給水管道壓力計算方法（fǎ）

一、引言

以傳統（tǒng）管（guǎn）材（球墨鑄鐵管、混（hún）凝土管道）為計算準則，在傳統管（guǎn）材較好實用流速下（xià），以相同輸（shū）水（shuǐ）能力為基準，結合同（tóng）規格江蘇PVC管管材進行分析比（bǐ）較。

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

管材選（xuǎn）擇：球墨鑄鐵管材DN800（K9級）；

混凝土管DN800

PVC-U管（guǎn）材Φ800×19.6mm

管線長度：L =19000m

參考依據：《室（shì）外給水設計規（guī）範》中華人（rén）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》中國工程建設標準化協會標準

二、管道的（de）技術可行性分析

1、流速計算（suàn）：

式（shì）中 di:管材內徑（m）

u：管內水的平均流速（m/s）

Q：管材輸水量（m3/s）

球墨鑄鐵管DN800（K9級）流（liú）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（guǎn）材=1.27米/秒

結果表明,三種管材（cái）流速均在經濟（jì）流速範圍之內,是可（kě）行的。

2、水力計算：

球墨鑄鐵管水力（lì）計算

球墨（mò）鑄鐵管（guǎn）內流速＜1.2 m/s時，單位水頭損失可由下式計（jì）算。

式中: ：每米管道的水頭損失(米)

：管材內徑（m）

：管內水的（de）流速（m/s）

代入得水力坡降係數=0.0029m

鋼筋混凝（níng）土管水力計算

流速係數C可按下式計算（suàn）

式中（zhōng）: ：每米管道的水頭損失(米)；

：管材內徑（m）；

R：水力半徑（jìng）滿流取d/4；

：管內水（shuǐ）的流速（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（de）沿程損失可計算如下：

水力摩阻係數λ由下式（shì）計算

先確定管內流體的雷諾數Re =966216

式中（zhōng） 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：水在20℃下的粘度=1×10-6 （m2/s）

故（gù）Φ800×19.6mm管材（cái）λ=0.011

沿程水頭損失由下（xià）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於同口徑鑄鐵管材（cái）或混凝土管，可有效（xiào）降低水泵的揚程，節約運行成本。

3、水錘壓力計算（suàn）：

對停泵水錘壓力增值可由以下公式計算：其中壓力（lì）波回流速度式（shì）中：水錘壓力（m）：流速（sù）變化，取平均（jun1）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（mò）鑄鐵（tiě）管材取160000×106 N/m2，混凝（níng）土管取206000×106 N/m2

di：管材內徑

en：管材壁厚

壓力波（bō）回流速度計（jì）算：

球墨（mò）鑄鐵（tiě）管材=889.8m/s

則水錘（chuí）壓（yā）力（lì）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

計算結果表明：因為PVC-U管（guǎn）材較球墨（mò）鑄鐵管（guǎn）材、鋼筋混凝土管材具有更（gèng）低的彈性模（mó）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（tí）高管道運行（háng）的安全性能。

4、PVC-U管材較大埋深計算

管道在外壓（yā）荷載作用下的豎向變形計（jì）算公式：

式中 DL：變形滯後係數，取1.2

Kb：管底弧型（xíng）土基的基床係數，當土基支撐角（jiǎo）≥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（guàn）性矩e3/12（e為管（guǎn）材（cái）壁厚）

Ed：回填土綜合變形模量（liàng），取3×10-3KN/mm2

D：管材外徑mm

r0：PVC管計算半徑 (D-e)/2 mm

W：作用在管頂的較（jiào）大土（tǔ）載荷KN/m

γ：土的容重取18×10-9KN/mm3 

H：管頂較大埋（mái）深mm

F：作用在管頂的較大動載荷，當埋深（shēn）大（dà）於3米時不考慮動載荷

塑料管材在外壓載荷（hé）作用下的豎向變形量（liàng）不宜大（dà）於管直徑的5%，當計算管材（cái）的較大埋深時，取F=0，計算Φ800×19.6mmPVC-U管材的較大埋深（shēn）=5m

以上（shàng）計算均為保（bǎo）守計算，如考慮柔性管“管-土共同作用”，實際（jì）較大埋深（shēn）可大於理論計算埋（mái）深。不難看出，PVC-U管材具有良好的抗外（wài）壓性能。