长距离双管输水连接管分段设计计算

1、长距离双管输水管道连接管分段计算论述摘要：分别对在重力及水泵供水时的压力输水管，两条平行敷设的长距离输水干管的流量分配、连通管间距的计算进行了研究,可供长距离输水干管设计者参考。关键词：水头损失,流量,比阻系数,连通管间距近几年来，随着我国经济的发展，城市生活及工业用水日益加剧，但我国水资源相对比较紧张，有时需要从很远的地方寻找水源，因此长距离输水工程也逐渐增多。尤其在工业供水中，为了提高供水保证率，需要双管输水，下面就几种不同情况下，长距离双管输水连接管分段设计计算闸述几点看法。1、重力供水时的压力输水管水源在高地时（例如取用水塔、高位水池时）若水源水位和用水户构筑物水位的高差足够，可利用水

2、源水位向用水户重力输水。设计时，设水源水位标高为Z，输水管输水至用水户构筑物，其水位为Z0，这时水位差H=ZZ0，该水头用以克服输水管的水头损失。假定输水量为Q，平行的输水管线为n条，则每条管线的流量为，设平行管线的直径和长度相同，则该系统的水头损失为：h=s= （1）式中 S每条管线的摩阻当一条管线损坏时，该系统中其余n1条管线的水头损失为：ha=s= （2）式中 Qa管线损坏时须保证的流量或允许的事故流量。因为重力输水系统的位置水头已定，正常时和事故时的水头损失都应等于位置水头，即h=ha=ZZ0，由式（1）、（2）得事故时流量为：Qa=aQ平行管线数为n=2时，则a=0.5，这样事故流量

3、只有正常流量时供水量的一半。如只有一条输水管，则Qa=0,即事故时流量为零，不能保证不间断供水。实际上，为提高供水的可靠性，常采用简单而造价增加不多的方法，即在平行管线之间用连接管相接。当管线某段损坏时，无需整条管线全部停止工作，而只需用阀门关闭损坏的一段进行检修，采用这种措施可以提高事故时的流量。通常为了减少输水干管的施工费用，一般均沿同一路线敷设，即从同一取水地点送至同一用水区域，因此，几条输水干管的长度是基本相同的，因而几条输水干管的总水头损失相等，单位长度管段的水头损失i=AQ2也应相等。不同管径的流量分配即按这一原则进行计算，假设两条输水管径分别为DN1、DN2且DN1DN2，设计总

4、输水流量为Q(m3/s)，DN1及DN2的比阻系数分别为A1、A2，可建立如下方程组：A1Q12=A2Q22 Q2=Q-Q1联立并解以上方程组可得：Q1=,m3/s令k=,则Q1=kQ;Q2=QQ1=(1-k)Q如图1，当输水干管设计流量为Q(m3/ s) ,事故水量为aQ(m3/s),输水干管总长度为L(m),连通管间距为l(m)。图1当DN2某段发生事故时为最不利的情况,输水干管DN1的沿程水头损失为:A1(aKQ)2(L-l)A1(aQ)2lDN1正常工作时的沿程水头损失为:A1(KQ)2L。因出水压力为一定值,则输水干管发生事故时,其管道的水头损失维持不变,得:A1(aKQ)2(L-l

5、)A1(aQ)2l= A1(KQ)2L化简后得:l=，m其中a为事故水量和设计水量的比值,如果是城市给水,则a=70% ,代入上式可简化为:l=其中：k=当DN1=DN2时，l=，所以为保证输水管损坏时的事故流量，并用两条连接管将平行管线分成3段才行。1.1举例某工程输水干管设计流量为15万m3/d=1.736m3/s,输水干管采用两条其管径分别为800mm及1000mm,管材选用铸铁管,输水管长度为20km,事故用水量为设计水量的70%,求条输水干管的实际流量Q1、Q2及单位管段长度的水头损失i1、i2，并计算出连通管的间距。解:通过计算得K=0.3563。Q1=KQ=0.3563×

6、;1.736=0.619m3/s；Q2=(1-K)Q=(1-0.3563)×1.736=1.117m3/s；i1=A1Q12=0.00566×0.6192= 0.00217；i2=A2Q22= 0.00173×1.1172= 0.00217；连通管间距:l=3083m可根据当地实际情况每隔3km左右设一组连通管。2、水泵供水时的压力输水管水泵供水时，流量Q受到水泵扬程的影响，反之，输水量变化也会影响输水管起点的水压。因此水泵供水时的实际流量，应由水泵特性曲线Hp=f（Q）和输水管特性曲线H0+h=f（Q）求出。图2表示水泵特性曲线QHp和输水管特性曲线Qh的联合工

7、作情况，为输水管正常工作时的Qh特性曲线，为事故时。当输水管任一段损坏时，阻力增大，使曲线的交点从正常工作时的b点移到a点，与a点相应的横坐标即表示事故时流量Qa，水泵供水时，为保证管线损坏时的事故流量，输水管的分段数计算方法如下：图2输水管Qh特性方程表示为：H=H0(spsd)Q2 （1）设两条不同直径的输水管用连接管分成n段，则任一段损坏时的水泵扬程为：Ha=H0(spsd)Q （4）式中：H0水泵静扬程； sp泵站内部管线的摩阻； sd两条输水管的当量摩阻；=sd=s1、s2每条输水管的摩阻；n输水管分段数，输水管之间只有一条连接管时，分段数为2，以此类推；Q正常时流量；Qa事故时流量

8、。连接管的长度与输水管相比很短，其阻力可忽略不计。水泵QHp特性方程为：Hp=HbsQ2 （2）输水管任一段损坏时的水泵特性方程为：Ha=HbsQa2 （5）式中：s水泵摩阻联立解式（1）和式（2），得正常时的水泵输水量Q= （3）从式（3）看出，因H0、s、sp已定，故Hb减小或输水管当量摩阻sd增大，均可使水泵流量减小。解式（4）和式（5），得事故时的水泵输水量Qa= （6）从式（6）和式（3）得事故时和正常时的流量比例为：=a=按事故用水量为设计水量的70%，即a=0.7的要求，所需分段数等于n=2.1举例某城市从水源泵站到水厂敷设两条铁输水管，每条输水管长度为12400m，管径分别为2

9、50mm和300mm，见图3。水泵特性曲线方程为HP2，泵站内管线的摩阻为SP=0.00021，假定DN300mm输水管的一段损坏，试求事故流量为70%设计水量时的分段数，以及正常时和事故时的流量比。图3解：管径为DN250mm和300mm的输水管摩阻分别为S1=2.752×10-6×12400=0.034m.s2/L2S2=1.025×10-6×12400=0.013m.s2/L2两条输水管的当量摩阻为： Sd=m.s2/L2分段数为：n=设分成4段，即n=4，得事故时流量等于：Qa=L/s正常时流量为： Q=L/s事故时和正常工作时的流量比为：a=大于规定的=70%的要求。