動(dòng)力分散系統(tǒng)中零壓差點(diǎn)的分析

1、 . 動(dòng)力分散系統(tǒng)中零壓差點(diǎn)的分析與水泵揚(yáng)程的確定科技大學(xué) 焦揚(yáng) 符永正摘要：動(dòng)力分散系統(tǒng)由于主循環(huán)泵不承擔(dān)系統(tǒng)循環(huán)的全部動(dòng)力，所以系統(tǒng)的干管上必然存在一個(gè)供回水壓差為零的點(diǎn)零壓差點(diǎn)。運(yùn)用水壓圖對(duì)零壓差點(diǎn)的變化進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：以熱（冷）源為參照，零壓差點(diǎn)近于臨界點(diǎn)時(shí)，才能使系統(tǒng)消除調(diào)節(jié)閥能耗，從而使系統(tǒng)的輸配能耗最低。零壓差點(diǎn)位于熱（冷）源與臨界點(diǎn)之間的不同位置，系統(tǒng)中水泵的配置方案不同，但各水泵的輸出功率之和是相等的。運(yùn)用水壓圖可以方便地確定動(dòng)力分散系統(tǒng)的零壓差點(diǎn)以與水泵揚(yáng)程的匹配方案。關(guān)鍵詞：零壓差點(diǎn) 臨界點(diǎn) 水壓圖 水泵揚(yáng)程 1. 引言動(dòng)力集中系統(tǒng)往往是由一個(gè)泵組來(lái)提供整個(gè)系統(tǒng)所

2、需的動(dòng)力，水泵揚(yáng)程剛好滿足最遠(yuǎn)端用戶的壓頭需求，而對(duì)于其他用戶來(lái)說(shuō)壓頭往往有富余，富余的壓頭則需用調(diào)節(jié)閥消耗（包括用其他增大阻抗的方式，比如縮小管徑等方式消耗多余的壓頭，下同）。動(dòng)力分散系統(tǒng)中主循環(huán)泵提供部分壓頭，與各支路水泵共同構(gòu)成系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力。動(dòng)力分散系統(tǒng)的干管上必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)供水壓力等于回水壓力的點(diǎn)，即零壓差點(diǎn)1。零壓差點(diǎn)位置的選取對(duì)系統(tǒng)的輸配能耗、水泵的選型、運(yùn)行控制等都有影響。2. 異程系統(tǒng)的水壓圖分析2.1 分析模型如圖1所示，一個(gè)具有10個(gè)用戶支路的異程系統(tǒng)，假設(shè)各用戶支路的流量均為30m3/h，圖1 動(dòng)力集中系統(tǒng)各支路的管徑、管長(zhǎng)、局部阻力系數(shù)（除調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)外）均相等，各

3、用戶支路的間隔均為50m，且熱源處的水頭損失為10m。圖1所示為動(dòng)力集中系統(tǒng)。若在各支路也設(shè)泵則變?yōu)閯?dòng)力分散系統(tǒng)，即圖2所示。圖2 動(dòng)力分散系統(tǒng)2.2 動(dòng)力集中系統(tǒng)的水壓分析對(duì)圖1所示的系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算，各管段的壓頭損失見(jiàn)表1表1 系統(tǒng)各管段壓頭損失計(jì)算表管段 編號(hào)設(shè)計(jì)流量（t/h）壓頭損失（m）管段 編號(hào)設(shè)計(jì)流量（t/h）壓頭損失（m）管段 編號(hào)設(shè)計(jì)流量（t/h）壓頭損失（m）z0300 10.27g32102.52z73032.46 g0300 1.66z43043.45 g7905.12z130 53.42g41801.84 z83027.35g1270 4.16z53041.60 g8

4、602.28z230 49.25g51505.58 z93025.07g2240 3.28z63036.03 g9305.70z330 45.97g61203.56z103019.37根據(jù)表1各管段的壓頭損失，可繪制出整個(gè)系統(tǒng)的水壓圖，即圖3所示（注：由于靜水壓線高度的不同，系統(tǒng)水壓圖是上下平移的關(guān)系，本文的水壓圖以系統(tǒng)定壓點(diǎn)在水泵吸入口時(shí)的靜水壓線為橫坐標(biāo)軸，也就是說(shuō)，圖中顯示的壓頭是實(shí)際壓頭與靜水壓線的高差）。圖中兩條粗實(shí)線為系統(tǒng)的供回水壓線，兩條線所夾的平行于y軸的一系列細(xì)實(shí)線為每個(gè)支路上的壓頭，點(diǎn)劃線與回水壓線之間所夾部分為每個(gè)用戶實(shí)際所需壓頭。循環(huán)水泵剛好提供最遠(yuǎn)端的用戶10所需的壓

5、頭，對(duì)于用戶19所提供的壓頭比用戶實(shí)際需要壓頭高，所以要用閥門(mén)消耗多余壓頭（即供水水壓線與點(diǎn)劃線所夾部分）。水泵的揚(yáng)程應(yīng)為65.35m，流量為300，水泵的輸出功率為53.42KW。圖3動(dòng)力集中系統(tǒng)水壓圖2.3 動(dòng)力分散系統(tǒng)的水壓圖分析對(duì)于動(dòng)力分散系統(tǒng)，在干管上必然出現(xiàn)供回水壓差為零的點(diǎn)，即零壓差點(diǎn)。下面分別討論零壓差點(diǎn)位于不同位置時(shí)，系統(tǒng)的水壓分布。a. 零壓差點(diǎn)位于用戶10處時(shí)的水壓圖為圖4。由圖可以看出：系統(tǒng)在用戶10處供回水壓差相等，此時(shí)主循環(huán)泵不能為用戶10提供壓頭，需要在用戶支路上設(shè)泵。而對(duì)于用戶69，主循環(huán)泵只能提供部分壓頭，不能滿足用戶的壓頭需求，同樣需要在用戶支路設(shè)泵給予補(bǔ)充

6、，而水泵的揚(yáng)程為點(diǎn)劃線與供水壓線所夾的部分。用戶15處水泵提供的壓頭大于用戶所需的壓頭，故在用戶支路上不但不需要裝設(shè)水泵，反而需要裝設(shè)調(diào)節(jié)閥來(lái)消耗多余壓頭。圖4 零壓差點(diǎn)在用戶10處的水壓圖零壓差點(diǎn)位于用戶10處時(shí)各水泵的輸出功率見(jiàn)表2，各水泵輸出功率之和為41.95KW。表2 零壓差點(diǎn)在用戶10處各水泵的輸出功率水泵主循環(huán)泵支路6泵支路7泵支路8泵支路9泵支路10泵流量（t/h）3003030303030揚(yáng)程（H）45.982.76.2611.3813.6619.36水泵的輸出功率（KW）37.590.220.510.931.121.58b. 零壓差點(diǎn)位于用戶7處時(shí)的水壓圖為圖5。由圖5 可

7、以看出，用戶810的供回水壓差為負(fù)值，用戶支路的水泵揚(yáng)程應(yīng)為用戶支路的壓頭損失與干管供回水壓差絕對(duì)值之和。用戶7的水泵揚(yáng)程恰好就是用戶支路的壓頭損失。用戶26的供回水壓差為正值，但不能滿足用戶支路的壓頭需要，所以也需要裝設(shè)水泵，水泵揚(yáng)程應(yīng)為用戶支路所需要的壓頭減去干管的供回水壓差。而用戶1處的供回水壓差則稍大于該用戶支路的壓頭損失，不需要裝設(shè)水泵，反而需要裝設(shè)調(diào)節(jié)閥，消耗多余的壓頭。圖5 零壓差點(diǎn)在用戶7處的水壓圖零壓差點(diǎn)位于用戶7處時(shí)系統(tǒng)中各水泵的輸出功率見(jiàn)表3，系統(tǒng)中各水泵輸出功率之和為38.77KW。表3 零壓差點(diǎn)在用戶7處各水泵的輸出功率水泵編號(hào)主循環(huán)泵支路2泵支路3泵支路4泵支路5泵

8、支路6泵支路7泵支路8泵支路9泵支路10泵流量（t/h）300303030303030303030揚(yáng)程（H）32.832.595.878.3910.2315.8119.3724.4926.7732.47水泵輸出功率（KW）26.840.210.480.690.841.291.582.002.192.65c. 零壓差點(diǎn)位于用戶6處時(shí)的水壓圖為圖6。由圖6 可以看出，用戶710的供回水壓差為負(fù)值，用戶支路的水泵揚(yáng)程應(yīng)為用戶支路的壓頭損失與干管供回水壓差絕對(duì)值之和。用戶6的水泵揚(yáng)程恰好就是用戶支路的壓頭損失。用戶15的供回水壓差為正值，但不能滿足用戶支路的壓頭需要，所以也需要裝設(shè)水泵，水泵揚(yáng)程應(yīng)為用

9、戶支路所需要的壓頭減去干管的供回水壓差。圖6 零壓差點(diǎn)在用戶6處的水壓圖零壓差點(diǎn)位于用戶6處時(shí)系統(tǒng)中各水泵的輸出功率見(jiàn)表4，系統(tǒng)中各水泵輸出功率之和為38.64KW。表4 零壓差點(diǎn)在用戶6處各水泵的輸出功率水泵編號(hào)主循環(huán)泵支路1泵支路2泵支路3泵支路4泵支路5泵支路6泵支路7泵支路8泵支路9泵支路10泵流量（t/h）30030303030303030303030揚(yáng)程（H）29.271.996.159.3411.9513.7919.3722.9328.0530.3336.03水泵輸出功率（KW）26.840.210.480.690.841.291.582.002.192.652.65d. 零壓差

10、點(diǎn)位于用戶1處時(shí)的水壓圖為圖7。如圖所示，用戶1的水泵揚(yáng)程恰好就是用戶支路的壓頭損失。其余用戶的供回水壓差都為負(fù)值，用戶支路的水泵揚(yáng)程應(yīng)為用戶支路的壓頭損失與干管供回水壓差絕對(duì)值之和。圖7 零壓差點(diǎn)在用戶1處的水壓圖零壓差點(diǎn)位于用戶1處時(shí)系統(tǒng)中各水泵的輸出功率見(jiàn)表5，系統(tǒng)中各水泵輸出功率之和也為38.64KW。表5 零壓差點(diǎn)在用戶1處各水泵的輸出功率水泵編號(hào)主循環(huán)泵支路1泵支路2泵支路3泵支路4泵支路5泵支路6泵支路7泵支路8泵支路9泵支路10泵流量（t/h）30030303030303030303030揚(yáng)程（H）11.8919.3723.5326.8129.3331.1736.7540.31

11、45.4347.7153.41水泵輸出功率（KW）9.721.581.922.192.402.553.003.303.713.904.37對(duì)比零壓差點(diǎn)位于用戶6處和用戶7處的水壓圖，零壓差點(diǎn)位于用戶7處時(shí)用戶1的供回水壓差大于用戶的需求，需要用調(diào)節(jié)閥消耗；而當(dāng)零壓差點(diǎn)位于用戶6處時(shí)，用戶1的供回水壓差小于用戶的需求，需在用戶支路裝設(shè)水泵補(bǔ)充動(dòng)力，此時(shí)各用戶支路全部需要裝設(shè)水泵。顯然在干管上必然存在一點(diǎn)，當(dāng)該點(diǎn)的供回水壓差為零時(shí)，用戶1處的供回水壓差剛好滿足本支路的需求，可以將該點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。顯然本例中，臨界點(diǎn)位于用戶7和用戶6之間。以熱源為參照（本文所有關(guān)于零壓差點(diǎn)與臨界點(diǎn)相對(duì)位置的描述，均以

12、熱（冷 ）源為參照），如果零壓差點(diǎn)近于臨界點(diǎn)，則各用戶支路均可裝設(shè)水泵，而不需要裝設(shè)調(diào)節(jié)閥，也就不存在調(diào)節(jié)閥能耗。零壓差點(diǎn)遠(yuǎn)于臨界點(diǎn)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)某些用戶支路的供回水壓差大于該支路的需求，必須裝設(shè)調(diào)節(jié)閥消耗多余的壓頭，因而存在調(diào)節(jié)閥能耗。臨界點(diǎn)的位置與供水壓線的斜率、用戶的資用壓頭等因素相關(guān)。用戶壓頭恒定時(shí)，供水壓線的斜率越大（即供水干管單位長(zhǎng)度的壓力損失越大）則臨界點(diǎn)的位置越遠(yuǎn)離熱源，反之，斜率越小越靠近熱源；而供水壓線斜率一定時(shí)，用戶資用壓頭越小則臨界點(diǎn)的位置越遠(yuǎn)離熱源。由圖47,可以直觀的看出零壓差點(diǎn)對(duì)水泵臺(tái)數(shù)、水泵揚(yáng)程等的影響，零壓差點(diǎn)位于其他位置時(shí)的計(jì)算方法一樣，省略其運(yùn)算過(guò)程，結(jié)果見(jiàn)

13、表6表6 零壓差點(diǎn)在不同位置時(shí)的匯總表零壓差點(diǎn)位置用戶10處用戶9處用戶8處用戶7處用戶6處用戶5處用戶4處用戶3處用戶2處用戶1處系統(tǒng)中用戶支路水泵個(gè)數(shù)5689101010101010需要裝設(shè)調(diào)節(jié)閥的用戶支路個(gè)數(shù)5421-水泵的輸出功率（KW）41.9439.939.3938.7738.6438.6438.6438.6438.6438.64節(jié)能率%21.525.326.327.427.727.727.727.727.727.7通過(guò)以上水壓圖的顯示以與水泵能耗的計(jì)算，可以分析得出如下結(jié)論：（1）為了完全消除調(diào)節(jié)閥能耗，而在各支路裝設(shè)水泵，零壓差點(diǎn)需位于臨界點(diǎn)與熱源之間的干管上，就本例來(lái)說(shuō)，臨界

14、點(diǎn)位于用戶6、7之間。（2）以熱（冷）源為參照，如果零壓差點(diǎn)遠(yuǎn)于臨界點(diǎn)，則有些支路壓頭大于資用壓頭，需要裝設(shè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。如本例中，零壓差點(diǎn)位于用戶7、8、9、10處即是。零壓差點(diǎn)遠(yuǎn)于臨界點(diǎn)越多，需裝設(shè)調(diào)節(jié)閥的支路越多。（3）由表6可知，當(dāng)零壓差點(diǎn)近于臨界點(diǎn)，各支路都可由水泵代替調(diào)節(jié)閥，雖然水泵配置方案不同，但是水泵輸出功率的總和是相等的。3. 運(yùn)用水壓圖確定零壓差點(diǎn)和水泵揚(yáng)程運(yùn)用水壓圖可以方便地確定動(dòng)力分散系統(tǒng)的零壓差點(diǎn)以與系統(tǒng)中各水泵的揚(yáng)程。具體方法是：首先根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果繪制動(dòng)力集中方式的水壓圖，然后，向下平行移動(dòng)供水壓線，找到臨界點(diǎn)（用戶1處的供回水壓差恰好等于該用戶所需要的壓差時(shí)的零壓差點(diǎn)），既而在熱源和臨界點(diǎn)之間確定零壓差點(diǎn)。零壓差點(diǎn)確定之后，與此相應(yīng)的水壓圖即顯示了水泵的揚(yáng)程方案。水壓圖上用戶的資用壓頭線（即本文水壓圖中的點(diǎn)劃線）和供水壓線之間的距離就是該用戶支路的水泵揚(yáng)程。用這種方法確定水泵揚(yáng)程顯然比文獻(xiàn)2提出的方法簡(jiǎn)便。水泵揚(yáng)程的匹配方案與零壓差點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的。4. 結(jié)論以熱（冷）源為參照，動(dòng)力分散系統(tǒng)