给水管网系统__第七-九章

《给水排水管网系统》多媒体课件本章教学目标的基本要求：掌握管网年费用折算值；了解输水管和管网的技术经济计算简介；熟悉界限流量法。本章教学内容和重点和难点：经济管径的计算目的和方法；界限流量法。§7.1管网技术经济计算的任务管网的优化设计，应该考虑到四个方面：即保证供水所需的水量和水压、水质安全、可靠性(保证事故时水量)和经济性。管网技术经济计算就是以经济性为目标函数，而将其余的作为约束条件，据此建立目标函数和约束条件的表达式，以求出最优的管径或水头损失。管网技术经济计算主要是在考虑各种设计目标的前提下，求出一定设计年限内，管网建造费用和管理费用之和为最小时的管段直径或水头损失，也就是求出经济管径或经济水头损失。§7.2管网年费用折算值一、目标函数管网年费用折算值是按年计的管网建造费用和管理费用。CWMt式中：W——管网年费用折算值；C——管网造价（建设费）；M——管网年管理费用，包括动力费M1和折旧大修费M2，即M=M1+M2；t——投资偿还年。§7.2管网年费用折算值管网建设费C包括管材、接口、土方开挖、复路、管网上的附属构筑物。当地有资料§7.2管网年费用折算值当地无管网时管道单位长度造价与管道直径有关，可以表示为：CabD式中：C——管道单位长度造价，元/m；D——管段直径，m；a、b、α——管道单位长度造价公式统计参数。管网总造价为所有管道造价之和：()iiiiCClabDl§7.2管网年费用折算值管网管理费M抽水的动力费M112MMM010.01243650.018.761000ijpgQHhgQHMEE该值取决于流量和管网起点到控制点的任一管线的水头损失。折旧大修费M22100100ijijppMCabDl§7.2管网年费用折算值管网年费用折算值W将上式简化，只取其变量部分，则年费用折算值为：010.018.76100ijijijQHhpWabDlEgt0100ijijijWpbDLPQht式中：P=8.76βEρg/η，表示Q=1L/s，Hp=1m时的每年电费（分）重力供水时，无需抽水动力费用：0100ijijWpbDLt重力供水时，经济管径仅由充分利用位置水头使管网建设费用为最低的条件确定。§7.2管网年费用折算值二、约束条件连续性方程012........1,2,.........-1——-1jiAqQjPiJAJP，管段，，，；节点，；式中：衔接矩阵，能量方程012..........kLhkLLLP，环，，，式中：——回路矩阵，管段流量应大于最小允许流速时的流量minjqq水压要求任一节点的自由水压Hc应大于最小服务水头Ha：caHH§7.2管网年费用折算值三、技术经济计算中的变量关系技术经济计算中，未知量为管段流量qij和管径Dij，这两者之间并没有直接的联系，但是当管段qij和Dij已定时，水头损失值等于：nijijijmijkqlhD因此年折旧费用W0值可看作是qij和Dij或qij和hij的函数，但以应用流量qij和水头损失hij的关系来分析比较简便。111212nmnmmmmmmmmijijijijijijijijijijijijDkqhlDkqhlnDkqhl若，则将其代入年费用折算值，并对其推导，即，可得：00ijWD§7.2管网年费用折算值1nmijijDfQq式中：f——经济因素，是包括多种经济指标的综合参数Q——总管段流量；qij——各管段流量。100mpkfpbt若为压力输水管，则11nmijDfQ重力流输水管表达式：nmijijqi常数式中：iij——i节点到j节点的水力坡降。界限流量法，查P92表7-1。§7.2管网年费用折算值四、小结计算给水管有哪些方法？平均经济流速法确定管径；v=0.6~0.9m/s，DN≤400；v=0.9~1.4m/s，DN400。管网技术经济计算法；界限流量法。§7.2管网年费用折算值思考与作业：1.什么是年费用折算值？如何导出重力供水时管网的年费用折算值表达式？2.经济因素f和哪些技术经济指标有关？各城市的f值可否任意套用？《给水排水管网系统》多媒体课件本章教学目标的基本要求：熟悉分区给水的能量分析；了解分区给水系统的设计。本章教学内容和重点和难点：分区给水系统的布置及能量分析。§8.1概述一、分区给水的技术依据和经济依据技术上提供给水管网的水压不超过水管的承受能力，以免损坏水管和附件，并可减少漏水量；经济上的原因是减少供水能耗。分区给水一般是根据城市地形特点将整个给水系统分成几区，每区有独立的泵站和管网等，但各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。§8.1概述二、分区种类并联分区优点：泵房运行管理方便，供水可靠性高，设计条件易于实际情况一致；各区水泵集中在一个泵站内、管理方便。缺点：增加了输水管长度和造价；高区的水泵扬程高，需用耐高压的输水管。§8.1概述串联分区优点：输水管长度较短，可用扬程较低的水泵和低压管。缺点：泵站个数多，管理不便，安全性差。§8.1概述思考与作业：1.在哪些情况下给水系统需要分区供水？2.分区给水有哪些基本形式？§8.2分区给水的能量分析一、未分区时泵站供水能量的组成和能量分配能量组成泵站扬程：11HHZh式中：H1——控制点的自由水头，m；ΔZ1——控制点的地面标高与吸水井最低水位标高之差，m；∑h——管线的水头损失，m。泵站总总流量Q4，则：供水能量4411()EQHQHZh§8.2分区给水的能量分析E由三部分组成：111122233344441iiiiEZHqZHqZHqZHqZHq克服水管阻力所需的能量E2421ijijiEqh未被利用的能量E3432iiiEqH保证自由水压所需的能量E1——有效能量§8.2分区给水的能量分析单位时间水泵消耗的总能量123EEEE未分区时能量的利用率：312EEEEEE即：31EE从上式可知，降低E3，φ增大，则电耗低，效率高。§8.2分区给水的能量分析总能量中只有保证最小服务水头的能量E1得到有效利用。由于给水系统设计时，泵站流量和控制点水压Zi+Hi已定，所以E1不能减小。第二部分能量E2消耗于输水过程不可避免的水管摩阻。为了降低这部分能量，必须减小hij其措施是适当放大管径，所以并不是一种经济的解决办法。第三部分能量E3未能有效利用，属于浪费的能量，这是集中给水系统无法避免的缺点，因为泵站必须将全部流量按最远或位置最高处用户所需的水压输送。也就是说，上述三部分能量中，只能降低E3。§8.2分区给水的能量分析能量分配图目的：求E3确定分区界线和泵站位置，确定分区后能降低的能量作法：作出E=γQH，由总Q和总扬程作供水能量图；作E1，以节点流量为横坐标，Zi+Hi（水压标高）为纵坐标；作E2，以管段流量为横坐标，以hi为纵坐标；E3=E-E1-E2，即剩下的面积。§8.2分区给水的能量分析二、分区给水能降低多少能量未分区时泵站的流量为Q并联分区时分成两个区时，cHZHh一区扬程：122cZhHH由于HcH1（泵站扬程），可忽略，则：122ZhH二区扬程：222ZhH分为n区，各区扬程为：nHZhHnnn§8.2分区给水的能量分析串联分区时（流量变，扬程不变）若分成n个区，各区扬程H/n，则从低区到高区流量为：-1-21nnQQQQnnn，，，，各区扬程为：HZhnnn分区后的能量为：221112111212HnHQHEQQnnnnnnnnQHnnnQHnnQHn§8.2分区给水的能量分析即12nEEn分成2个区，即n=2，则34EE若分成n个区，即n→∞，则12EE并联分区时（流量不变，扬程变）同理可得，12nEEn§8.2分区给水的能量分析思考与作业：1.泵站供水时所需的能量由几部分组成？分区给水后可以节约哪部分能量，哪些能量不能节约？2.泵站供水能量分配图如何绘制的？3.输水管全长的流量不变时，能否用分区给水方式降低能量？4.给水系统分成两区时，较未分区系统最多可节约多少能量？§8.3分区给水系统的设计一、分区形式比较及影响因素串联分区优点：输水管长度较短，可用扬程较低的水泵和低压管。缺点：不够安全可靠，低区事故影响高区供水；增加泵站的造价和管理费用。适用：城市垂直于等高线方向延伸。§8.3分区给水系统的设计并联分区优点：各区用水由同一泵站供给，供水比较可靠，管理也较方便，整个给水系统的工作情况较为简单，设计条件易与实际情况一致。缺点：增加输水管造价。适用：城市狭长发展。§8.3分区给水系统的设计影响因素城市规划城市地形城市狭长发展时：采用并联分区较宜，因增加的输水管长度不多，可是高、低两区的泵站可以集中管理。城市垂直于等高线方向延伸时：采用串联分区更为适宜。§8.3分区给水系统的设计水厂位置水厂靠近高区时：采用并联分区较宜。水厂远离高区时：采用串联分区更为适宜，以免到高区的输水管过长，增加造价。§8.3分区给水系统的设计二、分区界线的确定在能量图中E3内按矩形面积最大处地形高差30~50m。三、调节水池（水塔）的位置放在分界线附近。§8.3分区给水系统的设计思考与作业：1.特大城市如地形平坦，管网延伸很远，是否有考虑分区给水的必要，为什么？《给水排水管网系统》多媒体课件本章教学目标的基本要求：熟悉水管材料、配件及管网附件及管网附属构筑物及调节构筑物。本章教学内容和重点和难点：管网附件及附属构筑物的结构类型。§9.1水管材料和配件一、水管材料分类金属管材球墨铸铁管优点：相对钢管，耐腐蚀、价格低；缺点：脆、不耐振动，不耐弯折，重力大，易碎；规格：DN=75~1500mm，L=3~6m；工作压力：0.45MPa（低压）、0.75MPa（普压）、1MPa（高压）；连接方式：承插、法兰。§9.1水管材料和配件钢管分类：无缝钢管、焊接钢管。优点：能耐高压、耐振动、重量较轻、单管的长度大和接口方便；缺点：承受外荷载的稳定性差，耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，并且造价较高；规格：DN=50~1500mm；工作压力：3MPa、1MPa、0.75MPa、0.45MPa；接口形式：焊接、法兰接口；§9.1水管材料和配件非金属管材塑料管分类：聚丙烯腈—丁二烯—苯乙烯塑料管（ABS）聚乙烯管（PE）和聚丙烯塑料管（PP）硬聚氯乙烯塑料管（UPVC）等§9.1水管材料和配件优点：强度高、表面光滑、不易结垢、水头损失小、耐腐蚀、重量轻、加工和接口方便，与铸铁管相比，塑料管的水力性能较好，由于管壁光滑，在相同流量和水头损失情况下，塑料管的管径可比铸铁管小，塑料管相对密度在1.40左右，比铸铁管轻，又可采用橡胶圈柔性承插接口，抗震和水密性较好，不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工费用。缺点：管材的强度较低，膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，例如伸缩节和活络接口。§9.1水管材料和配件玻璃钢管优点：耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小。在相同使用条件下，重量只有钢材的1/4左右，是预应力钢筋混凝土管的1/5~l/10，因此便于运输和施工。缺点：价格较高，几乎和钢管相接近。适用范围：可考虑在强腐蚀性土壤处采用。§9.1水管材料和配件二、管材选用选用依据：水压大小；水量、水质要求；土壤、土质条件、铺设方法、管材供应价格。§9.1水管材料和配件三、管件§9.1水管材料和配件四、水管埋深