給水管道壓（yā）力計算方法

一、引言

以傳統管（guǎn）材（球墨鑄鐵管、混凝土管道）為（wéi）計（jì）算準則（zé），在傳統管材較好實用流速下，以相同輸水能（néng）力為基準，結合（hé）同規格江蘇PVC管管材進行（háng）分析比較（jiào）。

原始數據：管線流量取Q總=50000 m3/d =0.5787 m3/s；

管（guǎn）材選（xuǎn）擇：球墨鑄鐵管材DN800（K9級）；

混凝土管DN800

PVC-U管材Φ800×19.6mm

管線長（zhǎng）度：L =19000m

參考依據：《室外給水設計規範》中華人民共和國國家標準

《埋地硬聚氯（lǜ）乙烯給水管道工程技術規程》中國工程建設標準化協（xié）會標準

二、管道的技（jì）術（shù）可行性分析

1、流速計算：

式中 di:管（guǎn）材（cái）內徑（m）

u：管內水的平均流速（m/s）

Q：管材輸水量（liàng）（m3/s）

球墨鑄鐵管DN800（K9級（jí））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（cái）=1.27米/秒

結果（guǒ）表明,三種管材流速均在經濟流速範圍之內,是可行（háng）的（de）。

2、水力計算：

球墨鑄鐵管水力計算

球墨鑄鐵（tiě）管內流速＜1.2 m/s時，單位水頭損失可由下式計算。

式中: ：每米（mǐ）管道的水頭損失(米)

：管材內徑（m）

：管內水的（de）流速（m/s）

代入得水力坡降（jiàng）係數=0.0029m

鋼筋混凝土管水力（lì）計算（suàn）

流速係（xì）數C可按下式計算

式中: ：每米管道的（de）水頭（tóu）損失(米)；

：管材內徑（m）；

R：水力半徑滿流取d/4；

：管內水的流速（m/s）；

C：流速係數（shù）。

代（dài）入得單位水頭損失=0.00222m

PVC-U管（guǎn）材水力計算

塑料管的（de）沿程（chéng）損失可計算如下：

水（shuǐ）力摩阻係數λ由下式計算

先確定管內流體的雷諾數Re =966216

式中 Re：管內流體的雷諾（nuò）數

di:管（guǎn）材內徑（m）

u：管內水的流速（m/s）

υ：水在20℃下（xià）的粘度=1×10-6 （m2/s）

故Φ800×19.6mm管材λ=0.011

沿程水（shuǐ）頭損失由下式計算：=0.0012米水（shuǐ）柱

結果表明，PVC-U管材由於內壁相當（dāng）光滑，單位（wèi）長（zhǎng）度水頭損失小於同口徑鑄鐵管材或混凝土管，可有效降低（dī）水（shuǐ）泵的（de）揚程，節約運行成本。

3、水錘壓力計算：

對停泵水錘（chuí）壓力增值可由（yóu）以下公式計（jì）算：其（qí）中壓力（lì）波回流速度式中（zhōng）：水錘壓力（m）：流（liú）速變化，取平（píng）均流速

a：壓力波回流的速（sù）度（m/s）：水的重力密度取10×103N/m3 

K：水的體積模量取2200×106 N/m2

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

di：管材內徑

en：管材壁厚（hòu）

壓力波回流速（sù）度計算：

球墨鑄鐵管材=889.8m/s

則水錘壓力增值=104.4米（mǐ）水柱

鋼筋混凝土管=1374m/s

則水錘壓力增值=161米水柱

PVC-U管材 Φ800×19.6mm：=267m/s

水錘壓（yā）力增值=35米水柱

計算結果表明：因為PVC-U管材較球墨鑄鐵管材（cái）、鋼（gāng）筋混凝土管材具有更低的彈（dàn）性模量，水錘壓力的增值明顯降低（dī），可有效（xiào）防止水錘壓力波動對管材本身造成的危害，提高管道運行的安（ān）全性能。

4、PVC-U管材較大埋深計算

管道（dào）在外壓（yā）荷載作用下的豎（shù）向變形計（jì）算公式：

式中 DL：變形滯後係數，取1.2

Kb：管（guǎn）底弧型（xíng）土基的基（jī）床（chuáng）係數（shù），當土基（jī）支撐角≥90°時,一般采用0.1

EP：管材彈性係數，取3KN/mm2

IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為（wéi）管材壁厚）

Ed：回填土綜合變形模量，取3×10-3KN/mm2

D：管材外徑mm

r0：PVC管計算半徑（jìng） (D-e)/2 mm

W：作用在管頂的較大土載荷KN/m

γ：土的容（róng）重取18×10-9KN/mm3 

H：管頂較大埋深mm

F：作用在管頂的較大動載荷（hé），當埋深大於3米時不考慮（lǜ）動載荷

塑料管材在外壓載荷作用（yòng）下的豎向變形量不宜大於管直徑的5%，當（dāng）計算管材的較大埋深時（shí），取F=0，計算（suàn）Φ800×19.6mmPVC-U管材的較大埋深=5m

以上計算（suàn）均為保守計算（suàn），如考（kǎo）慮柔性管“管-土共同作用（yòng）”，實際較（jiào）大埋深可大於理論計算埋深。不（bú）難看出，PVC-U管（guǎn）材具有良好的抗外壓（yā）性（xìng）能。