供热工程第十章ppt课件.ppt

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1、LOGO供热工程供热工程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十章热水供热系统的水力工况第十章热水供热系统的水力工况 第一节第一节 热水网路水力工况计算的基本原理热水网路水力工况计算的基本原理第二节第二节 热水网路水力工况的分析和计算热水网路水力工况的分析和计算第三节第三节 水力稳定性水力稳定性v在热水供热系统运行过程中，往往由于种在热水供热系统运行过程中，往往由于种种原因，使网路的流量分配不符合各热用种原因，使网路的流量分配不符合各热用户要求的计算流量，因而造成各热用户的户要求的计算流量，因而造成各热用户的供热量不符合要求。供热量不符合要求。v热水供热系统中各热

2、用户的实际流量与要热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量之间的不一致性，称为求的流量之间的不一致性，称为该热用户该热用户的水力失调的水力失调。 v在热水供热系统运行过程中，往往由于种在热水供热系统运行过程中，往往由于种种原因，使网路的流量分配不符合各热用种原因，使网路的流量分配不符合各热用户要求的计算流量，因而造成各热用户的户要求的计算流量，因而造成各热用户的供热量不符合要求。供热量不符合要求。v热水供热系统中各热用户的实际流量与要热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量之间的不一致性，称为求的流量之间的不一致性，称为该热用户该热用户的水力失调的水力失调。 v水力失调程度可用实际流量

3、与规定流量水力失调程度可用实际流量与规定流量的比值的比值(水力失调度水力失调度)来衡量来衡量 :vX=Vs/VgvX水力失调度水力失调度vVs热用户的实际流量热用户的实际流量vVg该用户的规定流量该用户的规定流量v水力失调的原因：水力失调的原因：1.没有很好的初调节没有很好的初调节2.用户的热负荷发生改变用户的热负荷发生改变3.设计中出现的漏算等设计中出现的漏算等 由于热水供热系统是一个具有许多并联环由于热水供热系统是一个具有许多并联环路的管路系统，各环路之间的水力工况相路的管路系统，各环路之间的水力工况相互影响，系统中任何一个热用户的流量发互影响，系统中任何一个热用户的流量发生变化，必然会引

4、起其它热用户的流量发生变化，必然会引起其它热用户的流量发生变化，也就是在各热用户之间流量重新生变化，也就是在各热用户之间流量重新分配，引起了水力失调。分配，引起了水力失调。v面对水力失调的现象，需要管理人员针对所发面对水力失调的现象，需要管理人员针对所发生地问题提出解决方案。这就需要对热水网路生地问题提出解决方案。这就需要对热水网路供热系统水力工况进行分析，研究其内在联系供热系统水力工况进行分析，研究其内在联系，掌握其规律。，掌握其规律。v掌握这些规律和分析问题的方法，对热水供热掌握这些规律和分析问题的方法，对热水供热系统设计和运行管理都很有指导作用。例如：系统设计和运行管理都很有指导作用。例

5、如：在设计中应考虑哪些原则使系统的水力失调程在设计中应考虑哪些原则使系统的水力失调程度较小度较小(或使系统的水力稳定性高或使系统的水力稳定性高)和易于进行和易于进行系统的初调节，在运行中如何掌握系统水力工系统的初调节，在运行中如何掌握系统水力工况变化时，热水网路上各热用户的流量及其压况变化时，热水网路上各热用户的流量及其压力、压差的变化规律；用户引入口自动调节装力、压差的变化规律；用户引入口自动调节装置置(流量调节器、压力调节器等流量调节器、压力调节器等)的工作参数和的工作参数和波动范围的确定等问题，都必须分析系统的水波动范围的确定等问题，都必须分析系统的水力工况。力工况。第一节第一节 热水网

6、路水力工况计算的基本原理热水网路水力工况计算的基本原理v对于室外热水网路，水流的流动状态处于阻对于室外热水网路，水流的流动状态处于阻力平方区，因此力平方区，因此2()dPR llsVv可见，可见，在已知水温参数下，网路各管段的阻力在已知水温参数下，网路各管段的阻力数数s只和管段的管径只和管段的管径d、长度、长度l、管壁内壁当量、管壁内壁当量绝对粗糙度绝对粗糙度K、以及管段局部阻力当量长度、以及管段局部阻力当量长度ld的大小有关，亦即网路各管段的阻力数的大小有关，亦即网路各管段的阻力数s仅取仅取决于管段本身，它不随流量变化。决于管段本身，它不随流量变化。 230.255.256.88 10tGR

7、Kd0.2595.256.88 10()dKSlld2()dPR llsV32/(/ )Pamhv任何热水网路都是由许多串联管段和并任何热水网路都是由许多串联管段和并联管段组成。串联管段和并联管段总阻联管段组成。串联管段和并联管段总阻力数的确定方法，在本书第四章中已阐力数的确定方法，在本书第四章中已阐述，只是计算单位不同，可见式述，只是计算单位不同，可见式(432)、(435)和式和式(437)。 v当热水网路的任一管段的阻力数，在运当热水网路的任一管段的阻力数，在运行期间发生了变化行期间发生了变化(如调整用户阀门，接如调整用户阀门，接入新用户等等入新用户等等)，则必然使热水网路的总，则必然使

8、热水网路的总阻力阻力S值改变，工作点值改变，工作点A的位置随之改变的位置随之改变(如改到图如改到图10一一1曲线曲线3的的B点位置点位置)，热水，热水网路的水力工况也就改变了。不仅网路网路的水力工况也就改变了。不仅网路总流量和总压降变化，而且由于分支管总流量和总压降变化，而且由于分支管段的阻力数变化，也要引起流量分配的段的阻力数变化，也要引起流量分配的变化。变化。 v如要定量地算出网路正常水力工况改变后的流如要定量地算出网路正常水力工况改变后的流量再分配，其计算步骤如下：量再分配，其计算步骤如下： v(1)根据正常水力工况下的流量和压降，求出网根据正常水力工况下的流量和压降，求出网路各管段和用

9、户系统的阻力数；路各管段和用户系统的阻力数； v(2)根据热水网路中管段的连接方式，利用求串根据热水网路中管段的连接方式，利用求串联管段和并联管段总阻力数的计算公式联管段和并联管段总阻力数的计算公式见式见式(104)，式，式(105)，逐步地求出正常水力工，逐步地求出正常水力工况改变后整个系统的总阻力数，况改变后整个系统的总阻力数， v(3)得出整个系统的总阻力数后，可以利用上述得出整个系统的总阻力数后，可以利用上述的图解法，画出网路的特性曲线，与网路循环的图解法，画出网路的特性曲线，与网路循环水泵的特性曲线相交，求出新的工作点。或可水泵的特性曲线相交，求出新的工作点。或可利用上述计算法求解确

10、定新的工作点的利用上述计算法求解确定新的工作点的P和和V值。值。v(4)顺次按各并联管段流量分配的计算方法顺次按各并联管段流量分配的计算方法(见见式式10-7)分配流量，求出网路各管段及各用户分配流量，求出网路各管段及各用户在正常工况改变后的流量。在正常工况改变后的流量。 第二节第二节 热水网路水力工况的分析和计算热水网路水力工况的分析和计算v对于整个网路系统来说，各热用户的水对于整个网路系统来说，各热用户的水力失调状况是多种多样的。力失调状况是多种多样的。 v当网路中各热用户的水力失调度当网路中各热用户的水力失调度x都大干都大干1(或都小于或都小于1)时，称为时，称为一致失调一致失调。一致。

11、一致失调又可分为等比失调和不等比失调。失调又可分为等比失调和不等比失调。v所有热用户的水力失调度所有热用户的水力失调度x值都相等的水值都相等的水力失调状况，称为力失调状况，称为等比失调等比失调。v热用户的水力失调度热用户的水力失调度x值不相等的水力失值不相等的水力失调状况，称为调状况，称为不等比失调不等比失调。v由式由式(10一一15)可以得出如下结论可以得出如下结论 v(1)各用户的相对流量比仅取决于网路各用户的相对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻力数，而与网路流各管段和用户的阻力数，而与网路流量无关。量无关。 v(2)第第d个用户与第个用户与第m个用户个用户(md)之间之间的流量比，仅取

12、决于用户的流量比，仅取决于用户d和用户和用户d以以后后(按水流动方向按水流动方向)各管段和用户的阻力各管段和用户的阻力数，而与用户数，而与用户d以前各管段和用户的阻以前各管段和用户的阻力数无关。力数无关。 v如图如图103(a)所示为一个带有五个热用所示为一个带有五个热用户的热水网路。假定各热用户的流量已户的热水网路。假定各热用户的流量已调整到规定的数值。如改变阀门调整到规定的数值。如改变阀门A，B、C的开启度，网路中各热用户将产生水力的开启度，网路中各热用户将产生水力失调。同时，水压图也将发生变化。失调。同时，水压图也将发生变化。v 1当阀门当阀门A节流节流(阀门关小阀门关小)时的水力工况时

13、的水力工况 v 当阀门当阀门A节流时，网路的总阻力数增大，总流量节流时，网路的总阻力数增大，总流量V将减少将减少(为便于分析起见，假定网路循环水泵的扬程是不变的为便于分析起见，假定网路循环水泵的扬程是不变的)。由。由于热用户于热用户1至至5的网路干管和用户分支管的阻力数无改变，的网路干管和用户分支管的阻力数无改变，因而根据式因而根据式(10-16)的推论可以肯定，各热用户的流量分配的推论可以肯定，各热用户的流量分配比例也不变，即都按同一比例减少，网路产生一致的等比比例也不变，即都按同一比例减少，网路产生一致的等比失调。网路的水压图将如图失调。网路的水压图将如图10-3(b）所示。图中实线为正）

14、所示。图中实线为正常工况下的水压曲线，虚线为阀门常工况下的水压曲线，虚线为阀门A节流后的水压曲线。节流后的水压曲线。由于各管段流量均减少，因而虚线的水压曲线比原水压曲由于各管段流量均减少，因而虚线的水压曲线比原水压曲线变得较平缓一些。各热用户的流量是按同一比例减少的线变得较平缓一些。各热用户的流量是按同一比例减少的。因而，各热用户的作用压差也是按相同的比例减少。因而，各热用户的作用压差也是按相同的比例减少。v2当阀门B节流时的水力工况 v当阀门B节流时，网路的总阻力数增加，总流量V将减少。供水管和回水管水压线将变得平缓一些，并且供水管水压线将在B点出现一个急剧的下降，变化后的水压图将成为图10

15、-3(c)虚线所示。v水力工况的这个变化，对于阀门B以后的用户3、4、5，相当干本身阻力数未变而总的作用压力却减少了。根据式(10-16)的推论，它们的流量也是按相同的比例减少 ,这些用户的作用压力也按同样比例减少。因此，将出现一致的等比失调。v对于阀门B以前的用户l、2，根据式(10-16)推论，可以看出用户流量将按不同的比例增加，它们的作用压差都有增加但比例不同，这些用户将出现不等比的一致失调。 v 对于全部用户来说，既然流量有增有减，那么整个网路的水力工况就发生了不一致失调。v3当阀门当阀门c关闭关闭(热用户热用户3停止工作停止工作)时的水力工况时的水力工况v阀门阀门c关闭后，网路的总阻

16、力数将增加，总流量关闭后，网路的总阻力数将增加，总流量V将减少。从热源到用户将减少。从热源到用户3之间的供水和回水管的水之间的供水和回水管的水压线将变得平缓一些，但因假定网路水泵的扬程压线将变得平缓一些，但因假定网路水泵的扬程并无改变，所以在用户并无改变，所以在用户3处供回水管之间的压差将处供回水管之间的压差将会增加，用户会增加，用户3处的作用压差增加相当于用户处的作用压差增加相当于用户4和和5的总作用压差增加，因而使用户的总作用压差增加，因而使用户l和和5的流量按相同的流量按相同的比例增加，并使用户的比例增加，并使用户3以后的供水管和回水管的以后的供水管和回水管的水压线变得陡峭一些。变化后的

17、水压线将成为图水压线变得陡峭一些。变化后的水压线将成为图10-3(d)所示的样子。所示的样子。 v根据式根据式(10-16)的推论，从图的推论，从图10-3(d)的水压图可以的水压图可以看出，在整个网路中，除用户看出，在整个网路中，除用户3以外的所有热用户以外的所有热用户的作用压差和流量都会增加；出现一致失调。对的作用压差和流量都会增加；出现一致失调。对于用户于用户3后面的用户后面的用户4和和5，将是等比的一致失调。，将是等比的一致失调。对于用户对于用户3前面的热用户前面的热用户l和和2，将是不等比的一致，将是不等比的一致失调。失调。v4热水网路未进行初调节的水力工况热水网路未进行初调节的水力

18、工况 v由于网路近端热用户的作用压差很大，在选择由于网路近端热用户的作用压差很大，在选择用户分支管路的管径时，又受到管道内热媒流用户分支管路的管径时，又受到管道内热媒流速和管径规格的限制，其剩余作用压差在用户速和管径规格的限制，其剩余作用压差在用户分支管路上难以全部消除。如网路未进行初调分支管路上难以全部消除。如网路未进行初调节，前端热用户的实际阻力数远小于设计规定节，前端热用户的实际阻力数远小于设计规定值，网路总阻力数比设计的总阻力数小，网路值，网路总阻力数比设计的总阻力数小，网路的总流量增加。位于网路前端的热用户，其实的总流量增加。位于网路前端的热用户，其实际流量比规定流量大得多。网路干管

19、前部的水际流量比规定流量大得多。网路干管前部的水压曲线，将变得较陡，而位于网路后部的热用压曲线，将变得较陡，而位于网路后部的热用户，其作用压头和流量将小于设计值。网路干户，其作用压头和流量将小于设计值。网路干管后部的水压曲线将变得平缓些管后部的水压曲线将变得平缓些(图图10-3(e)中中虚线虚线)。由此可见，热水网路投入运行时，必。由此可见，热水网路投入运行时，必须很好地进行初调节。须很好地进行初调节。 v在热水网路运行时，由于种种原因，有些热用户或热力站的作用压头会出现低于设计值，用户或热力站的流量不足。在此情况下，用户或热力站往往要求增设加压泵(加压泵可设在供水管或回水管上)。 v 下面定

20、性地分析，在用户增设加压泵后，整个网路水下面定性地分析，在用户增设加压泵后，整个网路水力工况变化的状况。图力工况变化的状况。图104中的实线表示在用户中的实线表示在用户3处处未增设加压泵时的动水压曲线。假设用户未增设加压泵时的动水压曲线。假设用户3未增设回水未增设回水加压泵加压泵2时作用压头为时作用压头为PBE，低于设计要求。，低于设计要求。 v 在用户在用户3回水管上增设的加压泵回水管上增设的加压泵2运行时，可以视为在运行时，可以视为在热用户热用户3及其支线上及其支线上(管段管段BE)增加了一个阻力数为负值增加了一个阻力数为负值的管段，其负值的大小与水泵工作的扬程和流量有关的管段，其负值的大

21、小与水泵工作的扬程和流量有关。由于在热用户。由于在热用户3上的阻力数减小，在所有其它管段和上的阻力数减小，在所有其它管段和热用户未采用调节措施，阻力数不变的情况下，整个热用户未采用调节措施，阻力数不变的情况下，整个网路的总阻力数网路的总阻力数S值必然相应减少。为分析方便，假设值必然相应减少。为分析方便，假设网路循环水泵网路循环水泵1的扬程为定值，则热网总流量必然适当的扬程为定值，则热网总流量必然适当增加。热用户增加。热用户3前的干线前的干线AB和和EF的流量增大，动水压的流量增大，动水压曲线变陡，用户曲线变陡，用户1和和2的资用压头减少，呈非等比失调的资用压头减少，呈非等比失调。热用户。热用户

22、3后面的热用户后面的热用户4和和5的作用压头减少，呈等比的作用压头减少，呈等比失调。整个网路干线的动水压曲线如图失调。整个网路干线的动水压曲线如图104的虚线的虚线ABCDEF所示。热用户所示。热用户3由于回水加压泵的作用，由于回水加压泵的作用，其压力损失其压力损失PBE增加，流量增大。增加，流量增大。v由此可见，在用户处装设加压泵，能够起到增加该用户流量的作用，但同时会加大热网总循环水量和前端干线的压力损失，而且其它热用户的费用压头和循环水量将相应减少，甚至使原来流量符合要求的用户反而流量不足。因此，在网路运行实践中，不应只从本位出发，任意在用户处增设加压泵，必须有整体观念，仔细分析整个网路

23、水力工况的影响后才能采用。 v计算例题说明，只要热网各管段及各热计算例题说明，只要热网各管段及各热用户的阻力数为已知值，则可以通过计用户的阻力数为已知值，则可以通过计算方法，确定网路的水力工况算方法，确定网路的水力工况各管各管段和各热用户的流量以及相应的作用压段和各热用户的流量以及相应的作用压头，但计算极为繁琐。头，但计算极为繁琐。v近年来，网路计算理论的不断完善和电近年来，网路计算理论的不断完善和电子计算机技术的高度发展，使得这类计子计算机技术的高度发展，使得这类计算问题容易得到解决。因此，利用计算算问题容易得到解决。因此，利用计算机分析热水网路水力工况，并以此来指机分析热水网路水力工况，并

24、以此来指导网路进行初调节，甚至配合微机监控导网路进行初调节，甚至配合微机监控系统，对热水网路实现遥控等技术，在系统，对热水网路实现遥控等技术，在国内也得到了应用国内也得到了应用。第三节第三节 热水网路的水力稳定性热水网路的水力稳定性v为了探讨影响热水网路水力失调程度的因素并为了探讨影响热水网路水力失调程度的因素并研究改善网路水力失调状况的方法，在本节中研究改善网路水力失调状况的方法，在本节中着重讨论热水网路水力稳定性问题。着重讨论热水网路水力稳定性问题。所谓水力所谓水力稳定性就是指网路中各个热用户在其它热用户稳定性就是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力。流量改变时保

25、持本身流量不变的能力。 v 通常用热用户的规定流量通常用热用户的规定流量Vg和工况变动后可和工况变动后可能达到的最大流量能达到的最大流量Vmax的比值的比值y来衡量网路的来衡量网路的水力稳定性。即水力稳定性。即maxmax1gVyVxmaxmax1gVyVxv由式由式(10一一21)可见，水力稳定性可见，水力稳定性y的极限值是的极限值是l和和0。v在在Pw=0时时(理论上，网路千管直径为无限大理论上，网路千管直径为无限大)，y=l。此时，这个热用户的水力失调度。此时，这个热用户的水力失调度xmaxl，即无论工况如何变化都不会使它水力失调，即无论工况如何变化都不会使它水力失调，因而它的水力稳定性

26、最好。在这种情况下的，因而它的水力稳定性最好。在这种情况下的这个结论，对于这网路上的每个用户都成立，这个结论，对于这网路上的每个用户都成立，所以也可以说，在这种情况下任何热用户流量所以也可以说，在这种情况下任何热用户流量的变化，都不会引起其它热用户流量的变化。的变化，都不会引起其它热用户流量的变化。 v当当Py=0或或Pw=时时(理论上，用户系统管理论上，用户系统管径无限大或网路干管管径无限小径无限大或网路干管管径无限小)，y=0。此时。此时，热用户的最大水力失调度，热用户的最大水力失调度xmax，水力稳，水力稳定性最差，任何其它用户流量的改变，其改变定性最差，任何其它用户流量的改变，其改变的

27、流量将全部转移到这个用户去。的流量将全部转移到这个用户去。 v实际上热水网路的管径不可能为无限小或实际上热水网路的管径不可能为无限小或无限大。热水网路的水力稳定性系数无限大。热水网路的水力稳定性系数y总在总在0和和l之间。之间。v因此，当水力工况变化时，任何热用户流因此，当水力工况变化时，任何热用户流量改变时，它的一部分流量将转移到其它量改变时，它的一部分流量将转移到其它热用户中去热用户中去。 v提高热水网路水力稳定性的提高热水网路水力稳定性的主要方法主要方法是是相对地减小网路干管的压降，或相对地相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。增大用户系统的压降。 v为了减少网路干管的压

28、降，就需要适当为了减少网路干管的压降，就需要适当增大网路干管的管径，即在进行网路水增大网路干管的管径，即在进行网路水力计算时，选用较小的比摩阻尺值。适力计算时，选用较小的比摩阻尺值。适当地增大靠近热源的网路干管的直径，当地增大靠近热源的网路干管的直径，对提高网路的水力稳定性来说其效果对提高网路的水力稳定性来说其效果更为显著。更为显著。v为了增大用户系统的压降，可以采用水为了增大用户系统的压降，可以采用水喷射器、调压板、安装高阻力小管径阀喷射器、调压板、安装高阻力小管径阀门等措施。门等措施。v在运行时应合理地进行网路的初调整和运在运行时应合理地进行网路的初调整和运行调节，应尽可能将网路干管上的所

29、有阀行调节，应尽可能将网路干管上的所有阀门开大，而把剩余的作用压差消耗在用户门开大，而把剩余的作用压差消耗在用户系统上。系统上。v 对于供热质量要求高的系统，可在各用户对于供热质量要求高的系统，可在各用户引入口处安置必要的自动调节装置引入口处安置必要的自动调节装置(如流量如流量调节器等调节器等)，以保证各热用户的流量恒定，以保证各热用户的流量恒定，不受其它热用户的影响。安装流量调节器不受其它热用户的影响。安装流量调节器以保证流量恒定的方法，实质上就是改变以保证流量恒定的方法，实质上就是改变用户系统总阻力数用户系统总阻力数S，以适应变化工况下用，以适应变化工况下用户作用压差的变化，从而保证流量恒定户作用压差的变化，从而保证流量恒定LOGOAdd your company slogan