給水管道壓力計算方法

一、引（yǐn）言

以傳統管材（球墨鑄鐵管、混凝土管（guǎn）道）為計算準則，在（zài）傳統管材較好實用流速下，以相（xiàng）同輸（shū）水能力為基準，結合同規（guī）格江蘇PVC管管材進行分析比較。

原始數據：管線流量取Q總（zǒng）=50000 m3/d =0.5787 m3/s；

管材選擇：球墨鑄（zhù）鐵管材（cái）DN800（K9級）；

混凝土管DN800

PVC-U管（guǎn）材Φ800×19.6mm

管線長（zhǎng）度：L =19000m

參考依據：《室外（wài）給水設計規範》中華人民共和國國家標準

《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術（shù）規程》中國工程（chéng）建設標準化協會標準

二、管道的技（jì）術可行性分（fèn）析

1、流速計算：

式中 di:管材（cái）內徑（m）

u：管內（nèi）水的平均流速（sù）（m/s）

Q：管材輸（shū）水量（m3/s）

球墨鑄鐵管DN800（K9級）流速=1.15 m/s

混凝土管DN800 流速（sù）=1.15 m/s

PVC-U管材（cái）流速（sù）

Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材=1.27米/秒

結果表（biǎo）明,三（sān）種管材流速（sù）均在經濟流速範圍之內,是可（kě）行的。

2、水力計算：

球墨（mò）鑄鐵管水力計算

球墨鑄（zhù）鐵管內流速＜1.2 m/s時，單位水頭損（sǔn）失可由下（xià）式計算。

式中: ：每米管（guǎn）道的水頭損失(米)

：管材內徑（m）

：管內水的流速（m/s）

代（dài）入得水力坡降係數=0.0029m

鋼筋混凝土管水力計算

流速係數C可按下式計算（suàn）

式中: ：每米管（guǎn）道的水頭（tóu）損失(米)；

：管材內徑（m）；

R：水力半徑滿（mǎn）流取d/4；

：管內水的（de）流速（sù）（m/s）；

C：流速係數。

代入得單位水（shuǐ）頭損失=0.00222m

PVC-U管材水力計算

塑料管的沿程損失可計算如（rú）下：

水力摩阻係數λ由（yóu）下式計算

先確定管（guǎn）內流體的雷（léi）諾數Re =966216

式中 Re：管內流體（tǐ）的雷（léi）諾數

di:管材內徑（m）

u：管內水的流速（m/s）

υ：水在20℃下的粘度=1×10-6 （m2/s）

故Φ800×19.6mm管材λ=0.011

沿程水頭損失由下式計算：=0.0012米水柱

結果表明，PVC-U管材（cái）由於內壁相當光滑，單位長度水（shuǐ）頭損失小於同口徑鑄鐵管材或混凝（níng）土管（guǎn），可（kě）有效降低水泵的揚程，節約運行成本。

3、水錘壓力（lì）計算：

對停泵水錘壓力增值可由以下公（gōng）式計算：其中壓力波回流速度式中：水錘壓力（lì）（m）：流速變化，取平均流速

a：壓（yā）力波回流的速度（m/s）：水（shuǐ）的重力密度取（qǔ）10×103N/m3 

K：水的體積模量（liàng）取2200×106 N/m2

Ep：管材的彈性模量，PVC-U管材取3000×106 N/m2，球墨鑄鐵管（guǎn）材取160000×106 N/m2，混凝土管（guǎn）取（qǔ）206000×106 N/m2

di：管材（cái）內徑

en：管材壁厚

壓力波回流速（sù）度計算：

球墨鑄鐵管材=889.8m/s

則水錘壓力（lì）增值=104.4米水（shuǐ）柱

鋼筋混凝土管=1374m/s

則水錘壓力增（zēng）值=161米水柱（zhù）

PVC-U管材 Φ800×19.6mm：=267m/s

水錘壓力增值（zhí）=35米（mǐ）水柱

計（jì）算結果表（biǎo）明：因為PVC-U管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管（guǎn）材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低（dī），可有效防止水錘壓力（lì）波動對管材本身造成的（de）危害，提高管道（dào）運行的安（ān）全性能。

4、PVC-U管材較大埋（mái）深計算

管道在外壓荷載作用下的豎向（xiàng）變形計算公式：

式（shì）中 DL：變形（xíng）滯後係數，取1.2

Kb：管底弧型土基的基床係數，當土基支撐角≥90°時,一（yī）般采用0.1

EP：管材彈性係數，取3KN/mm2

IP：管壁（bì）單位長度慣性矩e3/12（e為管（guǎn）材壁厚）

Ed：回（huí）填土綜合變（biàn）形模量，取3×10-3KN/mm2

D：管材外徑mm

r0：PVC管計算半徑 (D-e)/2 mm

W：作（zuò）用在管頂的（de）較大土（tǔ）載荷KN/m

γ：土的容重取18×10-9KN/mm3 

H：管（guǎn）頂較大埋深mm

F：作用在管頂的較大動載荷，當埋深大於3米時不考慮動載荷

塑料管材在外壓載荷作用下（xià）的豎向變形（xíng）量不宜大（dà）於管（guǎn）直徑（jìng）的5%，當計算管材的較大埋（mái）深時（shí），取F=0，計（jì）算（suàn）Φ800×19.6mmPVC-U管材的較大埋深=5m

以上計算均為保守計算，如考慮柔性管“管-土共同作用”，實際較大埋深可大於理論（lùn）計算埋深。不難看出，PVC-U管（guǎn）材具有良好的抗（kàng）外壓性（xìng）能。