第二章热水供热系统的水力计算.ppt

第二章第二章热水供热系统的水力计算热水供热系统的水力计算5/10/20241第一节第一节概概述述 o为什么要进行热网的水力计算？为什么要进行热网的水力计算？5/10/20242第一节第一节概概述述 o水力计算的主要任务水力计算的主要任务已知已知G和和P，确定，确定d；已知已知G和和d，计算，计算P；已知已知d和允许和允许P，计算或校核，计算或校核G；根据水力计算结果，确定循环水泵的流量和根据水力计算结果，确定循环水泵的流量和扬程。扬程。5/10/20243第一节第一节概概述述 o水力计算的作用水力计算的作用(1)绘制热网水压图，确定供热系统最佳运行工况，分析绘制热网水压图，确定供热系统最佳运行工况，分析供热系统正常运行的压力工况，确保热用户有足够的资供热系统正常运行的压力工况，确保热用户有足够的资用压头，系统不超压、不汽化、不倒空。用压头，系统不超压、不汽化、不倒空。(2)选择用户系统与供热管网的合理连接方式、选定用户选择用户系统与供热管网的合理连接方式、选定用户入口装置。入口装置。(3)选定供热系统的循环水泵。选定供热系统的循环水泵。(4)确定定压方式，系统加压方式，节能措施。选定补给确定定压方式，系统加压方式，节能措施。选定补给水泵。水泵。(5)计算供热管网的建设投资、金属耗量和施工安装工程计算供热管网的建设投资、金属耗量和施工安装工程量。量。5/10/20244第二节第二节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P=Py+Pj一、沿程损失一、沿程损失二、局部损失二、局部损失三、总阻力损失三、总阻力损失5/10/20245第三节第三节水力计算的方法和步骤水力计算的方法和步骤o水力计算的基本原则水力计算的基本原则1管网干管管网干管d 50mm，通往各单体建筑物，通往各单体建筑物不宜不宜d 32mm。2当有的点出现静压值超过允许值时，应分当有的点出现静压值超过允许值时，应分设独立的供热系统。设独立的供热系统。5/10/20246第三节第三节水力计算的方法和步骤水力计算的方法和步骤o水力计算的基本步骤水力计算的基本步骤1热用户的设计流量热用户的设计流量采暖、通风、空调热用户及闭式热水供热系采暖、通风、空调热用户及闭式热水供热系统生活热水热用户统生活热水热用户开式热水供热系统生活热水热用户开式热水供热系统生活热水热用户5/10/20247第三节第三节水力计算的方法和步骤水力计算的方法和步骤2热力网各管段的流量热力网各管段的流量管段的计算流量就是该管段承担的各用户的计算流管段的计算流量就是该管段承担的各用户的计算流量之和，即量之和，即3热水网路的主干线热水网路的主干线热水网路水力计算是从主干线开始计算。网路中平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。热网规均比摩阻最小的一条管线，称为主干线。热网规范规定，可取范规定，可取3070Pa/m。5/10/20248第三节第三节水力计算的方法和步骤水力计算的方法和步骤4支干线、支线支干线、支线按管段资用压力按管段资用压力，各管段，各管段G、R，查附录查附录2-1实际实际d和和R。据据d和局部阻力形式，查附录和局部阻力形式，查附录2-2，确定，确定5环路压力降平衡环路压力降平衡主干线和各支干线、支线环路之间压力应进主干线和各支干线、支线环路之间压力应进行平衡，控制不平衡率在行平衡，控制不平衡率在15之内，即之内，即 5/10/20249第五节 热水网路的水压图o水力计算只能确定热水管道中各管段的压力损失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（压差）值，但不能确定热水管道上各点的压力（压头）值。力（压头）值。o水压图可以清晰地表示出热水管路中各点的压力。水压图可以清晰地表示出热水管路中各点的压力。5/10/202410第五节 热水网路的水压图通过绘制系统水压图可分析和确定：通过绘制系统水压图可分析和确定：管道任何一点管道任何一点P各管段各管段P各管段各管段R系统中是否汽化、超压、倒空系统中是否汽化、超压、倒空供、回水管压力差是否供、回水管压力差是否用户系统所需的作用压头用户系统所需的作用压头系统正常运行或循环水泵停运时，系统各点的压力系统正常运行或循环水泵停运时，系统各点的压力变化等变化等5/10/2024115/10/202412在稳定状态下，0点的水头（压力）为Hjo（mH2O）。当系统工作时，A点的测压管水头必然高于0点的测压管的水头，其差值为0A管段的压力损失HjA，即可确定A在坐标中的位置。同理，可确定B，C，D和E点的测压管水头高度，亦即和各点在坐标中的位置。顺次连接各点，就形成热水供暖系统的水压图。图2-4 室内热水供暖系统的水压图 5/10/202413图2-4 室内热水供暖系统的水压图 图2-5 膨胀水箱连接在供水干管上的水压图5/10/202414热水网路压力状况的基本技术要求u1 1动水压线动水压线u在网路循环水泵运行时，网路上各点测压管水头连线，在网路循环水泵运行时，网路上各点测压管水头连线，称为动水压曲线。称为动水压曲线。u在与热力网路直接连接的用户系统内，压力不应超过在与热力网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及管道构件的承压能力。该用户系统用热设备及管道构件的承压能力。P P系统系统设备及关键承压能力设备及关键承压能力u在高温水网路和用户系统，水温超过在高温水网路和用户系统，水温超过100100的地点，的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。还应留有热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。还应留有3050Kpa3050Kpa富裕压力。富裕压力。PPPP汽化汽化+3050kPa+3050kPa。不同温度下的不同温度下的汽化压力如汽化压力如表表2-32-3所示。所示。5/10/202415u与热水网路直接连接的用户系统，无论网路循环水泵是与热水网路直接连接的用户系统，无论网路循环水泵是否运行，其用户系统回水管出口处的压力必须高于用户系否运行，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，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。和腐蚀管道。uP回回H系统（系统充水高度）系统（系统充水高度）不倒空不倒空u网路回水管道内任一点的压力，都应比大气压力至少高网路回水管道内任一点的压力，都应比大气压力至少高出出5mH2O，以免吸入空气。，以免吸入空气。uP回回=大气压大气压+5mH2Ou在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压头。用压差，应满足热力站或用户所需的作用压头。P资资P P作用作用5/10/202416o2静水压线静水压线o静水压曲线是网路循环水泵停运时网路上各点测压管静水压曲线是网路循环水泵停运时网路上各点测压管水头的连接线。它是一条水平线。水头的连接线。它是一条水平线。o与热水网路直接连接的供暖用户系统内，静态压力与热水网路直接连接的供暖用户系统内，静态压力不应超过系统中任何一点的允许压力。不应超过系统中任何一点的允许压力。o不应使热水网路任何一点的水汽化，应保持不应使热水网路任何一点的水汽化，应保持3-5m的富裕压力。的富裕压力。o与热力网直接连接的用户系统内，不会出现倒空。与热力网直接连接的用户系统内，不会出现倒空。5/10/2024175/10/202418(1)试问在下述有关机械循环热水供暖系统的表述中试问在下述有关机械循环热水供暖系统的表述中,()是错是错误的。误的。A.供水干管应按水流方向有向上的坡度供水干管应按水流方向有向上的坡度B.集气罐设置在系统的最高点集气罐设置在系统的最高点C.使用膨胀水箱来容纳水受热后所膨胀的体积使用膨胀水箱来容纳水受热后所膨胀的体积D.循环水泵装设在锅炉入口前的回水干管上循环水泵装设在锅炉入口前的回水干管上解析：在机械循环热水供暖系统中由于供水干管解析：在机械循环热水供暖系统中由于供水干管沿水流方向有向上的坡度，因此在供水干管的末端，也沿水流方向有向上的坡度，因此在供水干管的末端，也就是供水干管的最高点设置集气罐，而非系统的最高点。就是供水干管的最高点设置集气罐，而非系统的最高点。而系统的最高点应是膨胀水箱的位置而系统的最高点应是膨胀水箱的位置 5/10/2024193.热网与供暖用户的连接方式热网与供暖用户的连接方式直接连接：直接连接：同一供热介质从热网直接流入热用户系统。热用户与热网的水力工况直接发生联系，二者热媒温度相同。间接连接：间接连接：热用户系统通过表面式换热器与热网连接，热网的压力不能作用于热用户系统的连接方式。热用户与外网是各自独立的系统，二者热媒温度不同，水力工况互不影响。5/10/202420o适用于热网压力、温度都能满足用户的情况o适用于绝大多数低温水热水供热系统o连接方式最简单，造价低，无额外运行费用o大型供暖系统资用压头为25mH2Oo小型供暖系统资用压头为12mH2O无混合装置的直接连接 5/10/202421o适用于热网压力满足、温度不能满足（过高）用户的情况o一般只用于单栋建筑物的供暖系统o造价低，费用少o资用压头为812mH2O装水喷射器的直接连接 5/10/202422水喷射器原理图 5/10/202423o适用于热网供回水压差较小、温度不能满足（过高）用户的情况o多用于向多栋或街区建筑物供暖的场合o高温水供暖系统中应用较多的一种直接连接方式o运行费用较高o资用压头为25mH2O装混合水泵的直接连接 5/10/202424o热网压力、温度都不能满足（高）用户的情况o网路水力稳定性好o造价、运行费用比直接连接高很多o资用压头38mH2O间接连接 5/10/202425思考题：思考题：通过网络或其它途径，总结通风用户、热水用户与热网的连接方式有哪些？5/10/202426第六节第六节水泵的选择水泵的选择一、热网循环水泵的选择一、热网循环水泵的选择1流量流量2扬程扬程5/10/2024273.循环水泵的选择原则u水泵水泵Gxh 管网管网Gw.z；当；当装有旁通管时，应计旁通装有旁通管时，应计旁通管流量。管流量。u循环水泵特性曲线，工作循环水泵特性曲线，工作点附近较平缓，点附近较平缓，G变化时，变化时，H变化较小。变化较小。u循环水泵安装在回水管上，循环水泵安装在回水管上，允许工作温度允许工作温度 80；安；安装供水管上，必须采用热装供水管上，必须采用热水循环水泵。水循环水泵。u水泵工作点应在水泵的高水泵工作点应在水泵的高效区内。效区内。HGp5/10/202428u循环水泵不少于两台，其中一台备用。当四台循环水泵不少于两台，其中一台备用。当四台或四台以上并联运行时，可不设置备用水泵。或四台以上并联运行时，可不设置备用水泵。采用集中质调节时，宜选用相同型号水泵并联采用集中质调节时，宜选用相同型号水泵并联工作。工作。u多热源联网运行或质量多热源联网运行或质量流量调节的单热源供流量调节的单热源供热系统，热源循环水泵应采用变频调速。热系统，热源循环水泵应采用变频调速。u当采用分阶段改变流量的质调节时，宜选用流当采用分阶段改变流量的质调节时，宜选用流量和扬程不等的泵组。量和扬程不等的泵组。u对具有热水供应的热水供热系统，可考虑专设对具有热水供应的热水供热系统，可考虑专设热水供应循环水泵。热水供应循环水泵。u多台水泵并联运行，选择水泵时，应绘制水泵多台水泵并联运行，选择水泵时，应绘制水泵和热网水力特性曲线，确定其工作点。和热网水力特性曲线，确定其工作点。5/10/202429二、补给水泵的选择二、补给水泵的选择补给水泵定压时补给水泵定压时流量流量开式开式闭式闭式扬程扬程补水点的压力，即系统静水压曲线的高度，补水点的压力，即系统静水压曲线的高度，mH20；补水系统管路的压力损失，补水系统管路的压力损失，mH2O；补水箱水位与补水泵之间的高度差，补水箱水位与补水泵之间的高度差，m。5/10/2024305/10/2024315/10/2024323热水网路补水泵的选择原则o闭式热水供热系统的补给水泵的台数，不应闭式热水供热系统的补给水泵的台数，不应少于两台，可不设备用泵。少于两台，可不设备用泵。o开式热力网补水泵不宜少于三台，其中一台开式热力网补水泵不宜少于三台，其中一台备用。备用。o当动态水力分析考虑热源停止加热的事故时：当动态水力分析考虑热源停止加热的事故时：事故补水能力事故补水能力 V95-70+Gbso事故补水时，软化除氧水量不足时，可补充事故补水时，软化除氧水量不足时，可补充工业水。工业水。5/10/202433第七节第七节供热系统的定压方式供热系统的定压方式o供热系统的定压方式主要有：膨胀水箱定压，供热系统的定压方式主要有：膨胀水箱定压，补给水泵定压，补给水泵变频调速定压，气补给水泵定压，补给水泵变频调速定压，气体定压罐定压和蒸汽定压等。体定压罐定压和蒸汽定压等。5/10/202434一、膨胀水箱定压一、膨胀水箱定压o1定义：利用膨胀水箱来维持定压点压力恒定的定压方式称为膨胀水箱定压。o2作用：贮水、排气、定压。o3原理 5/10/2024354结构：一般用钢板制成，通常是圆形或矩形。膨胀水箱上一般装有膨胀管、溢流管、信号管、循环管和排污管5膨胀水箱容积6膨胀水箱的高度5/10/202436膨胀水箱1-溢流管 2-排水管 3-循环管 4-膨胀管5-信号管 6-箱体 7-人孔 8-扶梯5/10/2024377特点o优点：压力稳定，不怕停电。o缺点：水箱高度受限，当最高建筑物层数较高且远离热源，或为高温水供热时，膨胀水箱的架设高度难以满足设计要求。8适用范围o适合于建筑层数较低的小区低温热水供热系统。5/10/202438二、补给水泵定压二、补给水泵定压定义：用供热系统的补给水泵保持定压点压力固定不变的方法称为补给水泵定压。补给水泵定压方式 o补给水泵连续补水定压方式o补给水泵间歇补水定压方式o补给水泵定压点设在旁通管处的定压方式5/10/202439补水泵定压的特点o优点：设备简单，投资少，便于操作。o缺点：怕停电，对于大型供热系统应设双路电源。适用范围o当系统恒压点压力要求较高，无法采用膨胀水箱定压时，可采用补给水泵定压。是目前国内集中供热系统中最普遍的一种定压方式。5/10/2024401补给水泵连续补水定压方式(1)原理定压点-设在网路循环水泵的吸入端。压力调节阀-保持定压点恒定的压力。作用原理：定压点压力作用在调节阀膜上，从而控制阀芯的移动，调节阀孔流动面积，调节流量，维持定压点压力。5/10/202441(2)特点o补水泵始终连续运行，即使供热系统停止运行时也如此，水压曲线稳定，电耗大。(3)适用范围o适用于系统规模较大、供水温度较高(如130以上)的供热系统。5/10/2024422补给水泵间歇补水定压方式(1)原理o作用原理：补给水泵的启动和停止运行是由电接点式压力表的表盘上的触点开关控制的。o到达定压点的上限值时，补给水泵停止运行。当网路循环水泵的吸入端压力下降到定压点的下限值时，补给水泵重新启动补水。5/10/202443特点o优点：补水泵间歇运行，减少电耗。o缺点：压力有一定的波动，造成补水泵的频繁启动，影响补水泵的使用寿命。适用范围o宜使用在系统规模不大、供水温度不高、系统漏水量较小的供热系统中。5/10/2024443补给水泵补水定压点设在旁通管处的定压方式o在热源的供、回水干管之间连接一根旁通管，利用补给水泵，使旁通管J点保持符合静压线要求的压力。5/10/202445 作用原理：通过控制定压点J点的压力，来控制压力调节阀的开大与关小，从而调节补水量，保持定压点的压力不变。通过开启旁通管上的两个阀门可以控制动水压的升高或降低。5/10/202446特点o可适当地降低运行时的动水压线，网路循环水泵吸入端的压力定压点的静压力。o调节阀门m和n的开启度，可控制网路的动水压曲线升高或降低。o旁通管连续补水定压，系统运行压力调节灵活。o旁通管不断通过网路水，循环水泵流量增加，电耗增加。o旁通管连续补水定压，补水泵可以连续运行，也可间歇运行。5/10/202447三、气体定压三、气体定压 气体定压分为：氮气定压和空气定压，都是利用低位定压罐保持供热系统恒压。（闭式膨胀水箱）o氮气定压：在定压罐中灌充氮气。o空气定压：在定压罐中灌充空气，为防止空气溶于水中腐蚀管道，常在空气定压罐中装设皮囊，把空气与水隔离。o氮气定压的特点：热水供热系统运行安全可靠，能防止系统汽化和水击。但消耗氮气，设备较复杂，氮气罐体积较大。o适用范围：氮气定压多用于高温水系统；空气定压一般用在小型供热系统上。5/10/2024485/10/202449四、蒸汽定压四、蒸汽定压蒸汽定压形式：(1)蒸汽锅筒定压方式(2)外置膨胀罐的蒸汽定压方式(3)采用淋水式加热器的蒸汽定压方式5/10/202450o利用锅筒上部蒸汽空间的蒸汽压力定压，经济简单o常用于同时需要蒸汽和热水的一般中小型工厂、医院和饭店等单位o蒸汽压力取决于锅炉的燃烧状况，燃烧不稳定会影响系统的压力状况o锅炉出现低水位时，蒸汽易串入热水网路，引起严重的汽水冲击5/10/202451o外置蒸汽膨胀罐的蒸汽定压方式o锅炉出来的高温水经阀门11减压后进入置于高处的膨胀罐3内，减压产生的少量蒸汽积聚在罐顶部，使其上部蒸汽空间具有一定的压力，达到定压目的5/10/202452o蒸汽加压罐定压方式o来自蒸汽锅炉的蒸汽由减压阀10进入蒸汽加压罐3内，使加压罐上部蒸汽空间保持稳定的蒸汽压力，达到定压目的o加压罐内的水位可通过水位调节器2自动控制补水泵8的启闭来控制5/10/202453o淋水式换热器是具有一定容积的罐体o换热器下部可蓄存系统膨胀水o换热器内部具有一定的蒸汽压力，利用空间中的蒸汽压力对热水供暖系统进行定压5/10/202454五、补水泵变频调速定压五、补水泵变频调速定压1上述定压方式存在的问题o膨胀水箱定压使用范围受限o连续运行补水泵定压费电o间歇运行补水泵定压压力的波动o蒸汽、气体定压复杂、昂贵5/10/2024552补水泵变频调速定压定压原理o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，进而及时调节补水量，实现系统恒压点压力的恒定。关键设备：变频器o变频器的工作原理：通常50Hz的交流电先变为直流电，再经过逆变器把直流电变换为另一种频率的交流电。5/10/202456工程实例分析（1）如果用户系统内有一个用户的压力降是系统中其他用户压降的两倍，如下图。为了平衡这个系统其他用户的平衡阀需要吸收0.15MPa的压头。这样做既困难有浪费。只有一个用户需要这么高的压头。这一方案是不经济的。怎么办？5/10/202457工程实例分析（1）可以采用一、二级泵的系统。二级泵安装在压降较大的用户环路上，只负担这一用户的负荷，从而使主环路的循环泵（一级泵）仍在0.15MPa的压头下运转。5/10/202458工程实例分析（2）某工程的膨胀水箱的膨胀管和循环管与干管连接如图，系统热的不好，供水温度正常，但室温低。分析原因。5/10/202459o原因：有相当一部分水量经膨胀水箱的膨胀管和循环管而循环，使系统循环水量减少。显然是膨胀水箱与系统连接错误。o对策：将膨胀水箱的膨胀管改道水泵的吸入口附近。如图。5/10/202460工程实例分析（3）现象：异程式上行下给热水采暖，供、回水干管均明装。过门以后的立管，如下图，立管、不热或有时热，有时不热。5/10/202461o原因：在过门处，做了一个小沟，将回水管弯下，在A点存空气，破坏了以后立管的正常循环，使立管、不热。o对策：将A点的一小段回水管改为倒坡或加一个放气阀均可。5/10/202462此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！