王雪梅，韓紅亮

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程分院，陜西 楊凌 712100)

樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算在《鄉(xiāng)鎮(zhèn)供排水》課程中占非常重要的地位,是全課程知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)的重中之重,但是由于目前教材中呈現(xiàn)的計(jì)算案例均以鑄鐵管為例,只需要查閱鑄鐵管水力計(jì)算附表即可得到相應(yīng)的管徑D、流速v及水力坡度i的計(jì)算結(jié)果,與現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管材為塑料管極不相符。因此,必須給學(xué)生展示新的計(jì)算方法,以適應(yīng)未來崗位需求。

目前,行業(yè)上常用的水力計(jì)算軟件仍為excel。而由于學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)薄弱,對(duì)excel使用不熟練。故本文給出利用excel軟件完成PE管材樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算的1個(gè)案例。整個(gè)計(jì)算依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[2]。

1 計(jì)算案例

1.1 基本資料[1]

某鎮(zhèn)給水管網(wǎng)布置及管段長(zhǎng)度如圖1所示。管網(wǎng)最高日最高時(shí)用水量Qh=97.15L/s,各節(jié)點(diǎn)流量均標(biāo)注在圖1上。各點(diǎn)要求的最小服務(wù)水頭H=20m。各節(jié)點(diǎn)地面高程如表1所列。節(jié)點(diǎn)5為控制點(diǎn)。

圖1 樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算節(jié)點(diǎn)圖

節(jié)點(diǎn)0123 地形標(biāo)高/m32.032.532.131.4 節(jié)點(diǎn)4567 地形標(biāo)高/m32.734.233.1531.8 節(jié)點(diǎn)891011 地形標(biāo)高/m32.132.032.332.0 節(jié)點(diǎn)12地形標(biāo)高/m32.3

1.2 求解過程

樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟如下:

① 確定管段流量Q;② 確定管段管徑D;③ 計(jì)算管段流速v;④ 計(jì)算管段水力坡度i;⑤ 計(jì)算管段沿程水頭損失hf;⑥ 計(jì)算管段局部水頭損失hj;⑦ 計(jì)算管段總水頭損失hz;⑧ 計(jì)算節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高;⑨ 計(jì)算節(jié)點(diǎn)自由水壓。在計(jì)算過程中,步驟② 要進(jìn)行反復(fù)調(diào)試直到確定的管徑D,計(jì)算的流速v,水力坡度i,水頭損失hz及自由水壓滿足規(guī)范或基本資料要求,本管段水力計(jì)算才結(jié)束。

1.3 管段水力計(jì)算

(1)管段設(shè)計(jì)流量的計(jì)算。某管段的設(shè)計(jì)流量=該管段后節(jié)點(diǎn)連接的所有節(jié)點(diǎn)流量之和。

Q1-2=q2+q12+q10+q3+q4+q5+q6+q9+q7+q8,計(jì)算結(jié)果如圖1。

(2)步驟②-⑨ 的計(jì)算過程。以管段5-4(Q=6.95L/s,L=300m)為例進(jìn)行演示。具體計(jì)算方法如圖2所示。說明如下:

圖2 管網(wǎng)水力計(jì)算的試算

第1步—假定經(jīng)濟(jì)流速v。初步假定經(jīng)濟(jì)流速為0.9m/s。經(jīng)濟(jì)流速范圍:管徑=100-350mm,平均經(jīng)濟(jì)流速為0.6-0.9m/s,管徑≥400mm,平均經(jīng)濟(jì)流速為0.9-1.4m/s;為了防止淤積,最小流速vmin=0.6m/s,為了防止管網(wǎng)出現(xiàn)水錘現(xiàn)象,vmax=2.5-3.0m/s[2]。

第2步—試算管徑D。excel公式編輯:單元格E3=1.13*(C3/1000/D3)＾0.5*1000,根據(jù)假定流速計(jì)算結(jié)果D=99.30mm。

第3步—確定管徑規(guī)格D。文[3]確定管徑規(guī)格,經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)與試算結(jié)果D=99.30mm相接近的管材規(guī)格有D=90mm和D=110mm兩個(gè)規(guī)格,同時(shí)根據(jù)文[2]規(guī)定干管最小管徑必須大于100mm,支管管徑大于75mm～100mm,所以初步確定管徑為D=110mm,e=6.3mm(由于節(jié)點(diǎn)要求最小自由水壓為20m,故選取PE63級(jí)管材)[3]。

第4步—反算流速v。excel公式編輯:單元格H3=F3-2*G3,計(jì)算結(jié)果為H3=97.4mm。單元格I3=(4*C3/1000)/(3.14*(H3/1000)＾2),計(jì)算結(jié)果為v=0.93m/s,這與經(jīng)濟(jì)流速幾乎相符合。

通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),計(jì)算流速基本滿足要求,但總水頭損失較大,因此可考慮增大管徑D=125mm,d=7.1mm,然后返回到第3步重新計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如圖2所示。⑤ 分析比較兩組結(jié)果,擴(kuò)大管徑一個(gè)規(guī)格后,水頭損失和流速均下降了,是比較合理的計(jì)算結(jié)果,故初步選定管徑D=125m,v=0.72m,hz=1.42m。

第6步—確定節(jié)點(diǎn)壓力。由于節(jié)點(diǎn)5為控制點(diǎn),故控制點(diǎn)5點(diǎn)的自由水壓是已知數(shù)20m,又因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的地面高程已知,故5點(diǎn)水壓標(biāo)高,excel公式編輯:單元格O3=Q3+P3,計(jì)算結(jié)果為54.20m。這時(shí)對(duì)于5-4管段相當(dāng)于5點(diǎn)節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高已知倒推4點(diǎn)節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高,故有excel公式編輯:單元格O4=O3+M3,計(jì)算結(jié)果為55.62m,4點(diǎn)的自由水壓即為,excel公式編輯:單元格Q4=O4-P4,計(jì)算結(jié)果為22.92m>20m,故最后證明D=125mm計(jì)算合適,即5-4管段水力計(jì)算采用第2種情況。管網(wǎng)水力計(jì)算結(jié)果如表2所列。

表2干管管網(wǎng)水力度算

2 結(jié)束語

采用PE塑料管管材進(jìn)行樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算,有利于培養(yǎng)學(xué)生重視、依據(jù)規(guī)范的專業(yè)素養(yǎng);利用excel軟件進(jìn)行樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算,可提高學(xué)生的專業(yè)技能,與真實(shí)工作環(huán)境相吻合,有效實(shí)現(xiàn)了零距離上崗;管網(wǎng)水力計(jì)算不能只考慮單獨(dú)管段計(jì)結(jié)果是否滿足要求,應(yīng)統(tǒng)籌全局,計(jì)算結(jié)果使得每1個(gè)節(jié)點(diǎn)每1個(gè)管段滿足要求才可。