1、第第7章章 枝狀管網水力工況分析與調節枝狀管網水力工況分析與調節 管網的水力工況即指管網的流量和壓力分布狀況。兩者互相影響在管網運行時，對流量分配有定量的要求，還要求流體的壓力在合適的范圍內。本章講述枝狀管網水力工況分析的原理和調節方法。 7.1 管網系統壓力分布管網系統壓力分布 7.1.1管流能量方程及壓頭表達式管流能量方程及壓頭表達式 1.液體管流能量方程及壓頭表達式 212222121122HgvgPZgvgPZ)2()2(2222211121gvgPZgvgPZH)()(221121gPZgPZH等管徑的一般管流能量分布示意圖等管徑的一般管流能量分布示意圖測壓管水頭線 CZ1OZHP1

2、1總水頭線AHBZ22DP2ZHO1-221p12gpg2g22VV2g212.2.氣體管流能量方程及壓力表達式氣體管流能量方程及壓力表達式 忽略位壓時：21222122112)(2PvPZZgvPjaj2122221122PvPvPjj動靜壓轉換原理：動靜壓轉換原理：7.1.2 管網壓力分布圖管網壓力分布圖 1.液體管網壓力分布圖液體管網壓力分布圖-水壓圖水壓圖 在液體管路中，將各點的測壓管水頭高度測壓管水頭高度順次連接順次連接起來形成的線起來形成的線，稱為水壓曲線，它可直觀地表達管路中靜壓的分布狀況，也稱其為水壓圖。作用：作用：（1）確定管道中任何一點的靜壓值點的靜壓值。 （2）表示出各管

3、段的壓力損失值各管段的壓力損失值。 （3）確定管段的單位管長平均壓降的大小單位管長平均壓降的大小。 HOjHEODHHCEDCHABAHHOBDCBH123水 泵鍋 爐用 熱 設 備jAOHEDHjE膨 脹 水 箱BAjBjAjDjEjo室內熱水供暖管網的水壓圖室內熱水供暖管網的水壓圖 靜 水 壓 曲 線動 水 壓 曲 線水 泵鍋 爐32ED1水 箱jOCDEA用 熱 設 備FABBjCO00室內熱水供暖管網的水壓圖室內熱水供暖管網的水壓圖 2. 氣體管網壓力分布圖氣體管網壓力分布圖 7.1.3 吸入式管網的壓力分布特性分析吸入式管網的壓力分布特性分析 (1)風機吸入段的全壓和靜壓均為負值，在

4、風機入口負壓最大。 (2)在吸入管段中靜壓絕對值為全壓絕對值與動壓值之和。 (3)風機提供的全壓等于風機進出口的全壓差，也等于整個管網的壓力損失（包括出口壓力損失）。 1.氣體吸入式管網的壓力分布特性氣體吸入式管網的壓力分布特性2.液體吸入式管網的壓力分布特性液體吸入式管網的壓力分布特性 SSSahgvHPP2211自由液面與泵的進口安裝真空表處1-1斷面的能量方程： gwgvCPhgvHPgwgvChgvHPPKsSSasSSKa22)2(22)2(2021202120212021吸水管路（自由液面泵內壓力最低點）的能量關系： 7.1.4 水壓圖在液體管網設計中的重要作用水壓圖在液體管網設計

5、中的重要作用以室外供熱管網為例以室外供熱管網為例 1.熱水網路壓力狀況的基本技術要求熱水網路壓力狀況的基本技術要求 （1）不超壓。（2）不汽化，并有35mH2O。（3）不倒空，高于用戶系統的充水高度。（4）不吸氣，比大氣壓高5mH2O。（5）供回水管的資用壓差滿足要求。關鍵：關鍵：靜水壓線的確定靜水壓線的確定。繪制熱網水壓圖 作位置圖，定基準面，標注房屋標高等。 定靜水壓線。 繪制回水管動水壓線。 繪制供水管動水壓線。 確定循環水泵的揚程。 確定用戶的連接方式。注意：不能把“動水壓線”說成“動壓線”。用戶1：噴射泵直接連接。 用戶2：間接連接。用戶采暖系統與室外管網水力無關。用戶3：回水加壓連

6、接。7.1.5 管網系統的定壓管網系統的定壓 選定的靜水壓線位置靠系統所采用的定壓方式來保證。也可以說，定壓方式決定了管網系統的靜水壓線，對系統的壓力工況有決定性的影響。常用定壓方式： 1.1.高位水箱定壓方式高位水箱定壓方式 ：經常用在給水、消防、熱水管網系統中。經濟，但放在高位置。 2.2.補給補給水泵定壓方式定壓方式 a.補給水泵連續補水定壓方式 用在系統規模大、漏水量大、較高供水溫度供熱系統中。可以放在設備間。安裝靈活。b.補給水泵間歇補水定壓方式 用在系統規模不大、漏水量不大、供水溫度不高供熱系統中。可以放在設備間。 3.3.氣體壓力罐定壓氣體壓力罐定壓用在小型系統中，缺點是系統壓力

7、有波動，不穩定，但 安裝靈活，不受位置限制。 補給水泵連續補水定壓方式示意圖補給水泵連續補水定壓方式示意圖 補給水泵間歇補水定壓方式示意圖補給水泵間歇補水定壓方式示意圖 7.2 調節閥的節流原理與流量特性調節閥的節流原理與流量特性7.2.1 節流原理局部阻力系數可以改變相 對 開 度相對流量 圖 7 -3 -2閥 芯 形 狀 ( 直 線 特 性 閥 芯 ；（ 2 ） 等 百 分 比 特 性 閥 芯 （ 3 ） 快 開 特 性 閥 芯 ；（ 4 ） 拋 物 線 特 性 閥 芯 （ 5 ） 等 百 分 比 特 性 閥 芯 （ 開 口 形 ）（ 6 ） 直 線 特 性 閥 芯 （ 開 口 形 ）7.

8、2.2 調節閥的理想流量特性（1）直線流量特性（2）等百分比（對數）流量特性（3）快開流量特性（4）拋物線流量特性 圖圖7-2-3 三通調節閥的理想流量特性曲線三通調節閥的理想流量特性曲線 （R=30，閥芯開口方向相反），閥芯開口方向相反） （1）直線；（2）等百分比；（3）拋物線(3)(2)max200相 對 開 度(%)lmax相對流量203.320QQ(2)40(3)60(1)(2)6080(%)100(3)(1)80100(1)lp2pp1CguQppppppQmax22m11m7.2.3 調節閥的工作流量特性調節閥的工作流量特性圖圖726 串聯管道時調節閥的工作特性串聯管道時調節閥的

9、工作特性(以以Q/Qmax作參比值作參比值)（a）直線流量特性 ；（ b）等百分比流量特性圖圖727 串聯管道時調節閥的工作特性串聯管道時調節閥的工作特性(以以Q/Q100作參比值作參比值)（a）直線流量特性；（b）等百分比流量特性 圖圖729 有并聯管道時調節閥的有并聯管道時調節閥的工作特性工作特性(以以Q/Qmax作參比值作參比值)（a） 直線流量特性；（b）等百分比流量特性 調節器執行器調節閥熱交換器房間傳感器KtKzKvKbKfKcfrr2gsyLq室溫自動控制系統原理圖 7.3 調節閥的選擇調節閥的選擇1 調節系統的特性調節系統的特性q1.001.0L1.001.0qL蒸汽空氣加熱器

10、靜特性 熱水空氣加熱器靜特性 調節閥流量特性與熱交換器靜特性的綜合 調節閥的選擇：1. 考慮減少整個系統壓力損失，節省運行能耗考慮減少整個系統壓力損失，節省運行能耗2.保證調節閥良好的工作特性，即調節能力保證調節閥良好的工作特性，即調節能力3.一般在設計中選擇一般在設計中選擇SV=0.30.6是合適的是合適的2 閥權度的確定閥權度的確定 例有一臺直通雙座調節閥，根據工藝要求，其最大流量是65m3/h，最小壓差是50000Pa；其最小流量是13m3/h，最大壓差是97500Pa。閥門為直線流量特性，Sv0.5，被調介質為水，試選擇閥門口徑。3 流通能力計算流通能力計算VN型直通雙座調節閥的參數表

11、 4 調節閥口徑選擇調節閥口徑選擇%10003. 0110/03. 1252ViVSQPCSK%1001110/lg48. 11252ViVSQPCSK開度驗算公式：理想特性為直線：理想特性為等百分比：3cm/g;PaP差，閥門全開時它的作用壓5 開度和可調比驗算開度和可調比驗算Sv 0.3時，調節閥的可調比可不做驗算Rs=10 Sv7.4 管網系統水力工況分析 7.4.1水力失調與水力穩定性1 管網系統中某些管段的流量分配不符合設計值的現象稱為水力失調。2 水力失調度：一致失調，等比失調水力失調度：一致失調，等比失調3 原因分析：A 設計偏差B 動力源提供的能力與設計不符C 管網的流動阻力特

12、性發生改變4 水力穩定性 在管網中某些管段或用戶的流量改變時，其他各個管段或用戶保持本身流量不變的能力，稱為水力穩定性。2212122112121. . .nnnSSSSLLLLPPP當重力作用相同時，并聯當重力作用相同時，并聯nnnnnSSSSLLLPPPP. 21121211.串聯：串聯：7.4.2 水力工況分析方法水力工況分析方法1 基本原理基本原理某一管段阻抗變大，則總阻抗變大某一管段阻抗變大，則總阻抗變大 圖解法： 解析法：泵的性能曲線P=a+bQ+cQ2+dQ3+管網的性能曲線：P=Pst+SQ2 當管網中任意管段的阻抗發生改變，會出現什當管網中任意管段的阻抗發生改變，會出現什么情

13、況？如何進行定量分析？么情況？如何進行定量分析？ 1）根據流量和壓降，求出各管段的阻抗 2）求出工況改變后的總阻抗 3）得出新的工況點，即確定揚程，流量和壓降。 4）按流量分配方法求出各管段工況改變后的流量。1V2ABAB3mCCnSSSSSNMMNSSSSS123mn2 水力工況分析方法水力工況分析方法第二節第二節 水力工況分析水力工況分析鍋鍋爐爐45321 1、干管閥門關?。骸⒏晒荛y門關小：S增，增，V變小，閥門前的用戶流量變大，閥變小，閥門前的用戶流量變大，閥門后的用戶流量變小門后的用戶流量變小2、用戶閥門開大：、用戶閥門開大：S降，降，V變大，該用戶流量變大，其他用戶變大，該用戶流量變

14、大，其他用戶流量變小流量變小網路總阻力數改變網路總阻力數改變各用戶的流量重新分配各用戶的流量重新分配某閥門開度改變某閥門開度改變分析：分析：網路總流量改變網路總流量改變水力失調水力失調熱力失調熱力失調各用戶冷熱不均各用戶冷熱不均=IIIIIIIIIIIIIVIVVV工況分析工況分析1.閥門閥門A節流節流(閥門閥門A關小關小) 閥門A的阻抗增大，始端有一局部陡降；同時流量減小，干管水壓線變平緩。從圖中可以看出：各用戶阻抗不變，用戶流量V1、 V2 .均減小，呈一致等比失調，各用戶P減小。變化后的水壓線如圖中紅線所示。第二節第二節 水力工況分析水力工況分析工況分析工況分析2. . 閥門閥門B B節

15、流節流( (閥門閥門B B關小關小) ) 閥門B關小，阻抗增大， B處有一局部陡降；同時流量減小，干線水壓線變平緩。從圖中可以看出：B以前各用戶P增大但不等比，用戶流量不等比增加； B以后各用戶P減小而流量等比減小，為等比失調，則全部用戶為不一致失調。變化后的水壓線如圖中紅線所示。第二節第二節 水力工況分析水力工況分析3.3.閥門閥門C C關閉關閉閥門C關閉，阻抗增大，總阻抗增大，總流量減小。閥門C 前的總流量減小，干管P減小，干線水壓線變平緩，用戶壓降增大，流量不等比增加。閥門C后所有用戶P增大而S不變，用戶流量增大，干線水壓線變陡。C以后用戶流量等比增加，C用戶V3=0。全部用戶為不一致失

16、調。變化后水壓線如圖中紅線。第二節第二節 水力工況分析水力工況分析4. .熱網未進行初調節熱網未進行初調節熱網未進行初調節時，前端阻抗較小，管網總流量增大。一般近端流量較大，干線水壓線變陡；而遠端各用戶P減小而S不變，流量V均減小，水壓線變平緩，全部用戶為不一致失調，變化后的水壓線如圖中紅線所示。第二節第二節 水力工況分析水力工況分析5. 5. 用戶用戶3 3設加壓泵設加壓泵 設加壓泵后，可認為并聯了一個阻力數為負值的管段，S減小，總流量增大。3之前干線P增大，水壓線變陡，1、2用戶流量減小，非等比失調； 3之后由于作用壓力P減小、流量減小，呈等比失調，水壓線變緩。 用戶3流量增大，全部用戶為

17、不一致失調。變化后的水壓線如圖中紅線所示。第二節第二節 水力工況分析水力工況分析 例題例題 管網在正常工況時的水壓圖和各熱用戶的流量如圖所示。如關閉熱用戶3，試求其它各熱用戶的流量及其水力失調程度。其中，管網圖中的數字表示流量（m3/h），水壓圖里的數字表示壓差（kPa）。其中，循環水泵的性能參數如下表。21345100100100100100500400300200100500400600kPa300200100600 m3/h442365501630620P kPa7003004007838007.4.3 7.4.3 提高管網水力穩定性的途徑與方法提高管網水力穩定性的途徑與方法yySPQgyywyrSPPSPQmaxywywygPPPPPQQy11max提高水力穩定性的方法：提高水力穩定性的方法： 1 適當增大網路干管的管徑（選用較小的比摩阻）適當增大網路干管的管徑（選用較小的比摩阻） 2 選用阻抗較大的用戶末端設置，采用水噴射器，調壓板，選用阻抗較大的用戶末端設置，采用水噴射器，調壓板，高阻力小管徑閥門等高阻力小管徑閥門等 3 初調節和運行調節時，將網路上的閥門全部打開初調節和運行調節時，將網路上的閥門全部打開 4 在用戶引入口安裝自動調節裝置（如流量調節器）在用戶引入口安裝自動調節裝置（如流量調節器） ，實，實質是改變用戶的阻抗質是改變用戶的阻抗7.5 管網系統水力平衡調