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2012管道水泵计算法


管道水泵计算法 一滴水 2008-08-14 09:30:12 阅读 517 评论 0 字号:大中小 目 录 一、几点说明. 1 第一题 这本书有什麽用处?... 1 第二题 管道的直径怎样叫法?... 1 第三题 怎样选择管道材料?... 3 二、管道水力计算. 5 第四题 什麽叫做管道的流量?怎样计算管道的流量?... 5 第五题 在流速相等的条件下,Dg200 管子的流量是

Dg100 管子的流量的几倍?... 6 第六题 有没有简单的方法,可以记住各种管子的大致流量?... 7 第七题 管道里的流速有没有限制?... 7 第八题 管道里的流量不变,他的流速会不会变化?... 8 第九题 压力和流速究竟有什麽关系?... 8 第十题 压力表上的压力大小用公斤表示(例如 2 公斤的压力) ,另外,我们又常说多少高 水柱压力(例如 5 米高水柱的压力) ,它们之间有什么关系?... 9 第十一题 压力差和管道的阻力有什么不同?... 9 第十二题 管子的阻力怎样计算?... 10 第十三题 怎样使用铸铁管水力计算表?... 11 第十四题 表 4 的铸铁管水力计算表做了哪些简化,会不会影响计算的准确度?... 13 第十五题 从铸铁管水力计算表可以找到那些规律?. 14 第十六题 知道管道阻力的规律有什么用处?... 15 第十七题 怎样具体利用表 4 进行计算?... 15 第十八题 表 4 查不到的流量、流速和阻力,应该怎样计算?... 16 第十九题 在实际工作中,究竟怎样体现一段管道的压力差产生一定的管道流速?... 18 第二十题 管道的总阻力包括哪些部分?... 19 第二十一题 管道的局部阻力应该怎样计算?... 19 第二十二题 究竟实际管道的阻力应该怎样计算?... 20 第二十三题 局部水头损失(局部阻力)的计算比较麻烦,有没有简化的计算方法?... 24 第二十四题 在一条用口径的管道上,两头的压力差定了后,管道里的流量和流速也就定 了。 24 那么,管道两头真正的压力究竟反映什么要求?... 24 第二十五题 钢管的阻力能不能用表 4 来计算?... 25 第二十六题 小管径钢管的阻力怎样计算?... 26 第二十七题 铸铁管水力计算表(表 4)对于其它的管材和流动物资的阻力计算由没有用 处? 27 第二十八题 蒸汽管的流量和阻力怎样计算?... 28 第三十题 混凝土排水管道的流量和流速怎样计算?... 31 三、水泵选择. 33 第三十一题 什么叫作水泵的总扬程?... 33 第三十二题 什么叫作水泵的吸水扬程?... 33 第三十三题 水泵的型号怎样表示法?... 34 第三十四题 水泵的性能包括哪些项目?... 35 第三十五题 怎样从水泵型号,估计出水泵的流量?... 39

第三十六题 怎样选择水泵的型号?... 40 第三十七题 再作设备计划的时候,管线还未定,怎样选水泵?... 41 第三十八题 离心式水泵为什么能吸水?... 42 四、管件. 44 第三十九题 光滑万头的长度(即弯曲部分)怎样定?怎样计算?... 44 第四十题 焊接弯头的尺寸是怎样定的?下料总长度怎样计算?... 45 第四十一题 断节的长度怎样计算?... 47 第四十二题 为了在钢管上画出断节,必须先画出断节的展开图来,展开图是怎样画出来 的? 49 第四十三题 应用表 18 焊接弯头尺寸和表 19 断节展开尺寸时,应注意哪些问题?... 51 第四十四题 三通和四通的管件展开图怎样画法?... 52 第四十五题 异径管(同圆心的大小头)的展开图怎样画法?... 55 第四十六题 偏心异径管(偏心的大小头)的展开图怎样画法?... 56 第四十七题 为什么要计算钢管受热后膨胀的长度?应该怎样计算?... 58 第四+八题 方形伸缩器的尺寸是怎样决定的?怎样选用?... 58

一、几点说明 第一题 这本书有什麽用处? 管道工人和新参加管道设计、施工人员、在实际工作中,经常碰到一些管道和水泵方面的设 计和计算问题,但在这方面还没有比较通俗的参考书。作者针对这一情况编写了这本书。书 中除介绍有关管道和水泵的基本知识外,还列出了有关管道和水泵设计、计算的基本数据。 可作为一本简易参考资料使用。 全书共有四十八个题例,包括三个基本内容:第一、管道简易设计和计算方法,以室外给水 铸铁管为主,但也介绍了工业锅炉蒸汽管及其它一些常用管道的计算知识;跌入、水泵的选 型;第三、在管道安装过程中经常碰到的一些问题,如钢制管道零件的加工尺寸及蒸汽管道 伸缩器的选用数据等,钢制管件包括弯头管、三通管、四通管(以下简称弯头、三通、四通) 以及同心、偏心大小头异径管等。 第二题 管道的直径怎样叫法? 管道的直径有两种叫法,一种叫它的内径,一种叫它的外径。 铸铁管和一般的钢管(指白铁管或黑铁管,又称水、煤气管)的内径又叫做公称通径,用 Dg 表示,D 是代表直径的意思,g 是“公”字拼音的第一个字母。一般说,管子直径是它的 内径,用毫米表示。例如:直径 100 毫米的管子,可以表示成 Dg100 管子。但要注意管子 的真正内径和它的公称通径往往是不相等的, 有的相差比较大。 当我们计算管子横断面的准 确面积时,就应该用真正的内径,不能用公称通径。 另外,还有一种叫法,把管子叫成几吋的管子。吋,读称英寸。1 吋可以折合成 25 毫米, 所以 Dg100 的管子也叫做 4 吋管。 表 1-1 列出白铁管和黑铁管管径的对照尺寸(白铁管指镀锌钢管,黑铁管指一般钢管) 。从 表中看出 Dg100 的管子,真正的内径为 106 毫米,Dg150 毫米的管子,真正内径为 156 毫 米。 1-2 为普通压力铸铁管(简称普压铸铁管) 表 的部分管径的尺寸对照。由表中可以看出, 这种铸铁管的公称通径和它们的真正内径是一致的。 白铁管和黑铁管尺寸 表 1-1 公称通径 Dg 英制 外径 壁厚 真正内径

(毫米) 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 150

(吋) 3/8 1/2 3/4 1 11/4 11/2 2 21/2 3 4 6

(毫米) 17 21.25 26.75 33.5 42.25 48 60 75.5 88.5 114 165

(毫米) 2.26 2.75 2.75 3.25 3.25 3.5 3.5 3.75 4 4 4.5

(毫米) 12.5 15.75 21.25 27.0 33.75 41 53 68.0 80.5 106 156

铸铁管(普通压力)尺寸 公称通径 英制 Dg (毫米) (吋) 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 砂型离心铸铁管

表 1-2 砂型立式铸铁管

外径 壁厚 真正内径 外径 壁厚 真正内径 (毫米) (毫米) (毫米) (毫米) (毫米) (毫米) ─ ─ ─ 217.6 268.8 320.2 371.6 423.0 474.4 525.8 ─ ─ ─ 8.8 9.4 10.1 10.8 11.5 12.2 12.9 ─ ─ ─ 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 91.0 117.0 168.0 217.6 268.8 320.2 371.6 423.0 474.4 525.8 8.0 8.5 9.0 9.8 10.4 11.1 11.8 12.5 13.2 13.9 76.0 100.0 150.0 198.0 248.0 298.0 348.0 398.0 448.0 498.0

表 1-1 和表 1-2 列出的各种管道,承受的工作压力都是 7.5 公斤/厘米 2,是一种常用的管道, 所以叫做普压管。当工作压力增加或减少,管壁就要相应地加厚或减薄。但这种高压和低压 的管道,它们的外径和公称通径相同的普压管的外径是一样的,所以,管壁的加厚或减薄只 是引起真正内径的缩小和加大。 内径大致相同的同一种管道,它们的外径都是相同的,这使管道尺寸的一般规律。这也就是 公称通径和真正内径不一致的原因。再铸铁管和一帮昂观众,由于壁厚变化不大,公称通径 的数值比较简单,用起来也方便,所以采用公称通径的叫法。但由于管壁变化幅度较大的管 道,一般就不采用公称通径的叫法了。无缝钢管就是典型例子。 同一外径的无缝钢管,它的壁厚有十几种的规格。例如,外径 108 毫米的无缝钢管,壁厚从 3 毫米一直到 9 毫米,真正的内径在 102~90 毫米范围内变化,这样,就没有一个合适的尺 寸可以代表内径。所以无缝钢管的规格一般用“外径ⅹ壁厚”来表示。例如 108ⅹ4 和 108ⅹ6 的无缝钢管,外径皆为 108 毫米,壁厚分别为 4 及 6 毫米。管壁很厚的无缝钢管只用在压力 很高的管道上。其管壁厚度都在 3.5~8 毫米范围内,而且只应用于蒸汽管道和制造管道零

件。可参考表 10 及表 18 等的无缝钢管尺寸。 为什麽不按公称通径加工管子的内径呢?因为, 加工管子时把管子的外径制造成一样大小好 做接头,但当管子承受的压力不同的时候,就要改变管壁的厚度,这样,管子的内径就相应 地发生变化了。所以,不要按公称通径加工管子的内径。 第三题 怎样选择管道材料? 表 2 是一个选择管道的参考资料。表中:白铁管指镀锌钢管,黑铁管指一般钢管;Pg 表示 公称压力(P 代表压力,g 代表“公”字拼音的第一个字母) ,单位为公斤/厘米 2;t 表示摄氏 温度的度数; 最高为 13 公斤/厘米 2, Pg 指一般工业锅炉的压力。 某一种管材所适用的范围, 在表中由不同的面积形状反映出来。例如,室外管道输送公称压力 9~13 公斤/厘米 2 的饱 和蒸汽,从 Dg25 到 Dg150 应用无缝钢管;从 Dg25 到 Dg150 的白铁管和黑铁管可以用于室 内、外的凝结水和室内给水;Dg25 和 Dg50 的白铁管和黑铁管可以用于室内、外的热水和 给水;Dg80 以上的室外给水管应用铸铁管和石棉水泥管;Dg80 到 Dg150 的热水管应用无缝 钢管。 管道材料的选择 表2 流动 物资 压 力 Pg 室内或 Dg 公称通径(毫米) (kg/cm2) 及水温 t 室外 25 50 80 100 150 200 250 300 400 500

饱 和 蒸 Pg≤8 室内 汽 Pg=9~13 室外 凝 结 水 热 水 给 水 室内 Pg≤8 Pg≤8 t≤130℃ Pg≤10 T≤50℃ 或 室外

无缝钢管 白 铁 管 无缝钢管 螺旋缝电焊钢管

室内及 黑 室外 铁 室内 管 室外 室内 室内 室外 硬聚氯乙烯

稀酸 Pg= 稀碱液 2.5~6.0 雨水 无 生产污 水 压 生活污 水

铸铁管 陶土管 排水铸铁管 混凝土管 陶土管、陶瓷管 排水铸铁管、陶土 管 陶土管、混凝土管 钢筋混凝土

室内 室外 室内 室外

二、管道水力计算

第四题 什麽叫做管道的流量?怎样计算管道的流量? 一根水管,在一定的时间内,流过一定体积的水,这个水的立方米的数值就是管子的流量。 例如,在一小时内流过 1 立方米的水,就叫做 1 小时 1 立方米的流量,用米 3/时表示流量的 单位(时间也可改用 1 秒,1 分甚至 1 天,体积也可以改用升或毫升等,这样可以组成其它 的流量单位,如米 3/秒、升/秒等) 。管子里的流量,是由管子的横断面的面积和水流的速度 相乘得来的。每小时的流量公式如下: 流量=3600ⅹ管子面积ⅹ流速 管子面积=3.14ⅹ(半径)2 或 管子面积=0.785ⅹ(半径)2 式中 流量单位为米 3/时;流速单位为米/秒;半径或直径单位为米;3600 是 1 小时折合成 的秒数。因为面积(米 2)ⅹ流速(米/秒)的结果得米 3/秒,指 1 秒钟内的流量,因此,折合 成 1 小时的流量米 3/时,就要乘上 3600 这个数。 例 1 Dg100 的管子,流速为 1 米/秒时,流量是多少? 解 流量=3600ⅹ管子面积ⅹ流速。先把直径换算成米,管子面积= 米 2。 则 流量=3600ⅹ0.00785ⅹ1=28.3 米 3/时 注意,上式不仅适用于水,也适用于其它液体或气体。如果管道里流的是水,我们计算的就 是多少米 3/时的水,如果流的是蒸汽,我们算得的就是多少米 3/时的蒸汽。 流量,也可以用重量来表示。因为 1 米 3 的水恰好是 1 吨,所以我们又把水管的 1 米 3/时的 流量,说成 1 吨/时的流量。例 1,如果说的是水管,28.3 吨/时。但如果说的是蒸汽管,就 不能把 1 米 3/时说成 1 吨/时了,因为 1 立方米蒸汽只有几公斤重,而且蒸汽的重量是随它 的压力变化的,例如,压力为 10 公斤/厘米 2 的蒸汽,每立方米只有 3.5 公斤重,1 米 3/时 的蒸汽流量只合 5.5 公斤/时。 因此, 如果 28.3 米 3/时, 是蒸汽流量, 就应该说成 28.3ⅹ5.5=156 公斤/时。 从上式可知, 在管子直径已定的情况下, 如果管子里的流速变化的时候, 流量也要跟着变化。 变化的关系如下式: 例 2 Dg100 的管子,当流速为 1 米/秒,流量为 28.3 吨/时,求流速 2 米/秒时,流量是多 少? 解: 则: 第五题 在流速相等的条件下,Dg200 管子的流量是 Dg100 管子的流量的几倍? 由于直径 200 是直径 100 的两倍,所以,有人往往会误认为 Dg200 管子的流量也是 Dg100 管子流量的两倍,这是错误的。正确答案:Dg200 管子的流量是 Dg100 管子流量的 4 倍。 这是从下列公式推算出来的: Dg200 管子和 Dg100 管子分别代表大管子和小管子,所以: 上面公式,实际是管道流量公式的一个应用,因为从流量公式可得 大管子流量=3600ⅹ0.785ⅹ(大管子直径)2ⅹ流速 小管子流量=3600ⅹ0.785ⅹ(小管子直径)2ⅹ流速 利用数学的演算方法,把两个公式的两边相除,得: 然后再用小管子流量乘等式的两边,就得大管子流量的计算公式。这一公式还可以写成: 因此,我们知道,在流速相等的情况下,一根 Dg200 管子可以顶 4 根 Dg100 管子使用,一 根 Dg500 管子可以顶 4 根 Dg250 管子使用(这里没有考虑阻力不相等的问题,参看第十五题)。 同样计算:

这也就是说,一根 Dg200 管子可以顶 16 根 Dg50 管子使用。从上述情况看出,当两根管子 流速相等时,两根管子的流量各自与其直径的平方成正比。 第六题 有没有简单的方法,可以记住各种管子的大致流量? 有的,如果我们记住 Dg100 为 30 吨/时,再利用管径与流量的关系,其他管径的管子流量就 可以推算出来了。如 Dg200 管子的流量为 22ⅹ30=120 吨/时,Dg300 管子的流量为 32ⅹ 30=270 吨/时,Dg50 管子的流量为 Dg25 的管子流量为 这 30 吨/时的流量是怎样来的?我们已知,当流速为 1 米/秒时,Dg100 管子的流量是 28.8 吨/时,那麽流量 30 吨/时的流速,只比 1 米/秒稍大一些,因此粗算时,我们可以认为流速 也是 1 米/秒,这样好记又好算。 同样,记住 Dg100 管子流量 30 吨/时的流速是 1 米/秒,其他流速的流量,也可以利用流速 和流量的关系算出来。例如,当流速提高为 2 米/秒时,流量就是 ,当流速降为 0.5 米/秒时, 流量就是 因此,Dg100 管子的流量算出来,其它管径的流量也就同样可以算出来。 第七题 管道里的流速有没有限制? 管道里流速的大小是一个经济问题,同样的管子,管子大流速就小,这时虽然输送水的电费 低了(参看下面流速与阻力的关系) ,但管子的费用就高了。相反,如果管子很小,虽然管 子价钱低了,但经常输送水的电费高了。所以,这中间有一个最合算的流速(见表 3) 。

流速一般限制范围 适 用 条 件 Dg>500 Dg<500 Dg>200 Dg<200 Dg>200 Dg<200

表3 流速(米/秒) 1~1.5 0.5~1 2~2.5 1.5~2 1.2~1.5 1~1.2 1.5~2

室外长距离管线 水泵出水管 水泵吸水管 车间一般管线

表 3 的流量限制反映两条规律,第一、管径大的,流速可以用得高一点;第二、管道短的, 流速也可以用得高一点。这时在一般条件下的参考。在特殊的情况下无论大官或小管,流速 最大可以到 2 米/秒~3 米/秒,也可以小到 0.3 米/秒。这要结合施工情况和管道长度以及水 泵等具体工程条件灵活掌握。 第八题 管道里的流量不变,他的流速会不会变化? 这个问题应该附加两个条件才提得明确,第一、管子直径没有变化;跌入、在管道上没有支 管进水,也没有支管出水。有了这两个条件可以得出答案:在这条管道上,任何一处的流速 都是相等的,并且不会变化。 为什麽流速不变呢?因为流量是由流速和面积决定的,流量、流速和面积是互相配套的,这 三个因素中,流量和面积不变,流速也不会发生变化。 这个问题的提出是因为:当管子流水的时候,管道上每一处的压力都是不同的(从压力表上 可以看出来) ,往往会使人错误认为,流速和压力一样,也会跟着变化。 第九题 压力和流速究竟有什麽关系?

管道里的压力是顺着水流的方向逐渐变小的。 但是, 管道的流速在流量不变的时候却是不变 的。我们讨论压力与流速的关系,实际是指管道上两点间的压力差和两点间流速的关系。因 为,当管道两点间的长度固定不变后,决定管道两点间的流速是两点的压力差,而不是某一 出单独的压力绝对大小值。压力差大的时候,流速就一定大。反之,流速减小,压力差也一 定变小了。在弄清楚压力差和流速的关系前,应该先把压力的概念和单位搞清。 第十题 压力表上的压力大小用公斤表示(例如 2 公斤的压力) ,另外,我们又常说多少高 水柱压力(例如 5 米高水柱的压力) ,它们之间有什么关系? 我们一般说 2 公斤压力,这只是为了说起来方便,但不确切,严格地说,应该是 2 公斤/厘 米 2,这是指在一个平方厘米的面积上压有 2 公斤的力量,包括了一个面积的因素在里面。 说得更确切一点,这是一个压力强度。知道这个压力强度之后,在任何大小面积上,压的力 量就可以算出来了。例如,在 2 厘米 2 上就有 2ⅹ2=4 公斤力量,在 10 厘米 2 的面积上就 有 2ⅹ10=20 公斤力量。 水柱的高度,怎样能折合成公斤/厘米 2 的压力单位呢?这只要把压在 1 厘米 2 面积上水柱 的重量算出来就成了。 例如, 米水柱在 1 厘米 2 面积上的体积为 500(厘米)ⅹ1(厘米 2)=500 5 厘米 3,重量为 0.5 公斤(因为 1000 厘米 3 水就是 1 升水,中 1 公斤),所以 5 米水柱就折合 成 0.5 公斤/厘米 2 的压力。 这里提出了一个重要的换算问题,10 米水柱压力折合成多少公斤/厘米 2?10 米水柱在 1 厘 米 2 面积上的体积为 10ⅹ100 厘米ⅹ1 厘米 2=1000 厘米 3=1 升,重 1 公斤,所以 10 水柱压 力恰好折合为 1 公斤/厘米 2 的压力。 1 公斤/厘米 2 的压力相当于 10 米水柱的压力,这时一个重要换算关系。根据这个关系,我 们就可以进行许多压力的换算。例如,0.1 公斤压力折合成 0.1ⅹ10 米=1 水柱的压力,100 毫米水柱(即为 0.1 米水柱)的压力折合成 0.1ⅹ1/10=0.01 公斤的压力。 为什麽要用水柱高来表示压力呢?这有两个原因:一个是为了便于计算阻力(这在以下问题 中解答)。另一个是使我们对于压力有一个概念。例如,一个 10 米水深的池子,池子底上的 压力就是 10 米水柱。同样,如果水管的压力是 1 公斤/厘米 2,也就是 10 米水柱的压力。这 个 10 米水柱高怎样体现呢?我们如果在水管的垂直方向接一根管子,就可以看见这根垂直 管子里的水位上升到 10 米的高度。这就给出了一个形象的概念。 总的说来,公斤/厘米 2 这个压力单位给的是一个抽象的概念。米(水柱)这个压力单位给出了 一个形象的概念。水力学上又把水柱高度叫做水头,所以,把 5 米水柱的压力也就说成 5 米水头。 第十一题 压力差和管道的阻力有什么不同? 我们在管道上某一点接一个压力表,所测得的读数就是那一点的压力。在水流动的时候,管 道上的压力是沿着水流的方向逐渐变小的。例如,在水泵的 Dg150 出水管上压力是 2 公斤/ 厘米 2,但到距这点 200 米远的地方压力,可能下降成 1.5 公斤/厘米 2。这 2-1.5=0.5 公斤/ 厘米 2 就是两点间的压力差。这个压力差相当于 5 米水柱,所以,把 5 米水柱的压力也就说 成 5 米水头。 这 5 米水柱到哪里去了呢?因为, 水在这 200 米管道里流动的过程中, 水与管壁的摩擦以及 水域水之间的摩擦而消耗掉了。所以,水力学把这 5 米水柱的压力差叫做水头损失。它反映 了长 200 米管道的阻力,或者说,在长 200 米的 Dg150 管道的水流过程中,由于管道的阻 力,产生了 5 米的水头损失。管道的阻力和压力差(或水头损失)在数值大小上是相等的,但 管道阻力指的是本质的东西, 压力差指的是阻力所产生的现象。 由于管道阻力只能通过压力 差才能测出来, 所以说, 压力差与流速的关系, 实际是指管子阻力与流速的关系。 也就是说, 必须知道一段管道两头的压力差和这段管道的长度, 才能算出管子每 1 米的阻力和这段管道

里的流速来。 必须指出,决定流速是管道两点间的压力差,而不是某一处的压力大小。因此,如果压力差 不变(也就是管道的阻力不变),流速也就不变。如上例,这段长 200 米的 Dg150 管道两头的 压力, 如果分别换成 4 公斤/厘米 2 及 3.5 公斤/厘米 2 或者 10 公斤/厘米 2 及 9.5 公斤/厘米 2, 由于压力差仍然是 0.5 公斤/厘米 2,所以管子里的流速也就保持不变。至于 2 公斤/厘米 2、 4 公斤/厘米 2 及 10 公斤/厘米 2 这些压力本身所引起的差异,我们在第二十三题讨论 第十二题 管子的阻力怎样计算? 管子的阻力是用试验求得的,如公式: 管道阻力=管道长度ⅹ管道 1 米的阻力 管道 1 米的阻力=阻力系数ⅹ(流速)2 第一个公式, 说明管道的阻力和它的长度成正比例。 米管子的阻力就是 1 米管子的 10 倍。 10 所以,1 米管子的阻力知道了,乘上管长,就得出管道的总阻力。 第二个公式, 说明怎样计算 1 米管子的阻力。 从公式可以看出 1 米管子的阻力与流速的平方 成正比例。阻力系数是通过试验求得的,它本身可以写成一个复杂的公式。如两根管子的材 料(包括管壁粗糙度相同)、 管径和在馆子里流动的物质(例如都是水)以及温度都是一样的话, 那么用试验求出的阻力系数大小也是不变的。 如果管子里流动的物质不变, 管径变了或者管 子里面管壁的粗糙程度也变了,那么阻力系数也就变了。同样一根管子,虽然它的管径和管 壁的粗糙程度式固定了的如果用来输送蒸汽, 那么, 它的阻力系数就和输送水时的阻力系数 不一样。阻力系数的公式为什么复杂呢?就因为它必须反映这些变化的规律。 在设计时,我们不是从头去计算每根管子的阻力系数,而是从已经计算好的表格中,查出管 子 1 米的阻力(见表 4-1 及表 4-2)。 第十三题 怎样使用铸铁管水力计算表? 表 4,是从 1968 年中国工业出版社出版的《给水排水设计手册第四册,室外给排水──管渠 水力计算图表》编制成的,包括 Dg500 管径以下的管子,可供一般计算使用。 表 4 中的流量,列出了两种单位,一种是升/秒,一种是米 3/时。表 4-1 的流量按升/秒成整 数排列的,表 4-2 的流量按米 3/时成整数排列的,以便于查用。1 升/秒合 3.6 米 3/时,所以, 表 4-1 的第一个流量 2 升/秒=2ⅹ3.6=7.2 米 3/时。 从表 4 第一竖行,某一管径向右查,就可以在某一个流量的下面,找到相应的流速和阻力。 在本书以后的叙述中,表 4 都是指表 4-1 说的,个别处引用表 4-2 时,则特别注明。 例 查 Dg100 铸铁管,在流量 25.2 米 3/时及 50.4 米 3/时的流速和阻力? 解 有 Dg100 一行向表的右方找,在流量 25.2 米 3/时的下面查到流速为 0.91 米/秒,每米阻 力为 18.6 毫米水柱,在 50.4 吨/时流量下查到流速为 1.8 米/秒,阻力为 71.6 毫米水柱。 知道每 1 米阻力后,管道的总阻力就可以用管子的长度乘每 1 米的阻力求得。例如,在流量 25.2 米 3/时,管长 100 米,求 Dg100 管道阻力为: 100ⅹ18.6=1860 毫米=1.86 米 在流量为 50.4 吨/时,管长 100 米时,求 Dg100 管道的阻力为: 100ⅹ71.6=7160 毫米=7.16 米 注意,表 4 中阻力损失单位为毫米,计算时要换算成米。 说明: 1、流速单位:米/秒;阻力(指每米管子的压力损耗)单位:毫米水柱/米 2、应用表 4-1 和表 4-2 时,请将下半部分拼在上半部分的右边,即组成一个整表,便于 查看。 第十四题 表 4 的铸铁管水力计算表做了哪些简化,会不会影响计算的准确度? 表 4,是从给水排水设计手册的管渠水力计算图表上,做了以下简化: (一)精简了 Dg50 以下管子和 Dg600 以上管子的资料,因为一般不常用这些管子。

(二)精简了流量的资料。例如 Dg75 管子流量,原书从 0.9 升/秒起到 13.0 升/秒,每隔 0.1 升/秒有一个流量。 4 简化为每隔 1 升/秒一个流量, 表 而且限于 2 升/秒到 11 升/秒的范围内。 这样的表,在一般设计中是够用了。因为流速包括 0.5 米/秒到 2.6 米/秒这个范围,复合管 道流速的一般要求。Dg75 管子的流量每隔 1 升/秒也是合适的,因为在流速方面只有约 0.2 米/秒的变化。 (三)对于流速,表 4 中只取两位数,阻力只取一位小数。是由原表按四舍五入的办法得来 的。这对一般计算的影响很小,可以简化。 第十五题 从铸铁管水力计算表可以找到那些规律? 可以找到两条规律: 第一、阻力和流速之间的关系。从表 4 的资料,可以计算出管子的主力系数,因为 管子 1 米长的阻力=阻力系数ⅹ(流速)2 所以 例如,Dg100 管子在流速 0.91 米/秒(流量 25.2 米 3/时),阻力为 18.6 毫米, 则 在流速为 1.4 米/秒时,阻力 44.2 毫米(流量 38.7 米 3/时), 则 这证明了阻力系数是不变的(参考第十二题)。然后,用流速的变化推算阻力,得下列公式: 例 Dg100 管子,流速在 0.7 米/秒时的阻力为 10 毫米,求流速 1.4 米/秒时的阻力。 解 第二、阻力和管径间的规律。两根管子在长度和流速都相等的情况下,究竟大管径的管子阻 力大,还是小管径的管子阻力大?我们从表 4 中的数据,可以找出规律,如下式: 或 上式告诉我们,流速相等和长度一样的两根管子,管径越小,阻力越大。在选用小管径的管 子时,要注意这一点 第十六题 知道管道阻力的规律有什么用处? 有下列三个方面的用处: 第一、在设计时,可以帮助我们选择经济合理的管径。如第七题提出的限制流速的原因。 为什麽一般流速都在 1.5 米/秒以下呢?因为在流速大的时候,阻力就增加的快。例如,2 米 /流速的阻力,就是 1 米/秒流速阻力的 4 倍,因此,电费也是 4 倍,这就不合算了。 为什麽 Dg500 以上大管子的允许流速可以高一些,而小管径的允许流速却要低一些呢?因 为在同样的流速下,小管径的阻力比大管径的阻力大得多,如 Dg250 管子的阻力比 Dg500 管子的阻力至少大一倍,Dg100 管子的阻力比 Dg200 的管子的阻力也至少大一倍,所以, 管子越小,越要用低流速。 第二、在维修或更换管子时,可以帮助我们估计不同管径的阻力变化。 例 同样的流量如果用 Dg100 管子代替 Dg150 管子,阻力增加多少倍呢? 解 (1)先求 Dg150 管子及 Dg100 管子的面积比,计算出阻力因流速加大而增加的倍数。 管子的妙计减少 2.25 倍,流速就增大 2.25 倍,所以 (2)估计由于管径减少而引起的阻力加大。 由上一问题,知道 Dg100 管子的阻力比 Dg150 管子的阻力大 (3)综合上述结果得知:在同样的流量下,如果,把 Dg150 管子换成 Dg100 管子,阻力至少 要增大 5ⅹ1.5=7.5 倍。 例如,从表 4 中查出,当流量为 32.4 米 2/时,用 Dg100 管子,每米阻力为 29.9 毫米水柱, 用 Dg150 管子,每米阻力为 3.9 毫米水柱,阻力为 这就得除了证明。

第三、可以帮助我们推算表 4 没有列出的阻力。 第十七题 怎样具体利用表 4 进行计算? 有下面几种情形: (一) 已知管道的长度、管径和流量,求流速和阻力。 例 Dg100 管子,长 250 米,流量 32.4 米 3/时,求流速和阻力。 解 查表 4Dg100 的横行中, 流量为 32.4 米 3/时, 得流速为 1.2 米/秒, 每米阻力为 29.9 毫米, 则 250 米长的管道的阻力=250ⅹ29.9=7500 毫米=7.5 米水柱 (二)已知流量,选择管径,并计算流速和阻力。 例 一条流水的管道,流量为 72.0 米 3/时,要输送 600 米长,应该选用多大的管径、流速和 阻力? 解 由表 4 流量 72.0 米 3/时一行往下找,先查得 Dg150 管子流速为 1.2 米/秒,比一般允许 流速大, 所以不用这个数据。 再查得 Dg200 管子流速为 0.64 米/秒, 在一般允许流速范围内, 可以采用。Dg200 管子每米阻力为 4 毫米水柱,故 600 米长管道的阻力为:600ⅹ4=2400 毫 米=2.4 米水柱。 (三)已知管径、管长和两头的压力差,计算管道里的流速和流量。 例 Dg150 管道,长 400 米,管道两头的压力差为 0.5 公斤/厘米 2,求管道的流速和流量。 解 0.5 公斤/厘米 2 压力=5 米水柱压力=5000 毫米水柱压力 长 400 米管道的压力差为 5000 毫米水柱,所以每米的压力差为: 5000÷400=12.5 毫米水柱 从表 4 中 Dg150 管子这行向右找,在阻力 12.5 毫米水柱时,查得流速为 1.0 米/秒,流量为 61.2 米 3/时。 (四)已知管径,估算管道的大致流量。 表 4 虽然列出了不同流速的许多流量,但从一般管道的允许流速说来,大致都在 1 米/秒左 右, 因此, 可以按 1 米/秒流速来查流量, 作为一个粗估的数字。 第六题告诉我们, 记住 Dg100 管子的流量是 30 吨/时,用它作为推算其它管子流量的基数,就是这样来的。 第十八题 表 4 查不到的流量、流速和阻力,应该怎样计算? 这有三种情形: 第一、表中查不出流量来 例 可用 Dg100 管子,流量为 30 吨/时,求流速和阻力。 解 (1)对比计算法:在表 4 中查到 Dg100 管子的流量在 25.2 吨/时,是接近 30 吨/时,其流 速为 0.91 米/秒,每米阻力为 18.6 毫米水柱。 (2)插入计算法: 根据表 4, 流量 30 吨/时正好在 25.2 吨/时及 32.4 吨/时两个流量之间, 因此, 流量 30 吨/时的相应流速和阻力也应该在这两个流量之间。我们可根据这些数据估算:如流 量 25.2 吨/时的流速为 0.91 米/秒;流量 32.4 吨/时的流速为 1.2 米/秒。则流量 30 吨/时的流 速可以估算成 1.1 米/秒。这是因为流量从 25.2 吨/时到 32.4 吨/时,增加 7.2 吨/时;流速从 0.9 米/秒到 1.2 米/秒增加 0.3 米/秒。而流量 30 吨/时比 25.2 吨/时增加 4.8 吨/时。按比例, 它的流速应增加 。所以,流量 30 吨/时的流速,应该是,在流量 25.2 吨/时的流速上,再 加流量 30 吨/时与 25.2 吨/时之间的流速比差则为 0.9+0.2=1.1 米/秒。用同样的方法,流量 25.2 吨/时的阻力为 18.6 毫米,流量 32.4 吨/时的阻力为 29.9 毫米,可以得出 30 吨/时的阻 力为 26 毫米(由表 4-2 可以直接查出 25.6 毫米)。 (3)直接估计法:这是一种在急需的情况下采用的简便方法。如在 0.91 米/秒和 1.2 米/秒两个 流量间可以直接估出 1 米/秒这个流速。 18.6 毫米水柱和 29.9 毫米水柱两个阻力间可以估 在 出 26 毫米水柱,即便估计得不太准,估成 25 毫米或 27 毫米,对计算的精度影响不大。 第二、表中查不出流速来

例 可用 Dg100 管子,流速为 1 米/秒,求流量和阻力。 解 从表 4 中查到 Dg100 管子流速为 0.91 米/秒时,流量为 25.2 吨/时,阻力为 18.6 毫米水 柱,所以得: 同样,仿照上面第一解(2)和解(3)的办法计算。按照解(3)的办法可直接估出流速 1 米/秒的流 量约为 28 吨/时左右,阻力约为 23 毫米左右。 第三、表中查不出阻力来 例 可用 Dg100 管子,200 米长度上的压力差为 0.8 公斤/厘米 2,求流速和流量。 解 压力差 0.8 公斤/厘米 2 合 8 米水柱压力,所以得: 从表 4 查到 40 毫米水柱的阻力在 29.9 毫米及 44.2 毫米间,其流速为 1.2 米/秒及 1.4 米/秒, 所以取中间流速 1.3 米/秒,其流量为 32.4 吨/时及 39.6 吨/时,取中间流量 36 吨/时。最后, 得出 40 毫米水柱阻力的流速为 1.3 米/秒,流量为 36 吨/时。 第十九题 在实际工作中,究竟怎样体现一段管道的压力差产生一定的管道流速? 我们知道管道两头有压力差,水才会流动,也就是说,压力差产生了流速,但是在实际工作 中, 这个压力差怎样产生的呢?这个问题使我们对于压力的理论需要进一步探讨, 同时也把 我们逐渐引入有关水泵的讨论。现在举例说明如下: 例 如第十七题中的例题,长 400 米的 Dg150 管道,在 5 米水柱压力差下,流量 61.2 吨/时, 流速 1 米/秒。这 5 米压力差可由三个基本情况表示出来: (1)把 400 米长的管道铺成斜坡,这一头比另一头高出 5 米,这 5 米高差就产生 5 米水柱的 压力差。因此,如果从高的一头不断进水,那么,管道的流量一定时 61.2 吨/时,流速就一 定是 1 米/秒。管道的坡道可以表示为 5/400(读成四百分之五,400 米是坡度的斜边长度。严 格说,坡度应该用水平距离除高差来表示,由于水平距离比 400 米略小,所以真正的坡度应 该比 5/400 略大),但一般管道的坡度都用千分之几表示,5/400 可以换算成 ,因此,这段管 道的坡度应该表示成 , 简写成 12.5‰(读成千分之十二点五)。 这个计算表明, 如果, Dg150 把 管道按 12.5‰的坡度铺设,那它就能保证水的流速为 1 米/秒,流量为 61.2 吨/时。12.5‰的 坡度也就是每米(1000 毫米)管道两段的高差是 12.5 毫米,这 12.5 毫米水柱也就是 Dg150 管 道在流量为 61.2 吨/时每一米的阻力(见表 4)。 (2)长 400 米 Dg150 的管道铺成水平的,但一头接在水池上,池里的水位比管中心高出 5 米, 并且保持不变,那么,Dg150 管子里的流量也就保持为 61.2 吨/时不变,流速也就是 1 米/ 秒。 (3)把 Dg150 管接在水泵出水管上(水泵流量要大于 61.2 吨/时),长 400 米管道也是水平的, 管道两端都装压力表,并且在 400 米长管道前面还有闸门。在水泵开动后,如果我们能调节 闸门,时两个压力表的读数恰好是 0.5 公斤/厘米 2(即 5 米水柱),那么,管子的流量一定时 61.2 吨/时,流速也一定是 1 米/秒。这里,我们不规定多大流量和多大扬程的泵,只要做到 这条管道两头的压力差是 0.5 公斤/厘米 2。那么,这个 61.2 吨/时的流量和 1 米/秒的流速就 会得到保证。 上面说的只是基本情况, 但它们间还可以互相组合起来产生压力差。 例如, 把长 400 米 Dg150 管子两端铺成 2 米的高差, 高的一头接水泵, 如果在高低两段的压力表能量得 0.3 公斤/厘米 2(合 3 米水柱)的压力差,那么,总的压力差也是 5 米水柱,所以,流量也一定是 61.2 吨/ 时。这就是应用上面(1)和(3)的情况组合产生的压力差。但这里和(3)情况不同的是:上面的 0.5 公斤/厘米 2 压力差圈是由水泵给的,这里水泵只给 0.5-0.2=0.3 公斤/厘米 2 的压力差, 0.2 公斤/厘米 2 压力差是 2 米高差所给的。这个道理对于后面理解水泵的扬程时很重要。又 如, 水池的水在管道这一头中心线上有 3 米深, 把长 400 米的 Dg150 管道的另一头铺设成 2 米高,也同样得到总压力差为 5 米,所以流量也一定是 61.2 吨/时,这就是利用(1)和(2)情况的

组合. 第二十题 管道的总阻力包括哪些部分? 上面都是讨论直管子的阻力。但管道一般都包括有许多管件,如弯头、三通、闸门和指挥法 等等。水流过这些管件的时候,也同样要克服阻力。这些管件所产生的阻力,我们叫做局部 阻力。另外,我们把直管子的阻力叫做沿程阻力。所以:管道总阻力=管道沿程阻力+管道 局部阻力。(单位:毫米水柱)。 从表 4 查出每米长的阻力后, 就可以计算出管道的沿程阻力。 剩下的问题是如何计算管道的 局部阻力。 第二十一题 管道的局部阻力应该怎样计算? 管道的局部阻力也和管道的沿程阻力一样,可用下式表示: 管道的局部阻力=局部阻力系数ⅹ流速 2 (单位:毫米水柱)。 不同的管件,局部阻力系数也是不同的。局部阻力系数是靠实验得来得,计算管件阻力的时 候也是先把局部阻力系数求出来,然后乘上流速的平方数值。 表 5 列出常见的铸铁管道的局部阻力系数,供参考。 铸铁管道的局部阻力系数 表5 管件(管道零件)名称 90°弯头 45°弯头 异径管 由大口流向小口 由小口流向大口 转弯,由中口向直管流水(用中口流速计算) 转弯,由直管向中口流水(用直管流速计算) 转弯,由中口向直管两头通式供水(用直管流速计算) 转弯,两头直管同时向中口流水(用中口流速计算) 直流,中口不进水不出水 直流,中口同时出水(用管件前的流速计算) 直流,中口同时进水(用管件后的流速计算) 阻力系数 15 30 15 30 75 75 75 150 5 50 25 50 5 100 85 150 300

三 通 管

水泵进口(或进水池) 闸阀(全开) 闸阀(开一半) 止回阀 吸水管滤网(无底阀) 底阀代滤网

注:局部自力系数,是将通常的计算公式简化后求出来的平均值 例 Dg150 的 90°铸铁弯头,流量 61.2 吨/时,阻力多大? 解 先查表 4 Dg150 管子在流量 61.2 吨/时的流速为 1 米/秒,再查表 5 中 90°弯头的阻力系 数为 15,所以: Dg150 的 90°弯头阻力=局部阻力系数ⅹ流速 2=15ⅹ12=15 毫米水柱 表 5 所列的项目有限,同时每一个局部阻力系数是一般平均值。例如,90°铸铁弯头的局部 阻力系数为 15,但当弯曲半径变了,这个系数也就相应地变了。如果是焊接的钢管弯头, 则系数更不同了。从表中看出,底阀、吸水管滤网、止回阀、三通等阻力系数较大,其它管 件的阻力系数都较小。至于表 5 中没有列出来的其它管件的局部阻力系数,都在 30―50 以 下,按管道流速算出来的阻力也是比较小。因此。在一般的管道流速范围内,特别是管道比 较长,局部阻力比沿程阻力小得多的时候,这就没有必要把局部阻力算得很精确。

第二十二题 究竟实际管道的阻力应该怎样计算? 举例说明如下: 图 1 给水管道系统是由吸水井向沉淀池送水, 公包括三台 10Sh-13 水泵(先不管水泵的型号), 平时使用二台,每台输水量 400 吨/时,共输水 800 吨/时(图中只画出最边上的一台水泵)。 这 800 吨/时的流量要送进三座沉淀池里(图中只画出外边的一座)。沉淀池的流量是按 300 吨/时考虑的。 从吸水井底阀起到水泵止为 Dg300 管道, 从水泵到 500ⅹ250 异径管止为 Dg250 管道,从 Dg500ⅹ250 异径管起到入沉淀池前 Dg500ⅹ250 三通止为 Dg500 管道,从沉淀池 前 Dg500ⅹ250 三通起到入沉淀池口止为 Dg250 管道(图 1 如下)。 例 1 计算从水泵出水管口 Dg500ⅹ250 异径管起到沉淀池进水口处止,一段管道的总阻力 (按二台水泵流量 800 吨/时计算)。 解 (1)计算从水泵出水管口 Dg500ⅹ250 异径管到沉淀池前 Dg500ⅹ250 三通的沿程阻力: 由表 4-2 查 Dg500 管子,流速为 1.1 米/秒得流量 800 吨/时的阻力为每米 3.4 毫米。 Dg500 管道总长=10+1.5+2.7+15+220+180+525+50+35+50+150+20+235+80+20+10=1604.2 米 ≈1604 米。所以 Dg500 管道的沿程阻力=1604ⅹ3.4=5450 毫米。 (2)计算进沉淀池 Dg250 支管的沿程阻力 由表 4-2 查得 Dg250 管道流量为 300 吨/时, 流速为 1.7 米/秒, 阻力为每米 19.1 毫米。 Dg250 管长=20+8.5+2+1=31.5 米。 所以 Dg250 管道的沿程阻力=31.5ⅹ19.1=602 毫米 以上管道沿程阻力合计=5450+602=6052 毫米 (3)计算管道局部阻力 Dg500 管道在流量为 800 吨/时,流速为 1.1 米/秒。图 1,从水泵出水口的 Dg500ⅹ250 异径 管起到沉淀池前 Dg500ⅹ250 止 90°弯头共有 7 个,由表 5 查得 90°弯头的局部阻力系数为 15,所以,90°弯头的局部阻力=7ⅹ15ⅹ1.12=127 毫米。 Dg500 管道上的 60°弯头共有 4 个,在表 5 中查不到,所以参考 90°弯头的局部阻力系数 15 和 45°弯头的局部阻力系数 10,取其中间系数 12.5。所以,60°弯头的局部阻力系数=4ⅹ12.5 ⅹ1.12=61 毫米。 Dg500 管道上的 45°弯头共有 4 个,在表 5 查得局部阻力系数为 10,所以,45°弯头的局部 阻力=4ⅹ10ⅹ1.12=48 毫米。 水通过两个 Dg500ⅹ250 的三通(一个从中口同时进水,一个中口不进水也不出水),查表 5 得局部阻力系数分别为 25 及 5。所以,三通的局部阻力=(25+5)ⅹ1.12=36 毫米。 Dg500 干管向 Dg250 支管流水,要通过一个 Dg500ⅹ250 的三通管,起局部阻力系数为 75, 仍用 Dg500 干管的流速 1.1 米/秒。所以,Dg500ⅹ250 的三通局部阻力=75ⅹ1.12=90.75≈91 毫米。 入沉淀池前的支管上有 Dg250 闸阀(全开)一个,局部阻力系数为 5,有 90°弯头 3 个,每个 弯头的局部阻力系数为 15,支管流速为 1.7 米/秒。所以,1 个闸阀和 3 个 90°弯头局部阻力 =(5+3ⅹ15)ⅹ1.72=144.5≈145 毫米。 以上管道局部阻力合计=129+61+48+36+91+145=508 毫米。 管道的总阻力共计=管道沿程阻力+管道局部阻力=6052+508=6560 毫米≈6.6 米。 我们可以验算这段管道的局部阻力和沿程阻力的比例值: 从计算的结果看出,管道的局部阻力比管道的沿程阻力小得多,局部阻力值由沿程阻力的 8.4%。 例2 计算从水泵的吸水管底阀起到出水管上异径管 Dg500ⅹ250 止的管道总阻力。 解 (1)计算吸水管道的阻力 吸水管道从底阀起到水泵的进水口止, Dg300 管道同样也有沿程阻力和局部阻力的分别。 由

表 4-2 查得流量 400 吨/时在 Dg300 吸水管中的流速为 1.6 米/秒, 每米阻力位 12.6 毫米。 Dg300 管长为 1+2.3+3.5=6.8 米。所以,沿程阻力=6.8ⅹ12.6=86 毫米。 吸水管底阀的局部阻力系数为 300,所以,局部阻力=300ⅹ1.62=770 毫米。 一个 90°弯头的局部阻力系数为 15,所以,局部阻力=15ⅹ1.62=39 毫米。 一个 Dg500ⅹ250 偏心异径管的局部阻力系数为 15, Dg250 管子的流速(当流量为 400 吨/时) 为 2.3 米/秒,所以,局部阻力=15ⅹ2.32=80 毫米。 水泵进口的局部阻力系数为 50,流速为 2.3 米/秒,所以,局部阻力=50ⅹ2.32=265 毫米。 因此, 吸水管道的总阻力共计 =管道沿程阻力+管道局部阻力 =86+(770+39+80+265) =1240 毫米≈1.2 米 (2)计算出水管道的阻力 从水泵出水口 Dg250ⅹ200 到 Dg500ⅹ250 异径管止,出水管 Dg250 在流量 400 吨/时,流速 为 2.3 米/秒,每米阻力为 33.9 毫米,所以: 5 米 Dg250 管道的沿程阻力=5ⅹ33.9=170 毫米 一个 Dg250ⅹ200 的异径管,管径由小至大,起局部阻力系数为 30,通过管件后 Dg250 管 道的流速为 2.3 米/秒,所以: Dg250ⅹ200 异径管的局部阻力=30ⅹ2.32=159 毫米 一个 Dg250 止回阀的局部阻力系数为 85,所以: 局部阻力=85ⅹ2.32=450 毫米 一个 Dg250 闸阀的局部阻力系数为 5,所以: 局部阻力=5ⅹ2.32=27 毫米 一个 Dg250 的 90°弯头局部阻力系数为 15,所以: 局部阻力=15ⅹ2.32=81 毫米 一个 Dg500ⅹ250 异径管,其管径由小变大,局部阻力系数为 30,通过管件后 Dg500 管道 的流速(流量为 400 吨/时)为 0.57 米/秒,所以: Dg500ⅹ250 异径管的局部阻力=30ⅹ0.572=10 毫米 因此,出水管的总阻力共计=管道沿程阻力+管道局部阻力 =170+(159+450+27+81+10)=897 毫米 本例 2, 从水泵吸水管底阀起导出水管上异径管 Dg500ⅹ250 止的管道总阻力=吸水管道的阻 力+出水管道的阻力=1240+897=2137 毫米≈2.1 米。 我们还可以验算这段管道的局部阻力与沿程阻力的比例值, 在水泵的吸水管和出水管系统中 (在水泵房里面)的沿程阻力共计=吸水管 Dg300 沿程阻力+出水管 Dg250 沿程阻力 =86+170=256 毫米。 水泵吸水和出水管道系统中局部阻力=总阻力-沿程阻力,得:2137-256=1881 毫米 管道局部阻力与管道沿程阻力之比值: 从上式可以看出,在水泵吸水和出水的管道系统中,主要是局部阻力,它为沿程阻力的 7.3 倍。 第二十三题 局部水头损失(局部阻力)的计算比较麻烦,有没有简化的计算方法? 从上题看出, 1.6 公里的输水管道中, 在 局部阻力只占沿程阻力的 9%。 但在水泵的管道中(吸 水管和出水管系统)起局部阻力比沿程阻力大得多(这主要是管道很短)。 所以, 我们可以按管 道的长短, 并根据管道沿程阻力的百分数来估算它的局部阻力。 6 列出了局部阻力占沿程 表 阻力的百分数。 同样看出,在水泵房里的管道总阻力(2.1 米)可以估算为 2~3 米。

铸铁管道局部阻力

表6 局部阻力占沿程阻力的% 10~15 15~20 25~50

条件(使用范围) 较大范围的管道 厂区范围的管道 车间内部的管道

第二十四题 在一条用口径的管道上, 两头的压力差定了后, 管道里的流量和流速也就定了。 那么,管道两头真正的压力究竟反映什么要求? 在第十一题指出, 光知道管道口径的大小和管道的一点压力, 我们不能算出管道的流速和流 量来。但是,如果知道管道上两点的压力差和两点间的距离,我们就可以把管道里的流速和 流量算出来。例如,光知道水泵的 Dg150 出水管上压力差的读数为 2.0 公斤/厘米 2,这口井 出多少水是算不出来的。但是,如果我们同时知道,距水泵 200 米远处 Dg150 管道的压力 为 1.5 公斤/厘米 2,这就说明 200 米 Dg150 管道的压力差是 0.5 公斤/厘米 2,那就能算出这 口井的出水量来。同时,只要这个压力差 0.5 公斤/厘米 2 和管长 200 米不变,无论出水管头 上的压力差是 2 公斤/厘米 2 也好,4 公斤/厘米 2 也好,只要另一头的压力相应为 1.5 公斤/ 厘米 2 和 3.5 公斤/厘米 2,对流量大小都没有影响。那么,2 公斤/厘米 2 和 4 公斤/厘米 2, 这些压力的真正大小值究竟反映些什么要求呢?让我们通过实际计算说明如下: 根据上述情况,我们假设出水管头上的压力是 2 公斤/厘米 2,那么,另一头剩余压力是 2-0.5=1.5 公斤/厘米 2, 即 15 米水柱。这 15 米水柱的要求可以表示为: 地形扬程+管道阻力扬程+设备扬程=15 米 这里, 地形扬程和管道阻力扬程都是从 200 米管道末端那一点算到最后供水点的。 设备扬程 是指最后供水点的压力要求。 例如,最后供水点,距压力 1.5 公斤/厘米 2 那点,远处 240 米(即在出水管头 2 公斤/厘米 2 压力点的后面 200+240=440 米处),并且高出管道 4 米,设备扬程(供水点的压力要求)要求 5 米。带入上式得: 。 计算的结果恰好是 15 米,所以,水泵 Dg150 的出水管上有压力 2 公斤/厘米 2 就够了(240 米管道阻力扬程是按 200 米长的阻力 5 米,用正比例计算的,局部阻力已经包括在里面,所 以得 )。 同样,如果在 200 米管道末端的地形扬程、管道阻力扬程和设备扬程需要 35 米的时候就要 求水泵 Dg150 出水管上有 4 公斤/厘米 2 的压力。因此,管道两头的真正压力,是反映能否 保证管道总扬程的需要。 第二十五题 钢管的阻力能不能用表 4 来计算? 管道的阻力是随着管壁的粗糙程度,管径大小和管道里流的东西而变化的。如果,钢管和铸 铁管一样,在管子里面同样流的是水,那么,表 4 是不是可以用来计算钢管的阻力呢?这就 决定了管壁的粗糙程度和管径大小了。 旧的钢管和旧的铸铁管, 他们的管壁粗糙程度基本一 样, 所以钢管的阻力和铸铁管的阻力, 其差别主要在于他们之间的管径大小了。 例如, Dg100 的铸铁管,它的真正内径也是 100 毫米,但是 Dg100 的钢管,它的真正内径却是 106 毫米, 因此同样水的流量,在 Dg100 钢管中的流速比在 Dg100 铸铁管中的流速要小 10%左右,而 阻力应当小 20%左右(钢管的面积比铸铁管的面积越大 10%,则铸铁管的流速是钢管的流速 1.1 倍,阻力和流速的平方成正比,所以,铸铁管的阻力是钢管的阻力 1.12=1.21 倍,即约 达 20%)。按这个道理使用表 4,要把查得的流速和阻力打一个折扣,就得到钢管的阻力了。 使用表 4 计算钢管应乘校正系数如表 7 钢管水力计算的校正系数 表7 公称通径 Dg75 流速校正系数 0.80 阻力校正系数 0.70

Dg100 Dg150 Dg200 以上

0.85 0.90 1.00

0.75 0.80 0.90

例 Dg100 的钢管,管内流量 39.6 吨/时,计算流速和每米阻力。 解 由表 4 查得 Dg100 铸铁管内水流流速为 1.4 米/秒,由表 7 查得换算 Dg100 钢管的流速 校正系数为 0.85,所以 Dg100 钢管的流速为:1.4ⅹ0.85=1.2 米/秒。 再从表 4 查得 Dg100 铸铁管内水的流量为 39.6 吨/时, 每米的阻力为 44.2 毫米, 由表 7 换算 Dg100 的钢管阻力校正系数为 0.75,所以 Dg100 钢管每米的阻力为:44.2ⅹ.75=33.2 毫米。 第二十六题 小管径钢管的阻力怎样计算? 表 4 所列的铸铁管最小管径为 Dg75,不能用于计算室内生活用水的小口径钢管。小管径钢 管的阻力计算如表 8(第十五题介绍的有关管道阻力的规律对表 8 仍然适用)。 第二十七题 铸铁管水力计算表(表 4)对于其它的管材和流动物资的阻力计算由没有用处? 管道的阻力是和管子里流什么物资有关的, 其中也包括温度的关系。 4 是铸铁管在流水时 表 的阻力,是根据水温为 10℃时得出来的。如果水温低了,阻力还要加大,水温高了,阻力 就会减小。但一般都不考虑,所以用表 4 计算钢管的阻力,是一种粗略估算。同样,利用表 4,可以估算其它管材和流动别种物质管道的阻力。杂实际使用上,准确程度也够用。 第一、输水管道。是用混凝土或钢筋混凝土管道时,同样可以利用表 4 估算阻力。至于管壁 很光滑的管道如塑料管、钢管等,可用表 4 查出阻力后,再按表 9 系数校正。 非铸铁管道的阻力校正系数 表9 管材种类 光滑管(塑料管、钢管) 混凝土管及钢筋混凝土管 流速(米/秒) 0.25 0.9 不需要校正 0.5 0.8 1.0 以上 0.7

第二、输水以外的其他物质的管道。根据以上的方法,算出阻力再乘流动物质的比重,即为 实际阻力(不包括粘性比水大很多的流体,如机油等)。 例 1 Dg100 塑料管,输送比重为 1.2 的硫酸,当流量为 32.4 米 3/时(不能说成 32.4 吨/时), 求流速和每米阻力? 解 由表 4 查得流速为 1.2 米/秒,阻力每米为 29.9 毫米水柱。由表 9 查知,阻力应城 0.7 校正系数,然后,再乘硫酸的比重 1.2,则得阻力为:29.9ⅹ0.7ⅹ1.2=25.1 毫米水柱/米。 注意,我们下面讨论水泵时,都是指抽升水说的,水泵样本上的扬程也是指水柱,如果抽升 的物质,它的比重比水大,就要按比重进行折算。对于地形扬程和设备扬程也同样要乘上该 物质的比重进行折算。 例 2 长 100 米 Dg150 的塑料管,输送比重为 1.2 的硫酸,流量为 30 升/秒,局部阻力已折 合成沿程阻力,包括在 100 米长度之内,地形扬程 10 米,设备扬程 5 米,求硫酸泵总扬程 水柱高? 解 查表 4 流量为 30 升/秒(即 108 米 3/时),流速为 1.7 米/秒,每米阻力为 37.7 毫米,再查 表 9 得塑料管的阻力校正系数为 0.7,再乘上比重 1.2 则为: 输水时管道沿程阻力扬程=37.7ⅹ0.7ⅹ1.2ⅹ100=3160 毫米水柱=3.16 米水柱 输送硫酸时管道的地形扬程及设备扬程折合成水柱高=(10+5)ⅹ1.2=18 米水柱 硫酸管道系统的阻力按 3 米酸柱估计,折合成水柱高=3ⅹ1.2=3.6 米水柱 输送硫酸管道的总扬程=3.16+18+3.6=24.76≈24.8 米水柱 所以,选硫酸泵时就要把总扬程算成 24.8 米水柱。 第二十八题 蒸汽管的流量和阻力怎样计算?

蒸汽和水的最大差别是:1 米 3 的水在任何压力下,基本是 1 吨重。但是 1 米 3 蒸汽的重量 却是随压力的大小变化的。所以同样的管道,同样的流速,每小时流的蒸汽重量,在不同压 力下是不相同的。这样,计算流量和阻力的方法也就复杂了。表 10,为估算蒸汽管流量和 阻力之用。 第一、表 10 列出的蒸汽管是无缝钢管。无缝钢管的真正内径,是由外径扣除壁厚计算出来 的。例如,32ⅹ3.5 的钢管,其真正的内径是 32-(2ⅹ3.5)=25 毫米。 第二、表 10 列出的蒸汽管道,是在六种压力下的流量和阻力,其流速范围为 20 米/秒到 40 米/秒。在不同的蒸汽压力下,虽然是同样流速而流量和阻力却是不同的。例如,在 6 公斤/ 厘米 2 表压下的 32ⅹ3.5 管道其流速在 20 米/秒时流量为 0.13 吨/时,但在 9 公斤/厘米 2 表 压时,流速仍在 20 米/秒时而流量却为 0.18 吨/时。两种压力下的阻力也分别为 97 和 135 毫 米水柱/米。 第三、在压力相同的条件下,管道里蒸汽的流量、阻力与流速的关系和水的流量、阻力与流 速的关系是一样的,即在同一管道中: 例如,89ⅹ4 的蒸汽管道在 6 公斤/厘米 2 表压下,当流速在 20 米/秒时的流量为 1.34 吨/时, 阻力为 22 毫米水柱/米。则流速在 40 米/秒时的流量和阻力可以计算为: 时 计算结果与表 10 所列基本相符。 两条蒸汽管道的流速相等,管径不同时,其流量的变化的倍数,自然也是两条管径的平方比 的关系(见第五题)。例如,由 32ⅹ3.5 钢管(实际内径为 25 毫米)的流量 0.13 吨/时,可以算 出 57ⅹ3.5 钢管(真正内径为 50 毫米)的流量是 时,计算结果和表 10 所列基本相符。 第四、同样管径和同样流速的蒸汽管,在不同的压力下,其流量和阻力的变化规律如下式: 高压流量=[高压(表压)+1]÷[低压(表压)+1]ⅹ低压流量 高压阻力=[高压(表压)+1]÷[低压(表压)+1]ⅹ低压阻力 例: 32ⅹ3.5 蒸汽管道在表压 6 公斤/厘米 2,流速 20 米/秒时,其流量为 0.13 吨/时,阻力 为 97 毫米水柱/米。求表压在 9 公斤/厘米 2,流速在 20 米/秒时的流量和阻力。 解 代入上式 得 表压 9 公斤/厘米 2 时的流量= 时 表压 9 公斤/厘米 2 时的阻力= 计算结果与表 10 所列基本相符。 第五、怎样利用表 10 估计管径? 例: 在一条蒸汽管道内有 6 公斤/厘米 2 表压的蒸汽,流量为 2 吨/时,输送 50 米远,允许 压力降低 0.5 公斤/厘米 2 时,选择管径。 解 假定蒸汽管道内的局部阻力占沿程阻力的 100%,则可按 50 米的一倍,即用 100 米管 长来计算每米允许的压力降,也就是每米管字所允许的阻力大小。管道总共压力降低 0.5 公 斤/厘米 2=5 米水柱=5000 毫米水柱,则得 管道每米允许阻力= =50 毫米水柱 查表 10,表压 6 公斤/厘米 2 一栏得:89ⅹ4 管道在流速 32 米/秒时,流量为 2.14 吨/时,阻 力为 56 毫米水柱/米,这与本题要求的很接近,所以,选 89ⅹ4 的管径。 第二十九题 无缝钢管的管壁厚度是怎样定出来的? 无缝钢管的壁厚可用下式计算: 理论壁厚(毫米)= {1.5ⅹ工作压力(表压)ⅹ公称通径(毫米)}/{200ⅹ钢材允许拉力(公斤/毫米)} 实际壁厚(毫米)=理论壁厚+附加厚度 式中 1.5ⅹ工作压力,为管道出厂前的试验压力。钢管通过蒸汽,在高温下工作,钢材的允 许拉力(亦称允许应力),比一般温度下的允许拉力要小。如 10 号钢可取 10 公斤/毫米 2,其

它优质钢也大致是这个数字。 例 蒸汽在表压 12 公斤/厘米 2 时,求 Dg50 钢管理论壁厚。 解 代入上式 得 理论壁厚 实际上,2 公斤/厘米 2 的低压管也不能采用壁厚 0.45 毫米,因为还要考虑管道加工的误差 和在使用过程中的腐蚀以及安全等因素。这样,实际壁厚就要比理论壁厚多一个附加厚度。 附加厚度至少 2-3 毫米,这时有经验决定的。如表 10 中,Dg50 的钢管壁厚为 3.5 毫米(55 ⅹ3.5 无缝钢管),说明除理论壁厚(约 0.5 毫米)外,附加厚度为 3 毫米。 由于标 10 的管壁厚度是由使用经验得处的,不是由理论计算出来的。因此,在特殊情况下, 可以略为降低附加管壁的厚度。 计算管壁的公式,同样也适用于大钢管和加工的钢管。 第三十题 混凝土排水管道的流量和流速怎样计算? 排水管道中的雨污水,一般是在没有压力的情况下,靠水的自重冲推流动的,所以叫做重力 流。因而排水管道坡度的大小,就决定了水流的快慢。 排水管道通过一般排水量时,往往不是满流的。在一个断面上,水流的深度和管子直径的比 值叫做充满度。例如,Dg200 的管道,管中水深 140 毫米,占管径的 70%,即充满度为 。 排水管道的排水能力,是由管径、管道的坡度和水流的充满度三个条件决定的。管道整个断 面充满水时叫做满流。 如果知道满流的流速和流量, 可以推算出管子在各种不满流情况下的 流速和流量。 11 列出排水管道在满流时的流速和流量。 12 列出由排水管道满流的流速 表 表 和流量,推算出各种不满流情况下的流速和流量的关系。 例 200 毫米管径的混凝土排水管道, 5‰坡度和 0.7 充满度时, 在 求管内水流的流量和流速? 解 (1)查满流时的流量和流速。 由表 11 查出 200 毫米管径的混凝土排水管在 5‰坡度时,流量为 22 升/秒,流速为 0.7 米/ 秒。 (2)计算 70%充满度时,排水管道的流量和流速。 由表 12 查 70%充满度的流量为满流的 83%,所以,70%充满度的流量为: 。 再查 70%充满度时的流速为满流的 112%,所以,70%充满度的流速为: 。 从表 12 看出, 在充满度 90%时, 其流量比满流时的流量还大, 又在 60%到 90%的充满度时, 其流速都比满流时的流速还大,这是因为排水管道满流时,周围管壁的阻力增大,所以,流 速降低,因而单位流量相应地减少了。

三、水泵选择 第三十一题 什么叫作水泵的总扬程? 我们结合第二十二题的计算结果说明如下: 如图 1,水泵(这里先不管水泵的型号,只要进口的尺寸和图 1 表示的相同就行) ,把水从 吸水井里抽出来送到沉淀井去的过程中,做了哪些工作呢? 第一、要把水头提高到 2.3+2.7+8.5=13.5 米的高度。这个高度是由于地形的高差引起的,我 们叫它为地形扬程。 第二、要克服所有管道中的阻力。即第二十二题例 1 所算得的 6.7 米(从水泵出水管 Dg500 ⅹ250 异径管起,到沉淀池进口止,管道的总阻力)和例 2 所算得的 2.1 米(从水泵的吸水管 底阀起,到出水管上异径管 Dg50ⅹ250 止管道的总阻力),共计 8.8 米,接近于 9 米。这 9 米的阻力,实际上也是指把水提高 9 米的意思(参考第十一题),我们叫它为阻力扬程。

第三、当水流进沉淀池之前,在管道出口处还要有一个压力的要求。因为,当水流到 Dg250 管道出口的时候, 上面两部分扬程所给的压力已经消耗光了, 为了让水流出来需要有一定的 压力,所以,要额外加上 2—5 米水头。另外,当管道的末端直接接到某种设备上时,还要 有一个设备工作压力的要求。我们可以把管道末端这些额外要求的压力概括叫做设备扬程。 水泵的总扬程=地形扬程+阻力扬程+设备扬程 如果,我们把管道出口处的设备扬程取为 2 米,代入上式,则: 水泵的总扬程=13.5+9+2=24.5 米 即水泵必须把水从吸水井的水面上抬高 24.5 米, 则每小时 才能留出 400 吨水来。 从上面讨论可以看出, 地形扬程和设备扬程是不随管道流量的变化而变化, 但阻力扬程则随 流量变化而变化的。如果,流量大于 800 吨/时,阻力扬程就会比 9 米大。如果,流量比 800 吨/时小,则阻力扬程就会变得比 9 米小。 第三十二题 什么叫作水泵的吸水扬程? 如图 1,当水泵把井水从吸水底阀经吸水管抽上来,到水泵的进水口的时候,这一段抽升高 程叫作吸水扬程,它包括两部分工作。第一、要把井水从水面提高到与水泵进水口平齐 2.3 米的高度,这叫作吸水地形扬程;跌入、要克服在流动过程中所产生的阻力 1.2 米,这叫作 吸水阻力扬程。 吸水扬程=吸水地形扬程+吸水阻力扬程=2.3+1.2=3.5 米 吸水扬程中的阻力扬程也是随流量的变化而变化的。 特别是, 当吸水管中流速比较大的时候, 阻力扬程变化就大。如果上例在管道上不用 Dg300ⅹ250 异径管而用 Dg250 管子,那么,流 速就会变成 2.3 米/秒,而阻力将是 (见第十五题),这样阻力就增加了 1.3 米。吸水扬程也就 变成 2.3+2.5=4.8 米。一般说,吸水扬程就低,水力条件越好。因此,水泵的吸水扬程还有 一个最大值的限制。 应注意,在吸水阻力扬程中,吸水管的底阀带滤网所占用的比例最大。它在 1.2 米阻力中约 占 0.8 米,所以不用底阀可以减小吸水扬程,节省电费。 第三十三题 水泵的型号怎样表示法? 把常用的两种水泵型号的表示方法,举例说明如下: 例 1 4BA-12 型水泵 4—表示水泵进口直径的吋数(吋为英吋,1 英吋=25 毫米),所以这台水泵的进口为 4 吋,即 4ⅹ25=100 毫米; BA—泵型式的代表字母,这种泵的结构特点是悬臂式的,即水泵是从泵座上伸悬出来的; 12—代表水泵的水力特点,表示水泵的比转数是 120(12 是由比转数 120 除以 10 得来得)。 犹如,4BA-6 型水泵,它与 4BA-12 型水泵的不同点就在于比转数,4BA-12 型水泵的比转 数是 120,4BA-6 型水泵的比转数是 60,其余进口直径大小和结构特点完全一样。 什么是比转数?这是一个从理论上研究水泵的特性得出来的数字, 一般在设计中不用它, 所 以我们不再介绍。简单说,比转数又称比速。比转数是指一个水泵的假想叶轮的转动数字, 用它来表示水泵特性的一个综合性能的参数。 比转数是当流量 0.075 米 3/时, 扬程高 1 米(有 效功率相当于 1 马力)所具有的转动数,叫做比转数。反之,流量小扬程高的水泵,它的比 转数就小。也就是,比转数越小,水泵的扬程越高,4BA-6 型水泵的扬程就比 4BA-12 型水 泵的扬程高,所以配套的电机功率也要高。就水泵的叶轮形状来说,比转数越小,它的形状 就越扁。 例 2 4BA35 型水泵 这是 4BA-12 型水泵的新型号。4 表示水泵进口直径的吋数,它把中间 BA 两个字母精简成 B(由于臂字拼音的第一个字母是 B,所以用 B 代表旧型号的 BA,把旋壁构造的特点直接反 映出来了),35 指这种泵在效率最高点时的扬程约为 35 米(实际为 34.6 米,参考表 14 的数

据)。旧型号的 12 是从比转数来的,这对一般选泵的人来说,没有什么意义,可以省去。新 型号把泵的扬程 35 米包括进去, 因此, 从泵的型号上看, 可以知道泵的流量(见第三十五题) 和扬程,这对选泵是很方便的。不过,扬程的数字比较繁琐,记泵的型号也有些不方便。 例 3 10Sh-9A 型水泵 10—表示水泵进口直径的吋数,这台水泵的进口是 10 吋,即 250 毫米; Sh—表示水泵的结构特点,Sh 是“双”字拼音的头两个字母,说明这台水泵的叶轮是“双面” 都进水的; 9—表示比转数为 90(90 除以 10 得 9); A—表示把 10Sh-9A 型号水泵换了小一号的叶轮。 同样,12Sh-13 型水泵,12 吋(300 毫米)表示泵的进口直径,它是比转数 130 的双吸泵(双面 吸水泵)。如果这种水泵改用小一号的叶轮,就表示为 12Sh-13A。 代表叶轮改小的字母在 BA 型水泵也一样通用,如果有两种较小的叶轮,还可以分别用 A 及 B 表示。例如,6BA-8、6BA-8A 及 6BA-8B 三种型号水泵差别之时叶轮大小不同,其它 构造完全一样, 6BA-8A 型的叶轮比 6BA-8 型的小一号, 即 6BA-8B 型的叶轮比 6BA-8 型的 小两号。叶轮小,扬程就低,因此,配套电机的功率也相应的小了。 第三十四题 水泵的性能包括哪些项目? 水泵的全部性能可以从水泵样本中查到。主要项目有流量、总扬程、效率、转速、配套功率 和最大吸水扬程等。 表 13 是 10Sh-13 型水泵的工作性能表。 表中每行数据都是配套的。 例如, 流量为 360 吨/时, 总扬程为 27 米,效率为 80%,这是一套。又如,流量为 480 吨/时,总扬程为 23.5 米,效 率为 86%,这又是一套。从表 13 可以看出水泵的性能,当流量加大时,扬程就变小,所以 在最大流量 576 吨/时,它的总扬程只有 19 米。 10Sh-13 型水泵工作性能 表 13 流量(吨/时) 总扬程(米) 效率(%) 转数(转/分) 配套功率(千瓦) 最大吸水扬程(米) 360 486 576 27 23.5 19 80 86 82 1450 55 6

10Sh-13 型水泵,是不是只能供给这三个流量呢?不是,水泵的流量可以在一个相当大的范 围内变化, 流量变化的时候, 扬程也就跟着变化。 这种变化的相互关系, 可以画成一条曲线, 在水泵样本上可以查到这种曲线。这种曲线是根据水泵试验的结果画成的(在试验水泵的时 候,同时测量水泵的流量和压力)。如图 2 所示: 图 2 10Sh-13 型水泵流量和扬程关系图 从曲线上任何一点都可以找到一套流量和扬程。例如,再画有“×”记号点上,流量是 500 吨/ 时, 总扬程是 23 米。 从曲线可以看出 10Sh-13 型水泵的流量可在 100 吨/时到 600 吨/时范围 内变化,总扬程可在 28 米到 16 米范围内变化。曲线上画有两处破折线符号的地方,是表 13 中 360 吨/时到 576 吨/时两个流量和扬程。应注意, 在这个范围内,水泵的效率比较好(在 80-86%之间),水泵的使用也合理,特别是流量恰好是 486 吨/时,达到最高效率 86%更好。 所以,如果水泵的流量经常在 486 吨/时,扬程在 23.5 米左右的话,它的使用效率是恰到好 处。 在水泵铭牌上,都标有水泵的主要性能。其中,流量和扬程只标出曲线上效率最高的一套数 据。例如,在 10Sh-13 型水泵的铭牌上,只标出流量 486 吨/时和扬程 23.5 米。 表 13 最大吸水扬程为额 6 米, 这就是要求吸水扬程不要超过 6 米。 如果吸水扬程超过 6 米,

图 2 的流量和扬程的关系就不能保持,流量就要降低,如超过太多,水泵甚至抽不出水来。 但是,有一些水泵的最大吸水扬程还是有变化的,流量越大,最大吸水扬程就越小,从表 14 中可看到这种例子。一般水泵的最大吸水扬程都在 5—6 米以下,因此,再选择吸水管的 大小和决定水泵安装高度时,就要特别注意。 此外,应注意水泵样本上的最大吸水扬程还有两个限制条件:第一、安装水泵的地点不能比 海面高出 200 米。第二、水的温度不能超过 20℃。如果超出了这些限制,最大吸水扬程还 要减少, 减小的数值在一些书上有计算的方法。 例如, 在比海面高出 450 米的地方安装水泵, 水温为 30℃, 可以算出它的最大吸水扬程要比水泵样本上允许的数值减少大约 0.6 米。 所以, 表 13 的 10Sh-13 型水泵的最大吸水扬程就要降为:6-0.6=5.4 米。因此,再选择水泵位置 的高度和吸水管径的大小时,应注意这个问题。如果,使吸水扬程比最大允许吸水扬程低一 些,那就会满足这个要求,不必再去计算吸水扬程的改正数。 表 14 及表 15 列出常用的 BA 型水泵和 Sh 型水泵的性能,供参考。

第三十五题 怎样从水泵型号,估计出水泵的流量? 水泵的流量,可以从水泵的进水口的大小估计出来。如果把进水口当作一根管子,按流速 2.5 米/秒算出管子的流量,那就是水泵的大直流量。 例 1 4BA-12 型水泵的流量大致是多少? 解 水泵进口直径=4ⅹ25=100 毫米 Dg100 管子在流速为 1.0 米/秒时的流量是 30 吨/时,当流速为 2.5 米/秒时,则流量为 2.5ⅹ 30=75 吨/时,所以 4BA-12 型水泵的大致流量是 75 吨/时。 例 2 12Sh-13 型水泵的流量大致是多少? 解 水泵进口直径=12ⅹ25=300 毫米 Dg300 管子在流速为 1.0 米/秒时,流量为 吨/时,Dg300 管子在流速为 2.5 米/秒时,流量为 吨/时,所以 12Sh-13 型水泵的大致流量是 675 吨/时。 这样,算得的流量一般都在水泵样本中列出的流量范围内,至于个别出现的情况,可能是水 泵效益最高点的流量。 从上面的计算可以看出,无论是 BA 型水泵或者是 Sh 型水泵,只要水泵型号的头一个数字 相同(即进水口直径的大小相同), 不管它的比转数大小, 它的流量大致是一样的。 例如, 4BA-8 型水泵和 4BA-12 型水泵的流量大致一样。6BA-8 型水泵和 6Sh-9A 型水泵的流量也大致是 一样的。 第三十六题 怎样选择水泵的型号? 选择水泵要根据两个条件,一个是水泵抽水的流量,另一个是水泵供水的总扬程。表 16 水 泵快速选型,是帮助我们在知道流量和扬程后,可以选出水泵型号。例如,流量为 100 吨/ 时, 扬程为 25 米的水泵, 在表中找到有 4BA-18、 4BA-12A 和 4BA-12 三种都能用的型号(从 流量 50-150 吨/时一栏往下数,与扬程 21-30 米一行相交的一格)。但是,究竟哪一种最 好呢?我们还要进一步结合生产的要求和水泵的特点来定。 在举例以前, 我们先要搞清楚流量和水泵供水的总扬程的来源。 流量是根据生产工艺的要求 提出来的,这比较好办。但是,水泵供水的总扬程怎样提出来,这就比较复杂。我们知道总 扬程包括地形扬程、阻力扬程和设备扬程三部分。其中,地形扬程是由水泵所在地点(从水 泵的出水口算起)和最高供水点之间的高差决定的。阻力扬程是由管道和水泵的吸水管和出 水管产生的。 管道的阻力可以由管道的布置、 管径和流量计算出来。 怎么计算水泵的吸水管和出水管的阻 力呢?举例说明如下:

例 如图 1 管道系统布置,两台水泵从吸水井向沉淀池供水,高差 13.5 米,每台水泵流量是 400 吨/时,应该选用什么型号的水泵? 解 地形扬程为 13.5 米,管道阻力为 6.7 米(见第二十二题例 1 计算结果),假定水泵有关管 道阻力为 3 米(见第二十三题),管道最末端假定有 2 米水头(见第三十一题)。则: 水泵的总扬程=13.5+(6.7+3)+2=25.2 米 查表 16,在流量为 400 吨/时,扬程为 25.2 米的水泵有三种型号,即 10Sh-13A、10Sh-13 和 10Sh-9A。但是究竟哪一种能用,这要进一步查水泵样本才能知道。 从水泵样本中可以查出 10Sh-13A 型水泵的性能曲线, 在流量为 400 吨/时的扬程只有 21 米, 所以不能用 10Sh-13A 型水泵。又查 10Sh-13 型水泵的性能曲线,在流量为 400 吨/时的扬程 为 25.1 米(可参考表 15 数据),10Sh-13 型水泵。但如对水泵能力需要留有余地并考虑意外 情况,就应该选用 10Sh-9A 型水泵。 水泵型号选定之后, 再选水泵的吸水管和出水管, 并可以按实际情况核算水泵管道系统的阻 力,以及对上面(假定水泵有关管道阻力)估计的 3 米阻力,进行比较。 最后,校核水泵最大吸水扬程,是不是符合要求。按图 1 及第二十二题例 2 算得的吸水管阻 力 1.2 米核算,则得吸水扬程为 2.3+1.2=3.5 米。由于 10Sh-13 和 10Sh-9A 型水泵的最大吸 水扬程都是 4.5 米,比 3.5 米大,所以,这两种型号水泵都能满足要求。 以上例得出水泵选型的步骤如下: 第一步、估计水泵的总扬程。 水泵总扬程=地形扬程+管道阻力扬程+水泵管道阻力扬程(3 米)+设备扬程 第二步、选型。 根据总扬程和流量查表 16 选型,得出几个肯恩格用的水泵型号后,再查表 14 及表 15 或水 泵样本,落实究竟哪一种是最和用的水泵型号。 第三步、设计水泵的管道,核算管道的阻力。 吸水管口径,可按照比水泵进口达 50─100 毫米考虑。出水管口径,可按照比出水管至少达 50 毫米考虑。如果计算出来的阻力比原来假定的稍小,可以认为合适。 第四步、校核水泵最大吸水扬程,是否满足要求。 在吸水管已经比水泵进口加大的条件下, 如吸水扬程仍然大于最大吸水扬程时, 就应该把水 泵安装位置降低,减小水泵的吸水地形扬程。 从上面的步骤看,实际上第二步已经把水泵型号选定了,第三和第四两不只是为了核实,可 以省略。 第三十七题 再作设备计划的时候,管线还未定,怎样选水泵? 在这种情况下,我们当然无法计算管道的阻力,但根据以上讨论过的问题,仍然可以把水泵 型号选出来。步骤如下: 第一步、从声场哦年工艺的要求,找到流量和水泵的地形扬程和供水距离。 第二步、根据流量和第十七题的方法,选择管道和管道每米长的阻力。 第三步、粗估水泵的总扬程。 水泵总扬程=地形扬程+{(1.2ⅹ管长ⅹ每米阻力)/1000}+3+设备扬程 式中 1.2 是考虑了管道的局部阻力占沿程阻力 20%来的(参考第二十二题),如管道比较短而 复杂的情况,可能比 1.2 略高,如管道比较长,比较简单时,可改用 1.1;3 米是水泵的管道 损失。 例 水泵最高的供水点比抽水的水位高出 13.5 米,无特殊压力要求,最远距离为 1600 米, 干管流量为 800 吨/时,用两台泵同时供水,每台流量为 400 吨/时,选水泵型号。 解 从表 4-2 查得 800 吨/时,流量应该用 Dg500 管道,每米阻力为 3.5 毫米水柱。设备扬程 (即末端压力)取 2 米。

水泵总扬程= 从计算可以看出,再作设备计划是,虽然没有详细的管道布置,但估算的总扬程和第二十六 题例子的结果相符,因此,最后选出的水泵也应该是 10Sh-13 或者 10Sh-9A 型号的水泵。 第三十八题 离心式水泵为什么能吸水? 首先,从吸水管的真空度讲起。离心式水泵(BA 型和 Sh 型水泵都是离心式水泵)在吸水管上 往往要装一个真空表。真空表的刻度从 0 到 760 毫米(最大的真空度)水银柱。这也象用水柱 高表示压力一样。 760 毫米水银柱的压力,也可以换算成水柱的压力。水银比水重 13.6 倍,所以 760 毫米水银 柱相当于 760ⅹ13.6=10300 毫米=10.3 米水柱高。这说明吸水管里的空气抽光后,管里的水 会在垂直方向上升到比水面高出约 10 米的高度, 这个高度也就使水面处受到约 1 公斤/厘米 2 的压力。如果没有抽光,例如,真空表的读数为 380 毫米水银柱高,这说明了吸水管里的 水上升 380ⅹ13.6=5170 毫米≈5 米水柱高,相当于 0.5 公斤/厘米 2 的压力。这个压力是由地 球上的大气产生的,所以叫作大气压力。1 大气压力合 1 公斤/厘米 2 的压力。当吸水管里的 空气被抽光,吸水管里就没有压力了,所以外面的大气就要把水向管子里压,一直压到 10 米的高度,才使吸水管里的压力和管子外的压力平衡起来。 吸水管里的水上升 10 米,是指海面附近的大气压力说的。在比海面高得很多的地点,空气 就显著地稀薄了,大气压力就达不到 1 公斤/厘米 2,因此,当吸水管里的空气被抽光后,水 也不能上升到 10 米。高出海面 700 米的地方设置离心泵,在吸水管里的空气被抽光后,吸 水管里的水只能上升 9.5 米高(由试验得出的)。 此外,当水的温度较高的时候,水面上会产生较多的蒸汽,因此也就产生一定的蒸汽压力。 当吸水管内的空气抽光后, 这个蒸汽压力会抵消一部分大气压力, 因此水的上升高度就要降 低一些。例如,水温在 60℃时,蒸汽压力要抵消 2 米水柱的压力,因此,当吸水管里的空 气抽光后,吸水管里的水只能上升 10―2=8 米高。 这些就是第三十四题的例子中最大吸水扬程需要校正的道理。 水泵开动前,首先要把吸水管内的空气抽光,使水上升进入水泵内。水泵开动后,水从叶轮 中心被旋转的力量甩到叶轮边,因此,在叶轮中心形成部分真空,这样,水就能源源不断地 从吸水管内自动上升进入水泵。因为它是部分真空,所以吸水管里的水,就不能上升到 10 米的高度。各种水泵形成真空的能力也不一样,水泵有一个最大吸水扬程的限制,原因也就 在这里。 水泵的吸水管的真空度, 可从真空表上读出来, 它表示总的吸水扬程(地形扬程和阻力扬程)。 真空表上的读数,应该比水泵的最大吸水扬程相当的真空度要小。否则,就反映了水泵的吸 水管道没有设计好。

四、管件 第三十九题 光滑万头的长度(即弯曲部分)怎样定?怎样计算? 光滑弯头包括冷弯或者加热完成的钢管弯头。管道里流水通过弯头时,产生局部阻力。这个 阻力和管件的弯曲半径与管径的比值有着密切关系。 比值越小, 转弯就越急, 阻力也就越大。 但当这个比值大于 3 以后,阻力就比较小了。然而,过分加大比值,也会使弯头过长,安装 不便,同时对阻力的减少并不显著,因此,一般把光滑弯头的弯曲半径规定为公称通径的 3.5 到 5 倍。冷弯管自的弯曲半径至少应该是弯头的公称通径的 4 倍,热弯管自的弯曲半径 至少应该是弯头的公称通径的 3.5 倍。 计算弯头长度的时候,不待要知道弯曲半径和管径,而且还要知道弯曲的角度。如图 3: 因为, 圆的整个圆周长度所对的角度是 360 度, 它与弯头长度(弯曲部分)所对的角度(弯曲角)

是成正比例关系的。如公式: 弯头长度∶弯曲角=圆周长∶360 度 则 弯头长度=3.14ⅹ(2ⅹ弯曲半径)ⅹ[弯曲角(度数)/360]=0.0175ⅹ弯曲半径ⅹ弯曲角(度 数) 因为 弯曲半径=(3.5――5)ⅹ公称通径 Dg 所以 弯头长度=0.0175ⅹ(3.5――5)ⅹ弯曲角(度数) 例 Dg100 管子的弯头,弯曲半径采用 5 倍公称通径长度,求万头长度应为多少? 解 代入上式 得 弯头长度=0.0175ⅹ(5ⅹ100)ⅹ90=788 毫米≈790 毫米 表 17 列出各种光滑弯头长度,可供推算弯头时直接查用。 第四十题 焊接弯头的尺寸是怎样定的?下料总长度怎样计算? 焊接弯头是用钢管裁剪成断节,并合焊接制成的,它与光滑弯头不同。光滑弯头是用冷弯法 或热弯法,把钢管弯成的,是一段弧形的管子,它的长度可以直接由圆周算出来。由于焊接 弯头是由一些直线的管段拼起来的, 因此, 焊接弯头的尺寸关系和光滑弯头也不一样。 4, 图 是 90°焊接弯头的拼接关系图。 这个弯头中间的两部分尺寸完全相同,而且是对程的两个直线管段,叫做对称断节(A-A)。 在两头紧连接的带斜边的只管上,用虚线注出了两个半个断节 。两条虚线与管中心线相垂 直,延长后和其它断节之间的延长线交会在弯曲圆心上,这样弯曲半径就定出来了。 焊接弯头比光滑弯头的水流阻力大, 只要是由断节相交的地方引起的, 和弯曲半径的关系不 大。因此,为了减小加工的工作量,减少断节数量,焊接弯头的弯曲半径一般都在管径的 1.5 倍以下,比光滑弯头的倍数小。 由图 4 看出,焊接弯头中间的两个对称断节斜边的夹角应改为 30°,两边的半个断节的斜边 和虚线的垂直边的交角应该为 15°,这样得到的弯曲角为 90°。因此,90°焊接弯头是由两个 30°断节和两个 15°断节拼成的。 图 4 表示,钢管直接拐 90°弯,时不用法兰盘的。如果,我们要拚制两端带有法兰盘的管件, 就应该如图 5-甲所示。 为了焊接法兰的方便,并把万头长度 L0 凑成一个整数,所以在 15°断节的一端,加上一个 F 的长度。这段 F 长度,一部分嵌进法兰盘里面去,和法兰盘焊在一起,因此,要留出一个 焊缝的厚度来,弯头的长度 L0 就比弯曲半径 R+F 的值约大出一个焊缝的厚度。 90°焊接弯头的两段 30°断节和两段 15°断节,可以由一条长度 L 的直管,用气焊机烧断出来 (见图 5-甲)。 这条直管 L 是烧断以前的长度,在断节间都要留 5 毫米的烧缝。图 5,A 及 B 分别表示 30° 断节上下两个直边的长度。15°断节上下两个直边的长度应为 ,由图 5 可得下料总长度为: 图 5 中各种角度的焊接弯管可分成两组。一组包括 90°、60°及 30°三个弯头,这是由 30°断 节和 15°断节拼成的。另一组包括 45°及 两个弯头,这是由 断节和 断节拼成的。 图 5 中各种弯头的上幅图表示断节拼制关系,F 幅图表示钢管的下料尺寸。 第四十一题 断节的长度怎样计算? 具体计算下料长度 L,必须先知道断节的直边长度 A 及 B,15°断节是 30°断节的半个,所以我们 算出 15°断节的长度 及 ,30°断节的长度 A 及 B 也就知道了,知道这两种断节就可以拼出 90°、60°和 30°这三种弯头来。 计算 15°断节的长度,必须先知道管件外径 D 和弯曲半径 R,可查表 18。外径 D、弯曲半径 R 和断节长度 及 的关系见图 6。 我们用 D 及 R 的实际尺寸,按图 6 的方法画成图,就可以直接量出 及 的尺寸。 我们可以利用三角函数的正切关系,得出 15°断节的长度如公式:

15°断节的窄边长度= 15°断节的宽边长度= 例 Dg100 管子的外径 D 为 108 毫米,弯曲半径 R 为 160 毫米,得: 15°断节的窄边长度= 15°断节的宽边长度= 同样,45°弯头和 弯头都是由 断节及 断节焊成的。如算出 断节的长度,那么, 断节的长 度也就知道了。计算的方法可以按照图 6 方法直接画出来,也可以用下列公式求得: 断节的窄边长度= 断节的宽边长度= 找出断节长度 A 及 B 的窄边和宽边两个长度后,再加上一个焊接法兰盘的尺寸 F,这样下 料长度 L 就可以算出来。一般与流焊接法兰盘 F 的长度约 40 毫米左右,但随管径和弯曲角 的不同,F 值也随着变化,其目的是把弯头的长度 L0 凑成一个整的尺寸。 按照原国家经济委员会, 建筑工程部批准的在 1964 年发行的 《给水排水标准图集 S311 号钢 制管道零件》中,可以查出这些尺寸来(本帐以后所致的 S311 图集都是这本图)。 由 S311 标准图集中查出,Dg100 的 90°弯头预留焊接法兰盘的长度 F 为 34 毫米,这样得下 料长度: 表 18 列出各种管径弯头的有关尺寸,供焊接弯头下料时参考。 第四十二题 为了在钢管上画出断节,必须先画出断节的展开图来,展开图是怎样画出来 的? 下面用 Dg100 的 30°断节展开图作例子,展开图可以划在一款油毡上,具体步骤如下(见图 7)。 第一、仿照图 6 的方法,用 Dg100 管件的外径 108 毫米及弯曲半径 160 毫米先画出 15°的断 节来(见图 7-甲),两得断节的两段长度为 28.5 及 57.5 毫米。 第二、以 15°断节的直边,即外径 108 毫米的中心作圆心画一个半圆。 第三、通过圆心,每隔 画一条半径,可画七条半径,连同原来断节两端的(也就是外径上的 两端),共得九条线,这九条线与圆周交成由 1-9 的九各点。 第四、从 2 到 8 等七个点上,个向外径作垂直线,并延长使与断节的斜边相交。每条垂直线 的延长部分,在断节之间得出一个长度,连同断节两端,共有九个长度。顺序为 28.5 毫米、 29 毫米、32 毫米……57.5 毫米,有了这九个长度就可以画展开图了。 第五、计算出外径 108 毫米的周长 L1 得 3.14ⅹ108=339 毫米,然后,画一条 339 毫米长的 线, 作为断节展开图的中心线, 在把线分成 16 个等份( 的分角相当于把圆周分成 16 个等分), 每个等份长为 21.2 毫米,包括两段共得十七个分点。在十七个分点上都画出与中心线相交 的垂直线来(见图 7-乙)。 第六、从图 7-乙的左侧起,在第一条垂直线的两端分别量取长度 28.5 毫米,得 1-1 线。 在第二条垂直线的两端分别分别量取长度 29 毫米,得 2-2 线。一直量到第九条垂直线,两 边各长 57.5 毫米,得 9-9 线。 第七、以 9-9 线为中轴,向右侧按对称的位置,重复画 8-8 线到 1-1 线的长度。依次编 号为 10-10、11-11、……、16-16 及 1-1。即以 8-8 线的长度 56 毫米画在 10-10 线 的位置上,7-7 线的长度 53 毫米画在 11-11 线的位置上……,最后 1-1 线的长度 28.5 毫 米仍然是画在 1-1 线的位置上。 第八、把 1-1、2-2……16-16、1-1 等十七条线的两端,用光滑的曲线连起来,就得到 30°断节的展开图。沿着这条曲线和 1-1 边,把展开图剪下来,就得到一块 30°断节展开图 的样板。如果,把这块样板卷起来,让两条 1-1 边重合,扣在外径 108 毫米的钢管上就可 以在钢管上画出 30°的断节了。 30°断节展开图 7-乙中心线处剖成两半, 从 每一半就是一个

15°断节的展开图。把 30°和 15°断节的展开图,按图 5-甲、图 5-乙和图 5-丙的几张下幅 图所示的关系,扣在 Dg100 钢管的外壁上(外径为 108 毫米),那么,就可以在钢管上分别画 出 90°、60°和 30°弯头所需要的全部断节来。 同样,在 和 的断节展开图画出后,可以在钢管上分别画出 45°和 弯头所需要的断节来。 从 S311 标准图集中, 可以直接插出各种断节的展开尺寸, 这样就可以省去画图的工作量了。 这些展开尺寸已经列入表 19。 展开的圆周长为 L1,展开的九个尺寸(相当于图 7-乙的 1-1 到 1-9 的尺寸)分别为 、1、2……7、 。例如,Dg100 管件的 30°和 15°断节尺寸为 28.5、 29、 ……57.5,这些尺寸和我们在上面求得的一样。 32、 用这些尺寸就可以直接画出 30°和 15° 的断节来。

第四十三题 应用表 18 焊接弯头尺寸和表 19 断节展开尺寸时,应注意哪些问题? 第一、表 19 中的管件圆周长度 L1 和它的 16 等分的长度 l1,都是按无缝钢管外径计算出来 的。如果用焊接的钢管,圆周长度就应该重新计算(用 3.14ⅹ管子外径计算或者用卷尺直接 量出),然后画一条直线分成 16 等分。但是,表中的 、1、2、…… 等九个展开尺寸仍然不 变。例如,用 Dg100 黑铁管焊制 90°弯头。外径为 114 毫米,周长应按 3.14ⅹ114=358 毫米 计算,周长分成 16 等分,每等分应为 358/16=22.4 毫米。l1 的 21.2 毫米,所以断节展开 尺寸,仍然可用表 19 中所列的 28.5 毫米、29 毫米、……57.5 毫米等九个尺寸。 第二、在一般情况下,有时压力要求不高,段节烧成后不做成坡口或因画线有误差以及烧断 时完整度不够,所以,最后焊成的弯头长度 L 往往要比表 18 列出的稍长一些,可在实际工 作中总结经验加以修正。 第三、表 19 所附展开图是按管子外径圆周长分成 16 等分计算的,也就等于图 7-甲中每段 圆弧的夹角是 。如超过 Dg1000 的大管径,我们也可以把圆周长多画柽几等分,仿照图 7 的方法求展开尺寸。例如,将每段圆弧的夹角减成 18°分,就可以把外径圆周长分成 20 等 分。因此,在相当于图 7-乙的展开图上,就有 21 条垂直线,这样,展开图的曲线就是由 21 点连成的,所以比较准确。相反,小管径,我们也可以把圆周长少芬几等分。例如,将 每段圆弧的夹角从 增加到 30°,那麽就可以把外径圆周长分成 12 等分,因此,在相当于图 7-乙的展开图上,就有 13 条垂直线,这样,展开图的曲线就是由 13 点连成的。 第四十四题 三通和四通的管件展开图怎样画法? 三通和四通的一般尺寸关系见图 8-甲。 干管的外径为 D,支管的外径为 D1,干管管壁的长度为 l1,直管管壁长度为 l2。四通和三 通支管的展开图完全是一样的,所以,用 Dg150ⅹ100 三通举例说明展开图的画法,其步骤 如下: 第一、 用干管 Dg150 的外径 D=159 毫米画一个圆, 在这个圆上用支管 Dg100 的外径 D1=108 毫米画支管,按 S311 标准图集取长度 l2=194 毫米,得图 8-乙。 第二、在支管 Dg100 外径 D1=108 毫米的一头画一个半圆,并把它按 30°圆弧夹角分成 6 等 分。 第三、从半圆左边一半的两个分点向直径作垂直线,并延长和干管的圆心相交,这样得到 2 -2 和 3-3 两个长度,加上 1-1 和 4-4,共有 4 个长度。 第四、用支管的外径 D1=108 毫米计算,得支管圆周长为 3.14ⅹ108=339 毫米,然后,用支 管圆周长 339 毫米为一边画一条 L 线,并分成 12 个等分,每一等分长为 28.25 毫米, 在每一等 分点上向下画一条垂直线,共得 13 条垂直线(见图 8-丙)。 第五、在 L=339 毫米由左至右的头四条垂直线上,顺序分别截取图 8-乙中的 1-1、2-2、

3-3 和 4-4 四个长度,画在图 8-丙上,注为 1(138 毫米)、2(132.7 毫米)、3(123.3 毫米) 及 4(119 毫米)。 第六、在图 8-乙中,垂直线 4-4 右边的三条垂直线上,按照对称的位置顺序截取 3-3、2 -2 和 1-1 等长度,画在图 8-丙上,注为 3、2 和 1。这样,就完成了图 8-丙左半边的展 开图。 第七、右半边和左半边是对称的,所以在右半边的 6 个等分点上,又按对称位置重复左半边 的六个长度。 第八、把这些垂直线的终点连成一条光滑的曲线,就得到三通支管的展开图,见图 8-丙(如 支管 Dg1 与干管 Dg 两个公称通径相等时,在本例中即都为 Dg150 毫米时,则画出的展开 图就如图 8-丁所示的特殊形状)。 三通和四通的支管是要画展开图的, 干管可以利用支管的展开图开一个洞, 因此干管不必画 展开图。因此按照支管画出来的展开图,烧好支管后,把它扣接在干管的外壁上,就可以直 接在干管的外壁上画出了支管应该开多大洞的橢圆形来。表 20 中的三通及四通支管展开尺 寸是根据 S311 标准图集来的(本书列出的焊制管件尺寸,都是根据 S311 标准图集)。

第四十五题 异径管(同圆心的大小头)的展开图怎样画法? 异径管的尺寸关系见图 9-甲,总长(包括法兰盘在内)为 L;管壁部分长度为 l;大头外径为 D;小头外径为 D1;管壁厚度为 δ。管壁部分的展开图是一个扇面形(见图 9-乙)。画这个 图需要知道三个数据: 第一、大半径 R;第二、小半径 r;第三、扇面形的夹角 α。现用 Dg200ⅹ100 异径管做例, 说明数据的求法如下: 先以 Dg200ⅹ100 异径管管壁的长度及两条斜边管壁的中心线画出异径管侧面图: Dg200(大头)的外径为 219 毫米, 管壁厚 6 毫米, 所以管壁中心线的直径为 (D-δ) 219-6=213 ,即 毫米;Dg100(小头)的外径为 108 毫米,壁厚为 6 毫米,所以管壁中心线的直径为(D1-δ),即 108-6=102 毫米(因为钢板卷起时外壁变长,内壁缩短,所以按管壁中心线计算,要扣除钢 板的厚度);异径管的管壁部分长度 l 为 351 毫米(这由异径管长度 365 毫米扣除两端焊缝得 来得)。侧面图见图 9-乙。 然后,把侧面图的两条斜边延长,并与管中心线的延长线相交于 O 点,这样就得处扇面形 的三个基本数据。 由交点 O 到斜边顶的长度为扇面形的小半径 r=375 毫米。由交点 O 到斜边底的长度为扇面 形的大半径 R=728 毫米。扇面形的夹角 所以 Dg200ⅹ100 异径管扇面形的夹角: 根据求得的 R、r 及 α 的数据即可画出管壁的展开图(见图 9-丙)。 表 21 列出常用异径管展开图的尺寸可以查用。例如,求 Dg200ⅹ100 异径管的展开尺寸, 从表中可查出 R=728 毫米,r=375 毫米,夹角 α=50°54?,这和图 9 求得的一致。 第四十六题 偏心异径管(偏心的大小头)的展开图怎样画法? 偏心异径管的一般尺寸关系见图 10-甲。 总长为 L(包括法兰盘),管壁部分长度为 l,大头及小头的外径分别为 D 及 D1,壁厚为 δ,管 壁部分的展开图是一个不规测的扇面形,所以,偏心异径管的管壁展开图的画法,要比同心 异径管管壁展开图的画法复杂。现用偏心异径管 Dg200ⅹ100 为例,说明画展开图的步骤: 第一、先用异径管的管壁长度 351 毫米及大、小头的公称通径 200 毫米和 100 毫米,画出偏 心异径管侧面图来(由于偏心异径管两半的形状不对称,卷钢板的时候,长度的变化会更大 一些,所以不用同心异径管的画法,即实际外径扣去钢板厚度的画法)。然后,延长侧面图 的直边和斜边,两边相交得 O 点(见图 10-乙)。

第二、在侧面图的大头 Dg200 毫米直径上画一半圆,把这个半圆按 分成 8 等份。从半圆弧 的左端起(也就是从直径的左端起),顺序在圆弧上编成从 1 到 9 的九个点。 第三、以点 1 作起点分别向圆弧上的点 2、3……8 等七个点各连成一条直线,得出 1-2、1 -3……1-8 等七个长度,加上 1~9,共八个长度。 第四、在侧面图的大头 Dg200 的直径线上,依次量取半圆弧上的 1~2、1~3、……1~8 等 七个长度,得七个点。然后,在直线土依次注为点 2、3……8,加上两端的 1 及 9,共得九 点。 第五、从大头直径上的 2、3……8 等七个点,分别向 o 点连成 o~2、o~3……o~8 等七条 线,这些线和小头直径线相交会的点,分别注为点 2′、3′……8′,两端的点为 l′及 9′。我们把 o~ 1、o~2……o~9 等长度分别叫做 R1、R2……R9,把 o~1′、o~2′……o~9′等长度分别叫 做 r1、r2……r9。 第六、计算大头的圆周长为 3.14ⅹ200=628 毫米,把它展开分成为 16 等份(见图 10-丙) , 每等份长为 R0=39.3 毫米。 第七,先量图 10-乙中的最长半径 R9(728 毫米),在图 10-丙上面出 o~9 一条线。 第八、再量图 10-乙中的半径 R8(727 毫米),在图 10-丙中的 o~9 这条线的两边画圆弧。 然后,再从这图的点 9 做圆心,用 R0(39.3 毫米)为半径向两边画圆弧,和上述两个圆弧相 交,这样,在点 9 的左右得出了两个交点点 8。 第九、同样,以 o 点做圆心用 R7(724 毫米)为半径,分别在左侧 o~8 线的左边和右侧 o~8 线的右边各画圆弧,然后,在两个点 8 上用 R0 为半径,分别向两边画弧,这样左右两侧, 各得两个交点点 7。如此,继续画下去,直到最后左右两侧的两个交点点 l 为止。 第十、在图 10-丙上,以圆心 o 做起点,分别向圆弧上求出的各点连成一条直线(半径)成为 o~1、o~2……o~8、o~9、o~8……o~2、o~1 等十七条直线。 第十一、 o~9 线上量出 r0 长度(365 毫米)得出点 9′, 在 再在左右两条 o~8 线上量出 r8 长度 (364 毫米)得出左右两个点 8′来。如此,继续量下去,直到左右两边两个点 1′为止. 第十二,分别把 1、2……8、9、8、……2、1 等十七个点及 1′、2′……8′,9′、8′…2′、1′等 十七个点连成两条光滑的曲线,这样,就得出了偏心异径管的展开图(见图 10-丙)。 表 22 列出画偏心异径管的展开图尺寸,供查用。 第四十七题 为什么要计算钢管受热后膨胀的长度?应该怎样计算? 管道的长度,同样是服从热胀冷缩这条规律的。在冷热变化不大的情况下,有些管材(如铸 铁管)的长度变化比较小,不容易看出来,在使用上不会出什么问题,所以一般就不考虑热 胀冷缩的问题。但是,钢管在冷热变化很大的情况下,就得考虑热胀冷缩的规律了。例如, 蒸汽钢管在安装时,管璧的温度大致和气温一徉,但当钢管通过蒸汽的时候,管壁温度就比 安装时上升很高,管道的长度也会增长,这就要采取措施,防止钢管在受热后,产生膨胀力 量,把管子撑破。在这种情况下,很们就要先算出钢管受热后的膨胀长度来。如下式: 钢管膨胀长度(毫米)=0.012ⅹ温度差ⅹ管长(米) 式中 0.012 称为钢材的线膨胀系数,即温度每升高 1℃时,每 1 米钢管,所膨胀的长度;温 度差,表示安装时钢管的温度和使用时钢管最高温度的差值。 例 安装钢管时的空气温度为 20℃,在通过 5 公斤/厘米 2 表压的蒸汽后(温度为 158℃), 计算长 30 米管道膨胀的长度。 解 钢管安装时的温度可以按气温 20℃计算,所以温差为 158℃-20℃=138℃,代入公式 钢管热膨胀长度=0.012ⅹ138ⅹ30=49.7 毫米≈50 毫米 由例看出,钢管的热膨胀是很大的。 计算钢管的热膨胀长度,应当知道各种蒸汽压力相当的温度教值(见表 23)。 我们已知钢材的线膨胀系数是 0.012,如果使用别种管材计算热膨胀长度时,就得把 0.012

换成别种管材的线膨胀系数,代入公式进行计算。例如,使用塑料管时,就得把 0.012 换成 塑料的线膨胀系数 0.075 进行计算。0.075 是 0.012 的 6 倍。所以,在同样温度差和同样长度 管道的情况下,塑料管的热膨胀长度是钢管的热膨胀长度的 6 倍。因此,即使在一般气温变 化的温度差范围内,虽然钢管长度的变化不显著,但塑料管长度的变化却很厉害。 第四+八题 方形伸缩器的尺寸是怎样决定的?怎样选用? 安装管道时,都在一定的间距设有支撑,达些支撑点是固定死的,因此,管道在蒸汽受热膨 胀时不能自由移动,所以在管璧里面产生很大的应力。为了减小这种应力,在工程上采取了 许多办法。在管道的接口处安设方形伸缩器就是常用的一种办法。方形伸缩器有四种,普通 用的有三种(见表 24 及附图)。 图中表示出方形伸缩器的臂长, 边长和总长三个基本尺寸和弯曲半径间的关系。 弯曲半径是 按管道的 4 公称通径考虑的。三肿方形伸缩器的差别在于边长和臂长的比值不同。 Ⅰ型 边长:臂长>1 Ⅱ型 边长:臂长=1 Ⅲ型 边长:臂长<1 每一种类型伸缩器,在同样的管道膨胀长度下,有不同的尺寸,这就应该根据安装地点的尺 寸来选择伸缩器的类型。 安装方形伸缩器有两种方法,一种是预拉的方法,另一种是不预拉的方法。 表 24 的尺寸是按预拉计算的,在安装伸缩器时,先把它拉开膨胀长度的一半。 怎样使用表 24 选择伸缩器? 第一、管道膨胀长度按第四十七题的例子计算。第二、根据管道膨胀长度从表 24 中选用伸 缩器,找出臂长,井从表所附公式计算出边长。但要特别注意,在预位和不预位的两种不同 施工条件下,选择出来的伸缩器尺寸是完全不同的。现用上例数据说明如下: 上例中,长 30 米钢管的热膨胀长度为 50 毫米,如果安装时把管道两头固定住,中间加焊伸 缩器,焊时把伸缩器的两臂向外撑开 25 毫米,使焊好后,伸缩器的管壁中,预先憋住一个 允许的向外撑开的力量(相当干管壁中的应力为 700~800 公斤/厘米 2)。那么,当管通受热 的膨胀量达到 25 毫米时, 管道两端将伸缩器两臂向里挤压 25 毫米, 恰好和安装时向外撑开 的 25 毫米对消掉,因此,把原来憋在管壁里面的应力也对消了。但当管道脚胀量上升到 50 毫米时,新增加的 50-25=25 毫米,还要使伸缩器的两臂向里挤压 25 毫米,这新挤压的 25 毫米又在仲缩器的管壁中产生一个新憋的应力,它的大小和那个预先憋住的允许的 700~ 800 公斤/厘米 2 应力完全一样,不过性质相反罢了(即原来受拉的部位变成受压的部位,受 压的部位变成受拉的部位)。新憋的应力将永远在伸缩器的运行过程中存在,所以不能过大, 一般限制在 700~800 公斤/厘米 2 范围内,这就是上面说的允许应力。 从上例看出,如果在安装伸缩器时,不预先拉开 25 毫米,那么,在伸缩器的运行过程中, 将憋住由于伸缩器的两臂向里挤压 50 毫米, 所产生的应力, 比允许的 700~800 公斤/厘米 2 大出了一倍,因此,原来的伸缩器就不安全,必须选用尺寸较大的伸缩器,使伸缩器管壁里 的应力下降到 700~800 公斤/厘米 2 范围内。这就说明预拉伸缩器的安装方法,好处就在于 可以减小伸缩器的尺寸。 表 24 中的伸缩器,都是按预拉热膨胀长度一半设计的。这些伸缩器在预拉一半热膨胀长度 和达到全部热膨胀长度时,管壁中的应力约在 700~800 公斤/厘米 2 范围内。 但是,如果在安装伸缩器时没有预拉,那么,使用表 24 所列伸缩器的允许膨胀长度就要降 低一半。举例如下: 例 1 Dg50 钢管长 50 米,安装伸缩器时温度为 0℃,输送表压 6 公斤/厘米 2 的蒸汽,不考 虑预拉,选择伸缩器尺寸。 解 先计算钢管的膨胀长度。由表 23 查得表压在 6 公斤/厘米 2 时的蒸汽温度为 164℃,安

装时的温度为 0℃,所以温度差为 164-0=164℃。 钢管受热膨胀长度=钢材的线膨胀系数 x 温度差 x 管道长度 =0.012x164x50=98.4 毫米≈100 毫米 因为伸缩器没有预拉,所以,100 毫米的膨胀量相当于表中有预拉的 200 毫米的膨胀量。由 表 24 可查得各种伸缩器的尺如下: Ⅰ型 臂长=1750 毫米 臂长=a+8Dg a=臂长-8Dg=1750-8ⅹ50=1350 毫米 边长=臂长+a=1750+1350=3100 毫米 总长=边长+8Dg+200 =3100+8ⅹ50+200=3700 毫米 Ⅱ型 臂长=2100 毫米 边长=臂长=2100 毫米 总长=边长+8Dg+200 =2100+8ⅹ50+200=2700 毫米 Ⅲ型 臂长=2480 毫米 a=臂长-8Dg=2480-8ⅹ50=2080 毫米 边长=臂长-0.5a=2480-(0.5ⅹ2080) =2480-1040=1440 毫米 总长=边长+8Dg+200 =1440+8ⅹ50+200 =1440+400+200=2040 毫米 例 2 用上例的原始数据,但安装伸缩器时,预拉 50 毫米,并要求在施工质量上得到保证, 选Ⅰ型伸缩器的尺寸。 解 伸缩器预拉 50 毫米,符合使用表 24 的条件,可直接按膨胀长度 100 毫米查Ⅰ型伸缩 器的尺寸,由表 24 查得 臂长=1250 毫米 a=臂长-8Dg=1250-8ⅹ50=850 毫米 边长=臂长+a=1259+850=2100 毫米 总长=边长+8Dg+200 =2100+8ⅹ50+200 =2100+400+200=2700 毫米


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