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
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。
水电站压力管道.
正常使用极限状态：钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况三种。
三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。
持久状况还应进行正常使用极限状态设计； 短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态设计； 偶然状况可不进行正常使用极限状态设计。 承载能力极限状态，是指钢管结构或构件，或达到最大承 载能力、或丧失弹性稳定、或出现不适合于继续承载的变 形； 正常使用极限状态，是钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
1. 功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的 轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。 2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。 3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果
好。
开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
三、镇墩(anchor block)
明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等
二、压力管道引进厂房的方式
1. 正向引近：低水头电站。水流平顺、水头损
失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故
时直接危机厂房安全。
2. 纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲
厂房。
3. 斜向引近：分组供水和联合供水。
二、压力管道引进厂房的方式
(a)、(b) 正向引进
(2) 滚动式(rolling ring girder support)
在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，摩擦系数f小， 适用于D>2m。
(3) 摆动式(rocking ring girder support)
在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f很小，适 用于大直径管道。
压力管道的规定
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。
压力管道供水方式
b 自动强化阶段，承受较高荷载；
破坏阶段
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
2 加工性能
辊扎、冷弯、焊接等方面的性能
冷 弯 塑性变形 发生冷强 时效硬化 钢材变脆 焊 接 焊缝不开裂，不降低焊缝及相邻母材的机械性能
（如强度、延伸率、冲击韧性等）。
后处理 进行消除内应力处理
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
11
单 元 供 水
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
12
集 中 供 水
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
13
分
组
调压室
供
厂房
水
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
第三节 压力管道的水力计算 和经济直径的确定
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
第四节 钢管的材料、容许应力 和管身构造
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
一、钢管的材料
受力构件和加强构件: 管壁、加劲环、支承环:A3、16Mn，和经过
正火的15MnV和15MnTi
支座的滚轮和支承板等:A3、A4、A5、16M35、 45 屈服点为60～80kgf/mm2的高强度钢材
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
一、水力计算
1、恒定流计算
确定管道的摩阻损失和局部损失两种。
2、非恒定流计算
确定最高和最低压力线
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
二、管径的确定
压力管道的直径应通过动能经济计算确定
彭德舒公式：
D 7 5.2Qmax 3 H
V经 5 ~ 7m / s
水电站(问答题答案版)
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。
水管压力计算
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
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。
流体力学第5章节压力管路的水力计算
目录
• 引言 • 压力管路的基本概念 • 压力管路的水力计算基础 • 压力管路的水头损失计算 • 压力管路的压力分布计算 • 压力管路的优化设计 • 结论与展望
01 引言
主题简介
压力管路水力计算是流体力学中的一 个重要章节，主要涉及压力管道中流 体流动的水力学特性及计算方法。
本章节将介绍压力管路的基本概念、 水力学原理以及相关的水力计算方法 ，为实际工程应用提供理论支持。
章节目标
掌握压力管路的基本概念 和原理。
学习并掌握压力管路的水 力计算方法。
理解流体在压力管路中的 流动特性。
了解实际工程中压力管路 的设计与优化。
02 压力管路的基本概念
压力管路的定义
压力管路是指输送液体介质并承受一定压力的管道系统。 它广泛应用于石油、化工、水处理、能源等领域。
压力分布的影响因素
01
02
03
管路几何参数
管径、管长、管壁粗糙度 等都会影响压力分布。
流体性质
流体的密度、粘度、压缩 性等对压力分布有显著影 响。
流体流动状态
层流、湍流等不同的流动 状态对压力分布有不同的 影响。
06 压力管路的优化设计
优化设计的方法
数学模型法
通过建立压力管路的数学模型，包括流体动力学方程、管路材料 属性和边界条件等，进行数值模拟和优化求解。
局部水头损失的计算
局部阻力系数
根据局部障碍物的形状和尺寸，以及流体的物理性质，确定局部阻力系数，用 于计算局部水头损失。
经验公式
根据实验数据和经验，总结出一些常用的计算局部水头损失的经验公式，如谢 才公式等。
05 压力管路的压力分布计算
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压力管道的水力计算和经济直径的确定
一、水力计算
压力管道的水力计算包括恒定流计算和非恒定流计算两种。
（一）恒定流计算
恒定流计算主要是为了确定管道的水头损失。
管道的水头损失对于水电站装机容量的选择、电能的计算、经济管径的确定以及调压室稳定断面计算等都是不可缺少的。
水头损失包括摩阻损失和局部损失两种。
1、摩阻损失
管道中的水头损失与水流形态有为。
水电站压力管道中的水流的雷诺数Re一般都超过3400，因而水流处于紊流状态，摩阻水头损失可用曼宁公式或斯柯别公式计算。
曼宁公式应用方便，在我国应用较广。
该公式中，水头损失与流速平方成正比，这对于钢筋混凝土管和隧洞这类糙率较大的水道是适用的。
对于钢管，由于糙率较小，水流未、能完全进人阻力平方区，但随着时间的推移，管壁因锈蚀糙率逐渐增大，按流速平方关系计算摩阻损失仍然是可行的。
曼宁公式因一般水力学书中均可找到，此处从略。
斯柯别根据198段水管的1178个实测资料，推荐用以下公式计算每米长钢管的摩阻损失
(13-1)式中a-水头损失系数，焊接管用0.00083。
为考虑水头损失随使用年数t的增加而增大的系数，清水取K ＝0.01，腐蚀性水可取K＝0.015。
2.局部损失
在流道断面急剧变化处，水流受边界的扰动，在水流与边界之间和水流的内部形成旋涡，在水流质量强烈的混掺和大量的动量交换过程中，在不长的距离内造成较大的能量损失，这种损失通常称为局部损失。
压力管道的局部损失发生在进口、门槽、渐变段、弯段、分岔等处。
压力管道的局部损失往往不可忽视，一尤其是分岔的损失有时可能达到相当大的数值。
局部损失的计算公式通常表示为
系数可查有关手册。
（二）非恒定流计算
管道中的非恒定流现象通常称为水锤。
进行非恒定流计算的目的是为了推求管道各点i的动水压强及其变化过程，为管道的布置、结构设计和机组的运行提供依据。
非恒定流计算的内容见第九章。
二、管径的确定
压力管道的直径应通过动能经济计算确定。
在第七章中我们已经研究了决定渠道和隧洞经济断面的方法，其基本原理对压力管道也完全适用，可以拟定几个不同管径的方案，进行誉比较，选定较为有利的管道直径，也可以将某些条件加以简化，推导出计算公式，直接求解。
在可行性研究和初步设计阶段，可用以下彭德舒公式来初步确定大中型压力钢管的经济直径
式中Qmax-钢管的最大设计流量，；
H-设计水头，m。