流体输配管网第7章

第7章枝状管网水力工况分析与调节

管网的水力工况指管网的流量和压力分布状况。在管网中，流量的大小影响管段的压力损失——影响管网的压力分布状况。管网的压力分布反映流体的流动状况，影响管网中的流量分配。在管网运行时，对流量分配有定量的要求。有时还要求流体的压力在合适的范围内。对管网的水力工况进行分析具有重要的意义。本章讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。

7.1管网系统压力分布

7.1.1管流能量方程及压头表达式

1.液体管流能量方程及压头表达式

等管径的一般管流能量分布示意图Hp1Hp22.气体管流能量方程及压力表达式

忽略位压时：7.1.2管网压力分布图

1.液体管网压力分布图----水压图

在液体管路中，将各点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为水压曲线，它可直观地表达管路中液静体压的分布状况，也称为水压图。作用：（1）确定管道中任何一点的静压值。

（2）确定管段的压力损失值。

（3）确定管段的单位管长平均压降的大小。室内热水供暖管网的水压图

室内热水供暖管网的水压图

空调冷冻水管网的水压图供热管网水压图在设计流量QI=QII=QIII=100m3/h时，阻力△PAA1=△PA1A2=△PA2A3=20kPa；△PB3B2=△PB2B1=△PB1B=20kPa；△PA3B3=80kPa

2.气体管网压力分布图

7.1.3吸入式管网的压力分布特性分析

1.气体吸入式管网的压力分布特性(1)从大气进风口到风机入口的吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大。

(2)在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值与动压值之和。(3)风机提供的全压等于风机进出口的全压差，也等于整个管网的压力损失（包括出口损失）。

2.液体吸入式管网的压力分布特性

自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面间的能量方程：

吸水管路（自由液面—泵内压力最低点）的能量关系：

7.1.4水压图在液体管网设计中的应用

——以室外供热管网为例

1.对压力状况的基本技术要求

（1）不超压。（2）不汽化。（3）不倒空。（4）不吸气。（5）满足采暖用户的连接要求。关键：静水压线的确定。1.对压力状况的基本技术要求（2）在系统内，热水压力应不低于该水温下的汽化压力。（3）与室外管网直接连接的用户系统，无论在循环水泵运转或停止工作时，其用户系统回水管出口处的压力，必须高于用户系统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。（4）管网回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出50kPa，以免吸入空气。（5）在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。城市供热管网水压图设计作位置图，定基准面，标注房屋标高等。定静水压线。绘制回水管动水压线。绘制供水管动水压线。确定循环水泵的扬程。确定用户的连接方式。注意：“动水压线”指系统运行时的水压线。静水压线的确定不超压。（本例任意点压力不大于400kPa）不倒空。不吸气。（任意点静压力不低于50kPa）本例，重点考虑用户2的影响，合理规划各用户的连接方式。回水管动水压线的确定不倒空。不吸气。（任意点压力不低于50kPa）不超压。水压线的平缓程度与管径的选择相互关联。供水管动水压线的确定不汽化。（任意点压力不低于50kPa）满足用户引入口的资用压头。通常使末端用户的资用压头满足要求。该水压线的平缓程度与管径的选择相互关联。用户2：间接连接。用户采暖系统与室外管网水力无关。与用户的连接方式用户1：喷射泵直接连接。用户3：回水加压连接供水管节流降压。如直接连接，运行时底层散热器超压。7.1.5液体管网系统的定压

静水压线位置靠系统所采用的定压方式来保证。定压点位置及压力值决定了管网系统的静水压线，对系统的压力工况有决定性的影响。定压点的位置通常设置在管网循环水泵的吸入端。常用定压方式1.高位水箱定压方式

2.补给水泵定压方式

a.补给水泵连续补水定压方式

b.补给水泵间歇补水定压方式

c.补水泵变频调速补水定压方式3.气体定压（气压罐方式）

补给水泵连续补水定压方式示意图

补给水泵间歇补水定压方式示意图

7.2调节阀的节流原理与流量特性7.2.1.调节阀简介调节阀是一种阻力系数可以变化的构件，在管网中具有调节、切断和分配流体的功能。对流量进行定量调节手动直通调节阀：截止阀型和蝶阀形电动直通调节阀风量调节阀空调冷冻水管网中的调节阀：建筑采暖管网中的调节阀调节阀分类（1）按流动通路分为：直通（二通）调节阀、三通调节阀；（2）按阀体结构分：直通单座阀、直通双座阀、三通阀、角形阀、蝶阀、球形阀等；（3）按使用动力划分：电动、气动、液动调节阀、手动。蝶阀球阀直通单座阀直通双座阀角形阀7.2.2调节阀的节流原理调节阀实质为局部阻力可以调节的元件。流通能力：其物理意义为某一单位压差下，流过调节阀的某种密度流体的流量。调节阀流通能力Ｃ由阀门的结构决定，开度变化会引起Ｃ的变化。7.2.3调节阀的理想流量特性流量特性：调节阀的相对流量与相对开度之间的关系。理想流量特性：调节阀两端压差保持不变时相对流量与相对开度之间的关系。1-直线2-等百分比3-快开4-抛物线调节阀的典型理想流量特性阀芯形状决定理想流量特性1-直线2-等百分比3-快开4-抛物线流量的（绝对）变化量与开度变化量成线性关系。流量的相对变化率与开度变化量成线性关系。各种流量特性下的相对开度和相对流量表

相对流量相对开度0102030405060708090100直线流量特性3.31322.732.34251.761.37180.690.4100等百分比流量特性3.34.676.589.261318.325.636.250.871.2100快开流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.199100抛物线流量特性3.37.31218263545577084100相对开度从(1)40%~50%和(2)50%~60%比较：直线特性阀的绝对流量变化:(1)51.7-42=9.7t/h(2)61.3-51.7=9.6t/h等百分比特性阀的绝对流量变化:(1)18.3-13=5.3t/h(2)25.6-18.3=7.3t/h等百分比特性阀的相对流量变化:5.3/((13+18.3)/2)=33.9%7.3/((18.3+25.6)/2)=33.3%

图7-2-3三通调节阀的理想流量特性曲线（R=30，阀芯开口方向相反）（1）直线；（2）等百分比；（3）抛物线调节阀全开SguS7.2.4调节阀串联设备时的工作流量特性图7-2-6串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值)（a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性图7-2-7串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Q100作参比值)（a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性调节阀串联设备工作流量特性分析l/lmaxQ/Qmax（理想）Q/Q1000.250.280.500.500.520.770.750.760.92111R=30,Sv=0.25,理想流量特性为直线工作流量特性接近“快开”实际工程中应使Sv>=0.37.2.5调节阀并联管路时的工作流量特性图7-2-9有并联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值)（a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性7.2.6调节阀的实际可调比可调比：有串联设备的情况：有并联管路的情况：7.2.7三通调节阀的工作流量特性

（1）总阻抗小，对两个分支流量的分配性能好；（2）开度调节对总流量影响小。7.3调节阀的选择选择步骤：（1）选择阀门的流量特性，确定阀权度。（2）计算确定阀门的口径。（3）验算阀门的开度和可调比。室温自动控制系统原理图通过调节流量，改变换热器提供的热（冷）量。应考虑换热器的换热量随阀门的开度变化而变化的情况。蒸汽－空气加热器静特性热水－空气加热器静特性

阀门的工作流量特性宜为直线特性。阀门的工作流量特性宜为等百分比特性。调节阀流量特性与热交换器静特性的综合

a——调节阀的工作流量特性b——热交换器的静特性c——相对换热量和阀门相对开度的关系L——相对流量q——相对换热量一般在设计中，Sv取0.3~0.5〔例〕有一台直通双座调节阀，根据工艺要求，其最大流量是65m3/h，最小压差是50000Pa；其最小流量是13m3/h，最大压差是97500Pa。阀门工作流量特性要求为直线流量特性，Sv＝0.5，被调介质为水，试选择阀门口径，并验算开度和可调比。（1）选理想流量特性为等百分比流量特性。（2）计算阀门要求的流通能力：注意公式选用！VN型直通双座调节阀的参数表

开度验算公式：理想特性为直线：理想特性为等百分比：7.4管网系统水力工况分析

1）管段串联两个管段构成回路的情况。2）管段并联回路的重力及全压作用力为零。两个管段不构成回路的情况。添加虚拟管路，使之构成回路。回路中，若重力作用与输入的全压动力均为零：2）管段并联水力并联！3）枝状管网，可经过串并联逐次简化为一个管路。SS环状管网，无法按串并联关系简化！4）枝状管网的阻力特性5）环境对枝状管网流动的影响物理意义：表明了管网中流体流动所需的能量，一部分是用来克服环境的影响；另一部分用来克服管网的流动阻力。将这一关系在以流量为横坐标、压力为纵坐标的直角坐标图中描绘成曲线，即为管网特性曲线。QⅡPPst广义管网特性曲线QⅡPPst狭义管网特性曲线QⅡP上图所示的管网结构中：用户的相对流量只与管网各管段的阻抗有关。第d个用户与第m个用户(m>d)之间的流量比，仅取决于用户d和用户d以后(按水流动方向)各管段和用户的阻抗，而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。

枝状管网水力工况分析基本步骤计算确定管网总阻抗，（或阻抗的变化趋势）；做管网运行工况图，（泵与风机的性能曲线及管网特性曲线）；确定工况点、运行流量，（或流量的变化趋势）按照管段间的连接关系及流量分配规律，确定各管段的流量（或流量变化趋势）。阀门C关闭，用户3的供回水之间的压差增大。？例题7-9管网在正常工况时的水压图和各热用户的流量如图所示。如关闭热用户3，试求其它各热用户的流量及其水力失调程度。其中，管网图中的数字表示流量（m3/h），水压图里的数字表示压差（kPa）。循环水泵的性能参数如下表。7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法用户的规定流量：用户可能达到的最大流量：则：7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法在Pw=0时(理论上干管直径为无限大)，y=1。工况无论如何变化都不会使它水力失调，水力稳定性最好。在这种情况下任何用户流量的变化，都不会引起其它用户流量的变化。在Py=0或Pw=时(理论上，用户系统管径无限大或网路干管管径无限小)，y=0。此时，用户的水力稳定性最差，任何其它用户改变的流量，将全部转移到这个用户去。7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法实际管网的水力稳定性系数y总在0和1之间。当水力工况变化时，任何用户的流量改变，一部分流量将转