球墨铸铁管管道系统设计

球墨铸铁管管道系统设计内容摘要：

当排水渠中的水面位置高于主管道的底部的时候，如果只简单要求排出清理用水，那么，可以将排水管的位置设计得比排水渠的水面位置高一点。 如果要排空管道，应设计一种增压排放的方法，在通向排放出口的路上提供一个集水坑。 4）要绝对保护好排放出口附近的护坡，以防止其受到排放水的冲刷和破坏。 如果担心排放出口附近地区受到大量的排放水的冲刷和破坏，那么，应该使用混凝土结构、砾石等进行保护。 如果只是临时性的保护，应该使用钢板桩、木排等。 还有一种保护方法，就是集水坑采用钢筋混凝土来构筑。 这样，从冲洗管道中排出的水冲击到墙壁上，抑制了水力。 在这种情况下，应将溢流出口的宽度扩大到最大的程度，以便减小流率。 为了安全起见，建议在出水装置的周围 构筑围墙。 324 减压阀和安全阀 1）在压力不同的两个使用区之间连接管道的时候，必须装配减压阀，这样，在输水系统的使用和维修当中就不会出现由于剩余压力而引起的问题，输水系统中的压力也不会超过允许的最大压力。 2）在泵的出口处和容易出现水锤现象的地方也应安装减压阀。 然而，在有其它压力控制装置（例如，压力箱等）的地方就不需要安装减压阀了。 325 消防栓 1）消防栓应安装在便于消防活动的地方，例如街道交叉路口的支管上等，特别是在配水管密集区和集水区。 除了这些位置以 外，应依据街道或公路旁的房屋和各种建筑物的位置，按一定的间 13 隔配装消防栓。 2）在 DN150mm 及其以上的管子上应安装单喷嘴的消防栓；在 DN300mm 及其以上的管子上应安装双喷嘴的消防栓。 然而，如果管道网络有足够的能力，或者是当水压较高时，或者是当临近地区安装有大管径的管子，并且可以提供满意的消防用水时，那么，即使是在小于 DN150mm 的管子上也可以使用双喷嘴的消防栓。 考虑到维修的需要，包括切断水流进行修理等，应给消防栓配装一个补充阀。 3）在多雪的地区，如果不是交通被中断，应该使用防冻、表面式的消防 栓。 或者在这种情况下，为了防止冻结，应该使用非冻结式的消防栓。 如果采用地下式的消防栓，那么必须设计一个带有双层盖的消防栓保护箱，或者是在保护箱当中填满隔离材料。 326 流量计和压力表 1）建议在管道的起始点处安装一个流量计，以测量水量。 所用的流量计应该能够测量和记录正常、最大和最小水量。 2）流量计应该配有指示、累计和记录装置。 3）为了有效、经济地使用管道系统，建议在管道使用区的一些合适的地方安装可以自动记录的压力表和流量计。 327 人孔 对于≥ DN800mm 的管道 ，考虑到检查管子内部情况和维修的需要，应配置人孔。 在易于出现问题的地区，例如在水道桥、反虹吸管处及线路阀处等，在有明显的地形或地理变动的地区，以及在其它要求提供有人孔的地区，都应配有人孔。 另外，在土壤覆盖层厚，从管子的外部进行检查和修理很困难的地区，也有必要配人孔。 一般来说，人孔的尺寸应为 600mm，并用一块盲板封住，通常与空气阀装置连接到一起。 很可能在人孔中充满有毒的气体或缺乏氧气，因此，在进入检修孔之前，必须使用检测器检测一下。 14 第四章 管径的选择 41 总述 一 条管道所输送的水量取决于下列因素： 1）在源头处，即在泵或蓄水池处的水头； 2）源头和排水点处的高度差； 3）管道的直径； 4）由管子引起的摩阻损失； 5）由管件（弯头、三通管、渐缩管等）引起的摩阻损失； 6）由阀门等引起的摩阻损失； 因此，管径的选择以水头损失为基础。 42 水头损失的计算 一条管道的水头损失可以表示为内径和管道长度以及管道中的流速的函数，用公式表示如下： 式中， h：水头损失（ m） L：管道长度（ m） D：管道直径（ m） V：流速（ m/sec） g：重力加速度（ m/sec2） f：水头损失系数 系数“ f”是流速、所输送的液体和管道的特性（管子的直径和表面条件）的函数。 有许多公式可以计算系数“ f”。 然而，在输水管道中，主要使用下列两个公式，即：哈森 威 廉母斯（ HazenWilliams）公式和考尔布鲁克 怀特（ ColebrookWhite）公式。 421 哈森 威廉母斯（ HazenWilliams）公式 式中， CH：与管子条件相关的系数 对于衬有水泥沙浆内衬的球铁管来说， CH 值可以使用 150；然而，在用于设计目的的时候，建议 CH 值使用 130，其中包括由于管件、阀门和其它装置而引起的损失，加上容差。 l： 水力梯度（管道单位水头损失） =h/L 使用哈森 威廉母斯（ HazenWilliams）公式的计算图表如图 4 42所示。 15 16 422 考尔布鲁克 怀特（ ColebrookWhite）公式 式中， K： 管子内部粗糙度的长度测量 17 对于衬有水泥沙浆内衬的球铁管来说， K 值可以使用 ；然而，在用于设计目的的时候，建议使用 ，其中考虑到了由于管件、阀门和其它装置而引起的粗糙度，再加上容差。 Re：雷诺数 v：所输送的液体的动粘滞度 水 =106m2/sec(在 10℃时 ) 这个公式有不利条件，使用起来比较困难。 因此，可以参看 43， 4 所示的计算图表。 18 423 由于管件和阀门引起的损失 由于弯头等类似的管件而引起的较小的水头损失在一条长的管道当中往往被忽视。 在输水总管道当中，如果管件的数量相对较少，那么，由管件引起的损失可以按直管道的方法来计算，使用哈森 威廉母斯（ HazenWilliams）公式计算，系数值 CH=130；使用考尔布鲁克 怀特（ ColebriikWhite）公式计算，系数值 K=。 然而，在长度较短、流速较高的管道 当中，通过管件的水头损失可能很大，应该予以考虑。 通过管件的水头损失可以使用下列公式来计算： 19 （ 1）由于进水而引起的水头损失 式中， h1：由于流入水引起的水头损失（ m） f1：由于流入水引起的损失系数 V：水进入后的流速（ m/sec） g：重力加速度（ m/sec2） （ 2）由弯头引起的水压损失 式中， hb：由于弯头引起的水头损失 fb：根据 r/R和 值确定的损失系数， 根据威斯巴赫（ Weisbach）公式，其值应为： 根据威斯巴赫（ Weisbach）公式计算出的弯头损失的系数 注：①威斯巴赫（ Weishbach）公式适用于 R/r 小于 6的光滑圆管，但是，当管子粗糙的时候，系数值可能会比用公式所计算出的数值增加一倍。 ② fb值包括弯曲部分的摩阻损失 20 （ 3）由于截面或直径变化而引起的水头损失 1）在渐扩（逐渐扩大）的情况下 式中， hge：由于渐扩引起的水头损失 fge：由于渐扩引起的损失的系数 V1：渐扩前的流速（ m/sec） V2：渐扩后的流速（ m/sec）  ：渐扩角度 图 47 2) 渐缩（逐渐缩小）的情况 式中， hge：由于渐缩引起的水头损失（ m） fge：由于渐缩引起的损失系数 V1：渐缩前的流速（ m/sec） V2：渐 缩后的流速（ m/sec）  ：渐缩角度 21 图 48 （ 4）由于支线管引起的水头损失 式中， hn：由于支线管引起的水头损失（ m） fn：由于支线管引起的损失系数 V：连接支线管前的流速（ m/sec） 图 49 “ Y”形连接支线管时的损失系数 表 44 分支部分的形状 fn 圆锥形 圆柱形 22 （ 5）由阀门引起的水头损失 式中， hv：由阀门引起的水头损失（ m） fv：由阀门引起的损失系数 （ 6）在管子末端的水头损失 在排水口处，由于水的阻力，流动水头失去了它的力量，部分改变成为压力水头，而通常认为 流动水头完全消耗了本身的力量。 基于这个前提，将 fe值设定为 fe≈。 424 由于正常的管道线路弯曲引起的损失 在标准的管道连接当中允许管子有轻度的偏转。 由于管道的轻度偏转而引起的损失可以通过常规的流量公式来计算，并且通常没有必要考虑这种损失。 43 管径选择实例 431 例 1（水泵输送总管道系统） 23 在远离水源 4000m 的供水点处要求供水量为 120m3/小时。 供水点处的位置比水源位置高出 75m，水源处的水头为 145m（ ），所要求的出口水头 为 20m（ 2kgf/cm2），需要多大公称直径的管子。 出水量： Q=120m3/小时 = l/sec 由于高度差和在供水点处所要求的水头，管道的水头损失为： 145（ 75+20） =50（ m） 用 m/1000m为单位表示的等量的水头（水压梯度）损失： 从图 41所示的图表中可以看出，从轴所画出的两条直线的交叉点在： Q= 升 /秒 l= 分别位于代表 DN=200 和 150 管径的两条斜线之间。 在这种情况下，应该选择 DN200的管子。 432 例 2（自流管道） 在远离水源 4000m 的供水点处要求供水量为 120m3/小时。 供水点处的位置比水源处的位置低 12m。 水源处的水头为 10m（ ），所要求的出口水头为 3m()。 在这种情况下需要多大公称直径的管子。 出水量： Q=120m3/小时 = 升 /秒 等量的水头损失（水压梯度）： 24 从图 41 中，我们可以决定需要 DN200mm的管子。 44 泵的扬程和动力要求 441 泵的扬程要求 图 414 说明了使用水泵将水从抽水水面提升到出水水面的情况。 如果在这两个水面之间的垂直高度是 Ha，那么用 Ha加上当水流过水泵的吸水管和出水管时所引起的不同的水头损失、在出水管一端的速度以及作用在这两个水面上的压差，所获得的就是泵所需要的水头。 上述几个数值相加所获得的数值叫做总动力水头。 总动力水头， H，用下列方程式来表示： 式中， Ha：实际水头（ m） h ：总水头损失 (m) Vd：在出水管一端的流速（ m/s） Vd2/2g：出口速头（ m） Pd：作用在出水水面上的压力（ kgf/cm2 绝对值） Ps：作用在抽水水面上的压力（ kgf/cm2 绝对值） r：增压液体的比重（ kgf/l） 当抽水水面和出水水面都在地表的时候，水泵的总动力水头可以通过下列方程式获 25 得： 式中， h 表示包括出水速头在内的总的水头损失。 水泵所需要 的动力可以通过下列公式来计算： 式中， P：原动机所需要的功率 C：剩余的 电动机 发动机 ：增压液体的比重（ kg/l）。