冷热水循环系统压力分析

离心泵出口管路及其附属设备的设计压力应以泵在关闭状态下的最大压力-即关死点压力为基准，确保设计的本质安全性。
一、 固定转速离心泵，当泵的性能曲线可用时

泵出口设计压力值通过以下公式之一计算：

Ps=Mop+(Hs×ρ×g/1000) （1）

Pd=Ps+(Hc×ρ×g/1000) （2）

其中：

Pd：泵出口的设计压力（barg）
Ps：泵吸入口的设计压力（barg），对应于吸入系统设计压力
Mop：最大操作吸入压力（barg）
Hs：泵的关死点扬程（无流量条件）（m）
Hc：额定扬程（m）通常是泵在额定流量下工作时的扬程，此时泵的效率最高。离心泵的扬程与泵的结构、叶轮的设计以及工作介质的特性等因素有关。
ρ：泵送流体的最大密度（kg/m³）
g：重力加速度（9.81m/s²）
当固定转速离心泵的最大扬程不可用时

泵出口的设计压力应设定如下：

Pd=Pa+(1.2×Hc×ρ×g/1000) （3）

Pa=吸入容器的安全阀设定压力（barg）+ 吸入泵入口处的最大静压头（考虑到最大比重情况下的LAHH)×ρ×g/1000

三、 对于变速泵

为考虑泵的最大转速，应在正常扬程的基础上乘以1.3的扬程系数，使用最大相对密度。

四、在上述情况下，当泵性能曲线不可用时

应在估计的设计压力上增加5%的裕量，以考虑潜在的未来泵升级。

泵吸入侧的设计压力应与上游吸入隔离阀之前的排放侧设计压力相同，并相应定义管道等级分界点。

对于串联的两台泵，最大扬程应为每台泵最大扬程之和。

五、 系统设计压力验证

在详细工程设计阶段，应使用泵曲线验证系统设计压力，方法是将最大速度下的关死点扬程添加到最大静压头（最大比重下的LAHH）和吸入容器Psv设定点。具体步骤如下：

1 确定系统设计压力

首先，需要根据系统的工作条件确定所需的设计压力。这包括系统的最高工作压力和最低工作压力。

2 绘制系统特性曲线

系统特性曲线描述了系统在不同流量下的压力损失。通过实验测定或计算，可以得到系统特性曲线。

系统特性曲线通常由流量和系统压力组成，曲线展示了在不同流量下，系统所能承受的最大压力。通过系统特性曲线，可以确定系统的最佳工作点，即流量和系统压力的组合，以确保系统的稳定和高效运行。
3 比较泵曲线与系统特性曲线

将泵的H-Q曲线与系统特性曲线进行对比，可以确定泵在系统中的工作点。工作点是泵曲线与系统特性曲线相交的点，代表了泵在系统中实际运行时的流量和压力。

4 验证设计压力

如果泵的工作点落在泵的高效工作区域内，且系统设计压力与泵的工作点压力相匹配，那么可以认为系统设计的压力是合理的。如果工作点不在高效工作区域内，或者系统设计压力与泵的工作点压力差异较大，可能需要调整系统设计或选择不同的泵型号。

5 考虑安全裕度

在验证设计压力时，还需要考虑安全裕度。通常，系统设计压力应低于泵的最大工作压力，以确保系统在长期运行中的可靠性和安全性。因此需要对泵的流量曲线有一定的认识。

① BEP（Best Efficiency Point）BEP，即最佳效率点，是泵在其性能曲线上效率最高的点。在这个点上，泵的磨损最小，从而提高了泵的可靠性。

② POR（优先工作区）POR是指泵在最佳效率点（Best Efficiency Point，BEP）两侧的流量范围，在这个范围内，泵的水力效率和运行可靠性不会显著降低。POR的典型范围通常定义为BEP流量的70%至110%。

③ LF Cavitation（Low Flow Cavitation）即低流量空化，是指在泵的工作过程中，由于流量过低，导致泵内部产生局部真空，使得液体汽化，形成气泡。当这些气泡在高压区域破裂时，会产生剧烈的冲击波，对泵的内部结构造成损害，从而影响泵的正常工作和使用寿命。LF Cavitation通常发生在泵的工作点远离BEP时，特别是在泵的工作点低于BEP的70%时更为明显。同时，合理的系统设计和操作也是防止LF Cavitation的关键，例如通过调节泵的进出口阀门开度来调整流量，确保泵在最佳工作点附近运行。

④ AOR（Allowable Operating Region）是泵制造商确定的泵曲线的一部分，在该范围内，泵可以连续运行而不会影响泵的性能或使用寿命。离心泵的AOR为最小连续稳定流量到最大允许工作流量之间的区域.

⑤ Runout点是离心泵所能达到的最大运行能力点。针对一些具体的应用，该点明显超出了泵（组）的AOR。在实际工程应用中，通常不会涉及到此点，因为对于具体应用，是否可以在该工况下长时间运行涉及到装置汽蚀余量NPSHA是否满足泵的NPSHR要求、电动机的配用功率是否覆盖到泵性能曲线的末端、泵（组）的振动水平是否可以接受等关键因素。

在处理冷却水、消防水以及冷冻水等大型管网系统时，必须深入分析并精确计算因水锤效应、阀门急速闭合或泵站意外停机等因素引发的冲击压力。务必确保这些冲击压力值不超越系统的设计承受极限。若提升系统设计压力至更高水平在经济考量上显得不合算，则应精心规划并部署有效的泄压机制，以此来维持系统运行的安全性和可靠性。

一、冷（热）水循环系统压力分布推导

如下图所示的冷（热水）循环系统，其各点在水运运行及不不运行条件下的压力情况是如何的呢？
对于A点：水泵不运行时，A点压力为PA=h1；水泵运行时，A点压力仍然为h1（此时可将膨胀水箱及A点到膨胀水箱之间的管道理解成一个压力计，压力计内水位的高度即为A点得压力）。

对于B点：水泵不运行时，B点的压力为PB=h1+h2；水泵运行时，B点的压力为PB=h1+h2-AB段阻力损失

对于C点（即水泵出口点）：水泵不运行时，C点压力为Pc=h1+h2=PB；水泵运行时，C点的压力为PC=PB-BC段阻力损失+水泵扬程。

同理可知道水泵不运行和运行时D、E两点的压力。其结论如下图：
根据以上分析，可得出以下结论

1、 膨胀水箱接入点（图一为A点）的精压力值，不管水泵是否运行，均为膨胀水箱水位液面与改点的高度h1

2、 水泵运行时，定压点A处与水泵吸入口之间的管路（A→B→C）上任意一点的静压力值等于该点静水压高度减去从定压点A到该点管路的压力损失值；

3、 水泵运行时，水泵出口处（C点）与定压点A点之间的管路（C→D→E→A）上任意一点的静压力值，等于水泵扬程+该点静水压高度-从定压点（A点）沿着水流方向到该点的管路压力损失值。

4、 影响系统任意一点静压力值因素有三个：静水压高度、水泵扬程以及从定压点到该点得压力损失。

二、对于定压点设置在水泵吸入口的冷（热）水循环系统的压力分析

定压点设置在水泵吸入口时（如图三），定压点C’点与水泵之间距离很小即C’→C之间
的管段，根据该上述结论第2条，可知（C’→C）上任意一点的静压力值等于该点静水压高度减去从定压点C到该点管路的压力损失值；由于C’→C距离很小，管路压力损失值可忽略不计，故定压点到水泵吸入口的段的任意一点压力值均近似为该点的静水压高度。

更重要的是：该系统绝大部分管路均处在“水泵出口处（C点）与定压点C’”上，故根据上述第3条结论可知：沿着水流方向C→D→E→A任意一点的静水压值均为该点静水压高度+水泵扬程-从定压点（C’点）沿着水流方向到该点的管路压力损失值。由于水泵扬程始终大于等于从定压点（C’点）沿着水流方向到该点的管路压力损失值。故此时系统中绝大部分管段（C→D→E→A）的静压力值均大于该点静水压高度。

而图二所示的系统中，有一部分管路（A→B→C），其静水压值是低于该部分管路的静水压高度的，其静水压力值为等于该点静水压高度减去从定压点A到该点管路的压力损失值。

故在相同的膨胀水箱高度条件下，图三所示的系统，其管道压力均大于图二所示的系统。这有利于保证系统中静压值不出现负压和热水汽化。就解释了为什么我们在空调或供暖水系统循环中，将定压点设置于水泵的吸入口。也从另一个角度解释了室内供暖系统中，定压点不在水泵吸入侧时出现负压得水压图：
三、冷水机位置选择及承压要求。

在高程建筑中，冷热水循环管路的垂直高度与建筑高度有很大关系，而冷水机组一般设置于地下室，故其承压较大，当其承压超过其额定承压高度，将严重影响冷水机组安全使用。

当系统工作压力超过冷水机组额定承压压力不大的情况下，可将冷水机组置于水泵的吸入端，如图二所示的C’C段，由前述结论知：（C’→C）上任意一点的静压力值等于该点静水压高度减去从定压点C到该点管路的压力损失值；由于C’→C距离很小，管路压力损失值可忽略不计，故定压点到水泵吸入口的段的任意一点压力值均近似为该点的静水压高度。

故冷水机组置于C’C段时，其机组的承压均近似等于冷水机组接入点的静水压高度。相比设置于其他管段，机组的承压明显减少了“水泵扬程 -从定压点沿着水流方向到该点的管路压力损失值。”这部分压力。

四、如何计算定压膨胀水箱的设置高度

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》8.5.18条知：闭式空调水系统定压点的最低压力宜使得管道系统任何一点的表压均高于5KPa以上。
对于图五（a），很明显只需要保持膨胀水箱液面距离系统压力最低点A点的高度满足5KPa即可。

对于图五（b），如何来满足系统压力最低点A点的静压力值大于等于5KPa呢？首先设水箱液面至B点的高度为H’，设水泵的扬程为Hy，设B点沿着水流方向到A点的管路阻力损失值为ΔH1，设A点沿着水流方向到B点的管路阻力损失值为ΔH2。则A点的静压力值可根据前述结论表达为：

PA=（H’-H）+Hy-ΔH1≥5(KPa)

而，Hy=ΔH1+ΔH2

则H’≥5-ΔH2+H

所以，膨胀水箱的最小高度为：5KPa-A点到水泵吸入口的阻力损失+系统的垂直高度。

很明显图五（b）的水箱最低高度H’≥5-ΔH2+H，小于图五（a）的水箱最低高度5KPa。从而从另一个侧面解释了，为什么系统的定压点要设置于水泵得吸入点。

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