第6章-管网系统水力工况分析2分解

第一节管网系统压力分布讨论：分析水力计算的作用管网系统使用的要求分析管网系统压力分布的作用为什么要绘制管网系统的压力分布图1.反映管网中流体的流动规律；2.判断管网系统的运行情况。直观反映管网中各点的压力状况返回第二节管网系统压力分布管网系统使用的要求：流量、压力动画返回第二节管网系统压力分布一.管流能量方程及压头表达式■以0－0为基准线,列管段1－1断面和2－2断面的能量方程：或■断面总水头：■断面压力水头：■1、2两断面之间的阻力：■水头损失：212222211122PgZPgZPOmH2222122222111HgZgPgZgPggPZH222gZHρgP2ggPPZZH2)()()(22212121212)()()(2221212121PPgZZP返回二、管网的压力分布图1.液体管网压力分布图——水压图■定义：■将各点测压管水头高度HPi顺次连接,形成水压曲线■作用：直观地表达管路中液体压力的分布状况■确定管道中任何一点的压力值:(Hpi－Zi);■表示出各管段的压力损失值；■当液体管路中各处的速度差别不大,动压差与管段1~2的水头损失ΔH1－2相比可忽略,则■由水压曲线坡度,确定管段单位管长平均压降的大小;■液体管网系统是一个水力连通器，通过管路上任意一点的压力，确定其他各点的压力.OmHHZgPZgP2212211第二节管网系统压力分布近似简化返回管流的水头损失和水压图水压曲线返回热水管网水压图——水压曲线第二节管网系统压力分布返回结论膨胀水箱安装高度超过用户系统的充水高度，而膨胀水箱的膨胀管又连接在靠近循环水泵进口侧时，就可以保证整个系统无论在运行还是停止时，各点压力都超过大气压力。系统中不会出现负压，避免了液体汽化或吸入空气膨胀水箱作用：容纳系统水膨胀体积稳压分析热水供暖系统水压曲线的位置，取决于定压装置对系统施加压力的大小和定压点的位置。采用膨胀水箱定压的系统各点压力，取决于膨胀水箱安装高度和膨胀管系统的连接位置。运行时，整个系统各点的压力都降低了；供暖系统的干管过长，阻力损失较大，则有可能在干管上出现负压；FR段供水干管的压力低于大气压力，就会吸入空气或发生水的汽化，影响系统的正常运行机械循环热水供暖系统中，应将膨胀水箱的膨胀管连接在循环水泵吸入侧的回水感管上；自然循环热水采暖系统中，循环作用压头小，水平供水干管的压力损失只占一部分，膨胀水箱连接在供水干管上。二.管网的压力分布图2.气体管网压力分布图气体管路，忽略位置压差，能量方程为：同一断面静压与动压之和为全压：■原理：qj↑qd↓，qj↓qd↑能量的转换原理2122221122PPPdjqPPP+=jqddqjPPPPPP－或－有==第二节管网系统压力分布绘制压力分布图返回二.管网的压力分布图第二节管网系统压力分布通风管路的压力分布图返回2.气体管网压力分布图通风系统的压力分布图的绘制方法和步骤■以大气压力为基准线0－0■计算各节点的全压值、动压值和静压值■将各点的全压在纵轴上以同比例标在图上，0－0线以下为负值,连接各个全压点可得到全压分布曲线.■将各点的全压减去该点的动压,同时可绘出静压分布曲线.第二节管网系统压力分布返回三、吸入式管网的压力分布特性分析1.气体吸入式管网特性■靠近入口点处和入口断面1的能量方程为：因管段1－2的动压：又：对于点2:222121dP110ZqqPPP110,0ZqqPPP故122121112ZdqjΔPρυPPP)(2212112ZmqqPlRPP2122dqjPPP2212121ZmjjPlRPP第二节管网系统压力分布1211jdqPPP2122121211)(dZmdjPPlRPP)(221211ZmjPlRP返回三、吸入式管网的压力分布特性分析1.气体吸入式管网特性由靠近入口点处和入口断面1的能量方程分析得出：当管道内的流速不变时，风管的阻力是由降低管内的静压来克服的.空气吸气管内的流动规律：风机吸入段的Pq和Pj均为负值,风机入口处负压最大吸入管段中静压绝对值为:Pq绝对值与Pd值之和风机的风压ΔP(全压)等于风机进出口的全压差风机风压＝风管阻力＋出口动压损失第二节管网系统压力分布返回三、吸入式管网的压力分布特性分析2.液体吸入式管网的压力分布特性■吸入管中压力的变化分析泵运行时，入口处形成负压，液体吸入并流入叶轮的进口.被吸液体与大气接触的液面为大气压力，该液面与叶轮进口的绝对压力之差，转换成位置水头和流速水头，并克服各项压力损失.第二节管网系统压力分布返回第二节管网系统压力分布吸入管中压力的变化分析返回2.液体吸入式管网的压力分布特性■吸入管中压力的计算液体自由表面与1－1断面的能量方程：液体自由表面与叶片入口稍前处0－0断面的能量方程：0－0断面中心点O与叶片背面靠近吸入口的断面k点相对运动的能量方程：令)1(2211sssahgHPP)2(2200sssahgCHPP)3(12222022002200－或WWgWPPgWPgWPkkkk整理得到：）式，）式代入（并将（231202WWkgWgChgHPPssska22220212021－第二节管网系统压力分布气穴系数泵壳内最低压头K点压力下降值Hv返回2.液体吸入式管网的压力分布特性■气穴和气蚀的产生■泵中最低压力Pk如果降低到被吸液体工作温度下的饱和蒸汽压力Pva时,泵壳内即发生气穴和气蚀现象.■什么是气穴？•Pk≤Pva时,液体就大量汽化,气体逸出,形成汽泡；•进入叶轮高压区的汽泡,被四周水压压迫而破裂；•流体冲向破裂的汽泡中心,产生强烈的局部水锤现象；•瞬间的局部压力达到1MPa以上,汽泡破裂时产生炸裂噪声.第二节管网系统压力分布返回2.液体吸入式管网的压力分布特性■什么是气蚀：■局部水锤的高频率作用下，泵的叶片进口端产生气蚀■气蚀现象叶片出现裂缝和剥落,最后达到几条裂缝互相贯穿的完全蚀坏程度气蚀↑↑,使气蚀区突然扩大,泵的H、N、η就将急剧下降,最终导致停止出水.第二节管网系统压力分布返回气蚀动画返回2.液体吸入式管网的压力分布特性■怎样防止气穴和气蚀的产生■以水的饱和蒸汽压力作为防止水汽化的最小压力，该值与水温有关.■气蚀余量为避免发生气蚀现象，应该使泵内液体的最低压强Pmin液体在该温度时的气化压强PV，即PminPV，Pmin=Pk.■气蚀余量计算式：第二节管网系统压力分布3.03.0][minPhhPPgPV2211返回2.液体吸入式管网的压力分布特性综述：■液体吸入式管路的压力分布要求对泵吸入口能够形成的真空度有严格的控制条件值；■若泵的真空值太小，无法提升液体；■若泵的真空值太大，会产生气蚀现象；■吸入管路正确的压力分布：以运行中不产生气蚀现象为前题按泵的样本中给定的允许吸上真空度Hs作为限值第二节管网系统压力分布返回四、水压图在液体管网设计中的重要作用■水压图的作用■管网的设计阶段：由于各用户对流体的Q、P、T的要求不同，设计时对管网的压力状况要有整体的考虑.水压图能全面反映管网和各用户的压力状况，是保证管网实现的技术措施.各个用户与管网的连接方式，要根据管网的压力分布和压力波动情况来选定.第二节管网系统压力分布返回四、水压图在液体管网设计中的重要作用■水压图的作用■管网的自动调节装置设计：要根据网路的压力分布或其波动情况来选定需要通过水压图的分析,作为决策的依据■管网的运行阶段：由管网的实际水压图，可全面了解系统在调节过程中或出现故障时的压力状况，了解影响因素及应采取的技术措施.■学习的目的：掌握绘制水压图的基本要求、步骤、方法、会利用水压图分析系统压力状况。第二节管网系统压力分布返回■通过水压图的绘制及水压分析满足设计要求■热水管网压力状况的基本技术要求■与热水管网直接连接的用户系统■系统内的压力不应超过用热设备和管道构件的承压能力.■循环水泵运行和停止时，系统回水管出口处的压力必须大于用户系统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏系统正常运行和腐蚀管道.■网路回水管内任何一点的压力应0.05MPa,以免吸入空气.■高温水的管路和用户系统内,t100℃的地点,热媒压力应不小于该水温下的汽化压力,并留有30～50kPa的富裕压力.■热水网路的热力站和热力引入口处,供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压头.第二节管网系统压力分布返回■水压图的绘制及水压分析的方法■绘制热水网络水压图的步骤和方法以网路循环水泵的中心线的高度为基准面，在纵坐标上作出标高的刻度，在横坐标上作出距离的刻度.选定静水压线的位置：停止运行时，不汽化，底层散热器能承受其压力选定回水管动水压线的位置：网路任意点P50KPa(表压)；回水管出口处的压力系统的充水高度.选定供水管动水压线的位置：限制供水管动水压线的最低位置:第二节管网系统压力分布任一点都不出现气化资用压头满足循环压头什么是静水压线？什么是回水管动水压线？什么是供水管动水压线？返回■例题分析•用户系统1:低温系统、楼高17m•用户系统2:低温系统、楼高30m•用户系统3:高温系统、楼高17m•用户系统4:高温系统、楼高17m第二节管网系统压力分布水压图的绘制及水压分析的方法水泵扬程是多少??返回水压图的绘制及水压分析的方法供回水温度110/70，供回水干管压力降为12mH2O，每个用户资用压头10mH2O，热源压力损失为15mH2O解答静水压线的确定：如全部用户均为直接连接，并保证用户不汽化或倒空，静水压线高度需要定在不低于39mH2O（36+3）处；此时用户1底层散热器承受的压力为：39-2=37mH2O；用户2底层散热器承受的压力为：39-6=33mH2O；用户3底层散热器承受的压力为：39+7=46mH2O；用户4底层散热器承受的压力为：39+2=41mH2O。用户3、4底层散热器承受的压力均超过40mH2O，应采用间接连接方式，投资成本大。解答重新确定静水压线：通过已知条件发现，只有用户2采用直接连接时才造成静水压线过大，所以把用户2采用间接连接，而其他用户采用直接连接。用户2采用间接连接后，系统高温水可能达到的最高点是在用户系统4的顶部。静水压线为：15+4.6+3=22.6≈23mH2O。1、3、4用户的底层散热器承受的压力分别为：21、30、25mH2O。解答绘制回水管动水压线定压点位置在循环水泵的吸入端，回水干管末端压力为23mH2O，回水干管压力损失为12mH2O，所以回水干管起点的压力为：23+12=35mH2O。绘制供水管动水压线用户的资用压头为10mH2O，所以供水干管末端压力：35+10=45mH2O，供水干管压力损失为12mH2O，起点压力为：45+12=57mH2O，热源压力损失为15mH2O，所以热源出口压力为：57+15=72mH2O。解答确定循环水泵的扬程。72-23=49mH2O。支线的水压曲线确定支线供水管水压线，起点在供水主干线上，支线末端水压线的标高应为起点标高减去支线的压力损失。回水管支线末端在回水主干线上，起点的标高应为末端压力加上支线的压力损失。解答用户1入口供水压力：45-2=43mH2O用户1入口回水压力：35-2=33mH2O主干线供水管平均比摩阻：12×10000/2500（1+0.6）=30Pa/m■水压图的绘制及水压分析的方法■用户系统的压力状况和与热网连接方式的确定根据热水网路水压图的水压线位置，