给水管道水力计算公式的选用及其对水泵选型的影响

给水管道水力给水管道水力计算公式的选用及对水泵选型的影响计算公式的选用及对水泵选型的影响摘要摘要：随着输配水管网的大型化和复杂化，提供动力的泵设备也有大型化趋势。其中泵的扬程确定取决于管道沿程水力损失计算的精度，而工程设计中，如果随意采用不同的水力计算，所计算的损失将出现差异，尤其在沿程损失较大或并联管路较多的系统中出现足以影响水泵机组选型的情况。为此，本文将对布拉休斯（Blassius），舍维列夫，谢才，海森-威廉4个常见水力损失公式进行研究，分别计算不同管网系统的水力损失，比较不同公式的计算结果，以说明除管材、管径、流速等影响因素外，管道长度及拓扑结构也会对水力损失产生影响，从而影响水泵的选泵及配套功率。本文以某长距离排水管网和带凝汽器的工业循环供水系统为例，说明上述观点，并提出了4种常用公式在不同管长和管道布置情况下的适用条件。关键词关键词：给排水管网；沿程损失；水力计算；水泵选型1前言工程中沿程水力损失一般按照水力学手册中的公式进行计算，但公式较多，所以如何根据条件选用最佳计算公式以达到精确的计算结果，成为实际中面临的一个基本问题。本文在前人研究的基础上，对几个常用的沿程水力损失公式进行比较，并通过对两个实际工程水力损失的分析计算，研究了各个公式的适用条件及精确程度，探讨了选取不同的公式对于水泵选型造成的影响。2水力损失的计算及其影响因素水力损失的计算及其影响因素2.1常用的水头损失计算公式常用的水头损失计算公式(1)达西公式：242flvhRg(1)达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算式,该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键。一般采用经验公式计算得出。布拉休斯公式与舍维列夫公式是工程中较常用的两个经验公式[1]。布拉休斯公式：1/40.3164Re(2)舍维列夫公式：对于新钢管，0.2260.2260.01590.684(1)dv(3)此式使用条件为Re<2.4×106d,d以m计。对新铸铁管，0.2840.2840.01442.36(1)dv(4)此式使用条件为Re<2.7×107d,d以m计。对旧铸铁管及旧钢管（使用2个月以上），当V＜1.2m/s，0.30.30.01790.867(1)dv(5)当V≥1.2m/s，0.30.021d(6)(2)谢才公式：QcRJ(7)或22fvhJllCR(8)谢才公式是计算明渠和管道均匀流平均流速或沿程水头损失的主要公式[1]。它是1775年由法国工程师谢才提出的。在谢才公式的计算中，精确的确定谢才系数C值是尤为重要的，目前应用较广的C值的经验公式如下：1/61CRn(9)上式,当y=16⁄时即为曼宁公式，当y=2.5√时海森威廉公式在不同流速下水力损失的比较。表11海森海森-威廉系数威廉系数ChCh取值取值种类条件新的使用25年使用50年PVC管150140140镀锌钢管150130100铸铁管13011090图11相同管径相同管径及流速下水头损失随管长的变化流速下水头损失随管长的变化图22海森海森-威廉公式在不同流速下水头损失随管长的变化威廉公式在不同流速下水头损失随管长的变化沿程水头损失计算公式都是在一定的实验基础上建立起来的，由于实验条件的差别，各公式的适用条件和计算精度也会有所不同。根据上述对各个公式的分析，现比较如下：(1)谢才公式和达西公式为管渠水力计算的经典公式，己经成为给水排水网水力计算的基本公式，谢才系数C和达西阻力系数的科学计算和应用是给水管网水力损失计算正确性的关键。(2)海曾-威廉公式特别适用于给水管网的水力计算，该公式可用于短距离输水，但用于长距离输水准确度更高，应用广泛，具有较高的计算精度，很多编程软件都是以海曾一威廉公式来进行编程。(3)舍维列夫公式是通过旧钢管旧铸铁管试验资料确定的，而现在国内采用的金属管道已普遍采用水泥砂浆和涂料做内衬，条件已经发生了变化，所以该公式目前也已基本不再使用。2.2管径管径及流速及流速对于沿程水力损失计算的影响对于沿程水力损失计算的影响对于给定的流量，管径的大小与管道系统的一次投资费（材料及施工）、运行费（电费及维修）和折旧费等项有密切的关系，应根据这些费用作出经济比较，以选择适当的管径。此外，管径的大小还对沿程水头损失造成影响，如果忽略这种影响，可能会对系统的安全造成隐患。流速也是影响沿程水力损失的重要因素，在层流的流态下，水头损失近似和流速的一次方成正比，在紊流的流态下，水头损失则近似和流速的二次方或接近二次方成正比。当不存在水流流态改变的时候，海森-威廉公式计算影响参数少，所以计算结果安全性高[2]，通过对计算结果分析并结合《室外给水设计规范》对输水管道合理的经济流速的规定，设计