流體輸配管網(wǎng)第7章

第7章枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)

管網(wǎng)的水力工況指管網(wǎng)的流量和壓力分布狀況。在管網(wǎng)中，流量的大小影響管段的壓力損失——影響管網(wǎng)的壓力分布狀況。管網(wǎng)的壓力分布反映流體的流動(dòng)狀況，影響管網(wǎng)中的流量分配。在管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)流量分配有定量的要求。有時(shí)還要求流體的壓力在合適的范圍內(nèi)。對(duì)管網(wǎng)的水力工況進(jìn)行分析具有重要的意義。本章講述枝狀管網(wǎng)水力工況分析的原理和調(diào)節(jié)方法。

7.1管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布

7.1.1管流能量方程及壓頭表達(dá)式

1.液體管流能量方程及壓頭表達(dá)式

等管徑的一般管流能量分布示意圖Hp1Hp22.氣體管流能量方程及壓力表達(dá)式

忽略位壓時(shí)：7.1.2管網(wǎng)壓力分布圖

1.液體管網(wǎng)壓力分布圖----水壓圖

在液體管路中，將各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭高度順次連接起來(lái)形成的線，稱為水壓曲線，它可直觀地表達(dá)管路中液靜體壓的分布狀況，也稱為水壓圖。作用：（1）確定管道中任何一點(diǎn)的靜壓值。

（2）確定管段的壓力損失值。

（3）確定管段的單位管長(zhǎng)平均壓降的大小。室內(nèi)熱水供暖管網(wǎng)的水壓圖

室內(nèi)熱水供暖管網(wǎng)的水壓圖

空調(diào)冷凍水管網(wǎng)的水壓圖供熱管網(wǎng)水壓圖在設(shè)計(jì)流量QI=QII=QIII=100m3/h時(shí)，阻力△PAA1=△PA1A2=△PA2A3=20kPa；△PB3B2=△PB2B1=△PB1B=20kPa；△PA3B3=80kPa

2.氣體管網(wǎng)壓力分布圖

7.1.3吸入式管網(wǎng)的壓力分布特性分析

1.氣體吸入式管網(wǎng)的壓力分布特性(1)從大氣進(jìn)風(fēng)口到風(fēng)機(jī)入口的吸入段的全壓和靜壓均為負(fù)值，在風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓最大。

(2)在吸入管段中靜壓絕對(duì)值為全壓絕對(duì)值與動(dòng)壓值之和。(3)風(fēng)機(jī)提供的全壓等于風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的全壓差，也等于整個(gè)管網(wǎng)的壓力損失（包括出口損失）。

2.液體吸入式管網(wǎng)的壓力分布特性

自由液面與泵的進(jìn)口安裝真空表處1-1斷面間的能量方程：

吸水管路（自由液面—泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)）的能量關(guān)系：

7.1.4水壓圖在液體管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

——以室外供熱管網(wǎng)為例

1.對(duì)壓力狀況的基本技術(shù)要求

（1）不超壓。（2）不汽化。（3）不倒空。（4）不吸氣。（5）滿足采暖用戶的連接要求。關(guān)鍵：靜水壓線的確定。1.對(duì)壓力狀況的基本技術(shù)要求（2）在系統(tǒng)內(nèi)，熱水壓力應(yīng)不低于該水溫下的汽化壓力。（3）與室外管網(wǎng)直接連接的用戶系統(tǒng)，無(wú)論在循環(huán)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)或停止工作時(shí)，其用戶系統(tǒng)回水管出口處的壓力，必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，以防止系統(tǒng)倒空吸入空氣，破壞正常運(yùn)行和腐蝕管道。（4）管網(wǎng)回水管內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力，都應(yīng)比大氣壓力至少高出50kPa，以免吸入空氣。（5）在熱力站或用戶引入口處，供、回水管的資用壓差，應(yīng)滿足熱力站或用戶所需的作用壓頭。城市供熱管網(wǎng)水壓圖設(shè)計(jì)作位置圖，定基準(zhǔn)面，標(biāo)注房屋標(biāo)高等。定靜水壓線。繪制回水管動(dòng)水壓線。繪制供水管動(dòng)水壓線。確定循環(huán)水泵的揚(yáng)程。確定用戶的連接方式。注意：“動(dòng)水壓線”指系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的水壓線。靜水壓線的確定不超壓。（本例任意點(diǎn)壓力不大于400kPa）不倒空。不吸氣。（任意點(diǎn)靜壓力不低于50kPa）本例，重點(diǎn)考慮用戶2的影響，合理規(guī)劃各用戶的連接方式?；厮軇?dòng)水壓線的確定不倒空。不吸氣。（任意點(diǎn)壓力不低于50kPa）不超壓。水壓線的平緩程度與管徑的選擇相互關(guān)聯(lián)。供水管動(dòng)水壓線的確定不汽化。（任意點(diǎn)壓力不低于50kPa）滿足用戶引入口的資用壓頭。通常使末端用戶的資用壓頭滿足要求。該水壓線的平緩程度與管徑的選擇相互關(guān)聯(lián)。用戶2：間接連接。用戶采暖系統(tǒng)與室外管網(wǎng)水力無(wú)關(guān)。與用戶的連接方式用戶1：噴射泵直接連接。用戶3：回水加壓連接供水管節(jié)流降壓。如直接連接，運(yùn)行時(shí)底層散熱器超壓。7.1.5液體管網(wǎng)系統(tǒng)的定壓

靜水壓線位置靠系統(tǒng)所采用的定壓方式來(lái)保證。定壓點(diǎn)位置及壓力值決定了管網(wǎng)系統(tǒng)的靜水壓線，對(duì)系統(tǒng)的壓力工況有決定性的影響。定壓點(diǎn)的位置通常設(shè)置在管網(wǎng)循環(huán)水泵的吸入端。常用定壓方式1.高位水箱定壓方式

2.補(bǔ)給水泵定壓方式

a.補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓方式

b.補(bǔ)給水泵間歇補(bǔ)水定壓方式

c.補(bǔ)水泵變頻調(diào)速補(bǔ)水定壓方式3.氣體定壓（氣壓罐方式）

補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓方式示意圖

補(bǔ)給水泵間歇補(bǔ)水定壓方式示意圖

7.2調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理與流量特性7.2.1.調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)介調(diào)節(jié)閥是一種阻力系數(shù)可以變化的構(gòu)件，在管網(wǎng)中具有調(diào)節(jié)、切斷和分配流體的功能。對(duì)流量進(jìn)行定量調(diào)節(jié)手動(dòng)直通調(diào)節(jié)閥：截止閥型和蝶閥形電動(dòng)直通調(diào)節(jié)閥風(fēng)量調(diào)節(jié)閥空調(diào)冷凍水管網(wǎng)中的調(diào)節(jié)閥：建筑采暖管網(wǎng)中的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥分類（1）按流動(dòng)通路分為：直通（二通）調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥；（2）按閥體結(jié)構(gòu)分：直通單座閥、直通雙座閥、三通閥、角形閥、蝶閥、球形閥等；（3）按使用動(dòng)力劃分：電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)。蝶閥球閥直通單座閥直通雙座閥角形閥7.2.2調(diào)節(jié)閥的節(jié)流原理調(diào)節(jié)閥實(shí)質(zhì)為局部阻力可以調(diào)節(jié)的元件。流通能力：其物理意義為某一單位壓差下，流過(guò)調(diào)節(jié)閥的某種密度流體的流量。調(diào)節(jié)閥流通能力Ｃ由閥門的結(jié)構(gòu)決定，開(kāi)度變化會(huì)引起Ｃ的變化。7.2.3調(diào)節(jié)閥的理想流量特性流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。理想流量特性：調(diào)節(jié)閥兩端壓差保持不變時(shí)相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。1-直線2-等百分比3-快開(kāi)4-拋物線調(diào)節(jié)閥的典型理想流量特性閥芯形狀決定理想流量特性1-直線2-等百分比3-快開(kāi)4-拋物線流量的（絕對(duì)）變化量與開(kāi)度變化量成線性關(guān)系。流量的相對(duì)變化率與開(kāi)度變化量成線性關(guān)系。各種流量特性下的相對(duì)開(kāi)度和相對(duì)流量表

相對(duì)流量相對(duì)開(kāi)度0102030405060708090100直線流量特性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快開(kāi)流量特性3.321.738.152.665.275.884.591.396.199100拋物線流量特性3.37.31218263545577084100相對(duì)開(kāi)度從(1)40%~50%和(2)50%~60%比較：直線特性閥的絕對(duì)流量變化:(1)51.7-42=9.7t/h(2)61.3-51.7=9.6t/h等百分比特性閥的絕對(duì)流量變化:(1)18.3-13=5.3t/h(2)25.6-18.3=7.3t/h等百分比特性閥的相對(duì)流量變化:5.3/((13+18.3)/2)=33.9%7.3/((18.3+25.6)/2)=33.3%

圖7-2-3三通調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線（R=30，閥芯開(kāi)口方向相反）（1）直線；（2）等百分比；（3）拋物線調(diào)節(jié)閥全開(kāi)SguS7.2.4調(diào)節(jié)閥串聯(lián)設(shè)備時(shí)的工作流量特性圖7-2-6串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性(以Q/Qmax作參比值)（a）直線流量特性；（b）等百分比流量特性圖7-2-7串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性(以Q/Q100作參比值)（a）直線流量特性；（b）等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥串聯(lián)設(shè)備工作流量特性分析l/lmaxQ/Qmax（理想）Q/Q1000.250.280.500.500.520.770.750.760.92111R=30,Sv=0.25,理想流量特性為直線工作流量特性接近“快開(kāi)”實(shí)際工程中應(yīng)使Sv>=0.37.2.5調(diào)節(jié)閥并聯(lián)管路時(shí)的工作流量特性圖7-2-9有并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性(以Q/Qmax作參比值)（a）直線流量特性；（b）等百分比流量特性7.2.6調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比可調(diào)比：有串聯(lián)設(shè)備的情況：有并聯(lián)管路的情況：7.2.7三通調(diào)節(jié)閥的工作流量特性

（1）總阻抗小，對(duì)兩個(gè)分支流量的分配性能好；（2）開(kāi)度調(diào)節(jié)對(duì)總流量影響小。7.3調(diào)節(jié)閥的選擇選擇步驟：（1）選擇閥門的流量特性，確定閥權(quán)度。（2）計(jì)算確定閥門的口徑。（3）驗(yàn)算閥門的開(kāi)度和可調(diào)比。室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖通過(guò)調(diào)節(jié)流量，改變換熱器提供的熱（冷）量。應(yīng)考慮換熱器的換熱量隨閥門的開(kāi)度變化而變化的情況。蒸汽－空氣加熱器靜特性熱水－空氣加熱器靜特性

閥門的工作流量特性宜為直線特性。閥門的工作流量特性宜為等百分比特性。調(diào)節(jié)閥流量特性與熱交換器靜特性的綜合

a——調(diào)節(jié)閥的工作流量特性b——熱交換器的靜特性c——相對(duì)換熱量和閥門相對(duì)開(kāi)度的關(guān)系L——相對(duì)流量q——相對(duì)換熱量一般在設(shè)計(jì)中，Sv取0.3~0.5〔例〕有一臺(tái)直通雙座調(diào)節(jié)閥，根據(jù)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。閥門工作流量特性要求為直線流量特性，Sv＝0.5，被調(diào)介質(zhì)為水，試選擇閥門口徑，并驗(yàn)算開(kāi)度和可調(diào)比。（1）選理想流量特性為等百分比流量特性。（2）計(jì)算閥門要求的流通能力：注意公式選用！VN型直通雙座調(diào)節(jié)閥的參數(shù)表

開(kāi)度驗(yàn)算公式：理想特性為直線：理想特性為等百分比：7.4管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況分析

1）管段串聯(lián)兩個(gè)管段構(gòu)成回路的情況。2）管段并聯(lián)回路的重力及全壓作用力為零。兩個(gè)管段不構(gòu)成回路的情況。添加虛擬管路，使之構(gòu)成回路?；芈分?，若重力作用與輸入的全壓動(dòng)力均為零：2）管段并聯(lián)水力并聯(lián)！3）枝狀管網(wǎng)，可經(jīng)過(guò)串并聯(lián)逐次簡(jiǎn)化為一個(gè)管路。SS環(huán)狀管網(wǎng)，無(wú)法按串并聯(lián)關(guān)系簡(jiǎn)化！4）枝狀管網(wǎng)的阻力特性5）環(huán)境對(duì)枝狀管網(wǎng)流動(dòng)的影響物理意義：表明了管網(wǎng)中流體流動(dòng)所需的能量，一部分是用來(lái)克服環(huán)境的影響；另一部分用來(lái)克服管網(wǎng)的流動(dòng)阻力。將這一關(guān)系在以流量為橫坐標(biāo)、壓力為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)圖中描繪成曲線，即為管網(wǎng)特性曲線。QⅡPPst廣義管網(wǎng)特性曲線QⅡPPst狹義管網(wǎng)特性曲線QⅡP上圖所示的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)中：用戶的相對(duì)流量只與管網(wǎng)各管段的阻抗有關(guān)。第d個(gè)用戶與第m個(gè)用戶(m>d)之間的流量比，僅取決于用戶d和用戶d以后(按水流動(dòng)方向)各管段和用戶的阻抗，而與用戶d以前各管段和用戶的阻抗無(wú)關(guān)。

枝狀管網(wǎng)水力工況分析基本步驟計(jì)算確定管網(wǎng)總阻抗，（或阻抗的變化趨勢(shì)）；做管網(wǎng)運(yùn)行工況圖，（泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線及管網(wǎng)特性曲線）；確定工況點(diǎn)、運(yùn)行流量，（或流量的變化趨勢(shì)）按照管段間的連接關(guān)系及流量分配規(guī)律，確定各管段的流量（或流量變化趨勢(shì)）。閥門C關(guān)閉，用戶3的供回水之間的壓差增大。？例題7-9管網(wǎng)在正常工況時(shí)的水壓圖和各熱用戶的流量如圖所示。如關(guān)閉熱用戶3，試求其它各熱用戶的流量及其水力失調(diào)程度。其中，管網(wǎng)圖中的數(shù)字表示流量（m3/h），水壓圖里的數(shù)字表示壓差（kPa）。循環(huán)水泵的性能參數(shù)如下表。7.4.3提高管網(wǎng)水力穩(wěn)定性的途徑和方法用戶的規(guī)定流量：用戶可能達(dá)到的最大流量：則：7.4.3提高管網(wǎng)水力穩(wěn)定性的途徑和方法在Pw=0時(shí)(理論上干管直徑為無(wú)限大)，y=1。工況無(wú)論如何變化都不會(huì)使它水力失調(diào)，水力穩(wěn)定性最好。在這種情況下任何用戶流量的變化，都不會(huì)引起其它用戶流量的變化。在Py=0或Pw=時(shí)(理論上，用戶系統(tǒng)管徑無(wú)限大或網(wǎng)路干管管徑無(wú)限小)，y=0。此時(shí)，用戶的水力穩(wěn)定性最差，任何其它用戶改變的流量，將全部轉(zhuǎn)移到這個(gè)用戶去。7.4.3提高管網(wǎng)水力穩(wěn)定性的途徑和方法實(shí)際管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性系數(shù)y總在0和1之間。當(dāng)水力工況變化時(shí)，任何用戶的流量改變，一部分流量將轉(zhuǎn)