农村人饮工程上水管网水头损失计算及水泵选型探析

农村人饮工程上水管网水头损失计算及
水泵选型探析
摘要：农村人饮工程上水管网水头损失计算及水泵选型一直是工程设计的关键，管网水头损失的准确性直接影响着水泵扬程和上水管规格型号的选定，进而
影响管网末端的输水压力及工程造价。

如何准确的计算管网水头损失，合理选定
水泵扬程和管道规格，需要我们工程设计人员认真思考和探索。

本文结合工程实例，对上水管网水头损失计算及水泵选型作一探讨，以与广大同行商榷。

关键词：农村人饮；上水管网；水头损失；水泵选型；探析。

1.管网水损计算方法及问题分析
管道水头损失为沿程水头损失和局部水头损失之和，一般在计算时，局部水
头损失直接按沿程水头损失的5%～10%计算。

这种方法对于地形变化不大、管网
布设较顺畅、几何高差较小的人饮工程管网来说较为适用，但对于地形起伏变化
较大、管网转弯较多、沿途闸阀较多的管网来说，就不能简单的按百分比估算局
部水头损失，而应进行严谨的公式计算。

特别是山丘区农村人饮工程上水管网，
局部水头损失按经验公式计算得到的数据更为合理。

我们曾遇到过多个农村人饮
工程上水管网设计项目，由于在水损计算时按照百分比估算局部水头损失，然而
在工程建成后，常出现水泵扬程不够、水不能顺利到达水厂蓄水池，或者水泵扬
程过高导致末端管道水压过高而冲坏蓄水池及水厂净水设备，造成较大的经济损失。

但复核设计说明及计算过程，从理论上均没问题，后经思考讨论、分析研究，发现是管网水损计算不够准确所致。

后来我们在灵台县任家坡水厂上水工程设计中，水损计算时按经验公式计算了局部部水头损失，工程最终得以顺利运行。

现
就结合灵台县任家坡水厂上水工程实例，说明上水管网水损计算及水泵选型方法。

2.工程实例分析
2.1工程基本情况
灵台县任家坡水厂上水工程上水管道铺设总长13960m,几何落差为415m,设
计上水管采用无缝钢管和PE管，其中DN125无缝钢管3700m，DN125PE管10260m,设计流量0.007m³/s，经济流速1.2m/s,管道沿途需布设5台DN125止回阀，布
设8台DN125控制闸阀，由于地形限制，管道需设置24处45°转弯、18处90°
转弯，水泵出口端设有 DN150变DN125渐变管1根，管道沿途有DN90汇合管1处。

2.2管网水头损失计算
工程管网水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失两部分。

⑴沿程水头损失：按公式h l=iL计算。

式中h l—沿程水头损失，，m；
L—计算管段的长度，m；
i—单位管长水头损失，m/m；钢管用i=0.000912V2(1+0.867/V)0.3d1.3计
算,PE管用i=0.000915Q1.774/d4.774计算。

经计算管道沿程水头损失为158.2m。

⑵局部水头损失：主要发生在弯头、闸阀、突然扩大或缩小，管道分叉或汇
合等管件处。

局部水头损失按公式h2=ξ计算。

式中h2—局部水头损失，m；
ξ—局部阻力系数；
—管道中水流速度，m/s；
—重力加速度，为9.8m/s²。

①管道弯头处水头损失计算：实例中管道沿程需设置24处45°钢制弯头、
18处90°钢制弯头。

工程中45°钢制弯头局部阻力系数取0.33，90°钢制弯头
局部阻力系数取0.65。

将该系数代入公式计算得每处45°弯头处水损为0.024m，
90°弯头处水损为0.48m，则24处45°弯头处水损为0.58m，18处90°弯头处
水损为8.64m，弯头处水损合计9.22m。

②管道闸阀处水头损失计算：实例中管道沿途需布设5台DN125旋启式缓闭止回阀，布设8台DN125控制闸阀。

工程中每台DN125旋启式缓闭止回阀局部阻力系数取7.5，将该系数代入公式计算得每台止回阀水损为0.551m，则5台止回阀水损为2.8m；工程中DN125控制闸阀在正常运行中均为全开状态，其局部阻力系数取0.15，将该系数代入公式计算得每台闸阀水损为0.011m，则8台闸阀水
损为0.09m。

工程止回阀及闸阀水损共计2.89m。

③渐变管处水头损失：实例中水泵出口端设有 DN150变DN125渐变
管1根。

工程中渐变管局部阻力系数取0.22，将该系数代入公式计算得渐变管水损为0.016m。

④管道汇合管处水头损失：实例中管道沿途有DN90汇合支管管1处，该管
道与主管道斜交。

工程中汇合管局部阻力系数取0.05，将该系数代入公式计算得汇合管水损为0.004m。

⑤总局部水头损失：将上述管道弯头、闸门、渐变管及汇合管等处局部水头损失相加即为总的局部水头损失，经计算得管网局部损失为12.13m。

若采用估算法，局部水损按沿程水头损失的5%计为7.91m，水损偏小，按沿程水头损失的10%计为15.82m,水损又偏大，所以采用估算法计算水损时其选取比例难以掌握。

⑶管网水头损失：为沿程水头损失与局部水头损失之和，即为170.33m。

2.3水泵设计扬程及选型
⑴设计扬程：水泵设计扬程为水泵进水管口与管网末端几何高差加管网水头损失，即H设=H几+H损=415+170.33=585.33m。

⑵水泵选型：因实例工程需要的水泵要求流量小扬程高，且泵站进口端为500m³蓄水池，泵要直接从蓄水池抽水，所以适宜选择离心泵。

查有关离心泵选
泵样本，设计选用D25-50/600型离心泵，流量25m³/h,扬程600m,较计算扬程富余水头14.69m。

2.4工程建成后运行状态评价
任家坡上水工程建成后，在运行过程中水泵能正常工作，水能被安全输送至水厂蓄水池,经测定,蓄水池进口端水头为8m左右，说明设计过程中计算的水损
及水泵选型比较合理。

3.结论探析
⑴通过实例人饮工程上水管道水损计算及水泵选型,结合相关工作经验表明,对于地形变化不大,管网布设较顺畅，止回阀及闸阀安装较少,几何高差较小的人饮工程管网，其局部水头损失可按沿程水头损失的5%～10%酌情考虑取值，但对
于管网转弯较多，沿途止回阀及闸阀较多的管网来说,局部水头损失计算不可忽视,采用经验公式计算水头损失十分必要,尤其对于一些较为复杂的人饮上水工程,水损计算时要详细统计管道沿线转弯、止回阀、闸阀、变径管、分叉或汇合管件等数量、规格型号及材质，详细计算各个部件的局部水头损失,以准确的确定管
网水头损失，以便合理选择相应扬程的水泵。

⑵在工程设计及施工中，应尽量减少管道转弯数量，减小管道转弯角度，对于≤5°的管道转弯，应充分利用管道自身的延伸性实现转弯；三通尽可能地减
小支管与合流管之间的夹角，或将支管与合流管连接处的折角改缓；在弯头和渐扩管连接的情况下一定要先扩后弯，从而减少局部水头损失；管道严禁设置竖向直角转弯。

⑶工程设计和建设中要高度重视管网水头损失计算问题，这将直接影响着工程投资、安全运行和运行维护成本。

参考文献
［1］止回阀对给水系统水锤的影响.化工设备与管道.第51卷第6期.2014.12。

［2］村镇供水工程技术规范.SL301-2019。

［3］武汉水利电力学院水利科教研室.水力计算手册.水利出版社.1980.12
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