09《供热工程》第九课-热水网路水压图

第九章热水网路的水力计算和水压图能源与安全工程学院成剑林本章重点及难点•热水网路水力计算的基本公式。•水压图的基本概念。•热水网路的水力计算•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。供热工程第章第节热水网路水力计算的主要目的•（1）根据热水网路水力计算给果，绘制热水供热管网的水压图。确定热水供热系统的最佳运行工况。•（2）根据热水供热管网的水压图，合理选择用户系统与供热管网的连接方式及用户入口装置。•（3）根据热水网路水力计算结果，合理选择热水供热系统循环水泵的流量和扬程。•（4）根据热水供热管网水压图，合理选择补水泵及中继加压泵。供热工程第章第节第一节热水网路水力计算的基本公式九一供热工程第章第节每米长的沿程损失、管径和水流量的关系0.250.11dk热水网路水流速度大于0.5m/s，流动状态处于阻力平方区，有：2236.2510tGRd代入上式可得：0.04780.3310.190.387tKGdR230.255.256.8810tGRKd0.52.6260.12512.06tRdGK为了简化计算，通常利用水力计算图表进行计算九一供热工程第章第节不同当量绝对粗糙度时比摩阻修正bishbishbishbishvvRR密度不同时速度与比摩阻修正0.25shshbibibiKRRmRK热水网路局部损失：22jvP当量长度：1.250.259.1dddlK当量长度的修正：0.25bishdbidbidshKlllK九一供热工程第章第节修正比摩阻修正速度修正管径修正当量长度修正九一供热工程第章第节采用当量长度法进行水力计算时，热水网路中管段的总压降为：进行估算时局部阻力的当量长度可按照管道实际长度的百分数来计算dzhPRllRldjll九一供热工程第章第节第二节热水网路水力计算方法和例题九二供热工程第章第节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•供热管道各个管段的计算流量是该管段所负担的各个用户的设计流量之和，管段的计算流量用来确定各管段直径及其阻力损失。热水网路的热水用户很多，各用户的用热时间不一。因此在确定热水网路的干线、支线的计算流量时，也应有所区别。一般是热水网路主干线的计算流量按热水供应的平均小时热负荷来计算；热水网路支线的计算流量，如用户有蓄水箱时，按平均小时热负荷来计算；如无蓄水箱的用户则按最大小时热负荷来计算。•当热水网路采用质—量调节时，应采用各种热负荷在不同室温下的网路总流量曲线叠加得出的最大流量值作为设计流量。•当热水网路有夏季制冷热负荷时，应计算供暖期和供冷期热网流量并取较大值作为热水网路的设计流量。九二供热工程第章第节热水网路水力计算的方法及步骤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。九二供热工程第章第节热水网路水力计算的方法及步骤主干线的平均比摩阻R值，对确定整个管网的管径起着决定性作用。热水网路主干线的比摩阻，通常是通过技术经济分析的方法来确定。由式（8-2）可以看出，当管段的通过能力一定时，管段的比摩阻与管道直径d的5.25次方成反比。即管径增大，将使该管段比摩阻减小，而比摩阻减小，会使热水网路的阻力损失减小，因而循环水泵的功率减小，经常运行费用也减少。但供热管道直径增大，将使供热管网的建设投资增加。九二供热工程第章第节热水网路水力计算的方法及步骤如选用的R值较大，热媒流速就高，需要的管径越小，因而降低了管网的基建投资和热损失，但网路循环水泵的基建投资和电耗随之增加。应该指出，如将比摩阻R值增大一倍，供热管道管径d只能减小12％，而电能费用却要增加100％。同时，比摩阻R值的大小，除了影响供热管网的建设投资和运行费用外，还影响供热管网水力工况的稳定性。比摩阻R值增大，供热管网的水力稳定性将下降。九二供热工程第章第节热水网路水力计算的方法及步骤3．根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，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表,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。九二供热工程第章第节热水网路水力计算的方法及步骤5．根据管段的折算长度以及由表查到的比摩阻，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。九二供热工程第章第节第三节水压图的基本概念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。九三供热工程第章第节第三节水压图的基本概念九三供热工程第章第节伯努利方程：221211221222vvPZgPZgP221122121222PvPvZZHgggg1.利用水压曲线可以确定管道中任何一点的压力（压头）值。2.可以表示处各管段的压力损失值。3.根据水压曲线的坡度，可以确定管段的单位管长的平均压降的大小。4.只要已知或者固定管路上任意一点的压力则管路中其他各点的压力也就已知或者固定了。九三供热工程第章第节室内热水供暖的水压图设有—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。九三供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三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)。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三当系统未运行或系统循环水泵停止工作时，由于系统中各点的能量值相等，所以整个系统的水压曲线呈一条水平线。各点的测压管水头都相等，其值为Hjo。但是系统中各点的压力值不一定相等，系统中A、B、C、D、E和O点的压头分别为HjA、HjB、HjC、HjD、HjE和Hjo（mH2O）。当系统停止工作时的水压曲线，称为静水压曲线。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三当系统运行时，由于循环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，其差值应为管段OA的压力损失值，由此可以确定A'点。根据系统水力计算结果或运行时的实际压力损失，同理就可确定B、C、D和E各点的测压管水头高度，亦即B'、C'、D'和E'各点在纵坐标上的位置。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三•HA'j线代表回水干管的水压曲线，线D'、C'、B'代表供水干管的水压曲线。系统运行时的水压曲线，称为动水压曲线。•HB'A'——水流经立管BA的压力损失；•HD'C'B'——水流经供水管的压力损失；•HE'D'——从循环水泵出口侧到锅炉出水管段的压力损失；•HjE'——循环水泵的扬程。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三•HA'j线代表回水干管的水压曲线，线D'、C'、B'代表供水干管的水压曲线。系统运行时的水压曲线，称为动水压曲线。•HB'A'——水流经立管BA的压力损失；•HD'C'B'——水流经供水管的压力损失；•HE'D'——从循环水泵出口侧到锅炉出水管段的压力损失；•HjE'——循环水泵的扬程。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图九三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。热水供热（暖）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。供热工程第章第节室内热水供暖的水压图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。从安全角度出发，在机械循环热水供暖系统中，应将膨胀水箱的膨胀管连接在循环水泵吸入口侧的回水干管上。九三供热工程第章第节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。九四供热工程第章第节一、热水网路压力状况的基本技术要求（1）不超压。在与热水网路直接连接的用户系统内，必须保证系统内任何一点不发生实际压力超过该用户系统用热设备及管道构件所能承受的允许压力。如供暖用户系统一般常用的国产柱形铸铁散热器，其承压能力为4×105Pa（40mH2O）。因此，作用在该用户系统最底层散热器的表压力，无论在网路运行或停止运行时都不应超过4×105Pa。九四供热工程第章第节一、热水网路压力状况的基本技术要求2）不汽化。在水温超过100℃的高温水供水管道和用户系统内，热媒压力都不低于该水温下的汽化压力。从运行安全角度考虑，《热网规范》规定，除了满足上述要求外还应留有30～50kPa富裕量，以防止高温水汽化。九四水温/℃100110120130140150汽化压力/mH2O04.610.317.626.938.6供热工程第章第节一、热水网路压力状况的基本技术要求（3)不倒空。与热水网路直接连接的用户系统，无论系统运行与否，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，以免系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力高，不低于50kPa。九四供热工程第章第节一、热水网路压力状况的基本技术要求(4)提供给用户足够的资用压力。在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水干管之间必须有足够的资用压差，满足热力站或用户系统克服内部阻力所需的作用压头，以保证用户系统流量。(5)热水网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出50kPa，以免吸入空气。九四供热工程第章第节二、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。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。九四供热工程第章第节1、基准面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。按照网路上的各点和各用户从热源出口起沿管路计算的距离，在o—x轴上相应点标出网路相对于基准面的标高和房屋高度。各点网路高度的连接线就是图上带有阴影的线，表示沿管线的纵剖面。九四供热工程第章第节2、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，网路上各点的测压管水头的连接线。此时网路各点的测压管水头相等，以此它是一条水平直线。静水压曲线的高度必须满足下列技术要求。九四供热工程第章第节2、静水压曲线的位置•(1)与热水网路直接连接的供暖用户系统内，底层散热器所承受的静水压力应不超过散热器的允许压力。•(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。所谓“不汽化”是指：静水压力线的高度必须大于该温度下对应的热媒汽化压力，并留有2～5mH2O的富裕量。所谓“不倒空”是指：静水压线的高度不应低于与外网直接连接的用户系统的充水高度，并应有2～5mH2O的富裕量。九四供热工程第章第节热水网路的水力计算和水压图九四供热工程第章第节2、静水压曲线的位置•假设网路供、回水温度为120℃/70℃。用户1、2采用低温水供暖，用户3、4直接采用高温水供暖。用户1、3、4楼高为17m，用户2为一高层建筑，楼高30m。九四供热工程第章第节2、静水压曲线的