给水流量关系.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,给水排水工程,主讲：王晓云,（环境与设备工程系）,2013,年,3,月,6.1,设计用水量计算,6.1.1,最高日设计用水量,6.1.2,设计用水量变化,6.1.3,调节计算,第,6,章 给水管网工程设计,1.,关于给水系统的流量关系叙述正确的是,A,、给水系统中各构筑物均以平均日流量为基础进行设计,B,、取水构筑物流量按平均日流量、水厂自用水系数及一级泵站每天工作时间共同确定,C,、水塔（高地水池）的调节容积依据用水量变化曲线和二级泵站工作曲线确定,D,、清水池是取水构筑物和一级泵站之间的水量调节设施,2.,管网内设有水塔，二级泵站的供水量在任一时刻都（）用户的用水量,A,、大于,B,、小于,C,、等于,D,、以上都不对,3.,管网内设有水塔或高地水池时，二级泵站每小时的供水量可以,用水量，但一天的泵站总供水量,最高日用水量。,A,等于，不等于,B,不等于，不等于,C,等于，等于,D,不等于，等于,4.,无水塔和高地水池泵站到管网的输水管按,用水量确定管径，管网按,用水量确定管径。,A.,最高日最高时，最高日最高时,B.,最高日平均时，最高日最高时C.,最高日平均时，最高日平均时,D.,最高日最高时，最高日平均时,5.,有网前水塔泵站到水塔的输水管管径,(,),管网管径,(),A.,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,按最高日最大时用水量确定,B.,按最高日最大时用水量确定,按最高日最大时用水量确定,C.,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,D.,按泵站分级工作线的最小一级供水量计算,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,6.,一,级泵站通常（）供水，而二级泵站一般为（）供水，所以一、二级泵站的每小时供水量并不相等。为了调节两泵站供水量的差额，必须在一、二级泵站之间建造（）。,A.,分级，均匀水塔,B.,均匀，分级，水塔,C.,分级，均匀，清水池,D.,均匀，分级，清水池,7.,从水源至城镇水厂或工业企业自备水厂的输水管渠的设计流量，应按,(),确定。,A.,最高日平均时供水量,B.,最高日最大时供水量,C.,平均日平均时供水量加自用水量,D.,最高日平均时供水量加自用水量,8.,某工厂,24h,均匀,yonh,水，每小时,50m3,，配水泵站每天供水两次，分别为,48,时和,1620,时，每小时供水,150m3,，则清水池调节容积为（）,m3.,A.,1200,B.,800,C.,600,D.,400,9.,某工厂,24,小时均匀用水，每小时,50m3,，如配水泵站每天供水,12,小时，每小时,100m3,，每天供水不超过,4,次，则水塔调节容积最小为（）,m3,。,10.,某城市最高日设计用水量为,15,万,m3/d,，清水池调节容积取最高日用水量的,15,，室外消防一次灭火用水量为,55L/s,，同一时间内的火灾次数为,2,次，火灾持续时间按,2h,计算，水厂自用水在清水池中的贮存量按,1500m3,计算，安全贮量取,5000m3,，则清水池的有效容积为（）,m3,。,11.,某城市最高日用水量为,15,10,4,m,3,/d,，用水日变化系数,1.2,，时变化系数,1.4,，水厂自用水量为最高日用水量,10%,，取水泵房全天工作，其设计流量应为（）,m,3,/h,，管网的设计流量为（）,m,3,/h,。,6875,、,8750,6.2,设计流量分配与管径设计,管网的正确设计和经济计算在给排水工程的设计中是很重要的。因为管网的造价占总造价的,7080%,，在有关管网的计算中常会提到两类课题：,（一）设计课题,在管网定线后：,Q,时,Q,节,Q,分（管段）,DhHp,（,Ht,）,也就是按最高用水时的流量求出各节点流量，进行流量的分配，求出管段流量，再根据所要求的管内流速，求出管径，而求出水头损失，然后根据控制点的位置，求出,Hp,，,Ht,。,（,二）核算课题,在管径确定后：,Q,时,Q,节,Q,分（管段）,hHp,目的在于核算其他情况下（,消防时、事故时及最大转输时等）,的管网水头损失大小。按最高选出的泵扬程能否满足需要。,6.2.1,管段设计流量计算,1,沿线流量,是指沿线分配给用户的流量。,管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算时加以简化。比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。,（,1,）长度比流量,假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长度上的配水流量，称为长度比流量，记作,q,cb,。,则每一计算管段,沿线流量,记作,q,y,为：,（,2,）面积比流量,假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单位面积上的配水流量，称为,面积比流量,，记作,q,mb,。,则每一计算管段,沿线流量,记作,qy,为：,每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角线法划分。,注意：,1,）面积比流量考虑了沿线供水面积（人数）多少对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水情况，但计算较麻烦。当供水区域的干管分布比较均匀时，二者相差很小。这时，用长度比流量较好。,2,）当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时，各区的比流量应分别计算。,3,）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化。各种工况下需分别计算。,2,、节点流量,（,1,）、沿线流量为什么要转化为节点流量,但是，实际的管段并没有喇叭口形状的，管径也是不连续的，所以，仔细去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只有当其累积到一定量，足以引起管径变化的时候计算起来才有实际意义。这样，就可以不考虑实际沿线配水的情况，而把一定长度管段上的沿线流量用一个等效的流量来代替，即节点流量。,（,2,）沿线流量如何转换成节点流量,沿线流量划成节点流量公式,（,2,）、节点流量计算公式,节点流量包括两部分：,由沿线流量划成节点流量和该节点的集中流量,【,例题,】,某城市最高时总用水量为,260L/s,，,其中集中供应的工业用水量,120 L/s,（,分别在节点,2,、,3,、,4,集中出流,40 L/s,）。,各管段长度（单位为,m,）,和节点编号见图。管段,1-5,、,2-3,、,3-4,为一侧供水，其余为双侧供水。试求：,（,1,）比流量；,（,2,）各管段的沿线流量3,）各节点流量。,解,：,1,配水干管计算总长度,2,配水干管比流量,3,沿线流量：,管段编号,管段计算总长度,（,m,）,比,流,量,(L/s.m),沿,线,流,量,(L/s),1-2,2-3,3-4,1-5,3-5,4-6,5-6,6-7,800,0.,5,600=300,0.,5,600=300,0.,5,600=300,800,800,600,500,0.03182,25.45,9.55,9.55,9.55,25.45,25.45,19.09,15.91,合,计,4400,140.00,各 管 段 沿 线 流 量 计 算,4,节点流量计算：,各 管 段 节 点 流 量 计 算节点,节点连的管段,节 点 流 量,(L/s),集 中 流 量,(L/s),节点总流量,(L/s),1,2,3,4,5,6,7,1-2,1-5,1-2,2-3,2-3,3-4,3-5,3-4,4-6,1-5,3-5,5-6,4-6,5-6,7-6,6-7,0.5(25.45+9.55)=17.50,0.5(25.45+9.55)=17.50,0.5(9.55+9.55+25.45)=22.28,0.5(25.45+9.55)=17.50,0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05,0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22,0.5(15.91)=7.95,40,4040,17.50,57.50,62.28,57.50,27.05,30.22,7.95,合计,140.00,120.00,260.00,6.2.2,初拟管径,1,、,管段设计流量分配,目的,：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。,流量分配,要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的,平衡条件,：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为,“,一,”,，流离为,“,+,”,，则,Q=0,。,a.,枝状网,水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有节点流量总和。,b.,环状网,流量分配有多种组合方案,基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。,P82,方法和步骤,：,确定控制点位置，管网主导流向；,参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离供水到大用户或边远地区；,尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足沿线配水为限（主要作用是干管损坏时转输流量）,各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽多忽少；,可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条件。,此分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差结果定。,2,、初拟管径,确定管网中每一管段的直径是输水和配水系统设计计算的主要课题之一。管段的直径应按分配后的流量确定。,在设计中，各管段的管径按下式计算：,式中,q,为,管段流量，,m,3,/s,；,V,为管内流速，,m/s,。,由上式可知，管径不但和管段流量有关，而且还与流速有关。因此，确定管径时必须先选定流速。,从公式可以看出，流量一定时，管径与流速的平方根成反比。如果流速选用的大一些，管径就会减小，相应的管网造价便可降低，但水头损失明显增加，所需的水泵扬程将增大，从而使经营管理费（主要指电费）增大，同时流速过大，管内压力高，因水锤现象引起的破坏作用也随之增大。相反，若流速选用小一些，因管径增大，管网造价会增加。但因水头损失减小，可节约电费，使经营管理费降低。因此，管网造价和经营管理费（主要指电费）这两项经济因素是决定流速的关键。,求一定年限,t,（,称为投资偿还期）内，管网造价和经营管理费用之和为最小的流速，称为经济流速），以此来确定的管径，称为经济管径。,为了防止管网因水锤现象而损坏，在技术上,最大设计流速,限定在,2.5,3.0m/s,范围内；在输送浑浊的原水时，为了避免水中悬浮物质在水管内沉积，,最低流速通常应大于,0.60m/s,，,由此可见，在技术上允许的流速范围是较大的。因此，还需在上述流速范围内，根据当地的经济条件，考虑管网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。,各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价格、施工条件、电费等来确定，不能直接套用其他城市的数据。另外，管网中各管段的经济流速也不一样，须随管网图形、该管段在管网中的位置、该管段流量和管网总流量的比例等决定。因为计算复杂，有时简便地应用“界限流量表”确定经济管径，见界限流量表,。,由于实际管网的复杂性，加上情况在不断的变化，例如流量在不断增加，管网逐步扩展，诸多经济指标如水管价格、电费等也随时变化，要从理论上计算管网造价和年管理费用相当复杂且有一定难度。在条件不具备时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见平均经济流速表,管径,/mm,界限流量,/Ls,1,管径,/mm,界限流量,/Ls,1,100,9,450,130168,150,915,500,168237,200,1528.5,600,237355,250,28.545,700,355490,300,4568,800,490685,350,6896,900,685822,400,96130,1000,8221120,界 限 流 量 表,平 均 经 济 流 速 表,管径,/mm,平均经济流速,e,/ms,1,D=100,400,0.6,0.9,D400,0.9,1.4,在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管径时，需考虑以下原则：,1,）一般大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速；,2,）首先定出管网所采用的最小管径（由消防流量确定），按,e,确定的管径小于最小管径时，一律采用最小管径；,3,）连接管属于管网的构造管，应注重安全可靠性，其管径应由管网构造来确定，即按与它连接的次要干管管径相当或小一号确定；,4,）由管径和管道比阻,之间的关系可知，当管径较小时，管径缩小或放大一号，水头损失会大幅度增减，而所需管材变化不多；相反，当管径较大时，管径缩小或放大一号，水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大。因此，在确定管网管径时，一般对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速来确定管径，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于平均经济流速确定管径，特别是对确定水泵扬程影响较大的管段，适当降低流速，使管径放大一号，比较经济；,5,）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时，取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。,以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，在求经济管径时，考虑了抽水所需的电费。重力供水时，由于水源水位高于给水区所需水压，两者的标高差,H,可使水在管内重力流动。此时，各管段的经济管径应按输水管和管网通过设计流量时，供水起点至控制点的水头损失总和等于或略小于可利用的水头来确定。,1.,如图所示的树状管网，管段,2-3,的流量为（）。,2.,有一城镇树状管网如图所示，各管段均为双侧供水最高用水时总流量为,60L/s,，节点流量折算系数统一采用,0.5.,节点均无集中流量，管段,1-2,的计算流量为,()L/s,。,6.2.3,树状管网水力计算,计算步骤：,确定各管段的流量；,根据经济流速选取标准管径；,计算各管段的水头损失；,确定控制点；,计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或水塔高度；,确定各支管可利用的剩余水头；,计算各支管的平均水力坡度，选定管径。,给水系统的水压关系,城市管网最小服务水头：,1,层楼,10m,，,2,层楼,12m,，,2,层以上每层增加,4m,。,（,6,层建筑，所需,28,米）,市政给水管网供水压力，以满足,数量上占主导地位,的,低层,和,多层建筑,需要为准，高层建筑通常采用,局部加压,方式予以满足。,市政管网,水压过高,既造成能量浪费、增加漏损、不便使用，还需采用高压管道，增大工程投资。,研究给水系统水压关系，目的在于合理确定水泵扬程和水塔高度，以保证各系统所需水压。,（一）,一级泵站水泵扬程确定,式中：,h,s,最高日平均时供水量,Q,p,+,水厂自用水量确定的,吸,水管,水头损失,(m),；,h,c,最高日平均时供水量,Q,p,+,水厂自用水量确定的,压水管,和,泵站连接管线,水头损失，,m,；,H,0,一级泵站静扬程，,等于集水井最低水位与清水池设计水位的高差,(m),。,或为絮凝池,（二）,二级泵站水泵扬程和水塔高度的确定,给水管网中起控制管网水压的点，称为,控制点,，也称供水,最不利点,。,一般情况下，控制点在系统的下列地点：,（,1,）地形,最高,点；,（,2,）距离供水起点,最远,点,；,（,3,）要求自由,水压最高点,。,只要控制点的最小服务水头满足用户及消防等要求，则全管网的各点服务水头就均能符合要求。,二级泵站,扬程,和,水塔高度,，就是以,保证控制点,所需,最小服务水头,为条件计算的，,计算原理同上,。,城市给水管网,根据有无水塔,和,水塔位置,分为,无水塔管网,、,网前水塔,管网、,网后水塔,管网等。,但实际工程中，,某一地点,只具备其中的一个或两个条件，这时需选出几个可能的地点通过分析比较才能确定。,另外，选控制点时,应排除,个别对水压要求很高的特殊用户,（如高层建筑、工厂等，他们应自行加压解决），,对于同一管网系统，各种工况,（最高时、消防时、最不利管段损坏时、最大转输时等）,的控制点,往往不是同一地点,，需根据具体情况正确选定。,二级泵站水泵扬程的确定：,二级泵站,无水塔管网净扬程,等于最不利供水点（控制点）的,服务水头标高,与,清水池最低水位,之差；,有水塔管网净扬程,等于,水塔最高水位,与,清水池最低水位,之差。,1.,无水塔管网,由泵站直接输水到用户时，静扬程等于清水池最低水位与管网控制点所需水压标高的高程差。,水头损失,包括吸水管、压水管、输水管和管网等水头损失之和。故无水塔时二级泵站扬程为：,见图,5-5 P72,h,s,h,c,h,n,Z,c,H,c,1,2,最小用水时,最高用水时,净扬程,等于控制点,服务水头（水压）标高,与,清水池最低水位,之差；,h,s,h,c,h,n,Z,c,H,c,1,2,最小用水时,最高用水时,式中：,Z,c,管网控制点,c,的地面标高和清水池最低水位的高程差，,m,；,H,c,控制点所需的最小服务水头，,m,；,h,s,吸水管中的水头损失，,m,；,h,c,、,h,n,输水管和管网中水头损失，,m,。,h,s,、,h,c,、,h,n,都应按水泵最高时用水量计算。,水塔出水侧压力,按水塔中,最低水位,计算，而,水塔进水侧,压力,按水塔中,最高水位,计算，两者之差为,H,0,（,水箱中设计水位差,）。,水压线,在此点形成,不连续现象,（实际上水压线是连续的，并且进水管和出水管往往就是同一根管线）。,这是从最不利情况考虑：,（,1,）水塔最低水位时还能保证最不利点水压要求；（,2,）水塔压力最高时水泵总扬程也能保证供水要求。,最高用水时,最小用水时,2.,网前（前置）水塔管网,h,c,h,s,h,n,当泵站供水量大于管网用户用水时，多余水量通过输水管送至水塔，而在最高用水时，由泵站和水塔联合向管网用户供水。,水压线见图,5-6,（,P85,），,最高用水时水压平衡关系为：,最高用水时,最小用水时,常用于,工业企业、,中小城市水厂,净扬程,等于,水塔最高水位,与,清水池最低水位,之差。,h,c,h,s,h,n,网前水塔,水柜底高于地面的高度；,控制点要求的最小服务水头；,最大时水塔到控制点的水头损失；,水塔设置点的地面高度；,控制点的地面高度。,式中：,故水塔高度计算公式为：,从式可看出，,建造水塔处的地面标高,Z,t,越高，则水塔高度,H,t,越低，造价越低，当,H,t,=0,时，即变为,高地水池,，这就是水塔建在高地的原因。,3.,网后（对置）水塔管网,水塔往往不是前置的。,更多情况是中间水塔,（管网中间，由平面布置和地形高度决定），也有后置水塔。,由于城市地形和保证供水区水压的需要，水塔可能布置在,管网末端的高地上,，,对置水塔,系统有,两种工况,：,（,1,）最高用水量时,，管网由泵站和水塔同时供给，两者各有自己的给水区，在给水区分界线上，水压最低（,水压最低点的确定必须通过管网计算,）。,水泵扬程,按,无水塔管网,计算，,水塔高度,按,网前水塔,计算。,（,2,）最大转输时,，,多余水量通过管网转输入水塔贮存,，一般,取最大时转输流量,作为管网设计,校核,的依据。,3.,网后（对置）水塔管网,最高用水时,最大转输时,H,0,H,t,Z,t,H,c,Z,c,最大转输时水泵扬程：,最大转输时吸水管、输水管和管网水头损失，,m,。,按最大转输流量计算,。,校核根据最高用水量确定的水泵扬程 能否满足最大转输时水泵扬程,（三）消防时的水压关系,二级泵站扬程,除满足,最高用水,水压外，还应满足,消防,时水压要求。,消防时，管网中额外增加了消防流量，因而增加了管网的水头损失。,消防时管网通过的,总流量,按,最高时设计用水量加消防流量（），,控制点应选在设计时假设的着火点，,管网,自由水压值,应保证,不低于,10mH,2,O,进行核算，以确定按最高用水时确定的管径和水泵扬程是否能适应这一工作情况的需要。,根据,两种扬程,的差别大小，有时需在泵站内设置,专用消防泵,，或,放大管网中个别管段的管径,以减少水头损失而不用设专用消防泵。,泵站供水时的水压线,1,、消防时,2,、最高用水时,H,f,消防时：,H,px,Z,c,+,H,f,+,h,n,+,h,c,+,h,s,(m),Z,c,假设着火点,C,的地面标高，,m,；,H,f,着火点所需的最小服务水头，,不低于,10m,；,h,n,按,通过消防流量时,的,管网,水头损失，,m,；,h,c,按,通过消防流量时,的,输水管,水头损失，,m,；,h,s,按,通过消防流量时,的,吸水管,中的水头损失，,m,。,H,p,H,px,