球墨铸铁管道水力计算及设计应用

----考虑管径的影响：

海森-威廉系数可采用经验关系Ch =147.25-4.13/ D0.5（当量粗糙度k=0.1mm
、V=1.0m/s）估算
曼宁糙率系数n可采用经验关系n = 0.0105D0.063（当量粗糙度k=0.1mm、 V=1.0m/s）估算
管径D 对海森-威廉系数Ch 的影响要小于对曼宁糙率n 的影响，海 森-威廉公式比谢才公式更适用于管道的水力计算
涂料内衬
球墨铸铁管阻力系数推荐值 海曾-威廉系数Ch 140～120 145～125
糙率系数n 0.010～0.012 0.010～0.011
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
水力摩阻系数的影响因素主要包括：管径、流速、水温、当量粗糙度 k等。
—— 总体而言：
球墨铸铁管道水力计算及设计应用
1
交流内容 一 球墨铸铁管的水力计算 二 球墨铸铁管在工程设计中的运用
一、球墨铸铁管的水力计算
（一） 恒定流计算 （二） 非恒定流计算
（一）恒定流计算
1、 计算公式
《室外给水设计规范》GB50013：混凝土管（渠）及采用水泥砂浆内衬的金属 管道—谢才公式 ； ----输配水管道、配水管网水力平差计算:海曾-威廉公式；
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
球墨铸铁管的优势：
——柔性借口，适应地基不均匀沉降能力强，且接口型式多样（T型口、K型口、自 锚接口、法兰接口等）
——可借角，能节省弯头及镇墩等 ——强度高，抗冲击能力强 ——承压等级高（K9级，2.5Mpa-6.4Mpa） ——抗腐蚀性能好，寿命长。一般不需其他防护措施 ——口径范围广（DN80—DN2600） ——适应埋设、明敷、顶管施工和水平定向钻进施工等 ——施工周期短，节约工期。
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
实验室测试 ：

2005年和2011年，新兴铸管有限公司委托中国水利水电科学研究院，对
不同内衬材料的球管进行阻力系数的试验。实验选用DN300管道，分别对水泥
砂浆内衬、环氧密封层和聚氨酯内衬进行了实验。
（一）恒定流计算
1、 计算公式
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
当量粗糙度k=0.030mm时，Ch与n随管径和流速的变化规律
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
现场测试
2018年新兴铸管公司委托中国水科院进行了球墨铸铁管道摩阻系数的现场测 试工作，虽然受现场条件的限制，成果有一定的局限性，但与上图的趋势有着良 好一致性。
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
《室外给水设计规范》给出的参考值：
《建筑给水排水设计规范》：衬水泥、树脂的铸铁管Ch=130
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取

美国水行业协会编制的球墨铸铁管应用手册M41《球墨铸铁管道和管件》
采用海曾-威廉（Hazen-Williams）公式作为球墨铸铁管的水力计算公式。
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
郑州东区某工程供水工程自锚式接口管道
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
K级管的工作压力的计算公式 PFA = 2·emin·Rm D·SF
PFA：管道允许正常工作压力，MPa emin ：最小壁厚，mm K：壁厚级别系数，…7，8，9，10，11，12… D：平均直径（DE - emin ），mm SF：安全系数，取3 Rm:最小抗拉强度，MPa，（ Rm = 420 MPa） emin =K(0.5+0.001DN)
球墨铸铁管的优势：
——柔性借口，适应地基不均匀沉降能力强，且接口型式多样（T型口、K型口、自 锚接口、法兰接口等）
——可借角，能节省弯头及镇墩等 ——强度，抗冲击能力强 ——承压等级高（K9级，2.5Mpa-6.4Mpa） ——抗腐蚀性能好，寿命长。一般不需其他防护措施 ——口径范围广（DN80—DN2600） ——适应埋设、明敷、顶管施工和水平定向钻进施工等 ——施工周期短，节约工期。
——糙率系数n与海曾-威廉系数Ch选取
实验室测试 ：
（一）恒定流计算
1、 计算公式
实验室测试 ：

——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
DN300球管——水泥砂浆内衬（2011年）
（一）恒定流计算
1、 计算公式
实验室测试 ：

——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
DN300球管——环氧密封层内涂（2011年）

球墨铸铁管研究协会在试验后建议，带有水泥内衬的球墨铸铁管海澄曾-
威廉系数Ch合理取值为140。，其水头损失计算误差理论上不超过13%”。.
（一）恒定流计算
1、 计算公式
——糙率系数n 与海曾-威廉系数Ch选取
日本久保田铁工株式会社出版的《球墨铸铁管手册》：
水泥砂浆内衬球墨铸铁管“Ch” 值为140-150 。由于管子内面不产生锈瘤 ，所以这个数值经过长年使用也不变化。
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
球墨铸铁管的优势：
——柔性借口，适应地基不均匀沉降能力强，且接口型式多样（T型口、K型口、自 锚接口、法兰接口等）
——可借角，能节省弯头及镇墩等 ——强度，抗冲击能力强 ——承压等级高（K9级，2.5Mpa-6.4Mpa） ——抗腐蚀性能好，寿命长。一般不需其他防护措施 ——口径范围广（DN80—DN2600） ——适应埋设、明敷、顶管施工和水平定向钻进施工等 ——施工周期短，节约工期。
《建筑给水排水设计规范》GB50015：海曾-威廉公式 ； 《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规范》CECS193-2005）水力计算按
《室外给水设计规范》GB50013的规定---谢才公式； 《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974：水泥砂浆内衬铸铁管—谢才公式 ——国外：多采用海曾-威廉公式
失可按沿程水头损失5%～10%进行估算，具体比例取值应综合考虑管路沿线的 地形复杂程度、管道长度及阀件、管件的数量来确定，在初步设计、招标设 计及施工图设计阶段，须按上述公式计算管道的局部水头损失。
（二）非恒定流计算
对于设计流速和运行压力较低且管道较短的简单有压重力流输水 系统，水锤分析及防护设计采用水锤经验计算公式或参照同类工程进 行；对于管道较长的输水系统，水锤分析及防护设计应进行水力过渡 过程数值模拟计算分析后，确定水锤防护措施；对于重要的或较复杂 的长距离输水系统，还应进行对比分析计算后，确定水锤防护措施。
（一）恒定流计算
1、 计算公式
《技术导则》中管道沿程水头损失计算给出了两种计算公式 公式一： 海曾-威廉（Hazen-Williams）公式：
������
=
������������ ������
=
������������.������������������������.������������������ ������������������.������������������ ������������������.������������
——可借角，能节省弯头及镇墩等 ——强度，抗冲击能力强 ——承压等级高（K9级，2.5Mpa-6.4Mpa） ——抗腐蚀性能好，寿命长。一般不需其他防护措施 ——口径范围广（DN80—DN2600） ——适应埋设、明敷、顶管施工和水平定向钻进施工等 ——施工周期短，节约工期。
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
式中： i——单位管道长度的水头损失（水力坡降）（m/m）；
������——管段长度（m）；
q——设计流量（m3/s）； Ch——海曾-威廉系数， dj——计算内径 该公式适用条件为常温水，光滑区至部分粗糙区，对应雷诺数
Re=104-2X106,V〈3m/s,管径大于0.05 m.
2019/6/16
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
TF型自锚式接口
自锚式接口的设计应用： • 用以抵消水力推力的水泥支墩无法设置时，可以用来代替水泥支墩。 • 管线敷设地区地基不稳定，可能产生较大的土壤沉降，如河床的淤泥 层，实现接口防滑脱功能，并 保持一定的偏转角。 • 陡坡 • 地面上明设管道
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
某工程检测管段平顺、水质条件较好，DN800水泥砂浆球墨铸铁，管道检测 流速0.27~0.37m/s范围内 ,实测海曾-威廉系数Ch从141增加到165，曼宁糙率系数n 从0.0115减小到0.0097。
（一）恒定流计算
2、局部水头损失
v2
h j
=
z
2g
建议： 在方案设计、项目建议书及可行性研究阶段，管道的局部水头损
建议：对于重要的大型工程，应设立水锤计算分析专题，建议由 两个以上专业水力分析机构对比计算，来确定最优的水锤防护方案。
（二）非恒定流计算
有压输水系统经水锤计算分析采用水锤防护措施后，瞬态特性参数应满足 以下要求：

1 、包括最不利工况下水锤压力的管道设计压力不宜超过1.3～1.5 倍管
道工作压力；
焦作段修武水厂段工程施工
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
鄂尔多斯哈头才当水源地引水工程
哈头才当水源地饮水工程供水规模10万t/d，将优质地下水输送至康巴 什新区二水厂，工程主要分为水源地工程和输水管线工程两部分。
DN300～DN900的汇流管线管材为K9级球墨铸铁管。总长100km
P
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用
GB13295要求的K9管允许工作压力与最大允许工作压力
二、球墨铸铁管在工程设计中的运用