045_动力分散系统分散程度的探讨

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1、关于动力分散系统分散程度的探讨武汉科技大学焦扬符永正摘要:动力分散系统以支路水泵代替调节阀,虽可消除调节阀能耗,减少系统的输送能耗,但是过多的支路水泵可能造成初投资的增加、维护费用的增加以及管理难度的增大。本文从减少输送能耗出发,兼顾各方面因素,探讨系统动力的合理分散程度,并以一个具有五级网路的系统为例进行分析。关键词:动力分散系统分散程度节能率调节阀能耗1.引言动力分散系统可以减少乃至消除传统系统中的调节阀能耗,因而可以减少输送能耗,这一点在现有文献中已经成为一致的结论[1][2][3]。但是动力分散系统势必大大增加水泵的数量,有可能使系统的初投资增加、维护费用增加,以及使系统的管理难度增大

2、。如果动力分散到末端设备的话,还应当考虑水泵的运行维护和噪声给用户带来的影响。所以,系统动力并不是越分散越好。本文在分析系统动力的分散程度与节能率关系的基础上,探讨系统动力的合理分散程度。2.动力分散系统节能率的计算方法图1一级网路系统示意图由文献[4]可知,对于图1所示一级网路系统,假设:n个用户流量相等,用户间距相等(包括第一支路到热源的距离),各用户的资用压力相等,干管比摩阻相等,忽略阀门全开时的阻力。系统设计合理,水泵选择恰当。则各用户支路调节阀能耗与泵的输出功率的比值为:(1)——干管的能耗;——各调节阀的能耗;——用户能耗,即各用户支路除调节阀以外的能耗;——热源的能耗;——用户编

3、号——各用户的流量(m3/h);——一对对应的供回水干管的压头损失之和(m);——用户支路的个数。对于二级网路的系统,假设:有个支路,各支路情况完全相同,均负担个用户的需求,各用户流量相等,间距相等;主干线及支干线上的比摩阻分别相等;忽略调节阀全开时的阻力,系统设计合理,水泵选取恰当。则一级调节阀能耗为:(2)二级调节阀能耗为:(3)——为一级支路的个数;——为二级支路的个数。系统调节阀能耗与泵的输出功率的比值为:(4)同理可推出m级的网路系统,一级调节阀能耗为:二级调节阀能耗为:............第i级调节阀能耗为:(5)一级支路调节阀能耗与泵的输出功率的比值为:(6)二级支路调节阀能

4、耗与泵的输出功率的比值为:(7)............第i级支路调节阀能耗与泵的输出功率的比值为:(8)式(6)~(8)中,分母相同而分子不同,所以其相对大小取决于分子的值。由这(8)式可知某一级调节阀能耗与水泵输出功率的比值的大小,与这一级的支路数和这一级的供回水干管压头损失的乘积相关,而的值的大小又与干管比摩阻和管段长度的乘积相关。一般来说,系统中各级干管的比摩阻相差不大,而管段长度差别较大,前一级支路干管长度往往大于后一级支路干管长度,所以对于动力分散系统,往往会出现从热源到末端,随着动力设置层级的延伸,逐渐减小,而水泵数量却大幅度增加的情况。下面以一个五级的网路为例分析。3.实例计算

5、及分析3.1计算实例的系统构造一个五级网路的异程供热系统,每一级网路有4个支路,每个五级支路的流量为1t/h,每个四级支路的流量为4t/h,总的流量为1024t/h。支路间距分别为5m,10m,20m,40m和100m(五级至一级),各级支路的管径、管长、局部阻力系数(局部阻力系数是除调节阀之外的阻力系数之和)以及设备阻力均分别对应相等。3.2第四、五级网路的计算图2四级五级系统示意图四级系统包含4个支路,每个支路又包含一个4个支路的子网,如图2。其中管段编号为“z(4,*)”的表示为四级网路的支路,“z(5,*)”为五级网路的支路。四、五级子网各支路的压头损失见表1表1四、五级支路管段压头损

6、失表(无调节阀的管段略去)管段编号压头损失(m)调节阀压头损失(m)管段编号压头损失(m)调节阀压头损失(m)z(4,1)3.952.47z(5,1)1.171.08z(4,2)003.331.86z(5,2)0.590.49z(4,3)2.290.81z(5,3)0.330.233.3一、二、三级网路的计算图3一至三级系统示意图一级管网有四个支路,每个支路包含一个四个支路的二级子网,二级子网的每个支路又包含一个4个支路的三级子网,如图3所示,图中编号为“z(1,*)”的管段是一级管网支管,“z(2,*)”为二级管网支管,“z(3,*)”为三级管网支管,“g(1,*)”、“g(2,*)”、“g

7、(3,*)”分别为各级干管(包括供水干管和回水干管)。将四级五级系统的总阻抗返回到三级子网中各支路的“设备阻抗”,再按照上述相同的方法可以将整个系统的各管段压力损失计算出来,见表2,表2一二三级系统管段压头损失表(无调节阀的管段略去)管段编号压头损失(m)调节阀压头损失(m)管段编号压头损失(m)调节阀压头损失(m)管段编号压头损失(m)调节阀压头损失(m)z(1,1)13.2315.45z(2,

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