管道水泵计算法

默认分类2008-06-23 10:04:19 阅读538 评论0 字号：大中小订阅

一、几点说明. 1

第一题这本书有什麽用处？ (1)

第二题管道的直径怎样叫法？ (1)

第三题怎样选择管道材料？ (3)

二、管道水力计算. 5

第四题什麽叫做管道的流量？怎样计算管道的流量？ (5)

第五题在流速相等的条件下，Dg200管子的流量是Dg100管子的流量的几倍？ (6)

第六题有没有简单的方法，可以记住各种管子的大致流量？ (7)

第七题管道里的流速有没有限制？ (7)

第八题管道里的流量不变，他的流速会不会变化？ (8)

第九题压力和流速究竟有什麽关系？ (8)

第十题压力表上的压力大小用公斤表示（例如2公斤的压力），另外，我们又常说多少高水柱压力（例如5米高水柱的压力），它们之间有什么关系？ (9)

第十一题压力差和管道的阻力有什么不同？ (9)

第十二题管子的阻力怎样计算？ (10)

第十三题怎样使用铸铁管水力计算表？ (11)

第十四题表4的铸铁管水力计算表做了哪些简化，会不会影响计算的准确度？ (13)

第十五题从铸铁管水力计算表可以找到那些规律?. 14

第十六题知道管道阻力的规律有什么用处？ (15)

第十七题怎样具体利用表4进行计算？ (15)

第十八题表4查不到的流量、流速和阻力，应该怎样计算？ (16)

第十九题在实际工作中，究竟怎样体现一段管道的压力差产生一定的管道流速？ (18)

第二十题管道的总阻力包括哪些部分？ (19)

第二十一题管道的局部阻力应该怎样计算？ (19)

第二十二题究竟实际管道的阻力应该怎样计算？ (20)

第二十三题局部水头损失(局部阻力)的计算比较麻烦，有没有简化的计算方法？ (24)

第二十四题在一条用口径的管道上，两头的压力差定了后，管道里的流量和流速也就定了。24

那么，管道两头真正的压力究竟反映什么要求？ (24)

第二十五题钢管的阻力能不能用表4来计算？ (25)

第二十六题小管径钢管的阻力怎样计算？ (26)

第二十七题铸铁管水力计算表(表4)对于其它的管材和流动物资的阻力计算由没有用处？27

第二十八题蒸汽管的流量和阻力怎样计算？ (28)

第三十题混凝土排水管道的流量和流速怎样计算？ (31)

三、水泵选择. 33

第三十一题什么叫作水泵的总扬程？ (33)

第三十二题什么叫作水泵的吸水扬程？ (33)

第三十三题水泵的型号怎样表示法？ (34)

第三十四题水泵的性能包括哪些项目？ (35)

第三十五题怎样从水泵型号，估计出水泵的流量？ (39)

第三十六题怎样选择水泵的型号？ (40)

第三十七题再作设备计划的时候，管线还未定，怎样选水泵？ (41)

第三十八题离心式水泵为什么能吸水？ (42)

四、管件. 44

第三十九题光滑万头的长度(即弯曲部分)怎样定？怎样计算？ (44)

第四十题焊接弯头的尺寸是怎样定的？下料总长度怎样计算？ (45)

第四十一题断节的长度怎样计算？ (47)

第四十二题为了在钢管上画出断节，必须先画出断节的展开图来，展开图是怎样画出来的？49

第四十三题应用表18焊接弯头尺寸和表19断节展开尺寸时，应注意哪些问题？ (51)

第四十四题三通和四通的管件展开图怎样画法？ (52)

第四十五题异径管(同圆心的大小头)的展开图怎样画法？ (55)

第四十六题偏心异径管(偏心的大小头)的展开图怎样画法？ (56)

第四十七题为什么要计算钢管受热后膨胀的长度？应该怎样计算？ (58)

第四＋八题方形伸缩器的尺寸是怎样决定的？怎样选用？ (58)

一、几点说明

第一题这本书有什麽用处？

管道工人和新参加管道设计、施工人员、在实际工作中，经常碰到一些管道和水泵方面的设计和计算问题，但在这方面还没有比较通俗的参考书。作者针对这一情况编写了这本书。书中除介绍有关管道和水泵的基本知识外，还列出了有关管道和水泵设计、计算的基本数据。可作为一本简易参考资料使用。

全书共有四十八个题例，包括三个基本内容：第一、管道简易设计和计算方法，以室外给水铸铁管为主，但也介绍了工业锅炉蒸汽管及其它一些常用管道的计算知识；跌入、水泵的选型；第三、在管道安装过程中经常碰到的一些问题，如钢制管道零件的加工尺寸及蒸汽管道伸缩器的选用数据等，钢制管件包括弯头管、三通管、四通管（以下简称弯头、三通、四通）以及同心、偏心大小头异径管等。

第二题管道的直径怎样叫法？

管道的直径有两种叫法，一种叫它的内径，一种叫它的外径。

铸铁管和一般的钢管（指白铁管或黑铁管，又称水、煤气管）的内径又叫做公称通径，用Dg表示，D是代表直径的意思，g是“公”字拼音的第一个字母。一般说，管子直径是它的内径，用毫米表示。例如：直径100毫米的管子，可以表示成Dg100管子。但要注意管子的真正内径和它的公称通径往往是不相等的，有的相差比较大。当我们计算管子横断面的准确面积时，就应该用真正的内径，不能用公称通径。

另外，还有一种叫法，把管子叫成几吋的管子。吋，读称英寸。1吋可以折合成25毫米，所以Dg100的管子也叫做4吋管。

表1-1列出白铁管和黑铁管管径的对照尺寸（白铁管指镀锌钢管，黑铁管指一般钢管）。从表中看出Dg100的管子，真正的内径为106毫米，Dg150毫米的管子，真正内径为156毫米。表1-2为普通压力铸铁管（简称普压铸铁管）的部分管径的尺寸对照。由表中可以看出，这种铸铁管的公称通径和它们的真正内径是一致的。

白铁管和黑铁管尺寸表1-1

表1-1和表1-2列出的各种管道，承受的工作压力都是7.5公斤/厘米2,是一种常用的管道，所以叫做普压管。当工作压力增加或减少，管壁就要相应地加厚或减薄。但这种高压和低压的管道，它们的外径和公称通径相同的普压管的外径是一样的，所以，管壁的加厚或减薄只是引起真正内径的缩小和加大。

内径大致相同的同一种管道，它们的外径都是相同的，这使管道尺寸的一般规律。这也就是公称通径和真正内径不一致的原因。再铸铁管和一帮昂观众，由于壁厚变化不大，公称通径的数值比较简单，用起来也方便，所以采用公称通径的叫法。但由于管壁变化幅度较大的管道，一般就不采用公称通径的叫法了。无缝钢管就是典型例子。

同一外径的无缝钢管，它的壁厚有十几种的规格。例如，外径108毫米的无缝钢管，壁厚从3毫米一直到9毫米，真正的内径在102～90毫米范围内变化，这样，就没有一个合适的尺寸可以代表内径。所以无缝钢管的规格一般用“外径ⅹ壁厚”来表示。例如108ⅹ4和108ⅹ6的无缝钢管，外径皆为108毫米，壁厚分别为4及6毫米。管壁很厚的无缝钢管只用在压力很高的管道上。其管壁厚度都在3.5～8毫米范围内，而且只应用于蒸汽管道和制造管道零件。可参考表10及表18等的无缝钢管尺寸。

为什麽不按公称通径加工管子的内径呢？因为，加工管子时把管子的外径制造成一样大小好

做接头，但当管子承受的压力不同的时候，就要改变管壁的厚度，这样，管子的内径就相应地发生变化了。所以，不要按公称通径加工管子的内径。

第三题怎样选择管道材料？

表2是一个选择管道的参考资料。表中：白铁管指镀锌钢管，黑铁管指一般钢管；Pg表示公称压力（P代表压力，g代表“公”字拼音的第一个字母），单位为公斤/厘米2；t表示摄氏温度的度数；Pg最高为13公斤/厘米2，指一般工业锅炉的压力。某一种管材所适用的范围，在表中由不同的面积形状反映出来。例如，室外管道输送公称压力9～13公斤/厘米2的饱和蒸汽，从Dg25到Dg150应用无缝钢管；从Dg25到Dg150的白铁管和黑铁管可以用于室内、外的凝结水和室内给水；Dg25和Dg50的白铁管和黑铁管可以用于室内、外的热水和给水;Dg80以上的室外给水管应用铸铁管和石棉水泥管；Dg80到Dg150的热水管应用无缝钢管。

二、管道水力计算

第四题什麽叫做管道的流量？怎样计算管道的流量？

一根水管，在一定的时间内，流过一定体积的水，这个水的立方米的数值就是管子的流量。例如，在一小时内流过1立方米的水，就叫做1小时1立方米的流量，用米3/时表示流量的单位（时间也可改用1秒，1分甚至1天，体积也可以改用升或毫升等，这样可以组成其它的流量单位，如米3/秒、升/秒等）。管子里的流量，是由管子的横断面的面积和水流的速度相乘得来的。每小时的流量公式如下：

流量=3600ⅹ管子面积ⅹ流速

管子面积=3.14ⅹ(半径)2

或管子面积=0.785ⅹ(半径)2

式中流量单位为米3/时；流速单位为米/秒；半径或直径单位为米；3600是1小时折合成的秒数。因为面积(米2)ⅹ流速（米/秒）的结果得米3/秒，指1秒钟内的流量，因此，折合成1小时的流量米3/时，就要乘上3600这个数。

例1 Dg100的管子，流速为1米/秒时，流量是多少？

解流量=3600ⅹ管子面积ⅹ流速。先把直径换算成米，管子面积= 米2。

则流量=3600ⅹ0.00785ⅹ1=28.3米3/时

注意，上式不仅适用于水，也适用于其它液体或气体。如果管道里流的是水，我们计算的就是多少米3/时的水，如果流的是蒸汽，我们算得的就是多少米3/时的蒸汽。

流量，也可以用重量来表示。因为1米3的水恰好是1吨，所以我们又把水管的1米3/时的流量，说成1吨/时的流量。例1，如果说的是水管，28.3吨/时。但如果说的是蒸汽管，就不能把1米3/时说成1吨/时了，因为1立方米蒸汽只有几公斤重，而且蒸汽的重量是随它的压力变化的，例如，压力为10公斤/厘米2的蒸汽，每立方米只有3.5公斤重，1米3/时的蒸汽流量只合5.5公斤/时。因此，如果28.3米3/时，是蒸汽流量，就应该说成28.3ⅹ5.5=156公斤/时。

从上式可知，在管子直径已定的情况下，如果管子里的流速变化的时候，流量也要跟着变化。变化的关系如下式：

例2 Dg100的管子，当流速为1米/秒，流量为28.3吨/时，求流速2米/秒时，流量是多少？

解：

则：

第五题在流速相等的条件下，Dg200管子的流量是Dg100管子的流量的几倍？

由于直径200是直径100的两倍，所以，有人往往会误认为Dg200管子的流量也是Dg100管子流量的两倍，这是错误的。正确答案：Dg200管子的流量是Dg100管子流量的4倍。这是从下列公式推算出来的：

Dg200管子和Dg100管子分别代表大管子和小管子，所以：

上面公式，实际是管道流量公式的一个应用，因为从流量公式可得

大管子流量=3600ⅹ0.785ⅹ(大管子直径)2ⅹ流速

小管子流量=3600ⅹ0.785ⅹ(小管子直径)2ⅹ流速

利用数学的演算方法，把两个公式的两边相除，得：

然后再用小管子流量乘等式的两边，就得大管子流量的计算公式。这一公式还可以写成：因此，我们知道，在流速相等的情况下，一根Dg200管子可以顶4根Dg100管子使用，一根

Dg500管子可以顶4根Dg250管子使用(这里没有考虑阻力不相等的问题,参看第十五题)。同样计算：

这也就是说，一根Dg200管子可以顶16根Dg50管子使用。从上述情况看出，当两根管子流速相等时，两根管子的流量各自与其直径的平方成正比。

第六题有没有简单的方法，可以记住各种管子的大致流量？

有的，如果我们记住Dg100为30吨/时，再利用管径与流量的关系，其他管径的管子流量就可以推算出来了。如Dg200管子的流量为22ⅹ30=120吨/时，Dg300管子的流量为32ⅹ30=270吨/时，Dg50管子的流量为Dg25的管子流量为

这30吨/时的流量是怎样来的？我们已知，当流速为1米/秒时，Dg100管子的流量是28.8吨/时，那麽流量30吨/时的流速，只比1米/秒稍大一些，因此粗算时，我们可以认为流速也是1米/秒，这样好记又好算。

同样，记住Dg100管子流量30吨/时的流速是1米/秒，其他流速的流量，也可以利用流速和流量的关系算出来。例如，当流速提高为2米/秒时，流量就是，当流速降为0.5米/秒时，流量就是因此，Dg100管子的流量算出来，其它管径的流量也就同样可以算出来。

第七题管道里的流速有没有限制？

管道里流速的大小是一个经济问题，同样的管子，管子大流速就小，这时虽然输送水的电费低了（参看下面流速与阻力的关系），但管子的费用就高了。相反，如果管子很小，虽然管子价钱低了，但经常输送水的电费高了。所以，这中间有一个最合算的流速（见表3）。

表3的流量限制反映两条规律，第一、管径大的，流速可以用得高一点；第二、管道短的，流速也可以用得高一点。这时在一般条件下的参考。在特殊的情况下无论大官或小管，流速最大可以到2米/秒～3米/秒，也可以小到0.3米/秒。这要结合施工情况和管道长度以及水泵等具体工程条件灵活掌握。

第八题管道里的流量不变，他的流速会不会变化？

这个问题应该附加两个条件才提得明确，第一、管子直径没有变化；跌入、在管道上没有支管进水，也没有支管出水。有了这两个条件可以得出答案：在这条管道上，任何一处的流速都是相等的，并且不会变化。

为什麽流速不变呢？因为流量是由流速和面积决定的，流量、流速和面积是互相配套的，这三个因素中，流量和面积不变，流速也不会发生变化。

这个问题的提出是因为：当管子流水的时候，管道上每一处的压力都是不同的（从压力表上可以看出来），往往会使人错误认为，流速和压力一样，也会跟着变化。

第九题压力和流速究竟有什麽关系？

管道里的压力是顺着水流的方向逐渐变小的。但是，管道的流速在流量不变的时候却是不变的。我们讨论压力与流速的关系，实际是指管道上两点间的压力差和两点间流速的关系。因为，当管道两点间的长度固定不变后，决定管道两点间的流速是两点的压力差，而不是某一出单独的压力绝对大小值。压力差大的时候，流速就一定大。反之，流速减小，压力差也一定变小了。在弄清楚压力差和流速的关系前，应该先把压力的概念和单位搞清。

第十题压力表上的压力大小用公斤表示（例如2公斤的压力），另外，我们又常说多少高水柱压力（例如5米高水柱的压力），它们之间有什么关系？

我们一般说2公斤压力，这只是为了说起来方便，但不确切，严格地说，应该是2公斤/厘米2，这是指在一个平方厘米的面积上压有2公斤的力量，包括了一个面积的因素在里面。说得更确切一点，这是一个压力强度。知道这个压力强度之后，在任何大小面积上，压的力量就可以算出来了。例如，在2厘米2上就有2ⅹ2=4公斤力量，在10厘米2的面积上就有2ⅹ10=20公斤力量。

水柱的高度，怎样能折合成公斤/厘米2的压力单位呢？这只要把压在1厘米2面积上水柱的重量算出来就成了。例如，5米水柱在1厘米2面积上的体积为500(厘米)ⅹ1(厘米2)=500厘米3，重量为0.5公斤(因为1000厘米3水就是1升水，中1公斤)，所以5米水柱就折合成0.5公斤/厘米2的压力。

这里提出了一个重要的换算问题，10米水柱压力折合成多少公斤/厘米2？10米水柱在1厘米2面积上的体积为10ⅹ100厘米ⅹ1厘米2=1000厘米3=1升，重1公斤，所以10水柱压力恰好折合为1公斤/厘米2的压力。

1公斤/厘米2的压力相当于10米水柱的压力，这时一个重要换算关系。根据这个关系，我们就可以进行许多压力的换算。例如，0.1公斤压力折合成0.1ⅹ10米=1水柱的压力，100毫米水柱(即为0.1米水柱)的压力折合成0.1ⅹ1/10=0.01公斤的压力。

为什麽要用水柱高来表示压力呢？这有两个原因：一个是为了便于计算阻力(这在以下问题中解答)。另一个是使我们对于压力有一个概念。例如，一个10米水深的池子，池子底上的压力就是10米水柱。同样，如果水管的压力是1公斤/厘米2，也就是10米水柱的压力。这个10米水柱高怎样体现呢？我们如果在水管的垂直方向接一根管子，就可以看见这根垂直管子里的水位上升到10米的高度。这就给出了一个形象的概念。

总的说来，公斤/厘米2这个压力单位给的是一个抽象的概念。米(水柱)这个压力单位给出了一个形象的概念。水力学上又把水柱高度叫做水头，所以，把5米水柱的压力也就说成5米水头。

第十一题压力差和管道的阻力有什么不同？

我们在管道上某一点接一个压力表，所测得的读数就是那一点的压力。在水流动的时候，管道上的压力是沿着水流的方向逐渐变小的。例如，在水泵的Dg150出水管上压力是2公斤/厘米2，但到距这点200米远的地方压力，可能下降成1.5公斤/厘米2。这2-1.5=0.5公斤/厘米2就是两点间的压力差。这个压力差相当于5米水柱，所以，把5米水柱的压力也就说成5米水头。

这5米水柱到哪里去了呢？因为，水在这200米管道里流动的过程中，水与管壁的摩擦以及水域水之间的摩擦而消耗掉了。所以，水力学把这5米水柱的压力差叫做水头损失。它反映了长200米管道的阻力，或者说，在长200米的Dg150管道的水流过程中，由于管道的阻力，产生了5米的水头损失。管道的阻力和压力差(或水头损失)在数值大小上是相等的，但管道阻力指的是本质的东西，压力差指的是阻力所产生的现象。由于管道阻力只能通过压力差才能测出来，所以说，压力差与流速的关系，实际是指管子阻力与流速的关系。也就是说，必须知道一段管道两头的压力差和这段管道的长度，才能算出管子每1米的阻力和这段管道

里的流速来。

必须指出，决定流速是管道两点间的压力差，而不是某一处的压力大小。因此，如果压力差不变(也就是管道的阻力不变)，流速也就不变。如上例，这段长200米的Dg150管道两头的压力，如果分别换成4公斤/厘米2及3.5公斤/厘米2或者10公斤/厘米2及9.5公斤/厘米2，由于压力差仍然是0.5公斤/厘米2，所以管子里的流速也就保持不变。至于2公斤/厘米2、4公斤/厘米2及10公斤/厘米2这些压力本身所引起的差异，我们在第二十三题讨论

第十二题管子的阻力怎样计算？

管子的阻力是用试验求得的，如公式：

管道阻力=管道长度ⅹ管道1米的阻力

管道1米的阻力=阻力系数ⅹ(流速)2

第一个公式，说明管道的阻力和它的长度成正比例。10米管子的阻力就是1米管子的10倍。所以，1米管子的阻力知道了，乘上管长，就得出管道的总阻力。

第二个公式，说明怎样计算1米管子的阻力。从公式可以看出1米管子的阻力与流速的平方成正比例。阻力系数是通过试验求得的，它本身可以写成一个复杂的公式。如两根管子的材料(包括管壁粗糙度相同)、管径和在馆子里流动的物质(例如都是水)以及温度都是一样的话，那么用试验求出的阻力系数大小也是不变的。如果管子里流动的物质不变，管径变了或者管子里面管壁的粗糙程度也变了，那么阻力系数也就变了。同样一根管子，虽然它的管径和管壁的粗糙程度式固定了的如果用来输送蒸汽，那么，它的阻力系数就和输送水时的阻力系数不一样。阻力系数的公式为什么复杂呢？就因为它必须反映这些变化的规律。

在设计时，我们不是从头去计算每根管子的阻力系数，而是从已经计算好的表格中，查出管子1米的阻力(见表4-1及表4-2)。

第十三题怎样使用铸铁管水力计算表？

表4，是从1968年中国工业出版社出版的《给水排水设计手册第四册，室外给排水──管渠水力计算图表》编制成的，包括Dg500管径以下的管子，可供一般计算使用。

表4中的流量，列出了两种单位，一种是升/秒，一种是米3/时。表4-1的流量按升/秒成整数排列的，表4-2的流量按米3/时成整数排列的，以便于查用。1升/秒合3.6米3/时，所以，表4-1的第一个流量2升/秒=2ⅹ3.6=7.2米3/时。

从表4第一竖行，某一管径向右查，就可以在某一个流量的下面，找到相应的流速和阻力。在本书以后的叙述中，表4都是指表4-1说的，个别处引用表4-2时，则特别注明。

例查Dg100铸铁管，在流量25.2米3/时及50.4米3/时的流速和阻力？

解有Dg100一行向表的右方找，在流量25.2米3/时的下面查到流速为0.91米/秒，每米阻力为18.6毫米水柱，在50.4吨/时流量下查到流速为1.8米/秒，阻力为71.6毫米水柱。

知道每1米阻力后，管道的总阻力就可以用管子的长度乘每1米的阻力求得。例如，在流量25.2米3/时，管长100米，求Dg100管道阻力为：

100ⅹ18.6=1860毫米=1.86米

在流量为50.4吨/时，管长100米时，求Dg100管道的阻力为：

100ⅹ71.6=7160毫米=7.16米

注意，表4中阻力损失单位为毫米，计算时要换算成米。

说明: 1、流速单位：米/秒；阻力(指每米管子的压力损耗)单位：毫米水柱/米

2、应用表4-1和表4-2时，请将下半部分拼在上半部分的右边，即组成一个整表，便于查看。

第十四题表4的铸铁管水力计算表做了哪些简化，会不会影响计算的准确度？

表4，是从给水排水设计手册的管渠水力计算图表上，做了以下简化：

（一）精简了Dg50以下管子和Dg600以上管子的资料，因为一般不常用这些管子。