第6章 管网系统水力工况分析4

7.4.1管网水力失调与水力稳定性

阀门C关闭时的水力工况




管网总阻抗增加，总流量将减少，热 源到用户3的水压曲线变得平缓； 假定水泵的扬程并无改变，用户3处 供回水压差将增加，用户3处的作用 压差增加相当于用户4和用户5的总作 用压差增加，用户4和5流量按同比例 增加 用户3以后供回水管水压线变得陡峭 一些； 用户1和2的流量将会有所增加；
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网路各管段及各用户在正常工况改变的流量
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7.4.2管网系统水力工况分析方法

方法1：定量计算 管网水力工况分析法 以供热管网为例，分析和计算供热 管网的流量分配，研究它的水力失 调状况。

如下图管网： 总流量为：Q，各用户流量分别为：Q1、 Q2、Q3
V
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
A

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第四节 管网系统水力工况分析与调整
二. 管网系统水力工况的分析方法
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方法2：
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7.4.1管网水力失调与水力稳定性

阀门A节流时的水力工况


管网总阻抗增大，总流量Q将减少，管 网循环水泵的扬程略有上升，认为基 本不变。由于热用户1至5的管网干管 和用户分支管的阻抗无改变，各用户 分配比例也不变，所以各用户的流量 分配比例也不变。即将按同一比例减 少，为等比失调。 虚线水压线比原水压线变得较平缓一 些，各热用户的流量是按同一比例减 少的。因而，各用户的作用压差也是 按同一比例减少。
例题2
例题2

（1）水泵运行时的流量为A、B、C流量之和， 扬程为最不利环路各段阻力之和。即： Q=20×3=60 m3/h, H=5000×3×2+25000+65000=120000 Pa （2）开大调节阀C后，水压图如下，实线表 示调节前动水压图，虚线表示调节后动水压 图，静水压图在调节前后不变，如j—j所示。 由于调节后管网总阻抗变小，总流量将变大。 调节后供、回干管水压线均比调节前变陡， A、B用户资用压力减少，流量将变小；又由 于总流量增大，故C用户流量将增大。


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第四节 管网系统水力工
一. 管网水力失调与水力稳定性
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况分析与调整
管网的水力稳定性

在管网中各个管段或用户,在其他管段或用户的流量 改变时,保持本身流量不变的能力,称为管网的水力稳 定性. 用管段或用户管段流量Qg 和工况变动后可能达到的最 大流量Qmax的比值 y 来衡量管网的水力稳定性.

管路安装、管材、管件、阀门
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第四节 管网系统水力工
一. 管网水力失调与水力稳定性
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况分析与调整
水力失调对管网系统的不利影响


并联环路之间的水力工况相互影响
系统中任一个管段的Q改变,其他管段的Q亦 即改变 某些环路因发生水力失调而流量过小, 则可 能发生爆管事故.(管炉水冷管) 供热空调系统中,Q的改变,其水力失调必然 导致热力失调
5000 2 25000 44636 .26
第四节 管网系统水力工况分析与调整
四. 提高管网水力稳定性的途经与方法
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水力稳定性 Py Qg ■ 管网中某管段或用户的规定流量计算式： Sy
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一个用户可能的最大流量出现在其他用户全部关断时：
Qmax Pr Sy
300
100
300
200
100
200
100
100
100
例题


1、根据正常工况下的流量和压降，求 管网干管和各热用户的阻抗Si ２、工况改变后的管网总阻抗

分清哪些变化了，哪些未改变 利用串并联公式求解


３、求管网变动后的总流量（图解法、 数据拟合） ４、根据流量分配比例，求各用户流 量
例题2
例题2
例题2





（3）节流前后管段3—4阻抗不变，设ΔP34为调节 后管段3—4阻力，对管段3—4有： 5000=S34×202 ΔP34= S34×302 ； 解得ΔP34=11250 Pa； 同理管段3‘—4’调节后阻力也为11250 Pa ；因为 管 段3—3‘与管段4—4‘、3‘—4’、3—4并联 所以管段3—3‘调节后阻力为 11250X2+45000=67500 Pa； 管段3—3‘调节前阻力为5000X2+65000=75000 Pa； 用户B调节后流量QB‘= 67500 m3/h 对管段2—3、2‘—3‘ ，调节后的阻力均为 （30+18.97）2/（20+20）2 X5000=7493.94 Pa
7.4.1管网水力失调与水力稳定性

阀门B节流时的水力工况



总阻抗增加，总流量减少，供回水 管水压线将变得平缓，并且供水管 水压线将在B点出现一个急剧的下降 对于阀门B后的用户3、4、5，相当 于本身阻抗未变而总的作用压力却 减少了，它们的流量也是按相同比 例减少，出现一致的等比失调 阀门B以前的用户1，2；用户流量将 按不同比例增加，作用压差都有增 加，出现不一致失调。
第四节 管网系统水力工况分析与调整 一. 管网水力失调与水力稳定性
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水力失调的概念

管路中某些管段的流量分配不符合设计值，其原因 有多种因素，实际值与设计值的不一致性，称为水 力失调，用水力失调度来表征：
xi Qsi Q gi
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产生水力失调的原因

管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符 管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗Si的变化 导致Si改变有很多原因：
P S zh Q 2 绘出网路的水力特性曲线 根据
根据水泵样本绘出水泵的特性曲线 两条曲线的交点为水泵的工作点

计算法： 水泵特性曲线的函数式：

P a bQ cQ 2 dQ 3
网路水力特性曲线的函数式
P S zh Q 2

两个公式联立求解,得出循环水泵 工作点的Δ P和Q值
75000 20 18 .97

例题2

所以管段2—2‘调节后阻力为7493.94X2+67500=74993.94 Pa 管段2—2‘调节前阻力为5000X4+65000=85000 Pa 用户A调节后流量 Q A‘ =
74993 .94 85000 20 18 .79



如图4是某热水供暖管网图。水泵运行时， 测得各管段流动阻力 ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000 Pa , ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000 Pa , ΔP11’=25000 Pa , ΔP44’=65000 Pa 。测得 用户A、B、C流量均为20 m3/h ，不考虑管 网泄露。求： 1）水泵运行时的流量和扬程？ 2）开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压 图和静水压图，说明用户A、B、C流量将如 何变化？ 3）如果测得开大调节阀c后用户C的流量为 30 m3/h ，调节c后ΔP44’=45000 Pa求此时 用户A、B的流量各是多少？此时水泵的流量 和扬程是多少？
例题1

管网在正常工况时的水压图和各热用户的 流量如图所示。如关闭热用户3，试求其 它各热用户的流量及其水力失调程度。其 中，管网图中的数字表示流量（m3/h）， 水压图里的数字表示压差（kPa）。其中， 循环水泵的性能参数如下表。
600kPa
500
1
400
100
500
2 3 4 5
100
400

用户2，
PBB S 2Q22 S 2 n (Q Q1 ) 2

S2-n-热用户2分支点管网总阻抗 从另一角度分析：
PAA S1 n Q 2 ( S S 2 n )( Q Q1 ) 2 S n (Q Q1 )
2

7.4.2管网系统水力工况分析方法

即

规定流量用户
y Q g Q max 1 xmax
最大流量
工况变动后的最大水力失调度
在管网系统的设计中,应考虑采取措施降低可能发生 的水力失调度,运行中对用户流量调整时,其他各管段 和用户的流量尽量稳定在原有的水平上.
第四节 管网系统水力工
二. 管网系统水力工况的分析方法
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况分析与调整
用户的相对流量只与管网各管段的阻抗有关，而与流 量无关。 Qm Q7 S 5 n S 6 n S 7 n s4 Qd Q4 SⅤ n S Ⅵ n S Ⅶ n s 7 第d个用户与第m个用户(m>d)之间的流量比，仅取决 于用户d和用户d以后(按水流动方向)各管段和用户的阻 抗，而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。

m3/h

调节后管网总流量Q‘=30+18.97+18.79=67.76 m3/h 对管段2—1—1‘—2’，调节后管段阻力为
67 .76 2 60
2

Pa 最不利环路总阻力为44636.26+74993.94=119630.2 Pa 即开大调节阀C后，当用户C流量为30 m3/h 时水泵流量变为 67.76 m3/h ，水泵扬程变为119630.2 Pa 。

上两式相除：
S 2Q
2 2 2
S 1 n Q
Q2 Q2 Q

S 2n S n
S1 n S 2 n S 2 S 2n
上图所示的管网结构中：
Qm
Qm Q

S 1 n S 2 n S 3 n S m n S m SⅡ n S Ⅲ n S M n
分析的基本原理


水力工况：是指管网某一流动状态下与之对应的阻力 特性、压差和流量的表达， 三者的关系为 Pi S i Qi2 n 串联管段的总阻抗：S ch S i 并联管段的总阻抗：
1 Sb
i 1 n

i 1
1 Si
并联环路的流量比值与各自阻抗之间的关系
Q1 : Q2 : Q3 1 S1 : 1 S2 : 1 S3
第四节 管网系统水力工况分析与调整
二. 管网系统水力工况的分析方法
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方法2：
根据水力工况计算的基本原理，利用水压图，定性地分析水力 失调的规律性. 已知一个带有五个热用户的热水网路，各热用户的流量已调整 到规定的数值，如果改变阀门的开启度，网路中各热用户将产 生水力失调. 阀门A节流时的水力工况 网络的Szh↑、Qzh↓,网络产生一致的等比失调. 阀门B节流时的水力工况 网络的Szh↑、 Qzh↓,B后用户产生一致的等比失调，B前用 户产生不等比的一致失调. 阀门C关闭时的水力工况 网络的Szh↑、Qzh↓, 用户3后面的用户4、5将产生一致的 等比失调，用户3前面用户1、2将产生不等比的一致失调. 热水网路未进行初调节的水力工况 例题--自学
n i 1

以通导数

1 S
分析并联管路的阻力特性： b i
利用Si、ɑ i 逐步算出整个管网的总阻抗Szh 利用Szh求出水泵工作点：图解法、计算法
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第四节 管网系统水力工
二. 管网系统水力工况的分析方法
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况分析与调整
管网系统水力工况分析的基本原理

图解法：

1 2
B
3
C
m S3 Sm M N n Sn
S1
A
S2
B
C
7.4.2管网系统水力工况分析方法

用户1处的△PAA：


△PAA=S1Q12=S1-nQ2 S1代表热用户1分支点的管网总阻抗， S1-n为 用户1到用户n的总阻抗； 用户1占总流量的比例：
Q
1
Q1 Q

S 1 n S1
7.4.2管网系统水力工况分析方法
7.4.1管网水力失调与水力稳定性

供热管网未进行初调节的水力工况


近热媒用户作用压差大，在选择管径 时受到热媒流速和管径规格的限制， 剩余压差在用户分支管上很难全部消 除。 如未进行初调节，前端热用户的实际 阻抗远小于设计规定值，管网的总流 量增加，前端用户流量大于规定流量， 后端用户作用压头和流量小于规定值
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第四节 管网系统水力工况分析与调整
二. 管网系统水力工况的分析方法
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网路正常水力工况改变后流量再分配的计算步骤
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根据正常水力工况下的流量和压降,求出网路各管段和用 户系统的阻抗；
根据网络中管段的连接方式,利用求串联管段和并联管段 总阻抗的计算公式,逐步求出正常水力工况改变后整个 系统的总阻抗； 得出整个系统的总阻抗后,利用图解法,画出网路的特性 曲线,与网络循环水泵的特性曲线相交,求出新的工作点； 或利用计算法求解确定新的工作点的ΔP 和Q 值. 顺次按各并联管段流量分配的计算方法分配流量,求出