給水管道壓力計算方法
一、引言
以傳統(tǒng)管材（球墨鑄鐵管、混凝土管道）為計算準則，在傳統(tǒng)管材最優(yōu)實用流速下，以相同輸水能力為基準，結(jié)合同規(guī)格PVC-U管材進行分析比較。
原始數(shù)據(jù)：管線流量取Q總=50000 m3/d =0.5787 m3/s；
管材選擇：球墨鑄鐵管材DN800（K9級）；
混凝土管DN800
PVC-U管材Φ800×19.6mm
管線長度：L =19000m
參考依據(jù)：《室外給水設(shè)計規(guī)范》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(guī)程》中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準
二、管道的技術(shù)可行性分析
1、流速計算：
式中 di:管材內(nèi)徑（m）
u：管內(nèi)水的平均流速（m/s）
Q：管材輸水量（m3/s）
球墨鑄鐵管DN800（K9級）流速=1.15 m/s
混凝土管DN800 流速=1.15 m/s
PVC-U管材 流速
Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材=1.27米/秒
結(jié)果表明,三種管材流速均在經(jīng)濟流速范圍之內(nèi),是可行的。
2、水力計算：
球墨鑄鐵管水力計算
球墨鑄鐵管內(nèi)流速＜1.2 m/s時，單位水頭損失可由下式計算。
式中: ：每米管道的水頭損失(米)
：管材內(nèi)徑（m）
：管內(nèi)水的流速（m/s）
代入得水力坡降系數(shù)=0.0029m
鋼筋混凝土管水力計算
流速系數(shù)C可按下式計算
式中: ：每米管道的水頭損失(米)；
：管材內(nèi)徑（m）；
R：水力半徑 滿流取d/4；
：管內(nèi)水的流速（m/s）；
C：流速系數(shù)。
代入得單位水頭損失=0.00222m
PVC-U管材水力計算
塑料管的沿程損失可計算如下：
水力摩阻系數(shù)λ由下式計算
先確定管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re =966216
式中 Re：管內(nèi)流體的雷諾數(shù)
di:管材內(nèi)徑（m）
u：管內(nèi)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(jié)果表明，PVC-U管材由于內(nèi)壁相當光滑，單位長度水頭損失小于同口徑鑄鐵管材或混凝土管，可有效降低水泵的揚程，節(jié)約運行成本。
3、水錘壓力計算：
對停泵水錘壓力增值可由以下公式計算：其中壓力波回流速度式中：水錘壓力（m）：流速變化，取平均流速
a：壓力波回流的速度（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，混凝土管取206000×106 N/m2
di：管材內(nèi)徑
en：管材壁厚
壓力波回流速度計算：
球墨鑄鐵管材=889.8m/s
則水錘壓力增值=104.4米水柱
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
水錘壓力增值=35米水柱
計算結(jié)果表明：因為PVC-U管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低，可有效防止水錘壓力波動對管材本身造成的危害，提高管道運行的安全性能。
4、PVC-U管材最大埋深計算
管道在外壓荷載作用下的豎向變形計算公式：
式中 DL：變形滯后系數(shù)，取1.2
Kb：管底弧型土基的基床系數(shù)，當土基支撐角≥90°時,一般采用0.1
EP：管材彈性系數(shù)，取3KN/mm2
IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為管材壁厚）
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 (D-e)/2 mm
W：作用在管頂?shù)淖畲笸凛d荷KN/m
γ：土的容重取18×10-9KN/mm3
H：管頂最大埋深mm
F：作用在管頂?shù)淖畲髣虞d荷，當埋深大于3米時不考慮動載荷
塑料管材在外壓載荷作用下的豎向變形量不宜大于管直徑的5%，當計算管材的最大埋深時，取F=0，計算Φ800×19.6mmPVC-U管材的最大埋深=5m
以上計算均為保守計算，如考慮柔性管“管-土共同作用”，實際最大埋深可大于理論計算埋深。不難看出，PVC-U管材具有良好的抗外壓性能。
給水管道壓力計算方法
發(fā)布時間：2014-01-18
