流体输配管网Ch7枝状管网水力工况分析与调节

Ch7枝状管网水力工况分析与调节7.2调节阀的节流原理与流量特性7.3

调节阀的选择7.1管网系统压力分布7.4

管网系统水力工况分析7.5

管网系统水力平衡调节管网的水力工况管网的流量和压力分布状况。流量的大小影响管段的压力损失——即压力分布状况。管网的压力分布反映流体的流动状况，决定管网中的流量分配。7.1管网系统压力分布一、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2、气体管流能量方程及压力表达式忽略位压时：动静压转换原理二、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体静压的分布状况，也称其为水压图。作用：（1）确定管道中任何一点的静压值。（2）表示出各管段的压力损失值。（3）确定管段的单位管长平均压降的大小。（4）已知任一点压力，就可知其他点压力。室内热水供暖管网的水压图定压方式：膨胀水箱，定压点在水泵吸入端。横坐标：管道计算长度。纵坐标：水头高度。静水压线：系统不运行时的水压线。各点测压管水头高度=膨胀水箱液面高度。静水压线为过液面的水平直线。动水压线：系统运行中的水压线。从定压点测压管水头开始，逆流向，在各节点上加水头损失，即可得动水压线。工况分析定压点在水泵吸入口处时，系统内所有点压力都高于大气压，不汽化，不吸气，运行可靠。定压点位置及膨胀水箱的高度决定着系统各点的压力。若将定压点设在干管的起点处，水压图如图示。FB段处于负压段，易发生汽化或吸气。注：重力循环热水采暖，动力小，损失小，不至于发生汽化时也可将定压点设在干管起点处。机械循环低温热水采暖常用高位水箱定压。大型集中供热系统，高温水系统，采用补水泵等定压方式。2、气体管网压力分布图绘制方法以大气压为基准线，计算各点全压、动压、静压，分别连接成线，得到全压线、静压线。工况分析流量一定时，动压减小，静压增大。动压较大的管段，静压可能为负，会吸气。吸入口、排出口，静压绝对值大，应严密。吸入管段的流动规律风机吸入段静压、全压均为负压，风机入口负压最大。吸入段静压线在全压线之下，静压绝对值大于全压绝对值。风机全压=风机进出口全压差值。三、水压图在液体管网设计中的应用1、热水网路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）满足采暖用户的要求。关键：静水压线的确定。2、热网水压图设计例：热网设计供回水温度110/70℃，用户1、3、4楼高17m，2楼高30m。用户1、2为低温水采暖，用户3、4为高温水采暖。供水管、回水管压损12mH2O，热源压损15mH2O。用户资用压力均为10mH2O。试确定系统压力、用户与管网的连接方式。解：1）画位置图，定基准面，标注房屋标高等。基准线：过系统水泵中心线的水平线；纵坐标：标高及水头高度；横坐标：距离。2）画静水压线。满足不超压、不汽化、不倒空要求。3）绘制回水干管动水压线。满足不超压、不倒空、不吸气的要求。4）绘制供水干管动水压线。满足不汽化、用户要求。5）确定循环水泵的扬程。6）画供回水支管水压线。根据各分支点测压管水头和水力计算结果绘制。注意：“动水压线”不是“动压线”。7）确定用户的连接方式。用户1：低温水，直连，需降温。喷射器连接。用户2：低温水，间接。用户3：高温水，直连。回水泵。用户4：高温水，直连。阀门节流。用户1：喷射器直接连接混合水泵连接用户2：间接连接用户3：回水加压连接用户4：直接连接四、管网系统的定压确定管网基准压力，维持系统各点压力，使运行稳定可靠。定压点的位置与定压压力决定了系统压力大小，及静水压线、动水压线各点的水头大小。宜选在便于管理，并有利于管网压力稳定的位置，宜设于热源处。1、高位水箱定压在热水系统中可兼起容纳膨胀水的作用，又称膨胀水箱。用于建筑给水、消防给水、热水管网中。2、补水泵定压1）补水泵连续定压定速泵+压力调节阀。定压点在循环水泵入口处。补水稳定，运行可靠，耗电多。适于管网规模大，供水温度较高的系统。2）补水泵间歇定压压力表上触电开关控制定速补水泵的启停。动水压线波动，不稳定。适于管网规模小，供水温度不高，漏水量小的系统。

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

3）旁通管定压点定压补水泵进出口上装旁通管，定压点与A点泄水阀和补水泵出口调压阀相连。动水压线可适当降低，调节范围大，灵活。旁通部分流量多耗电。4）变频泵补水定压与连续补水定压类似而且节能。调节水泵转速调节定压点压力。旁通管定压点定压3、气体定压定压点压力靠气压罐内压力维持。不受位置高度限制，闭式定压，不易腐蚀，减轻水锤和噪音。但压力变化大。适于小型管网。类型：接触式与隔膜式；惰性气体与压缩空气。气压罐定压7.4管网系统水力工况分析一、水力失调与水力稳定性1、水力失调管段的实际流量不符合设计流量的现象。水力失调度：实际流量与设计流量的比值。类型水力失调的原因动力源与设计值不符管网流动阻力发生变化不利影响2、水力稳定性管段在其他用户的流量改变时，保持自身流量不变的能力。水力稳定度二、水力工况分析方法1、基本原理1)管网阻抗流量压力的关系2)确定循环水泵的工况点图解法：管网特性曲线与水泵性能曲线的交点。计算法：拟合出水泵性能曲线与管网特性曲线联立求解。3)流量再分配当管网流量改变后，求出水泵新的工作点。按串并联分配原理求出各管段流量。2、水力工况分析供热管网中有n个并联用户，已知各管段阻抗及各用户的流量，分析管网的水力工况。用户1两端的相对流量比供热管网示意图用户2两端的流量比：推广到第m个用户的相对流量比：结论：各用户的相对流量比本质上只与各管段和用户的阻抗有关，与流量无关。第d个用户和第m个用户的相对流量比（m>d）：仅与d及d之后的用户和管段的阻抗有关。3、水力失调的规律如图所示为五个用户的供热管网，用户的流量已调整到设计流量，现分别改变阀门ABC的开度，试分析水力失调的规律。1）关小阀门A总阻抗增大，总流量减小，水泵扬程略升。各段干管和支管阻抗不变，流量比不变，管网一致等比失调。关小阀门A后水压曲线2）关小阀门B总阻抗增大，总流量减小。阀门处压力下降，水压线变平缓。用户345流量减小，等比一致失调。用户12流量增大，不等比一致失调。整体为不一致失调。关小阀门B后水压曲线3）关小阀门C总阻抗增大，总流量减小，但1245用户流量都增大。用户12不等比一致失调，水压线变平缓。用户45等比一致失调，但水压线变陡峭。整体不等比一致失调。关小阀门C后水压曲线4）未进行初调节的工况初调节：管网在使用前，预先调整调节装置的开度，对阻力特性和流量进行全面调整，使之达到设计要求。未进行初调节，前段用户流量大，阻力损失大，水压线陡峭；后段用户达不到设计流量，水压线平缓。未进行初调节的水压线若改造管网，增加用户或增加流量或压头，需要增加动力装置。改造原水泵，更换或加设。分别在供回水干管或同时加设水泵。但此法应由水压图和水力工况分析之后决定水泵的流量和扬程。当管网中某个用户处加设水泵时，能够增加该用户的流量，但影响整个管网中其他用户的流量和资用压力。总流量增大，压力损失增大。其他用户流量减小，资用压力减小。例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）。其中，循环水泵的性能参数如下表。三、提高管网水力稳定性的途径1、水力稳定性设计流量最大可能流量水力稳定度由可见，要使管网的水力稳定度y=1，需要干管管径无限大，此时该管段不受其他管段变化的影响。当干管管径无限小时，水力稳定度y=0，稳定性最差。2、增强管网水力稳定性的方法适当增大干管管径适当增大用户的压降可选用流量自动调节装置7.5管网系统水力平衡调节一、初调节1、比例调节法按照各并联支路的流量比与其设计流量比相等的原则进行调节。通风系统比例调节法1）调节支管风量比例三通调节阀的开度，使支管流量比等于设计流量比。2）调节总风量总风阀的开度，使总风量与设计总风量相等。例：图7-5-3通风管网初调节方法通风系统比例调节规律未进行初调节时，距离风机远的风口风量小，距离近的风口风量大。从最远风口开始，由远及近调节。调节上游管段，其下游用户的流量分配比例保持不变，即等比一致失调。平衡阀结构示意图例：图7-5-5供热系统初调节方法选择调节支线全开所有阀门。测量回水管上平衡阀前后压差及流量。计算支线水力失调度。选择失调度最大的支线为调节支线。按失调度由大及小的顺序调节。支线内调节计算该支线内各用户的水力失调度。以失调度最小的用户为参考用户。从该支线最末端用户开始调节。将1用户的失调度调至参考用户失调度的95%。调节倒数第二个用户，使之失调度与用户1的相等。同理调节用户3、4。按照同样方法调节其他支线的用户。支线间的调节测量各支线的失调度，最小值作为参考值。从最末端支线开始调节，调节支线回水平衡阀，使其失调度=参考失调度的95%。按由远及近的顺序调整其他支线，使各支线失调度与最末端支线失调度相等。全网调节调节总平衡阀，使末端支线的失调度=1。2、补偿法调节支线合作阀，补偿压力波动，使参照阀流量恢复到设计值。支线内调节选择待调支线。调节其末端用户，此处平衡阀为参照阀，计算它的压力损失。计算参照阀的特性系数和开度。调节支线的合作阀，使参照阀的压降=计算压力损失。调节倒数第二个用户的平衡阀，使之达到设计流量，同时调节合作阀，使参照阀压降保持设计值。按同样方法，由远及近调整用户的流量，同时用合作阀补偿参照阀。支线间的调节调节最末端支线的总平衡阀，将此作为参照阀，使其流量达到设计值。由远及近调节其他支线的总平衡阀，达到支线设计流量。并通过支线间的合作阀—系统总平衡阀补偿参照阀。二、运行中的调节1、自力式流量调节1）恒温调节阀（温控阀）工作原理安装于散热器入口处室温调节范围：5~26℃2）流量限制调节阀工作原理作用：维持管段流量恒定。2、调速变流量运行调节1）全变速管网恒定供回水