（市政工程专业论文）七层PVCU排水立管压力对水封影响的试验研究.pdf

硕十学位论文 摘要 本试验以七层p v c u 排水试验装置作为试验研究对象，位子第七层的主水箱 放水，模拟理论中的最不利情况下，采用压力变送器来测量排水管道系统内压力 变化麴掇值和脉动压力平均值，使用玻璃水位计来测量存水弯蠹放水翦后水封水 位变化数值。试验主要进行以下三方面试验研究： 第一，稳定压力下p v c u 排水横支管压力波动的模拟试验。在实际排水管系 中，管道系统中压力是时刻变化的，较接近于不规则的正弦曲线，是一种脉动压 力。在某一短时刻( 比如几秒) ，此脉动压力围绕着平均值上下脉动。试验中发现， 排水管系在稳定压力作用下产生的压力韭线也是种脉动压力，但其变化比较有 规则，变化频率比较慢。 第二，对p v c u 捧水系统进行不同的工作状态下的模拟试验。通过仪器记录 下的流量和压力数据，对排水立管和排水横支管分别进行了不同工作状态下的比 较分析，对不同工作状态下的极值压力曲线和脉动平均值压力益线进行了毯二较， 并分析了排水横支管的压力损失及压力与水封损失的关系。 第三，对主水箱一次放水和多次连续放水存水弯水封损失的模拟试验。存水 弯动态捧水的主要影嚷因素是正压喷溅和受压抽吸，歪压和负压是交替变化的， 变化频率很快。正压很难使水从存水弯上肢( 排水器具排水管接入端) 溢出。但 是，正压会造成排永系统中存水弯内水封剧烈波动，水能从存水弯下艘中溢出。 一次排水过程中，无数次脉动压力造成负压抽吸导致存水弯水封内水量从排水横 支管流走是动态水封损失的主要因素。每一次放水存水弯水封损失随着连续放水 次数的增加丽减小，直到水封水位不再变化。水封水位不再变化的原因可能有两 点：一是脉动压力造成的负压抽吸没有足够的时间将抽吸上的水从排水横支管中 排走；二是隧着时翔的推移和脉动压力的抽吸次数的增加，水封损失所需要的负 压值越来越大，而排水横支管中没有产生足够大的脉动压力。 关键词：p v c u 排水管；脉动压力；气压波动；水封损失；极值- 压力曲线；脉 动平均值压力曲线 i i 硕“f ：学位论文 a b s t r a c t d i s c h a 猎i n ge h a l a c t e s t i c so fas e v e n - f l o o rp v c ud 堂a i n a g es y s i 。l na f es t u d i e d i nt h et h e s i s t h em a i nw a t e rt a n ki nt h es e v e n t hn o o rd i s c h a r g e sw a t e rt ot h ep v c u d f a i n a g es y s t e mb ys i m l l l 鑫t i n gc e n t r a l i z e dn 。wi nt ：h e 啪s tu n f a v o r a b | = e 啦e o f e t i c 缸 s i t u a t i o n t h ee x p e r i m e n tu s e st h ep r e s s l l r et r a n s m i t t i n gi n s t r u m e n tt om e a s u r et h e m a x i m u 堇nv a l t l eo fp r e s s u 球c h a n g ea n dt h em e a nv a l 稚eo fa u c t u a t i o np 糟g s u f cc h a r g e 血d r a i n a g es y s t e l n ，a 珏du s e sg a u g i n gg l a s st om e a s 埘：et h ew a t e rh e i g h tc h a n g ev a l u e a r o u n dt u m i n go nw a t e ri n 、a t e rs e a lo fu t r a p t h es t u d yi sm a i n l yc o n d u c t e df r o m t h et h r e ef o l l o w i n g 鑫s p e c 车s ： f i r s t l y ，t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fp v c ud r a i n i n gt r a n s v e r 8 ep i p ei n t e m a l p r e s s u f eu n d h l a t i o nu n d e fs t e a d yp r e s s 畦r e 。t h ep r e s s u f e n 磕ep r t i e a ld f a i n a g e s y s t e mc h a n g e sf r e q l l e t l y ，a p p r o x i m a t i n ga ni r f e g u l a fs i n ec u r v e ，a n di ti sak i n do f n u c t u a t i o np s s u r e d u r i n gas h o nt i m e( f o ri n s t a n c es e v e 糟ls e c o n d s ) ， t h i s f l u c t h 嚣t i o np r e s s u r ep u l s a t e sa f o u n d 如em 鑫nv a l 嚣1 h ee x p e r i m e n t 曲o w e d 曲a t ， p v c - ud r a i n i n gp i p ei n t e m a lp r e s s u - r ei sa l s oak i n do fn u c t u a t i o np r e s s u r eu n d e r s t e a d yp f e s s u f e b u t h i sp 糟s s u r ee u ei sm o f er e g u l 射t h a nt h ep r e s s h r ec u r v ei n h e 毋a c t i c a ld r a i n a g os y s t e ma n di t sc h a n g ef r e q u e n c yi sr e l 8 t i v e l ys l o w s e c o n d l y ，t h es i m u l a t i o ne x p e f i m e n tu n d e rd i f r e n to p e r a t i o n a ls t a t e so ft h c p v c ud f 8 i n 8 9 es y s t e m d a t ao ff l o w 戤l dp 聪s s u f ei sr e c o r d e dt h r o u 醢i n s t m m e n t t h ed r a i n i n gs t a c ka n dt h ed r a i n i n gt r a n s v e r s ep i p ea r ea n a l y z e da n dc o n l p a r e di n d 至| 强r e 拽to p e r a t i o a a l _ s t a t e s ，i nw h i c hs l 鑫t e st h ee x l r e m ev a l u e - p r e s s u r ec u r v ea n dt h e m e a nv a l u e n u c t u a t i o np r e s s u r ec u r v ea r ea l s oc o m p a f e d ，a n dt h ep r e s s u r el o s so fl h e d r a i n i n gt f a n s v c f s ep i p ea n dl h er e l a t i o n s h i po f t h ep r c s s u r e 毫n dt h el o s so fu - t r a pa r e a n a l y z e da sw e l t h i r d l y ，m es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to ft h el o s s e so fu t r a pw i t ht h em a i nw a t e r t a n k 畦豫i n i n go n c ea n ds h c c e s s i v es e v e r a it i m e sf e 印e c t i 、，e l y jt h em 旬o ff k t o r so f u t r a pd y n a m i cd r a i n i n ga r ep o s i t i v ep r e s s u r es p l a t t e r i n ga n dn e g a t i v e p r e s s u r e s u c t i o nw h i c hc h a 娃g ea l t e m a t i v e l y ，a n dt h # c h a n g e 疔e q u e n c yi sv e 碍q u i c k i ti sv e f y d i 饿c u l tf o rw a t e rt on o wo u to ft h eu p p e fi 量m bo fu - 饥巾u l l d e rp o s i t i v ep r e s s l l 舯 ( i n p u tj o i n to fd r a i n i n ga p p l i a n c ed r a i n i n g - p i p e ) b u tt h ep o s i t i v ep r e s s u r ec o u l d c a 稻e 巍e r u n d u l 莲t i o no fu - t r 印w a t e r p r e s s u r e ；nt h ed r 鑫 n 鑫鐾es y s k m ，t h e r e b yw a t e f c a nn o wt h r o u g ht h eu t r a pl o w e rl i m b i no 丑ed r a i n i n gp r o c e s s ，t h ei n n u m e r a b l e i p r e s s u r ef l u c t u a t i o nc a u s e st h en e g a t i v ep r e s s u r e ，w h i c hl e a d s t os u c t l o n ，t h e nw a t e r i n 搬eu t 姊爨o w sl h f o u 曲谯e 出赫n gh 雅c hp i p e ，戚主ti s 妞p f 强衅圭a c l o f o 圭 t h ed y n a m i cu 。t r a pl o s s w i t ht h ei n c r e a s ei nt h en u m b e ro fd r a i n i n g ，t h e l o s s o t u t r a pi sg e 专t i n g s m a l l e f 戳心s m a l l e r ，u 哇i li ts t o p sc 董l a n g i l l g l 纛e 重o l l o w l 珏g e 雒 e x p l a i nf o ri t ：f i r s t ，t h en e g a t i v ep r e s s u r es u c t i o no ft h ef l u c t u a t i o np r e s s u r e h a sn o e n o u g ht i m et od i s c h a r g et h es u c t i o nw a t e rf r o m t h ed r a i n i n gb r a n c hp l p e ；s e c o n d ， a l o 娃gw i 也m el i 赡ep a s s e d 糕dm e 斑e t i o 纛专主m e s 艇热王c 搬鑫主i o 热p 辖s s 啪1 n c f e a s e 氐l 羟e n e 繇a t i v ep r e s s u r ev a l u ew h i c h t h el o s e so fu t r a pn e e dw i l lb el a r g e ra n dl a 憾e r k e yw 。r d s ：p v c ud i s c h a r g ep i p e ；f l u c t u a t i 。np r e s s u r e ；a i rp r e s s u f e n u c t u a t i 。n ； l o s s “u t r a p ；e x t r e m ev a l u e p r e s s u r ec u r v e ；m e a nv a l u e f l u c t u a t i o n p 瓣s s u r ee u f v e 烈 硕十学位论文 插图索引 图l 。l 排水管道组合类型5 图1 2 存水弯中水封示意图- 6 图1 3 排水立管内嚣力分布示意图l 差 图l 。4 研究技术路线图l7 瑟2 1 羝a s s 2 1 8 1 势9 集会住宅熬排东立管系统翡摊水能力试验装置1 9 图2 。2 排水立管实验装置2 重 图2 3 玻璃水位计详图2 2 匿2 。4 第六层和第一层横支管详图2 2 图2 5 稳定压力试验装置2 2 墼2 。6 压力波动盐线2 4 图3 1 测压点的压力变化曲线2 6 图3 2 脉动压力平均值表示方法2 7 匿3 。3伸顶通气条件下流量为5 。4 礁酎备测鹱点最大压力赫线2 9 图3 4 伸顶通气条件下流量为5 4 l s 时各测压点最小压力曲线2 9 匿3 5 枣顼遥气条停下流量为5 4 l 起时各测蓬点正受压理论匿力麓线3 0 图3 6 伸顶通气条件下( 流量为5 4 l s ) 排水立管产生最小压力时各测压点压 力髓线3 0 匿3 ? 伸顼通气条件下流量先5 4 l 愿时备测莲点脉动平均值一压力益线3 l 图3 8专用立管通气条件下流量为5 4 l 8 时各测压点最大聪力曲线3 2 圈3 。9 专焉立篱逶气条箨下流量为5 4 l 趣时各溅压点最枣压力基线3 2 图3 。l o 专用立管通气条件下流量为5 。4 l s 时各测压点正负压理论压力盐线3 2 图3 1 l 专用立管逶气方式下( 流量为5 4 l ，s ) 排水立管产生最小压力时各测蕊点 压力曲线3 3 图3 1 2 专用立管通气条件下流量为5 4 l s 时各测压点脉冲平均值一压力曲线3 3 圈4 1姊矮通气方式下第六层横支警上各溅压点压力最小值及其永封损失随流 量的变化曲线( 孔口孔径为d 8 0 ) 3 8 霞4 2 伸顸通气方式下第六层横支管上备测压点脉动压力平均值随流量的变纯 曲线( 孔口孔径为d 8 0 ) 3 8 图4 3伸顶通气方式下第六层横支管上备测压点压差随流量的变化曲线( 孔翻 孔径为d 8 0 ) 4 0 图4 4 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点压力最小值及其水封损失随流 v u l 硕仁学位论文 量的变化曲线( 孔口孔径为d 7 5 ) 4 2 图4 5 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值随流量的变化 曲线( 孔口孔径为d 7 5 ) 4 3 图4 6 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点压差随流量的变化曲线( 孔口 孔径为d 7 5 ) 4 4 图4 7 专用立管通气方式下第六层横支管上各测压点压力最小值随流量的变化 曲线( 孔口孔径为d 8 0 ) 。4 7 图4 8 专用立管通气方式下第六层存水弯水封损失( 孔口孔径为d 8 0 ) 4 7 图4 9 专用立管通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值随流量的 变化曲线( 孔口孔径为d 8 0 ) 4 8 图4 1 0 首层横支管上各测压点压力最大值随流量的变化曲线( 孔口孔径为d 7 5 ) ! ；1 图4 1l 首层横支管上各测压点脉动压力平均值随流量的变化曲线( 孔口孔径为 d 7 5 ) 5 l 图4 1 2 存水弯水封的负压抽吸和正压喷溅作用示意图5 6 图4 1 3 负压抽吸造成水封损失示意图5 7 图5 1稳定压力下排水系统内压力波动曲线5 9 图5 2 稳定负压下各测压点最小压力与水封损失之间的关系曲线6 l 图5 3稳定负压下各测压点脉动压力平均值与水封损失之间的关系曲线6 1 图5 4 稳定正压下各测压点的最大压力曲线6 4 图5 5稳定正压下各测压点的脉动压力平均值曲线6 5 硕十学位论文 附表索引 表1 1 不同排水管道组合类型最大排水能力比较6 表1 2 不同充水率的排水立管的设计负荷( l s ) 1 4 表3 1伸顶通气方式下流量为5 4 l s 时排水立管上各测压点各种压力值记录 ：1 8 表3 2 专用立管通气方式下流量为5 4 l s 时排水立管上各测压点各种压力值记 勇匙3 1 表4 1伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点最小压力值及水封损失记录 ( 孔口孔径为d 8 0 ) 3 5 表4 2 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值记录( 孔口孔 径为d 8 0 ) 3 6 表4 3 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值压差( 孔口孔 径为d 8 0 ) 3 9 表4 4 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点最小压力值及水封损失记录 ( 孔口孔径为d 7 5 ) 4 0 表4 5伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值记录( 孔口孔 径为d 7 5 ) 4 l 表4 6 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值压差( 孔口孔 径为d 7 5 ) 4 3 表4 7 专用立管通气方式下第六层横支管上各测压点最小压力值及水封损失记 录( 孔口孔径为d 8 0 ) 4 5 表4 8 专用立管通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值记录( 孔 口孔径为d 8 0 ) 4 6 表4 9 伸顶通气方式下第六层横支管上各测压点脉动压力平均值压差( 孔口孔 径为d 8 0 ) 4 8 表4 1 0 伸顶通气方式下首层横支管上各测压点最大压力值记录( 孔口孔径为 d 7 5 ) 4 9 表4 1 l 伸顶通气方式下首层横支管上各测压点脉动压力平均值记录( 孑l 口孔径 为d 7 5 ) 5 0 表4 1 2 伸顶通气方式下首层横支管上各测压点脉动压力平均值压差( 孔口孔径 为d 7 5 ) 5 2 表4 1 3 伸顶通气方式下不同流量一次放水水封损失值( 孔口孔径为d 8 0 ) 5 3 x 硕十学位论文 表4 1 4 伸顶通气方式下不同流量多次放水水封损失值( 孔口孔径为d 8 0 ) 5 3 表4 1 5 流量为5 5 9 l s 时主水箱进行多次连续放水各层水封记录5 4 表4 1 6 流量为5 5 9 l s 时主水箱进行多次连续放水各层水封损失记录j 5 4 表4 1 7 专用通气立管通气方式下不同流量一次放水水封损失值( 孔口孔径为 d 8 0 ) 5 5 表4 1 8 专用通气立管通气方式下不同流量多次放水水封损失值( 孔口孔径为 表 表 表 表 表5 5 表5 6 表5 7 表5 8 d 8 0 ) 5 5 稳定负压下各测压点最小压力及水封损失记录6 0 稳定负压下各测压点脉动压力平均值及水封损失记录6 0 稳定负压下横支管最小压力衰减关系6 2 稳定负压下横支管脉动压力平均值衰减关系6 2 稳定正压下各测压点最大压力记录6 3 稳定正压下各测压点脉动压力平均值记录6 4 稳定正压下横支管最小压力衰减关系6 5 稳定正压下横支管脉动压力平均值衰减关系6 5 x i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：张鏖日期：硼年s 月岛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 歇岛 右扒均 日期：丑蟋 年s 月2 3 日 日期：钟岁月哆日 硕十学位论文 第l 章绪论 1 1 硬聚氯乙烯( p v c u ) 管性质 聚氯乙烯( p v c ) 是由氯乙烯单体聚合而成的一种非结晶型的通用热塑性塑 料，是开发最早的一种热塑性塑料，国外于1 9 2 7 年投放市场。目前在世界合成树 脂中产量居第二位。我国于1 9 5 8 年开始工业化生产，产量为5 0 7 8 吨年，占我 国合成树脂总产量的4 1 2 。硬聚氯乙烯( p v c u ) 是未增塑的聚氯乙烯，在加工过 程中加入少量的稳定剂铅化合物( 氧化三铅、氯化铅、三盐基性硫化铅、硬脂酸 铅等) ，但所含的铅在聚氯乙烯管使用过程中能析出。这种管材具有较高的硬度、 刚度和许用应力，在2 0 时许用应力为1 0 1 2 5 m p a ，价格比其它塑料管材低， 故在国内管材中产量居第一位。硬聚氯乙烯管在吸收芳香烃后发生膨胀，不宜用 于输送含苯的介质。p v c u 管的连接以承插式粘接接口最佳，但要求承插式管件 与管材的公差配合很严格，当公差配合不能满足要求时可采用承插焊接式接口， 但不能采用热熔连接。p v c u 管是给水排水中使用最多的一种管材，也是我国提 倡大力开发推广应用的一种管材【l 】。和其它管材相比，p v c u 管主要有以下优点： ( 1 ) 质量轻p v c u 管道的密度是铸铁管的1 5 ，是混凝土管的i 3 。可以套 装，便于运输，安装方便。采用p v c u 塑料管，施工周期可缩短3 0 5 0 ，造 价可降低3 0 4 0 。 ( 2 ) 耐腐蚀p v c u 管道不需要做任何防腐处理，可用于含有酸碱废水的工 业管道排水、化工管道给水( 输送带有酸碱性质的介质) 含有盐碱土质地区的给 排水管道。 ( 3 ) 流体阻力小p v c u 管道的粗糙系数仅为0 0 0 8 ，而铸铁管的粗糙系数是 0 0 1 3 ，混凝土管的粗糙系数是0 0 1 4 。 ( 4 ) 使用寿命长p v c u 管道的使用寿命一般认为是5 0 年，而铸铁管的使用 寿命为3 0 年左右。1 9 3 9 年英国铺设的第一条p v c u 管输水管线，至今都没有问 题。现在各国都规定p v c u 管道的设计应力寿命为5 0 年，德国明文规定塑料管 材的使用寿命必须保证5 0 年。 ( 5 ) 卫生性能好 能防止水源的二次污染，很少结垢。 p v c u 管道和其他塑料管材相比，也具有三点优势： ( 1 ) 价格低目前，国内的p e 管材、p p 管材和h d p e 等管材在原材料和制 造成本等均高于p v c u 管道。 ( 2 ) 整体应用体系成熟p v c u 管道无论是在生产技术、施工安装、配件连 七层p v c u 排水移管压力对水封影响的试验研究 接、配套技术，还是相关的国家标准、规范都比较成熟。 ( 3 ) 容易推广前两顼优势决定了p v e 。u 管道褶院其它塑料管材更翻受到入 们青睐。 p v c u 管道毕竟是一种化学建材，在应用中要注意下列问题： 薹) p v e u 管道不箍接魅酮类傀学物质，否刹它会发生溶胀或溶解。 ( 2 ) p v c u 管道的热变温度较低，其维卡软化点仅7 6 左右，因此它不能在 较高的温度条捧下傻雳，一般要求输送奔瘸豹温度不超过毒5 。 ( 3 ) 应根据管道的压力等级来选择相应的p v c 。u 管。p v c u 管道有5 个压力 等级，分别为：0 0 6 m p a ，o 6 0 8 m p a ，o 8 1 o m p a ，1 o 1 2 5 m p a ，1 2 5 1 6 0 m p a 。 ( 4 ) 管径选择要按箧力等级、流量、流速、地理嚣境综合考虑。通常扶经济 流速来选择管径，管道的经济流速为1 o 1 8 m s ，通常取1 5 m s 左右。 ( 5 ) 壹于p v c u 管 牟和瓣门的震量直接影响工程囊薰，因此必须选择菔量好 的管件。目前，国内厂家生产的管件规格不是很齐全，能生产餐种规格管件的厂 家很少，管材、管件的标准也未统一。目前，使用的p v c u 管件标准有日标、英 标、至s o 标准、g b 标准等嘲。 p v c u 排水管根据结构不同，分为硬质聚氯乙烯排水管、螺旋消声管、芯层 发泡管、径窝热筋管、螺旋缠绕管帮双壁波纹警玲，4 】 董。2 建筑内部排水系统概况 建筑蠹部搀承系统是将建筑内部入懿在隧掌生活帮工业生产过程牵使鞠过夔 水收集起来，及时排到室外。建筑内部排水系统是建筑给水排水系统的重要组成 部分，与人们薛生活密切相关。撵水系统酌设计是否合理，直接影响立警酌排永 能力和室内环境卫生。一个合理的排水系统应该是排水能力最大，通气系统最好， 使用最安全，工程造价最低吲。排水系统一般由下列几个部分组成i 6 ，7 】； 董) 卫生设备或生产设备受水器卫生设备是供东并接受、排出入髂麓靠生 活中产生的污废水或污物的容器或装赞。生产设备受水器是接受、排出工业企业 在生产过程中产生的污废水或污物麓容器或装置。 ( 2 ) 排水管道排水管道包括器具摊水管( 含存水弯) 、排水横支管、立管 和排出管。按管道设置地点、条件及污水性质和成分，建筑内部排水管材主要有 铸铁管、塑料管、钢管等。 ( 3 ) 通气管道通气管道与建筑排水管道相连通并具有加强流通空气的作 用，有效魄防止嚣排求气压波动造成靛东封破坏；能傈持管道癌薪鲜空气流遥， 减轻管道内废气对金属管道的腐蚀，同时将有毒有害气体排到大气中去。 ( 4 ) 清通设备清通设备是排水管系中为疏通管道、保障排水畅通而设置的 配件和构筑物。 硕 二学位论文 ( 5 ) 提升设备民用建筑的地下室、人防建筑物、高层建筑地下技术层、某 些工厂车间的地下室和地下铁道等地下建筑物的污废水不能靠重力排入室外检查 井，需设置污废水提升设备。 按照污水和废水的关系，建筑内部排水体制可分为分流制和合流制两种。分 流制指生活污水与生活废水，生产污水与生产废水在建筑内分别收集排至建筑外； 合流制指生活污水与生活废水，生产污水与生产废水在建筑内合流后排至建筑外。 按照系统接纳的污废水类型不同，建筑内部排水系统可分为三类【6 8 】： ( 1 ) 生活排水系统生活排水系统是指收集排除居住建筑、公共建筑及工厂 生活间内污废水的管道系统。生活排水系统又可分为生活污水排水系统和生活废 水排水系统。生活污水又称粪便污水，是从冲洗便器所产生的污水，有机物浓度 较高，含有大量细菌和寄生虫卵，必须经过化粪池局部处理后，才能排入室外排 水系统。生活废水又称杂排水，是在日常生活活动中因盥洗、沐浴、清洗、洗涤、 清扫等产生的废水，其水质污染较轻，有机物含量较少，可不经处理或略经处理 后排入室外排水系统。生活废水也可作为杂用水原水，不经处理或经适当处理后 用来冲洗厕所、浇洒绿地、冲洗汽车等。 ( 2 ) 工业废水排水系统工业废水排水系统是指收集排除生产过程中所产生 的污废水的管道系统。为便于污废水的处理和综合利用，按污染的程度可分为生 产污水排水系统和生产废水排水系统。生产污水污染较重，需要经过处理达到排 放标准后排放；生产废水污染较轻，可以作为杂用水水源，也可经过简单处理后 回用或排放水体。 ( 3 ) 雨水排水系统雨水排水系统是指收集排除建筑物屋面、墙面、窗井等 雨雪水的管道系统，按排水方式可分为外排水雨水系统、内排水雨水系统和混合 式雨水排水系统。 1 3 建筑内部排水管道系统类型 1 3 1 普通单立管排水系统 普通单立管排水系统是指只有一根排水立管，利用排水立管本身及其连接的 横支管进行气流交换，未设置专门通气立管的排水系统，如图1 1 ( a ) ，适用于建 筑物层数不多，污废水当量较少的情况。根据排水立管是否与大气相通又分为有 通气单立管排水系统和无通气管的单立管排水系统。单立管排水系统的优点是结 构简单，造价低，便于旌工和维护；缺点是相同管径条件下排水能力小，水流噪 音较大，系统抵抗气压波动能力差，导致有毒有害气体容易进入室内。 在七十年代以前，我国建筑以低层和多层建筑为主，建筑排水以伸顶通气的 一根立管系统将生活中的废水和污水一起排出【9 1 。由于层数少，以及排水当量小， 七层p v c u 排水立管压力对水封影响的试验研究 这种单立管排水系统能够满足排水安全性要求，影响室内空气质量的可能性较小。 霸前，在多层和低层建筑中，摊水当量较少时仍采用普通单立管排水系统。 1 3 2 双立管排水系统 双立管排水系统是指具有排水立管和专用通气立管，利用排水立管和专用通 气立管进行气流交换的排水系统，如图1 1 ( b ) ，适用于污废水合流的各类多层和 高层建筑。双立管排水系统的优点是可及时补给或排除空气，降低了压力波动， 可提高排水立管的通水能力和排水系统的安全性；缺点是结构比单立管系统复杂， 造价高。 伴随着高层建筑的出现，要求排水系统在保护水封的前提下能接纳更大流量 的排水，否则管中的压力变化超过了存水弯水封深度，就会破坏水封。要扩大排 水立管的排水量又保证立管内的正负压力不破坏存水弯的水封，就 ! 导采用设置通 气管与大气相通的办法，来泄放正压或补给空气减少负压，使管内气流压力变化 不大，保持与大气舔力相近，并使撬承顺畅释排放下水道中产生的有害气体。因 此出现了设专用通气立管的双管制排水系统。同时还出现了器具通气管通气方式， 即连接卫生器具存水弯出口端和主通气立管的通气管道。由于器具通气管通气方 式管道安装复杂，造价高，因此一般在对噪音要求较高的建筑或部分高层和超高 层建筑中应用，如位于广东东莞市高度为1 8 2 6 0 米的华源大厦，在每层客房卫生 闻采用器具通气管以改善排承条件，降低噪音醛引。 1 3 3 三立管排水系统 三立管排水系统是指具有分别排除生活污水和生活废水的两根排水立管和公 用通气立管的排水系统，如图1 1 ( c ) ，适用予高层建筑等有足够管道井面积的情 况。三立管摊水系统还衍生出一种相似排水系统：即省掉通气立管，将废水立管 和污水立管每隔2 层互相连接，利用两立管的排水时间差，互为通气立管l l 。三 立管排水系统的优点是分别排除生活污水和生活废水，系统具有足够的安全性； 缺点是系统复杂，造价高，安装难度高和所需空间大。 隧着世界水源危祝出现丽要求污废水回焉的提出，漱现了废水、污水分流摊 水的三管制排水系统。这种配备了通气管道的设计方式，形成了废水、污水分流 通气排水系统，通气管基本保证了卫生安全性。由此，三立管排水系统得到了普 遍应用，尤其在美国应用最广，亚洲也多用此系统f 1 2 ，妈l 。建筑给水排水设计规 范【1 4 】g b 5 0 0 1 5 2 0 0 3 规定，在排水立管管径相同时，有专用通气立管的排水立 管最大排水能力比无专爱通气立管的最大通水能力大一倍左右，所以我国鬻蓠在 高层建筑排水设计中绝大部分采用设通气立管的双立管排水系统或三立管排水系 统。 坝士掌位论文 1 3 4 特制配件单立管排水系统 特制配件的单立管排水系统指在排水立管上装设具备通气和分流功能的特制 配件的排水系统，如图1 1 ( d ) ，适用于各类多层、高层建筑。上部特制管件按侧 向横管水流进入立管的形式有混流式、环流式、旋流式、侧流式与管流式等代替 一般三( 四) 通；下部特制配件有大曲率弯头和角笛式弯头等。特制配件的单立 管排水系统的优点是在不设置专用通气立管条件下，其通水能力比普通单立管排 水系统增加约1 3 ，并且部分特制管件能够降低噪音；缺点是我国配件生产跟不 上，没有批量生产，设计和施工安装技术落后，因此制约其发展。 双立管及三立管排水系统较普通的单立管系统复杂，无论设计、施工还是管 理均很繁杂。与之相比较，单立管排水系统即_ 根立管具有排水与通气的双重功 能，因此相对双立管系统它具有节省管材、减少占用面积、减轻荷载、维护方便、 缩短工期、造价低等诸多优点【l s ，1 6 】，且随着建筑科学的发展，逐步出现了采用各 种特制配件以降速和分流( 分隔横支管水流、分离水气) 的单立管排水系统。目 前国内外主要采用的是苏维脱排水立管系统、空气芯水膜旋流立管系统和高奇马 排水系统【1 7 】。 、伸寻l 纠 息管0 、塑查皇篁 图1 1 排水管道组合类型 1 3 5 不同管道组合类型排水能力比较 根据建筑给水排水设计规范【1 4 1 g b 5 0 0 1 5 2 0 0 3 和特殊单立管排水系统 设计规程【1 8 】c e c s 7 9 ：9 6 的规定，各排水系统最大允许排水能力见表1 1 ： 七层p v c u 排水立管压力对水封影响的试验研究 表1 1 不同排水管道组合类型最大允许排水能力比较 1 4 建筑排水立管最大通水能力的理论 1 4 1 排水管道系统的存水弯和水封 卫生器具的存水弯、排水管和通气管是构成建筑排水系统的三要素【l9 1 。排水 立管的通水能力受到存水弯内水封损失以及立管内最小压力值的影响。存水弯的 水封破坏时的临界流量即是排水立管最大通水能力，而管内压力波动是造成水封 破坏的原因之一，三者之间有着紧密的联系。 由于污水中含的污物附在排水管管壁上或沉积在排水系统的检查井内腐化， 产生带有恶臭且有毒有害的下水道气体。这些下水道气体如果沿室内排水管上升 侵入室内，既污染了环境又会产生毒害。为了防止下水道气体侵入室内，在排水 系统中应设置存水弯。存水弯的形状有管状、瓶状和筒状等多种形式。常用的管 式存水弯有p 型和s 型两种( 见图1 2 ) 。瓶式存水弯及带通气装置的存水弯， 一般设在洗脸盆或洗涤盆等卫生器具排出管上，形式较美观；存水盒适用场所与 s 型存水弯相同，安装较灵活，便于清掏。 s 型p 型 图1 2 存水弯中水封示意图 存水弯之所以能够防止臭气进入室内，是通过存有一定高度的水柱来实现的， 这一段水柱称为水封。水封是利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化， 防止管内气体进入室内的保护措施。水封高度指下图中所标注的办段水柱深度。 r _ 刮_ 1 硕上学位论文 排水系统中一定高度的水封是否遭遇破坏与管内气压波动、水量损失、水中 杂质的含量及相对密度等因素有关。水封高度过大，抵抗管内压力波动能力强， 排水管管径可小些，但器具排水的流速不能将污水中固体杂质带到排水横管，易 堵塞管道，而且水封太高妨碍卫生器具安装；水封高度太小，污水中固体杂质虽 不易沉积，但抵抗管内压力波动能力差，管内气体易进入室内，污染环境。根据 实践总结，建筑内各种卫生器具中水封高度一般为5 0 1 0 0 m m 。 水封破坏是指存水弯内水柱高度减小( 水量损失) ，不足抵抗排水管道内压力 波动，使管道内有害气体进入室内的现象。水封破坏的主要有以下几种原因： ( 1 ) 自虹吸卫生器具排水时，存水弯内充满水形成虹吸排水，当排水结束 后存水弯内水封高度发生变化，特别是在卫生器具底盘坡度较大呈漏斗状连接s 型存水弯，或较长排水横管上连接p 型存水弯时，易发生自虹吸现象。 ( 2 ) 静态损失静态损失是因卫生器具较长时间不使用造成的水量损失。在 水封流入端，水封水面会因自然蒸发而降低，造成水量损失。在流出端，因存水 弯内壁不光滑或粘有油脂，会在管壁上积存较长的纤维和毛发，产生毛细作用造 成水量损失。 ( 3 ) 动态损失动态损失是在排水管道系统内卫生器具大量排水时，系统内 压力变化，使存水弯内的水面上下波动引起水量损失。根据压力的正、负，动态 损失又分为负压抽吸( 诱导虹吸损失) 、正压喷溅。负压抽吸指排水管道内因产生 负压抽走所接水封装置中存水量的现象。正压喷溅指当大量排水时，因立管下部 正压明显增大，使存水弯内水从卫生器具喷溅出的现象。 ( 4 ) 惯性晃动排水管道内气压波动即使在正常范围内，存水弯内的水面由 于惯性也会上、下波动，使水量损失，损失量与存水弯形状有关【20 1 。 1 4 2 研究排水系统内气压波动的意义 自三十年代美国国家标准局亨特率先在实验室开展研究工作、奠定计算理论 基础后，半个多世纪以来，后人一直在此基础上继续观察、探索排水系统内的水 气流运动状况，发表了不少论文，不断完善充实对立管膜流理论的认识。大家也 普遍认识到，对于建筑排水系统内气压波动状况的研究，是完善排水系统设计的 一个根本前提。 建筑排水系统中，和居民关系最密切的，则是卫生器具存水弯中的水封，因 为它直接连接着排水系统内部和室内环境。它是建筑排水系统中一个极为重要的 组成部分，担负着阻隔排水管道中的污染气体进入室内，防止室内环境污染的重 要使命。有文献甚至称它为建筑排水系统中的生命线【2 。而在建筑排水通气系统 中气压的瞬时波动是系统运作产生的自然结果，其可能是水封损耗和居住环境中 交叉感染的原因【2 2 。2 4 1 。 七层p v c u 排水市管压力对水封影响的试验研究 建筑排水系统的主要任务，就是保证正常使用下顺畅排水和各卫生器具水封 不受到破坏。水封破坏而造成的臭气外溢是降低室内空气质量、危害人体健康的 重要原因之一。很多不完善的排水系统，其失败之处都归结在存水弯水封保持力 度上( t r a ps e a l r e t e n t i o n ) 。如果存水弯的水封被破坏，会造成污水、臭气从排水管 道逸出，进入居住区域一一虽然这种情况令人不快，但是，通常一般还不会对健 康造成实质性危害。但是，2 0 0 3 年爆发的s a r s 传染病造成了超过8 0 0 人死亡， 其中4 2 起死亡个案是在香港九龙的陶大花园发生“社区 疾病暴发后发生的，陶 大花园事件中，建筑排水系统促使了传染病的传播。这次s a r s 事件，使得人们 对设计、说明和安装规程进行了再一次的检查，尤其是对相关的维护计划进行分 析时【2 5 ，2 6 1 ，引起足够的重视。要对排水系统进行分析，则要求对于系统中因卫生 器具排水和正常的系统运行而造成的压力变化情况，以及造成的瞬时压力如何受 到系统边界条件的影响有一个基本的了解，从而提供时变的( t i m e d e p e n d a n t ) 信息， 最终确定由存水弯水封保持力度带来保护的程度。 当卫生器具排水，污水在立管中下落时形成水塞。在水