小，实际可调比越小！1min1maxSVPRRR SP并联管路 实际可调比近似为总管最大流量与旁通流量的比值。 随着的减少,实际可调比迅速下降111 (1)SRR7.3 调节阀的选择 7.3.1 7.3.1 调节阀流量特性的选择调节阀流量特性的选择 直线流量特性直线流量特性 等百分比流量特性等百分比流量特性 快开流量特性快开流量特性双位调节双位调节 抛物线流量特性抛物线流量特性近似用等百分比流量特性替代近似用等百分比流量特性替代 所以直通调节阀所以直通调节阀: : 直线流量特性直线流量特性 等百分比流量特性等百分比流量特性 1.调节系统的特性 热交换

16、器的静特征：热交换器的换热量随流量变换的特性 调节阀调节流量的目的一般是为了通过流量控制换热量 2.阀全度的确定阀全度的确定1.01.01.01.07.3.2 调节阀口径选择计算 1.流通能力计算 阀门全开,阀门两端压差为105 pa.流量密度为1g/cm3,每小时流经调节阀的流量数. 液 气 蒸汽:5.09FPPQC12316316QQCPPP210GCP21210()GCPP 调节阀的流通能力的计算条件和单位：调节阀的流通能力的计算条件和单位： 当调节阀全开，阀两端压力差为当调节阀全开，阀两端压力差为105Pa，流体密度为流体密度为1g/cm3 一般液体的一般液体的C值计算：值计算： 气体

17、的气体的C值计算：值计算：阀前密度法阀前密度法阀后密度法阀后密度法 P2 P1/2时：时：平均密度法平均密度法压缩系数法压缩系数法 蒸汽的蒸汽的C C值计算值计算 P2 0.5P1时：时： P2/ P110%:10% 2.2.可调比验算可调比验算 R=10R=10 验算标准验算标准Sv=0.3,Rs=5.5Sv=0.3,Rs=5.5 管网水力失调与水力稳定管网水力失调与水力稳定 水力失调的概念水力失调的概念管路中某些管段的流量分配不符合设计值，其原因管路中某些管段的流量分配不符合设计值，其原因有多种因素，实际值与设计值的不一致性，称为水有多种因素，实际值与设计值的不一致性，称为水力失调力失调水

18、力失调度：水力失调度： 产生水力失调的原因产生水力失调的原因管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符管网的流动阻力特性发生变化管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗即管网阻抗SiSi的变的变化化 导致导致SiSi改变有很多原因改变有很多原因gisiiQQx 7.4 管网系统水力工况分析管网水力失调与水力稳定管网水力失调与水力稳定 水力失调对管网系统的不利影响水力失调对管网系统的不利影响并联环路之间的水力工况相互影响并联环路之间的水力工况相互影响系统中任一个管段的系统中任一个管段的G G改变改变，其他管段的其他管段的G G亦即改变亦即改变某些环路因发生

19、水力失调而流量过小，使部分管束某些环路因发生水力失调而流量过小，使部分管束水流停滞则可能发生爆管事故水流停滞则可能发生爆管事故. .供热空调系统中，供热空调系统中，G G的改变，其水力失调必然导致热的改变，其水力失调必然导致热力失调力失调 管网的水力稳定性管网的水力稳定性maxmax1 xQQyg 第四节第四节 管网系统水力工管网系统水力工况分析与调整况分析与调整水利失调的类别 水平失调水平失调 垂直失调垂直失调管网系统水力工况的分析方法管网系统水力工况的分析方法 管网系统水力工况分析的基本原理管网系统水力工况分析的基本原理水力工况：是指管网某一流动状态下与之对应的水力工况：是指管网某一流动状

20、态下与之对应的阻力特性、压差和流量的表达，阻力特性、压差和流量的表达， 三者的关系为三者的关系为串联管段的总阻抗：串联管段的总阻抗：并联管段的总阻抗：并联管段的总阻抗：并联环路的流量比值与各自阻抗之间的关系并联环路的流量比值与各自阻抗之间的关系以通导数以通导数 分析并联管路的阻力特性分析并联管路的阻力特性：求出水泵工作点：图解法、计算法求出水泵工作点：图解法、计算法管网系统水力工况分析方法管网系统水力工况分析方法2iiiQSP niichSS1 niibSS1113213211:1:1:SSSQQQ S1 niib1 第四节第四节 管网系统水力工管网系统水力工况分析与调整况分析与调整7.5 管

21、网系统水力平衡调节 水力平衡：各用户的实际得到流量与水力平衡：各用户的实际得到流量与其需求流量相同其需求流量相同实际流量实际流量需求流量需求流量 调节分类：调节分类： 初调节初调节 运行调节运行调节7.5.1 7.5.1 初调节初调节 定义：在管网使用之初往往通过预定义：在管网使用之初往往通过预先安装的一些调节装置的开度，对先安装的一些调节装置的开度，对各管段的阻力特性和流量特性进行各管段的阻力特性和流量特性进行一次全面的调节，使其达到设计要一次全面的调节，使其达到设计要求求1.1.比例调节法比例调节法2.2.补偿法补偿法1. 1. 比例调节法比例调节法比例调节法的原理比例调节法的原理流量分配

22、只与管道阻抗有关，只要不改变流量分配只与管道阻抗有关，只要不改变C-AC-A和和C-BC-B阻抗比例，流量之比就不变阻抗比例，流量之比就不变C AB AC BABC APPSLLS 风系统的比例初调节风口风口编号编号设计设计风量风量初测初测风量风量比值比值=(=(初测初测/ /设计设计) )* *100%100%1 120020016016080802 220020018018090903 32002002202201101104 42002002502501251255 520020019019095956 62002002102101051057 72002002302301151158

23、82002002402401201209 930030024024080801010300300270270909011113003003303301101101212300300360360120120调节之前：总调节之前：总阀门置于某个阀门置于某个开度，三通阀开度，三通阀门置于中间位门置于中间位置，启动风机，置，启动风机，初测各风口的初测各风口的风量和计算风风量和计算风量之间比值量之间比值 1.1.各支路比较各支路比较：最远支路风：最远支路风量分配比例最量分配比例最小小 2.2.各风口比较各风口比较：最远风口风：最远风口风量分配比例最量分配比例最小小风口风口编号编号设计设计风量风量初测初测

24、风量风量比值比值=(=(初测初测/ /设计设计) )* *100%100%1 120020016016080802 220020018018090903 32002002202201101104 42002002502501251255 520020019019095956 62002002102101051057 72002002302301151158 82002002402401201209 930030024024080801010300300270270909011113003003303301101101212300300360360120120 以风口以风口1 1为基准，将风为基

25、准，将风口口1 1调到与风口调到与风口1 1的比例的比例相同，以此类推相同，以此类推. . 分别以风口分别以风口1 1、5 5、9 9将将各支路的风口比例调成各支路的风口比例调成相同。相同。 再按照各支线之间的类再按照各支线之间的类似关系调整各支线。似关系调整各支线。风口风口编号编号设计设计风量风量初测初测风量风量比值比值=(=(初测初测/ /设设计计) )* *100%100%1 1200200 16016080802 22002003200200 2202201101104 4200200 2502501251255 5200200 19019095956 620

26、0200 2102101051057 7200200 2302301151158 8200200 2402401201209 9300300 24024080801010300300 27027090901111300300 3303301101101212300300 360360120120供热系统的比例调节 调节支线选择：调节支线选择： 1.1.阀门全开，超流量运行阀门全开，超流量运行 2.2.测各支线阀门两侧测各支线阀门两侧P P和和L L 3.3.计算各支线实际流量计算各支线实际流量/ /设计流量比值：设计流量比值： 4.4.按比值由大到小的顺序安排各支线调节顺序按比值由大到小的顺序

27、安排各支线调节顺序 支线内调节支线内调节 1.1.测各用户流量，计算比值，最小比值用户的为参测各用户流量，计算比值，最小比值用户的为参考用户考用户 2.2.最远端先调节，取最远端先调节，取0.950.95的参考用户流量比值的参考用户流量比值 3.3.其他用户在按最远端的相等的比值进行调节其他用户在按最远端的相等的比值进行调节 支线间的调节支线间的调节 以各支线的比值最小的为参考支线以各支线的比值最小的为参考支线 从末端开始调，以参考支线比值的从末端开始调，以参考支线比值的0.950.95作为末端比作为末端比值值 其他按与末端比值相同来调节其他按与末端比值相同来调节 全网调节全网调节 全网比值现

28、在已经均相同全网比值现在已经均相同 调节总阀门，将比值变为调节总阀门，将比值变为1 1。2. 2. 补偿法补偿法7.5.2 7.5.2 运行过程中的调节运行过程中的调节1.1.自力式流量调节自力式流量调节依靠自力式调节阀，自动进行依靠自力式调节阀，自动进行流量的调节控制流量的调节控制恒温调节阀恒温调节阀 恒温控制阀的工作原理恒温控制阀的工作原理散热器恒温控制阀由散热器恒温控制阀由恒温控制恒温控制器器和和阀体阀体两部分组成。其两部分组成。其作用原作用原理理为用户将恒温控制器旋到所需为用户将恒温控制器旋到所需设定温度，当室内温度超过设定设定温度，当室内温度超过设定温度时，恒温控制器内温包（内温度时

29、，恒温控制器内温包（内充感温介质）受热膨胀，体积增充感温介质）受热膨胀，体积增大，推动阀杆，使阀门关小，减大，推动阀杆，使阀门关小，减小散热器进水流量，使室温达到小散热器进水流量，使室温达到设定温度。当室内温度低于设定设定温度。当室内温度低于设定温度时，温包受冷收缩，体积减温度时，温包受冷收缩，体积减小，阀芯内复位弹簧推回阀杆，小，阀芯内复位弹簧推回阀杆，使阀门开大，增大了散热器进水使阀门开大，增大了散热器进水流量，直到室温达到设定值。流量，直到室温达到设定值。 恒温控制器根据其恒温控制器根据其温包所处位置温包所处位置可分为可分为温包内置型温包内置型和和远传型远传型。 由于温包感受的是周围空气

30、温度由于温包感受的是周围空气温度，同时温控阀的调节动作也是由，同时温控阀的调节动作也是由于温包体积改变而产生，所以温于温包体积改变而产生，所以温包所处位置对于温控阀的正确使包所处位置对于温控阀的正确使用十分重要。用十分重要。 在大多数情况下，需要调节本组在大多数情况下，需要调节本组散热器所处房间的室内温度时，散热器所处房间的室内温度时，宜采用温包内置温控阀。宜采用温包内置温控阀。 在一些特定情况下，如本组在一些特定情况下，如本组散热器被散热器罩遮挡，温散热器被散热器罩遮挡，温控阀位于罩内，或者在温控控阀位于罩内，或者在温控阀近距离内有其他热（冷）阀近距离内有其他热（冷）源，如灶具，强照明灯具等

31、源，如灶具，强照明灯具等，这时温包感受的是周围局，这时温包感受的是周围局部高温，不是准确的房间温部高温，不是准确的房间温度，宜采用远传型恒温控制度，宜采用远传型恒温控制器，将传感器置于能准确调器，将传感器置于能准确调节房间温度所受强热源干扰节房间温度所受强热源干扰较小的地方，才能达到准确较小的地方，才能达到准确控制房间温度的目的。控制房间温度的目的。 在一些特殊系统中，例在一些特殊系统中，例如水平单管顺流系统，如水平单管顺流系统，只能在第一组散热器安只能在第一组散热器安装散热器温控阀，而用装散热器温控阀，而用户又以调节客厅或主卧户又以调节客厅或主卧房间温度为主，也可采房间温度为主，也可采用远传型温控阀，将温用远传型温控阀，将温度传感器置于客厅或主度传感器置于客厅或主卧内采集其温度进行调卧内采集其温度进行调节。节。恒温控制器又可根据其温包所充感温介质的不同进行分类，大致可分为以下四类 （1 1）蒸气温包式。）蒸