《管网计算步骤》PPT课件.ppt

管网计算步骤,1、求沿线流量和节点流量；2、求管段计算流量；3、确定各管段的管径和水头损失；4、进行管网水力计算和技术经济计算；5、确定水泵扬程和水塔高度。,设计流量分配,(1)用水流量分配为进行给水管网的细部设计，必须将总流量分配到系统中去，也就是将最高日用水流量分配到每条管段和各个节点上去。,节点设计流量分配计算,集中流量：从一个点取得用水，用水量较大的用户。分散流量：沿线众多小用户用水，情况复杂。,节点设计流量分配计算,集中流量：,qni 各集中用水户的集中流量，L/s；Qdi各集中用水户最高日用水量，m3/d；Khi时变化系数。,根据实际管网流量变化情况设计管网非常复杂，加以简化。提出比流量，沿线流量，节点流量的概念。,比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。长度比流量：面积比流量：,沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。,l:管段配水长度，不一定等于实际管长。无配水的输水管，配水长度为零；单侧配水，为实际管长的一半。,节点流量：从沿线流量计算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。,按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二，分别加在管段两端的节点上；集中流量可以直接加在所处的节点上；供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入管网系统,例：所示管网，给水区的范围如虚线所示，比流量为qs，求各节点的流量。,因管段8-9单侧供水，求节点流量时，将管段配水长度按一半计算。,解:以节点3、5、8、9为例，节点流量如下：,某城市最高时总用水量为260L/s，其中集中供应的用水量120 L/s（分别在节点2、3、4集中出流40 L/s）。各管段长度（m）和节点编号见下图，其中管段1-5、2-3、3-4为一侧供水，其余双向供水。求1、比流量；2、各管段沿线流量；3、各节点流量。,解：1）配水干管比流量计算配水干管计算总长度=0.5x(600+600+600)+3x800+600+500=4400m2）沿线流量计算各管段的沿线流量计算见下表1：,3）节点流量各节点流量计算见下表2：表2：节点流量计算,例：某城镇给水环状网布置如图所示，全城最高日最高时总用水量315m3/h，其中包括工厂用水量50m3/h，管段68和89均只在单侧有用户。计算最高日最高时单位管长比流量、沿线流量和节点流量。,1,4,2,9,5,水厂,7,8,6,3,工厂,880,640,710,540,520,490,530,560,580,920,890,620,解：工厂的集中流量作为在其附近的节点4配出。管段68和89均只在单侧有用户。各管段配水长度如表所示。全部配水干管总计算长度为6690m，该管网最高日最高时的总用水量为：Q-q=(315-50)1000/3600=73.6(L/s)管长比流量qs为：Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m),某城镇管网各管段最高日最高时沿线流量,某城镇管网最高日最高时各节点流量,1,4,2,7.54,9,5,水厂,7,8,6,3,工厂,（13.89）,10.72,10.51,7.98,9.63,11.22,7.42,1.54,880,640,710,540,520,490,530,560,580,920,890,620,(2)节点设计流量计算,管段设计流量分配计算,管段设计流量是确定管段直径的主要依据。求得节点流量后，就可以根据节点流量连续性方程，进行管网的流量分配，分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量。,1、单水源树状网树状管网的管段流量具有唯一性，每一管段的计算流量等于该管段后面各节点流量和大用户集中用水量之和。,8,6,14,27,33,3,4,12,17,7,26,2,34,77,5,环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种。,2、环状网,流量分配遵循原则：(1)从水源或多个水源出发进行管段设计流量计算，按水流沿最短线路流向节点的原则拟定水流方向；(2)当向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向或大用户用水分配较大的流量，向次要用户分配较少的流量；(3)顺主要供水方向延伸的几条平行干管所分配的计算流量应大致接近；(4)每一节点满足进、出流量平衡。,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。试列表计算各管段的流量。,(2),(4),50l/s,(3),(5),200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习 环状管网水力计算,800,850,400,700,600,(1),1,2,3,6,4,5,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径和流量。（只要求算到第二次分配各管段的流量，即可结束计算）。,(1),(3),50l/s,(2),(4),界限流量表,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习 环状管网水力计算,800,850,400,700,600,答：因为分配初始流量有无数各方案，所以该题要求能正确分配初始流量，确定管径，计算各管段水头损失，环闭合差和环校正流量，能正确调整各管段的流量。以下为一个例子：,1,3,50l/s,2,4,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,70,30,80,30,10,6.2.3 管段直径设计,管径和设计流量的关系：D管段直径，m；q 管段流量，m3/s；v 流速，m/s；A 水管断面积，m3。确定管径必须先选定设计流速。,设计流速的确定,技术上：为防止水锤现象，Vmax0.6m/s。经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加；水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。一般设计流速采用优化方法求得。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。,投资偿还期内的年度总费用为：,一定年限T年内管网造价和管理费用（主要是电费）之和为最小的流速，称为经济流速。经济流速和经济管径和当地的管材价格、管线施工费用、电价等有关。条件不具备时，可参考：,例6.5 某给水管网如图所示，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中。求：设计管段直径；,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径。,界限流量表,练习 环状管网水力计算,(2),(4),50l/s,(3),(5),200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,800,850,400,700,600,(1),1,2,3,6,4,5,6.3 泵站扬程与水塔高度设计,设计流量经济流速管径确定压降确定控制点确定泵站扬程和水塔高度确定树枝状管网设计流量不会因管径选择不同而改变；环状网中，管径根据初次流量分配确定，管网流量按管网水力特性进行分配。,6.3.1 设计工况水力分析,设计工况：即最高日最高时用水工况。管段流量和节点水头最大，用于确定泵站扬程和水塔高度。水力分析：确定设计工况时管道流量、管内流速、管道压降、节点水头和自由水压。水力分析前需进行预处理:1）泵站所在的管段暂时删除 水力分析前提：水力特性必须已知。泵站水力特性未知，泵站设计流量合并到与之相关联的节点中。,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,1,9,8,7,6,5,4,3,2,Q7,Q3,Q2,Q1,Q4,Q5,Q6,Q8,q1,h1,q6,h6,q5,h5,q2,h2,q3,h3,q7,h7,q8,h8,q9,h9,q4,h4,节点（7）为清水池，管段1上设有泵站，将管段1删除，其流量合并到节点（7）和（1）：,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,9,8,7,6,5,4,3,2,Q7+q1,Q3,Q2,Q1-q1,Q4,Q5,Q6,Q8,q6,h6,q5,h5,q2,h2,q3,h3,q7,h7,q8,h8,q9,h9,q4,h4,2）假设控制点,水力分析前提，管网中必须有一个定压节点。节点服务水头：节点地面高程加上节点所连接用户的 最低供水压力。【规定最低供水压力标准：一层楼10m，二层楼12m，以后每增一层，压力增加4m。H=120+40(n-2)kPa，其中n2】控制点：给水管网中压力最难满足的节点，其节点水 头可作为定压节点。,控制点的选择,一般离泵站最远，地势最高的节点假定为控制点。假定控制点，其节点水头等于服务水头，则该节点成为定压节点。可先随意假定，水力分析完成后，通过节点水头与服务水头两者供压差额比较，找到真正的控制点。,例6.5 某给水管网如图所示，水源、泵站和水塔位置标于图中，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中，节点地面标高及自由水压要求见表。1）设计管段直径；2）进行设计工况水力分析；3）确定控制点。,（2）,（3）,（4）,（6）,（7）,（8）,H1=12.00（1）清水池,水塔（5）,1320,9490,8590,7360,6350,5330,4270,3550,2650,-194.35,20.77,51.17,14.55,35.03,82.33,27.65,-37.15,-194.35,32.46,89.9,89.9,6.27,22.63,54.87,5.00,37.15,泵站,管网设计工况水力分析,给水管网设计节点数据,解 1）管段直径设计（如下表）经济流速选择考虑,给水管网设计数据,2）设计工况水力分析,将管段1暂时删除，管段流量并到节点（2）上的Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s）假定节点（8）为控制点水头损失采用海曾-威廉公式CW=110,设计工况水力分析计算结果,3）确定控制点,节点（3）、（4）、（6）、（7）压力无法满足服务水头要求，节点（3）和要求自由水压差值最大，所以真正控制点为节点（3），应根据节点（3）自由水压重新进行水力分析。,控制点确定与节点水头调整,6.3.2 泵站扬程设计,完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以根据所在管段的水力特性确定。泵站扬程计算公式：,Hfi泵站所在管段起端节点水头Hti终端节点水头hfi沿程水头损失hmi局部水头损失局部损失可忽略不计，上式也可写为：,（2）,（3）,（4）,（6）,（7）,（8）,H1=12.00（1）清水池,水塔（5）,1320,9490,8590,7360,6,5,4270,3550,2650,-194.35,20.77,51.17,14.55,35.03,82.33,27.65,-37.15,-194.35,32.46,89.9,89.9,6.27,22.63,54.87,5.00,37.15,泵站,管网设计工况水力分析,泵站扬程计算,例6.6 采用例6.5数据，节点（1）处为清水池，最低设计水位标高为12m，试根据设计工况水力分析的结果，借1上泵站的设计扬程并选泵。,解水泵扬程为（忽略局部水头损失）：,考虑局部水头损失：水泵吸压水管道设计流速一般为1.22.0m/s，局部阻力系数可按5.08.0考虑，沿程水头损失忽略不计，泵站内部水头损失为：则水泵扬程应为：Hp=41.61+1.63，取44m；按2台水泵并联工作，单台水泵流量为：Qp=194.35/2=97.2(L/s)=349.8（t/h)，取350t/h。查水泵样本，选型。,6.3.3 水塔高度设计,完成设计工况水力分析后，水塔高度=水塔节点水头-地面高程：,或,（1）管网定线（2）计算干管的总长度（3）计算干管的比流量（4）计算干管的沿线流量（5）计算干管的节点流量（6）定出各管段的计算流量 树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和 环状网：根据一定原则先人为拟定,总结：给水管网设计和计算的步骤,（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。树状网：根据流量直径计算压降。环状网：若各环内水头损失代数和（闭合差）超过规定值，进行水力平差，对流量进行调整，使各个环的闭合差达到规定的允许范围内。（6）（9）列水力分析计算表（10）确定水泵扬程和水塔高度,某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150/(人)，要求最小服务水头为16。节点接某工厂，工业用水量为4003/，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.OO。,练习1 树枝网水力计算,1总用水量 设计最高日生活用水量：500000.157500m3/d86.81L/s 工业用水量：4001625m3/h6.94L/s 总水量为：Q86.816.9493.75L/s 2管线总长度：L2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。3比流量：(93.756.94)24250.0358L/s,4沿线流量：,5节点流量：,6干管水力计算：,选定节点8为控制点，按经济流速确定管径（可以先确定管径，核算流速是否在经济流速范围内）。,7支管水力计算：,8确定水塔高度,水泵扬程：需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。,练习2 树枝网水力计算,已知树状网各管段长度，各节点流量和高程，设水厂供水水压按满足3层楼用水考虑，应满足自由水头He16m。水厂二级泵站泵轴高程Zp为42.08m，水泵吸程（吸水高度Hs吸水管水头损失hs）为4.0m，求二级水泵扬程。,1,7,6,5,4,3,2,5.6,680,5.4,16.6,6.2,15.8,5.3,11.1,600,710,620,580,640,520,水厂,某树枝网节点流量、管段长度,表5-6 某树枝网各节点地表高程,解（1）管网定线（已知）（2）计算干管的总长度（略）（3）计算干管的比流量（略）（4）计算干管的沿线流量（略）（5）计算干管的节点流量（已知）（6）定出各管段的计算流量（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定4为控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。（6）-（9）见水力计算表,设计工况水力分析计算结果,节点（4）水头=16+44.69节点（3）水头=16+44.69+10.58=71.27自由水压=71.27-43.88=27.39（10）二级泵站水泵扬程 3.16+4.0 44.5（m),已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径和流量。（只要求算到第二次分配各管段的流量，即可结束计算）。,(1),(3),50l/s,(2),(4),界限流量表,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习3 环状管网水力计算,800,850,400,700,600,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径和流量。（只要求算到第二次分配各管段的流量，即可结束计算）。,(1),(3),50l/s,(2),(4),界限流量表,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习3 环状管网水力计算,800,850,400,700,600,答：因为分配初始流量有无数各方案，所以该题要求能正确分配初始流量，确定管径，计算各管段水头损失，环闭合差和环校正流量，能正确调整各管段的流量。以下为一个例子：,1,3,50l/s,2,4,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,70,30,80,30,10,答：因为分配初始流量有无数各方案，所以该题要求能正确分配初始流量，确定管径，计算各管段水头损失，环闭合差和环校正流量，能正确调整各管段的流量。以下为一个例子：,1,3,50l/s,2,4,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,70,30,80,30,10,6.4 管网设计校核,从前面的设计过程可知，管网的管径和水泵扬程，是按设计年限内最高日最高时的用水量和正常水压要求来设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊情况(消防时、最大转输、事故时)下的要求，就需进行其它用水量条件下的核算。核算按最高日最高时流量设计的管径和水泵能否满足其他特殊情况下的要求的过程就叫作管网校核。两种校核方法：水头校核法，流量校核法。校核工况包括：1）消防工况校核 2）水塔转输工况校核 3）事故工况校核,二泵站供水曲线,用水曲线,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,最大用水小时,最大转输小时,1 消防校核,1.1消防校核的实质 管网是按最高日最高时流量来设计的，这个流量并没有包括消防流量。（城市火灾不是经常发生的，且火灾持续时间不长，灭火期间短时间的断水或者流量减少居民能够接受）消防校核的实质是以最高日最高时流量另加消防流量作为设计流量，按10m的服务水头计算，校核按最高时流量确定的管径和水泵能否满足消防时候的要求。,1.2消防校核的方法：（1）首先根据城市规模和现行的建筑设计防火规范确定同时发生的火灾次数和消防用水量；（2）把消防流量作为集中流量加在相应节点的节点流量中；（如按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处或两处以上失火，一处放在控制点，其他设定在离二级泵站较远或靠近大用户的节点处，其余节点仍按最高用水时的节点流量。）（3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配；（4）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损失；（5）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低于10 mH2O）,1.3消防校核结果 虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得多,但因消防时通过管网流量增大，各管段的水头损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有可能不满足消防时的需要。若：消防时需要的水泵扬程 小于 最高时确定的水泵扬程,则设计不需要调整；消防时需要的水泵扬程 略大于 最高时确定的水泵扬程，可放大管网末端个别管径；消防时需要的水泵扬程 远大于 最高时确定的水泵扬程，专设消防泵。,2 最大转输校核,2.1最大转输校核的实质,设对置水塔的管网，在最高用水时由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内泵站送水量大于用水量的时段内，多余的水经过管网送入水塔贮存。,最大转输校核的实质是校核设对置水塔的管网在发生最大转输流量时水泵能否将水送到水塔水柜中最高水位。,最高时,转输时,2.2最大转输校核的方法 校核时，水力计算过程跟最高时计算过程相同，只是管网各节点的流量需按最大转输时管网各节点的实际用水量求出。因节点流量随用水量的变化成比例地增减，所以最大转输时各节点流量可按下式计算：最大转输时节点流量等于最大转输小时用水量与最大小时用水量之比乘以最大小时节点流量；水泵扬程满足水塔最高水位；节点流量确定后，按最大转输时的流量进行分配和管网平差，求出各管段的流量、水头损失和所需要的水泵扬程。,2.3最大转输校核的结果 校核不满足要求时，应适当放大从泵站到水塔最短供水路线上管段的管径。,3.1事故校核的实质 管网主要管段发生损坏时，必须及时检修，在检修时间内供水量允许减少，但设计水压一般不应降低。事故时管网供水流量与最高时设计流量之比，称为事故流量降落比，用R表示。R的取值根据供水要求确定，城镇的事故流量降落比R一般不低于70%。,3事故校核,事故校核的实质是管网前端主要管段发生损坏时，原设计的管径和水泵能否供应不小于最高时设计流量70%的流量。,3.2事故校核的方法 校核时，水力计算过程跟最高时计算过程相同，只是管网各节点的流量应按事故时用户对供水的要求确定。（可按事故流量降落比统一折算，即事故时管网的节点流量等于最高时各节点的节点流量乘上事故降落比R）,3.3事故校核的结果 经过校核后不符合要求时，可以增加平行主干管或埋设双管，或放大某些连通管的管径，或重新选择水泵。也可以从技术上采取措施，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏管段修复时间；重要的和不允许断水的用户，可以采用贮备用水的保障措施。,6.5.1 分区给水系统,将整个给水系统分成几个区，每区有独立的管网。为保证安全用水，各区域之间用应急管道连通。技术原因：均衡管网水压，实现管网低压供水，从而减少漏失水量并避免管道及附件的损坏。经济原因：降低能耗。,6.5 给水管网分区设计,并联分区：泵站共用，由低压水泵和高压水泵分别向高区和低区供水，管理方便，安全性高；输水管道较长，高区靠近水源处的压力大，需耐高压管材。串联分区：泵站分建，高区水泵从低区末端的贮水池取水，进入贮水池前的自由水头被浪费，贮水池容积较大，安全性较差。,合用泵站,低区泵站,重力输水管分区示意图,6.5.2 分区给水的能量分析(1)输水管的供水能量分析 泵站扬程：,过剩水压,水泵供水能量：,E1保证最小服务水头所需的能量,E2克服水管摩阻所需的能量,E3未利用的能量,集中（未分区）给水系统中供水能量利用的程度，可用必须消耗的能量占总能量的比例来表示，称为能量利用率：,并联分区,串联分区,(2)管网的供水能量分析 泵站扬程：,所节约的能量为：,省略HF：,管网分区供水能量分析示意图,1、串联分区时,各区用水量为：,各区的水泵扬程为：,2、并联分区时,各区用水量为：,各区的水泵扬程为：,分区给水系统的设计,原则：在保证用户获得足够水压的前提下，分区后管网应均衡水压，尽可能实现低压供水，以利于减少漏失量、能耗和事故发生率。分区时需考虑以下因素：区域内地形标高差、管道的水头损失、区域的形状、进水点的位置、管道材料及接口方式、运行电费、供水对象的重要性、大用户分布情况等。,