离心球墨铸铁管水头损失计算公式阻力系数取值分析

文章来源:http://www.shanxi-pipes.com 发布时间:2019-11-30 浏览次数:6

离心球墨铸铁管水头损失计算公式阻力系数取值分析


      以上三个水力计算公式均是在大量试验基础上获得的计算方法,通过数据整理进行参数修正。谢才公式在我国供水管线设计中普遍使用,但依据水力学理论,谢才系数是根据阻力平方区湍流的大量实测数据求得,所以其更适合阻力平方区湍流的计算。海澄-威廉公式适合于输配水管道、配水管网水力平差的计算,美国水行业协会采用此公式进行球管的水力计算。柯列布鲁克-怀特公式是欧洲发达国家在球墨铸铁管管线上最主要的计算方法,适应水力过度粗糙区,符合供水管线多数情况下的水流形态。柯列布鲁克-怀特公式在我国的设计规范中没有获得支持,《室外给水设计规范》( CB50013)中仅将柯列布鲁克-怀特公式使用在化学管材和内涂塑料的钢管的计算,而排除了球墨铸铁管(没有列入当量粗糙度△参数),见表2。

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1、三个公式比较  


      设定条件:口径,球管的一般生产范围为DN80 ~ DN2600;流速,各管径的流速不一样,假定设计流速为1.5m/s作为统一标准;阻力系数,谢才公式的粗糙系数n和海澄威廉公式的系数Ch采用表1中的参数取值范围,柯列布鲁克-怀特公式的当量粗糙度O取值参考以西方国家设计手册的推荐值: 0.05~0. 10。以此,可以计算出各种管径下的球管沿程损失,见图2。


      通过球管管径与沿程损失的关系图,可以得到以下的结论:


      (1)在同样流速的情况下,管径越小,管线的沿程损失就越大;管径越大,管线的沿程损失就越小。另外,沿着管径变小的方向,沿程损失增长的趋势增加;反之,沿着管径变大的方向,沿程损失减小的趋势平缓,尤其是DN1000以上的管径。


      (2)三个公式中,谢才公式的计算结果最大,海澄-威廉公式居中,柯列布鲁克怀特公式最小。


      (3)谢才公式和海澄-威廉公式计算出的沿程损失最小值依然高于柯列布鲁克-怀特公式算出的最大值。

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2、国内球管水头损失试验

      2011年年底,对不同涂衬的球管进行阻力系数的试验,检测结果如表3 ~5所示。

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3、国外球管水头损失的取值


      依据美国水行业协会编制的《手册M41球墨铸铁管道和管件》第9.1条款:“1922年,第一根水泥涂衬的铸铁管安装在美国南卡罗来纳州查尔斯顿( Charleston, S. C. ),这根管道通体采用推进式方法涂衬,1999 年,在运行超过77年之后,进行水力摩擦系数试验,显示这根原始管道保持着海澄-威廉系数值(C值)为130。


      由于现代球管的水泥内衬工艺采用离心喷涂工艺,管道更加光滑,“球墨铸铁管研究协会在试验后建议,带有水泥内衬的球墨铸铁管海澄-威廉系数C合理取值为140。”(见美国《手册M41球墨铸铁管道和管件》第9.2.1条款)


      根据美国水行业协会公布的1974年6月Jour-nal的资料(如表6)显示:

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      根据欧洲公开发行的资料《Water Mains》:“球管旋转喷涂的水泥砂浆内衬有一个光滑的、均匀的表面。一系列的试验已经得出了新内衬的粗糙度k值,平均值为0. 03 mm。当和绝对光滑的管道k =0 比较时(计算流速为1 m/s), 对应的额外水头损失为5% ~ 7%。不管怎样,管道的相关表面粗糙度不仅依赖于管道表面的均匀性,而且特别依赖于弯头、三通和服务连接形式的数量,如管线纵剖面的不规则性。经验显示k=0.1对于配水管线来说是一个合 理的数值。对于每公里只有几个管件的长距离的管线来说,k的取值可以稍微地降低(取0. 06~0.08)。”(注:粗糙度k值等同于当量粗糙度△)


      以上数据资料表明,表1中《室外给水设计规范》( GB50013)给定的计算参数取值偏高,国内许多设计师习惯采用给水排水设计手册1中给出的水泥内衬粗糙系数n =0.013,那么取值就更高了。

      由此计算出的水头损失偏高,加之管线运行使用年限不应低于50年(见《城镇给水排水技术规范》(GB50788)第6. 1.2条款),所以对管线运行的经济性产生重大影响。


      基于管线技术上和经济上的综合考虑,本文推荐以下球管内衬的阻力系数取值,见表7。

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      球管阻力系数推荐值遵从以下三原则: (1)遵守《室外给水设计规范》( GB50013)的要求。因为设计规范的强制性的限制作用,使得粗糙系数n选取最小值以及海澄-威廉系数Ch选取最大值。(2)考虑三个水头损失计算公式之间的平衡关系,选取的粗糙系数n和海澄-威廉系数Ch的水力计算结果比国外的结果偏大,保留了较高的安全系数。(3)与实际检测数据相比,水力计算的结果偏于保守,亦属合理。



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