压力管道的水力计算和直径的确定
水电站压力管道
❖ 镇墩是保持钢管段不发生位移、倾覆和扭转的支承 结构物。
❖ 作用：
依靠自身的重量来固定钢管 承受因钢管改变方向及管径变化而产生的轴向不平衡力 使钢管在任何方向均不产生位移和转角
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.4 明钢管的支承结构
1.镇墩及其构造
4.3.2 明钢管的阀门和附件
2.附件
❖ （2）通气孔和通气阀
作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压； 水管充水时，排出管中空气。即：放空时补气，充水时排 气。
位置：阀门之后 当进水口较深时，可采用通气阀，在正常运行时保持关闭
状态，发生负压时开启，自动补气，充水时自动排气。
第四章 水电站压力管道
4.1 压力管道的功用和类型 4.2 压力管道的线路选择和布置方式 4.3 明钢管的构造、附件及敷设方式 4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定
4.6 钢岔管
4.1 压力管道的功用和类型
4.1 压力管道的功用和类型
4.1.1 压力管道的功用与特点
作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 特点：
在工厂压轧成无纵缝的管节，运到现场后用横向焊缝或法 兰将管节连成整体。
适用：高水头，小流量的水电站。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
1.接缝与接头
❖ (2)焊接钢管
由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。 纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴 纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于15°
4.1 压力管道的功用和类型
4.1.2 压力管道的类型及适用条件
2.按管道布置方式分类
❖ （3）坝体压力管道
斜式布置
6水电站压力管道a详解
2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。 3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
➢ 封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固 定效果好。
➢ 开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
镇墩的两种形式
(2) 滚动式(rolling ring girder support)
❖ 在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，摩擦系数f小， 适用于D>2m。
(3) 摆动式(rocking ring girder support)
❖ 在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f很 小，适用于大直径管道。
三、镇墩(anchor block)
2. 经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初
步设计时采用
D 7 5.2Qm3 ax H
Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头
3. 经济流速法：压力管道经济流速一般为4~6m/s，
最大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve
第四节 钢管的材料和管身构造
一、钢管的材料
❖ 钢管所用钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用 温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等 因素选定。
❖ 适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较 小的情况。地下埋管和明管。
第三节 水力计算和经济直径的确定
一、水力计算 ❖ 恒定流计算：确定管道的水头损失，包括沿程和
局部两部分。 ➢沿程损失：处于紊流，可按曼宁公式计算。 ➢局部损失：进口、门槽、渐变段、弯段、分岔
等部位，按水力学公式计算。 hw→电能→装机容量→管径选择
二、压力管道引进厂房的方式
1. 正向引近：低水头电站。水流平顺、水头损失小， 开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机 厂房安全。
07第七章引水建筑物qba
（二）渠道线路选择
（1）地形条件。
（2）地质条件。
（3）施工条件。
（4）管理要求。
（三）渠道的纵横断面设计
合理的渠道断面设计，一般应满足以下几方面具体要求： ①有足够的输水能力，以满足用户对用水水量的需要；②有 足够的水位，以满足自流灌溉的要求；③有适宜的渠道水流 流速，以满足渠道不冲、不淤或周期性冲淤平衡的要求；④ 有稳定的边坡，以保证渠道安全运用；⑤有合理的断面形式， 以减少渗漏等损失，提高水利用系数；⑥尽量满足综合利用 要求，做到一专多能；⑦尽量使工程量最少，以有效降低工 程总投资，发挥最大工程效益。
二、渡槽的型式及组成
1、渡槽的类型 按槽身断面形式分为U形槽、矩形槽、抛物
线形槽及圆管槽等。 按支承结构分为梁式渡槽、拱式渡槽、桁架
式渡槽、斜拉式渡槽、组合式渡槽等。
2、渡槽的组成 渡槽一般由进口段、出口段、槽身及支承结
构等部分组成。
三、渡槽的总体布置
（一）槽址选择 （1）应选择在地形、地质条件有利的地方。 （2）跨越河流的渡槽，槽址应稳定，水流顺直。 （3）便于泄水闸等建筑物的布置。 （4）施工、管理及应用方便。
第六节 倒虹吸管
一、倒虹吸管的特点和使用条件
倒虹吸管属于渠系交叉建筑物，是指设置在渠道与河 流、山沟、谷地、道路等相交叉处的压力管道。其特点是 两端与渠道相接，而中间向下弯曲。与渡槽相比，具有结 构简单、造价较低、施工方便等优点。但是，输水时水头 损失较大，运行管理不如渡槽方便。
5、排水
设置排水，可以降低作用在衬砌上的外水压力。
（三）出口段
有压隧洞出口，绝大多数设有工作闸门、启闭机室、 渐变段、消能设施等。
四、水工隧洞的衬砌计算
（一）荷载及其组合
压力管道供水方式
b 自动强化阶段，承受较高荷载；
破坏阶段
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
2 加工性能
辊扎、冷弯、焊接等方面的性能
冷 弯 塑性变形 发生冷强 时效硬化 钢材变脆 焊 接 焊缝不开裂，不降低焊缝及相邻母材的机械性能
（如强度、延伸率、冲击韧性等）。
后处理 进行消除内应力处理
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
11
单 元 供 水
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
12
集 中 供 水
第二节 压力管道的布置和供水方式
一、压力管道的供水方式
13
分
组
调压室
供
厂房
水
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
第三节 压力管道的水力计算 和经济直径的确定
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
第四节 钢管的材料、容许应力 和管身构造
第四节 钢管的材料、容许应力和管身构造
一、钢管的材料
受力构件和加强构件: 管壁、加劲环、支承环:A3、16Mn，和经过
正火的15MnV和15MnTi
支座的滚轮和支承板等:A3、A4、A5、16M35、 45 屈服点为60～80kgf/mm2的高强度钢材
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
一、水力计算
1、恒定流计算
确定管道的摩阻损失和局部损失两种。
2、非恒定流计算
确定最高和最低压力线
第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定
二、管径的确定
压力管道的直径应通过动能经济计算确定
彭德舒公式：
D 7 5.2Qmax 3 H
V经 5 ~ 7m / s
水电站(问答题答案版)
水电站复习思考题（1）复习思考题（水轮机部分）（一）1.水电站的功能是什么，有哪些主要类型？2.水电站的装机容量如何计算？3.水电站的主要参数有哪些（H、Q、N、N装、P设、N保），说明它们的含义？4.我国水能资源的特点是什么？5.水力发电有什么优越性？复习思考题（水轮机部分）（二）1.水轮机是如何分为两大类的？组成反击式水轮机的四大部件是什么？水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。
组成反击式水轮机的四大部件是：引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件2.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？反击式水轮机：水流在转轮空间曲面形叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向。
冲击式水轮机：轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变，将其大部分的动能传递给轮叶，驱动转轮旋转。
3.什么是同步转速，同步转速与发电机的磁极对数有什么关系？尾水管的作用是什么？同步转速：电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。
同步转速与发电机的磁极对数无关。
尾水管的作用：①将通过水轮机的水流泄向下游；②转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；③回收利用转轮出口的大部分动能4.水轮机的型号如何规定？效率怎样计算？根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。
第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水轮机型式。
第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。
水轮机的效率：水轮机出力（输出功率）与水流出力（输入功率）之比。
Ƞ=P/Pw5.什么是比转速？54H s n表示当工作水头H=1m 、发出功率N=1kw 时，水轮机所具有的转速n 称为水轮机的比转速。
复习思考题（水轮机部分）（三）1.解释水轮机效率的组成，三种效率之间的关系如何？什么是水轮机的最优工况？水力效率ηs、容积效率ηv、机械效率ηj。
第三章_压力管道总论及明钢管1
适用：广泛应用于地下埋管和明管。压力水管
较长，机组台数多，单机流量不大的情况。
压力管道直径的选择
供接着应对管道直径进行
选择。
由于管道费用较高，直径越小，管道用
材及造价越低，但管中流速越大，水头 损失与发电损失也越大。因此管道直径 应进行经济比较选定。
取大值，即［σ］取小值；
② 对特殊荷载组合，对埋藏式钢管和钢管的局部 应力区，K取小值，即［σ］取大值； ③ 对于屈强比大的钢材，试用新钢材和弯管、岔 管或特别重要的部位，［σ］需适当降低；
另外，焊缝强度的折减系数 ，应根据焊缝类别
和探伤要求，取为0.90~0.95。
钢材的强度校核
第四强度理论:
2 x r2 2 x r r x 3( xr 2 r 2 x 2 ) [ ]
其中： 焊缝系数一般可取0.9 - 0.95, 与焊缝方法、 探伤标准、建筑物等级有关。
, r , x 钢管环向，径向和轴向应力; x , xr , r 钢管各方面剪应力;
加工成型和焊接。宁可强度低而保证塑韧性高。 举例来说：A3 钢塑韧性好，但容许应力（240）低； 16Mn钢强度较高（330），但塑韧性差。 当HD值不够大时，选择 A3钢；
只有当 HD>600m2，δ=32mm～40mm， A3 钢不易
加工时采用16Mn。
钢材的容许应力
水电站钢管多按允许应力设计，允许应力常以钢 [ 材屈服强度百分比表示。 ] s k ，安全系数 K可参考 有关规范。
明 管 示 意 图
为了使管壁受力 均匀，支座处管 壁加支承环； 为保持钢管抗外 压稳定，有时在 支承环间加设加 劲环。
6水电站压力管道a详解
伸缩节动画
3、 通气阀 作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管 中负压；水管充水时，排出管中空气。 位置：阀门之后。 4、 进人孔 作用：检修钢管；位置：钢管上方；直径：50cm左 右，间距100m 。 5、旁通阀及排水设备 旁通阀：设在水轮机进水阀门处；作用：阀门前后 平压后开启，以减小启闭力。 排水管：应设置在水管的最低点；作用：在检修水 管时用于排出管中的积水和渗漏水。
世 界 上 最 大 的 球 阀
2、伸缩节(expansion joint)
功用：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷。 位置：常在上镇墩的下游侧(为什么？) 伸缩节的型式较多，常见的几种见下页图。
伸缩节的几种形式
(a)套筒式伸缩节
(b)波纹密封套筒式伸缩节
(c)压盖式限拉伸缩节
(d)波纹管伸缩节
4、求合力作用点及偏心距
利用图解法或数解法求G及∑A的合力作用点位置
及偏心距e。应保证e在镇墩底宽的二分点以内。
M B B e (8 ~ 35) Y G 2 6 n
5、抗滑稳定校核 抗滑稳定应符合下式要求：
Kc f
Y G K X
1. 功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的 轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。
2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。
3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固
定效果好。 开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
镇墩的两种形式
c
6、地基承载能力校核
要求地基上均为压应力，且最大值不超过地基的 容许值[R]。可按偏心受压公式计算地基应力。
压力管道 试验压力计算
压力管道试验压力计算引言压力管道是工业生产中广泛使用的一种输送介质的管道。
为保证管道的安全性能，必须进行试验以验证其承压能力。
在进行压力试验时，需要准确计算试验压力，以确保管道的安全运行。
本文将介绍压力管道试验压力的计算方法，并以Markdown 文本格式输出。
压力管道试验压力计算方法压力管道试验压力的计算需要考虑以下几个因素：1.管道的公称直径和壁厚：管道的公称直径和壁厚是计算试验压力的基本参数。
根据管道的公称直径和壁厚，可以确定管道的承压能力，从而得到试验压力的计算依据。
2.强度设计系数：管道在设计时一般会考虑到安全因素，并在计算承压能力时引入强度设计系数。
强度设计系数是根据管道材料的强度和设计条件等因素确定的，不同的管道材料和设计条件可能会有不同的强度设计系数。
3.管道的工作温度和材料的温度系数：管道在工作时可能会受到不同的温度影响，因此在计算试验压力时需要考虑管道的工作温度。
此外，管道材料的温度系数也会对试验压力的计算产生影响，不同的材料具有不同的温度系数。
4.管道的试验系数：在试验过程中，管道系统会受到一定的水力冲击和压力波动等因素的影响，需要引入试验系数进行修正。
试验系数一般通过实验测定或根据经验确定。
根据以上因素，可以使用以下公式计算压力管道的试验压力：试验压力 = 强度设计系数 × 管道的承压能力 × 温度修正系数 × 试验系数其中，温度修正系数和试验系数需要根据具体情况进行计算或测定。
示例计算为了更好地理解压力管道试验压力的计算方法，以下是一个示例计算。
假设一条直径为 6 寸，壁厚为 8 mm 的碳钢管道进行压力试验，管道的公称压力为 20 MPa，工作温度为 25°C。
根据设计条件，该管道的强度设计系数为 1.5。
根据经验，该管道的温度修正系数为 1.2，试验系数为 1.3。
根据以上参数，可以进行试验压力的计算：试验压力 = 1.5 × 20 MPa × 1.2 × 1.3 = 46.8 MPa因此，该管道的试验压力为 46.8 MPa。
流体力学第5章节压力管路的水力计算
目录
• 引言 • 压力管路的基本概念 • 压力管路的水力计算基础 • 压力管路的水头损失计算 • 压力管路的压力分布计算 • 压力管路的优化设计 • 结论与展望
01 引言
主题简介
压力管路水力计算是流体力学中的一 个重要章节，主要涉及压力管道中流 体流动的水力学特性及计算方法。
本章节将介绍压力管路的基本概念、 水力学原理以及相关的水力计算方法 ，为实际工程应用提供理论支持。
章节目标
掌握压力管路的基本概念 和原理。
学习并掌握压力管路的水 力计算方法。
理解流体在压力管路中的 流动特性。
了解实际工程中压力管路 的设计与优化。
02 压力管路的基本概念
压力管路的定义
压力管路是指输送液体介质并承受一定压力的管道系统。 它广泛应用于石油、化工、水处理、能源等领域。
压力分布的影响因素
01
02
03
管路几何参数
管径、管长、管壁粗糙度 等都会影响压力分布。
流体性质
流体的密度、粘度、压缩 性等对压力分布有显著影 响。
流体流动状态
层流、湍流等不同的流动 状态对压力分布有不同的 影响。
06 压力管路的优化设计
优化设计的方法
数学模型法
通过建立压力管路的数学模型，包括流体动力学方程、管路材料 属性和边界条件等，进行数值模拟和优化求解。
局部水头损失的计算
局部阻力系数
根据局部障碍物的形状和尺寸，以及流体的物理性质，确定局部阻力系数，用 于计算局部水头损失。
经验公式
根据实验数据和经验，总结出一些常用的计算局部水头损失的经验公式，如谢 才公式等。
05 压力管路的压力分布计算
有压管道中的恒定流5-1简单管道水力计算的基本公式名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
(
0.8
)
1 6
1
54.62m 2
/s
n
0.014 4
故 8g 8 9.8 0.0263
C 2 54.622
又因 c
1
l d
e
2 b
0
1 0.0263 50 0.5 2 0.2 1
0.8
1 0.531 3.54
可求得 d
43
0.97m 与假设不符。
0.531 3.14 2 9.8 3
管道出口淹没在水下称为淹没出流。
取符合渐变流条件旳
断面1-1和2-2,列能量
方程
z 1v02
2g
2v22
2g
hw12
因 v2 0
则有
z0
z 1v12
2g
hw12
在淹没出流情况下，涉及行进流速旳上下游水位差 z0 完全 消耗于沿程损失及局部损失。
11
因为 hw12 h f
hj
(
所需水塔高度为
H zc Hc h f zb 110.0 25 19.3 130.0 24.3m
22
3.管线布置已定，当要求输送一定流量时， 拟定所需旳断面尺寸（圆形管道即拟定管道直径）
这时可能出现下述两种情况：
1.管道旳输水能力、管长l及管道旳总水头H均已拟定。 若管道为长管 ，流量模数 K Q H l 由表4-1即可查出所需旳管道直径。
25
解：倒虹吸管一般作短管计算。
本题管道出口淹没在水下；而且上下游渠道中流
速相同，流速水头消去。
因
Q c A
2 gz
c
d 2
4
2 gz
所以 d
而 c
水电站压力钢管-8 介绍
(1) 滑动式支墩
鞍式(saddle support)：包角： 90~120°，结构简单，造价 低，摩擦力大，支承部位受 力不均匀，适用于D<1m。 支承环式(slidding ring girder support)：在支墩处
管身四周加刚性支承环。摩
擦力小，支承部位受力较均 匀，D<2m
15MnV、15MnTi。滚轮可采用A3、A4、A5、
16Mn或35、45等优质钢材。
二、钢材性能的要求
(一 ) 压力管道的工作特点与制作程序
工作特点：内水压力大，并经常承受冲击荷载
的作用；低温状态下工作(水温在4℃左右)对
钢材的工作条件不利。
制作过程：
板裁：冷卷、辊压成形；
现场焊接(自动焊、手焊)；
当于一个多跨连续梁.
一、敷设方式
连续式布置： 管身在两镇墩间连续，不设伸缩节。温度应力大， 一般较少采用。 分段式：
两镇墩之间设置伸缩节 (在上镇墩的下游侧)。
温度应力小。
二、支墩(support)
1. 功用：承受水重和管重的法向分力。相当于连 续梁的滚动支承，允许水管在轴向自由移动(温 度变化时)。 2. 布置：间距L=6~12m，D特别大时，L取3m。L 小→M、Q小→支墩造价高。 3. 类型：滑动式、滚动式、摆动式。
(2) 滚动式(rolling ring girder support)
在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，摩擦系数f小， 适用于D>2m。
(3) 摆动式(rocking ring girder support)
在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f很小，适 用于大直径管道。
三、镇墩(anchor block)
管径与流量压力的计算公式
管径与流量压力的计算公式管道是工业生产中常见的输送介质的设备，而管道的流量和压力是管道设计和运行中最重要的参数之一。
在管道设计和运行中，正确计算管道的流量和压力是至关重要的。
本文将介绍管径与流量压力的计算公式，并讨论其在工程实践中的应用。
一、管径与流量的计算公式。
1. 管道流量的计算公式。
管道流量是指单位时间内通过管道的液体或气体的体积。
在工程实践中，常用的管道流量计算公式为：Q = A v。
其中，Q为管道流量，单位为m3/s；A为管道横截面积，单位为m2；v为流体的流速，单位为m/s。
2. 管道横截面积的计算公式。
管道横截面积的计算公式为：A = π d2 / 4。
其中，A为管道横截面积，单位为m2；d为管道直径，单位为m；π为圆周率，取3.14。
综合以上两个公式，可以得到管道流量的计算公式为：Q = π d2 / 4 v。
其中，Q为管道流量，单位为m3/s；d为管道直径，单位为m；v为流体的流速，单位为m/s。
二、管径与压力的计算公式。
1. 管道流体的压力损失计算公式。
管道中流体的流动会产生一定的阻力，从而使得流体的压力发生变化。
在工程实践中，常用的管道流体压力损失计算公式为：ΔP = f (L / d) (ρ v2) / 2。
其中，ΔP为管道流体的压力损失，单位为Pa；f为摩阻系数；L为管道长度，单位为m；d为管道直径，单位为m；ρ为流体的密度，单位为kg/m3；v为流体的流速，单位为m/s。
2. 管道流体的压力计算公式。
管道中流体的压力可以通过管道流体的压力损失计算公式得到，同时还需要考虑流体的入口压力和出口压力。
管道流体的压力计算公式为：P = Pin ΔP。
其中，P为管道流体的压力，单位为Pa；Pin为流体的入口压力，单位为Pa；ΔP为管道流体的压力损失，单位为Pa。
综合以上两个公式，可以得到管道流体的压力计算公式为：P = Pin f (L / d) (ρ v2) / 2。
其中，P为管道流体的压力，单位为Pa；Pin为流体的入口压力，单位为Pa；f 为摩阻系数；L为管道长度，单位为m；d为管道直径，单位为m；ρ为流体的密度，单位为kg/m3；v为流体的流速，单位为m/s。
关于如何确定管径的问题
关于如何确定管径的问题
管道输水工程设计最关键最主要的问题就是管径大小的选择。
在压力管道输、供水工程中无论采用什么材质的管材，其管径大小直接影响到工程造价。
那么，如何确定管径呢？
管网设计的终极目的其实就是选择经济合理的管径。
影响管径大小的有四个要素：管道设计流量、流速、水损及节点之间的高差。
在流量、节点之间的高差为定值的前提下，如何选择流速就是关键了。
根据目前较成熟的且得到广范应用的理论就是根据经济流速试算。
什么是经济流速呢？满足工程设计输水流量要求、且符合不淤、不冲的流速。
如果是大流量、长距离、高落差的项目，要选得一个经济合理的管径，往往要经过数学模型分析计算。
我们接触的这些小项目，经济流速在规范提供的范围选择一下就行了。
计算步骤如下：
根据我上传的“管道水力计算表”把管长、流量、节点高程填入相应的单元格，拟定1个流速值填好，看最后一栏末端自由水压是多少，如果是单纯的输水管（水源到蓄水池），只要满足自由水压不为负数就行了（如果自由水压太大，说明流速值选得太小，不经济）。
如果是配水管网请按树枝状管网计算方法计算，确保各节点水压满足要求。
不同压力等级管材壁厚不一样，为方便，现把1.25Mpa 的PE管实际内径统计如下：（供大家选择公径外径使用）
DN20-15.4;DN25-19.9;DN32-26;DN40-32.6;DN50-40. 8;
DN63-51.4;DN75-61.4;DN90-73.6;DN110-90;DN125-1 02.2;。
工程流体力学压力管道水力计算
水力计算的基本原理
伯努利方程
流体在管道中流动时，遵循伯努利方程，即流体在某一封 闭管道中的压强、位能和动能之和保持不变。
流量与流速
流量是单位时间内流过管道某一截面的流体量，流速是流 体在管道中的速度。通过水力计算可以确定管道的流速和 流量。
流体阻力损失
流体在管道中流动时，会受到阻力损失，包括沿程阻力损 失和局部阻力损失。水力计算需要确定这些阻力损失，以 确定泵或风机的功率要求。
AutoCAD
常用的二维绘图软件，可用于绘制管道布置图和进行简单的水力 计算。
Flowmaster
专业的流体仿真软件，可以进行复杂的管道水力计算和流体动力 学分析。
Aspen HYSYS
化工流程模拟软件，可用于模拟管道系统中的流体流动和热力学 行为。
04
工程实例分析
某城市给水管网水力计算
计算模型
系统优化
根据系统的流量和扬程需求，合理选型和 配置水泵，确保供水效率和水泵的安全运 行。
根据计算结果，对给水系统进行优化改造 ，降低能耗和运行成本，提高供水效率。
05
压力管道水力计算的优化 与改进
优化设计理念在水力计算中的应用
01
02
03
节能减排
通过优化设计，降低管道 系统的能耗和排放，减少 对环境的影响。
流量分配
水头损失计算
根据给水管网的布局和设计 参数，建立水力计算模型， 包括管道长度、管径、流速、 水头损失等。
根据用户需求和管网布局， 合理分配各管段的流量，确 保供水压力和流量的稳定性。
根据管网的实际情况，计算 各管段的沿程损失和局部损 失，为管网的水力平衡提供 依据。
水力平衡调整
根据计算结果，对管网的水 力平衡进行调整，确保供水 压力的稳定性和各用户的用 水需求。
压力管道水力计算汇总
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井站：282、283、284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 Φ159×6,L34Km 93
(xq81站：81、95 xq52站：52、52-2、52-1、 xq43站：43、35、36、51、54)
Φ325×6,L＝37.5Km
L＝0Φ.859Km×4
135阀室
68
135井站：135-2、q30、q31
L＝Φ0.19559K×m 6
xp17井站：xp17、xp13、xp20、 xp21、xp22、xp3、290
工程流体力学
第五章 压力管路的水力计算 主 讲：刘恩斌
2011年10月
压力管道计算原理
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。
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
3．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；
高清图文+水电站的压力管道
的 球
重量大，造价高。
阀
适用：高水头电站。
四、钢管上的闸门、阀门和附件
2、伸缩节 (expansion joint)
功用：消除温 度应力，且适 应少量的不均 匀沉陷
位置：常在上 镇墩的下游侧
伸缩节
(a)套筒式伸缩节
(b)波纹密封套筒式伸缩节
(c)压盖式限拉伸缩节
(d)波纹管伸缩节
伸缩节动画
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况：持久状况、短暂状况、偶 然状况
三种设计状况均应进行承载能力极限状态 设计。
持久状况还应进行正常使用极限状态设 计，短暂状况可根据需要进行正常使用极 限状态设计。
承载能力极限状态：指钢管结构或构件，
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶 然状况三种。
法 向 力 引 起 的 弯 矩 和 剪 力
(一) 跨中段面(1)-(1)的管壁应力 (1) 法向力作用引起的管壁轴向x1 应力
x1
M W
cos
M
r 2
cos
M——水重和管重的法向分力作用下连续梁
的弯矩；
W r2
W——连续梁(空心圆 x环2 )的断面模数， (2) 轴向力引起的轴向应力
在轴向力的合力∑A作用下，管壁中产生
迅速，体积小,重量轻，造 价低。 缺点：开启状态时，阀体对 水流有扰动，水头损失较 大；关闭状态止水不严。 动水中关闭，在静水中开启
四、钢管上的闸门、阀门和附件
(2) 球阀：球形外壳+可旋
转的圆筒形阀体+附件。
世
优点：开启状态时没有水
界
头损失，止水严密，能承
上 最
受高压。
压力管道设计技术规定
目录1 总则2 一般规定工艺计算站、场、库及石油化工装置设备和管道布置输油、输气管道线路工程材料选用管道应力设计管道和设备隔热管道和设备涂漆压力管道支吊架设计规定压力管道强度计算规定聚乙烯管道设计规定3 压力管道设计遵循的标准和规范1 总则目的: 为了统一压力管道设计技术要求，提高压力管道设计水平，确保压力管道设计质量，特制定本规定。
遵守的原则：优化设计方案，确定经济合理的工艺及最佳工艺参数；做到技术先进，经济合理，安全适用。
适用范围：本规定适用于输油、输气管道工程、给排水及消防工程、热力工程、城市燃气工程及石油化工工程。
2 一般规定工艺计算2.1.1 输油、输气管道需要进行管道的水力计算、温降计算。
其计算公式按《输油管道工程设计规范》（GB50253-2014）、《输气管道工程设计规范》（GB50251-2015）《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）执行。
2.1.2 对于特殊的管道穿跨越工程按《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB 50423-2007）和《油气输送管道跨越工程设计规范》（GB 50459-2009）执行。
站、场、库及石油化工装置设备及管道的布置2.2.1 设备布置2.2.1.1 装置的总体布置应根据装置在工厂总平面上的位置以及与有关装置、罐区、主管廊、道路等相对位置确定，并与相邻装置的布置相协调。
2.2.1.2 装置的竖向布置应根据装置生产特点，充分考虑操作、检修要求，满足交通运输要求；考虑装置内外地坪标高的协调及其内外道路、排水的合理衔接，尽量减少土方工程量；装置场地应采用平坡式布置，并采用有组织排水，所有的雨水经过暗管排入地下排水管网。
2.2.1.3 设备布置应满足工艺流程、安全生产、环境保护的要求，并应便于操作、维护、检修、防爆及消防，并注意节约用。
2.2.1.4 设备布置应按工艺流程顺序和同类设备适当集中相结合的方式，并结合风向条件确定设备、建筑物与其它设施的相对位置。
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压力管道的水力计算和经济直径的确定
一、水力计算
压力管道的水力计算包括恒定流计算和非恒定流计算两种。
（一）恒定流计算
恒定流计算主要是为了确定管道的水头损失。
管道的水头损失对于水电站装机容量的选择、电能的计算、经济管径的确定以及调压室稳定断面计算等都是不可缺少的。
水头损失包括摩阻损失和局部损失两种。
1、摩阻损失
管道中的水头损失与水流形态有为。
水电站压力管道中的水流的雷诺数Re一般都超过3400，因而水流处于紊流状态，摩阻水头损失可用曼宁公式或斯柯别公式计算。
曼宁公式应用方便，在我国应用较广。
该公式中，水头损失与流速平方成正比，这对于钢筋混凝土管和隧洞这类糙率较大的水道是适用的。
对于钢管，由于糙率较小，水流未、能完全进人阻力平方区，但随着时间的推移，管壁因锈蚀糙率逐渐增大，按流速平方关系计算摩阻损失仍然是可行的。
曼宁公式因一般水力学书中均可找到，此处从略。
斯柯别根据198段水管的1178个实测资料，推荐用以下公式计算每米长钢管的摩阻损失
(13-1)式中a-水头损失系数，焊接管用0.00083。
为考虑水头损失随使用年数t的增加而增大的系数，清水取K＝0.01，腐蚀性水可取K＝0.015。
2.局部损失
在流道断面急剧变化处，水流受边界的扰动，在水流与边界之间和水流的内部形成旋涡，在水流质量强烈的混掺和大量的动量交换过程中，在不长的距离内造成较大的能量损失，这种损失通常称为局部损失。
压力管道的局部损失发生在进口、门槽、渐变段、弯段、分岔等处。
压力管道的局部损失往往不可忽视，一尤其是分岔的损失有时可能达到相当大的数值。
局部损失的计算公式通常表示为
系数可查有关手册。
（二）非恒定流计算
管道中的非恒定流现象通常称为水锤。
进行非恒定流计算的目的是为了推求管道各点i的动水压强及其变化过程，为管道的布置、结构设计和机组的运行提供依据。
非恒定流计算的内容见第九章。
二、管径的确定
压力管道的直径应通过动能经济计算确定。
在第七章中我们已经研究了决定渠道和隧洞经济断面的方法，其基本原理对压力管道也完全适用，可以拟定几个不同管径的方案，进行誉比较，选定较为有利的管道直径，也可以将某些条件加以简化，推导出计算公式，直接求解。
在可行性研究和初步设计阶段，可用以下彭德舒公式来初步确定大中型压力钢管的经济直径
式中Qmax-钢管的最大设计流量，；
H-设计水头，m。