第五章 压力管路的水力计算

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第五章

压力管路的水力计算

第一节 管路特性曲线 第二节 长管的水力计算 第三节 短管的水力计算

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教师：朱红钧

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概一、概念

述

有压管流(penstock):流体沿管道满管流动的水 力现象称为有压管流。 有压恒定管流：管流的所有运动要素均不随时间变化 的有压管流。 有压非恒定管流：管流的运动要素随时间变化的有压 管流。

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教师：朱红钧

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有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用， 其断面各点压强，一般不等于大气压强。管壁 管壁 液体 液体自由面

有压管道

无压管道

工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力 引水钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置 系统及管网；输送石油的管道。P3

教师：朱红钧

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二、分 类1.按局部水头损失和沿程水头损失之和在总水头损失中所 占的比重，可分为 长管：指管道中以沿程水头损失为主，局部水 头损失和流速水头所占比重小于(5%~10%) 的沿程水头损失，可予以忽略的管道。 短管：局部水头损失和流速水头不能忽略的管 道，需要同时计 算 hf , hj , v 2 的管道。 2g

有压管道

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注意 1 长管和短管不按管道绝对长度决定。 2 当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸

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门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。 3 长管：忽略局部水头损失和流速水头(沿程损 失不能略去),计算工作大大简化，其对结果又 没有多大影响。P5

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简单管道管道按布置分

串联管道 复杂管道 并联管道 分枝管道局部水头损失、流速水头 占总水头损失比例较大 (大于5%),计算时不能 忽略

短管两种水头损失大小比重

长管P6

沿程水头损失水头为主， 局部损失和流速水头在 总水头损失中所占比重 很小，计算时可忽略。教师：朱红钧

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第一节 管路特性曲线一.泵的水力特性泵性能曲线：水泵的出水流量qV分别 与扬程H、效率 、轴功率N的关系曲线 ( qV ~ H, qV ~ , qV ~ N曲线)。 其中：

水泵的qV ~ H关系曲线称为水泵的水力性能曲线

二.管路系统的水力特性管路系统的性能曲线：管路系统流量和水头损失关系曲线( qV ~ hf) P7

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三.泵与管路系统的水力耦合工况M点工况为设计工况;

qVm为设计流量;Hm为设计水头。 Hg = Hz +(zt―z0)

工况点M变，则服务水头Hz变； 水泵水力性能曲线越平坦则供水越稳定； 在管网设计时，必须校验并使之满足在最大流量下控制点

的服务水

头满足设计要求。P8

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第二节 长管的水力计算管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道 一、简单管道管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数 根管子串联在一起的管道系统。

计算基本公式 连续方程沿程损失 能量方程P9

Q vA

l v2 hw h f d 2g2 p1 v12 p 2 v2 z1 z2 hw g 2 g g 2 g

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二、串联管道由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一 起的管道。 串联管道特征 1.各管段的流量相等AB 2 H

qv qv1 qv 2 qv 3 ......1

2.总损失等于各段管 道中损失之和

hw hw1 hw2 hw3 ......教师：朱红钧

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三、并联管道由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连 接在一起的管道系统。并联管道特征 1.总流量是各分管段流量之和。AQ Q3 d3 hw3 Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2

qv qv1 qv 2 qv 3 ......2.并联管道的损失等于各分管 道的损失。

B

Q

hw hw1 hw2 hw3 ......P11

特点：一般按长管进行水力计算

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塔里木油田，管投 产1年零9个月CO2腐 蚀穿孔

四川达窝输气管线， H2S腐蚀造成开裂爆炸 事故，24人死亡

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美国1993年、1994年在华盛顿和新泽西洲发生的两起输气管道爆裂事故

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油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重 教师：朱红钧

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四、分支管路

分支管道特征1

流入汇合点的流量等于 自汇合点流出的流量。

z12

z2J 3

z3

qv1 qv 2 qv3

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中国天然气管道

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川渝环网 干线：北干线 南干线 管长：2906千米 管径：最大720mm 钢材：X60

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教师：朱红钧

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欧洲天然气管道

北海海底管网

阿意输气 管道

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教师：朱红钧

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美国天然气管道

湾流管道系统P18

教师：朱红钧

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俄罗斯输气管道

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俄罗斯已建和拟建跨国输气管道教师：朱红钧

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第三节 短管的水力计算水泵吸水管的水力计算

一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进 水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸 水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压 力管，再流入水塔。 吸水管和压力水管 吸水管:短管 压力水管:长管(短管 )

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水泵系统的水力计算

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教师：朱红钧

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