流体输配管网第7章

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1、第7章 枝状管网水力工况分析与调节,管网的水力工况指管网的流量和压力分布状况。 在管网中，流量的大小影响管段的压力损失影响管网的压力分布状况。 管网的压力分布反映流体的流动状况，影响管网中的流量分配。 在管网运行时，对流量分配有定量的要求。有时还要求流体的压力在合适的范围内。 对管网的水力工况进行分析具有重要的意义。本章讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。,7.1 管网系统压力分布,7.1.1管流能量方程及压头表达式 1.液体管流能量方程及压头表达式,等管径的一般管流能量分布示意图,2.气体管流能量方程及压力表达式,忽略位压时：,7.1.2 管网压力分布图,1.液体管网压力分布图-水压图

2、 在液体管路中，将各点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为水压曲线，它可直观地表达管路中液静体压的分布状况，也称为水压图。 作用： （1）确定管道中任何一点的静压值。 （2）确定管段的压力损失值。 （3）确定管段的单位管长平均压降的大小。,室内热水供暖管网的水压图,室内热水供暖管网的水压图,空调冷冻水管网的水压图,供热管网水压图,在设计流量QI=QII=QIII=100 m3/h时，阻力PAA1=PA1A2=PA2A3=20kPa； PB3B2=PB2B1=PB1B=20kPa；PA3B3=80kPa,2. 气体管网压力分布图,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

3、的压力分布特性 (1)从大气进风口到风机入口的吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大。 (2)在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值与动压值之和。 (3)风机提供的全压等于风机进出口的全压差，也等于整个管网的压力损失（包括出口损失）。,2.液体吸入式管网的压力分布特性,自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面间的能量方程：,吸水管路（自由液面泵内压力最低点）的能量关系：,7.1.4 水压图在液体管网设计中的应用 以室外供热管网为例,1.对压力状况的基本技术要求 （1）不超压。 （2）不汽化。 （3）不倒空。 （4）不吸气。 （5）满足采暖用户的连接要求。 关键：静水压线的确定。,1.对压力

4、状况的基本技术要求,（2）在系统内，热水压力应不低于该水温下的汽化压力。 （3）与室外管网直接连接的用户系统，无论在循环水泵运转或停止工作时，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。 （4）管网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。 （5）在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头。,城市供热管网水压图设计,作位置图，定基准面，标注房屋标高等。 定静水压线。 绘制回水管动水压线。 绘制供水管动水压线。 确定循环水泵的扬程。 确定用户的连接方式。 注意：“动水压

5、线”指系统运行时的水压线。,静水压线的确定,不超压。（本例任意点压力不大于400kPa） 不倒空。 不吸气。（任意点静压力不低于50kPa） 本例，重点考虑用户2的影响，合理规划各用户的连接方式。,回水管动水压线的确定,不倒空。 不吸气。（任意点压力不低于50kPa） 不超压。 水压线的平缓程度与管径的选择相互关联。,供水管动水压线的确定,不汽化。（任意点压力不低于50kPa） 满足用户引入口的资用压头。通常使末端用户的资用压头满足要求。 该水压线的平缓程度与管径的选择相互关联。,用户2：间接连接。用户采暖系统与室外管网水力无关。,与用户的连接方式,用户1：喷射泵直接连接。,用户3：回水加压连

6、接,供水管节流降压。,如直接连接，运行时底层散热器超压。,7.1.5 液体管网系统的定压,静水压线位置靠系统所采用的定压方式来保证。 定压点位置及压力值决定了管网系统的静水压线，对系统的压力工况有决定性的影响。 定压点的位置通常设置在管网循环水泵的吸入端。,常用定压方式,1.高位水箱定压方式 2.补给水泵定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式 b.补给水泵间歇补水定压方式 c.补水泵变频调速补水定压方式 3.气体定压（气压罐方式）,补给水泵连续补水定压方式示意图,补给水泵间歇补水定压方式示意图,7.2 调节阀的节流原理与流量特性,7.2.1.调节阀简介,调节阀是一种阻力系数可以变化的构件，在管

7、网中具有调节、切断和分配流体的功能。 对流量进行定量调节,手动直通调节阀：截止阀型和蝶阀形,电动直通调节阀,风量调节阀,空调冷冻水管网中的调节阀：,建筑采暖管网中的调节阀,调节阀分类,（1）按流动通路分为：直通（二通）调节阀、三通调节阀； （2）按阀体结构分：直通单座阀、直通双座阀、三通阀、角形阀、蝶阀、球形阀等； （3）按使用动力划分：电动、气动、液动调节阀、手动。,蝶阀,球阀,直通单座阀,直通双座阀,角形阀,7.2.2 调节阀的节流原理,调节阀实质为局部阻力可以调节的元件。 流通能力 ： 其物理意义为某一单位压差下，流过调节阀的某种密度流体的流量。调节阀流通能力由阀门的结构决定，开度变化会

8、引起的变化。,7.2.3 调节阀的理想流量特性,流量特性：调节阀的相对流量与相对开度之间的关系。 理想流量特性：调节阀两端压差保持不变时相对流量与相对开度之间的关系。,1-直线 2-等百分比 3-快开 4-抛物线,调节阀的典型理想流量特性,阀芯形状决定理想流量特性,1-直线 2-等百分比 3-快开 4-抛物线,流量的（绝对）变化量与 开度变化量成线性关系。,流量的相对变化率与 开度变化量成线性关系。,各种流量特性下的相对开度和相对流量表,相对开度从(1)40%50%和(2)50%60%比较： 直线特性阀的绝对流量变化: (1) 51.7-42=9.7t/h (2) 61.3-51.7=9.6t

9、/h 等百分比特性阀的绝对流量变化: (1) 18.3-13 =5.3t/h (2) 25.6-18.3=7.3t/h 等百分比特性阀的相对流量变化: 5.3/(13+18.3)/2)=33.9% 7.3/(18.3+25.6)/2)=33.3%,图7-2-3 三通调节阀的理想流量特性曲线 （R=30，阀芯开口方向相反） （1）直线；（2）等百分比；（3）抛物线,调节阀全开,7.2.4 调节阀串联设备时的工作流量特性,图7-2-6 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值) （a）直线流量特性 ；（ b）等百分比流量特性,图7-2-7 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Q100作参比

10、值) （a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性,调节阀串联设备工作流量特性分析,R=30,Sv=0.25,理想流量特性为直线 工作流量特性接近“快开” 实际工程中应使Sv=0.3,7.2.5 调节阀并联管路时的工作流量特性,图7-2-9 有并联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值)（a） 直线流量特性；（b）等百分比流量特性,7.2.6 调节阀的实际可调比,可调比： 有串联设备的情况： 有并联管路的情况：,7.2.7三通调节阀的工作流量特性,（1）总阻抗小，对两个分支流量的分配性能好； （2）开度调节对总流量影响小。,7.3 调节阀的选择,选择步骤： （1）选择阀门的流量特性，确定

11、阀权度。 （2）计算确定阀门的口径。 （3）验算阀门的开度和可调比。,室温自动控制系统原理图,通过调节流量，改变换热器提供的热（冷）量。应考虑换热器的换热量随阀门的开度变化而变化的情况。,蒸汽空气加热器静特性 热水空气加热器静特性,阀门的工作流量特性宜为直线特性。,阀门的工作流量特性宜为等百分比特性。,调节阀流量特性与热交换器静特性的综合,a调节阀的工作流量特性,b热交换器的静特性,c相对换热量和阀门相对开度的关系,L相对流量,q相对换热量,一般在设计中，Sv取0.30.5,例有一台直通双座调节阀，根据工艺要求，其最大流量是65m3/h，最小压差是50000Pa；其最小流量是13m3/h，最大

12、压差是97500Pa。阀门工作流量特性要求为直线流量特性，Sv0.5，被调介质为水，试选择阀门口径，并验算开度和可调比。 （1）选理想流量特性为等百分比流量特性。 （2）计算阀门要求的流通能力：,注意公式选用！,VN型直通双座调节阀的参数表,开度验算公式：,理想特性为直线：,理想特性为等百分比：,7.4 管网系统水力工况分析,1）管段串联,两个管段构成回路的情况。,2）管段并联,回路的重力及全压作用力为零。,两个管段不构成回路的情况。添加虚拟管路，使之构成回路。回路中，若重力作用与输入的全压动力均为零：,2）管段并联,水力并联！,3）枝状管网，可经过串并联逐次简化为一个管路。,S,S,环状管网

13、，无法按串并联关系简化！,4）枝状管网的阻力特性,5）环境对枝状管网流动的影响,物理意义：表明了管网中流体流动所需的能量，一部分是用来克服环境的影响；另一部分用来克服管网的流动阻力。将这一关系在以流量为横坐标、压力为纵坐标的直角坐标图中描绘成曲线，即为管网特性曲线 。,广义管网特性曲线,狭义管网特性曲线,上图所示的管网结构中：,用户的相对流量只与管网各管段的阻抗有关。,第d个用户与第m个用户(md)之间的流量比，仅取决于用户d和用户d以后(按水流动方向)各管段和用户的阻抗，而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。,枝状管网水力工况分析基本步骤,计算确定管网总阻抗，（或阻抗的变化趋势）； 做管网运

14、行工况图，（泵与风机的性能曲线及管网特性曲线）； 确定工况点、运行流量，（或流量的变化趋势） 按照管段间的连接关系及流量分配规律，确定各管段的流量（或流量变化趋势）。,阀门C关闭，用户3的供回水之间的压差增大。？,例题7-9,管网在正常工况时的水压图和各热用户的流量如图所示。如关闭热用户3，试求其它各热用户的流量及其水力失调程度。其中，管网图中的数字表示流量（m3/h），水压图里的数字表示压差（kPa）。循环水泵的性能参数如下表。,7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法,用户的规定流量：,用户可能达到的最大流量：,则：,7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法,在Pw=0时(理论上干管直径为

15、无限大)，y=1。工况无论如何变化都不会使它水力失调，水力稳定性最好。在这种情况下任何用户流量的变化，都不会引起其它用户流量的变化。 在Py=0或Pw=时(理论上，用户系统管径无限大或网路干管管径无限小)，y=0。此时，用户的水力稳定性最差，任何其它用户改变的流量，将全部转移到这个用户去。,7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法,实际管网的水力稳定性系数y总在0和1之间。当水力工况变化时，任何用户的流量改变，一部分流量将转移到其它用户中去。如以例题7-9的计算分析，用户3关闭后，其流量从100m3/h减到0，其中一部分流量(44.1m3/h)转移到其它用户去，而整个网路的流量减少了55.9m3/h。 从对式（7-4-18）的分析可知，提高管网水力稳定性的主要方法是相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。,7.5 管网系统水力平衡调节,比例调节法 1）调整两风口的出风量，达到 2）再调节总风阀改变系统的总风量，使 或,7.5 管网系统水力平衡调节,7.5 管网系统水力平衡调节,