管网水力计算(精).ppt

4 5管段流量 管径和水头损失内容 求出所有管道的直径 水头损失 水泵扬程和水塔高度 并对事故时 消防时 最大转输时的水泵扬程进行较核 重要性 管道工程的建设投资占整个给水系统总投资的60 80 输配水所需的动力费用占给水系统运行总费用的40 70 1 步骤 1 绘制计算草图 对节点和管段顺序编号 标明管段长度和节点地形标高 2 按最高日最高时计算比流量 沿线流量和节点流量 3 对各管段拟定水流方向 进行流量分配 4 初步确定各管段的管径和水头损失 5 进行管网水力计算和技术经济计算 6 确定水塔高度和水泵扬程 4 5 1管网的设计内容和步骤 2 管网设计计算 在设计管网中主要有水量计算 管径确定 水头损失 水压等计算 根据新建 改建 扩建等分为以下两种情况 1 供水点水压未知 已知控制点所需水压和水量 求水泵扬程和水塔高度 适用新建工程 设计步骤如下 按经济流速选管径 由管段流量 管径和管长计算各管段的水头损失 由控制点的地形标高和要求的水压标高推求个节点的水压 确定水塔高度 水泵扬程和水泵台数 2 供水点水压已知 已知水泵扬程或水塔高度 要求复核计算各管段节点压力值是否满足 适用改建工程 扩建工程 设计步骤如下 利用起点水压选经济管径 计算各管段的水头损失 由起点现有的水压条件求各节点水压 复核计算出的水压是否大于控制点水压 如何来进行设计 简化 1 节点 有集中流量进出 管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点 2 管段 两个相邻节点之间的管道管线 顺序相连的若干管段 3 环 起点与终点重合的管线 基环 不包含其它环的环 大环 包含两个或两个以上基环的环 4 5 2管网图形及简化 1 管网设计图中的元素 虚环 多水源的管网 为了计算方便 有时将两个或多个水压已定的水源节点 泵站 水塔等 用虚线和虚节点0连接起来 也形成环 因实际上并不存在 所以叫做虚环 4 环与节点 管段关系 P J L 1 P管段 L环 J节点 2 管网简化 在管网计算中 城市管网的现状核算以及现有管网的扩建计算最为常见 除了新设计的管网 因定线和计算仅限于干管而不是全部管线的情况外 对改建和扩建的管网往往将实际的管网适当加以简化 保留主要的干管 略去一些次要的 水力条件影响较小的管线 但简化后的管网基本上能反映实际用水情况 使计算工作量可以减轻 管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前提下 对管线进行的简化 1 管网图形简化可分为分解 合并 省略 分解 只由一条管线连接的两管网 都可以把连接管线断开 分解成为两个独立的管网 由两条管线连接的分支管网 如它位于管网的末端且连接管线的流向和流量可以确定 也可进行分解 管网经分解后即可分别计算 合并 管径较小 相互平行且靠近的管线可考虑合并 省略 管线省略时 首先是略去水力条件影响较小的管线 也就是省略管网中管径相对较小的管线 管线省略后的计算结果是偏于安全的 管网图形及简化 4 5 3管段设计流量 沿线流量 是指供给该管段两侧用户所需流量 节点流量 是从沿线流量折算得出的并且假设是在节点集中流出的流量 一 沿线流量的计算 工业企业给水管网 大量用水集中在少数车间 配水情况比较简单 城市给水管线 沿管线配水 情况比较复杂 假定用水量均匀分布在全部干管上 比流量 干管线单位长度的流量 1比流量计算 1 按长度 沿线流量的计算 对于计算长度要注意 对不配水的管段 穿越广场 公园等 计算长度为零 一边配水的按1 2计算 两边配水按实际长度计算 例题 某城市供水区总用水量93 75L s 节点 接某工厂 工业用水量为6 94L s 节点0 8都是两边供水 求比流量 1 管线总长度 L 2425m 其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入 2 比流量 93 75 6 94 2425 0 0358L s 3 沿线流量 例题 某城市供水区总用水量93 75L s节点 接某工厂 工业用水量为6 94L s 节点1 2 3单边供水 其余两边供水 求沿线流量 1 管线总长度 L 2225m 其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入 2 比流量 93 75 6 94 2225 0 039L s 沿线按照用水量全部均匀分布在干管上的假定以求出比流量的方法 存在一定的缺陷 因为它忽视了沿线供水人数和用水量的差别 所以与各管段的实际配水量并不一致 为此提出另一种按该管段的供水面积决定比流量的计算方法 2 按面积 在街区长边上的管段 其两侧供水面积为梯形 在街区短边上的管段 两侧供水面积为三角形 4 注意事项 1 比较 面积比流量因考虑了管线供水面积 人数 多少对管线配水流量的影响 故计算结果更接近实际配水情况 但计算复杂 当供水区域的干管分布比较均匀 管距大致相同时 两者计算结果相差很小 采用长度比流量简便 2 当供水区域内各区卫生设备情况或人口密度差异较大时 各区比流量应分别计算 且分区越多 计算结果越准确 3 同一管网 比流量大小随用水流量变化而变化 故管网在不同供水条件下的比流量需分别计算 管网中除最末端的管段外 其他任一管段的流量都由两部分组成 一部分是本管段沿程配水产生的流量 即沿线流量 另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量 称为转输流量 二 节点流量的计算 沿线流量只有概念上的意义 在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点 成为节点流量 沿线流量转换成节点流量的原则是管段的水头损失相同 沿线流量 节点流量 如何将沿线流量转化成节点流量 1 比流量法 城市管网中 工业企业等大用户所需流量 可直接作为接入大用户节点的节点流量 工业企业内的生产用水管网 水量大的车间用水量也可直接作为节点流量 例 试计算各点的节点流量 5点的节点流量 1 2 24 13 9 10 28 L S 例题 某城市最高时总用水量为260L s 其中集中供应的工业用水量120L s 分别在节点2 3 4集中出流40L s 各管段长度 单位为m 和节点编号见图 试求 1 比流量 2 各管段的沿线流量 3 各节点流量 1 配水干管计算总长度 2 配水干管比流量 3 沿线流量 4 节点流量 计算步骤 解 1 配水干管计算总长度 2 配水干管比流量 3 沿线流量 各管段沿线流量计算 4 节点流量计算 各管段节点流量计算 2 比例法 根据小区用水量 节点的服务范围 按相应比例将总水量分配到各节点 三 管网校核计算时节点流量的确定 管网进行消防水校核时 仅仅考虑设定着火点节点处在原节点流量的基础上增加消防水量 其余节点流量不变 进行最大转输校核时 对所需转输进水电的流量等于最大转输时的用水量加上输入管网中调节构筑物的最大转输量 其余节点不变 当无条件确定最大转输量时可考虑最高日最高时用水量乘一个系数 管网进行校核时 对城镇供水管网 通常将其所有节点流量按事故 70 进行校核 书例题4 1已知某城镇供水管网为水泵 水塔双向供水 最高日最高时用水量为291 7L S 其中水厂泵房节点供水量为237 5L S 水塔节点供水量为54 2L S 试确定在管网消防 最大转输及事故校核时的泵房节点及水塔节点的流量 1 消防时 假设在泵房供水区 水塔供水区各又一着火点 每个消防用水额定 20L S 泵房节点流量为237 5 20 257 5水塔节点流量为54 2 20 74 2 2 最大转输时 假定最大转输量按30 Qd 87 5L S 水塔所需转输水量为58 3L S 泵房节点流量为87 5 58 3 145 8L S水塔节点流量为58 3 3 事故时 应满足设计用水量的70 204 2L S 泵房节点流量为237 5 70 166 3 L S 水塔节点流量为54 2 70 37 9 L S 四 管段计算流量 沿线任一管段的计算流量实际上包括该管段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以后管段的转输流量 为了初步确定管段计算流量 必须按最大时用水量进行流量分配 得出各管段流量后 才能据此流量确定管径和进行水力计算 求出节点流量后 就可以进行管网的流量分配 分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量 1 单水源树状管网流量分配 1 任一管段的流量等于该管段以后 顺水流方向 所有节点流量的总和 如q3 4 q4 q5 q8 q9 q10 2 树状网的流量分配比较简单 各管段的流量易于确定 并且每一管段只有唯一的流量值 2 环状网流量分配 1 环状网的流量分配比较复杂 任一节点的流量包括该节点流量和流向以及流离该节点的几条管段流量 所以环状网流量分配时 不可能对每一管段得到唯一的流量值 2 分配流量时 必须保持每一节点的水流连续性 也就是流向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量 以满足节点流量平衡的条件 假定离开节点的流量为正 流向节点的流量为负 以节点1为例 q1 Q q1 2 q1 4 0对节点1来说 即使进入管网的总流量Q和节点流量q1已知 各管段的流量 如q1 2 和q1 4等值 还可以有不同的分配 也就是有不同的管段流量 如果在分配流量时 对其中的一条 例如管段1 2分配很大的流量q1 2 而另一管段1 4分配很小的流量q1 4 因q1 2 q1 4仍等于Q q1 即保持水流的连续性 这时敷管费用虽然比较经济 但明显和安全供水产生矛盾 因为当流量很大的管段1 2损坏需要检修时 全部流量必须在管段l 4中通过 使该管段的水头损失过大 从而影响到整个管网的供水量或水压 环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种 环状网可以有许多不同的流量分配方案 每一方案所得的管径也有差异 管网总造价也不相等 使环状网中某些管段的流量为零 即将环状网改成树状网 才能得到最经济的流量分配 但是树状网并不能保证可靠供水 环状网流量分配时 应同时照顾经济性和可靠性 经济性是指流量分配后得到的管径 应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小 可靠性是指能向用户不间断地供水 并且保证应有的水量 水压和水质 经济性和可靠性之间往往难以兼顾 一般只能在满足可靠性的要求下 力求管网最为经济 环状网流量分配的步骤 按照管网的主要供水方向 初步拟定各管段的水流方向并选定整个管网的控制点 控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点 一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处 为了可靠供水 从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线 这些平行干管中尽可能均匀地分配流量 并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件 这样 当其中一条干管损坏 流量由其它干管转输时 不会使这些干管中的流量增加过多 和干管线垂直的连接管 其作用主要是沟通平行干管之间的流量 有时起一些输水作用 有时只是就近供水到用户 平时流量一般不大 只有在干管损坏时才转输较大的流量 因此连接管中可分配较少的流量 1管径计算管道直径 管段计算流量和水流速度之间满足以下关系 在确定的计算流量下 管道直径是流速的函数 4 6树状管网的水利计算 从技术上考虑 水流的最大速度应不超过2 5 3 0米 秒 防止水锤 最小速度不得小于0 6米 秒 防止沉积 从经济上考虑 较大的水流速度可减小管道直径 降低工程造价 但由于水流速度大而会导致水头损失增加 从而加大运行的动力费用 合理的流速应该使得在一定年限 投资偿还期 内管网造价与运行费用之和最小 设Wt为总费用 C为管网造价 M1为年度运行电费 M2为年折旧费用 t为投资偿还年限 则有 投资偿还期内的年度总费用为 各城市的经济流速值应按当地条件 如水管材料和价格 施工条件 电费等来确定 不能直接套用其他城市的数据 另外 管网中各管段的经济流速也不一样 须随管网图形 该管段在管网中的位置 该管段流量和管网总流量的比例等决定 因为计算复杂 有时简便地应用 界限流量表 确定经济管径 见界限流量表 由于实际管网的复杂性 加上情况在不断的变化 例如流量在不断增加 管网逐步扩展 诸多经济指标如水管价格 电费等也随时变化 要从理论上计算管网造价和年管理费用相当复杂且有一定难度 在条件不具备时 设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定管径 得出的是近似经济管径 见平均经济流速表 界限流量表 平均经济流速表 在确定管径时还应注意 当按经济流速确定的最小管径不能满足消防要求的最小管径时 应该按消防要求的最小管径 室外消防管道最小100mm 对于管网中连接管 为保证安全 其管径与它相连的次要干管管径相当或小一号 而不要考虑经济性对管径放大一级引起的水头损失变化 一般在管网的起端的大口径管道可按高于平均流速确定管径 而在管网末端小管径可按小于平均流速确定管径 4 7水头损失计算 沿程水头损失 局部水头损失 树状网计算 树状网计算步骤在每一节点应用节点流量平衡条件qi qij 0 无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二级泵站方向推算 只能得出唯一的管段流量qij 或者可以说树状网只有唯一的流量分配 任一管段的流量决定后 即可按经济流速ve求出管径D 并求得水头损失hij 选定一条干线 例如从二级泵站到控制点的任一条干管线 将此干线上各管段的水头损失相加 求出