第7章 枝状管网水力工况分析与调节

管网的水力工况指管网的流量和压力分布状况。 在管网中，流量的大小影响管段的压力损失——影响管网的压力分布状况。 管网的压力分布反映流体的流动状况，决定管网中的流量分配。 在管网运行时，对流量分配有定量的要求，还要求流体的压力在合适的范围内。 对管网的水力工况进行分析具有重要的意义。本章讲述枝状管网水力工况分析的原理和调节方法。

7.1 管网系统压力分布 7.1.1管流能量方程及压头表达式 1.液体管流能量方程及压头表达式

等管径的一般管流能量分布示意图

2.气体管流能量方程及压力表达式 忽略位压时：

7.1.2 管网压力分布图 1.液体管网压力分布图----水压图 作用： 在液体管路中，将各点的测压管水头高度顺次连接起来形成的线，称为水压曲线，它可直观地表达管路中液静压的分布状况，也称其为水压图。 作用： （1）确定管道中任何一点的静压值。 （2）表示出各管段的压力损失值。 （3）确定管段的单位管长平均压降的大小。

室内热水供暖管网的水压图

室内热水供暖管网的水压图

2. 气体管网压力分布图

7.1.3 吸入式管网的压力分布特性分析 (1)风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大。 (2)在吸入管段中静压绝对值为全压绝对值与动压值之和。 (3)风机提供的全压等于风机进出口的全压差，也等于整个管网的压力损失（包括出口压力损失）。

2.液体吸入式管网的压力分布特性 自由液面与泵的进口安装真空表处1-1断面的能量方程： 吸水管路（自由液面—泵内压力最低点）的能量关系：

7.1.4 水压图在液体管网设计中的重要作用 ——以室外供热管网为例 1.热水网路压力状况的基本技术要求 （1）不超压。 （2）不汽化。 （3）不倒空。 （4）不吸气。 （5）满足采暖用户的连接的要求。 关键：静水压线的确定。

热网水压图设计 作位置图，定基准面，标注房屋标高等。 定静水压线。 绘制回水管动水压线。 绘制供水管动水压线。 确定循环水泵的扬程。 确定用户的连接方式。 注意：“动水压线”不是“动压线”。

用户2：间接连接。用户采暖系统与室外管网水力无关。

用户1：喷射泵直接连接。

用户3：回水加压连接。 供水管节流降压。

7.1.5 管网系统的定压 选定的静水压线位置靠系统所采用的定压方式来保证。也可以说，定压方式决定了管网系统的静水压线，对系统的压力工况有决定性的影响。

常用定压方式： 1.高位水箱定压方式 2.补给水泵定压方式 a.补给水泵连续补水定压方式 b.补给水泵间歇补水定压方式 3.气体定压

补给水泵连续补水定压方式示意图

补给水泵间歇补水定压方式示意图

7.2 调节阀的节流原理与流量特性 调节流量的分配

1-直线 2-等百分比 3-快开 4-抛物线

流量的绝对变化量与 开度变化量成线性关系。 流量的相对变化量与 开度变化量成线性关系。

图7-2-3 三通调节阀的理想流量特性曲线 （R=30，阀芯开口方向相反） （1）直线；（2）等百分比；（3）抛物线

图7－2－6 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值) （a）直线流量特性 ；（ b）等百分比流量特性

图7－2－7 串联管道时调节阀的工作特性(以Q/Q100作参比值) （a）直线流量特性；（b）等百分比流量特性

图7－2－9 有并联管道时调节阀的工作特性(以Q/Qmax作参比值)（a） 直线流量特性； （b）等百分比流量特性

7.3 调节阀的选择 选择步骤： （1）选择阀门的流量特性，确定阀权度。 （2）计算选择阀门的口径。 （3）验算阀门的开度和可调比。

室温自动控制系统原理图 通过调节流量，改变换热器的热量。应考虑换热器的换热量随阀门的开度变化情况。

蒸汽－空气加热器静特性 热水－空气加热器静特性 阀门的工作流量特性宜为直线特性。 阀门的工作流量特性宜为等百分比特性。

调节阀流量特性与热交换器静特性的综合

〔例〕有一台直通双座调节阀，根据工艺要求，其最大流量是65m3/h，最小压差是50000Pa；其最小流量是13m3/h，最大压差是97500Pa。阀门工作流量特性要求为直线流量特性，Sv＝0.5，被调介质为水，试选择阀门口径，并验算开度和可调比。 （1）选理想流量特性为等百分比流量特性。 （2）计算阀门要求的流通能力：

VN型直通双座调节阀的参数表

开度验算公式： 理想特性为直线： 理想特性为等百分比：

7.4 管网系统水力工况分析

上图所示的管网结构中： 用户的相对流量只与管网各管段的阻抗有关。 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。

阀门C关闭，用户3的供回水之间的压差增大。？

例题 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。

7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法 用户的规定流量： 用户可能达到的最大流量： 则：

7.4.3提高管网水力稳定性的途径和方法 在Pw=0时(理论上，网路干管直径为无限大)，y=1。工况无论如何变化都不会使它水力失调，水力稳定性最好。在这种情况下任何用户流量的变化，都不会引起其它用户流量的变化。 在Py=0或Pw=时(理论上，用户系统管径无限大或网路干管管径无限小)，y=0。此时，用户的水力稳定性最差，任何其它用户改变的流量，将全部转移到这个用户去。 实际管网的水力稳定性系数y总在0和1之间。当水力工况变化时，任何用户的流量改变，一部分流量将转移到其它用户中去。如以例题[7-9]的计算分析，用户3关闭后，其流量从100m3/h减到0，其中一部分流量(44.1m3/h)转移到其它用户去，而整个网路的流量减少了55.9m3/h。 从对式（7-4-18）的分析可知，提高管网水力稳定性的主要方法是相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。