給水管道壓力計算方法

一、引言

以傳統管材（球墨鑄鐵管、混凝土管道）為計算準則，在傳統管材較好實用流速下，以相同輸水能力為基準，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：《室外給水設計規范》中華人民共和國******標準

《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》中國工程建設標準化協會標準

二、管道的技術可行性分析

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（m3/s）

球墨鑄鐵管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=1.27米/秒

結果表明,三種管材流速均在經濟流速范圍之內,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，單位水頭損失可由下式計算。

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）

代入得水力坡降系數=0.0029m

鋼筋混凝土管水力計算

流速系數C可按下式計算

式中: ：每米管道的水頭損失(米)；

：管材內徑（m）；

R：水力半徑滿流取d/4；

：管內水的流速（m/s）；

C：流速系數。

代入得單位水頭損失=0.00222m

PVC-U管材水力計算

塑料管的沿程損失可計算如下：

水力摩阻系數λ由下式計算

先確定管內流體的雷諾數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管材由于內壁相當光滑，單位長度水頭損失小于同口徑鑄鐵管材或混凝土管，可有效降低水泵的揚程，節約運行成本。

3、水錘壓力計算：

對停泵水錘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，球墨鑄鐵管材取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=889.8m/s

則水錘壓力增值=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管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管材具有更低的彈性模量，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身造成的危害，提高管道運行的安全性能。

4、PVC-U管材較大埋深計算

管道在外壓荷載作用下的豎向變形計算公式：

式中 DL：變形滯后系數，取1.2

Kb：管底弧型土基的基床系數，當土基支撐角≥90°時,一般采用0.1

EP：管材彈性系數，取3KN/mm2

IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為管材壁厚）

Ed：回填土綜合變形模量，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：作用在管頂的較大動載荷，當埋深大于3米時不考慮動載荷

塑料管材在外壓載荷作用下的豎向變形量不宜大于管直徑的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”，實際較大埋深可大于理論計算埋深。不難看出，PVC-U管材具有良好的抗外壓性能。

塑料管道