热水网路的水压图与水力工况.

LOGO供热工程GONGREGONGCHENG第九章热水网路的水压图与水力工况第九章热水网路的水压图与水力工况【知识目标】1.熟悉绘制水压图的基本原理、基本要求、方法和步骤；2.掌握用户与热网的连接形式；3.熟悉热水网路的定压方式；4.熟悉循环水泵和补给水泵的选择方法；5.熟悉提高热水网路水力稳定性的方法；6.熟悉热水供热系统供热调节的常用方式。【能力目标】1.具有绘制实际工程水压图的能力；2.利用水压图，能进行热用户与热网的连接形式的确定；3.会进行热水管网循环水泵和补给水泵的选择；4.具有分析热水网路水力失调状况的能力。目录课题1水压图的基本概念1课题2绘制水压图的基本技术要求、步骤和方法2课题3用户与热网的连接形式3课题4热水网路的定压方式4课题5循环水泵和补给水泵的选择5课题6热水供热系统的水力工况与供热调节6课题1水压图的基本概念水压图可以清晰地表示管网和用户各点的压力大小和分布状况，是分析研究管网压力状况的有力工具。水压图绘制的理论基础是流体力学中的恒定流实际液体总流的能量方程—伯努利方程。如图10-1，当流体流过某一管段时，根据伯努利方程可以列出1、1断面和2、2断面之间的能量方程：图10-1热水网路水头线式中——断面1、2处管中心至基准面0—0的垂直距离，m；——断面1、2处的压强，Pa；——断面1、2处的断面平均流速，m/s；——水的密度，Kg/m3；——重力加速度，m/s2；——断面1、2间的水头损失，mH2O；——断面1、2处的动能修正系数，取21ZZ、21PP、21vv、g21H21、。＝＝0.121课题1水压图的基本概念上式中各项都表示一段高度，以“m”作单位,可分别称为：——位置水头；——压强水头；——流速水头。位置水头、压强水头、流速水头三项之和表示断面1、2间任意一点的总水头H。顺次连接图中1、2两点间各点的总水头高度可得到1、2断面间的总水头线AB，AB是一条下降的斜直线。表示水流过管段1、2间总水头的差值，即水头损失=H1-H2。ZgPgv22ZgPgv2221H21H课题1水压图的基本概念位置水头与压强水头之和表示断面1、2间任意一点的测压管水头。管网中任意一点的测压管水头高度，就是该点离基准面0-0的位置高度Z与该点的测压管水柱高度之和。连接1、2两点间各点的测压管水头高度可得到1、2断面的测压管水头线CD；在热水管路中，将管路各节点测压管水头高度顺次连接起来的曲线，称为热水管路的水压曲线。绘制水压图的实质就是获得热水网路的水压曲线。通过分析热水网路的水压图可以得到：(1)利用水压曲线，可以确定管网中任意一点的压力值。管网中任意一点的压力值等于该点的测压管水头高度与该点位置高度之差，如图10-1中任一点的压力为：=Hp-ZZgPgP课题1水压图的基本概念(2)利用水压曲线可以表示各管段的压力损失值。由于热水管路中各点的流速相差不大，公式（10-1）中的和的差值可以忽略不计，水在管道内流动时，任意两点间的水头损失就等于两点间的测压管水头之差，如图10-1中，断面1、2间的水头损失可以表示成:=（+）-（+）（式10-2）gv221gv22221H1ZgP12ZgP2课题1水压图的基本概念(3)根据水压曲线的坡度，可以确定计算管段单位管长的平均比压降，如图10-1，1、2两点间的平均比压降为：水压曲线越陡，计算管段单位管长的平均比压降就越大。(4)由于热水管网系统是一个相互连通的循环环路，已知管网中任意一点的水头，就可以确定其它各点的水头。pjP课题1水压图的基本概念backbackbackback(1)保证热用户足够的资用压力。在用户的引入口处，供、回水管之间应有足够的作用压力，否则系统不能正常运行。用户引入口的资用压力与连接方式有关，以下数值可供选用参考：1）与网路直接连接的暖风机采暖系统或大型的散热器采暖系统，约为20～50kPa（2～5mH2O）；2）与网路采用水喷射器、喷射泵的直接连接采暖系统，约为80～120kPa（8～12mH2O）；3）与网路直接连接的热计量采暖系统约为50kPa（5mH2O）；4）与网路采用热交换器的间接连接系统，约为30～100kPa（3～10mH2O）；5）设置混合水泵的热力站，网路供、回水管的预留资用压差值，应等于热力站后二级网路及用户系统的设计压力损失值之和。课题2绘制水压图的基本技术要求、步骤和方法（2）保证设备不超压。（3）保证系统始终满水，不出现倒空现象。（4）保证不汽化。不同水温下的汽化压力见表10-1。（5）室外管网回水管内任何一点的压力都比大气压力至少高出5mH2O，以免吸入空气。水温（℃）100110120130140150汽化压力（mH2O）046103176269386表10-1不同水温下的汽化压力课题2绘制水压图的基本技术要求、步骤和方法【例题10-1】已知某室外高温水供热管网，供、回水温度为130℃/70℃，用户Ⅰ、Ⅱ为高温水采暖用户，用户Ⅲ、Ⅳ为低温水采暖用户，如图10-2所示，各用户均采用柱型铸铁散热器，供、回水干线通过水力计算可知压降均为12mH2O。绘制热水网路水压图的步骤和方法大致如下：（1）选择确定连接方式。（2）确定静水压线。(3)确定恒压点，选择定压方式。(4)绘制动水压线。课题2绘制水压图的基本技术要求、步骤和方法图10-2热水网路水压图课题2绘制水压图的基本技术要求、步骤和方法backbackbackback为使热网正常运行，合理选择外网与用户系统的连接方式，是一个重要渠道。热水网路的水压图绘制后，就可以分析确定用户与热网的连接形式。根据已绘制的水压图（图10-2）分析如下：(1)用户I是高温水采暖用户，从水压图可知，用户I中130℃的高温水考虑不汽化的要求，压力应为38.6mH2O，静水压线定在42m，可以保证用户I不汽化、不倒空，而且无论运行还是静止时底层散热器都不会超压。用户I的资用压力ΔH=70-48=22mH2O，用户I是大型高温水采暖用户，假设内部设计水头损失为ΔHy=5mH2O，资用压力远远超过了用户系统的设计水头损失，需要在用户I入口处供水管上设阀门或调压板节流降压，使进入用户的测压管水头降到48+5=53mH2O，阀门节流的压降为ΔHf=70-53=17mH2O，这可以满足用户对压力的要求正常工作，如图10-3（a）。课题3用户与热网的连接形式(2)用户Ⅱ,可在供水管上设阀门节流降压，回水管上再设水泵加压，如图10-3b，其设计步骤如下：1）先假定一个安全的回水压力，回水管的测压管水头不超过50-3=47mH2O，可定为45m。2）该用户所需的资用压力如果为4m，则供水管测压管水头应为45+4=49mH2O。3）供水管应设阀门或调压板降压ΔHf=67-49=18mH2O。4）用户回水管加压水泵的扬程ΔHB=51-45=6mH2O。课题3用户与热网的连接形式(3)用户Ⅲ：该用户是高层建筑低温水采暖用户，系统静压线和回水动压线高度均低于系统充水高度61m（也就是该用户的静水压线高度），不能保证其始终充满水和不倒空。因此需采用设表面式水—水换热器的间接连接，如图10-3c。(4)用户Ⅳ：该用户是低温水采暖用户，从水压图可以看出，网路循环水泵停止运行时，静水压线能保证用户Ⅳ不汽化、不超压。假设该用户内部的水头损失为1mH2O，而外网提供的资用压力为10mH2O，可以考虑采用设水喷射器的直接连接，如图10-3d。水喷射器出口的测压管水头为54+1=55mH2O，喷射器本身消耗的压降为ΔHp=64-55=9mH2O，满足水喷射器的设置要求。课题3用户与热网的连接形式总结上述内容，外网与用户系统常用连接方式有：(1)直接连接：当外网提供给用户的资用压头在2～12mH2O，可选用简单直接连接，喷射泵、水喷射器等连接方式；当用户的资用压头不足2～5mH2O，可采用混水泵连接方式（当水温要求合理）。(2)间接连接：当热用户为高层建筑时，采用直接连接，底层散热设备将被压坏；遇到这种情况，有几种解决方法：一种是把水压图的静水压线和回水压线提高，采用承压能力较高的散热器；一种是采用分层间接连接方式，40m以下各层采用简单直接连接，40m以上各层采用热交换器的间接连接；另一种是采用双水箱分层连接。(3)加压泵连接：只是个别热用户回水动压线过高，导致底层散热设备超压时，可采用在用户热入口装设回水加压泵的连接方式。课题3用户与热网的连接形式backbackbackback通过绘制水压图可以正确地进行管网分析，分析用户的压力状况和连接方式，合理地组织热网运行。热水供热系统的定压方式很多，常用的有：(1)开式高位水箱定压开式高位水箱定压是依靠安装在系统最高点的开式膨胀水箱形成的水柱高度来维持管网定压点（膨胀管与管网连接点）压力稳定。由于开式膨胀水箱与管网相通，水箱水位的高度与系统的静压线高度是一致的。课题4热水网路的定压方式(2)补给水泵定压补给水泵定压是目前集中供热系统广泛采用的一种定压方式。补给水泵定压主要有以下几种形式：1）补给水泵的连续补水定压，如图10.4图10-4补给水泵连续补水定压方式1-热水锅炉；2-集气罐；3、4-供、回水管阀门；5-除污器；6-循环水泵；7-止回阀；8-给水止回阀；9-安全阀；10-补水管；11-补水泵；12-压力调节阀课题4热水网路的定压方式2）补给水泵的间歇补水定压，如图10-5图10-5补给水泵间歇补水定压方式1-热水锅炉；2-热用户；3-除污器；4-压力调节器；5-循环水泵；6-安全阀；7补给水泵；8-补给水箱课题4热水网路的定压方式3）补水定压点设在旁通管处的补给水泵定压方式补给水泵连续补水定压和间歇补水定压都是将定压点设在循环水泵的吸入口处，这是较常用的定压方式，这两种方式供、回水干管的动水压曲线都在静水压曲线之上，也就是说管网运行时网路和用户系统各点均承受较大压力。大型热水采暖系统为了适当地降低网路的运行压力和便于调节，可采用将定压点设在旁通管处的连续补水定压方式，如图10-6。图10-6补水定压点设在旁通管处的补给水泵定压方式1-加热装置(锅炉或换热器)；2-网路循环水泵；3-泄水调节阀；4-压力调节阀；5-补给水泵；6-补给水箱；7-热用户课题4热水网路的定压方式4）补水泵变频调速定压补水泵变频调速定压的基本原理是根据供热系统的压力变化，改变电源频率，平滑无级的调整补水泵转速，及时调节补水量，实现系统恒压点压力的恒定，如图10-7所示。图10-7变频调速定压调节框图课题4热水网路的定压方式(3)惰性气体定压方式气体定压大多采用的是惰性气体（氮气）定压。图10-8为热水供热系统采用的变压式氮气定压的原理图。图10-8变压式氮气定压方式1-氮气瓶；；2-减压阀；3-排气阀；4-水位控制器；5-氮气罐；6-热水锅炉；7、8-供回水管总阀门；9-除污器；10-网路循环水泵；11-补给水泵；12-排水电磁阀；13-补给水箱backbackbackback课题4热水网路的定压方式10.5.1.1循环水泵的流量热水供热系统管网的计算流量可依据前面的叙述计算确定，循环水泵的总流量应不小于管网的计算流量，即式中——循环水泵的总流量，t/h；——管网的计算流量，t/h。当热水锅炉出口或循环水泵装有旁通管时，应计入流经旁通管的流量。课题5循环水泵和补给水泵的选择10.5.1循环水泵的选择GjG10.5.1.2循环水泵的扬程循环水泵的扬程应不小于设计流量条件下，热源内部、供回水干管的压力损失和主干线末端用户的压力损失之和，即式中——循环水泵的扬程，mH2O或Pa；——热源内部的压力损失，mH2O或Pa，它包括热源加热设备（热水锅炉或换热器）和管路系统等的总压力损失，一般取=（10～15）mH2O；——网路主干线供、回水管的压力损失，mH2O或Pa，可根据网路水力计算确定；——主干线末端