流体输配管网第7章

流体输配管网河北工业大学建筑环境与设备工程系第七章枝状管网水力工况分析和调节•第一节管网系统压力分布•第二节调节阀的节流原理与流量特征•第三节调节阀的选择•第四节管网系统水力工况分析•第五节管网系统水力平衡调节水力工况：管网流量和压力的分布状况。第一节管网系统压力分布•7.1.1管流能量方程和压力表达式•1.液体管流能量方程及压力表达式•总水头：•测压管水头：水头损失（1-2无动力装置）：OmHΔ+2++=2++22122222111HgυZgρPgυZgρPggPZH22PZgggPPZZH2)()()(2221212121•2.气体管流能量方程及压力表达式•若忽略位压即不考虑重力因素，则•全压：•动静压转换原理：2212121212()()22jajvvPgZZPP2212121222jjvvPPP22jvPqjdPPP7.1.2管网压力分布图•1.液体管网压力分布图——水压图•水压图（水压曲线）：液体管网中，将各节点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线。•如图：C-D曲线•水压图的作用：直观地表达管路中液体压力的分布状况•1.确定管道中任何一点的静压值•2.表达出个管段的压力损失值•3.由坡度-确定管段的单位管长平均压降的大小•4.只要已知任何一点压力，管路上其他个点压力都可确定绘制水压图•1.静水压图•2.动水压图•3.定压装置•4.定压方式：高位水箱定压方式补水水泵定压定压罐定压5.定压点的位置■常用的几种定压方式–高位水箱定压方式•常用于给水管网系统、消防管网系统•热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱–补给水泵定压方式•补给水泵连续补水定压方式•补给水泵间歇补水定压方式•旁通管定压点补水定压方式•变频调速泵补水定压–气体定压•利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压•定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持•气压缸的位置不受高度限制•F-B段：•压力大气压•汽化或者吸气•机械循环中，定压点在水泵的入口处。•但是，在重力循环系统中，定压点位置在锅炉出口处•讨论：原因•2.气体管网压力分布•在通风空调或者燃气管网中往往忽略位压2212121222jjvvPPP动静压转换原理2212121222jjvvPPP•通风系统的压力分布的绘制方法和步骤■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.7.1.3吸入式管网的压力分布特性分析•1.气体吸入式管网特性•点1的全压和静压均比大气压低。静压一部分消耗在入口的局部损失，另一部分转为动压。•1-2内空气流速不变，风管阻力有降低静压克服•2-3流速小于1-2，2点后静压复得现象来自部分动压转为静压。•空气吸入管内的流动规律•1、风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大。•2.吸入管段中：静压绝对值=全压绝对值+动压•静压绝对值全压绝对值，与压出段相反。•3.风机的风压等于风机进出口的全压差。•即风机的风压=吸入管网的阻力+出口动压损失•2.液体吸入式管网的压力分布特性OmHΔ+2++=2++22122222111HgυZgρPgυZgρP1、对吸水池水面与即将进入叶轮之处一点O—O断面列能量方程：hsgCHppSSoa2202、O—O断面中心点O与叶片背水面靠近吸水口的断面K点相对运动的能量方程式：gWppwwgWPPgWpgWpkkKkk2)1(2222002022002200gWgChsHppSSka222020gWgvChsgvHppSSka22)2(20212021gWgC222020—满足水流从叶轮入口处到被叶轮增压之前所产生的压力下降的需要气穴系数gWgvChsgvHppSSka22)2(20212021公式说明：吸水管中能量余裕量提升高度产生速度水头克服阻力作功泵壳进口内部K点前消耗能量，之后机械能介入管网系统的定压■常用的几种定压方式–高位水箱定压方式•常用于给水管网系统、消防管网系统•热水管网系统：水箱称之为膨胀水箱–补给水泵定压方式•补给水泵连续补水定压方式•补给水泵间歇补水定压方式•旁通管定压点补水定压方式•变频调速泵补水定压–气体定压•利用密闭压力缸内气体的可压缩性进行定压•定压点的压力是靠气压缸中的气体压力维持•气压缸的位置不受高度限制第二节管网系统压力分布调节阀的作用管网系统中，各分支管路的压力调节和流量调节自动控制系统，依靠调节阀的动作来实现7.2调节阀的节流原理和流量特性–局部阻力可以变化的节流元件•调节阀前后的压差：•C称为调节阀的流通能力–C与S的关系：gPPPZ222121212)(2PPQCFCPPFQ则令2CS7.2.1调节阀的节流原理1.流量特性的定义•指流体介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的特点关系可调比：：调节阀可调流量的下限值，非全关泄漏量•一般•改变阀芯与阀座之间的节流面积进行调节•节流面积变化的同时，阀前后的压差也发生变化maxmaxllfQQ7.2.2调节阀的理想流量特性maxminQRQminQminmax(2%4%)QQ2.理想流量特性•在调节阀前后压差固定不变时，所得到的流量特性■直线流量特性■等百分比流量特性■快开流量特性■抛物线流量特性直线流量特性直线流量特性调节阀的单位行程变化所引起的流量变化是相等的。直线流量特性的调节阀在变化相同行程的情况下：流量小时，流量相对值变化大，而流量大时流量相对值变化小。Qkl等百分比流量特性•等百分比流量特性（对数流量特性）：单位相对行程的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。•接近全关时工作的缓慢平稳，而在接近全开时放大作用大，工作灵敏有效。•适用于负荷变化大的系统中。QklQ快开流量特性•快开流量特性是在调节阀的行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增大，流量很快达到最大值•主要用于双位调节或者程序控制抛物线流量特性•抛物线流量特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方成正比关系。三通调节阀的理想流量特性•直线型：总流量不变•抛物线：总流量变化•等百分比：总流量变化并且最小7.2.3调节阀的工作流量特性•工作流量特性：调节阀在前后压差随负荷变化的工作条件下，调节阀的相对开度和相对流量之间的关系QP■调节阀的流量特性■工作流量特性•直通调节阀有串联管道时的工作流量特性•阀权度对调节阀工作特性的影响分析•直接调节阀有关并联管道时的工作流量特性•直通调节阀的实际可调比•三通调节阀的工作流量特性第三节调节阀1.直通调节阀有串联管道时的工作流量特性maxqkPQCQCQCmaxmax()QlfQlmax()qklCCfl1max()qkPlQCfl2guPQC而管道：12PPP1max()qkPlQCfl2guPQC而管道：12PPP12qk22maxmax1[()]1()[()]1VguPPPCllffSlCl（-1）2gu22guqkqkVqkguCSSCCSS•当全开时，•阀全度：表示调节阀全开时阀前后压差与系统总压差的比值。12qk22maxmax1[()]1()[()]1VguPPPCllffSlCl（-1）maxmax()1lQflQ11VVPPSPSP2.阀全度对调节阀工作特性的影响分析•1.当管道阻抗为0，Sv=1，系统的总压降全部落在调节阀上，调节阀的工作特性与理想特性一致。•2.随着管道阻抗增大，Sv减小，管道压力损失增加，使得系统的总降压建国在调节阀的部分减少，调节阀全开时的流量减小•3.对着Sv的减小，流量特性出现较大的畸变。3.直通调节阀并联管道时的工作流量特性12QQQ•阀全开流量与全管最大流量之比max()qkpalPPQCfCl1mmaxqkpa11QletQSS1mqkPQCmax121mmaxmaxmax()1()()(1)qkpaqkpaqklPPCfClQQQQQPCCllfflCl第三节调节阀•1.当旁通关闭，,与理想特性曲线一致。•2.随着旁通的打开，，调节阀本身的流量特性没有变化，系统的实际可调比大大下降。,1paS,paS减小减小4.直通调节阀的实际可调比串联：压差一定时，串联1minmaxmax1minmaxmin1maxmin1maxminSPCCPQRQPCPCmaxmaxmaxminminminPCQCRQCPC1min1maxSVPRRRSP11VVPPSPSP•Sv越小，实际可调比越小！1min1maxSVPRRRSP并联管路•实际可调比近似为总管最大流量与旁通流量的比值。•随着χ的减少,实际可调比迅速下降111(1)SRR7.3调节阀的选择•7.3.1调节阀流量特性的选择•直线流量特性•等百分比流量特性•快开流量特性—双位调节•抛物线流量特性—近似用等百分比流量特性替代•所以直通调节阀:•直线流量特性•等百分比流量特性•1.调节系统的特性•热交换器的静特征：热交换器的换热量随流量变换的特性•调节阀调节流量的目的一般是为了通过流量控制换热量•2.阀全度的确定1.01.01.01.07.3.2调节阀口径选择计算•1.流通能力计算•阀门全开,阀门两端压差为105pa.流量密度为1g/cm3,每小时流经调节阀的流量数.•液•气蒸汽:5.09FPPQC12316316QQCPPP210GCP21210()GCPP■调节阀的流通能力的计算条件和单位：•当调节阀全开，阀两端压力差为105Pa，流体密度为1g/cm3•一般液体的C值计算：•气体的C值计算：–阀前密度法–阀后密度法P2P1/2时：–平均密度法–压缩系数法•蒸汽的C值计算–P20.5P1时：–P2/P10.5时：FChmPCPFQ09.509.53此时)(31621PPGC)(10212PPGCD1211221214.14)2(10)(10PGPPGPPGCKPDKPDKPKPDPPtGCN2273193第三节调节阀•2.调节阀口径选择设计流量压差流通能力口径7.3.3调节阀开度和可调比验算•1.开度验算•最大开度:90%左右•最小开度:10%•2.可调比验算•R=10•验算标准Sv=0.3,Rs=5.5•管网水力失调与水力稳定■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–水力失调度：■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gisiiQQx7.4管网系统水力工况分析■管网水力失调与水力稳定■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G改变，其他管段的G亦即改变–某些环路因发生水力失调而流量过小，使部分管束水流停滞则可能发生爆管事故.–供热空调系统中，G的改变，其水力失调必然导致热力失调■管网的水力稳定性maxmax1xQQyg第四节管网系统水力工况分析与调整水利失调的类别•水平失调•垂直失调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–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