供热工程-第九章 热水网络的水力计算和水压图

第九章热水网路的水力计算和水压图教学目的：掌握热水网路的水力计算和水压图的利用教学重点：水压图的绘制和利用教学难点：水压图的绘制热水网路水力计算的主要任务：1、按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；2、按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；3、按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量。第一节热水网路水力计算的基本公式1、比摩阻2256.2510tGRdlr-=?Pam式中R——每米管长的沿程损失（比摩阻），PamtG——管段的水流量，()th吨d——管子的内直径l——管道内壁的摩擦阻力系数r——水的密度，3kgm通常，热水流速大于0.5ms，阻力平方区21(1.142lg)40dkdmmll=+³0.25d时,=0.11()kk——管壁的当量绝对粗糙度,热水网络取k=0.5mm设计时为了简化计算P333页，通常采用水力计算图表附录9-1进行计算，230.255.256.8810tGRKdr-=?Pam0.04780.3310.190.387()tKGdRr=2、修正R,v,d(1)0.5kmm¹时，对R应修正0.25()shshbibibiKRRmRK==Pam0.5biKmm=，biR附录9-1中的值shK——实际当量绝对粗糙度；shR——相应shK的实际比摩阻；m——K值修正系数2、修正R,v,d(2)附录9-1是在3100,958.38tCkgmr==下编制的如热媒密度不同，而质量流量相同，应对V和R修正()bishbishVVrr=()bishbishRRrr=实际工程计算中，热水网络不必修正计算，蒸汽应修正。3、当量长度法ddlzl=å0.25,,,()bishdbidbidshKlllKb==b——K值修正系数，,bidl局部阻力当量长度总压降()dzhpRllRlD=+=zhl——管段的折算长度估算时，djlla=，ja局部阻力当量长度百分数第二节热水网路水力计算方法和例题计算前应有：网络的平面布置图（平面图上应表明管道所有的附件和配件），热用户热负荷的大小，热源的位置以及热媒的计算温度等。热水网路水力计算的方法及步骤1．确定热水网路中各个管段的计算流量'''''''1212()()nnnQQGActttt==--()th吨A——采用不同计算单位的系数'nQGJhmWMKcalhA238.88601000多种热用户的并联闭式热水供热系统'''''''''''''''''''1212,12,()zhntrntrtrGGGGQQQAtttttt=++=++---()th吨''12,tt网络的设计供回水温度；'''1t冬季通风室外计算温度'wtt时的网络供水温度；'''2tt冬季通风室外计算温度'wtt时流出空气加热器的网络回水温度；''1t供热开始（5wtC=）或开始间歇调节时的网络供水温度，一般取70C；''2rt供热开始（5wtC=）或开始间歇调节时流出热水供应的水-水换热器的网络回水温度；干线：'rQ可按热水供应的平均小时热负荷'rpQ计算支线：有储水箱时是按平均小时热负荷'rpQ计算无储水箱时按最大小时热负荷'maxrQ计算2．确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻.热水网路水力计算是从主干线开始计算。网路中平均比摩阻最小的一条管线，称为主干线。在一般情况下，热水网路各用户要求预留的作用压差是基本相等的，所以通常从热源到最远用户的管线是主干线。根据《热网规范》，在一般的情况下，热水网路主干线的设计平均比摩阻，可取40一80Pa/m进行计算。对于采用间接连接的热水网路系统，根据北欧国家的设计与运行经验，采用主干线的平均比摩阻值比上述规定的值高，有达到l00Pa／m的。3．报据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻R值，利用附录9-1确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻。4．根据选用的标准管径和管段中局部阻力的形式查附录9-2,确定各管段局部阻力的当量长度总和，以及管段的折算长度。5．根据管段的折算长度以及由附录9-1查到的比摩阻，计算主干线各管段的总比降。6．主干线水力计算完成后，便可进行热水网路支干线、支线等水力计算。应按支干线、支线的资用压力确定其管径，但热水流速不应大于，同时比摩阻不应大于300Pa／m。第三节水压图的基本概念一、水压图的优点水压图的优点可以清晰地表示出热水管道上各点的压力。通过室内热水供暖系统和热水网路水力计算的阐述，可以看出：水力计算只能确定热水管道中各管段的压力损失(压差)值，但不能确定热水管道上各点的压力(压头)值。二、水压图的理论基础伯努利能量方程221211221222vvPZgPZgPrrrr-++=+++D221122121222PvPvZZHggggrr-++=+++D21112vPZgrr++——总水头1Pgr——压强水头1Z——位置水头11PZgr+——测压管水头12H-D——水流经管段1-2的压头损失，20mH三、有关水压图的几个概念1、利用水压曲线，可以确定管道中任何一点的压力值；2、利用水压曲线，可以表示出各管段的压力损失值2212121212()()()22PPvvZZHggggrr--+-+-=D由于流速差别不大，所以在公式中，可以忽略流速水头的差，121212()()PPZZHggrr--+-=D，所以12H-D=两点的测压管水头的高度之差。3、根据坡度可以确定管段的单位管长的压降的大小；4、只要已知或固定管路上任意一点的压力，管路中其它各点的压力也就已知或固定。四、热水供暖系统的水压图1、一般水压图包括以下内容（1）、横坐标表示供热系统的管段单程长度，以米为单位。（2）、纵坐标ìïïïïïïïïïïïïíïïïî下半部:表示供热系统的纵向标高,包括管网,散热器,循环水泵,地形及建筑物的标高.对于室外热水供热系统,当纵坐标无法将供热系统组成表示清楚时,可在水压图的下部标出供热系统示意图.上半部:供热系统的测压管水头线,包括动水压线(表示供热系统在运行状态下的压力分布)和静水压线(在停止运行的压力分布).ïïïïïïïïï2、绘制水压图的方法设有—室内机械循环热水供暖系统(图9—4)，膨胀水箱1连接在循环水泵2进口侧O点处。如设其基准面为O—O，并以纵坐标代表供暖系统的高度和测压管水头的高度，横坐标代表供暖系统水平干线的管路计算长度；利用前述方法，可在此坐标系统内绘出供暖系统供、回水管的水压曲线和纵断面图。这个图组成了室内热水供暖系统的水压图。（1）、设基准面（2）设膨胀水箱的水位高度为j—j。如系统中不考虑漏水或加热时水膨胀的影响，即认为系统已处于稳定状况，不再发生变化，因而在循环水泵运行时，膨胀水箱的水位是不变的。O点处的压头(压力)就等于Hj(mH2O)。（3）画静水压线。因为水不流，系统中各点压力相等，且都等于定压点，即膨胀水箱的高度，那么系统静水压线为一条平行于基准面的高度等于膨胀水箱高度的水平线，画出各点的静水压线。（4）画动水压线O点处的压头不论在系统工作时还是停止运行时，都是不变的，等于膨胀水箱的高度，那么动压线的起点与静压线在此处重合，即图中的O点。当系统工作时，由于水泵驱动水在系统中循环流动，A点的测压管水头必然高于O点的测压管水头，两者之间的差值就是OA的压力损失，这样A点的测压管水头就确定了，即图中的点，同理可以确定其它各点的测压管水头高度。（5）从动水压线上可以清楚地知道各管段的压力损失和水泵的扬程。可以清楚地知道系统工作对各点的压力大小。如将膨胀水箱连接在热水供暖系统的供水干管上，此时，整个系统各点的压力都降低了。同时，如供暖系统的水平供水干管过长，阻力损失较大，则有可能在干管上出现负压（如图9-5），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，所以在机械循环热水供暖系统中，膨胀水箱的膨胀管应连接在循环水泵吸入口侧的回水干管上。3、膨胀水箱的作用贮存，定压，排气（重力循环）4、热水供热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与系统的连接位置。第四节热水网络水压图通过绘制热水网路的水压图，用以全面地反映热网和各热用户的压力状况，并确定保证使它实现的技术措施。一、热水网路压务状况的基本技术要求1、在与热水网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道构件的承压能力。（保证设备不压坏）如柱形铸铁散热器的承压能力为Pa，作用在该用户系统最底层散热器的表压力，无论在网络运行或停止运行时都不得超过Pa。5410´5410´2、在高温水网路和用户系统内，水温超过100℃的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。（保证热水不汽化）3、与热水网路直接连接的用户系统，无论在网络循环水泵运行或停止运行，其用户系统回水管出口处的压力必须高于用户系统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。（保证系统不倒空）4、网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出5mH2O，以免吸入空气。5、在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压力。二、绘制热水网路水压图的步骤和方法1、以网路循环水泵的中心线的高度（或其它方便的高度）为基准面，一定的比例尺作出标高的刻度。2、选定静水压曲线的位置。静水压曲线是网路循环水泵停止工作时，网络上各点的测压管水头的连接线，是一条水平的直线，静水压曲线的高度必须满足下列的技术要求：（1）、在与热水网路直接连接的用户系统内，底层散热器的所承受的静水压力不应超过散热器的承压能力。（2）、热水网路及与它直接连接的用户系统内，不会出现汽化和倒空。选定的静水压曲线位置靠系统所采用的定压方式来保证。目前，国内的热水供热系统中，最常用的定压方式是采用高位水箱或采用补给水泵定压回水管的动水压曲线的位置应满足下列要求（1）最低位置要求：直接连接的用户不倒空和网络上任何一点的压力不低于5mH2O的要求（2）最高位置要求：满足技术要求第一条，与网络直接连接时，回水管的压力不能超过4bar(Pa)。用户系统最底层散热器所承受的压力就是热网回水管在用户引入口的出口处的压力。3、选定回水管的动水压曲线的位置4、选定供水管动水压曲线的位置供水管动水压曲线的位置应满足下列要求：（1）、网络供水干管以及与网络直接连接的用户系统的供水管中，任何一点都不应出现汽化；（2）在网络上任何一处用户引入口或热力站的供、回水管之间的资用压差，应能满足引入口或热力站所要求的循环压力。三、热水网络循环水泵的选择1、流量的选择'(1.0~1.1)nGG=2、水泵的扬程rwyHHHH=++式中H——循环水泵的扬程(0)aP2或mHrH——网络循环水通过热源内部的压力损失(0)aP2或mH，一般取保2(10~15)0rHmH=wH——网络主干线供、回水管的压力损失，yH——主干线末端用户系统的压力损失。用户系统的压力损失与用户的连接方式和用户入口设备有关直接连接的供暖系统约为（1~2）mH2O；直接连接的暖风机供暖系统或大型的散热器供暖系统约为（2~5）mH2O；水喷射器的供暖系统，约为（8~10）mH2O；水—水换热器间接连接的用户系统，约为（3~8）mH2O实际水泵的扬程'(1.1~1.5)HH=3、选择循环水泵的注意事项（1）、G—H特性曲线，要在水泵工作点附近比较平缓（以便当网络水力工况发生变化时，循环水泵的扬程变化较小），宜选用单级水泵。（2）、循环水泵的承压、耐温能力应与热网的设计参数相适应。多安装在热网回水管上。（3）、工作点应在水泵高效工作范围内。（4）、台数确定与供热调节方式有关。不得少于两台以备用。（5）、多台水泵并联运行时，应绘制水泵和热网水力特性曲线，确定其工作点，进行水泵选择。力损失较大，则有可能在干管上出现负压思考题：为什么机械循环热水供暖系统不能把膨胀水箱连接在供水总立管上？(1)定压点设在循环水泵入口前的回水干管上。既能限制水泵吸水管路的压力降，避免水泵出现气蚀现象，又能使循环水泵的扬程作用在循环