供暖系统水力工况

1.系统水力工况分析的意义
(1)定义:供暖系统中流量、压力的分布状况。供暖系统供热质量的好、坏,与
供暖系统水力工况有着密切的联系。
(2)分析水力工况的工具:水压图。
(3)水压图的作用:

①确定静水压线的依据;
②决定系统连接方式;

③合理配置循环水泵、补水泵和加压泵;
④指导初调节,分析失调原因。

2.水压图绘制和使用
(!)管段压力分布的基本概念
流体在管道中流动,将引起能量消耗即表现为流体的压力损失,这样,在不同的管
段断面,流体的压力值不同。可用流体力学中的伯努利能量方程式来描述。

公式中各项的物理意义:等式左边和右边分别表示断面1 和断面2 的总水头值(H A和H B )。其中,Z 称为位置水头,表示流体在该断面相对于基准面(图中的O-O 线)所处的位置高度;P/ρg 称为压力能水头,表示流体在该断面的位置高度Z 时对管壁的静压力(即等于该处开孔,水的喷出高度);v2 /2g 称为动能水头,表示流体在流速下由流动引起的动能。

图中AB 线称为总水头线,其上各点表示管段上相应各断面处的总水头值;管段上任何两断面之间的压力损失等于这两个断面处流体总水头值之差,如1-2断面的压力损失ΔH1-2可由下式表示:

 

 

 

 

 

 

(2)水压图绘制方法
利用管道的测压管水头线绘制热水供暖系统水压图,可以很方便地将管道中流体的压力的压力分布作出明晰的分析:
①根据测压管水头线和各断面位置高度,可计算各断面流体的压力能水头值P/ρg(mH 2 O),即P/ρg=H-Z(mH 2 O)。此值即表示该断面上压力表的读数;

②根据测压管水头线可计算管段断面之间的压力损失,即:

一般水压图包括如下内容:横坐标表示供热系统的管道单程长度。纵坐标的下半部分,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,对于外网,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,如图2 所示。纵坐标的上半部分,表示供热系统的总水头或测压管水头线。

图2 热水管网的水压图

(3)水压图的应用
① 确定管道上任何一点的压力;选择连接方式,静压线位置,保证不压坏,不
倒空,不汽化
② 确定用热设备(散热器和换热器)处的压力;
③ 确定用户资用压头;
④ 确定管道比摩阻;
⑤ 确定循环水泵扬程。
3. 管网阻力特性
(1)基本公式
流体在管道中流动必须克服管道阻力,流体产生一定的压力损失。流体在管道中的压力损失与管道粗细、管网布置形式和流体的流动速度(流量)有关,基本关系如下:

说明:在串联管段中,串联管段愈多,总阻力特性系数值愈大,各串联管段流量相等,总压降为各管段压降之和。② 并联管段:总阻力特性系数的平方根倒数等于各管段阻力特性系数的平方根倒数之和,即

说明:在并联管段中,各并联管段的压降Δp i与总压降相等,即Δp=Δp i。当并联管段的阻力特性系数值增大时,总阻力特性系数值也增大,反之亦然。
③ 有源管段:是指有安装水泵的管段,如下图3所示。

对于无源管段,流体通过该管段时,流体对外作功,流体本身压力降低,此时阻力特性系数为正值;对于水泵,流体通过水泵时,流体压力增高,说明流体吸收了水泵提供的能量,增强流体的流动,也就是说,水泵的阻力特性系数S p <0,为负值。水泵的阻力特性系数S p值为:

说明:有源管段的阻力特性系数一定小于同一管段在无源情况下的阻力特性系数,即管段串联水泵后,其阻力特性系数减小,有时甚至成为负值,主要取决于水泵扬程的大小。水泵扬程愈高,出现负值的可能性愈大。

④ 混水泵连接管段:

如图4 所示。特点:●混水泵连接管段与热用户并联;●当混水泵不运行,关闭旁通管AB 段上的阀门时,外网与用户是简单串联

此时S ARB =∞,则APB 与ARB 的阻力特性系数S AB =S ARB,说明对热用户未起并联作用;

●当旁通管AB 段上的阀门开启,混水泵运行时,将热用户部分回水抽回与外网供水混合降温后送入热用户,混水泵的水流与热用户的水流相反,此时APB与ARB并联的总阻力特性系数由下式计算:

(2)管网阻力特性线:
以流量为横坐标,压降为纵坐标将管段(管网)的阻力特性(公式8 或9)用一条抛物线描绘出来的曲线,成为管网阻力特性曲线。阻力特性系数不同,阻力特性系数也不同。

 

 

9 离心水泵特性曲线
□流量;泵的流量是单位时间内泵排出口所输出的液体量。泵厂用实测数据绘制的流量-扬程Q-H 曲线,用以表示Q-H 的变化关系。一般Q 用体积流量m3/h 或L/s 表示。但在工艺算中还常用重量流量G(kg/h),两者之间的关系为:

Q = G / r

式中,Q,——输送温度下流体的体积流量(m3/h)
G——流体的重量流量(kg/h)
ρ——输送温度下流体的密度(kg/m3)。
□扬程:泵的扬程H 是指单位重量液体通过泵获得的能量增量(Pa 或m 水柱)。泵样本给出的扬程是以水为基准得出的,在任何条件下泵的扬程与流体的密度无关。而压力与密度有关。泵的扬程是用来克服下列各项阻力或压头差:
① 两端容器液面间距的位差;
② 两端容器液面上压力作用的压头差;
③ 泵进出口侧管线、管件、仪表和设备的阻力损失;
④ 两端液体出口的速度头差,但此值一般甚小,可忽略不计。
根据用途不同,泵的扬程所要克服的阻力或压头差的内容是不同的。
□功率和效率:

汽蚀余量:
①汽蚀现象:泵第一级叶轮进口处的压力低于液体在该温度下的饱和汽压时,液体开始汽化而产生汽泡,并随液流到较高压力处,汽泡突然凝结,周围液体迅速集中而产生水力冲击。这种汽化和凝结过程产生对泵的冲蚀,震动和使泵性能下降的现象,称之为汽蚀现象。
②汽蚀余量(NPSH):又称为净正吸入头,是指在泵进口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富裕能量,也可以说从卧式泵中心算起(对立式管道泵,从吸入口中心线算,对其它立式泵从基础顶面算起)。泵进口处的总压力(绝对)减去液体的汽化压力(绝对),可用下面公式表示;

(NPSH)—— 汽蚀余量,m;
Ps —— 泵进口处绝对压力,MPa;
Pv —— 输送温度下液体的汽化压力(绝对),MPa;
V0—— 进口侧液体的流速,m/s。
③必需汽蚀余量(NPSH)r:是指在泵进口处所必需具有的超过汽化压力的能量,是水泵工作时不产生汽蚀现象所必需具有富裕的能量,是水泵本身具有的一种特性,由泵厂通过实验测定,在泵样本中以(NPSH)r或Δh 表示。水泵流量G、扬程H、功率N 和叶片转速n 之间有如下关系:

② 水泵工作点:水泵最佳区段并不就是水泵实际工作点。水泵实际工作点,除与水泵本身的性能曲线有关外,还与水泵连接的管网阻力特性有关。
确定水泵工作点最常用的一种方法是作图法。在图上绘制水泵工作特性曲线H-G 和管网阻力特性曲线ΔH-G,其交点即为水泵实际工作点。在供暖系统中,循环水泵可以多台并联运行,也可以多台串联运行。水泵工作点的求法,是先作出水泵的(并联或串联)综合特性曲线,再与管网阻力特性曲线相交。从图10和11 中可看出,无论水泵是并联或串联运行,水泵的流量、扬程都将增加。但并联运行主要是增加流量,串联运行主要是提高扬程。

注意:在管网阻力特性不变的情况下,减少并联运行水泵台数时,单台水泵的功率将增加,要提防超载烧坏电机。

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