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1、供热工程供热工程- -第九章第九章- -热水网热水网络的水力计算及水压图络的水力计算及水压图热水网路水力计算的主要任务：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、按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；道的直径；2、按已知热媒流量和管道直径，计算管道、按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；的压力损失；3、按已知管道直径和允许压力损失，计算、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。或校核管道中的流量。 第一节第一节 热水网路水力计算的基本公式热水网路水力计算的基本公式第二节第二节 热水网路水力计算方法和例题热水网路水力计算方法和例题2确定热水网
2、路的主干线及其沿程比摩阻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。网路热水网路水力计算是从主干线开始计算。网路中中平均比摩阻最小的一条管线，称为主干线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。最远用户的管线是主干线。根据热网规范，在一般的情况下，根据热网规范，在一般的情况下，热水网热水网路主干线的设计平均比摩阻，可取路主干线的设计平均比摩阻，可取40一一80Pa/m进行计算进行计算。对于采用间接
3、连接的热水。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，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采用主干线的平均比摩阻值比上述规定的值高，有达到高，有达到l00Pam的。的。3报据网路主干线各管段的计算流量和初步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选用的平均比摩阻R值，利用附录值，利用附录9-1确定主确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻。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根据选用的标准管径和管段中局部阻力的形式查附录形式查附录9-2, 确定各管段局部阻力的当量确定各管段局
4、部阻力的当量长度总和，以及管段的折算长度长度总和，以及管段的折算长度 。5根据管段的折算长度以及由附录根据管段的折算长度以及由附录9-1查到的查到的比摩阻，计算主干线各管段的总比降。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、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应大于，同时比摩阻不应大于300 Pam。第三节第三节 水压图的基本概念水压图的基本概念一、水压图的优点一、水压图的优点 水压图的优
5、点可以清晰地表示出热水管道上水压图的优点可以清晰地表示出热水管道上各点的压力。各点的压力。通过室内热水供暖系统和热水网路水力计算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水管道中各管段的压力损失(压差压差)值，但值，但不能确定热水管道上各点的压力不能确定热水管道上各点的压力(压头压头)值。值。 二、水压图的理论基础伯努利能量方程 三、有关水压图的几个概念三、有关水压图的几个概念四、热水供暖系统的水压图四、热水供暖系统的水压图2、绘制水压图的方法、绘制水压图的方法 设有设有室内机械循环热水供暖系统室内机械
6、循环热水供暖系统(图图94)，膨胀水箱膨胀水箱1连接在循环水泵连接在循环水泵2进口侧进口侧O点处。如点处。如设其基准面为设其基准面为OO，并以纵坐标代表供暖系，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、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。了室内热水供暖系统的水压图。（1）、设基准面）、设基准面（2）设膨胀水箱的水位高度为
7、）设膨胀水箱的水位高度为jj。如系统中。如系统中不考虑漏水或加热时水膨胀的影响，即认为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在循环水泵运行时，膨胀水箱的水位是不变的。的。O点处的压头点处的压头(压力压力)就等于就等于Hj(mH 2O)。（3）画静水压线。）画静水压线。 因为水不流，系统中各点压力相等，且都因为水不流，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静水压线为一条平行于基准面的高
8、度等于膨胀水箱高度的水平线，画出各点的静水压线。胀水箱高度的水平线，画出各点的静水压线。（4）画动水压线）画动水压线 O点处的压头不论在系统工作时还是停止运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，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，那么动压线的起点与静压线在此处重合，即图中的即图中的O点。当系统工作时，由于水泵驱点。当系统工作时，由于水泵驱动水在系统中循环流动，动水在系统中循环流动，A点的测压管水头点的测压管水头必然高于必然高于O点的测压管水头，两者之间的差点的测压管水头，两者之间的差值就是值就是OA的压力损失，这样的压力
9、损失，这样A点的测压管点的测压管水头就确定了，即图中的点，同理可以确水头就确定了，即图中的点，同理可以确定其它各点的测压管水头高度。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）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。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
10、可能在干管管过长，阻力损失较大，则有可能在干管上出现负压（如图上出现负压（如图9-5），供水干管的压力），供水干管的压力低于大气压力，就会吸入空气或发生水的低于大气压力，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。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、膨胀水箱的作用 贮存，定压，排气（重力循环）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、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
11、的大小和定压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。胀管与系统的连接位置。第四节第四节 热水网络水压图热水网络水压图 通过绘制热水网路的水压图，用以全面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。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、在与热水网路直接连接的用户
12、系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道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。（构件的承压能力。（保证设备不压坏保证设备不压坏） 如柱形铸铁散热器的承压能力如柱形铸铁散热器的承压能力 为为Pa，作用在该用户系统最底层散热器的表压力，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无论在网络运行或停止运行时都不得超过 Pa。2、在高温水网路和用户系统内，水温超过、在高温水网路和用户系统内，水温超过100的地的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。（保（保证热水不汽化）证热水不汽化）3、与热水网路直接连接的用
13、户系统，无论在网络循环、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。空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。（保证系（保证系统不倒空）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、网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出少高出5mH2O，以免吸入空气。，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、在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用
14、压差，应满足热力站或用户所需的作用压力。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）、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。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：水压
15、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）、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。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）、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。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压方式是采用高位水箱或采用补给水泵定压
16、 回水管的动水压曲线的位置应满足下列要求回水管的动水压曲线的位置应满足下列要求（1）最低位置要求最低位置要求：直接连接的用户不倒空和：直接连接的用户不倒空和网络上任何一点的压力不低于网络上任何一点的压力不低于5 mH2O的要的要求求（2）最高位置要求最高位置要求：满足技术要求第一条，与：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。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压力就是热网回水管在用户引入口的出口处的压力。的压力。3、选定回水管的动水压曲线的位置、选定回水管的动水
17、压曲线的位置4、选定供水管动水压曲线的位置、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：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）、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，任何一点都不应出用户系统的供水管中，任何一点都不应出现汽化；现汽化；（2）在网络上任何一处用户引入口或热力站）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。引入口或热力站所要求的循环压力。用户系统的压力损失与用户的连接方式用户系统的压力损失与用户的连接方式和用户入
18、口设备有关和用户入口设备有关直接连接的供暖系统约为（直接连接的供暖系统约为（12）mH2O；直接连接的暖风机供暖系统或大型的散热器供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（暖系统约为（25） mH2O ；水喷射器的供暖系统，约为（水喷射器的供暖系统，约为（810） mH2O ；水水水换热器间接连接的用户系统，约为水换热器间接连接的用户系统，约为（38） mH2O实际水泵的扬程实际水泵的扬程3、选择循环水泵的注意事项、选择循环水泵的注意事项（1）、）、GH特性曲线，要在水泵工作点附近比较特性曲线，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，循环水平缓（以便当网络水力工况
19、发生变化时，循环水泵的扬程变化较小），宜选用单级水泵。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）、循环水泵的承压、耐温能力应与热网的设计参数相适应。参数相适应。多安装在热网回水管上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。）、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）、台数确定与供热调节方式有关。不得少于两台以备用。台以备用。（5）、多台水泵并联运行时，应绘制水泵和热网水）、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。力特性曲线，确定其工作点，进行水泵选择。力损失较
20、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？把膨胀水箱连接在供水总立管上？ (1)(1)定压点设在循环水泵入口前的回水干管上。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管路和蚀现象，又能使循环水泵的扬程作用在循环管路和散热设备中，保证有足够的压力克服流动阻力，使散热设备中，保证有足够的压力克服流动阻力，使水在系统中循环流动。可以保证系统中各点的压力水在系统中循环流动。可以保证系统中各
21、点的压力稳定，使系统压力分布更合理。稳定，使系统压力分布更合理。 思考题：为什么机械循环热水供暖系统不能思考题：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？把膨胀水箱连接在供水总立管上？ (2) (2)如果象自然循环系统那样，定压点处的静水压如果象自然循环系统那样，定压点处的静水压力（膨胀水箱的水面至供水干管最高处段的水柱高度）力（膨胀水箱的水面至供水干管最高处段的水柱高度）较小，这段的水柱压力将用来克服管路系统中的流动较小，这段的水柱压力将用来克服管路系统中的流动阻力。因机械循环系统水流速度大，压力损失也较大，阻力。因机械循环系统水流速度大，压力损失也较大，当供水干管较长，定
22、压点的压力只够克服供水干管前当供水干管较长，定压点的压力只够克服供水干管前段部分的阻力时，在供水干管后段部分将产生负压，段部分的阻力时，在供水干管后段部分将产生负压，空气会从不严密处吸入，如果在最高点设置了集气罐空气会从不严密处吸入，如果在最高点设置了集气罐或自动放气阀，此处不仅不能排除空气，反而会吸入或自动放气阀，此处不仅不能排除空气，反而会吸入空气。若该处压力低于水在供水温度下的饱和压力时，空气。若该处压力低于水在供水温度下的饱和压力时，水就会汽化。这种错误的连接在运行中还会造成膨胀水就会汽化。这种错误的连接在运行中还会造成膨胀水箱经常满水和溢流，甚至导致系统抽空排空，不能水箱经常满水和溢流，甚至导致系统抽空排空，不能正常工作。正常工作。结束结束
