【正文】 4d——管道直徑m；Q=v AA——管道斷面面積。管材根據(jù)比較主管采用PCCP管(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)，過河、鐵路及障礙物等采用鋼管。輸送管道管徑方案根據(jù)工程近遠(yuǎn)期需要，設(shè)計(jì)提出5種管道輸送方案如下表。 管道輸送方案表輸送方案配水廠前配水廠后~城區(qū)方案一1根DN1200、2根DN1000、方案二2根DN1000、2根DN1000、方案三2根DN800、2根DN1000、方案四1根DN1000、2根DN1000、方案五1根DN1200、1根DN1200、各方案水力計(jì)算方案一~方案五水力計(jì)算及電耗計(jì)算見下表。方案一原水輸送管道水力及電耗計(jì)算表項(xiàng)目最大輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)配水廠前1DN1200配水廠后~城區(qū)2DN1000 項(xiàng)目輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)電耗()電單價(jià)(元/)電費(fèi)(萬元/年)配水廠前1DN1200配水廠后~城區(qū)2DN1000方案二原水輸送管道水力及電耗計(jì)算表項(xiàng)目最大輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)配水廠前2DN1000 配水廠后~城區(qū)2DN1000 項(xiàng)目輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)電耗()電單價(jià)(元/)電費(fèi)(萬元/年)配水廠前2DN1000配水廠后~城區(qū)2DN1000方案三原水輸送管道水力及電耗計(jì)算表項(xiàng)目最大輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)配水廠前2DN800配水廠后~城區(qū)2DN1000 項(xiàng)目輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)電耗()電單價(jià)(元/)電費(fèi)(萬元/年)配水廠前2DN800配水廠后~城區(qū)2DN1000 方案四原水輸送管道水力及電耗計(jì)算表項(xiàng)目最大輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)配水廠前1DN1000配水廠后~城區(qū)2DN1000 項(xiàng)目輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)電耗()電單價(jià)(元/)電費(fèi)(萬元/年)配水廠前1DN1000配水廠后~城區(qū)2DN1000方案五原水輸送管道水力及電耗計(jì)算表項(xiàng)目最大輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)配水廠前1DN1200配水廠后~城區(qū)1DN1200項(xiàng)目輸水量(m3/s)管徑(mm)管長(km)管內(nèi)流速(m/s)水力坡降(m/Km)管道水力損失(m)電耗()電單價(jià)(元/)電費(fèi)(萬元/年)配水廠前1DN1200配水廠后~城區(qū)1DN1200管徑方案比較及推薦方案輸水管道五個(gè)方案在不同輸水規(guī)模時(shí)的成本比較如下表?？偝杀颈容^表(10萬噸/天)序號費(fèi)用名稱單位方案一方案二方案三方案四方案五備注1年折舊額萬元/年310直線折舊25年2電費(fèi)萬元/年　3管網(wǎng)維護(hù)、大修費(fèi)萬元/年%4管理費(fèi)及其它萬元/年　5總成本萬元/年　6經(jīng)營成本萬元/年　7年輸水量萬元/年292029202920292029208單位輸水總成本萬元/年　9單位輸水經(jīng)營成本萬元/年　從比較結(jié)果看，從工程投資我、供水安全性、電費(fèi)、單位總成本和經(jīng)營成本中，五個(gè)輸水管道管徑方案中，方案一總體評價(jià)優(yōu)于其它方案。結(jié)合業(yè)主的意見，設(shè)計(jì)推薦采用方案一，因考慮輸水管道經(jīng)過XX市孝南區(qū)居民用水范圍，在長湖停車場前增大管徑，即XX市三水廠至長湖停車場鋪設(shè)一根DN1400的PCCP管、長度為14公里；配水廠前鋪設(shè)一根DN1200的PCCP管、配水廠后鋪設(shè)兩根DN1000的PCCP管道。配水廠后輸水管的連通管根數(shù)輸水管按事故輸水量不小于設(shè)計(jì)水量70%確定連通管根數(shù)。正常輸水時(shí)H=Ho+SpQ2+SdQ2H輸水管正常工作時(shí)水泵工作點(diǎn)的實(shí)際楊程；H0取水泵靜揚(yáng)程；Sd兩條輸水管的當(dāng)量摩阻；Sp泵站內(nèi)部管線摩阻；Q輸水管正常工作時(shí)的輸水量。水泵Q—H特性方程：H= Hx Sx Q2H輸水管正常工作時(shí)水泵工作點(diǎn)的實(shí)際揚(yáng)程；Hx水泵在流量為零時(shí)的虛總揚(yáng)程；Sx水泵泵體內(nèi)虛摩阻；Q輸水管正常工作時(shí)的輸水量。聯(lián)立求解輸水管Q Sx∑h特性方程和水泵Q—H特性方程得輸水管正常工作時(shí)的流量：Q= 事故輸水時(shí)，即輸水管任意一段損壞時(shí)輸水管Q Sx∑h特性方程Ha=Ho+(Sd+SpSd/n+S1/n) Qa2Ha事故工作時(shí)水泵工作點(diǎn)的水泵揚(yáng)程；Qa輸水管事故工作時(shí)的流量(m3/s)；n輸水管分段數(shù)；Ho取水泵靜揚(yáng)程；Sd兩條輸水管的當(dāng)量摩阻；Sp泵站內(nèi)部管線摩阻；S1未損壞的管線的摩阻。水泵Q—H特性方程：H= Hx Sx Q2H輸水管正常工作時(shí)水泵工作點(diǎn)的實(shí)際揚(yáng)程；Hx水泵在流量為零時(shí)的虛總揚(yáng)程；Sx水泵泵體內(nèi)虛摩阻；Q輸水管正常工作時(shí)的輸水量。聯(lián)立求解輸水管Q Sx∑h特性方程和水泵Q—H特性方程得輸水管事故工作時(shí)的流量： Q= 分段數(shù)及連通管根數(shù)確定事故輸水量與正常輸水量之比α=Qa/Q= 由α≥70%推得，n≥ = ≈1因此取n=1，即連通管為1根。二、水泵機(jī)組方案比較水泵選型根據(jù)XX市第三水廠送水泵房水泵計(jì)算揚(yáng)程為42m，即輸水管道工作壓力小于 。水泵選型有以下二種方案：方 案用水量變化范圍(m179。/h)運(yùn)行水泵泵站揚(yáng)程(m)所需揚(yáng)程(m)浪費(fèi)揚(yáng)程(m)水泵效率/%方案一:二臺600S47A型(一用一備)2400～3500一臺35～453578～81方案二:四臺14sh13型(二用二備)972～1476二臺37～503575～80通過比較，方案一顯然能很好的滿足用水需求，因?yàn)樵璛X市三水廠的水泵為同一型號，便于統(tǒng)一管理維修，而且其水泵效率相對方案二來說較高，浪費(fèi)揚(yáng)程也較方案二低，方案二中水泵臺數(shù)多，耗電量多，不便于統(tǒng)一維修管理，故采用方案一。機(jī)組基礎(chǔ)尺寸的確定查《給水排水設(shè)計(jì)手冊》的水泵與電機(jī)樣本，計(jì)算出600S47A型水泵的機(jī)組基礎(chǔ)平面尺寸為 30001400 mm，從而機(jī)組的總重量為：W=Wp+Wm=(1950+1350)=34104 N，基礎(chǔ)深度 H可按下式進(jìn)行計(jì)算：H = 3W/(LBγ)式中L=基礎(chǔ)長度，L= m B=基礎(chǔ)寬度，B= γ=基礎(chǔ)所用材料的容重，對于混凝土基礎(chǔ)，γ=23520 N/m179。 所以 H= (34104)247。(23520)= m 基礎(chǔ)實(shí)際深度連同泵房的地板在內(nèi)，應(yīng)為 m。水泵參數(shù)表型 號流量Q揚(yáng)程效率電機(jī)轉(zhuǎn)速必需汽配帶電動機(jī)葉輪名義直徑泵口徑Hη功率n蝕余量進(jìn)口出口(m)(%)P(r/min)(NPAH)r型號(m３/h)(KW)(m)mmmmmm600S47A29204288560980Y50026587600400三、水錘分析計(jì)算目的和要求保證管線在停泵時(shí)免遭水錘破壞，即通過在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b進(jìn)氣排氣閥，在水泵出口安裝多功能水力控制閥等相關(guān)的水錘防護(hù)裝置，并經(jīng)過試算和調(diào)試進(jìn)行優(yōu)化，保證水錘發(fā)生時(shí)，能夠滿足以下三點(diǎn):~；水泵機(jī)組倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不超過12倍的機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，而且倒轉(zhuǎn)歷時(shí)不超過產(chǎn)品規(guī)定值；全管無超過60kPa的負(fù)壓，特別是不能出現(xiàn)危害巨大的斷流彌合水錘(負(fù)壓達(dá)100kPa此，時(shí)水汽化并出現(xiàn)水柱拉斷的現(xiàn)象)。相關(guān)計(jì)算參數(shù)的選擇與設(shè)置水錘波波速為980m/s；相長為2L/a=706s；傳播周期:T=2，Tr=；計(jì)算總歷時(shí)為900s (約6個(gè)周期)；時(shí)間步長為002s，；水泵比轉(zhuǎn)速為145水泵轉(zhuǎn)動慣量矩(飛輪矩)；水泵允許反轉(zhuǎn)；水泵Q=5175m/h，H=540kPa水泵額定效率為88%；轉(zhuǎn)速為600r/min；水泵出口直徑為800mm；。管線縱斷面圖簡化后的縱斷面見圖1(其中表示進(jìn)氣排氣閥，J32J21AV5三個(gè)節(jié)點(diǎn)為水錘壓力考察點(diǎn))。 圖1管線縱斷面簡化示意水錘計(jì)算考察對象(1)特定點(diǎn)(壓力隨時(shí)間波動情況)共三個(gè)考察點(diǎn):泵站出水總管起點(diǎn)J325；全線最高點(diǎn)AV5全線最低點(diǎn)J212。(2)特定管段考察從泵站出水總管起點(diǎn)到凈水廠構(gòu)筑物之間的管段沿線在計(jì)算時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的最高水錘升壓值和最低水錘降壓值。采用美國BENTLEY公司的HAMMER水錘分析軟件，通過建立原水管線水錘計(jì)算模型，并輸入相關(guān)參數(shù)，在滿足水錘計(jì)算要求的前提下，經(jīng)過一系列的試算和調(diào)試后，得出符合要求的結(jié)果，作為工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在發(fā)生停泵水錘時(shí)，全管各節(jié)點(diǎn)最大水錘壓力(自由水壓)為540kPa，小于管線設(shè)計(jì)工作壓力()；全管各節(jié)點(diǎn)最小水錘壓力 (自由水壓)為57kPa，在60kPa范圍之內(nèi)。另外，水泵機(jī)組最大反轉(zhuǎn)速度為528r/min，小于水泵額定轉(zhuǎn)速(600r/min)的12倍；機(jī)組反轉(zhuǎn)總歷時(shí)為71s小于2min。以上結(jié)果均滿足水錘控制要求。水錘防護(hù)建議(1)水泵出水管安裝多功能水力控制閥，該閥門為兩階段關(guān)閉，先快關(guān)，后慢關(guān)，其關(guān)閉規(guī)律如下:0~20s，關(guān)閉80%；20~60s，關(guān)閉100%。(2)在局部節(jié)點(diǎn)處加設(shè)DN200雙口高速進(jìn)氣排氣閥，進(jìn)氣排氣閥工作參數(shù)如下:公稱通徑為200mm，大排氣孔(兼吸氣孔)直徑為150mm，小排氣孔直徑為20mm。附屬設(shè)備及管件設(shè)計(jì)結(jié)合水錘分析結(jié)果，本工程在原水輸水管道上設(shè)置了檢修閥門、多功能水力控制閥、進(jìn)氣排氣閥、泄水閥門等。(1)檢修閥門檢修閥門的布置要數(shù)量少、調(diào)度靈活，沿線每隔5~10km左右設(shè)置一處，以便管道分段檢修。閥門優(yōu)先選用壽命長的金屬硬密封蝶閥。個(gè)別特殊地形或地段可酌情增減，以滿足輸水安全為原則。(2)多功能水力控制閥在水泵出水管上安裝多功能水力控制閥，集電動閥、止回閥和水錘消除器功能于一體，具有快閉、緩閉及吸能腔三種消除水錘功能，能有效提高系統(tǒng)的安全可靠性。(3)進(jìn)氣排氣閥與泄水閥在管道隆起處或閥門檢查井的下端設(shè)置排氣閥。排氣閥還具有自動進(jìn)氣功能，以便在發(fā)生水錘或管道放空時(shí)，管道產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)進(jìn)氣。考慮到本工程原水管道的管徑較大，輸水的重要程度較高，在很多設(shè)置排氣閥的單個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)設(shè)置了兩個(gè)進(jìn)氣排氣閥(如圖2所示)，為長距離大管徑輸水管的安全運(yùn)行提供了有力保障。 在管段的最低處設(shè)泄水閥，與排水管道連接，用于檢修時(shí)放空管道。三、輸水工程設(shè)計(jì)(一)管材選擇供水企業(yè)的根本任務(wù)是向用戶提供清潔的飲用水，連續(xù)供應(yīng)有壓力的水，同時(shí)降低供水費(fèi)用。為此，供水管網(wǎng)作為供水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對于它的硬件有以下五點(diǎn)要求：封閉性能高、輸送水質(zhì)佳、水力條件好、設(shè)備控制靈、建設(shè)投資省。供水管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用通常占供水系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用的50％～70％，因此如何通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定供水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模，恰當(dāng)選用管材及設(shè)備是管網(wǎng)合理運(yùn)行的保證。管材比選在給水工程中，管道占投資的比重很大，因此，輸水工程管材的研究和比較對節(jié)省投資、方便施工及安全運(yùn)行意義很大。目前我國生產(chǎn)使用的輸水管材主要有鋼管(SP)、預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCP)、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)、玻璃鋼管(GRP)和球墨鑄鐵管(DIP)，另外還有灰口鑄鐵管、塑料管等。，且因質(zhì)脆易爆管等原因質(zhì)量無保證，近年來在大型給水管道工程中已很少使用。國內(nèi)生產(chǎn)的塑料管用于輸水工程中直徑較小。因此，本工程不考慮灰口鑄鐵管和塑料管。我國常用的PCP、PCCP、GRP、SP、DIP五種管材各有自身的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用范圍，應(yīng)根據(jù)工程的不同條件和要求合理選擇管材?，F(xiàn)就這五種管材的優(yōu)缺點(diǎn)分述如下：(PCP)優(yōu)點(diǎn)： (1)造價(jià)低。D