水泵系统水力计算

学习单元三、短管水力计算一、管流概述在水利土木工程和日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水隧洞、有压泄洪隧洞、水电站的压力管道、灌溉工程中的虹吸管和倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、建筑或城市给排水工程中的自来水管、通风热水管道、石油工程中的输油管、人体中的血管等，都是常见的有压管流。

有压管流一般都采用圆形管道输送。

水流运动的特点是：整个断面被液体所充满，没有自由液面，管道的整个边壁上都受动水压强作用，而且一般不等于大气压强。

因此，管流又称为有压流。

管道中的断面如果未被水冲满，则不能视为有压流，是无压流动（明渠流动）根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管流可分为长管流动和短管流动。

长管即管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，此两项之和只占沿程水头损失5%以下，以致可以忽略不计。

一般自来水管可视为长管。

短管即管道中局部水头损失与流速水头两项之和占沿程水头损失的5%以上，水力计算时不能忽略，必须一起考虑在内。

虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，均可按短管计算。

特别需要指出的是，长管和短管并不是按管道的长度分类的，即使很长的管道，局部水头损失和流速水头不能忽略时，仍应按短管计算。

根据水流运动要素随时间是否变化，可分为有压恒定流和有压非恒定流。

当管中任一点的水流运动要素不随时间而改变时，即为有压恒定流，否则为有压非恒定流。

本课程主要研究有压恒定流的计算。

本节先介绍短管流动下图5-6表示一段短管的自由出流过程。

列1-1断面和2-2断面的能量方程，有：212222201-+=+w h gv g v H αα令0212H gv H =+α，称为作用水头。

又有∑∑+=-j f w h h h 21。

因此g v d lH 2)(220∑++=ξλα取 12=α 则g v dlH 2)1(2∑++=ξλ图5-6 短管的自由出流管中流速0211gH dl v ∑++=ξλ通过管道流量 002211gH A gH A dl Q c μξλ=++=∑式中 ∑++=ξλμdl c 11称为管道系统的流量系数。

泵站选型及管道水力计算摘要就提水灌溉对泵站选型及水力计算进行探讨，根据地形、地质、水源条件用泵站将水提至高处，利用地形落差形成的压力水头，进行自压灌溉。

具体内容包括：水源确定、管线布置、灌溉方式选择、泵站电气部分要求、灌区规模确定、压力管道管径确定、压力管水锤压力计算、管径选择与管道水力计算等，从而为泵站工程的设计与实施提供参考。

关键词水利工程；泵站；选型；管道；水力计算；设计青海省幅员辽阔，但人均耕地面积不多，经济以农业为基础，农田精耕细作，水利是农业以至国民经济的命脉。

为了改善灌溉条件，减轻洪涝灾害，实施各类灌溉、排涝工程对优化水资源配置至关重要。

泵站工程设施对农田水利有十分重要的作用，其中泵站选型及管道水力计算又是关键环节[1-2]。

泵站工程是运用泵机组及过流设施传递和转换能量、实现水体输送，以兴利避害的水利工程。

泵站工程设施是专门的水工建筑物，是提水灌溉（供水）、提水排涝、翻水调水工程的主体工程，和其他一般水工建筑物及沟、渠、河道、水库（湖泊）共同构成水利系统。

但是，泵站工程不同于其他一般水利工程之处在于：就设备和作业内容方面，泵站以水力机械之一的水泵为工作机，以电动机或内燃机为动力机，又是动力机械工程、电气工程之一。

现就提水灌溉对泵站选型及水力计算作一探讨。

根据地形、地质、水源条件用泵站将水提至高处利用地形落差形成的压力水头，进行自压灌溉[3-4]。

1 水源确定以工程所处河段水位情况，根据实际河道比降，选定工程所在位置河道比降。

1.1 设计洪水标准及相应洪水流量根据规定的防洪标准及设计洪水计算成果，确定工程所在河段的设计洪水标准和相应的洪峰流量。

1.2 河道糙率确定天然河道糙率，利用当地特大洪水进行的洪痕调查（调查期确定为100年），反推该段河段的糙率，因糙率随河段及水位的不同而变化，按照实际情况确定河道天然糙率。

防洪治理后的河道糙率，按各河床分别取不同的天然糙率值[5]，堤岸按不同材质的堤防，依据《水力学》中各种材料河槽的天然糙率n值表，取无抹灰的混凝土护面n=0.017，浆砌石挡墙n的取值在0.025 0～0.032 5，综合糙率n综，计算公式如下：1.3 洪水水面线计算在天然河道糙率确定的基础上，进行河段天然洪水水面线计算，在河道治理后进行设计洪水水面线计算，根据《防洪标准》和《泵站设计规范》的规定，确定该工程建筑物防洪标准。

水泵管道内的压力计算公式在工业生产和民用生活中，水泵管道是非常常见的设备，用于输送水和其他液体。

在水泵管道内，液体的流动会产生一定的压力，这种压力对于管道的设计和运行非常重要。

因此，了解水泵管道内的压力计算公式是非常必要的。

水泵管道内的压力计算公式可以通过流体力学的基本原理推导得出。

在水泵管道内，液体流动会受到管道内壁的阻力、重力和惯性力的影响，这些力的平衡会导致管道内的压力产生变化。

根据流体力学的基本方程和流体静力学的原理，可以得出水泵管道内的压力计算公式如下：P = ρgh + ΔP / γ。

其中，P表示管道内的压力，单位为帕斯卡（Pa）；ρ表示液体的密度，单位为千克/立方米（kg/m³）；g表示重力加速度，单位为米/秒²（m/s²）；h表示管道内液体的高度，单位为米（m）；ΔP表示管道内的压力损失，单位为帕斯卡（Pa）；γ表示液体的比重，单位为牛顿/立方米（N/m³）。

在这个公式中，第一项ρgh表示由于液体的重力而产生的静压力，即液体的重力势能转化为压力。

第二项ΔP / γ表示由于管道内壁的阻力、流体的摩擦和管道的弯曲等因素而产生的压力损失。

这两项压力的合力就是管道内的总压力。

通过这个公式，可以很清楚地看到水泵管道内压力的计算是受到多种因素的影响的。

首先是液体的密度和管道内液体的高度，这两个因素决定了液体的重力势能，从而影响了管道内的静压力。

其次是管道内的压力损失，这个因素受到管道的设计、材料、流速等多种因素的影响，需要通过实验或计算来确定。

在实际的工程应用中，水泵管道内的压力计算是非常重要的。

首先，对于管道的设计来说，需要根据预期的流量、液体的性质、管道的材料和长度等因素来确定管道的尺寸和材料，而这些都需要通过压力计算来确定。

其次，在管道的运行过程中，需要根据管道内的压力来调整水泵的运行状态，以保证管道内的压力在合适的范围内。

另外，需要指出的是，水泵管道内的压力计算公式是一个理论模型，实际的工程应用中可能会受到一些因素的影响而产生偏差。

一、 喷嘴选型根据要求查雾的池内样本，选10个除磷喷嘴3/8 TDSS 40027kv-lcv(15°R)。

参数：喷角区分40°，额定压力5MPa ，喷量27.7L/min ，喷嘴右倾15°。

二、水泵选型计算1、水泵必须的排水能力 Q B =2016.2242024max ⨯=Q = 19.44 m 3/h 其中，系统需要最大流量16.2）601027.7（10-3max =⨯⨯⨯=Q m 3/h2、水泵扬程估算 H=K （H P +H X ）= 1.3 ⨯（178+2）=234 m其中：H P ：排水高度，160+18=178m ；（16mPa ，扬程取160m ）H X ：吸水高度，2m ；K ：管路损失系数，竖井K=1.1—1.5，斜井∂＜20°时K=1.3～1.35，∂=20°～30°时6K=1.25～1.3，∂＞30°时K=1.2～1.25，这里取1.3。

查南方泵业样本，故选轻型立式多级离心泵CDL42-120-2，扬程238m ，流量42m 3/h ，功率45kW ，转速2900r/min 。

三、管路选择计算 1、管径：泵出水管道86.2290042'900'=⨯==ππV Q d nmm泵进水管道121.9190042'900'=⨯==ππV Q d nmm其中： Qn ：水泵额定流量；'V 经济流速m/s ；'Vp =1.5～2.2m/s ；='Vx 0.8～1.5m/s ；'dx ='dp +0.025 m ，这里泵进水管流速为1m/s ，泵出水管流速为1.5m/s 。

查液压手册，选泵出水管道内径89mm ，泵进水管道内径133mm 2、管壁厚计算 泵进水口0.7mm600/823318.0][2=⨯⨯==σδpd泵出水口7.12mm600/628916][2=⨯⨯==σδpd查液压手册，选泵出水管道壁厚5mm ，泵进水管道壁厚8mm3、流速计算 泵进水流速0.840.1333.149004290022=⨯⨯==d Q V n π m/s 泵出水流速 1.880.0893.149004290022=⨯⨯==d Q V n π m/s四、管路阻力损失计算∑+=g V g d LV h 22*22ξλ m ； 总阻力损失计算 h w =（h p +h x +g Vp 22）*1.7 1.7：附加阻力系数 四、水泵工作点的确定 H=Hsy+RQ 2 m ； 22QH Q H H R WSY =-= Hsy ：测地高度 m 五、校验计算①吸水高度：Hx=Hs-h wx -g Vx 22m ；②η2=85%～90%ηmax ；③稳定性：Hsy ≤0.9H 0六、电机容量计算cm mm H Q KN ηηγ102*3600= Kw ；c η：传动效率，直联时c η=1，联轴节时c η=0.95～0.98；K 备用系数Q m ＜20m 3/h ，K=1.5；Q m=20—80 m 3/h ，K=1.3—1.2；Q m=80—300 m 3/h ，K=1.2—1.1；Q m ＞300 m 3/h ，K=1.1；水力计算参数表。

地暖循环水泵选型及计算循环水泵选型方法循环水泵选型的一般方法是根据水力计算的结果，得出地暖系统所需的水流量和克服地暖系统管网及壁挂炉本身阻力所需的扬程，综合考虑循环水泵在地暖系统中的工作效率，选择合适的循环水泵。

1.1 系统流量G=3.6Q/C(Tg-Th) （1）G—供暖管网所需流量，m3/hQ—房屋所需采暖热负荷，kWC—水的比热，kJ/(kg•℃)Tg—供暖出水温度，KTh—供暖回水温度，KQ=K1K2qA （2）Q—住房供暖所需热负荷，kcal/h；K1—考虑邻居采暖不同步的安全系数，此处取1.2；K2—考虑间歇供暖的安全系数，此处取1.2；q—标准住宅热指标估算值，kcal/m2；A—标准住宅建筑面积，m2；1.2 系统阻力系统阻力分为沿程压力损失、局部压力损失及机器内阻，沿程压力损失是指在管道中连续的、一致的压力损失；局部压力损失是指管道系统中特殊的部件，由于其改变了水流方向，或使局部水流通道变窄（比如缩径、三通、阀门、接头、过滤器等）所造成的非连续性压力损失；机器内阻是机器本身的阻力。

1.2.1 沿程压力损失地暖管为圆管且内壁较为光滑，属低粗糙程度，选择沿程压力损失的计算公式如下：Hf=λ•L/D•V2/2g （3）Hf—沿程压力损失, mm/mλ—摩擦阻力系数（并非定值）L—环路水管长度，mD—管道内径,mV—水平均流速m/sRe<2300为层流流动：λ=64/Re （4）Re>2300为紊流流动:λ=0.316Re-0.25 （5）Re=VD/γ（6）γ：动力粘度系数, m2/s公式（6）用于判断水流方式：层流或紊流表2 水温及先关水流动力粘度1.2.2 局部压力损失局部压力损失主要受限于一些阀门、滤网的流通能力，选择计算公式如下：ΔP=102(G/KV0.01)2 （7）ΔP；局部压力损失，mmh2oG—供暖管网所需水流量，l/hKV0.01—流通能力（压差等于0.01bar）, l/h1.2.3 机器本身的内阻是一个实测值，由于壁挂炉行业起步较高，标准化程度较好，所以不同厂家的同一类型产品内阻相差不大。