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

2、统的管理难度增大。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

3、能耗；——热源的能耗；——用户编号——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

4、耗与泵的输出功率的比值为：（6）二级支路调节阀能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

5、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,*)

6、”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

7、,*)”为二级管网支管，“z(3,*)”为三级管网支管，“g(1,*)”、“g(2,*)”、“g(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,