水泵系统水力计算
5.3 短管水力计算——学习材料
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。
水管水力计算表格
S-35
/
/
/
/
/ R-35
S-36
/
/
/
/
/ R-36
SUM(Pa)
0
36 回
运动粘度 (10-6m2/s) 0.805
水
管
内径 管段长 流 速 阻力
(mm) m
m/s
系数
13 14
15
16
/
/
/
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/
/
40
制冷机组
41
热水锅炉
42
热交换器
43 电动调节阀
44
空调箱
45
风机盘管
46
冷却塔
SUM(Pa)
0
水系统总阻力
水系统水力计算
管径 内径 数量 阻力 mm mm (只) 系数
4 567
流量 m3/h
8
流 速 局部阻力
m/s
Pa
9
10
/
/
/
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/
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/
/
水泵选型、水力计算
管段的管径计算
（1）各循环管段的管径计算：
d j = 4q / πv
式中: dj——管道计算内径，m q——设计流量，m³/s v——流速，m/s；根据《建筑给排水设计 规范》; 公称直径mm 水流速度m/s 15-20 ≤0.8 25-40 ≤1.0 ≥50 ≤1.2
管段的管径计算
（2）热水供回水管路确定 热水管网供水管段管径DN/mm 20-25 32 40 50 65 125 150 200 热水管网回水管段管径DN/mm 20 20 25 32 40 65 80 100 80 100
太阳能热水系统中水泵的选型
集热循环泵 1、水泵流量的确定 见前“集热循环管段的流量计算” 2、水泵扬程的确定 Hx≧Hjx+Hj+Hz+Hf 式中： Hx—太阳能集热系统循环水泵扬程，m。 Hjx—集热系统循环管路的沿程与局部阻力系数，m。 Hj—集热循环管路流经集热器的阻力损失，m。 Hz—集热器顶与水箱最低水位的几何高差，m。 Hf—富余水头，2~5m。
太阳能热水系统中水泵的选型
水箱间循环泵 水箱间循环泵的流量、扬程均不宜过大，防止溢 水（两水箱间的回流依靠水箱间连接水嘴之上的 水压差作为回流动力，由于压差很小，回流流量 很小）； 1、水泵流量的确定 按总容水量的1/4。循环时间掌握在30～60分钟。 2、水泵扬程的确定 若两水箱不在同一平面上，扬程可根据两水箱位 置调整；两个水箱在同一平面上时，一般不能采 用比PH-123E大的水泵。按水箱间回水管路允许 流量选择。 通常扬程不高于2米
太阳能热水系统中水泵的选型
水泵的种类及功能 根据水泵在系统中的作用，可分为集热循环泵， 水箱间循环泵、补水泵、给水泵（或增压泵）， 管道循环泵。因此水泵在系统中的作用主要有补 补 循环、增压。 水、循环、增压
泵站选型及管道水力计算
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。
泵站选型及管道水力计算
农业工程学
泵站选型及管道水力计算
刘香忠
（青海水利水电建设工程检测中心有限公司，青海西宁 810000）
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。
1.0 t/m3，ΔH 为压力升高值，ΔH= av0 kg/cm2，ω 为管道断面积 g
（m2），a 为 水 锤 波 的 传 波 速 度 ，a= 1 425 （m/s），K 为 水
姨1+ K D Eδ
的 弹 性 模 量 ， 取 2 029 MPa，E 为 管 壁 材 料 的 弹 性 模 量 ，取
210 N/m2，δ 为 管 壁 厚 度 （mm），D 为 管 径 （mm）。计 算 得 直 接
水锤压力 ΔH。
8 管径选择和管道水力计算
对灌溉管道来说，在满足流量的情况下，还要考虑管
道的经济流速，并充分利用地形落差，减小管径。因此，通
过管道的水力计算确定各级管道的管径。管道沿程损失按
hf=0.000 915 LQ1.77/D4.77 计算，局部损失按沿程损失的 10%计。 根据已建工程的经验，其管径计算采用下式：
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
5.4短管的水力计算
c c
1
l
d
(5 26)
c
1
1 l
d
c (5 21)
式（5.26）与式（5.21）相比较，其右侧在分母中少了代表 出口动能的修正系数1.0，但在∑z中却增加了代表出口损失 的局部阻力系数1.0。
可见，同一短管在自由出流和淹没出流的情况下，其流 量计算公式的形式及的数值均相同，但作用水头的计量基准 不同；
②扬程H 水泵供给单位重量液体的能量，或单位重量液体通
过水泵所获得的能量，常用单位是 米（m）水柱。
现分析扬程在管路系统中 的作用。如图，取吸水池 水面与水塔水面间列能量 方程
z1
p1
v12 2g
H
z2
p2
v22 2g
hw
上式为1、2两断面间有外界能量输入的总流能量方程。
z1
p1
v12 2g
H
2、计算管顶断面 2-2 的真空高度： 取上游河面 1-1，列断面 1-1 至 2-2 的水流的能量方程， 采用绝对压强
z1
p1abs
1v12
2g
z2
p2abs
2v22
2g
hw12
以1－1断面为基准，则z1＝0，z2＝hs。取α1＝α2＝1.0， 河面水位恒定，所以，
1v12 0,
2g
p1abd pa
H
l3
吸水管
z
ζ 2
2 l2
泵
0 hs l11 1 2
压水管
ζ 3
0
hwa ζ 1
图5.10
如水泵的吸水管及压水管，虹吸管，路基涵管等，管道 不太长，但局部变化较多的管道一般均按短管计算。
hw＝∑hf＋∑hj
水泵管道内的压力计算公式
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。
水泵、管道及喷嘴选型计算公式
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。
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水泵系统水力计算
以下是进行水泵系统水力计算的基本步骤：
1. 确定所需的流量
首先，需要确定水泵系统需要提供的流量。
这可以根据具体应用的需求来确定，例如，给定的建筑物所需的供水流量或者工业生产线所需的流量。
2. 确定所需的压力
接下来，需要确定水泵系统需要提供的压力。
压力可以根据所需的流量以及系统中的阻力来计算。
阻力可以来自管道、阀门、弯头等元件。
3. 确定水泵
一旦确定了所需的流量和压力，就可以选择合适的水泵。
水泵的选择应基于所需的流量和压力，以及其他因素，如可靠性、效率和成本等。
4. 进行水力计算
进行水力计算时，需要考虑以下因素：
- 管道直径：根据所需的流量和阻力来确定适当的管道直径。
- 管道长度：管道长度将影响水泵所需的功率和效率。
- 阻力损失：根据管道长度、直径、阀门、弯头等因素来计算阻力损失。
- 速度：确定水在管道中的速度，以避免过高或过低的速度对系统性能造成影响。
5. 验证计算结果
在进行水力计算后，应通过验证来确保所选择的水泵能够满足系统的需求。
这可以通过进行实际测试或使用模拟软件来完成。
以上是进行水泵系统水力计算的基本步骤。
通过正确进行水力计算，并选择合适的水泵，可以确保水泵系统能够正常运行，并满足所需的流量和压力要求。