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山乡供水管的经济管径计算

论文类型 技术与工程 发表日期 1999-03-01
来源 《中国给水排水》1999年第3期
作者 蒋吉发
摘要 蒋吉发 巴中地区水利电力局   目前山区供水工程特点是:①供水规模小,日供水在100~500m3;②绝大部分采取重力输水、供水; ③供水管网基本上是树枝状;④输、供水管的管径较小,一般在φ200mm以下。   一般输、供水管的水力计算,是在布置管网分布图后初 ...

蒋吉发
巴中地区水利电力局

  目前山区供水工程特点是:①供水规模小,日供水在100~500m3;②绝大部分采取重力输水、供水; ③供水管网基本上是树枝状;④输、供水管的管径较小,一般在φ200mm以下。
  一般输、供水管的水力计算,是在布置管网分布图后初拟管径,再进行水力复核。每段管径都只能查有关经验表格或利用巴甫洛夫斯基公式求解“近似”的经济管径。由于采取重力供水,应充分利用有限水头,求出经济管径,使管材总重最小,投资最省。

1 经济管径的计算原理

1.1 管径与单位长度重量的关系

  G=SDa           (1)?
  式中  S --单位长度重量系数?
     ?a --单位长度重量指数?
     ?D --管内径,m?
     ?G --单位长度重量,kg/m

  对式(1)两边取对数

  lgG=lgS+algD          (2)

  给出不同材质管材的标准重量G0,点绘G0与D之间的双对数坐标,求出斜率即为a;再将a代入(1)求出S。利用最小二乘法平差后,得出S、a的最后值。
  ① 钢管: G=155D1.17(φ 100mm以下)?
  ② 铸铁管:G=386D1.24(φ 100~400mm)?
  ③ 塑管(1.0 MPa):G=235D1.93(φ 15~200mm聚氯乙烯硬管)
  以上近似管重计算公式求得的G值,与对应标准重G0之间的误差在±5.5%以内,可作为下面推导计算公式用。
1.2 管径水头损失
  C=1/n·R0.1667=D0.1667V/(1.2n)=q/ω=4q/(πD2)

  hf=V2/C2R×L=[(4q/(πD2)×L)]/[(D0.1667/1.26n)2×D/4]

  推得:

  hf=10.29488×(n2×q2×L/D5.333)      (3)

  式中--管壁糙率?
     R--水力半径,m?
    ?V--管段流速,m/s?
     D--管内径,m?
    ?q--管段流量,m3/s?
    ?C--谢才系数?
    ?L--管段长度,m?
    ?hf--管段水头损失,m
1.3 经济管径的计算原理
  为降低造价,需管径小,即管材总重量小;但管径小,水头损失大,而水头有限,故求解经济管径需利用拉格朗日公式:

  

  式中 Gi——管段总重
     H——总水头损失,亦即最大可利用水头
     λ——拉格朗日系数
     k——计算管段数

  

  

  以上即为最佳经济管径。
1.4 几种常用管材的最佳经济管径
  (1)水(煤)气钢管

  

  (2)铸铁管(普通承插)

  

  (3)聚氯乙烯硬管

  

2 计算示例

  某工程从供水池(0点)至管网最末点⑤的沿程分布情况如下,要求末端自由水头10m。
  节点高程Zi:Z0=474.40m,Z1=398.70m,Z2=404.50m,Z3=409.00m,Z4=421.12m,Z5=426.10m,管段流量qi:q1=8.845L/s,q2=5.254L/s,q3=2.324L/s,q4=1.30L/s,q5=0.144L/s;管段长度li:l1=1590m,l2=183m,l3=54m,l4=240m,l5=420m;节点分支流量q分别为:3.591、2.93、1.024、1.156L/s。

  

  将各段流量代入上式,即可求出该工程部分管网管段经济管径:
  D1=0.105m,D2=0.090m,D3=0.069m,D4=0.058m,D5=0.030m。
  因管径>100mm的钢管造价较高,故将第一、第二段分别选用DN125mm、DN100mm的铸铁管(铸铁管与钢管糙率差较小,可不再单独计算)。第三、四、五段分别选用DN80mm、DN50mm、DN40mm钢管。

3 结论

  前述经济管径计算方法非常简便,在布置管网及确定过管流量后,即可直接确定有关管段的经济管径,不必像以往初拟管径后再进行水力复核。这样设计的管网末端水压能满足事先的要求,但在计算之初需先确定选用何种管材,在管网供水流量较大时要将铸铁管与普通钢管部分分开计算。此方法已在我国26处供水工程设计中应用,效果很好。


  作者通讯处:635500 四川省达县 巴中地区水利电力局
  (收稿日期 1998-09-18)

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