哈工大-供熱工程-第9章-熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算及水壓圖

1、供熱工程 第九章,熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算及水壓圖,概述,1熱水網(wǎng)路水力計(jì)算 (1)主要任務(wù)： 按已知的熱媒流量G和壓力損失?P，確定管道的直徑d； 按熱媒流量G和管道直徑d，計(jì)算管道的壓力損失?P ； 按已知管道直徑d和允許壓力損失?P ，計(jì)算或校核管道中的流量G。 (2)意義： 根據(jù)熱水網(wǎng)路水力計(jì)算成果，確定網(wǎng)路各管段的管徑、確定網(wǎng)路循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程。 在網(wǎng)路水力計(jì)算基礎(chǔ)上繪出水壓圖。 (3)水力計(jì)算方法,2.水壓圖 （1）意義 可以確定管網(wǎng)與用戶的連接方式，選擇網(wǎng)路和用戶的設(shè)備和自控措施，還可進(jìn)一步對(duì)網(wǎng)路工況，亦即對(duì)網(wǎng)路熱媒的流量和壓力狀況進(jìn)行分析，從而掌握網(wǎng)路中熱媒流動(dòng)的變化規(guī)律。 （2

2、）繪制方法 （3）典型水力工況分析,9-1 熱水網(wǎng)路水力計(jì)算基本公式,一、基本公式 1.沿程阻力RL 比摩阻（達(dá)西公式） 式中 - 管內(nèi)流速 m/s; d 管道內(nèi)徑 m; - 流體密度 kg/m3; - 摩擦系數(shù),式中流速 代入后得： Pa/m 式中G-管內(nèi)流量 kg/h,對(duì)于室外熱網(wǎng)，流量較大，一般以t/h表示，則上式可以改寫(xiě)為： Pa/m （9-1 ） 式中流量G單位為t/h。,由于室外熱網(wǎng)流態(tài)一般處于阻力平方區(qū)，其摩擦系數(shù)可以表示為 =0.11（K/ d）0.25,絕對(duì)粗糙度K=0.5mm =0.0005 m, 值代入式（9-1）得到： Pa/m (9-2) m (9-3) t/h (9

3、-4),2.局部阻力 基本公式 采用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算： 于是有： 代入 m （9-5） 估算時(shí)， m (9-6) 式中 -局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度百分比 % 查附錄（9-3）,二、計(jì)算條件不同時(shí)對(duì)公式的修正,1.K值不同的修正 （1）對(duì)比摩阻R的修正 依式（9-2）R與K0.25成正比：Rs=(KS/Kb)0.25 Rb =mRb （2）對(duì)當(dāng)量長(zhǎng)L d的修正 依式（9-5） L d與K0.25成反比：Lds=(Kb/KS)0.25 L db =Ldb,2. 值不同的修正 （1）對(duì)比摩阻R的修正 依式（9-2）R與成反比：Rs=(b/S) Rb （2）對(duì)流速的修正 與成反比： s= (b/S) b （3）

4、對(duì)管徑d的修正 依式（9-3）d與0.19成反比：ds=(b/S)0.19 db 重要說(shuō)明：當(dāng)采用公式（9-2）（9-3）（9-4）計(jì)算時(shí)可避免查表修正的麻煩,9-2 熱水網(wǎng)路水力計(jì)算方法和例題,一、水力計(jì)算條件 平面布置圖（含管道附件） 用戶熱負(fù)荷 熱媒設(shè)計(jì)溫度 二、水力計(jì)算方法 當(dāng)量長(zhǎng)度法 其中R查附表9-1，Ld查附表9-2,三、計(jì)算步驟,1.確定各管段流量 G=0.86Q/（tg-th） 10-3 KW (9-7) 2.確定熱網(wǎng)主干線及其平均比摩阻RP 主干線：平均比摩阻最小的一條管線，通常是熱源至最遠(yuǎn)用戶的管線。 經(jīng)濟(jì)比摩阻：一定年限內(nèi)管網(wǎng)基建投資與運(yùn)營(yíng)費(fèi)用之和最小時(shí)的比摩阻 推薦比

5、摩阻：CJJ34-2002城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦 主干線平均比摩阻取30-70Pa/m 對(duì)于間接連接該值可以再大一些。,3.依管段流量G、平均比摩阻Rp查表9-1確定管徑d，并查出在該管徑條件下的比摩阻R、流速 4.依管徑d和附件設(shè)置查附表9-2得出局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度Ld和LZh 5.計(jì)算各管段阻力損失RLZh并主干線總阻力損失 RLZh 6.按并聯(lián)環(huán)路阻力相等的原則計(jì)算各分支管線 分支管線平均比摩阻 Rp= H/L(1+ ) Pa/m (9-8),上式中 H-分支線資用壓頭 Pa L-分支線管長(zhǎng) m -當(dāng)量長(zhǎng)度百分比 利用公式計(jì)算的限制條件：?3.5m/s(D?400mm) R ?300Pa/

6、m(D?mm) 阻力無(wú)法平衡時(shí)，可以在用戶入口安裝調(diào)壓裝置 流量調(diào)節(jié)閥或節(jié)流孔板 節(jié)流孔板孔徑計(jì)算: mm 式中 G-計(jì)算流量 t/h H-剩余壓頭 mH2O,四、例題,【例題91】某廠區(qū)熱水供熱系統(tǒng)，其網(wǎng)路平面布置見(jiàn)圖(各管段的長(zhǎng)度、閥門及方形補(bǔ)償器的布置) 。網(wǎng)路的計(jì)算供水溫度130，計(jì)算回水70。用戶E、F、D的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為3.518、2.513和5.02GJh。熱用戶內(nèi)部的阻力損失為 P=5lO5Pa。試進(jìn)行該熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算。,解：1.計(jì)算流量 1GJ/h=1000/3.6KW 用戶E GE=0.863.5181000/3.6=14t/h; 用戶F GF=0.862.51310

7、00/3.6=10t/h; 用戶D GD=0.865.0251000/3.6=20t/h; 各管段流量：GCD=20t/h；GBC=30t/h；GAB=44t/h。 2.依據(jù)各管段流量以及推薦的主干線平均比摩阻30-70查附表9-1，詳細(xì)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)水力計(jì)算表,熱水網(wǎng)路水力計(jì)算表,9-3 水壓圖的基本概念,水壓圖：描述熱網(wǎng)管道中壓 力狀況的曲線。 定義：熱水供熱系統(tǒng)中用以 表示熱源和管道的地形高度、 用戶高度以及熱水供熱系統(tǒng) 運(yùn)行和停止工作時(shí)系統(tǒng)各點(diǎn) 測(cè)壓管水頭高度的圖形。,一、水壓圖的理論依據(jù) 伯努里方程： P1+Z1 g+12/2=P2+Z2g+22/2+P1-2 Pa P1 /g+Z1+

8、12/2g=P2/g +Z2 +22/2g+H1-2 m 忽略12/2g-22/2g= （12-22 ）/2g 測(cè)壓管水頭差H1-2 =（ P1 /g+Z1）-（P2/g +Z2 ） 令：HP=P/g+Z，則可以得到： H1-2=HP-HP2 m (9-9),二、水壓圖的作用,1.可以確定任意一點(diǎn)的壓力（壓頭）值 P/g=HP-Z 2.可以表示出各管段的壓力損失值 H1-2=HP-HP2 3.依水壓線坡度，可以確定管段的比壓降 比壓降：?jiǎn)挝还荛L(zhǎng)的壓力降H=H/L 4.網(wǎng)路上任意一點(diǎn)固定后，其他各點(diǎn)壓力均為已知。 三、水壓圖的實(shí)質(zhì) 網(wǎng)路上管道各點(diǎn)測(cè)壓管水頭高度的連線。,四、室內(nèi)熱水供熱系統(tǒng)水壓圖

9、,1.膨脹水箱接在回水管上 2.膨脹水箱接在供水管上,3.壓力分析,（1）回水定壓 靜止時(shí)A點(diǎn)壓力PA/g=JA B 點(diǎn)壓力PB/g=JB 由圖可知 JA JB，顯然 PA PB 運(yùn)行時(shí)A點(diǎn)壓力PA/g=AA B 點(diǎn)壓力PB/g=BB 由圖可知 AA BB，顯然 PA PB 。運(yùn)行時(shí)，水從壓力低 處B流向壓力高處A。 B處的水頭高于A處的水頭。,（2）供水定壓 F點(diǎn)壓力PF/g=FO-FO=0 B點(diǎn)壓力PB/g=BA-BA0 運(yùn)行時(shí)管段FB的壓力均0 （FB段產(chǎn)生了負(fù)壓） 負(fù)壓產(chǎn)生條件：HjcHCB 水箱安裝位置低 干管CB管道長(zhǎng)、管徑小、 阻力大 解決辦法：提高水箱安裝位置 增大干管CB管徑

10、、減小管長(zhǎng),9-4 熱水網(wǎng)路水壓圖,意義： 熱水網(wǎng)路上的許多熱用戶，對(duì)供水溫度和壓力要求各有不同，且所處的地勢(shì)高低不一。因此，在設(shè)計(jì)階段必須通過(guò)水壓圖對(duì)整個(gè)網(wǎng)路的壓力狀況進(jìn)行全面考慮，統(tǒng)一協(xié)調(diào) 。 在運(yùn)行中，通過(guò)網(wǎng)路的實(shí)際水壓圖，可以全面地了解整個(gè)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中或出現(xiàn)故障時(shí)的壓力狀況，從而采取必要的技術(shù)措施，保證安全運(yùn)行。 此外，各個(gè)用戶的連接方式以及整個(gè)供熱系統(tǒng)的設(shè)備和自控調(diào)節(jié)裝置，都要根據(jù)網(wǎng)路的壓力分布或其波動(dòng)情況來(lái)選定，即需要以水壓圖作為這些工作的決策依據(jù)。,一、制定水壓圖的基本要求,1.不超壓 在直接連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)，壓力不應(yīng)超過(guò)用熱設(shè)備及其管道構(gòu)件的承壓能力。如供暖用戶系統(tǒng)一般常用

11、的柱形鑄鐵散熱器，其承壓能力為4bar ，因此，作用在該用戶系統(tǒng)最底層散熱器的表壓力，無(wú)論在網(wǎng)路運(yùn)行或停止運(yùn)行時(shí)都不得超過(guò)4bar 。 2.不汽化 在高溫水網(wǎng)路和用戶系統(tǒng)內(nèi)，水溫超過(guò)100的地方，熱媒壓力不低于該水溫下的汽化壓力。,3.不倒空 直接連接的用戶系統(tǒng)，無(wú)論在網(wǎng)路循環(huán)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)或停止工作時(shí)，其回水管出口處的壓力，必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度。 4.不吸氣 網(wǎng)路回水管內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力，都應(yīng)比大氣壓力至少高出5mH2O，以免吸入空氣。 5.保證循環(huán) 在熱網(wǎng)的熱力站或用戶引入口處，供、回水管的資用壓差，應(yīng)滿足熱力站或用戶所需的作用壓頭。,二、水壓圖的繪制過(guò)程,1.選基準(zhǔn)面（線）建立 坐標(biāo)系 一

12、般以網(wǎng)路循環(huán)水泵的中心線的高度為基準(zhǔn)面，橫坐標(biāo)表示管線拉直的長(zhǎng)度；縱坐標(biāo)表示管線沿程地形高、 用戶高、水頭高 2.在坐標(biāo)系下繪制管線拉直的平面圖 3.在坐標(biāo)系中沿管線走向繪制縱斷地形線，標(biāo)出各用戶位置、標(biāo)高。 4.選定靜水壓線 靜水壓線是網(wǎng)路循環(huán)水泵停止工作時(shí)，網(wǎng)路上各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭的連接線。它是一條水平的直線。靜水壓線的高度必須滿足下列的技術(shù)要求：,(1) 最高位置：不超壓 直接連接用戶系統(tǒng)，底層散熱器所承受的靜水壓力應(yīng)不超過(guò)散熱器的承壓能力。 (2)最低位置 不汽化、不倒空 直接連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)汽化或倒空。 全部用戶 最高位置不超壓 40-7=33m ; 最低位置不汽化、不倒空

13、30+6=36m,此時(shí)用戶3底層超壓36-（-5）=41m 不考慮用戶2 最低位置（16-2)+4.6=19.6，最高位置40-7=33m ，考慮富裕量3.4m，最終取定靜壓線高為 19.6+3.4=23m。 除用戶2采用間接連接外，其它用戶系統(tǒng)都可采用比較簡(jiǎn)單而造價(jià)低的直接連接方案。,5.確定回水管動(dòng)壓線 原則：最低位置不吸氣、不倒空；最高位置不超壓。 滿足上述原則時(shí)取最低的。 具體的繪制方法：從定壓點(diǎn)開(kāi)始，按各回水管段計(jì)算阻力損失繪制。 6.確定供水管動(dòng)壓線 原則：最低位置不汽化、保證循環(huán)；無(wú)最高位置限制。 具體的繪制方法：確定最遠(yuǎn)用戶的資用壓力后，按各供水管段計(jì)算阻力損失繪制。,用戶資用

14、壓力的確定： 一般直連散熱器用戶 1-2mH2O 大型直連散熱器用戶 2-5mH2O 水-水換熱器間連用戶 3-8mH2O 水噴射器用戶 8-12mH2O 熱源予留10-15mH2O 最終繪制的水壓圖見(jiàn)圖，最高壓力72mH2O，循環(huán)水泵揚(yáng)程72-23=49mH2O,三、用戶工況分析,1.用戶1,低溫水供暖熱用戶 由110/70水與回水混合后進(jìn)入用戶。 從水壓圖可見(jiàn)，循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)，靜水壓線對(duì)用戶1最低的壓力為23-1=22m滿足不超壓要求；系統(tǒng)充水高度為19m,靜壓線高23m，滿足不倒空要求; 110 水汽化壓力為4.6m，遠(yuǎn)低于靜壓線23m，用戶設(shè)計(jì)水溫95/70 不存在汽化問(wèn)題。 運(yùn)行時(shí)，

15、用戶最低點(diǎn)壓力為35+1-2=34m40m,不超壓; 回水管壓力35m，大于充水高度19，不倒空。 供回水壓差45-35=10m，可以保證足夠的循環(huán)作用壓力。,連接方式 水噴射泵連接（圖9-7a） 噴射泵工作壓力HP=45-36=9m， 用戶損失Hj =36-35=1m 混水泵連接（圖9-7b） 閥門節(jié)流HF=45-38=7m 用戶損失Hj =38-35=3m ,2.用戶2,低溫水供暖熱用戶 由110/70水通過(guò)換熱器間接連接后進(jìn)入用戶。 從水壓圖可見(jiàn)，靜水壓線低于用戶2的充水高度36m，用戶必須采用間接連接。 換熱器連接（詳見(jiàn)圖9-7C） 換熱器一級(jí)網(wǎng)（加熱）側(cè)閥門節(jié)流HF=45-39=6m

16、 換熱器阻力損失Hg=39-35=4m 換熱器二級(jí)網(wǎng)（被加熱）側(cè)用戶阻力 Hj與二級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵揚(yáng)程HB相等，即HB= Hj,直接連接（見(jiàn)圖9-7d） 在用戶2的回水管上安裝一個(gè)“閥前”壓力 調(diào)節(jié)閥，在供水管上安裝止回閥?！伴y前 壓力調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)右圖。當(dāng)回 水管的壓力作用在閥瓣上的力超過(guò)彈簧 的平衡拉力時(shí)，閥孔才能開(kāi)啟。彈簧的 選用拉力要大干局部系統(tǒng)靜壓力3-5mH2O。 當(dāng)網(wǎng)路循環(huán)水泵停止運(yùn)行時(shí)，彈簧的平衡 拉力超過(guò)用戶系統(tǒng)的水靜壓力，就將閥瓣 拉下，閥孔關(guān)閉，它與安裝在供水管上的 止回閥一起將用戶系統(tǒng)2與網(wǎng)路截?cái)唷?3.用戶3,高溫水供暖熱用戶（由110/70 直接進(jìn)入用戶） 從水壓圖

17、可見(jiàn)，循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)，靜水壓線對(duì)用戶3最低的壓力為23-（-7）=30m，滿足不超壓要求；系統(tǒng)充水高度為10m,汽化高度14.6m,靜壓線高23m，滿足不倒空不汽化要求; 運(yùn)行時(shí)，用戶最低點(diǎn)壓力為35+（-7）=42m40m,已經(jīng)超壓。為保證正常運(yùn)行，則應(yīng)采取供水節(jié)流、回水加壓的措施。,由圖9-7d可以看出：供水節(jié)流Hf=45-33=12m, 用戶阻力Hj=33-29=4m. 此時(shí)，外網(wǎng)回水管的壓力為35m29m,若不采取措施，則回水無(wú)法順利回到外網(wǎng)。在回水管上增設(shè)加壓泵?；厮訅篐B=35-29=6m. 除了上述措施之外，也可以采取其他措施解決超壓?jiǎn)栴}，比如增加高壓散熱器等。,4.用戶4,高

18、溫水供暖熱用戶 110/70水直接進(jìn)入用戶。 從水壓圖可見(jiàn)，循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)，靜水壓線對(duì)用戶4最低的壓力為23-（-2）=25m滿足不超壓要求；系統(tǒng)充水高度為15m、汽化高度19.6m，靜壓線高23m，滿足不倒空不汽化要求; 運(yùn)行時(shí)，用戶最低點(diǎn)壓力為35-（ -2 ）=37m40m,不超壓; 回水管壓力35m，大于充水高度19，不倒空。 供回水壓差45-35=10m，可以保證足夠的循環(huán)作用壓力。,四、熱網(wǎng)循環(huán)水泵選擇,循環(huán)水泵流量 多種熱用戶的閉式熱水供熱系統(tǒng)應(yīng) 取各種熱負(fù)荷的流量下的網(wǎng)路最大設(shè)計(jì)流量值，作為選擇的依據(jù)。 循環(huán)水泵揚(yáng)程 應(yīng)不小于設(shè)計(jì)流量條件下熱源、熱網(wǎng)和最不利用戶環(huán)路的壓力損失之

19、和。 從水壓圖上，可以很方便的確定循環(huán)水泵的揚(yáng)程。 特別注意：循環(huán)水泵的揚(yáng)程與建筑高度無(wú)關(guān),1循環(huán)水泵的流量-揚(yáng)程特性曲線在水泵工作點(diǎn)附近應(yīng)比較平緩，水力工況發(fā)生變化時(shí)，揚(yáng)程變化較小。一般單級(jí)水泵特性曲線較平緩，宜選用單級(jí)水泵。 2循環(huán)水泵的承壓、耐溫能力應(yīng)與熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)相適應(yīng)。循環(huán)水泵多安裝在熱網(wǎng)回水管上。循環(huán)水泵允許的工作溫度，一般不應(yīng)低于80。如安裝在熱網(wǎng)供水管上，則必需采用耐高溫的R型熱水循環(huán)水泵。 3循環(huán)水泵的工作點(diǎn)應(yīng)在水泵高效工作范圍內(nèi)。,4循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)的確定，與熱水供熱系統(tǒng)所采用的供熱調(diào)節(jié)方式有關(guān)。 循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)不得少于兩臺(tái)（其中一臺(tái)備用）。一般應(yīng)選擇單臺(tái)運(yùn)行、另設(shè)一臺(tái)備用

20、；當(dāng)四臺(tái)或四臺(tái)以上水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可不設(shè)置備用。 系統(tǒng)采用分階段改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)各階段的流量和揚(yáng)程不同，宜選用揚(yáng)程和流量不等的泵組。以盡量節(jié)約電能； 多種熱負(fù)荷的熱水供熱系統(tǒng)，采用質(zhì)量-流量調(diào)節(jié)方式時(shí)，宜選用變速水泵，以適應(yīng)網(wǎng)路流量和揚(yáng)程的變化。 5當(dāng)多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)繪制水泵和熱網(wǎng)水力特性曲線，確定其工作點(diǎn)，進(jìn)行水泵選擇。,9-5補(bǔ)給水泵定壓方式,一、補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓方式 壓力調(diào)節(jié)閥維持定壓點(diǎn)壓力恒 定。網(wǎng)路壓力升高，調(diào)節(jié)閥閥 芯下移，閥孔減小，補(bǔ)水量減 小，壓力降低； 網(wǎng)路壓力降低，調(diào)節(jié)閥閥芯上 移，閥孔增大，補(bǔ)水量增加， 壓力升高。 特點(diǎn)：連續(xù)補(bǔ)水，水位穩(wěn)定， 但耗電較高。,圖9-9補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓示意圖 1-補(bǔ)給水箱；2-補(bǔ)給水泵；3-安全閥 4-加熱裝置(鍋爐或換熱器)；5-網(wǎng)路循環(huán)水泵，6一壓力調(diào)節(jié)器；7-熱用戶,熱,二、補(bǔ)給水泵間歇補(bǔ)水定壓 電接點(diǎn)壓力表控制補(bǔ)給水泵啟、閉 間歇補(bǔ)水的壓力波動(dòng)范圍大約在 5mH2