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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=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,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n-1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=Z-Z0,由式(1)、(2)得事故时流量为:
Qa=aQ
平行管线数为n=2时,则a=,这样事故流量只有正常流量时供水量的一半。如只有一条输水管,则Q
a=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DN1<DN2,设计总输水流量为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=Q-Q1=(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)2l
DN1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)+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