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给水管道工作压力的计算方法
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摘要：PVC-U管材因其重量轻、水力条件好、使用寿命长、安装简单等优点在各种供水管网中应用日益普及。但是，大口径PVC-U管材与传统管材相比因价格较高，建设期投资较多，而当今工程方案比选往往忽略动态费用（例日常运行费用等），影响了其推广应用。为此，通过对PVC-U管材与传统管材的技术经济比较，为大口径PVC-U给水管的推广应用创造条件。

一、引言
以传统管材（球墨铸铁管、混凝土管道）为计算准则，在传统管材最优实用流速下，以相同输水能力为基准，结合同规格PVC-U管材进行分析比较。
原始数据：管线流量取Q总=50000 m3/d =0.5787 m3/s；
管材选择：球墨铸铁管材DN800（K9级）；
混凝土管DN800
PVC-U管材Φ800×19.6mm
管线长度：L =19000m
参考依据：《室外给水设计规范》中华人民共和国国家标准
《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》中国工程建设标准化协会标准
二、管道的技术可行性分析
1、流速计算：
式中  di:管材内径（m）
u：管内水的平均流速（m/s）  
Q：管材输水量（m3/s）
球墨铸铁管DN800（K9级）流速
        =1.15 m/s
混凝土管DN800 流速
=1.15 m/s
PVC-U管材 流速
Φ800×19.6mm（0.63Mpa）管材
=1.27米/秒
结果表明,三种管材流速均在经济流速范围之内,是可行的。
2、水力计算：
球墨铸铁管水力计算
球墨铸铁管内流速＜1.2 m/s时，单位水头损失可由下式计算。
式中: ：每米管道的水头损失(米)
：管材内径（m）
：管内水的流速（m/s）
代入得水力坡降系数
=0.0029m
钢筋混凝土管水力计算
流速系数C可按下式计算
式中: ：每米管道的水头损失(米)；
：管材内径（m）；
R：水力半径 满流取d/4；
：管内水的流速（m/s）；
C：流速系数。
代入得单位水头损失
=0.00222m
PVC-U管材水力计算
塑料管的沿程损失可计算如下：
水力摩阻系数λ由下式计算
先确定管内流体的雷诺数Re
=966216
式中   Re：管内流体的雷诺数
di:管材内径（m）
u：管内水的流速（m/s）
υ：水在20℃下的粘度=1×10-6  （m2/s）
故Φ800×19.6mm管材λ
=0.011
沿程水头损失由下式计算：
=0.0012米水柱
结果表明，PVC-U管材由于内壁相当光滑，单位长度水头损失小于同口径铸铁管材或混凝土管，可有效降低水泵的扬程，节约运行成本。
3、水锤压力计算：
对停泵水锤压力增值可由以下公式计算：
其中压力波回流速度
式中    ：水锤压力（m）
        ：流速变化，取平均流速
a：压力波回流的速度（m/s）
：水的重力密度取10×103N/m3  
K：水的体积模量取2200×106 N/m2
Ep：管材的弹性模量，PVC-U管材取3000×106 N/m2，球墨铸铁管材取160000×106 N/m2，混凝土管取206000×106 N/m2
di：管材内径
en：管材壁厚
压力波回流速度计算：
球墨铸铁管材
=889.8m/s
则水锤压力增值
=104.4米水柱
钢筋混凝土管
  =1374m/s
则水锤压力增值
=161米水柱
PVC-U管材  Φ800×19.6mm：
=267m/s
水锤压力增值
=35米水柱
计算结果表明：因为PVC-U管材较球墨铸铁管材、钢筋混凝土管材具有更低的弹性模量，水锤压力的增值明显降低，可有效防止水锤压力波动对管材本身造成的危害，提高管道运行的安全性能。
4、PVC-U管材最大埋深计算
管道在外压荷载作用下的竖向变形计算公式：
式中   DL：变形滞后系数，取1.2
Kb：管底弧型土基的基床系数，当土基支撑角≥90°时,一般采用0.1
EP：管材弹性系数，取3KN/mm2
IP：管壁单位长度惯性矩e3/12（e为管材壁厚）
Ed：回填土综合变形模量，取3×10-3KN/mm2
D：管材外径mm
r0：PVC管计算半径 (D-e)/2  mm
W：作用在管顶的最大土载荷KN/m
γ：土的容重取18×10-9KN/mm3  
H：管顶最大埋深mm
F：作用在管顶的最大动载荷，当埋深大于3米时不考虑动载荷
塑料管材在外压载荷作用下的竖向变形量不宜大于管直径的5%，当计算管材的最大埋深时，取F=0，计算Φ800×19.6mmPVC-U管材的最大埋深：
 =5m
以上计算均为保守计算，如考虑柔性管“管-土共同作用”，实际最大埋深可大于理论计算埋深。不难看出，PVC-U管材具有良好的抗外压性能