管段流量管径和水头损失

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城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 1建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 2建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 一 节 管 网 计 算 新 建 和 扩 建 的 城 市 管 网 按 最 高 时 用 水 量 Qh计 算 , 据 此 求 出 所有 管 段 的 直 径 、 水 头 损 失 、 水 泵 扬 程 和 水 塔 高 度 (当 设 置 水塔 时 )。 并 在 此 管 径 基 础 上 , 按 其 它 用 水 情 况 , 如 消 防 时 、事 故 时 、 对 置 水 塔 系 统 在 最 高 转 输 时 各 管 段 的 流 量 和 水 头损 失 , 从 而 可 以 知 道 按 最 高 用 水 时 确 定 的 管 径 和 水 泵 扬 程能 否 满 足 其 它 用 水 时 的 水 量 和 水 压 要 求 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 3建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 网 计 算 的 课 题 管 网 计 算 步 骤 求 沿 线 流 量 和 节 点 流 量 ; 求 管 段 计 算 流 量 ; 确 定 各 管 段 的 管 径 和 水 头 损 失 ; 进 行 管 网 水 力 计 算 或 技 术 经 济 计 算 ; 确 定 水 塔 高 度 和 水 泵 扬 程 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 4建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 二 节 管 网 图 形 及 简 化 在 管 网 计 算 中 , 城 市 管 网 的 现 状 核 算 以 及 现 有 管 网 的 扩 建 计 算 最 为 常 见 。 除 了 新 设 计 的 管 网 , 因 定 线 和 计 算 仅 限 于 干 管 而 不 是 全 部 管 线 的 情 况 外 ,对 改 建 和 扩 建 的 管 网 往 往 将 实 际 的 管 网 适 当 加 以 简 化 , 保 留 主 要 的 干 管 ,略 去 一 些 次 要 的 、 水 力 条 件 影 响 较 小 的 管 线 。 但 简 化 后 的 管 网 基 本 上 能 反 映 实 际 用 水 情 况 , 使 计 算 工 作 量 可 以 减 轻 。 管 网 图 形 简 化 是 在 保 证 计 算 结 果 接 近 实 际 情 况 的 前 提 下 , 对 管 线 进 行 的 简化 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 5建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 网 图 形 及 简 化 管 网 图 形 简 化 可 分 为 分 解 、 合 并 、 省 略 分 解 : 只 由 一 条 管 线 连 接 的 两 管 网 , 都 可 以 把 连 接 管 线 断 开 , 分 解 成为 两 个 独 立 的 管 网 。 由 两 条 管 线 连 接 的 分 支 管 网 , 如 它 位 于 管 网 的 末端 且 连 接 管 线 的 流 向 和 流 量 可 以 确 定 , 也 可 进 行 分 解 , 管 网 经 分 解 后即 可 分 别 计 算 。 合 并 : 管 径 较 小 、 相 互 平 行 且 靠 近 的 管 线 可 考 虑 合 并 。 省 略 : 管 线 省 略 时 , 首 先 是 略 去 水 力 条 件 影 响 较 小 的 管 线 , 也 就 是 省略 管 网 中 管 径 相 对 较 小 的 管 线 , 管 线 省 略 后 的 计 算 结 果 是 偏 于 安 全 的 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 6建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 网 图 形 及 简 化 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 7建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 三 节 沿 线 流 量 和 节 点 流 量 管 网 计 算 时 并 不 包 括 全 部 管 线 , 而 是 只 计 算 经 过 简 化 后 的 干 管 网 。 干 管 网 的 节 点 包 括 : 水 源 节 点 , 如 泵 站 、 水 塔 或 高 位 水 池 ; 不 同 管 径 或 不 同 材 质 的 管 线 交 接 点 ; 两 管 段 交 点 或 集 中 向 大 用 户 供 水 的 点 。 两 节 点 之 间 的 管 线 称 为 管 段 。 管 段 顺 序 连 接 形 成 管 线 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 8建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 和 节 点 流 量 起 点 和 终 点 重 合 的 管 线 称 为 管 网 的 环 。 环 中 不 含 其 它 环 , 称 为 基 环 。 几 个 基 环 合 成 的 环 , 称 为 大 环 。 多 水 源 的 管 网 , 为 了 计 算 方 便 , 有 时 将 两 个 或 多 个 水 压 已 定 的 水 源 节 点 ( 泵 站 、水 塔 等 ) 用 虚 线 和 虚 节 点 0连 接 起 来 , 也 形 成 环 , 因 实 际 上 并 不 存 在 , 所 以 叫做 虚 环 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 9建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 和 节 点 流 量 沿 线 流 量 : 是 指 供 给 该 管 段 两 侧 用 户 所 需 流 量 。 节 点 流 量 : 是 从 沿 线 流 量 折 算 得 出 的 并 且 假 设 是 在 节 点 集中 流 出 的 流 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 10建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 工 业 企 业 给 水 管 网 , 大 量 用 水 集 中 在 少 数 车 间 , 配 水 情 况比 较 简 单 。 城 市 给 水 管 线 , 沿 管 线 配 水 , 情 况 比 较 复 杂 。 假 定 用 水 量 均 匀 分 布 在 全 部 干 管 上 。 比 流 量 : 干 管 线 单 位 长 度 的 流 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 11建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 比 流 量 计 算度按一半计算。有一侧配水的管线,长(不配水)的管线;只园等无建筑物地区,不包括穿越广场、公干管总长度,;和,大用户集中用水量总;管网总用水量,;比流量,m s/Ls/LQ )ms/(L lqq l qQq ss 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 12建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 沿 线 最 高 用 水 时 和 最 大 转 输 时 的 比 流 量 不 同 , 所 以 在 管 网 计 算 时 须 分别 计 算 。 城 市 内 人 口 密 度 或 房 屋 卫 生 设 备 条 件 不 同 的 地 区 , 也 应 该 根 据 各 区 的用 水 量 和 干 管 线 长 度 , 分 别 计 算 其 比 流 量 , 以 得 出 比 较 接 近 实 际 用 水的 结 果 。 沿 线 流 量 的 计 算 :。该管段的长度,;沿线流量,mL s/L 11q lqq s 整 个 管 网 的 沿 线 流 量 总 和 q1, 等 于 qsl。 qsl值 等 于 管网 供 给 的 总 用 水 量 减 去 大 用 户 集 中 用 水 量 , 即 等 于 Q q。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 13建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 沿 线 流 量 沿 线 按 照 用 水 量 全 部 均 匀 分 布 在 干 管 上 的 假 定 以 求 出 比 流 量 的 方 法 , 存 在 一定 的 缺 陷 。 因 为 它 忽 视 了 沿 线 供 水 人 数 和 用 水 量 的 差 别 , 所 以 与 各 管 段 的 实际 配 水 量 并 不 一 致 。 为 此 提 出 另 一 种 按 该 管 段 的 供 水 面 积 决 定 比 流 量 的 计 算方 法 。该管段的供水面积,;沿线流量, 211 mA s/Lq Aqq A水面积为三角形。边上的管段,其两侧供积为梯形,在在街区短的管段,其两侧供水面长边上法来划分街区。在街区面积可用等分角线的方面积按一半计算;供水一侧配水的管线,供水配水)的管线,只有园等无建筑物地区(不,不包括穿越广场、公干管总供水面积,;和,大用户集中用水量总;管网总用水量,);(比流量,22 m s/Ls/LQ ms/L Aqq A qQqAA 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 14建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 节 点 流 量 管 网 中 任 一 管 段 的 流 量 , 由 两 部 分 组 成 : 一 部 分 是 沿 该 管 段 长 度 L配 水 的 沿 线 流量 q1, 另 一 部 分 是 通 过 该 管 段 输 水 到 以 后 管 段 的 转 输 流 量 qt转 输 流 量 沿 整 个 管 段不 变 , 而 沿 线 流 量 由 于 管 段 沿 线 配 水 , 所 以 管 段 中 的 流 量 顺 水 流 方 向 逐 渐 减 小 ,到 管 段 末 端 只 剩 下 转 输 流 量 。 管 段 起 端 的 流 量 等 于 转 输 流 量 qt加 沿 线 流 量 q1, 到 末 端 只 有 转 输 流 量 qt , 因 此 从管 段 起 点 到 终 点 的 流 量 是 变 化 的 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 15建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 节 点 流 量 对 于 流 量 变 化 的 管 段 , 难 以 确 定 管 径 和 水 头 损 失 , 所 以 有 必 要 将 沿 线流 量 转 化 成 从 节 点 流 出 的 流 量 。 这 样 , 沿 管 线 不 再 有 流 量 流 出 , 即 管段 中 的 流 量 不 再 沿 管 线 变 化 , 就 可 根 据 该 流 量 确 定 管 径 。 沿 线 流 量 化 成 节 点 流 量 的 原 理 : 是 求 出 一 个 沿 线 不 变 的 折 算 流 量 q, 使它 产 生 的 水 头 损 失 等 于 实 际 上 沿 管 线 变 化 的 流 量 qX产 生 的 水 头 损 失 。 q=q t+ q1 折 算 系 数 : 是 把 沿 线 变 化 的 流 量 折 算 成 在 管 段 两 端 节 点 流 出 的 流 量 ,即 节 点 流 量 的 系 数 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 16建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 节 点 流 量 管 网 任 一 节 点 的 节 点 流 量 为 : qi= q1=0.5 q1 任 一 节 点 i的 节 点 流 量 qi等 于 与 该 节 点 相 连 各 管 段 的 沿 线 流 量q1总 和 的 一 半 。 城 市 管 网 中 , 工 业 企 业 等 大 用 户 所 需 流 量 , 可 直 接 作 为 接 入大 用 户 节 点 的 节 点 流 量 。 工 业 企 业 内 的 生 产 用 水 管 网 , 水 量 大 的 车 间 用 水 量 也 可 直 接作 为 节 点 流 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 17建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 四 节 管 段 计 算 流 量 沿 线 任 一 管 段 的 计 算 流 量 实 际 上 包 括 该 管 段 两 侧 的 沿 线 流量 和 通 过 该 管 段 输 送 到 以 后 管 段 的 转 输 流 量 。 为 了 初 步 确定 管 段 计 算 流 量 , 必 须 按 最 大 时 用 水 量 进 行 流 量 分 配 , 得出 各 管 段 流 量 后 , 才 能 据 此 流 量 确 定 管 径 和 进 行 水 力 计 算 。 求 出 节 点 流 量 后 , 就 可 以 进 行 管 网 的 流 量 分 配 , 分 配 到 各管 段 的 流 量 已 经 包 括 了 沿 线 流 量 和 转 输 流 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 18建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 单 水 源 树 状 管 网 流 量 分 配 任 一 管 段 的 流 量 等 于 该 管 段 以 后 ( 顺 水 流 方 向 ) 所 有 节 点 流 量 的 总 和 。 如 q3-4=q4+q5+q8+q9+q10 树 状 网 的 流 量 分 配 比 较 简 单 , 各 管 段 的 流 量 易 于 确 定 , 并 且 每 一 管 段 只 有唯 一 的 流 量 值 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 19建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 环 状 网 流 量 分 配 环 状 网 的 流 量 分 配 比 较 复 杂 。 任 一 节 点 的 流 量 包 括 该 节 点 流 量 和 流 向 以 及 流 离该 节 点 的 几 条 管 段 流 量 。 所 以 环 状 网 流 量 分 配 时 , 不 可 能 对 每 一 管 段 得 到 唯 一的 流 量 值 。 分 配 流 量 时 , 必 须 保 持 每 一 节 点 的 水 流 连 续 性 , 也 就 是 流 向 任 一 节 点 的 流 量 必须 等 于 流 离 该 节 点 的 流 量 , 以 满 足 节 点 流 量 平 衡 的 条 件 。的管段流量,到节点从节点;的节点流量,节点s/Ljiq s/Li0 iji ijiq qq 假 定 离 开 节 点 的 流 量 为 正 ,流 向 节 点 的 流 量 为 负 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 20建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 环 状 网 流 量 分 配 以 节 点 1为 例 : q1 Q+q1-2+q1-4=0 对 节 点 1来 说 , 即 使 进 入 管 网 的 总 流 量 Q和 节 点流 量 q1已 知 , 各 管 段 的 流 量 , 如 q1-2, 和 q1-4等值 , 还 可 以 有 不 同 的 分 配 , 也 就 是 有 不 同 的 管段 流 量 。 如 果 在 分 配 流 量 时 , 对 其 中 的 一 条 , 例 如 管 段12分 配 很 大 的 流 量 q 1-2, 而 另 一 管 段 14分配 很 小 的 流 量 q1-4, 因 q1-2+q1-4仍 等 于 Q q1 ,即 保 持 水 流 的 连 续 性 , 这 时 敷 管 费 用 虽 然 比 较经 济 , 但 明 显 和 安 全 供 水 产 生 矛 盾 。 因 为 当 流量 很 大 的 管 段 12损 坏 需 要 检 修 时 , 全 部 流 量必 须 在 管 段 l4中 通 过 , 使 该 管 段 的 水 头 损 失过 大 , 从 而 影 响 到 整 个 管 网 的 供 水 量 或 水 压 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 21建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 环 状 网 可 以 有 许 多 不 同 的 流 量 分 配 方 案 , 每 一 方 案 所 得 的 管 径 也 有 差 异 , 管 网总 造 价 也 不 相 等 。 使 环 状 网 中 某 些 管 段 的 流 量 为 零 , 即 将 环 状 网 改 成 树 状 网 , 才 能 得 到 最 经 济 的流 量 分 配 , 但 是 树 状 网 并 不 能 保 证 可 靠 供 水 。 环 状 网 流 量 分 配 时 , 应 同 时 照 顾 经 济 性 和 可 靠 性 。 经 济 性 是 指 流 量 分 配 后 得 到 的 管 径 , 应 使 一 定 年 限 内 的 管 网 建 造 费 用 和 管 理 费用 为 最 小 。 可 靠 性 是 指 能 向 用 户 不 间 断 地 供 水 , 并 且 保 证 应 有 的 水 量 、 水 压 和 水 质 。 经 济 性 和 可 靠 性 之 间 往 往 难 以 兼 顾 , 一 般 只 能 在 满 足 可 靠 性 的 要 求 下 , 力 求 管 网 最 为 经 济 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 22建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 环 状 网 流 量 分 配 的 步 骤 按 照 管 网 的 主 要 供 水 方 向 , 初 步 拟 定 各 管 段 的 水 流 方 向 并 选 定 整 个 管 网 的 控 制 点 。控 制 点 是 管 网 正 常 工 作 时 和 事 故 时 必 须 保 证 所 需 水 压 的 点 , 一 般 选 在 给 水 区 内 离 二 级 泵站 最 远 或 地 形 较 高 之 处 。 为 了 可 靠 供 水 , 从 二 级 泵 站 到 控 制 点 之 间 选 定 几 条 主 要 的 平 行 干 管 线 , 这 些 平行 干 管 中 尽 可 能 均 匀 地 分 配 流 量 , 并 且 符 合 水 流 连 续 性 即 满 足 节 点 流 量 平 衡 的 条 件 。这 样 , 当 其 中 一 条 干 管 损 坏 , 流 量 由 其 它 干 管 转 输 时 , 不 会 使 这 些 干 管 中 的 流 量 增 加 过多 。 和 干 管 线 垂 直 的 连 接 管 , 其 作 用 主 要 是 沟 通 平 行 干 管 之 间 的 流 量 , 有 时 起 一 些 输 水 作用 , 有 时 只 是 就 近 供 水 到 用 户 , 平 时 流 量 一 般 不 大 , 只 有 在 干 管 损 坏 时 才 转 输 较 大 的 流量 , 因 此 连 接 管 中 可 分 配 较 少 的 流 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 23建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 段 计 算 流 量 多 水 源 管 网 应 由 每 一 水 源 的 供 水 量 定 出 其 大 致 供 水 范 围 ,初 步 确 定 各 水 源 的 供 水 分 界 线 ; 然 后 从 各 水 源 开 始 , 循 供 水 主 流 方 向 按 每 一 节点 符 合 qi+qij=0的 条 件 , 以 及 经 济 和 安 全 供 水的 考 虑 , 进 行 流 量 分 配 。 位 于 分 界 线 上 各 节 点 的 流 量 , 往 往 由 几 个 水 源同 时 供 给 。 各 水 源 供 水 范 围 内 的 全 部 节 点 流 量加 上 分 界 线 上 由 该 水 源 供 给 的 节 点 流 量 之 和 , 应 等 于 该 水 源 的 供 水 量 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 24建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 五 节 管 径 计 算 各 管 段 的 管 径 按 下 式 计 算。流速,;管段流量,;管段直径,s/mv s/mq m4 3D vqD 管 径 不 但 和 管 段 流 量 有 关 , 而 且 和 流 速 的 大 小 有 关 , 因 此 要 确 定 管 径 必 须 先选 定 流 速 。为 了 防 止 管 网 因 水 锤 现 象 出 现 事 故 , 最 大 设 计 流 速 不 应 超 过 2.53m/s;为 了 避 免 水 中 悬 浮 物 质 在 水 管 内 沉 积 , 最 低 流 速 通 常 不 得 小 于 0.6m/s; 因 此 , 须 在 上 述 流 速 范 围 内 , 根 据 当 地 的 经 济 条 件 , 考 虑 管 网 的 造 价 和 经 营管 理 费 用 , 来 选 定 合 适 的 流 速 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 25建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 流 量 已 定 时 , 管 径 和 流 速 的 平 方 根 成 反 比 。 流 量 相 同 时 , 如 果 流 速 取 得 小 些 ,管 径 相 应 增 大 , 此 时 管 网 造 价 增 加 , 可 是 管 段 中 的 水 头 损 失 却 相 应 减 小 , 因 此水 泵 所 需 扬 程 可 以 降 低 , 经 常 的 输 水 电 费 可 以 节 约 。 如 果 流 速 用 得 大 些 , 管 径 虽 然 减 小 , 管 网 造 价 有 所 下 降 , 但 水 头 损 失 增 大 , 因此 水 泵 所 需 扬 程 势 必 增 加 、 经 常 的 电 费 势 必 增 加 。 因 此 。 一 般 采 用 优 化 方 法 求 得 流 速 或 管 径 的 最 优 解 。 在 数 学 上 表 现 为 求 一 定 年 限 t( 称 为 投 资 偿 还 期 ) 内 管 网 造 价 和 管 理 费 用 ( 主 要是 电 费 ) 之 和 为 最 小 的 流 速 , 称 为 经 济 流 速 , 以 此 来 确 定 管 径 。流速,;管段流量,;管段直径,s/mv s/mq m4 3D vqD 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 26建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 投 资 偿 还 期 t年 内 的 总 费 用 及 年 折 算 费 用 计。,以管网造价的管网的折旧和大修率;计,可表示为,按管网造价的百分数费),和管网造价有关折旧费(包括大修理电费;每年管理费用;一次投资的管网造价年折算费用;年内的总费用;投资偿还期%p 100MMMCW t100 100110010021 1 111 CpW CpMM MCptCpMtCMtCtWW tCpMCMtCWt tt 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 27建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 环 状 管 网 造 价 C和 管 理 费 用 M都 和 管 径 D有 关 。 当 流 量 已 知 时 , 则 造 价 和 管 理费 用 与 流 速 v有 关 , 因 此 年 折 算 费 用 既 可 以 用 流 速 v的 函 数 也 可 以 用 管 径 D的 函数 表 示 。 流 量 一 定 时 , 如 管 径 D增 大 ( v相 应 减 小 ) , 则 管 网 造 价 和 折 旧 费 增 大 ,而 电 费减 小 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 28建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 年 折 算 费 用 W值 随 管 径 和 流 速 的 改 变 而 变 化 , 是 一 条 下 凹 的 曲 线 , 相 应 于 曲 线最 小 纵 坐 标 值 的 管 径 和 流 速 , 就 是 最 经 济 的 。 经 济 管 径 为 De, 经 济 流 速 为 ve。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 29建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 各 城 市 的 经 济 流 速 值 应 按 当 地 条 件 , 如 水 管 材 料 和 价 格 、 施 工 费 用 、 电 费 等来 确 定 , 不 能 直 接 套 用 其 它 城 市 的 数 据 。 另 一 方 面 , 管 网 中 各 管 段 的 经 济 流 速 也 不 一 样 , 有 时 简 便 地 应 用 “ 界 限 流 量表 (表 71)”确 定 经 济 管 径 。 第 7章 中 将 详 细 介 绍 输 水 管 和 管 网 的 经 济 流 速 计 算方 法 , 以 及 确 定 经 济 管 径 的 方 法 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 30建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 由 于 水 管 有 标 准 管 径 , 如 200mm, 250mm等 , 分 档 不 多 , 按 经 济 管 径 方 法 算出 的 不 一 定 就 是 标 准 管 径 , 这 时 可 选 用 相 近 的 标 准 管 径 。 设 计 中 也 可 采 用 平 均 经 济 流 速 ( 表 51) 来 确 定 管 径 , 得 出 的 是 近 似 经 济 管 径 。 一 般 大 管 径 可 取 较 大 的 平 均 经 济 流 速 , 小 管 径 可 取 较 小 的 平 均 经 济 流 速 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 31建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 管 径 计 算 以 上 是 指 水 泵 供 水 时 的 经 济 管 径 确 定 方 法 , 重 力 供 水 时 ,各 管 段 的 经 济 管 径 或 经 济 流 速 , 应 按 输 水 管 渠 和 管 网 通 过设 计 流 量 时 的 水 头 损 失 总 和 等 于 或 略 小 于 可 以 利 用 的 标 高差 来 确 定 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 32建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 流 量 和 水 头 损 失 的 关 系 给 水 管 网 任 一 管 段 两 端 节 点 的 水 压 和 该 管 段 水 头 损 失 之 间 有 下 列 关 系 : hij=Hi Hj Hi、 Hj从 某 一 基 准 面 算 起 的 管 段 起 端 i和 终 端 j的 水 压 , m; hij管 段 ij的 水 头 损 失 , m。 在 管 网 计 算 中 , 主 要 考 虑 沿 程 水 头 损 失 。 至 于 局 部 水 头 损 失 , 因 和 沿程 水 头 损 失 相 比 很 小 , 通 常 忽 略 不 计 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 33建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 均 匀 流 流 速 公 式 ( 谢 才 公 式 ) 重力加速度。;阻力系数,水管内径;或水力坡度;单位长度水头损失,;,圆管满流时,水力半径,谢才系数;管内平均流速;g 8Di 4DDD4RXARRC 22822 2 22222222 Cgv gvDgvDC ggvRC gRCvi RiCv 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 34建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算流量。;比阻,则有:q D64aa aqqD642gD16qD828 44 522 2252242 2222 22 C CC ggvDiCg DqvvDq 摩阻。管段长度;指数,通常为alsl 2n sqalqlaqh nnn li 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 35建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 给 水 管 的 三 种 水 流 流 态 阻 力 平 方 区 , 此 时 比 阻 a值 仅 和 管 径 及 水 管 内 壁 粗 糙 度 有 关 , 而 和 Re数( 雷 诺 数 ) 无 关 , 例 如 旧 铸 铁 管 和 旧 钢 管 在 流 速 v 1.2m s时 或 金 属管 内 壁 无 特 殊 防 腐 措 施 时 , 就 属 于 这 种 情 况 ; 过 渡 区 , 此 时 , 比 阻 a值 和 管 径 、 水 管 内 壁 粗 糙 度 以 及 Re数 有 关 , 例 如旧 铸 铁 管 和 旧 钢 管 在 流 速 v1.2m s时 , 以 及 石 棉 水 泥 管 在 各 种 流 速 时的 情 况 ; 水 力 光 滑 区 , 此 时 比 阻 a值 和 管 径 及 Re数 有 关 , 但 和 水 管 内 壁 祖 糙 度 无关 , 例 如 应 用 塑 料 管 和 玻 璃 管 时 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 36建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 舍 维 列 夫 公 式 3.03.12 25.33.142 23.12 v867.01Dv0.000912i1.2m/sv qD001736.0D1D16q00107.0Dv0.00107i1.2m/sv 10 时,时,摄氏度时:管,水温适用于旧铸铁管和旧钢计 算 旧 铸 铁 管 和 旧 钢 管 水 力 坡 度 i时 , 如 流 速 v1.2m/s,则 舍 维 列 夫 公 式 的 比 阻 a=0.001736/D5.3值 见 表 52。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 37建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 舍 维 列 夫 公 式 当 水 流 在 过 渡 区 ( v1.2m/s) , 应 在 表 52的 a值 上 乘 以 修 正 系 数 K,K值 见 表 53。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 38建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 巴 甫 洛 夫 斯 基 公 式 适 用 于 混 凝 土 管 、 钢 筋 混 凝 土 管 和 渠 道 的 水 头 损 失 计 算 。 。,式中,时,;,式中,时,会得到如下结果:,将此式带入,则有:值可采用时,凝土管,当对于混凝土管和钢筋混。水力半径,;般采用土管和钢筋混凝土管一管壁粗燥系数,混凝指数,)(谢才系数巴甫洛夫斯基公式中,33.5233.52 33.5233.52 252226161 2/1y D002021.0aqD002021.0aqi014.0n D001743.0aqD001743.0aqi013.0n ,qDC64aqi4Dn1Rn1C 61y02.0nmR 014.0013.0n R10.0n75.013.0n5.2yy s/mRn1C 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 39建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算 巴 甫 洛 夫 斯 基 公 式 巴 甫 洛 夫 斯 基 公 式 中 的 比 阻 a值 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 40建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算海 曾 威 廉 公 式 头损失。力坡度即单位长度的水从而也就可以计算出水也就可以确定出来了;确定后,值可以确定出来;管径管材确定后,则;值可查表系数,为一系数,但并非谢才此处,则则有:,此处87.4852.187.4852.1 852.187.4852.187.4852.1 852.1 DC 67.10aC 55CC DC 67.10a qDC 67.10i DC l67q.10h 852.1nlil nnaqaqh 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 41建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算海 曾 威 廉 公 式 系 数 C值 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 42建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算柯 尔 勃 洛 克 公 式值。度的水头损失水力坡度也就是单位长中,就可以得到带入式、;将已知,即可确定出已知,;据上式确定出已知,确定出后即可根已知、值;管材确定后即可取定出。参考表绝对粗燥度,其值可阻力系数;i 2gvDivDvqD2gvDi Rekk 65k Re51.271.3/lg21 22 Dk 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 43建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 头 损 失 计 算柯 尔 勃 洛 克 公 式 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 44建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 45建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 一 节 水 管 材 料 和 配 件 给 水 管 网 是 给 水 系 统 中 造 价 最 高 并 且 是 极 为 重 要 的 组 成 部 分 。 给 水 管 网由 众 多 水 管 连 接 而 成 。 水 管 为 工 厂 现 成 产 品 , 运 到 施 工 工 地 后 进 行 埋 管和 接 口 。 水 管 性 能 应 满 足 下 列 要 求 :有 足 够 的 强 度 , 可 以 承 受 各 种 内 外 荷 载 。水 密 性 。水 管 内 壁 面 应 光 滑 以 减 小 水 头 损 失 。价 格 较 低 , 使 用 年 限 较 长 , 并 且 有 较 高 的 防 止 水 和 土 壤 的 侵 蚀 能 力水 管 接 口 应 施 工 简 便 , 工 作 可 靠 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 46建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 管 材 料 和 配 件 水 管 可 分 金 属 管 (铸 铁 管 和 钢 管 等 )和 非 金 属 管 (预 应 力 钢 筋混 凝 土 管 、 玻 璃 钢 管 、 塑 料 管 等 )。 水 管 材 料 的 选 择 , 取 决于 承 受 的 水 压 、 外 部 荷 载 、 埋 管 条 件 、 供 应 情 况 等 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 47建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 铸 铁 管铸 铁 管 按 材 质 可 分 为 灰 铸 铁 管 和 球 墨 铸 铁 管 。 灰 铸 铁 管 或 称 连 续 铸 铁 管 优 点 : 有 较 强 的 耐 腐 蚀 性 。 缺 点 : 质 地 较 脆 , 抗 冲 击 和 抗 震 能 力 较 差 , 重 量 较 大 , 且 经 常 发 生 接 口 漏 水 ,水 管 断 裂 和 爆 管 事 故 , 给 生 产 带 来 很 大 的 损 失 。 应 用 范 围 : 可 用 在 直 径 较 小 的 管 道 上 , 同 时 采 用 柔 性 接 口 , 必 要 时 可 选 用 较 大一 级 的 壁 厚 , 以 保 证 安 全 供 水 。 接 口 形 式 : 承 插 式 和 法 兰 式 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 48建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 灰 铸 铁 管 接 口 形 式 承 插 式 接 口 : 适 用 于 埋 地 管 线 , 安 装 时 将 插 口 插 入 承 口 内 , 两 口 之 间 的 环 形 空隙 用 接 头 材 料 填 实 , 接 口 时 施 工 麻 烦 , 劳 动 强 度 大 。 接 口 材 料 , 一 般 可 用 橡 胶图 、 膨 胀 性 水 泥 或 石 棉 水 泥 , 特 殊 情 况 下 也 可 用 青 铅 接 口 。 法 兰 接 口 : 优 点 是 接 头 严 密 , 检 修 方 便 , 常 用 以 连 接 泵 站 内 或 水 塔 的 进 、 出 水管 。 为 使 接 口 不 漏 水 , 在 两 法 兰 盘 之 间 嵌 以 35mm厚 的 橡 胶 垫 片 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 49建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 灰 铸 铁 管 接 口 形 式 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 50建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 灰 铸 铁 管 配 件 在 管 线 转 弯 、 分 支 、 直 径 变 化 以 及 连 接 其 它 附 属 设 备 处 , 须采 用 各 种 标 准 铸 铁 水 管 配 件 。 例 如 承 接 分 支 管 用 丁 字 管 和 十 字 管 ; 管 线 转 弯 处 采 用 各 种 角度 的 弯 管 ; 变 换 管 径 处 采 用 渐 缩 管 ; 改 变 接 口 形 式 处 采 用 短管 , 如 连 接 法 兰 式 和 承 插 式 铸 铁 管 处 用 承 盘 短 管 等 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 51建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 球 墨 铸 铁 管 优 点 : 既 具 有 灰 铸 铁 管 的 许 多 优 点 , 而 且 机 械 性 能 有 很 大 提高 , 抗 腐 蚀 性 能 远 高 于 钢 管 , 重 量 较 轻 , 很 少 发 生 爆 管 、 渗水 和 漏 水 现 象 , 是 理 想 的 管 材 。 缺 点 : 产 量 低 , 产 品 规 格 少 , 价 格 也 较 高 。 接 口 形 式 : 采 用 推 入 式 楔 形 胶 圈 柔 性 接 口 , 也 可 用 法 兰 接 口 ,水 密 性 好 , 有 适 应 地 基 变 形 的 能 力 , 抗 震 效 果 也 好 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 52建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 球 墨 铸 铁 管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 53建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 钢 管 分 类 : 无 缝 钢 管 、 焊 接 钢 管 。 优 点 : 能 耐 高 压 、 耐 振 动 、 重 量 较 轻 、 单 管 的 长 度 大 和 接 口 方 便 ; 缺 点 : 承 受 外 荷 载 的 稳 定 性 差 , 耐 腐 蚀 性 差 , 管 壁 内 外 都 需 有 防 腐 措 施 , 并 且造 价 较 高 。 适 用 范 围 : 通 常 只 在 管 径 大 和 水 压 高 处 , 以 及 因 地 质 、 地 形 条 件 限 制 或 穿 越 铁路 、 河 谷 和 地 震 地 区 时 使 用 。 接 口 形 式 : 焊 接 、 法 兰 接 口 。 配 件 : 三 通 、 四 通 、 弯 管 和 渐 缩 管 等 , 由 钢 板 卷 焊 而 成 , 也 可 直 接 用 标 准 铸 铁 配 件 连 接 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 54建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 钢 管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 55建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 预 应 力 和 自 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 分 类 : 普 通 、 加 钢 套 筒 。 优 点 : 造 价 低 , 抗 震 性 能 强 , 管 壁 光 滑 , 水 力 条 件 好 , 耐 腐 蚀 , 爆 管 率 低 ; 缺 点 : 重 量 大 , 不 便 于 运 输 和 安 装 。 配 件 : 须 采 用 钢 管 配 件 。 预 应 力 钢 筒 混 凝 土 管 : 是 在 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 内 放 入 钢 筒 , 其 用 钢 量 比 钢 管省 , 价 格 比 钢 管 便 宜 。 接 口 为 承 插 式 , 承 口 环 和 插 口 环 均 用 扁 钢 压 制 成 型 , 与钢 筒 焊 成 一 体 。 自 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 : 最 大 管 径 600mm, 可 用 在 郊 区 或 农 村 等 水 压 较 低 的 次 要 管线 上 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 56建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 预 应 力 和 自 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 57建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 玻 璃 钢 管 优 点 : 耐 腐 蚀 , 不 结 垢 , 能 长 期 保 持 较 高 的 输 水 能 力 , 强 度高 , 粗 糙 系 数 小 。 在 相 同 使 用 条 件 下 , 重 量 只 有 钢 材 的 1 4左 右 , 是 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 管 的 1 5一 l 10, 因 此 便 于 运输 和 施 工 。 缺 点 : 价 格 较 高 , 几 乎 和 钢 管 相 接 近 。 适 用 范 围 : 可 考 虑 在 强 腐 蚀 性 土 壤 处 采 用 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 58建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 玻 璃 钢 管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 59建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 塑 料 管 分 类 : 聚 丙 烯 腈 丁 二 烯 苯 乙 烯 塑 料 管 (ABS)、 聚 乙 烯 管 (PE)和 聚 丙烯 塑 料 管 (PP)、 硬 聚 氯 乙 烯 塑 料 管 (UPVC)等 。 优 点 : 强 度 高 、 表 面 光 滑 、 不 易 结 垢 、 水 头 损 失 小 、 耐 腐 蚀 、 重 量 轻 、加 工 和 接 口 方 便 , 与 铸 铁 管 相 比 , 塑 料 管 的 水 力 性 能 较 好 , 由 于 管 壁 光滑 , 在 相 同 流 量 和 水 头 损 失 情 况 下 , 塑 料 管 的 管 径 可 比 铸 铁 管 小 , 塑 料管 相 对 密 度 在 1.40左 右 , 比 铸 铁 管 轻 , 又 可 采 用 橡 胶 圈 柔 性 承 插 接 口 ,抗 震 和 水 密 性 较 好 , 不 易 漏 水 , 既 提 高 了 施 工 效 率 , 又 可 降 低 施 工 费 用 。 缺 点 : 管 材 的 强 度 较 低 , 膨 胀 系 数 较 大 , 用 作 长 距 离 管 道 时 , 需 考 虑 温度 补 偿 措 施 , 例 如 伸 缩 节 和 活 络 接 口 。 适 用 范 围 : 城 市 供 水 中 中 小 口 径 管 道 的 一 种 主 要 管 材 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 60建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 ABS管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 61建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 PE管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 62建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 PP管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 63建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 PPR管 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 64建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 硬 聚 氯 乙 烯 塑 料 管 ( UPVC) 工 作 压 力 : 工 作 压 力 宜 低 于 2.0MPa。 常 用 管 径 : 用 户 进 水 管 的 常 用 管 径 为 DN25和 DN50, 小 区 内 为DNl00DN200, 管 径 一 般 不 大 于 DN400。 接 口 形 式 : 管 道 接 口 在 无 水 情 况 下 可 用 胶 粘 剂 粘 接 , 承 插 式管 可 用 橡 胶 圈 柔 性 接 口 , 也 可 用 法 兰 连 接 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 65建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 硬 聚 氯 乙 烯 塑 料 管 ( UPVC) 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 66建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 水 管 管 顶 覆 土 深 度 不 冰 冻 地 区 : 由 外 部 荷 载 、 水 管 强 度 以 及 与 其 它 管 线 交 叉 情况 等 决 定 , 金 属 管 道 的 管 顶 覆 土 深 度 通 常 不 小 于 0.7m。 非 金属 管 的 管 项 覆 土 深 度 应 大 于 11.2m; 冰 冻 地 区 : 考 虑 土 壤 的 冰 冻 线 深 度 。 在 土 壤 耐 压 力 较 高 和 地 下 水 位 较 低 处 , 水 管 可 直 接 埋 在 管 沟中 未 扰 动 的 天 然 地 基 上 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 67建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 第 二 节 管 网 附 件 管 网 的 附 件 主 要 有 调 节 流 量 用 的 阀 门 、 供 应 消 防 用 水 的 消 火栓 , 其 它 还 有 控 制 水 流 方 向 的 单 向 阀 、 安 装 在 管 线 高 处 的 排气 阀 和 安 全 阀 等 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 68建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 阀 门 阀 门 的 作 用 : 阀 门 用 来 调 节 管 线 中 的 流 量 或 水 压 。 阀 门 的 布 置 要 求 : 要 数 量 少 而 调 度 灵 活 。 主 要 管 线 和 次 要 管 线 交 接 处 的阀 门 常 设 在 次 要 管 线 上 。 承 接 消 火 栓 的 水 管 上 要 安 装 阀 门 。 阀 门 的 口 径 : 一 般 和 水 管 的 直 径 相 同 , 但 当 管 径 较 大 以 致 阀 门 价 格 较 高时 , 为 了 降 低 造 价 , 可 安 装 口 径 为 0.8倍 水 管 直 径 的 阀 门 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 69建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 阀 门 阀 门 的 分 类 :闸 板 有 楔 式 和 平 行 式 两 种 。根 据 使 用 时 阀 杆 是 否 上 下 移 动 , 可 分 为 明 杆 和 暗 杆 两 种 。明 杆 : 是 阀 门 启 闭 时 , 阀 杆 随 之 升 降 , 因 此 易 于 掌 握 阀 门 启 闭 程 度 , 适宜 于 安 装 在 泵 站 内 。暗 杆 : 适 用 于 安 装 和 操 作 地 位 受 到 限 制 之 处 , 否 则 当 阀 门 开 启 时 因 阀 杆上 升 而 妨 碍 工 作 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 70建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 阀 门 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 71建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 阀 门 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 72建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 阀 门 直 径 较 大 的 阀 门 有 齿 轮 传 动 装 置 , 并 在 闸 板 两 侧 接 以 旁 通 阀 , 以 减 小 水压 差 , 便 于 启 闭 。 开 启 阀 门 时 先 开 旁 通 阀 , 关 闭 阀 门 时 则 后 关 旁 通 阀 。 或 者 应 用 电 动 阀 门以 便 于 启 闭 。 安 装 在 长 距 离 输 水 管 上 的 电 动 阀 门 , 应 限 定 开 启 和 闭 合 的 时 间 , 以 免 因启 闭 过 快 而 出 现 水 锤 现 象 使 水 管 损 坏 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 73建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 蝶 阀 优 点 : 结 构 简 单 , 开 启 方 便 , 旋 转 九 十 度 就 可 全 开 或 全 闭 。 安 装 位 置 要 求 : 不 能 紧 贴 楔 式 和 平 行 式 阀 门 旁 安 装 。 蝶 阀 可用 在 中 、 低 压 管 线 上 , 例 如 水 处 理 构 筑 物 和 泵 站 内 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 74建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 蝶 阀 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 75建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 止 回 阀 止 回 阀 是 限 制 压 力 管 道 中 的 水 流 朝 一 个 方 向 流 动 的 阀 门 。 阀 门 的 闸 板 可绕 轴 旋 转 。 水 流 方 向 相 反 时 , 闸 板 因 自 重 和 水 压 作 用 而 自 动 关 闭 。 止 回 阀 一 般 安 装 在 水 压 大 于 196kPa的 泵 站 出 水 管 上 , 防 止 因 突 然 断 电 或其 它 事 故 时 水 流 倒 流 而 损 坏 水 泵 设 备 。 止 回 阀 的 类 型 除 旋 启 式 外 , 微 阻 缓 闭 止 回 阀 和 液 压 式 缓 冲 止 回 阀 还 有 防止 水 锤 的 作 用 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 76建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 止 回 阀 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 77建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 排 气 阀 排 气 阀 安 装 在 管 线 的 隆 起 部 分 , 使 管 线 投 产 时 或 检 修 后 通水 时 , 管 内 空 气 可 经 此 阀 排 出 。 平 时 用 以 排 除 从 水 中 释 出的 气 体 , 以 免 空 气 积 在 管 中 , 以 致 减 小 过 水 断 面 积 和 增 加管 线 的 水 头 损 失 。 一 般 采 用 的 单 口 排 气 阀 , 垂 直 安 装 在 管 线 上 。 排 气 阀 口 径与 管 线 直 径 之 比 一 般 采 用 1: 81: 12。 排 气 阀 放 在 单 独 的阀 门 井 内 , 也 可 和 其 他 配 件 合 用 一 个 阀 门 井 。 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 78建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 排 气 阀 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 79建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 排 气 阀 城 市 给 水 排 水 工 程 规 划 80建筑与城市规划学院2011-2012第一学期 泄 水 阀 在 管 线 的 最 低
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