《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本章重点及难点本章重点及难点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。水压图的基本概念。水压图的基本概念。热水网路的水力计算热水网路的水力计算水压图的绘制。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 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：代入上式可得：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密度不同时速度与比摩阻修正热水网路局部损失：当量长度：当量长度的修正：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：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94)，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OO，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jj。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HAj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。HBA水流经立管BA的压力损失；HDCB水流经供水管的压力损失；HED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HAj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。HBA水流经立管BA的压力损失；HDCB水流经供水管的压力损失；HED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4105Pa（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4105Pa。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3050kPa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ox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25mH2O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25mH2O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、静水压曲线的位置方案一：四个用户全部采用直接连接，并保证所有用户都满足“不倒空”的条件，静水压曲线的高度应不低于为39m（用户2房屋标高30m，再加3m的安全裕量），静水压线39m的高度，超过了用户1、3、4底层一般铸铁散热器的承压能力（40mH2O）。这样会使多数用户采用间接连接的方式，增加了基建投资费用。九四供热工程第章第节2、静水压曲线的位置方案二：当用户2采用间接连接时，系统的高温水可能达到的最高点是在用户4顶部，4标高为15m，保证高温水不汽化，再加上110水的汽化压力4.6mH2O，再加上35mH2O的安全裕量（防止压力波动），可定出静水压线的高度在23m处，见图8-6中j-j线。这样，当网路循环水泵停止运行时，所有用户都不会倒空，不会出现汽化，而且底层散热器也不会超过4bar的允许压力。除用户2外，其他用户系统都可采用比较简单而低造价的直接连接方案。静水压线的位置靠系统所采用的定压系统来保证。九四供热工程第章第节2、静水压曲线的位置目前在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定压或补给水泵定压。往往以静态压力线的位置高度作为热水供热系统定压点的压力，并且热水供热系统的定压点通常设在循环水泵的吸入端。在这种情况下，先从循环水泵吸入端开始，绘制热水供热管网回水干管的动态压力线再绘制供水干管的动态压力线较为方便。九四供热工程第章第节3、动水压曲线的位置（1）按照上述网路热媒压力必须满足的技术要求中的第三条和第四条的规定，回水管动水压曲线应保证所有直接连接的用户系统不倒空和网路上任何一点的压力不应低于50KPa（5mH2O）的要求。这是控制回水管动水压曲线最低位置的要求。（2）要满足上述基本技术要求的第一条规定。这是控制回水管动水压曲线最高位置的要求。九四供热工程第章第节3、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）网路供水干管以及与网路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）在网路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，应能满足用户引入口或热力站所要求的循环压力。九四供热工程第章第节3、动水压曲线的位置由于假设定压点位置设在网路循环水泵的吸入端，回水管动水压线全部高出静水压线j-j，所以供水管内热水不会出现汽化现象。网路供、回水管之间的资用压差，在网路末端最小，因此，只要选定网路末端用户入口或热力站处所要求的作用压头，就可确定网路供水主干线末端的动水压线的水位高度。根据供水干管的平均比压降或根据热网供水干管的水力计算结果，可绘出供水主干管的动水压曲线。九四供热工程第章第节3、动水压曲线的位置假设末端用户4资用压差为10H2O，供水干管动水压曲线在末端C点的标高为35+10=45m，供水干管总压力损失与回水干管相等，即10mH2O，在热源出口处D点，供水管动水压曲线的标高为45+12=57m。九四供热工程第章第节4、确定热源内部的压力损失水压图中E点和D点的高差为热源内部的压力损失，本例中假设为15mH2O，则E点标高为57+1572m，这样就可确定供水主干线的动水压曲线。由网路主干线的动水压曲线ABCDE及静水压曲线j-j线可得网路循环水泵扬程为72-23=49mH2O九四供热工程第章第节4、确定热源内部的压力损失九四供热工程第章第节三、确定用户系统的压力状况及与热网的连接方式当热水网路水压图的水压曲线位置确定后，就可以确定用户系统与网路的连接方式及其压力状况图（如图9-6所示）。1.用户系统12.用户系统23.用户系统34.用户系统4九四供热工程第章第节三、确定用户系统的压力状况及与热网的连接方式九四供热工程第章第节第五节热水网路的定压方式1膨胀水箱定压方式2补给水泵定压方式3气体(氮气)定压方式4蒸汽定压方式九五供热工程第章第节第五节热水网路的定压方式为实现热水管网设计水压图的运行工况，必须通过设置定压装置，采用一定的定压方式，来维持热水供热系统中定压点压力恒定。供热系统在运行或停止状态下，压力始终保持不变的点称为恒压点。供热系统在无泄漏补水，并忽略热水体积膨胀时，恒压点的压力值是唯一的，且等与静水压线值。恒压点的位置一般在系统循环水泵入口处，也可在系统的任何一点，视供热系统的情况而定。九五供热工程第章第节第五节热水网路的定压方式维持恒压点压力恒定不变是热水供热系统正常运行的基本条件。热水供热系统由于不严密，产生漏水损失，将引起系统内压力的波动。为维持热水供热系统内热媒压力一定或在一定范围内波动，必须不断地向系统内补水。所以热水供热系统的定压系统住往和补水系统同时考虑。九五供热工程第章第节1膨胀水箱定压方式利用膨胀水箱安装在用户系统的最高处来对系统定压的方式，称为高位水箱定压方式。高位水箱定压方式的设备简单，工作安全可靠。膨胀水箱定压，是利用安装在高处的开口水箱所造成的静压头来维持恒压点的压力值。水箱内水位的高度根据热水网路的静水压曲线来确定。由供暖系统的水压图可知，膨胀水箱的膨胀管与供热系统的连接位置，即恒压点的位置对热水网路安全可靠运行至关重要，通常选在锅炉房内回水管循环水泵吸入口端。九五供热工程第章第节1膨胀水箱定压方式高位水箱定压设备简单，运行可靠，压力稳定。同时可作热水供热系统的补充水和溢水之用。一般应用于供热范围不大的低温热水供热系统。对于高温热水供热系统。为了防止系统最高点产生汽化，水箱必须装的很高。高位水箱一般安装在高层建筑物或锅炉房的顶部，住往受到安装条件的限制而采用其他的定压方式。九五供热工程第章第节2补给水泵定压方式补给水泵定压方式是目前国内集中供热系统最常用的一种定压方式。补给水泵定压方式主要有四种形式：补给水泵连续补水定压方式，补给水泵间歇补水定压方式，定压点设在旁通管上的补水定压方式，变频调速补水定压方式。九五供热工程第章第节补给水泵连续补水定压方式定压点设在网路循环水泵的吸入端。利用压力调节阀保持定压点的压力恒定。补给水泵定压装置是由补给水箱、补给水泵和压力调节阀组成。补给水泵定压方式，是通过压力调节阀来保持循环水泵吸入端的压力恒定。通常采用直接作用式压力调节阀（薄膜式压力调节阀），当循环水泵运行时，由阀后压力直接控制压力调节阀的启闭，保持循环水泵入口处的压力恒定。当定压点处压力过高时，通过压力调节阀的薄膜作用，使阀门的开启度减小，从而减少进入热水供热系统中的水量，使该点压力降到规定值。反之调节阀门开启度增大，补水量增加，使该点压力回升到所要求的压力值，从而使循环水泵吸入端的压力保持恒定。九五供热工程第章第节补水泵变频调速定压方式鉴于膨胀水箱定压使用范围的局限，连续运行补水泵定压的耗电，间歇运行补水泵定压的压力波动，其他定压方式的复杂、昂贵，目前国内外正在兴起补水泵变频调速定压。补水泵变频调速定压的基本原理是根据供热系统的压力变化，改变电源频率，平滑无级地调整补水泵转速，而随之调节补水量，实现恒压点压力的恒定。九五供热工程第章第节补水泵变频调速定压方式对于间歇运行的补水泵，因补水泵起动频繁，不但影响水泵寿命，而且多耗费了电能。水泵在起动时，由于电动机的定子、转子的转差大，通常电动机的起动电流约为额定电流的67倍，使启动功率约比额定功率大30%左右。由于变频器可以使补水泵在额定电流下启动，且起动频率不太频繁，因此变频调速定压，比间歇运行定压省电效果显著。九五供热工程第章第节补水泵变频调速定压方式综上所述，利用补给水泵定压方式，设备简单，容易实现，是目前国内集中供热系统中最普遍的一种定压方式。但补给水泵定压方式的可靠性完全依赖于电源，对于大型的热水网路应设双路电源。除此之外在工程实践中，由于突然停电，锅炉内的高温水会发生汽化而发生事故，因此在设计时必须要考虑到供热系统的突然停电，应采取一些辅助措施，保证系统安全可靠的运行。九五供热工程第章第节3气体(氮气)定压方式气体定压分为氮气定压和空气定压两种形式，定压原理相同，其特点是利用低位定压罐保持供热系统恒压。气体定压是定压罐中充满气体，而空气定压则是定压罐中罐充空气，为防止空气在水中溶解，通常在空气定压罐中设置皮囊，用来隔离空气与水，防止腐蚀。九五供热工程第章第节4蒸汽定压方式蒸汽定压方式常用的有三种形式：蒸汽锅筒定压方式，外置膨胀罐的蒸汽定压方式，采用淋水式加热器的蒸汽定压方式。1.蒸汽锅筒定压方式2.外置蒸汽罐定压方式九五供热工程第章第节第六节中继加压泵站设置加压泵站的目的加压泵站的设置自学九六本章小结1.热水网路水力计算方法、步骤同热水供暖系统计算基本相同；由水力计算结果绘制热水网路的水压图。2.通过水压图可清晰的了解网路中压力分布状况，确定热水供暖用户与外网的连接方式，外网应提供足够的作用压力来满足用户各种连接方式的需要。本章小结3.由水压图可清楚的了解系统中任何一点的压力值，测压管水头值。4.通过设置加泵站，应了解热水网路加压泵的作用及系统增加加压泵压力状况变化情况。重点1.掌握绘制热水网路水压图的基本方法。2.同时深刻理解绘制水压图应满足的基本条件：不倒空、不超压、不汽化，为用户提供足够的作用压力。3.应用水压图如何确定热水网络中任何一点的压力值。