給水管（guǎn）道壓力計算方法

一、引言

以傳統管（guǎn）材（球墨鑄鐵管、混凝土管道）為計算準則，在傳統管（guǎn）材較好實用流速下，以相同輸水能力為基準（zhǔn），結合同規格江蘇PVC管管材進行分析比較。

原始數據：管線流量取Q總=50000 m3/d =0.5787 m3/s；

管材（cái）選擇：球墨（mò）鑄鐵管材DN800（K9級）；

混凝土管DN800

PVC-U管材Φ800×19.6mm

管線長（zhǎng）度（dù）：L =19000m

參考依據：《室外給水設計規範》中華人民共和國（guó）國家標準

《埋地硬（yìng）聚氯乙烯給（gěi）水管道工（gōng）程技術規程》中國工程建設標準化協會標（biāo）準（zhǔn）

二、管道的技術可行性分析

1、流速（sù）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（m3/s）

球（qiú）墨鑄鐵管DN800（K9級）流速=1.15 m/s

混凝土管DN800 流速（sù）=1.15 m/s

PVC-U管材流速

Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材=1.27米（mǐ）/秒

結果表明（míng）,三種管（guǎn）材流（liú）速（sù）均在經濟流（liú）速範圍之（zhī）內,是可行的（de）。

2、水力計算（suàn）：

球墨鑄鐵管水力計算

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

式（shì）中: ：每米管道的水頭損失(米)

：管材內徑（jìng）（m）

：管內水的流速（m/s）

代入得水力坡降係數=0.0029m

鋼筋混凝土（tǔ）管水力（lì）計算

流速（sù）係數C可按下式計算

式中: ：每米管道（dào）的水頭損（sǔn）失(米（mǐ）)；

：管材內徑（m）；

R：水力半徑滿（mǎn）流取d/4；

：管內水的（de）流（liú）速（sù）（m/s）；

C：流速（sù）係數。

代入得單位水頭損失=0.00222m

PVC-U管材（cái）水力計算（suàn）

塑料管的沿（yán）程損失可（kě）計（jì）算如下：

水力摩阻係數λ由下式計算

先（xiān）確定（dìng）管內流體的雷諾數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：水在20℃下（xià）的（de）粘度=1×10-6 （m2/s）

故Φ800×19.6mm管材λ=0.011

沿（yán）程水頭損失由下式計算：=0.0012米（mǐ）水柱

結果表明，PVC-U管材由於內壁相當光滑，單位長度水頭損（sǔn）失小於同（tóng）口徑鑄鐵管材或混（hún）凝土管，可有效降低水泵的揚程（chéng），節約（yuē）運行成本。

3、水錘壓力計算：

對停泵水錘壓（yā）力增值可由以下公式計算：其中（zhōng）壓力波回流速度式中：水（shuǐ）錘壓力（m）：流速變化（huà），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（tǐ）積模量取2200×106 N/m2

Ep：管材的彈性模量，PVC-U管材（cái）取3000×106 N/m2，球墨鑄鐵管材取（qǔ）160000×106 N/m2，混凝土管取206000×106 N/m2

di：管材內徑

en：管材壁厚

壓（yā）力波回流速度計算：

球（qiú）墨鑄（zhù）鐵管材=889.8m/s

則水錘壓力增（zēng）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管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管（guǎn）材（cái）具有更低（dī）的彈性（xìng）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（běn）身造成的危害（hài），提高管道運行的安全性能。

4、PVC-U管（guǎn）材較大埋（mái）深計算

管道（dào）在（zài）外壓荷載作用下（xià）的豎（shù）向變（biàn）形計（jì）算公式（shì）：

式中 DL：變形滯後係數，取1.2

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

EP：管（guǎn）材（cái）彈性係數，取3KN/mm2

IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為管材壁厚）

Ed：回（huí）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（zuò）用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（dà）動載荷（hé），當埋深大於3米時不考慮動載荷

塑料管材在外（wài）壓（yā）載荷作用下的豎向變形量不宜大於管（guǎn）直徑的5%，當計算管材的較大埋深時，取F=0，計算Φ800×19.6mmPVC-U管材的較大埋深=5m

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