2017年7.4管网系统水力工况分析
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一个带有5个热用户的供热管网，假定各热用户的流量已调整到规定 的数值。如果改变阀门A、B、C的开启度，管网中各热用户将产生水 力失调。同时，水压图也将发生变化。图中实线表示初始状态，虚线表 示调节后的状态。
19
工况变化后的定性分析
（1）循环水泵出口阀门节流，阀门A节流时的水力工况 图7-4-3b A
6
7
8
图解法或计算法定泵在管网系统中的工作状态点
•根据串、并联管段阻抗计算方法，逐步算出整个管网的总阻 抗Szh 值，利用图解法或计算法，结合泵（风机）特性曲线 P=f(Q)确定工作点：
图解法
计算法
P Ps＋ t SzhQ2
P f Q
＝a＋bQ＋cQ2
P、Q
9
定量地算出管网正常水力工况改变后的流量再分配，计算步骤：
10
▪2、管网系统水力工况分析方法
•已知管段和用户的阻抗Si时，一般可以用各用户流量占总流 量的比例来分析管网水力工况变化的规律。
以一个供热管网为例。管网总 流量Q，用户流量Q1、Q2…Qn 管段和用户的阻抗如图所示。
11
▪2.管网系统水力工况分析方法
SⅠ、SⅡ、SⅢ…SN干线各管路的阻抗
SⅠ
SⅡ
－如果所有的xi>1或<1，称为一致失 调
等比失调：所有xi相等 不等比失调
－反之，称为不一致失调
2
▪2、产生水力失调的原因
水力失调有多种原因，归纳起来有三个方面： （1）动力源（泵、风机、重力等）提供的能量与设计不符
→ 管网中压头和流量偏离设计值； （2）管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗Si的变化； （3）管网系统设计偏差，管网水力特性不符合分配设计量 的wk.baidu.com求。
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
13
△PAA=S1Q12=S1-nQ2 △PBB=S2Q22=S2-n (Q－Q1 )2 △PAA=S1Q12=S1-nQ2 =（SⅡ＋S2-n）（Q-Q1)2= SⅡ-n（Q-Q1)2
SⅡ-n =（SⅡ＋ S2-n）热用户 1之后的管网 总阻抗，不 包括用户1及
Qm Q7 S5n S6n S7n S4 Qd Q4 SVn SVI n SVIIn S7
➢(3)供热系统的任一区段阻力特性发生变化，则位于该管段 之后的各管段流量成一致等比失调。（增加一点）
16
工况变化后的定性分析
•以几种常见的水力工况变化为例，根据上述基本原理，利 用水压图，定性地分析水力失调的规律性：
▪1、水力工况分析的基本原理
•水力工况：指管网某一流动状态下与之对应的阻力特性、 压力和流量的表达。
•三者的关系为
Pi SiQi2
•各个管段特性的总和构成了管网的特性
n
串联：Sch Si
总阻抗 并联： 1
i 1 n
1
Sb
i1 Si
串联：Qch Qi
流量
并联：Q1 : Q2
1: S1
1 S2
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
S1、S2、S3…Sn支线各管路的阻 抗，管网总流量为Q，用户流量
Q1、Q2、Q3…Qn
12
2.管网系统水力工况分析方法
用户1处的△PAA： △PAA=S1Q12=S1-nQ2， S1-n热用户1分支点的管网总阻抗
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
3
3、水力失调对管网系统的不利影响
•水力失调，流量分配不满足要求； •水力失调→ 热力失调，不能满足使用要求； •可能导致事故 例如：流量过小；压力分布变化，可能超压等。 如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流 停滞有可能发生爆管事故。
4
▪4、管网的水力稳定性
•水力稳定性－管网中各个管段或用户，在其它管段或用户 的流量改变时，保持自身流量不变的能力。
S1n S2n S3n Smn Sm SⅡn SⅢn SM n
第m个用户的 相对流量比
15
•结论：
（1）各用户的相对流量比仅取决于管网各管段和用户的阻 抗,而与管网流量无关。 （2）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。 假设设d = 4，m =7，得到：
•表达式：
y Qg Q max
1 x max
设计流量 工况变动后可能达到的最大流量（其它阀门关闭）
工况变动后可能出现的最大水力失调度
•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，其它各管段和用户 的流量尽量稳定在原有的水平上。
5
7.4.2 管网系统水力工况的分析方法
图中虚线表示初始状态， 实线表示调节后的状态。
管网的Szh↑、Qzh↓,循环水泵的扬程略有增加。管 网产生一致的等比失调。
20
工况变化后的定性分析
（2）干管上阀门B节流，图7-4-3 C图 B
图中虚线表示初 始状态，实线表 示调节后的状态。
管网的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。
其分支线
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
14
计算各个用户的相对流量比
用户1占总流量的比例： Q1
Q1 Q
S1（ n 公式7 - 4 -10） S1
用户2占总流量的比例： Q 2
Q2 Q
S1n.S2（ n 公式7 - 4 -13） S 2 .SⅡn
Qm
Qm Q
21
工况变化后的定性分析
C （3）用户阀门C关闭，图7-4-3d图
图中虚线表示初始 状态，实线表示调 节后的状态。
7.4 管网系统水力工况分析
管网的水力工况 －管网的阻力特征、流量和压力分布状况。
1
7.4.1 管网水力失调与水力稳定性
▪1、水力失调的概念
•水力失调－由于多种原因，管网中某些管段的流量分配与 设计流量不一致，称为水力失调。
•水力失调的程度用水力失调度来表示：
xi
Qsi Qgi
实际流量 设计流量
•水力失调状况
P260（1）根据正常水力工况下的流量和压降，求出管网
各管段和用户系统的阻抗；
（2）根据管网中管段的连接方式，利用求串联和并联管 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； （3）利用图解法和计算法求出新的工作点；
（4）顺次按并联管段流量分配的计算方法分配流量，求 出管网各管段及各用户在正常工况改变后的流量。
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工况变化后的定性分析
（1）循环水泵出口阀门节流，阀门A节流时的水力工况 图7-4-3b A
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8
图解法或计算法定泵在管网系统中的工作状态点
•根据串、并联管段阻抗计算方法，逐步算出整个管网的总阻 抗Szh 值，利用图解法或计算法，结合泵（风机）特性曲线 P=f(Q)确定工作点：
图解法
计算法
P Ps＋ t SzhQ2
P f Q
＝a＋bQ＋cQ2
P、Q
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定量地算出管网正常水力工况改变后的流量再分配，计算步骤：
10
▪2、管网系统水力工况分析方法
•已知管段和用户的阻抗Si时，一般可以用各用户流量占总流 量的比例来分析管网水力工况变化的规律。
以一个供热管网为例。管网总 流量Q，用户流量Q1、Q2…Qn 管段和用户的阻抗如图所示。
11
▪2.管网系统水力工况分析方法
SⅠ、SⅡ、SⅢ…SN干线各管路的阻抗
SⅠ
SⅡ
－如果所有的xi>1或<1，称为一致失 调
等比失调：所有xi相等 不等比失调
－反之，称为不一致失调
2
▪2、产生水力失调的原因
水力失调有多种原因，归纳起来有三个方面： （1）动力源（泵、风机、重力等）提供的能量与设计不符
→ 管网中压头和流量偏离设计值； （2）管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗Si的变化； （3）管网系统设计偏差，管网水力特性不符合分配设计量 的wk.baidu.com求。
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
13
△PAA=S1Q12=S1-nQ2 △PBB=S2Q22=S2-n (Q－Q1 )2 △PAA=S1Q12=S1-nQ2 =（SⅡ＋S2-n）（Q-Q1)2= SⅡ-n（Q-Q1)2
SⅡ-n =（SⅡ＋ S2-n）热用户 1之后的管网 总阻抗，不 包括用户1及
Qm Q7 S5n S6n S7n S4 Qd Q4 SVn SVI n SVIIn S7
➢(3)供热系统的任一区段阻力特性发生变化，则位于该管段 之后的各管段流量成一致等比失调。（增加一点）
16
工况变化后的定性分析
•以几种常见的水力工况变化为例，根据上述基本原理，利 用水压图，定性地分析水力失调的规律性：
▪1、水力工况分析的基本原理
•水力工况：指管网某一流动状态下与之对应的阻力特性、 压力和流量的表达。
•三者的关系为
Pi SiQi2
•各个管段特性的总和构成了管网的特性
n
串联：Sch Si
总阻抗 并联： 1
i 1 n
1
Sb
i1 Si
串联：Qch Qi
流量
并联：Q1 : Q2
1: S1
1 S2
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
S1、S2、S3…Sn支线各管路的阻 抗，管网总流量为Q，用户流量
Q1、Q2、Q3…Qn
12
2.管网系统水力工况分析方法
用户1处的△PAA： △PAA=S1Q12=S1-nQ2， S1-n热用户1分支点的管网总阻抗
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
3
3、水力失调对管网系统的不利影响
•水力失调，流量分配不满足要求； •水力失调→ 热力失调，不能满足使用要求； •可能导致事故 例如：流量过小；压力分布变化，可能超压等。 如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流 停滞有可能发生爆管事故。
4
▪4、管网的水力稳定性
•水力稳定性－管网中各个管段或用户，在其它管段或用户 的流量改变时，保持自身流量不变的能力。
S1n S2n S3n Smn Sm SⅡn SⅢn SM n
第m个用户的 相对流量比
15
•结论：
（1）各用户的相对流量比仅取决于管网各管段和用户的阻 抗,而与管网流量无关。 （2）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。 假设设d = 4，m =7，得到：
•表达式：
y Qg Q max
1 x max
设计流量 工况变动后可能达到的最大流量（其它阀门关闭）
工况变动后可能出现的最大水力失调度
•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，其它各管段和用户 的流量尽量稳定在原有的水平上。
5
7.4.2 管网系统水力工况的分析方法
图中虚线表示初始状态， 实线表示调节后的状态。
管网的Szh↑、Qzh↓,循环水泵的扬程略有增加。管 网产生一致的等比失调。
20
工况变化后的定性分析
（2）干管上阀门B节流，图7-4-3 C图 B
图中虚线表示初 始状态，实线表 示调节后的状态。
管网的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。
其分支线
SⅠ
SⅡ
SⅢ
SM
SN
V
A
B
C
1
S1
A
2
S2
B
3
S3
C
m
Sm M
n Sn
N
14
计算各个用户的相对流量比
用户1占总流量的比例： Q1
Q1 Q
S1（ n 公式7 - 4 -10） S1
用户2占总流量的比例： Q 2
Q2 Q
S1n.S2（ n 公式7 - 4 -13） S 2 .SⅡn
Qm
Qm Q
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工况变化后的定性分析
C （3）用户阀门C关闭，图7-4-3d图
图中虚线表示初始 状态，实线表示调 节后的状态。
7.4 管网系统水力工况分析
管网的水力工况 －管网的阻力特征、流量和压力分布状况。
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7.4.1 管网水力失调与水力稳定性
▪1、水力失调的概念
•水力失调－由于多种原因，管网中某些管段的流量分配与 设计流量不一致，称为水力失调。
•水力失调的程度用水力失调度来表示：
xi
Qsi Qgi
实际流量 设计流量
•水力失调状况
P260（1）根据正常水力工况下的流量和压降，求出管网
各管段和用户系统的阻抗；
（2）根据管网中管段的连接方式，利用求串联和并联管 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； （3）利用图解法和计算法求出新的工作点；
（4）顺次按并联管段流量分配的计算方法分配流量，求 出管网各管段及各用户在正常工况改变后的流量。