压力管道的水力计算和直径的确定

浅谈市政污水压力管道的设计韩猛摘要传统的重力管道排水技术虽然历史悠久、技术成熟，但是对于目前市政污水管道排水来说，由于受到地面高程、软土地基等不利自然环境因素影响，单纯依靠污水重力管道排水变得很不现实。

因此，污水压力管道的建设势在必行。

本文主要从污水压力管道及其附属构筑物的设计、管道跨越桥梁等障碍物几个方面对污水压力管道系统的总体设计进行深入论述。

关键词市政;污水压力管道;设计0引言传统的重力流污水管道技术成熟，使用广泛，但在设计中有时会遇到污水由地势低洼处排向地势高处，此时依靠重力流排水就变得很不现实，一是过深的管沟开挖增加了人工及物资成本，还存在着施工过程中深基坑的安全问题。

二是对于已建成的高处污水管道而言，低洼处污水管道的标高较低，无法接入已建管道。

同时，重力流污水管道通过检查井连接，不可避免地存在渗漏污水的现象。

因此，在城市中仅仅依靠重力流来实现城市污水转输是不够的。

此时，就有必要进行污水压力管道的建设，以弥补重力流管道在污水输送方面的不足。

1污水压力管道的特点污水压力管道是以压力管道输送污废水的排水系统，相对于重力流污水管道，具有如下几个方面的特点：（1）可以避免重力流污水管道因铺设距离长、埋深大而造成的在复杂地质条件下施工困难的问题;污水压力管道铺设不受土质地形限制，可适用于各种复杂地质、地形条件下施工的特殊要求。

（2）各个不同企业所排出的污水共同使用一条排水压力污水干管，可以有效简化污水管网。

（3）对现代城市快速发展的环境适应性强，在排水管径不能满足远期水量要求的特殊情况下，可进行延伸而无须过分担心高程污水接入的问题。

2污水压力管道设计污水压力管道设计中，管材选择是基础环节，直接关系后续的设计与计算，因此，应该予以特别重视，本文对几种常见管材的优缺点进行了分析总结，便于根据实际情况进行选择。

污水压力管道设计需要先对其进行平面定线、划分产污区的面积，从而精确地计算污水压力管道设计管段的设计流量、确定压力管道管径，然后根据污水排入干管的曲线走向及附近地形及标高，确定系统的各个控制点，再根据每个控制点的设计高程、设计管段管径、设计流量等因素进行计算，可得出系统沿程压力高程曲线，该压力高程曲线为系统实现压力平衡的基础，同时也是污水压力泵选择的重要依据。

中国铝业股份有限公司中州分公司设计院企业标准 Q/ZLZZA02—2008压力管道设计技术规定2008-04-01发布 2008-04-10实施焦作华诚冶金工程设计有限公司发布前言本标准于2008年4月首次发布本标准由中国铝业股份有限公司中州分公司设计院标准化工作委员会提出本标准起草单位：焦作华诚冶金工程设计有限公司本标准主要起草人：本标准审定人：本标准批准人：目录1.范围2.压力管道设计技术管理总则3.管径选择的一般原则4.管道敷设原则5.管道材料和主要附件选择6.应力计算7.固定支架压力管道设计技术规定1.范围本标准规定了中州分公司设计院压力管道设计技术的工作要求。

本标准适应于中州分公司设计院设计资质范围内各类压力管道设计技术工作的管理。

2.压力管道设计技术管理总则为贯彻劳动部颁布的《压力管道安全管理与监察规定》（劳动部发[1996]140号），《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》（国质检锅[2002]235号）以及有关国家标准，加强我公司压力管道设计的管理，确保设计质量，特制订本规定。

本规定中凡与国家有关法规、标准不一致的，均以国家法规、标准为准。

本规定所包含的压力管道为：本公司所设计压力管道包括《压力容器压力管道设计许可规则》（TSG R1001-2008）中规定的GC2。

详述如下：GC2：（1）输送GB20160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力<的管道。

（2）输送可燃流体介质有毒流体介质设计压力P<且设计温度大于等于400的管道。

（3）输送非可燃流体介质无毒液体介质设计压力P<10MPa且设计温度大于等于400的管道。

（4）输送液体介质设计压力P<且设计温度400的管道。

本规定不适用下列情况：（1）设备本体管道。

（2）军事装备、核设施、航空航天器、铁路机车、海上设施、船舶以及煤矿矿井使用的管道。

水电站复习思考题（1）复习思考题（水轮机部分）（一）1.水电站的功能是什么，有哪些主要类型？2.水电站的装机容量如何计算？3.水电站的主要参数有哪些（H、Q、N、N装、P设、N保），说明它们的含义？4.我国水能资源的特点是什么？5.水力发电有什么优越性？复习思考题（水轮机部分）（二）1.水轮机是如何分为两大类的？组成反击式水轮机的四大部件是什么？水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。

组成反击式水轮机的四大部件是：引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件2.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？反击式水轮机：水流在转轮空间曲面形叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向。

冲击式水轮机：轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变，将其大部分的动能传递给轮叶，驱动转轮旋转。

3.什么是同步转速，同步转速与发电机的磁极对数有什么关系？尾水管的作用是什么？同步转速：电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。

同步转速与发电机的磁极对数无关。

尾水管的作用：①将通过水轮机的水流泄向下游；②转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；③回收利用转轮出口的大部分动能4.水轮机的型号如何规定？效率怎样计算？根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。

第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水轮机型式。

第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。

水轮机的效率：水轮机出力（输出功率）与水流出力（输入功率）之比。

Ƞ=P/Pw5.什么是比转速？54H s n表示当工作水头H=1m 、发出功率N=1kw 时，水轮机所具有的转速n 称为水轮机的比转速。

复习思考题（水轮机部分）（三）1.解释水轮机效率的组成，三种效率之间的关系如何？什么是水轮机的最优工况？水力效率ηs、容积效率ηv、机械效率ηj。

给水管道工作压力的计算方法摘要：PVC-U 管材因其重量轻、水力条件好、使用寿命长、安装简单等优点在各种供水管网中应用日益普及。

但是，大口径PVC-U 管材与传统管材相比因价格较高，建设期投资较多，而当今工程方案比选往往忽略动态费用（例日常运行费用等），影响了其推广应用。

为此，通过对PVC-U 管材与传统管材的技术经济比较，为大口径PVC-U 给水管的推广应用创造条件。

关键词：PVC-U 管道方案比选现值费用运行成本一、引言以传统管材（球墨铸铁管、混凝土管道）为计算准则，在传统管材最优实用流速下，以相同输水能力为基准，结合同规格PVC-U 管材进行分析比较。

原始数据：管线流量取Q 总50000 m3/d 0.5787 m3/s；管材选择：球墨铸铁管材DN800（K9 级）；混凝土管DN800PVC-U 管材Φ800×19.6mm管线长度：L 19000m参考依据：《室外给水设计规范》中华人民共和国国家标准《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》中国工程建设标准化协会标准二、管道的技术可行性分析1、流速计算：式中di:管材内径（m）u：管内水的平均流速（m/s）Q：管材输水量（m3/s）球墨铸铁管DN800（K9 级）流速 1.15 m/s混凝土管DN800 流速1.15 m/sPVC-U 管材流速Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材1.27 米/秒结果表明三种管材流速均在经济流速范围之内是可行的。

2、水力计算：球墨铸铁管水力计算球墨铸铁管内流速＜1.2 m/s 时，单位水头损失可由下式计算。

式中: ：每米管道的水头损失米：管材内径（m）：管内水的流速（m/s）代入得水力坡降系数0.0029m钢筋混凝土管水力计算流速系数C 可按下式计算式中: ：每米管道的水头损失米；：管材内径（m）；R：水力半径满流取d/4；：管内水的流速（m/s）；C：流速系数。

代入得单位水头损失0.00222mPVC-U 管材水力计算塑料管的沿程损失可计算如下：水力摩阻系数λ 由下式计算先确定管内流体的雷诺数Re966216式中Re：管内流体的雷诺数di:管材内径（m）u：管内水的流速（m/s）υ：水在20℃下的粘度1×10-6 （m2/s）故Φ800×19.6mm 管材λ0.011沿程水头损失由下式计算：0.0012 米水柱结果表明，PVC-U 管材由于内壁相当光滑，单位长度水头损失小于同口径铸铁管材或混凝土管，可有效降低水泵的扬程，节约运行成本。

水电站、水利水电工程、压力管等水头压力的计算公式及参数一、工程压力单位:0.01mpa=1米水头（请参考下表）二、水电站有关装机、流量、水头经验公式电站装机容量W=集雨面积S×水头高H×0.3~0.5或W=设计流量Q×水头高H×7电站流量Q=装机容量W÷水头高H÷0.8电站引水洞径R半径=√Q÷（0.27~0.25）或R半径=√Q÷3.14÷2.7三、管径和流速计算、水头损失流量与管径、压力、流速的一般关系，一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。

流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速 (立方米/小时)。

其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。

水头损失计算Chezy 公式Chezy这里：Q ——断面水流量（m3/s）C ——Chezy糙率系数（m1/2/s）A ——断面面积（m2）R ——水力半径（m）S ——水力坡度（m/m）根据需要也可以变换为其它表示方法:Darcy-Weisbach公式由于这里：hf ——沿程水头损失（mm3/s）f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲）l ——管道长度（m）d ——管道内径（mm）v ——管道流速（m/s）g ——重力加速度（m/s2）水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。

输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。

四、管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件：管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。

关于如何确定管径的问题
管道输水工程设计最关键最主要的问题就是管径大小的选择。

在压力管道输、供水工程中无论采用什么材质的管材，其管径大小直接影响到工程造价。

那么，如何确定管径呢？
管网设计的终极目的其实就是选择经济合理的管径。

影响管径大小的有四个要素：管道设计流量、流速、水损及节点之间的高差。

在流量、节点之间的高差为定值的前提下，如何选择流速就是关键了。

根据目前较成熟的且得到广范应用的理论就是根据经济流速试算。

什么是经济流速呢？满足工程设计输水流量要求、且符合不淤、不冲的流速。

如果是大流量、长距离、高落差的项目，要选得一个经济合理的管径，往往要经过数学模型分析计算。

我们接触的这些小项目，经济流速在规范提供的范围选择一下就行了。

计算步骤如下：
根据我上传的“管道水力计算表”把管长、流量、节点高程填入相应的单元格，拟定1个流速值填好，看最后一栏末端自由水压是多少，如果是单纯的输水管（水源到蓄水池），只要满足自由水压不为负数就行了（如果自由水压太大，说明流速值选得太小，不经济）。

如果是配水管网请按树枝状管网计算方法计算，确保各节点水压满足要求。

不同压力等级管材壁厚不一样，为方便，现把1.25Mpa 的PE管实际内径统计如下：（供大家选择公径外径使用）
DN20-15.4;DN25-19.9;DN32-26;DN40-32.6;DN50-40. 8;
DN63-51.4;DN75-61.4;DN90-73.6;DN110-90;DN125-1 02.2;。

有压管道中的水流运动概述在日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水遂洞、水电站的压力钢管、灌溉工程中的虹吸管、倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、城市给排水工程中的自来水管以及石油工程中的输油管等，都是常见的有压管道。

一、管流的定义、特点充满整个管道的水流，称为管流。

其特点是：没有自由液面，过水断面的压强一般都不等于大气压强（即相对压强一般不为零），它是靠压力作用流动的，因此，管流又称为压力流。

输送压力流的管道称为压力管道。

管流的过水断面一般为圆形断面。

有些管道，水只占断面的一部分，具有自由液面，因而就不能当作管流，而必须当明渠水流来研究。

二、管流的分类由于分类的方法不同，管流可分为各种类型，具体如下。

1．根据管道中任意点的水力运动要素是否随时间发生变化，分为有压恒定流和有压非恒定流。

当管中任意一点的水力运动要素不随时间而变时，即为有压恒定流；否则为有压非恒定流。

本章主要研究的是有压恒定流的水力计算。

2．根据管道中水流的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比值不同，管流可分为长管和短管。

长管——当管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失及流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于5%，以致局部水头损失及流速水头可以忽略不计。

短管——当管道中局部水头损失与流速水头两项之和与沿程水头损失的比值大于5%，则在管流计算中局部水头损失与流速水头不能忽略。

由工程经验可知，一般自来水管可视为长管。

虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，可按短管计算。

必须注意：长管和短管不是按管道的长短来区分的，如果没有忽略局部水头损失和流速水头的充分依据时，应按短管计算，以免造成被动。

3．根据管道的出口情况，管流可分为自由出流与淹没出流。

自由出流——是指管道出口水流流入大气之中，如图5-1（a）；淹没出流——是指管道出口在下游水面以下，被水淹没。

如图5-1（b）。

(a)(b)图 5-14．根据管道的布置情况，压力管道又可分为简单管路和复杂管路。

目录1 总则2 一般规定工艺计算站、场、库及石油化工装置设备和管道布置输油、输气管道线路工程材料选用管道应力设计管道和设备隔热管道和设备涂漆压力管道支吊架设计规定压力管道强度计算规定聚乙烯管道设计规定3 压力管道设计遵循的标准和规范1 总则目的: 为了统一压力管道设计技术要求，提高压力管道设计水平，确保压力管道设计质量，特制定本规定。

遵守的原则：优化设计方案，确定经济合理的工艺及最佳工艺参数；做到技术先进，经济合理，安全适用。

适用范围：本规定适用于输油、输气管道工程、给排水及消防工程、热力工程、城市燃气工程及石油化工工程。

2 一般规定工艺计算2.1.1 输油、输气管道需要进行管道的水力计算、温降计算。

其计算公式按《输油管道工程设计规范》（GB50253-2014）、《输气管道工程设计规范》（GB50251-2015）《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）执行。

2.1.2 对于特殊的管道穿跨越工程按《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB 50423-2007）和《油气输送管道跨越工程设计规范》（GB 50459-2009）执行。

站、场、库及石油化工装置设备及管道的布置2.2.1 设备布置2.2.1.1 装置的总体布置应根据装置在工厂总平面上的位置以及与有关装置、罐区、主管廊、道路等相对位置确定，并与相邻装置的布置相协调。

2.2.1.2 装置的竖向布置应根据装置生产特点，充分考虑操作、检修要求，满足交通运输要求；考虑装置内外地坪标高的协调及其内外道路、排水的合理衔接，尽量减少土方工程量；装置场地应采用平坡式布置，并采用有组织排水，所有的雨水经过暗管排入地下排水管网。

2.2.1.3 设备布置应满足工艺流程、安全生产、环境保护的要求，并应便于操作、维护、检修、防爆及消防，并注意节约用。

2.2.1.4 设备布置应按工艺流程顺序和同类设备适当集中相结合的方式，并结合风向条件确定设备、建筑物与其它设施的相对位置。