1、長距離雙管輸水管道連接管分段計算論述摘要：分別對在重力及水泵供水時的壓力輸水管，兩條平行敷設(shè)的長距離輸水干管的流量分配、連通管間距的計算進(jìn)行了研究,可供長距離輸水干管設(shè)計者參考。關(guān)鍵詞：水頭損失,流量,比阻系數(shù),連通管間距近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市生活及工業(yè)用水日益加劇，但我國水資源相對比較緊張，有時需要從很遠(yuǎn)的地方尋找水源，因此長距離輸水工程也逐漸增多。尤其在工業(yè)供水中，為了提高供水保證率，需要雙管輸水，下面就幾種不同情況下，長距離雙管輸水連接管分段設(shè)計計算閘述幾點看法。1、重力供水時的壓力輸水管水源在高地時（例如取用水塔、高位水池時）若水源水位和用水戶構(gòu)筑物水位的高差足夠，可利用水

2、源水位向用水戶重力輸水。設(shè)計時，設(shè)水源水位標(biāo)高為Z，輸水管輸水至用水戶構(gòu)筑物，其水位為Z0，這時水位差H=ZZ0，該水頭用以克服輸水管的水頭損失。假定輸水量為Q，平行的輸水管線為n條，則每條管線的流量為，設(shè)平行管線的直徑和長度相同，則該系統(tǒng)的水頭損失為：h=s= （1）式中 S每條管線的摩阻當(dāng)一條管線損壞時，該系統(tǒng)中其余n1條管線的水頭損失為：ha=s= （2）式中 Qa管線損壞時須保證的流量或允許的事故流量。因為重力輸水系統(tǒng)的位置水頭已定，正常時和事故時的水頭損失都應(yīng)等于位置水頭，即h=ha=ZZ0，由式（1）、（2）得事故時流量為：Qa=aQ平行管線數(shù)為n=2時，則a=0.5，這樣事故流量

3、只有正常流量時供水量的一半。如只有一條輸水管，則Qa=0,即事故時流量為零，不能保證不間斷供水。實際上，為提高供水的可靠性，常采用簡單而造價增加不多的方法，即在平行管線之間用連接管相接。當(dāng)管線某段損壞時，無需整條管線全部停止工作，而只需用閥門關(guān)閉損壞的一段進(jìn)行檢修，采用這種措施可以提高事故時的流量。通常為了減少輸水干管的施工費用，一般均沿同一路線敷設(shè)，即從同一取水地點送至同一用水區(qū)域，因此，幾條輸水干管的長度是基本相同的，因而幾條輸水干管的總水頭損失相等，單位長度管段的水頭損失i=AQ2也應(yīng)相等。不同管徑的流量分配即按這一原則進(jìn)行計算，假設(shè)兩條輸水管徑分別為DN1、DN2且DN1DN2，設(shè)計總

4、輸水流量為Q(m3/s)，DN1及DN2的比阻系數(shù)分別為A1、A2，可建立如下方程組：A1Q12=A2Q22 Q2=Q-Q1聯(lián)立并解以上方程組可得：Q1=,m3/s令k=,則Q1=kQ;Q2=QQ1=(1-k)Q如圖1，當(dāng)輸水干管設(shè)計流量為Q(m3/ s) ,事故水量為aQ(m3/s),輸水干管總長度為L(m),連通管間距為l(m)。圖1當(dāng)DN2某段發(fā)生事故時為最不利的情況,輸水干管DN1的沿程水頭損失為:A1(aKQ)2(L-l)A1(aQ)2lDN1正常工作時的沿程水頭損失為:A1(KQ)2L。因出水壓力為一定值,則輸水干管發(fā)生事故時,其管道的水頭損失維持不變,得:A1(aKQ)2(L-l

5、)A1(aQ)2l= A1(KQ)2L化簡后得:l=，m其中a為事故水量和設(shè)計水量的比值,如果是城市給水,則a=70% ,代入上式可簡化為:l=其中：k=當(dāng)DN1=DN2時，l=，所以為保證輸水管損壞時的事故流量，并用兩條連接管將平行管線分成3段才行。1.1舉例某工程輸水干管設(shè)計流量為15萬m3/d=1.736m3/s,輸水干管采用兩條其管徑分別為800mm及1000mm,管材選用鑄鐵管,輸水管長度為20km,事故用水量為設(shè)計水量的70%,求條輸水干管的實際流量Q1、Q2及單位管段長度的水頭損失i1、i2，并計算出連通管的間距。解:通過計算得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；連通管間距:l=3083m可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況每隔3km左右設(shè)一組連通管。2、水泵供水時的壓力輸水管水泵供水時，流量Q受到水泵揚程的影響，反之，輸水量變化也會影響輸水管起點的水壓。因此水泵供水時的實際流量，應(yīng)由水泵特性曲線Hp=f（Q）和輸水管特性曲線H0+h=f（Q）求出。圖2表示水泵特性曲線QHp和輸水管特性曲線Qh的聯(lián)合工

7、作情況，為輸水管正常工作時的Qh特性曲線，為事故時。當(dāng)輸水管任一段損壞時，阻力增大，使曲線的交點從正常工作時的b點移到a點，與a點相應(yīng)的橫坐標(biāo)即表示事故時流量Qa，水泵供水時，為保證管線損壞時的事故流量，輸水管的分段數(shù)計算方法如下：圖2輸水管Qh特性方程表示為：H=H0(spsd)Q2 （1）設(shè)兩條不同直徑的輸水管用連接管分成n段，則任一段損壞時的水泵揚程為：Ha=H0(spsd)Q （4）式中：H0水泵靜揚程； sp泵站內(nèi)部管線的摩阻； sd兩條輸水管的當(dāng)量摩阻；=sd=s1、s2每條輸水管的摩阻；n輸水管分段數(shù)，輸水管之間只有一條連接管時，分段數(shù)為2，以此類推；Q正常時流量；Qa事故時流量

8、。連接管的長度與輸水管相比很短，其阻力可忽略不計。水泵QHp特性方程為：Hp=HbsQ2 （2）輸水管任一段損壞時的水泵特性方程為：Ha=HbsQa2 （5）式中：s水泵摩阻聯(lián)立解式（1）和式（2），得正常時的水泵輸水量Q= （3）從式（3）看出，因H0、s、sp已定，故Hb減小或輸水管當(dāng)量摩阻sd增大，均可使水泵流量減小。解式（4）和式（5），得事故時的水泵輸水量Qa= （6）從式（6）和式（3）得事故時和正常時的流量比例為：=a=按事故用水量為設(shè)計水量的70%，即a=0.7的要求，所需分段數(shù)等于n=2.1舉例某城市從水源泵站到水廠敷設(shè)兩條鐵輸水管，每條輸水管長度為12400m，管徑分別為2

9、50mm和300mm，見圖3。水泵特性曲線方程為HP2，泵站內(nèi)管線的摩阻為SP=0.00021，假定DN300mm輸水管的一段損壞，試求事故流量為70%設(shè)計水量時的分段數(shù)，以及正常時和事故時的流量比。圖3解：管徑為DN250mm和300mm的輸水管摩阻分別為S1=2.752×10-6×12400=0.034m.s2/L2S2=1.025×10-6×12400=0.013m.s2/L2兩條輸水管的當(dāng)量摩阻為： Sd=m.s2/L2分段數(shù)為：n=設(shè)分成4段，即n=4，得事故時流量等于：Qa=L/s正常時流量為： Q=L/s事故時和正常工作時的流量比為：a=大于規(guī)定的=70%的要求。