河南城院供熱工程課件第8章 熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算和水壓圖

第八章熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算和水壓圖已知G、△Pd水力計(jì)算水壓圖

熱水網(wǎng)路與熱用戶連接方式熱水網(wǎng)路定壓方式

主要內(nèi)容：第一節(jié)熱水網(wǎng)路水力計(jì)算的基本公式

第二節(jié)熱水網(wǎng)路水力計(jì)算方法和例題

第三節(jié)水壓圖的基本概念及熱水網(wǎng)路水壓圖

第四節(jié)熱水供熱管網(wǎng)的定壓方式

第一節(jié)熱水網(wǎng)路水力計(jì)算的

基本公式

室外熱水供熱管網(wǎng)水力計(jì)算的基本原理與室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的水力計(jì)算原理完全相同。一、沿程壓力損失的計(jì)算在熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算中，由于水的密度隨溫度變化很小，可以不考慮不同密度下的修正計(jì)算，但對(duì)于蒸汽管網(wǎng)和余壓凝水管網(wǎng)，流體在管中流動(dòng)，密度變化較大時(shí)，應(yīng)考慮不同密度下的修正計(jì)算。二、局部壓力損失的計(jì)算在室外管網(wǎng)的水力計(jì)算中，經(jīng)常采用當(dāng)量長(zhǎng)度法進(jìn)行管網(wǎng)局部壓力損失的計(jì)算。

第二節(jié)

熱水網(wǎng)路水力計(jì)算方法和例題

進(jìn)行室外熱水管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，需要的已知條件有：1）網(wǎng)路的平面布置圖，需注明管道所有的附件、伸縮器及有關(guān)設(shè)備；2）熱源的位置及熱媒參數(shù)；3）用戶的熱負(fù)荷及各管段長(zhǎng)度。外網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，各管段的計(jì)算流量應(yīng)根據(jù)管段所擔(dān)負(fù)的各熱用戶的計(jì)算流量確定。

[例題8-1]某廠區(qū)閉式雙管熱水供熱系統(tǒng)網(wǎng)路平面布置如圖8-1。管網(wǎng)中各管段長(zhǎng)度、閥門的位置、方形補(bǔ)償器的個(gè)數(shù)及各個(gè)用戶的熱負(fù)荷（kw）已標(biāo)注圖中。管網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度tg=130℃，回水溫度th=70℃，各用戶內(nèi)部已確定壓力損失均為50kPa，試進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算。第三節(jié)水壓圖的基本概念及熱水網(wǎng)路水壓圖

一、繪制水壓圖的基本原理室外供熱管網(wǎng)是由多個(gè)用戶組成的復(fù)雜管路系統(tǒng)，各用戶之間既相互聯(lián)系，又相互影響。通過(guò)進(jìn)行室外熱水網(wǎng)路的水力計(jì)算可以確定各管段的壓力損失，但不能確定出管網(wǎng)上各點(diǎn)的壓力值。管網(wǎng)上各點(diǎn)的壓力分布是否合理直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，水壓圖可以清晰地表示管網(wǎng)和用戶各點(diǎn)的壓力大小和分布狀況，是分析研究管網(wǎng)壓力狀況的有力工具。繪制水壓圖是以流體力學(xué)中的恒定流實(shí)際液體總流的能量方程——伯努力方程為理論基礎(chǔ)的。

流體力學(xué)中的伯努利能量方程式是繪制水壓圖的理論基礎(chǔ)。如圖所示，當(dāng)熱水流過(guò)某一管段時(shí)，根據(jù)伯努利能量方程式，可以列出斷面1和斷面2之間的能量方程式：

mH2o或

Pa位置水頭Z，壓強(qiáng)水頭P/(ρ、g)和流速水頭υ2/(2g)三項(xiàng)之和表示斷面1、2之間任意一點(diǎn)的總水頭值。位置水頭Z與壓強(qiáng)水頭P/(ρ、g)之和表示斷面1、2之間任意一點(diǎn)的測(cè)壓管水頭。在熱水管路中，將管路各節(jié)點(diǎn)的測(cè)壓管水頭線高度順次連接起來(lái)的曲線，稱為熱水管路的水壓曲線。繪制熱水網(wǎng)路的水壓圖，就是要得到熱水網(wǎng)路的水壓曲線，即測(cè)壓管水頭線。通過(guò)分析熱水網(wǎng)路的水壓圖可以得到：1、利用水壓曲線，可以確定管網(wǎng)中任意一點(diǎn)的壓力（壓頭）值。管網(wǎng)中任意一點(diǎn)的壓頭應(yīng)等于該點(diǎn)測(cè)壓管水頭高度與該點(diǎn)所處的位置高度之間的差值。如圖

中1點(diǎn)的壓頭就等于(Hp1-Z1)mH2O。2、利用水壓曲線，可以表示出各管段的壓力損失值。由于熱水網(wǎng)路管道中各處的流速差值不大，其任意兩斷面間的流速水頭的差值可以忽略不計(jì)。因此，認(rèn)為管道中任意兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭高度之差就等于水流過(guò)該兩點(diǎn)之間的管道壓力損失值。即mH2O3、根據(jù)水壓曲線的坡度，可以確定計(jì)算管段單位長(zhǎng)度的平均比壓降（即平均比摩阻）的大小。水壓曲線越陡，管段的單位長(zhǎng)度的平均比壓降就越大。反之則越小。如圖

中管段1-2的平均比壓降為：

mH2O/m

4、由于熱水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)相互連通的循環(huán)環(huán)路，因此，只要已知或固定管路上任意一點(diǎn)的壓力，就可以確定其它各點(diǎn)的壓力。

二、繪制水壓圖的要求、方法和步驟在設(shè)計(jì)階段繪制水壓圖，就是要分析管網(wǎng)中各點(diǎn)的壓力分布是否合理，能否安全可靠地運(yùn)行。利用水壓圖可以正確決定各用戶與熱網(wǎng)的連接方式及自動(dòng)調(diào)節(jié)措施，檢查管網(wǎng)水力計(jì)算是否正確，選定的平均比摩阻是否合理。對(duì)于地形復(fù)雜的大型管網(wǎng)，通過(guò)水壓圖還可以分析是否需要設(shè)加壓泵站，加壓泵站的位置和數(shù)量。繪制水壓圖時(shí)，室外熱水網(wǎng)路的壓力狀況應(yīng)滿足以下基本要求：（1）與室外熱水網(wǎng)路直接連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)的壓力不允許超過(guò)該用戶系統(tǒng)的承壓能力。如果用戶系統(tǒng)使用常用的柱型鑄鐵散熱器，其承壓能力一般為0.4MPa，在系統(tǒng)的管道、閥件和散熱器中，底層散熱器承受的壓力最大。因此作用在該用戶系統(tǒng)底層散熱器上的壓力，無(wú)論在管網(wǎng)運(yùn)行還是停止運(yùn)行時(shí)，都不允許超過(guò)底層散熱器的承壓能力，一般為0.4MPa。

（2）與室外熱水網(wǎng)路直接連接的用戶系統(tǒng)，應(yīng)保證系統(tǒng)始終充滿水，不出現(xiàn)倒空現(xiàn)象。無(wú)論網(wǎng)路運(yùn)行還是停止運(yùn)行時(shí)，用戶系統(tǒng)回水管出口處的壓力必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，以免倒空吸入空氣，破壞正常運(yùn)行和空氣腐蝕管道。（3）室外高溫水網(wǎng)路和高溫水用戶內(nèi)，水溫超過(guò)100℃的地方，熱媒壓力必須高于該溫度下的汽化壓力，而且還應(yīng)留有30~50kPa的富裕值。不同水溫下的汽化壓力見(jiàn)表8-3。如果高溫水用戶系統(tǒng)內(nèi)最高點(diǎn)的水不汽化，那麼其他點(diǎn)的水就不會(huì)汽化。

(4）室外管網(wǎng)回水管內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力都至少比大氣壓力高出5mHO，以免吸入空氣。（5）在用戶的引入口處，供、回水管之間應(yīng)有足夠的作用壓差。各用戶引入口的資用壓差取決于用戶與外網(wǎng)的連接方式，應(yīng)在水力計(jì)算的基礎(chǔ)上確定各用戶所需的資用壓力。用戶引入口的資用壓差與連接方式有關(guān)，以下數(shù)值可供選用參考：與網(wǎng)路直接連接的供暖系統(tǒng)，約為10~20kPa(1~2mHO）；與網(wǎng)路直接連接的暖風(fēng)機(jī)供暖系統(tǒng)或大型的散熱器供暖系統(tǒng)，約為20~50kPa（2~5mHO）；采用水噴射器的供暖系統(tǒng)，約為80~120kPa(8~12mHO）；采用水—水換熱器間接連接的用戶系統(tǒng)。約為30~80kPa(3~8mHO）。設(shè)置混合水泵的熱力站，網(wǎng)路供、回水管的預(yù)留資用壓差值，應(yīng)等于熱力站后二級(jí)網(wǎng)路及其用戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力損失值。

現(xiàn)以一個(gè)連接著四個(gè)用戶的高溫水供熱管網(wǎng)為例，說(shuō)明繪制水壓圖的方法和步驟。

[例題8-2]如圖8-3，某室外高溫水供暖網(wǎng)路，供、回水溫度為130℃/70℃，用戶Ⅰ.Ⅱ?yàn)楦邷厮┡脩?，用戶?Ⅳ為低溫水供暖用戶，各用戶均采用柱型鑄鐵散熱器，供、回水干線通過(guò)水力計(jì)算可知壓降均為7mHO,試?yán)L制該供熱管網(wǎng)的水壓圖。第四節(jié)熱水供熱管網(wǎng)的定壓方式

通過(guò)繪制水壓圖可以正確地進(jìn)行管網(wǎng)分析，分析用戶的壓力狀況和連接方式，合理地組織熱網(wǎng)運(yùn)行。熱水供熱管網(wǎng)應(yīng)具有合理的壓力分布，以保證系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下正常運(yùn)行。對(duì)于低溫?zé)崴嵯到y(tǒng)，應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)始終充滿水處于正壓運(yùn)行狀態(tài)，任何一點(diǎn)都不得出現(xiàn)負(fù)壓；對(duì)于高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)，無(wú)論是運(yùn)行還是靜止?fàn)顟B(tài)都應(yīng)保證管網(wǎng)和局部系統(tǒng)內(nèi)任何地點(diǎn)的高溫水不汽化，即管網(wǎng)的局部系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的壓力不得低于該點(diǎn)水溫下的汽化壓力。要想使管網(wǎng)按水壓圖給定的壓力狀態(tài)運(yùn)行，需采用正確的定壓方式和定壓點(diǎn)位置，控制好定壓點(diǎn)所要求的壓力。熱水供熱系統(tǒng)的定壓方式很多，常用的有：一、開(kāi)式高位水箱定壓開(kāi)式高位水箱定壓是依靠安裝在系統(tǒng)最高點(diǎn)的開(kāi)式膨脹水箱形成的水柱高度來(lái)維持管網(wǎng)定壓點(diǎn)（膨脹管與管網(wǎng)連接點(diǎn)）壓力穩(wěn)定。由于開(kāi)式膨脹水箱與管網(wǎng)相通，水箱水位的高度與系統(tǒng)的靜壓線高度是一致的。對(duì)于低溫?zé)崴┡到y(tǒng)，當(dāng)定壓點(diǎn)設(shè)在循環(huán)水泵的吸入口附近，只要控制靜壓線的高度高出室內(nèi)供暖系統(tǒng)的最高點(diǎn)（即充水高度），就可保證用戶系統(tǒng)始終充滿水，任何一點(diǎn)都不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓。確定膨脹水箱安裝高度時(shí)，一般可考慮2m左右的安全裕量，如圖8-5。室內(nèi)低溫?zé)崴┡到y(tǒng)常用這種設(shè)高位膨脹水箱的定壓方式，其設(shè)備簡(jiǎn)單，工作安全可靠。但是高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)如果采用高位水箱定壓，為了避免系統(tǒng)倒空和汽化，要求高位水箱的安裝高度大大增加。實(shí)際上很難在熱源附近安裝比所有用戶都高很多，且能保證不汽化要求的膨脹水箱，往往需要采用其它定壓方式。二、補(bǔ)給水泵定壓補(bǔ)給水泵定壓是目前集中供熱系統(tǒng)廣泛采用的一種定壓方式。補(bǔ)給水泵定壓主要有三種形式：

1、補(bǔ)給水泵的連續(xù)補(bǔ)水定壓系統(tǒng)工作時(shí)，補(bǔ)給水泵連續(xù)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水，補(bǔ)水量與系統(tǒng)的漏水量相平衡，通過(guò)補(bǔ)給水調(diào)節(jié)閥控制補(bǔ)給水量，維持補(bǔ)水點(diǎn)壓力穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)壓力過(guò)高時(shí)，可通過(guò)安全閥泄水降壓。該方式補(bǔ)水裝置簡(jiǎn)單，壓力調(diào)節(jié)方便，水力工況穩(wěn)定。但突然停電，補(bǔ)給水泵停止運(yùn)行時(shí)，不能保證系統(tǒng)所需壓力，由于供水壓力降低而可能產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。為避免鍋爐和供熱管網(wǎng)內(nèi)的高溫水汽化，停電時(shí)應(yīng)立即關(guān)閉閥門3，使熱源與網(wǎng)路斷開(kāi)，上水在自身壓力的作用下，將止回閥8、13頂開(kāi)向系統(tǒng)充水，同時(shí)還應(yīng)打開(kāi)集氣罐上的放氣閥排氣?？紤]到突然停電時(shí)可能產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，在循環(huán)水泵吸入管路和壓水管路之間可連接一根帶止回閥的旁通管作為泄壓管。補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓方式適用于大型供熱系統(tǒng)，補(bǔ)水量波動(dòng)不大的情況采用。2、補(bǔ)給水泵的間歇補(bǔ)水定壓圖8-8為補(bǔ)給水泵間歇補(bǔ)水定壓方式的示意圖，補(bǔ)給水泵的啟動(dòng)和停止運(yùn)行，是由電接點(diǎn)式壓力表表盤上的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制的。壓力表指針達(dá)到系統(tǒng)定壓點(diǎn)的上限壓力，補(bǔ)給水泵停止運(yùn)行；當(dāng)網(wǎng)路循環(huán)水泵吸入端壓力下降到系統(tǒng)定壓點(diǎn)的下限壓力時(shí)，補(bǔ)給水泵啟動(dòng)向系統(tǒng)補(bǔ)。保持循環(huán)水泵吸入口處壓力在上限和下限值范圍內(nèi)波動(dòng)。間歇補(bǔ)水定壓方式比連續(xù)補(bǔ)水定壓方式少耗電能，設(shè)備簡(jiǎn)單，但其動(dòng)水壓曲線上下波動(dòng)，壓力不如連續(xù)補(bǔ)水定壓方式穩(wěn)定。通常波動(dòng)范圍為5m左右，不宜過(guò)小，否則觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)于頻繁易于損壞。3、補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓點(diǎn)設(shè)在旁通管處的定壓方式補(bǔ)給水泵連續(xù)補(bǔ)水定壓和間歇補(bǔ)水定壓都是將定壓點(diǎn)設(shè)在循環(huán)水泵的吸入口處，這是較常用的定壓方式，這兩種方式供回水干管的動(dòng)水壓曲線都在靜水壓曲線之上，也就是說(shuō)管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)網(wǎng)路和用戶系統(tǒng)各點(diǎn)均