1、LOGO供熱工程供熱工程河北工業大學河北工業大學 建筑環境與設備工程系建筑環境與設備工程系第十章熱水供熱系統的水力工況第十章熱水供熱系統的水力工況 第一節第一節 熱水網路水力工況計算的基本原理熱水網路水力工況計算的基本原理第二節第二節 熱水網路水力工況的分析和計算熱水網路水力工況的分析和計算第三節第三節 水力穩定性水力穩定性v在熱水供熱系統運行過程中，往往由于種在熱水供熱系統運行過程中，往往由于種種原因，使網路的流量分配不符合各熱用種原因，使網路的流量分配不符合各熱用戶要求的計算流量，因而造成各熱用戶的戶要求的計算流量，因而造成各熱用戶的供熱量不符合要求。供熱量不符合要求。v熱水供熱系統中各熱

2、用戶的實際流量與要熱水供熱系統中各熱用戶的實際流量與要求的流量之間的不一致性，稱為求的流量之間的不一致性，稱為該熱用戶該熱用戶的水力失調的水力失調。 v在熱水供熱系統運行過程中，往往由于種在熱水供熱系統運行過程中，往往由于種種原因，使網路的流量分配不符合各熱用種原因，使網路的流量分配不符合各熱用戶要求的計算流量，因而造成各熱用戶的戶要求的計算流量，因而造成各熱用戶的供熱量不符合要求。供熱量不符合要求。v熱水供熱系統中各熱用戶的實際流量與要熱水供熱系統中各熱用戶的實際流量與要求的流量之間的不一致性，稱為求的流量之間的不一致性，稱為該熱用戶該熱用戶的水力失調的水力失調。 v水力失調程度可用實際流量

3、與規定流量水力失調程度可用實際流量與規定流量的比值的比值(水力失調度水力失調度)來衡量來衡量 :vX=Vs/VgvX水力失調度水力失調度vVs熱用戶的實際流量熱用戶的實際流量vVg該用戶的規定流量該用戶的規定流量v水力失調的原因：水力失調的原因：1.沒有很好的初調節沒有很好的初調節2.用戶的熱負荷發生改變用戶的熱負荷發生改變3.設計中出現的漏算等設計中出現的漏算等 由于熱水供熱系統是一個具有許多并聯環由于熱水供熱系統是一個具有許多并聯環路的管路系統，各環路之間的水力工況相路的管路系統，各環路之間的水力工況相互影響，系統中任何一個熱用戶的流量發互影響，系統中任何一個熱用戶的流量發生變化，必然會引

4、起其它熱用戶的流量發生變化，必然會引起其它熱用戶的流量發生變化，也就是在各熱用戶之間流量重新生變化，也就是在各熱用戶之間流量重新分配，引起了水力失調。分配，引起了水力失調。v面對水力失調的現象，需要管理人員針對所發面對水力失調的現象，需要管理人員針對所發生地問題提出解決方案。這就需要對熱水網路生地問題提出解決方案。這就需要對熱水網路供熱系統水力工況進行分析，研究其內在聯系供熱系統水力工況進行分析，研究其內在聯系，掌握其規律。，掌握其規律。v掌握這些規律和分析問題的方法，對熱水供熱掌握這些規律和分析問題的方法，對熱水供熱系統設計和運行管理都很有指導作用。例如：系統設計和運行管理都很有指導作用。例

5、如：在設計中應考慮哪些原則使系統的水力失調程在設計中應考慮哪些原則使系統的水力失調程度較小度較小(或使系統的水力穩定性高或使系統的水力穩定性高)和易于進行和易于進行系統的初調節，在運行中如何掌握系統水力工系統的初調節，在運行中如何掌握系統水力工況變化時，熱水網路上各熱用戶的流量及其壓況變化時，熱水網路上各熱用戶的流量及其壓力、壓差的變化規律；用戶引入口自動調節裝力、壓差的變化規律；用戶引入口自動調節裝置置(流量調節器、壓力調節器等流量調節器、壓力調節器等)的工作參數和的工作參數和波動范圍的確定等問題，都必須分析系統的水波動范圍的確定等問題，都必須分析系統的水力工況。力工況。第一節第一節 熱水網

6、路水力工況計算的基本原理熱水網路水力工況計算的基本原理v對于室外熱水網路，水流的流動狀態處于阻對于室外熱水網路，水流的流動狀態處于阻力平方區，因此力平方區，因此2()dPR llsVv可見，可見，在已知水溫參數下，網路各管段的阻力在已知水溫參數下，網路各管段的阻力數數s只和管段的管徑只和管段的管徑d、長度、長度l、管壁內壁當量、管壁內壁當量絕對粗糙度絕對粗糙度K、以及管段局部阻力當量長度、以及管段局部阻力當量長度ld的大小有關，亦即網路各管段的阻力數的大小有關，亦即網路各管段的阻力數s僅取僅取決于管段本身，它不隨流量變化。決于管段本身，它不隨流量變化。 230.255.256.88 10tGR

7、Kd0.2595.256.88 10()dKSlld2()dPR llsV32/(/ )Pamhv任何熱水網路都是由許多串聯管段和并任何熱水網路都是由許多串聯管段和并聯管段組成。串聯管段和并聯管段總阻聯管段組成。串聯管段和并聯管段總阻力數的確定方法，在本書第四章中已闡力數的確定方法，在本書第四章中已闡述，只是計算單位不同，可見式述，只是計算單位不同，可見式(432)、(435)和式和式(437)。 v當熱水網路的任一管段的阻力數，在運當熱水網路的任一管段的阻力數，在運行期間發生了變化行期間發生了變化(如調整用戶閥門，接如調整用戶閥門，接入新用戶等等入新用戶等等)，則必然使熱水網路的總，則必然使

8、熱水網路的總阻力阻力S值改變，工作點值改變，工作點A的位置隨之改變的位置隨之改變(如改到圖如改到圖10一一1曲線曲線3的的B點位置點位置)，熱水，熱水網路的水力工況也就改變了。不僅網路網路的水力工況也就改變了。不僅網路總流量和總壓降變化，而且由于分支管總流量和總壓降變化，而且由于分支管段的阻力數變化，也要引起流量分配的段的阻力數變化，也要引起流量分配的變化。變化。 v如要定量地算出網路正常水力工況改變后的流如要定量地算出網路正常水力工況改變后的流量再分配，其計算步驟如下：量再分配，其計算步驟如下： v(1)根據正常水力工況下的流量和壓降，求出網根據正常水力工況下的流量和壓降，求出網路各管段和用

9、戶系統的阻力數；路各管段和用戶系統的阻力數； v(2)根據熱水網路中管段的連接方式，利用求串根據熱水網路中管段的連接方式，利用求串聯管段和并聯管段總阻力數的計算公式聯管段和并聯管段總阻力數的計算公式見式見式(104)，式，式(105)，逐步地求出正常水力工，逐步地求出正常水力工況改變后整個系統的總阻力數，況改變后整個系統的總阻力數， v(3)得出整個系統的總阻力數后，可以利用上述得出整個系統的總阻力數后，可以利用上述的圖解法，畫出網路的特性曲線，與網路循環的圖解法，畫出網路的特性曲線，與網路循環水泵的特性曲線相交，求出新的工作點。或可水泵的特性曲線相交，求出新的工作點。或可利用上述計算法求解確

10、定新的工作點的利用上述計算法求解確定新的工作點的P和和V值。值。v(4)順次按各并聯管段流量分配的計算方法順次按各并聯管段流量分配的計算方法(見見式式10-7)分配流量，求出網路各管段及各用戶分配流量，求出網路各管段及各用戶在正常工況改變后的流量。在正常工況改變后的流量。 第二節第二節 熱水網路水力工況的分析和計算熱水網路水力工況的分析和計算v對于整個網路系統來說，各熱用戶的水對于整個網路系統來說，各熱用戶的水力失調狀況是多種多樣的。力失調狀況是多種多樣的。 v當網路中各熱用戶的水力失調度當網路中各熱用戶的水力失調度x都大干都大干1(或都小于或都小于1)時，稱為時，稱為一致失調一致失調。一致。

11、一致失調又可分為等比失調和不等比失調。失調又可分為等比失調和不等比失調。v所有熱用戶的水力失調度所有熱用戶的水力失調度x值都相等的水值都相等的水力失調狀況，稱為力失調狀況，稱為等比失調等比失調。v熱用戶的水力失調度熱用戶的水力失調度x值不相等的水力失值不相等的水力失調狀況，稱為調狀況，稱為不等比失調不等比失調。v由式由式(10一一15)可以得出如下結論可以得出如下結論 v(1)各用戶的相對流量比僅取決于網路各用戶的相對流量比僅取決于網路各管段和用戶的阻力數，而與網路流各管段和用戶的阻力數，而與網路流量無關。量無關。 v(2)第第d個用戶與第個用戶與第m個用戶個用戶(md)之間之間的流量比，僅取

12、決于用戶的流量比，僅取決于用戶d和用戶和用戶d以以后后(按水流動方向按水流動方向)各管段和用戶的阻力各管段和用戶的阻力數，而與用戶數，而與用戶d以前各管段和用戶的阻以前各管段和用戶的阻力數無關。力數無關。 v如圖如圖103(a)所示為一個帶有五個熱用所示為一個帶有五個熱用戶的熱水網路。假定各熱用戶的流量已戶的熱水網路。假定各熱用戶的流量已調整到規定的數值。如改變閥門調整到規定的數值。如改變閥門A，B、C的開啟度，網路中各熱用戶將產生水力的開啟度，網路中各熱用戶將產生水力失調。同時，水壓圖也將發生變化。失調。同時，水壓圖也將發生變化。v 1當閥門當閥門A節流節流(閥門關小閥門關小)時的水力工況時

13、的水力工況 v 當閥門當閥門A節流時，網路的總阻力數增大，總流量節流時，網路的總阻力數增大，總流量V將減少將減少(為便于分析起見，假定網路循環水泵的揚程是不變的為便于分析起見，假定網路循環水泵的揚程是不變的)。由。由于熱用戶于熱用戶1至至5的網路干管和用戶分支管的阻力數無改變，的網路干管和用戶分支管的阻力數無改變，因而根據式因而根據式(10-16)的推論可以肯定，各熱用戶的流量分配的推論可以肯定，各熱用戶的流量分配比例也不變，即都按同一比例減少，網路產生一致的等比比例也不變，即都按同一比例減少，網路產生一致的等比失調。網路的水壓圖將如圖失調。網路的水壓圖將如圖10-3(b）所示。圖中實線為正）

14、所示。圖中實線為正常工況下的水壓曲線，虛線為閥門常工況下的水壓曲線，虛線為閥門A節流后的水壓曲線。節流后的水壓曲線。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。因而，各熱用戶的作用壓差也是按相同的比例減少。v2當閥門B節流時的水力工況 v當閥門B節流時，網路的總阻力數增加，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點出現一個急劇的下降，變化后的水壓圖將成為圖10

15、-3(c)虛線所示。v水力工況的這個變化，對于閥門B以后的用戶3、4、5，相當干本身阻力數未變而總的作用壓力卻減少了。根據式(10-16)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。因此，將出現一致的等比失調。v對于閥門B以前的用戶l、2，根據式(10-16)推論，可以看出用戶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，這些用戶將出現不等比的一致失調。 v 對于全部用戶來說，既然流量有增有減，那么整個網路的水力工況就發生了不一致失調。v3當閥門當閥門c關閉關閉(熱用戶熱用戶3停止工作停止工作)時的水力工況時的水力工況v閥門閥門c關閉后，網路的總阻

16、力數將增加，總流量關閉后，網路的總阻力數將增加，總流量V將減少。從熱源到用戶將減少。從熱源到用戶3之間的供水和回水管的水之間的供水和回水管的水壓線將變得平緩一些，但因假定網路水泵的揚程壓線將變得平緩一些，但因假定網路水泵的揚程并無改變，所以在用戶并無改變，所以在用戶3處供回水管之間的壓差將處供回水管之間的壓差將會增加，用戶會增加，用戶3處的作用壓差增加相當于用戶處的作用壓差增加相當于用戶4和和5的總作用壓差增加，因而使用戶的總作用壓差增加，因而使用戶l和和5的流量按相同的流量按相同的比例增加，并使用戶的比例增加，并使用戶3以后的供水管和回水管的以后的供水管和回水管的水壓線變得陡峭一些。變化后的

17、水壓線將成為圖水壓線變得陡峭一些。變化后的水壓線將成為圖10-3(d)所示的樣子。所示的樣子。 v根據式根據式(10-16)的推論，從圖的推論，從圖10-3(d)的水壓圖可以的水壓圖可以看出，在整個網路中，除用戶看出，在整個網路中，除用戶3以外的所有熱用戶以外的所有熱用戶的作用壓差和流量都會增加；出現一致失調。對的作用壓差和流量都會增加；出現一致失調。對于用戶于用戶3后面的用戶后面的用戶4和和5，將是等比的一致失調。，將是等比的一致失調。對于用戶對于用戶3前面的熱用戶前面的熱用戶l和和2，將是不等比的一致，將是不等比的一致失調。失調。v4熱水網路未進行初調節的水力工況熱水網路未進行初調節的水力

18、工況 v由于網路近端熱用戶的作用壓差很大，在選擇由于網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，又受到管道內熱媒流用戶分支管路的管徑時，又受到管道內熱媒流速和管徑規格的限制，其剩余作用壓差在用戶速和管徑規格的限制，其剩余作用壓差在用戶分支管路上難以全部消除。如網路未進行初調分支管路上難以全部消除。如網路未進行初調節，前端熱用戶的實際阻力數遠小于設計規定節，前端熱用戶的實際阻力數遠小于設計規定值，網路總阻力數比設計的總阻力數小，網路值，網路總阻力數比設計的總阻力數小，網路的總流量增加。位于網路前端的熱用戶，其實的總流量增加。位于網路前端的熱用戶，其實際流量比規定流量大得多。網路干管

19、前部的水際流量比規定流量大得多。網路干管前部的水壓曲線，將變得較陡，而位于網路后部的熱用壓曲線，將變得較陡，而位于網路后部的熱用戶，其作用壓頭和流量將小于設計值。網路干戶，其作用壓頭和流量將小于設計值。網路干管后部的水壓曲線將變得平緩些管后部的水壓曲線將變得平緩些(圖圖10-3(e)中中虛線虛線)。由此可見，熱水網路投入運行時，必。由此可見，熱水網路投入運行時，必須很好地進行初調節。須很好地進行初調節。 v在熱水網路運行時，由于種種原因，有些熱用戶或熱力站的作用壓頭會出現低于設計值，用戶或熱力站的流量不足。在此情況下，用戶或熱力站往往要求增設加壓泵(加壓泵可設在供水管或回水管上)。 v 下面定

20、性地分析，在用戶增設加壓泵后，整個網路水下面定性地分析，在用戶增設加壓泵后，整個網路水力工況變化的狀況。圖力工況變化的狀況。圖104中的實線表示在用戶中的實線表示在用戶3處處未增設加壓泵時的動水壓曲線。假設用戶未增設加壓泵時的動水壓曲線。假設用戶3未增設回水未增設回水加壓泵加壓泵2時作用壓頭為時作用壓頭為PBE，低于設計要求。，低于設計要求。 v 在用戶在用戶3回水管上增設的加壓泵回水管上增設的加壓泵2運行時，可以視為在運行時，可以視為在熱用戶熱用戶3及其支線上及其支線上(管段管段BE)增加了一個阻力數為負值增加了一個阻力數為負值的管段，其負值的大小與水泵工作的揚程和流量有關的管段，其負值的大

21、小與水泵工作的揚程和流量有關。由于在熱用戶。由于在熱用戶3上的阻力數減小，在所有其它管段和上的阻力數減小，在所有其它管段和熱用戶未采用調節措施，阻力數不變的情況下，整個熱用戶未采用調節措施，阻力數不變的情況下，整個網路的總阻力數網路的總阻力數S值必然相應減少。為分析方便，假設值必然相應減少。為分析方便，假設網路循環水泵網路循環水泵1的揚程為定值，則熱網總流量必然適當的揚程為定值，則熱網總流量必然適當增加。熱用戶增加。熱用戶3前的干線前的干線AB和和EF的流量增大，動水壓的流量增大，動水壓曲線變陡，用戶曲線變陡，用戶1和和2的資用壓頭減少，呈非等比失調的資用壓頭減少，呈非等比失調。熱用戶。熱用戶

22、3后面的熱用戶后面的熱用戶4和和5的作用壓頭減少，呈等比的作用壓頭減少，呈等比失調。整個網路干線的動水壓曲線如圖失調。整個網路干線的動水壓曲線如圖104的虛線的虛線ABCDEF所示。熱用戶所示。熱用戶3由于回水加壓泵的作用，由于回水加壓泵的作用，其壓力損失其壓力損失PBE增加，流量增大。增加，流量增大。v由此可見，在用戶處裝設加壓泵，能夠起到增加該用戶流量的作用，但同時會加大熱網總循環水量和前端干線的壓力損失，而且其它熱用戶的費用壓頭和循環水量將相應減少，甚至使原來流量符合要求的用戶反而流量不足。因此，在網路運行實踐中，不應只從本位出發，任意在用戶處增設加壓泵，必須有整體觀念，仔細分析整個網路

23、水力工況的影響后才能采用。 v計算例題說明，只要熱網各管段及各熱計算例題說明，只要熱網各管段及各熱用戶的阻力數為已知值，則可以通過計用戶的阻力數為已知值，則可以通過計算方法，確定網路的水力工況算方法，確定網路的水力工況各管各管段和各熱用戶的流量以及相應的作用壓段和各熱用戶的流量以及相應的作用壓頭，但計算極為繁瑣。頭，但計算極為繁瑣。v近年來，網路計算理論的不斷完善和電近年來，網路計算理論的不斷完善和電子計算機技術的高度發展，使得這類計子計算機技術的高度發展，使得這類計算問題容易得到解決。因此，利用計算算問題容易得到解決。因此，利用計算機分析熱水網路水力工況，并以此來指機分析熱水網路水力工況，并

24、以此來指導網路進行初調節，甚至配合微機監控導網路進行初調節，甚至配合微機監控系統，對熱水網路實現遙控等技術，在系統，對熱水網路實現遙控等技術，在國內也得到了應用國內也得到了應用。第三節第三節 熱水網路的水力穩定性熱水網路的水力穩定性v為了探討影響熱水網路水力失調程度的因素并為了探討影響熱水網路水力失調程度的因素并研究改善網路水力失調狀況的方法，在本節中研究改善網路水力失調狀況的方法，在本節中著重討論熱水網路水力穩定性問題。著重討論熱水網路水力穩定性問題。所謂水力所謂水力穩定性就是指網路中各個熱用戶在其它熱用戶穩定性就是指網路中各個熱用戶在其它熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力。流量改變時保

25、持本身流量不變的能力。 v 通常用熱用戶的規定流量通常用熱用戶的規定流量Vg和工況變動后可和工況變動后可能達到的最大流量能達到的最大流量Vmax的比值的比值y來衡量網路的來衡量網路的水力穩定性。即水力穩定性。即maxmax1gVyVxmaxmax1gVyVxv由式由式(10一一21)可見，水力穩定性可見，水力穩定性y的極限值是的極限值是l和和0。v在在Pw=0時時(理論上，網路千管直徑為無限大理論上，網路千管直徑為無限大)，y=l。此時，這個熱用戶的水力失調度。此時，這個熱用戶的水力失調度xmaxl，即無論工況如何變化都不會使它水力失調，即無論工況如何變化都不會使它水力失調，因而它的水力穩定性

26、最好。在這種情況下的，因而它的水力穩定性最好。在這種情況下的這個結論，對于這網路上的每個用戶都成立，這個結論，對于這網路上的每個用戶都成立，所以也可以說，在這種情況下任何熱用戶流量所以也可以說，在這種情況下任何熱用戶流量的變化，都不會引起其它熱用戶流量的變化。的變化，都不會引起其它熱用戶流量的變化。 v當當Py=0或或Pw=時時(理論上，用戶系統管理論上，用戶系統管徑無限大或網路干管管徑無限小徑無限大或網路干管管徑無限小)，y=0。此時。此時，熱用戶的最大水力失調度，熱用戶的最大水力失調度xmax，水力穩，水力穩定性最差，任何其它用戶流量的改變，其改變定性最差，任何其它用戶流量的改變，其改變的流量將全部轉移到這個用戶去。的流量將全部轉移到這個用戶去。 v實際上熱水網路的管徑不可能為無限小或實際上熱水網路的管徑不可能為無限小或無限大。