熱水供暖系統(tǒng)的水力工況

1、第五章第五章 熱水供暖系統(tǒng)的水力工況熱水供暖系統(tǒng)的水力工況 在熱水供暖系統(tǒng)實際運行過程中，往往會由于種種原因，使 流量的合配不符合各熱用戶或各散熱設(shè)備要求的流量（即計算所需的流量），因而造成各熱用戶或各采暖房間過冷或過熱的現(xiàn)象。 熱水供暖系統(tǒng)各熱用戶或各散熱設(shè)備中的實際流量與要求的流量之間的不一致性，稱為該熱用戶或該設(shè)備的水力失調(diào)。它的水力失調(diào)的程度可用實際流量與規(guī)定流量的比值來表示，就是： / 式中 水力失調(diào)度； 熱用戶或散熱設(shè)備的實際流量； 該熱用戶或該散熱設(shè)備的規(guī)定流量。 引起熱水供暖系統(tǒng)水力失調(diào)的原因是多方面的：在設(shè)計上，網(wǎng)路各分支環(huán)路或用戶系統(tǒng)各立管環(huán)路之間，其阻力損失未能在設(shè)計流量

2、分配下達到平衡；開始運行時沒有很好地進行初次調(diào)整；運行過程中熱用戶的實際流量發(fā)生變化等等。這些情況是難以避免的。系統(tǒng)中任何一個熱用戶或散熱設(shè)備的流量發(fā)生變化，必然會引起其它熱用戶或散熱設(shè)備的流量發(fā)生變化，也就是在各熱用戶或各散熱設(shè)備之間流量重新分配，引起了水力失調(diào)。 下面簡單闡述熱水供暖系統(tǒng)水力工況的計算方法，分析熱水供暖系統(tǒng)水力工況變化的規(guī)律和對系統(tǒng)水力失調(diào)的影響。 掌握這些規(guī)律和分析問題的方法，對熱水供暖系統(tǒng)設(shè)計和運行管理實踐是很指導(dǎo)作用的。例如：在設(shè)計中考慮哪些原則，來使供暖系統(tǒng)水力失調(diào)程度較小（或水力穩(wěn)定性較好）和易于進行系統(tǒng)的初調(diào)整；在運行中如何掌握當系統(tǒng)水力工況變化時，熱水網(wǎng)路上各

3、用戶的流量以其壓力、壓差的變化規(guī)律，這些都必須分析系統(tǒng)的水力工況。第一節(jié)第一節(jié) 熱水網(wǎng)路水力工況的基本原理熱水網(wǎng)路水力工況的基本原理 在室外熱水網(wǎng)路中，水的流動狀態(tài)大多處于阻力平方區(qū)內(nèi)。因此，流體的壓降與流量關(guān)系是服從二次冪規(guī)律的。它可用下式表示： （l）SV2 P （11） 式中P網(wǎng)路各管段的壓降，P； V網(wǎng)路各管段的水流量，3/； S網(wǎng)路各管段的阻力數(shù)，P（3/）2。它代表管段通過13/水流量時的壓降； 在已知水溫參數(shù)下，網(wǎng)路各管段的阻力數(shù)S只和管段的管徑、長度、管道內(nèi)壁絕對粗糙度K、以及管段局部阻力當量長度的大小有關(guān)。也就是說，網(wǎng)路各管段的阻力數(shù)S僅取決于管段本身。對于一定的管段，在閥門

4、開啟度不變的情況下，其S值不變。它不隨流量變化而變化。 任何熱水網(wǎng)路都是由許多串聯(lián)管段和并聯(lián)管段所組成任何熱水網(wǎng)路都是由許多串聯(lián)管段和并聯(lián)管段所組成的。串聯(lián)管段和并聯(lián)管段總阻力數(shù)的方法如下。的。串聯(lián)管段和并聯(lián)管段總阻力數(shù)的方法如下。、 并 聯(lián) 管 路 串 聯(lián) 管 路 對于串聯(lián)管段：如圖11所示，串聯(lián)管段的總壓降應(yīng)為： PP1P2P3 （12） 式中 P1、P2、P3各串聯(lián)管段的壓降。 根據(jù)（11），可得： SV2=S1V2+S2V2+S3V2 （13） 式中 S串聯(lián)管段的總阻力數(shù)； S1、S2、S3各串聯(lián)管段 的阻力數(shù)。 由此可得： SS1+S2+S3 （14） 式（14）說明：在串聯(lián)管段中，

5、網(wǎng)路的總阻力數(shù)為各串聯(lián)管段阻力數(shù)之和。 對于并聯(lián)管段：如圖12所示，總流量為各并聯(lián)管 段流量之和，則 VV1+V2+V3 SPVSPV 式（18）說明：在并聯(lián)管段中，各分支管段中的流量是比例于其阻力數(shù)的平方根的倒數(shù)而進行分配的。 根據(jù)上述基本原理，可以得出下面兩重要的結(jié)論：1.當并聯(lián)管段中各分支管的阻力狀況（即阻力數(shù)S值）不變時，網(wǎng)路總流量在各分支管段中分配的比例不變；因此，網(wǎng)路總流量增加或減少多少倍時，并聯(lián)管段中各分支管段的流量也相應(yīng)地增加或減少多少倍。2.當并聯(lián)管段中任一分支管段的阻力狀況（即阻力數(shù)S值）發(fā)生變化時，網(wǎng)路總阻力數(shù)必然隨著變化，而且網(wǎng)路總流量在各分支管段中的分配比例也相應(yīng)以發(fā)

6、生變化。 根據(jù)上述并聯(lián)管和串聯(lián)管段各阻力數(shù)的方法，可以逐步地算出整個熱水網(wǎng)路的總阻力數(shù)S值。根據(jù)PSV2，則可以繪出熱水網(wǎng)路的水力特性曲線。它表示熱水網(wǎng)路循環(huán)水流量V與其壓降P的相互關(guān)系。 當熱水網(wǎng)路的任一管段的阻力數(shù)，在運行期間發(fā)生了變化（如調(diào)整用戶閥門，接入新用戶等等），則必然使熱水網(wǎng)路的總阻力數(shù)S值改變，熱水網(wǎng)路的水力工況也就改變了。不僅網(wǎng)路總流量和總壓降變化，而且由于分支管段的阻力數(shù)變化，也要引起流量分配的變化。 根據(jù)上述水力工況計算的基本原理，就可以分析和計算熱水網(wǎng)路或室內(nèi)供暖系統(tǒng)的流量分配，研究它的水力失調(diào)狀況。 對于整個網(wǎng)路或整個用戶系統(tǒng)來說，各熱用戶或散熱設(shè)備的水力失調(diào)狀況是多

7、種多樣的。 當網(wǎng)路中各熱用戶或用戶系統(tǒng)中各散熱設(shè)備的水力失調(diào)度X都大于1（或都小于1）時，則稱網(wǎng)路或用戶系統(tǒng)為一致失調(diào)。一致失調(diào)又可分為等比失調(diào)和不等比失調(diào)。所有熱用戶或所有散熱設(shè)備的水力失調(diào)度值都相等的水力失調(diào)狀況，稱為等比失調(diào)。熱用戶或散熱設(shè)備的水力失調(diào)度值不相等的水力失調(diào)狀況，稱為不等比失調(diào)。第二節(jié)第二節(jié) 熱水網(wǎng)路水力工況的分析熱水網(wǎng)路水力工況的分析 當網(wǎng)路中各熱用戶或用戶系統(tǒng)中各散熱設(shè)備的水力失調(diào)度值有的大于1，有的小于1時，則稱網(wǎng)路或用戶系統(tǒng)為不一致失調(diào)。 當網(wǎng)路各管段和各用戶的阻力數(shù)已知時，也可以用求出各用戶占總流量的比例方法，來分析網(wǎng)路水力工況的變化規(guī)律。 1、當閥門、當閥門A節(jié)

8、流（閥門關(guān)?。r的水力工況節(jié)流（閥門關(guān)小）時的水力工況 當閥門A節(jié)流時，網(wǎng)路的總阻力數(shù)增大，總流量V將減少（為便于分析起見，假定網(wǎng)路循環(huán)水泵的揚程是不變的）。由于熱用戶1至5的網(wǎng)路干管和用戶分支管的阻力數(shù)沒變，因而根據(jù)式（115）的推論可以肯定，各熱用戶的流量分配比例也不變，但都按同一比例減少；網(wǎng)路產(chǎn)生一致的等比失調(diào)。網(wǎng)路的水壓圖將如15（）所示。圖中實線為正常工況下的水壓曲線，虛線為閥門A節(jié)流后的水壓曲線。由于各管段流量均減少，因而虛線的水壓曲線比原水壓曲線變得較平緩一些。各熱用戶的流量是按同一比例減少的。因而，各熱用戶的作用壓差也是按相同的比例減少。 2、當閥門、當閥門B節(jié)流時的水力工況節(jié)

9、流時的水力工況 當閥門B節(jié)流時，網(wǎng)路的總阻力數(shù)增加，總流量V將減少。供水管和回水管水壓線將變得平緩一些，并且供水管水壓線將在B點出現(xiàn)一個急劇的下降，變化后的水壓圖將成為圖15（）里虛線所示。 水力工況的這個變化，對于閥門B以后的用戶3、4、5，相當于本身阻力數(shù)未變而總的作用壓力卻減少了。根據(jù)式（115）的推論，它們的流量也是按相同的比例減少，這些用戶的作用壓力也按同樣比例減少，這些用戶將出現(xiàn)一致的等比失調(diào)。 對于閥門B以前的用戶1、2，根據(jù)式（115）的推論，可以看出，用戶的流量將按不同的比例增加，它們的作用壓差都有增加但比例不同，這些用戶將出現(xiàn)不等比的一致失調(diào)。 對于全部用戶來說，既然流量有

10、增有減，那么整個網(wǎng)路的水力工況就發(fā)生了不一致失調(diào)。 3、當閥門、當閥門C關(guān)閉（熱用戶關(guān)閉（熱用戶3停止工作）時的水力工況停止工作）時的水力工況 閥門C關(guān)閉后，網(wǎng)路的總阻力數(shù)將增加，總流量V將減少。從熱源到用3之間的供水和回水管的水壓線將變得平緩一些，但因網(wǎng)路水泵的揚程并無改變，所以在用戶3處供回水管之間的壓差將會增加，用戶3年的作用壓差增加相當于用戶4和5的總作用壓差增加，因而使用戶4和5的流量按相同的比例增加，并使用戶3以后的供水管和回水管的水壓線變得陡峭一些。變化后的水壓線將成為圖15（）所示的樣子。 根據(jù)式（115）的推論，從圖15（）的水壓圖可以看出，在整個網(wǎng)路中，除用戶3以外的所有熱

11、用戶的作用壓差和流量都會增加，出現(xiàn)一致失調(diào)。對于用戶3后面的用戶4和5，將是等比的一致失調(diào)。對于用戶3前面的熱用戶1和2，將是不等比的一致失調(diào)。 4、熱水網(wǎng)路未進行初調(diào)節(jié)的水力工況。、熱水網(wǎng)路未進行初調(diào)節(jié)的水力工況。 如前所述，由于網(wǎng)路近端熱用戶的作用壓差很大，在選擇用戶分支管路的管徑時，又受到管道內(nèi)熱媒流速和管徑規(guī)格的限制，其剩余作用壓差在用戶分支管路上難以全部消除。因而，位于網(wǎng)路近端的熱用戶，其實際流量往往比規(guī)定流量要大得多。網(wǎng)路干管前部的水壓曲線，將變得較陡；而位于網(wǎng)路遠端的熱用戶，其作用壓差和流量將小于規(guī)定的數(shù)值。網(wǎng)路干管后部的水壓曲線將變得較平緩些（圖15（）中虛線）。這種不一致的失

12、調(diào)需要通過網(wǎng)路的初調(diào)節(jié)來解決。 5、下面定性分析，在用戶增設(shè)加壓泵后，整個網(wǎng)、下面定性分析，在用戶增設(shè)加壓泵后，整個網(wǎng)路水力工況變化的狀況。路水力工況變化的狀況。 右圖中的實線表示在用戶3處未增設(shè)加壓泵時的動水壓曲線。假設(shè)用戶3未增設(shè)回水加壓泵2時，作用壓頭低于設(shè)計要求。 在用戶3回水管上增設(shè)的加壓泵2運行時，可以視為在用戶3及其支線上增加了一個阻力位負值的管段，其負值的大小與水泵的揚程和流量有關(guān)。由于在用戶3上的阻力減少，在所有其它管段和用戶未采用調(diào)節(jié)措施，阻力系數(shù)不變的情況下，整個網(wǎng)路的總阻力數(shù)s值必然減少。為分析方便，假設(shè)網(wǎng)路循環(huán)泵的揚程不變?yōu)槎ㄖ?，則熱網(wǎng)總流量必然適當增加。用戶3前的干

13、線AB和EF的流量增大，動水壓曲線變陡，用戶1和2的資用壓頭減少，呈現(xiàn)非等比失調(diào)。用戶3后面的用戶4和5的作用壓頭減少，呈現(xiàn)等比失調(diào)。整個網(wǎng)路干線的動水壓曲線如圖虛線所示。用戶3由于回水加壓泵的作用，其壓力損失增加，流量增大。 由此可見，在用戶處裝設(shè)加壓泵，能夠起到增加該用戶的作用，但同時會加大熱網(wǎng)總循環(huán)水量和前端干線的壓力損失，而且其它用戶的資用壓頭和循環(huán)水量將相應(yīng)減少，甚至使原來流量符合要求的用戶反而流量不足。因此，在網(wǎng)路運行中，不應(yīng)從本位出發(fā)，任意在用戶處增設(shè)加壓泵，必須有整體觀念，只有在仔細分析了整個網(wǎng)路水力工況的影響后才能采用。思考題思考題1.當并聯(lián)管段中各分支管的阻力狀況不變，網(wǎng)路總流量增加或減少時，并聯(lián)