给水管道工作压力的计算方法

给水管道工作压力的计算方法

摘要：PVC-U管材因其重量轻、水力条件好、使用寿命长、安装简单等优点在各种供水管网中应用日益普及。但是，大口径PVC-U管材与传统管材相比因价格较高，建设期投资较多，而当今工程方案比选往往忽略动态费用（例日常运行费用等），影响了其推广应用。为此，通过对PVC-U管材与传统管材的技术经济比较，为大口径PVC-U给水管的推广应用创造条件。

一、引言

以传统管材（球墨铸铁管、混凝土管道）为计算准则，在传统管材最优实用流速下，以相同输水能力为基准，结合同规格PVC-U管材进行分析比较。

原始数据：管线流量取Q总=50000 m3/d =0.5787 m3/s；

管材选择：球墨铸铁管材DN800（K9级）；

混凝土管DN800

PVC-U管材Φ800×19.6mm

管线长度：L =19000m

参考依据：《室外给水设计规范》中华人民共和国国家标准

《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》中国工程建设标准化协会标准

二、管道的技术可行性分析

1、流速计算：

式中 di:管材内径（m）

u：管内水的平均流速（m/s）

Q：管材输水量（m3/s）

球墨铸铁管DN800（K9级）流速

=1.15 m/s

混凝土管DN800 流速

=1.15 m/s

PVC-U管材 流速

Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材

=1.27米/秒

结果表明,三种管材流速均在经济流速范围之内,是可行的。

2、水力计算：

球墨铸铁管水力计算

球墨铸铁管内流速＜1.2 m/s时，单位水头损失可由下式计算。

式中: ：每米管道的水头损失(米)

：管材内径（m）

：管内水的流速（m/s）

代入得水力坡降系数

=0.0029m

钢筋混凝土管水力计算

流速系数C可按下式计算

式中: ：每米管道的水头损失(米)；

：管材内径（m）；

R：水力半径 满流取d/4；

：管内水的流速（m/s）；

C：流速系数。

代入得单位水头损失

=0.00222m

PVC-U管材水力计算

塑料管的沿程损失可计算如下：

水力摩阻系数λ由下式计算

先确定管内流体的雷诺数Re

=966216

式中 Re：管内流体的雷诺数

di:管材内径（m）

u：管内水的流速（m/s）

υ：水在20℃下的粘度=1×10-6 （m2/s）

故Φ800×19.6mm管材λ

=0.011

沿程水头损失由下式计算：

=0.0012米水柱

结果表明，PVC-U管材由于内壁相当光滑，单位长度水头损失小于同口径铸铁管材或混凝土管，可有效降低水泵的扬程，节约运行成本。

3、水锤压力计算：

对停泵水锤压力增值可由以下公式计算：

其中压力波回流速度

式中 ：水锤压力（m）

：流速变化，取平均流速

a：压力波回流的速度（m/s）

：水的重力密度取10×103N/m3

K：水的体积模量取2200×106 N/m2

Ep：管材的弹性模量，PVC-U管材取3000×106 N/m2，球墨铸铁管材取160000×106 N/m2，混凝土管取206000×106 N/m2

di：管材内径

en：管材壁厚

压力波回流速度计算：

球墨铸铁管材

=889.8m/s

则水锤压力增值

=104.4米水柱

钢筋混凝土管

=1374m/s

则水锤压力增值

=161米水柱

PVC-U管材 Φ800×19.6mm：

=267m/s

水锤压力增值

=35米水柱

计算结果表明：因为PVC-U管材较球墨铸铁管材、钢筋混凝土管材具有更低的弹性模量，水锤压力的增值明显降低，可有效防止水锤压力波动对管材本身造成的危害，提高管道运行的安全性能。

4、PVC-U管材最大埋深计算

管道在外压荷载作用下的竖向变形计算公式：

式中 DL：变形滞后系数，取1.2

Kb：管底弧型土基的基床系数，当土基支撑角≥90°时,一般采用0.1

EP：管材弹性系数，取3KN/mm2

IP：管壁单位长度惯性矩e3/12（e为管材壁厚）

Ed：回填土综合变形模量，取3×10-3KN/mm2

D：管材外径mm

r0：PVC管计算半径 (D-e)/2 mm

W：作用在管顶的最大土载荷KN/m

γ：土的容重取18×10-9KN/mm3

H：管顶最大埋深mm

F：作用在管顶的最大动载荷，当埋深大于3米时不考虑动载荷

塑料管材在外压载荷作用下的竖向变形量不宜大于管直径的5%，当计算管材的最大埋深时，取F=0，计算Φ800×19.6mmPVC-U管材的最大埋深：

=5m

以上计算均为保守计算，如考虑柔性管“管-土共同作用”，实际最大埋深可大于理论计算埋深。不难看出，PVC-U管材具有良好的抗外压性能