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，可利用水源

2、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Z),这时水位差H=Z-Z0,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Q,设平行n管线的直径和长度相同，则该系统的水头损失为：_2h=s=-s2Q211)<nJn式中S每条管线的摩阻当一条管线损坏时，该系统中其余n-1条管线的水头损失为：QQ、2ha=sI=-Qa2(2)<n-1)(n-1)式中Qa一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=Z-Z。，由式(1)、(2)

3、得事故时流量为：八'n-11小Q=Q=aQ<nJ2-1平行管线数为n=2时，则a=J=0.5,这样事故流量只有正常流量时供水2量的一半。如只有一条输水管，则Q=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

4、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DN、DN且DN<DM,设计总输水流量为Q(nVs),DN及DN的比阻系数分别为Ai、A2,可建立如下方程组：AlQ2=AQ2Q2=Q-Q联立并解以上方程组可得:.Ac令k=二2贝JQ=kQ;.AiA2Q=Q-Q=(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)。l高位水池DN1水厂DN2L图1当DN某段发生事故时为最不利的情况，输水干管DN的沿程水头损失为：A(aKQ)2(L-l)+A(aQ)2lDN正常工作时的沿程水头损

5、失为：Ai(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:A(aKQ)彳L-l)+A(aQ)2l=Ai(KQ)2L22、化简后得：i=LK2(1一Z)，ma2(1-K2)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:251LK249(1-K2)苴中k=一1A2一、.Ai,.A2当DN=DN时,l=%=l,所以为保证输水管损坏时的事故流量，并用两条1473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m/d=1.736m3/s,输水干管采用两条其管径分别为800mrM1000mme材选用铸铁管，输水管

6、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Q、Q及单位管段长度的水头损失"、i2,并计算出连通管的间距。解：通过计算得K=0.3563o_3Q=KQ=0.3563X1.736=0.619m/s;Q=(1-K)Q=(1-0.3563)X1.736=1.117m3/s;i1=AQ2=0.00566X0.6192=0.00217;i2=AQ2=0.00173X1.1172=0.00217;连通管间距：22=3083m51LK2=51父20000M0.3563249(1-K2)-49(1-0.35632)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

7、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+!2h=f(Q)求出。图2表示水泵特性曲线Q-H和输水管特性曲线Q-!2h的联合工作情况，I为输水管正常工作时的Q!2h特性曲线，II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Q,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(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输水管Q-!2h特性方程表示为:2H=

8、H0+(sp+Sd)Q为：Ha=H)+(sp+Sd-+)Qa(4)nn式中：代一水泵静扬程；sp一泵站内部管线的摩阻；sd一两条输水管的当量摩阻；（Vsis2）Si、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；Q-事故时流量。连接管的长度与输水管相比很短，其阻力可忽略不计。水泵Q-H特性方程为：H=Hsd（2）输水管任一段损坏时的水泵特性方程为：H=HsQ2（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=iHb-Ho:S.Sp.Sd从式（3）看出，因Ho、s、Sp已定，故Hb减小或输水管当量摩阻Sd增大,均可使水

9、泵流量减小。解式（4）和式（5）,得事故时的水泵输水量Q=(6)Hb-Ho,、1SSpSd(Si-Sd)n从式（6）和式（3）得事故时和正常时的流量比例为:Qa一=a=Qs.Sp0；s+Sp+Sd+(s-Sd)1n0.96(科-sd)sSp-Sd按事故用水量为设计水量的70%,即a=0.7的要求，所需分段数等于一(Si-Sd)a2n-2-(SSpSd)(1-a)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250mnf口300mm见图3。水泵特性曲线方程为珏=141.3-0.0026Q2,泵站内管线的摩阻为Sp=0.00021，假定DN300m输水管

10、的一段损坏，试求事故流量为70烟计水量时的分段数，以及正常时和事故时的流量比。图3解：管径为DN250m和300mm勺输水管摩阻分别为S=2.752X10-6X12400=0.034m.s2/L2S=1.025X10-6X12400=0.013m.s2/L2两条输水管的当量摩阻为：=0.005m.s2/L20.0130.034(.0.013.0.034)2分段数为:n=(0.034-0.005)0.72(0.00260.000210.005)(1-0.72)=3.6设分成4段，即n=4,得事故时流量等于:141.3-40.010.00260.000210.005(0.034-0.005)4=82.0L/s正常时流量为:Q=141.3-40.00.00620.000210.005-113.9L/s事故时和正常工作时的流量比为:aR113