第6章-管网系统水力工况分析4

第四节管网系统水力工况分析与调整一.管网水力失调与水力稳定性■水力失调的概念管路中某些管段的流量分配不符合设计值，其原因有多种因素，实际值与设计值的不一致性，称为水力失调，用水力失调度来表征：■产生水力失调的原因管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗Si的变化导致Si改变有很多原因：管路安装、管材、管件、阀门gisiiQQx返回一.管网水力失调与水力稳定性■水力失调对管网系统的不利影响并联环路之间的水力工况相互影响系统中任一个管段的Q改变,其他管段的Q亦即改变某些环路因发生水力失调而流量过小,则可能发生爆管事故.(管炉水冷管)供热空调系统中,Q的改变,其水力失调必然导致热力失调第四节管网系统水力工况分析与调整返回一.管网水力失调与水力稳定性■管网的水力稳定性在管网中各个管段或用户,在其他管段或用户的流量改变时,保持本身流量不变的能力,称为管网的水力稳定性.用管段或用户管段流量Qg和工况变动后可能达到的最大流量Qmax的比值y来衡量管网的水力稳定性.即在管网系统的设计中,应考虑采取措施降低可能发生的水力失调度,运行中对用户流量调整时,其他各管段和用户的流量尽量稳定在原有的水平上.maxmax1xQQyg第四节管网系统水力工况分析与调整工况变动后的最大水力失调度规定流量用户最大流量二.管网系统水力工况的分析方法■分析的基本原理水力工况：是指管网某一流动状态下与之对应的阻力特性、压差和流量的表达，三者的关系为串联管段的总阻抗：并联管段的总阻抗：并联环路的流量比值与各自阻抗之间的关系以通导数分析并联管路的阻力特性：利用Si、ɑi逐步算出整个管网的总阻抗Szh利用Szh求出水泵工作点：图解法、计算法2iiiQSPniichSS1niibSS1113213211:1:1::SSSQQQS1niib1第四节管网系统水力工况分析与调整返回二.管网系统水力工况的分析方法■管网系统水力工况分析的基本原理图解法：根据绘出网路的水力特性曲线根据水泵样本绘出水泵的特性曲线两条曲线的交点为水泵的工作点计算法：水泵特性曲线的函数式：网路水力特性曲线的函数式两个公式联立求解,得出循环水泵工作点的ΔP和Q值第四节管网系统水力工况分析与调整32dQcQbQaP2QSPzh2QSPzh返回二.管网系统水力工况的分析方法■网路正常水力工况改变后流量再分配的计算步骤■根据正常水力工况下的流量和压降,求出网路各管段和用户系统的阻抗；■根据网络中管段的连接方式,利用求串联管段和并联管段总阻抗的计算公式,逐步求出正常水力工况改变后整个系统的总阻抗；■得出整个系统的总阻抗后,利用图解法,画出网路的特性曲线,与网络循环水泵的特性曲线相交,求出新的工作点；或利用计算法求解确定新的工作点的ΔP和Q值.■顺次按各并联管段流量分配的计算方法分配流量,求出网路各管段及各用户在正常工况改变的流量第四节管网系统水力工况分析与调整返回7.4.2管网系统水力工况分析方法方法1：定量计算管网水力工况分析法以供热管网为例，分析和计算供热管网的流量分配，研究它的水力失调状况。如下图管网：总流量为：Q，各用户流量分别为：Q1、Q2、Q31V2ABAB3mCCnSSSSSNMⅠⅡⅢMNSSSSS123mn7.4.2管网系统水力工况分析方法用户1处的△PAA：△PAA=S1Q12=S1-nQ2S1代表热用户1分支点的管网总阻抗，S1-n为用户1到用户n的总阻抗；用户1占总流量的比例：1111SSQQQn7.4.2管网系统水力工况分析方法用户2，S2-n-热用户2分支点管网总阻抗从另一角度分析：212222)(QQSQSPnBB2121221)())((QQSQQSSQSPnnnAA7.4.2管网系统水力工况分析方法上两式相除：nnnSSQSQS221222nnnSSSSQQQ222122上图所示的管网结构中：nMnnmnmnnnmmSSSSSSSSQQQⅢⅡ321用户的相对流量只与管网各管段的阻抗有关，而与流量无关。7476547sSSSsSSSQQQQnnnnnndmⅦⅥⅤ第d个用户与第m个用户(md)之间的流量比，仅取决于用户d和用户d以后(按水流动方向)各管段和用户的阻抗，而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。二.管网系统水力工况的分析方法■方法2：根据水力工况计算的基本原理，利用水压图，定性地分析水力失调的规律性.已知一个带有五个热用户的热水网路，各热用户的流量已调整到规定的数值，如果改变阀门的开启度，网路中各热用户将产生水力失调.阀门A节流时的水力工况网络的Szh↑、Qzh↓,网络产生一致的等比失调.阀门B节流时的水力工况网络的Szh↑、Qzh↓,B后用户产生一致的等比失调，B前用户产生不等比的一致失调.阀门C关闭时的水力工况网络的Szh↑、Qzh↓,用户3后面的用户4、5将产生一致的等比失调，用户3前面用户1、2将产生不等比的一致失调.热水网路未进行初调节的水力工况■例题--自学第四节管网系统水力工况分析与调整二.管网系统水力工况的分析方法■方法2：第四节管网系统水力工况分析与调整返回7.4.1管网水力失调与水力稳定性阀门A节流时的水力工况管网总阻抗增大，总流量Q将减少，管网循环水泵的扬程略有上升，认为基本不变。由于热用户1至5的管网干管和用户分支管的阻抗无改变，各用户分配比例也不变，所以各用户的流量分配比例也不变。即将按同一比例减少，为等比失调。虚线水压线比原水压线变得较平缓一些，各热用户的流量是按同一比例减少的。因而，各用户的作用压差也是按同一比例减少。7.4.1管网水力失调与水力稳定性阀门B节流时的水力工况总阻抗增加，总流量减少，供回水管水压线将变得平缓，并且供水管水压线将在B点出现一个急剧的下降对于阀门B后的用户3、4、5，相当于本身阻抗未变而总的作用压力却减少了，它们的流量也是按相同比例减少，出现一致的等比失调阀门B以前的用户1，2；用户流量将按不同比例增加，作用压差都有增加，出现不一致失调。7.4.1管网水力失调与水力稳定性阀门C关闭时的水力工况管网总阻抗增加，总流量将减少，热源到用户3的水压曲线变得平缓；假定水泵的扬程并无改变，用户3处供回水压差将增加，用户3处的作用压差增加相当于用户4和用户5的总作用压差增加，用户4和5流量按同比例增加用户3以后供回水管水压线变得陡峭一些；用户1和2的流量将会有所增加；7.4.1管网水力失调与水力稳定性供热管网未进行初调节的水力工况近热媒用户作用压差大，在选择管径时受到热媒流速和管径规格的限制，剩余压差在用户分支管上很难全部消除。如未进行初调节，前端热用户的实际阻抗远小于设计规定值，管网的总流量增加，前端用户流量大于规定流量，后端用户作用压头和流量小于规定值例题1管网在正常工况时的水压图和各热用户的流量如图所示。如关闭热用户3，试求其它各热用户的流量及其水力失调程度。其中，管网图中的数字表示流量（m3/h），水压图里的数字表示压差（kPa）。其中，循环水泵的性能参数如下表。21345100100100100100500400300200100500400600kPa300200100例题1、根据正常工况下的流量和压降，求管网干管和各热用户的阻抗Si２、工况改变后的管网总阻抗分清哪些变化了，哪些未改变利用串并联公式求解３、求管网变动后的总流量（图解法、数据拟合）４、根据流量分配比例，求各用户流量例题2如图4是某热水供暖管网图。水泵运行时，测得各管段流动阻力ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000Pa,ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000Pa,ΔP11’=25000Pa,ΔP44’=65000Pa。测得用户A、B、C流量均为20m3/h，不考虑管网泄露。求：1）水泵运行时的流量和扬程？2）开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压图和静水压图，说明用户A、B、C流量将如何变化？3）如果测得开大调节阀c后用户C的流量为30m3/h，调节c后ΔP44’=45000Pa求此时用户A、B的流量各是多少？此时水泵的流量和扬程是多少？例题2例题2（1）水泵运行时的流量为A、B、C流量之和，扬程为最不利环路各段阻力之和。即：Q=20×3=60m3/h,H=5000×3×2+25000+65000=120000Pa（2）开大调节阀C后，水压图如下，实线表示调节前动水压图，虚线表示调节后动水压图，静水压图在调节前后不变，如j—j所示。由于调节后管网总阻抗变小，总流量将变大。调节后供、回干管水压线均比调节前变陡，A、B用户资用压力减少，流量将变小；又由于总流量增大，故C用户流量将增大。例题2例题2（3）节流前后管段3—4阻抗不变，设ΔP34为调节后管段3—4阻力，对管段3—4有：5000=S34×202ΔP34=S34×302；解得ΔP34=11250Pa；同理管段3‘—4’调节后阻力也为11250Pa；因为管段3—3‘与管段4—4‘、3‘—4’、3—4并联所以管段3—3‘调节后阻力为11250X2+45000=67500Pa；管段3—3‘调节前阻力为5000X2+65000=75000Pa；用户B调节后流量QB‘=m3/h对管段2—3、2‘—3‘，调节后的阻力均为（30+18.97）2/（20+20）2X5000=7493.94Pa97.18207500067500例题2所以管段2—2‘调节后阻力为7493.94X2+67500=74993.94Pa管段2—2‘调节前阻力为5000X4+65000=85000Pa用户A调节后流量QA‘=m3/h调节后管网总流量Q‘=30+18.97+18.79=67.76m3/h对管段2—1—1‘—2’，调节后管段阻力为Pa最不利环路总阻力为44636.26+74993.94=119630.2Pa即开大调节阀C后，当用户C流量为30m3/h时水泵流量变为67.76m3/h，水泵扬程变为119630.2Pa。26.4463625000250006076.672279.18208500094.74993四.提高管网水力稳定性的途经与方法■水力稳定性■管网中某管段或用户的规定流量计算式：■一个用户可能的最大流量出现在其他用户全部关断时：■管网的作用压差ΔPr近似地认为等于网路正常工况下的网络干管的压力损失ΔPw和这个用户在正常工况下的压力损失ΔPy之和.即■水力稳定性：第四节管网系统水力工况分析与调整yygSPQyrSPQmaxyWrPPPyyWSPPQmaxyWyWygPPPPPQQy11max返回四.提高管网水力稳定性的途经与方法■水力稳定性■在ΔPw=0时，y=1.这个用户的水力失调度xmax=1,即工况无论如何变化都不会使它水力失调,水力稳定性最好.■在ΔPy=0或ΔPy=∞时,y=0.用户的水力失调度xmax=∞,水力稳定性最差■实际上：管径di不可能无限小或无限大，y在0～1之间.第四节管网系统水力工况分析与调整返回四.提高管网水力稳定性的途经与方法■提高管网水力稳定性的主要方法■相对的减少管路干管压降：网路水力计算，R值的选取可尽量小；■相对的增大用户系统的压降：采用喷水器、调压板、安装高阻力小管径阀门；■运行时合理地进行网络的初调整和运行调节,网路上的所有阀门尽可能开大,把剩余的作用压差消耗在用户系统上■对于运行质量要求较高的系统,可在各用户进入口处安置必要的自动调节装置,保证各用户的流量恒定.第四节管网系统水力工况分析与调整返回三.管路调整■在管网系统的运行中,因多种因素的影响,使管段和用户需要