給水管網(wǎng)工程設(shè)計2

1、第5章 給水管網(wǎng)工程設(shè)計(2)管網(wǎng)計算步驟1、求沿線流量和節(jié)點流量；2、求管段計算流量；3、確定各管段的管徑和水頭損失；4、進行管網(wǎng)水力計算和技術(shù)經(jīng)濟計算；5、確定水塔高度和水泵揚程。5.2 設(shè)計流量分配與管徑設(shè)計用水流量分配 為進行給水管網(wǎng)的細部設(shè)計，必須將總流量分配到系統(tǒng)中去，也就是將最高日用水流量分配到每條管段和各個節(jié)點上去。集中流量：從一個點取得用水，用水量較大的用戶。分散流量：沿線眾多小用戶用水，情況復(fù)雜。5.2.1 節(jié)點設(shè)計流量分配計算集中流量：qni 各集中用水戶的集中流量，L/s；Qdi各集中用水戶最高日用水量，m3/d；Khi時變化系數(shù)。根據(jù)實際管網(wǎng)流量變化情況設(shè)計管網(wǎng)非常復(fù)

2、雜，加以簡化。提出比流量，沿線流量，節(jié)點流量的概念。比流量：為簡化計算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長度上，由此計算出的單位長度干管承擔(dān)的供水量。長度比流量： 單位：L/(s.m)面積比流量： 單位：L/(s.m2)1長度比流量 假定水量沿管網(wǎng)長度均勻流出。管線單位長度上的配水流量，稱為長度比流量，記作qs。 2面積比流量 假定沿線流量均勻分布在整個供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qs。注意：1面積比流量考慮了沿線供水面積人數(shù)多少對管線配水的影響，計算結(jié)果更接近實際配水情況，但計算較麻煩。當(dāng)供水區(qū)域的干管分布比較均勻時，二者相差很小。這時，

3、用長度比流量較好。2當(dāng)供水區(qū)域內(nèi)各區(qū)衛(wèi)生設(shè)備或人口密度相差較大時，各區(qū)的比流量應(yīng)分別計算。3同一管網(wǎng)，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計算。沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。 l:管段配水長度，不一定等于實際管長。無配水的輸水管，配水長度為零；單側(cè)配水，為實際管長的一半。公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊節(jié)點流量：從沿線流量計算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。按照水力等效的原那么，將沿線流量一分為二，分別加在管段兩端的節(jié)點上；集中流量可以直接加在所處的節(jié)點上；供水泵站或水塔的供水流量也應(yīng)從節(jié)點處進入管網(wǎng)系統(tǒng)例5-1 圖5-6所示管網(wǎng)，給水區(qū)的范圍如虛線所示，比流量為

4、qs，求各節(jié)點的流量。因管段8-9單側(cè)供水，求節(jié)點流量時，將管段配水長度按一半計算。解: 以節(jié)點3、5、8、9為例，節(jié)點流量如下：例： 某城鎮(zhèn)給水環(huán)狀網(wǎng)布置如下圖，全城最高日最高時總用水量315m3/h，其中包括工廠用水量50m3/h，管段68和89均只在單側(cè)有用戶。計算最高日最高時單位管長比流量、沿線流量和節(jié)點流量。14295水廠7863工廠880640710540520490530560580920890620解：工廠的集中流量作為在其附近的節(jié)點4配出。管段68和89均只在單側(cè)有用戶。各管段配水長度如表所示。 全部配水干管總計算長度為6690m，該管網(wǎng)最高日最高時的總用水量為： Q-q=(

5、315-50) 1000/3600=73.6(L/s) 管長比流量qs為： Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m)表5-1 某城鎮(zhèn)管網(wǎng)各管段最高日最高時沿線流量管段編號管段長度(m)管段計算長度(m)沿線流量(L/s)水廠36201-24904905.391-48808809.682-58908909.794-55205205.722-35305305.833-692092010.135-65405405.944-7640640753.197-87107107.818-95605600.53.08合計669073.60節(jié)點編號連接管段編號連接管段沿線流量

6、之和(L/s)節(jié)點流量（L/s)11-2,1-45.39+9.68=15.077.5421-2,2-3,2-55.39+5.83+9.79=21.0110.5132-3,3-6,水廠-35.83+10.13+0=15.967.9841-4,4-5,4-79.68+5.72+7.04=22.4411.2213.89表5-2 某城鎮(zhèn)管網(wǎng)最高日最高時各節(jié)點流量7.5441295水廠7863工廠13.8910.7210.517.989.6311.227.421.54880640710540520490520560580920890620例6.3 p128【例題】某城市最高時總用水量為260L/s，其中

7、集中供給的工業(yè)用水量120 L/s分別在節(jié)點2、3、4集中出流40 L/s。各管段長度單位為m和節(jié)點編號見圖。管段1-5、2-3、3-4為一側(cè)供水，其余為雙側(cè)供水。試求1比流量；2各管段的沿線流量；3各節(jié)點流量。解：1配水干管計算總長度2配水干管比流量3沿線流量：各 管 段 沿 線 流 量 計 算 管段編號管段計算總長度（m） 比 流 量 (L/s.m) 沿 線 流 量 (L/s) 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5600=300 0.5600=300 0.5600=300 800 800 600 500 0.03182 25.45 9.55 9.5

8、5 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合 計 4400 140.004節(jié)點流量計算： 各管段節(jié)點流量計算 節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié) 點 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)節(jié)點總流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5 , 3-5 , 5-64-6 , 5-6 , 7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09

9、)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95 40 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合計140.00120.260.00管段設(shè)計流量分配計算管段設(shè)計流量是確定管段直徑的主要依據(jù)。求得節(jié)點流量后，就可以進行管網(wǎng)的流量分配，分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。目的：確定各管段中的流量，進而確定管段直徑。流量分配要保持水流的連續(xù)性，每一節(jié)點必須滿足節(jié)點流量的平衡條件：流入任一節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量，假設(shè)以流入為“一，流離為“+，那么Q=0。1、 單水源樹狀網(wǎng)泵站56

10、385646273545286142733341217726234775樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性，每一管段的計算流量等于該管段后面各節(jié)點流量和大用戶集中用水量之和。環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數(shù)多種。15101312181617141976125271485819123359134602495111357301024982、環(huán)狀網(wǎng)流量分配方法和步驟：1確定控制點位置，管網(wǎng)主導(dǎo)流向；2參照主導(dǎo)流向擬定各管段水流方向，以最短距離供水到大用戶或遙遠地區(qū)；3盡量使平行的主要干管分配相近的流量防止某些管段負荷過重，連接管要少分配流量，滿足沿線配水為限主要作用是干管損壞時轉(zhuǎn)輸流量4各干

11、管通過的流量沿主要流向逐漸減少，不要忽多忽少；5可以起端開始或從末端，滿足節(jié)點流量的平衡條件。此分配值是預(yù)分配，用來選擇管徑，真正值由平差結(jié)果定。(1)從水源或多個水源出發(fā)進行管段設(shè)計流量計算，按水流沿最短線路流向節(jié)點的原那么擬定水流方向； (2)當(dāng)向兩個或兩個以上方向分配設(shè)計流量時，要向主要供水方向或大用戶用水分配較大的流量，向次要用戶分配較少的流量；(3)順主要供水方向延伸的幾條平行干管所分配的計算流量應(yīng)大致接近；(4)每一節(jié)點滿足進、出流量平衡。流量分配遵循原那么：例6.4 p1286.2.3 管段直徑設(shè)計管徑和設(shè)計流量的關(guān)系：D管段直徑，m； q 管段流量，m3/s； v 流速，m/s

12、； A 水管斷面積，m3。確定管徑必須先選定設(shè)計流速。設(shè)計流速確實定技術(shù)上：為防止水錘現(xiàn)象，Vmax0.6m/s。 經(jīng)濟上：設(shè)計流速小，管徑大，管網(wǎng)造價增加； 水頭損失減小，水泵揚程降低，電費降低。一般設(shè)計流速采用優(yōu)化方法求得。 合理的流速應(yīng)該使得在一定年限投資歸還期內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和最小。投資歸還期內(nèi)的年度總費用為： DeM1VeWM1WVW0DW0管徑 （mm）平均經(jīng)濟流速 （m/s）D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限T年內(nèi)管網(wǎng)造價和管理費用主要是電費之和為最小的流速，稱為經(jīng)濟流速。經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑和當(dāng)?shù)氐墓懿膬r格、管線施工費用、電價等有關(guān)。條件不具備時，

13、可參考下表：選取經(jīng)濟流速時考慮的原那么：p1345.3 泵站揚程與水塔高度設(shè)計設(shè)計流量經(jīng)濟流速管徑確定壓降確定控制點確定泵站揚程和水塔高度確定樹枝狀管網(wǎng)設(shè)計流量不會因管徑選擇不同而改變；環(huán)狀網(wǎng)中，管徑根據(jù)初次流量分配確定，管網(wǎng)流量按管網(wǎng)水力特性進行分配。設(shè)計工況水力分析 設(shè)計工況即最高日最高時用水工況。管段流量和節(jié)點水頭最大，用于確定泵站揚程和水塔高度。 水力分析：確定設(shè)計工況時管道流量、管內(nèi)流速、管道壓降、節(jié)點水頭和自由水壓。 水力分析前需進行預(yù)處理1泵站所在的管段暫時刪除 水力分析前提：水力特性必須。 泵站水力特性未知，泵站設(shè)計流量合并到與之相關(guān)聯(lián)的節(jié)點中。1234567819876543

14、2Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4節(jié)點7為清水池，管段1上設(shè)有泵站，將管段1刪除，其流量合并到節(jié)點7和1：1234567898765432Q7+q1Q3Q2Q1-q1Q4Q5Q6Q8q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h42假設(shè)控制點 水力分析前提，管網(wǎng)中必須有一個定壓節(jié)點。 節(jié)點效勞水頭：節(jié)點地面高程加上節(jié)點處用戶的最低供水壓力。 規(guī)定：一層樓10m，二層樓12m，以后每增一層，壓力增加4m。 控制點：給水管網(wǎng)中壓力最難滿足的節(jié)點，其節(jié)點水頭可作為定壓節(jié)點?？刂泣c

15、的選擇一般離泵站最遠，地勢最高的節(jié)點為 控制點?？上入S意假定，水力分析完成后，通過節(jié)點自由水壓比較，找到真正的控制點。例6.5 某給水管網(wǎng)如下圖，水源、泵站和水塔位置標于圖中，節(jié)點設(shè)計流量、管段長度、管段設(shè)計流量等數(shù)據(jù)也標注于圖中，節(jié)點地面標高及自由水壓要求見表。1設(shè)計管段直徑；2進行設(shè)計工況水力分析；3確定控制點。-194.35（2）（3）（4）（6）（7）（8） H1=12.00（1）清水池水塔（5）132094908590736065427035502650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.1532.4689.989.96.2722.635

16、4.875.0037.15泵站管網(wǎng)設(shè)計工況水力分析節(jié)點編號12345678地面標高(m)13.618.819.12232.218.317.317.5要求自由水壓(m)/24.02824/282824服務(wù)水頭(m)/42.847.146/46.345.341.5給水管網(wǎng)設(shè)計節(jié)點數(shù)據(jù)解 1管段直徑設(shè)計管段編號123456789設(shè)計流量(L/s)194.3589.96.2737.1589.932.4622.6354.875經(jīng)濟流速(m/s)110.20.8110.70.90.6計算管徑(mm)352338計管徑(mm)300*2300200200*230020

17、0200300100給水管網(wǎng)設(shè)計數(shù)據(jù)2設(shè)計工況水力分析將管段1暫時刪除，管段流量并到節(jié)點2上的Q2=-194.35+14.55=-179.8L/s假定節(jié)點8為控制點水頭損失采用海曾-威廉公式CW=110管段或節(jié)點編號23456789管段流量(L/s)81.088.7737.1598.7221.1425.1363.692.5管內(nèi)流速(m/s)1.150.280.591.40.670.80.90.32管段壓降(m)3.860.380.752.821.241.762.240.97節(jié)點水頭(m)47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.5/地面標高（m）18.819.12232

18、.218.317.317.5/自由水壓（m）28.7724.6121.26/24.6125.1724/要求自由水壓242824282824設(shè)計工況水力分析計算結(jié)果3確定控制點節(jié)點編號12345678節(jié)點水頭(m)/47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.5服務(wù)水頭(m)/42.847.146/46.345.341.5供壓差額（m）/-4.773.392.74/1.592.830節(jié)點水頭調(diào)整(m)1250.6947.146.6547.448.145.8644.89自由水壓(m)/32.162824.65/29.828.5627.39節(jié)點3、4、6、7壓力無法滿足效勞水頭

19、要求，節(jié)點3和要求自由水壓差值最大，所以控制點為節(jié)點3，應(yīng)根據(jù)節(jié)點3自由水壓重新進行水力分析?？刂泣c確定與節(jié)點水頭調(diào)整5.3.2 泵站揚程設(shè)計 完成設(shè)計工況水力分析后，泵站揚程可以根據(jù)所在管段的水力特性確定。泵站揚程計算公式：Hfi泵站所在管段起端節(jié)點水頭Hti終端節(jié)點水頭hfi沿程水頭損失hmi局部水頭損失局部損失可忽略不計，上式也可寫為：7360（2）（3）（4）（6）（7）（8） H1=12.00（1）清水池水塔（5）13209490859065427035502650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.98

20、9.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設(shè)計工況水力分析泵站揚程計算1例6.6 采用例6.5數(shù)據(jù)，節(jié)點1處為清水池，最低設(shè)計水位標高為12m，試根據(jù)設(shè)計工況水力分析的結(jié)果，借1上泵站的設(shè)計揚程并選泵。解水泵揚程為忽略局部水頭損失：考慮局部水頭損失：水泵吸壓水管道設(shè)計流速一般為1.22.0m/s，局部阻力系數(shù)可按5.08.0考慮，沿程水頭損失忽略不計，泵站內(nèi)部水頭損失為：那么水泵揚程應(yīng)為：Hp=41.35+1.63，取43m；按2臺水泵并聯(lián)工作，單臺水泵流量為：Qp=194.35/2=97.2(m/s)=349.8t/h)，取350t/h。查水泵樣本，選型。32.46（2）（

21、3）（4）（6）（7）（8） H1=12.00（1）清水池水塔（5）132094908590736065427035502650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3589.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設(shè)計工況水力分析泵站揚程計算 21管網(wǎng)定線2計算干管的總長度3計算干管的比流量4計算干管的沿線流量5計算干管的節(jié)點流量6定出各管段的計算流量 樹狀網(wǎng)：管段流量等于其后管段各節(jié)點流量和 環(huán)狀網(wǎng)：根據(jù)一定原那么先人為擬定總結(jié)：給水管網(wǎng)設(shè)計和計算的步驟7根據(jù)計算流量和經(jīng)濟流速，選取各管段的管徑8根據(jù)流量和管

22、徑計算各管段壓降9確定控制點，根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點水頭和自由水壓。樹狀網(wǎng)：根據(jù)流量直徑計算壓降。環(huán)狀網(wǎng)：假設(shè)各環(huán)內(nèi)水頭損失代數(shù)和閉合差超過規(guī)定值，進行水力平差，對流量進行調(diào)整，使各個環(huán)的閉合差到達規(guī)定的允許范圍內(nèi)。69列水力分析計算表10確定水泵揚程和水塔高度 某城市供水區(qū)用水人口5萬人，最高日用水量定額為150/(人)，要求最小效勞水頭為16。節(jié)點接某工廠，工業(yè)用水量為4003/，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標高為5.OO。012348567水泵水塔250450300600230190205650150練習(xí)1 樹枝網(wǎng)水力計算1總用水量 設(shè)計最高日生活用水量： 500000.1575

23、00m3/d86.81L/s 工業(yè)用水量： 4001625m3/h6.94L/s 總水量為： Q86.816.9493.75L/s 2管線總長度：L2425m，其中水塔到節(jié)點0的管段兩側(cè)無用戶不計入。 3比流量： (93.756.94)24250.0358L/s4沿線流量：管段管段長度（m）沿線流量（L/s）01 12 23 14 48 45 56 67300 150 250 450 650 230 190 2053000.035810.74 1500.03585.37 2500.03588.95 4500.035816.11 6500.035823.27 2300.03588.23 1900

24、.03586.80 2050.03587.34合計242586.815節(jié)點流量：節(jié)點節(jié)點流量（L/s）0 1 2 3 4 5 6 7 80.510.745.37 0.5(10.74+5.37+16.11)16.11 0.5(5.37+8.95) 7.16 0.58.954.48 0.5(16.11+23.27+8.23)23.80 0.5(8.23+6.80)7.52 0.5(6.80+7.34)7.07 0.57.343.67 0.523.2711.63合計86.8193.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503

25、006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.376干管水力計算管段流量（L/s）流速（m/s）管徑（mm）水頭損失（m）水塔0 01 14 4893.75 88.38 60.63 11.630.75 0.70 0.86 0.66400 400 300 1001.27 0.56 1.75 3.95 h7.53 選定節(jié)點8為控制點，按經(jīng)濟流速確定管徑可以先確定管徑，核算流速是否在經(jīng)濟流速范圍內(nèi)。7支管水力計算：管段起端水位（m）終端水位（m）允許水頭損失（m）管長（m）平均水力坡度13 4726.70 24.9521.

26、00 21.005.70 3.95400 6250.01425 0.00632管段流量(L/s)管徑(mm)水力坡度水頭損失(m)12 23 45 56 6711.64 4.48 18.26 10.74 3.67150(100) 100 200(150) 150 1000.00617 0.00829 0.00337 0.00631 0.005811.85(16.8) 2.07 0.64(3.46) 1.45 1.198確定水塔高度水泵揚程：需要根據(jù)水塔的水深、吸水井最低水位標高、水泵吸水管路和壓水管水頭損失計算確定。水泵水塔01234856725045030060023019020565015

27、0練習(xí)2 樹枝網(wǎng)水力計算樹狀網(wǎng)各管段長度，各節(jié)點流量和高程，設(shè)水廠供水水壓按滿足3層樓用水考慮，應(yīng)滿足自由水頭He16m。水廠二級泵站泵軸高程Zp為42.08m，水泵吸程吸水高度Hs吸水管水頭損失hs為4.0m，求二級水泵揚程。75.36.21654325.66805.416.615.811.1600710620580640520水廠圖5-13 某樹枝網(wǎng)節(jié)點流量、管段長度節(jié)點編號地面高程(m)節(jié)點編號地面高程(m)142.95543.24243.81643.94343.88744.17444.69表5-6 某樹枝網(wǎng)各節(jié)點地表高程7解1管網(wǎng)定線2計算干管的總長度略3計算干管的比流量略4計算干管的

28、沿線流量略5計算干管的節(jié)點流量6定出各管段的計算流量7根據(jù)計算流量和經(jīng)濟流速，選取各管段的管徑8根據(jù)流量和管徑計算各管段壓降9確定4為控制點，根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點水頭和自由水壓。 6-9見水力計算表管段或節(jié)點編號1234567管段流量(L/s)6649.328.26.25.65.35.4管徑管內(nèi)流速(m/s)0.931.010.910.8-管段壓降(m)3.164.263.8910.58-節(jié)點水頭(m)79.4275.1671.2716+44.69-地面標高（m）42.9543.8143.8844.69-自由水壓（m）36.4731.3527.3916-設(shè)計工況水力分析計算結(jié)果節(jié)點4水頭=16+44.69節(jié)點3水頭=16+44.69+10.58=71.27自由水壓=71.27-43.88=27.3910二級泵站水泵揚程 3.16+4.0 44.5m)某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量、各管段長度見附圖，單位分別為：米，升/秒。經(jīng)濟管徑可參考表1選取。試列表計算各管段的管徑和流量。只要求算到第二次分配各管段的流量，即可結(jié)束計算。2管徑（mm)100150200250300350計算流量（l/s)5.85.817.517.5313148.548.57171111表1 界限流量表41350l/s200l/s60l/s30l/s60l