給水管道壓（yā）力計算方法

一、引言

以傳（chuán）統管材（球墨鑄（zhù）鐵管、混凝土管（guǎn）道）為計算準（zhǔn）則，在傳統管材較好實用流速下（xià），以相同輸水能（néng）力為（wéi）基準，結合同規格江蘇PVC管（guǎn）管材進行分析比較。

原始（shǐ）數據（jù）：管線（xiàn）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：《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（xī）給水管（guǎn）道（dào）工（gōng）程技術規程》中國工程建設標準化協（xié）會標準

二、管（guǎn）道的技術（shù）可行性（xìng）分（fèn）析

1、流速計算：

式中 di:管材內徑（m）

u：管內水的平均流速（m/s）

Q：管材輸水量（liàng）（m3/s）

球（qiú）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（cái）=1.27米/秒

結果（guǒ）表明,三種管材（cái）流速（sù）均在經濟流速範圍之內,是可行的。

2、水力計算：

球墨鑄鐵管水力計算

球墨鑄鐵管內流速＜1.2 m/s時，單位水頭損失可由（yóu）下式計算（suàn）。

式中: ：每米管道的水頭損失(米)

：管材內徑（m）

：管內水的流速（m/s）

代入得水力（lì）坡降係數（shù）=0.0029m

鋼筋混凝（níng）土管水力計算

流速（sù）係（xì）數C可按下式（shì）計算

式中（zhōng）: ：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；

：管內水的流速（m/s）；

C：流速係數。

代入得單位水頭損（sǔn）失=0.00222m

PVC-U管材（cái）水力計算

塑料管（guǎn）的沿程損失可計算如下：

水（shuǐ）力摩（mó）阻係數λ由下式計算

先確定管內流體的雷（léi）諾數Re =966216

式中 Re：管內流體的雷諾數

di:管材內徑（m）

u：管內水的流速（m/s）

υ：水（shuǐ）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，單位長度水頭損失小（xiǎo）於同口（kǒu）徑（jìng）鑄鐵管材或混凝（níng）土（tǔ）管，可有效降低水泵的揚程，節約運行成本。

3、水錘壓力計算：

對（duì）停泵水錘（chuí）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（de）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（guǎn）材取3000×106 N/m2，球墨鑄（zhù）鐵管材取160000×106 N/m2，混凝土管取206000×106 N/m2

di：管材內徑

en：管材壁厚

壓力波回流速度計算：

球墨鑄鐵管材（cái）=889.8m/s

則水錘壓力增值=104.4米水（shuǐ）柱

鋼筋混凝土管=1374m/s

則水錘（chuí）壓力（lì）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（suàn）結果表明：因為PVC-U管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝（níng）土管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明（míng）顯降（jiàng）低（dī），可有效防止水錘壓（yā）力波動（dòng）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（guǎn）材較大埋深計算

管道在外（wài）壓荷載作用下的豎向變形計算公式（shì）：

式中 DL：變形滯後係數，取1.2

Kb：管底弧型土（tǔ）基的基床（chuáng）係數，當土基支撐角≥90°時,一般（bān）采用（yòng）0.1

EP：管材彈性係（xì）數，取3KN/mm2

IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為（wéi）管材（cái）壁厚）

Ed：回（huí）填土綜合（hé）變形模量，取3×10-3KN/mm2

D：管材外（wài）徑mm

r0：PVC管計算半徑 (D-e)/2 mm

W：作用（yòng）在管頂的較大土載荷KN/m

γ：土的容重取18×10-9KN/mm3 

H：管頂較大埋深mm

F：作用在管頂的較大動載（zǎi）荷，當埋深大於3米（mǐ）時不考慮動載荷

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

以上計算（suàn）均為保守計算，如考慮柔性管“管-土共（gòng）同作用”，實際較大埋深可大於理論計算埋深。不難（nán）看出，PVC-U管材具有良好的抗外壓性能。