CN111305321A - 一种输水扬程的计算方法及其装置 - Google Patents
一种输水扬程的计算方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111305321A CN111305321A CN202010105586.3A CN202010105586A CN111305321A CN 111305321 A CN111305321 A CN 111305321A CN 202010105586 A CN202010105586 A CN 202010105586A CN 111305321 A CN111305321 A CN 111305321A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- loss
- calculating
- water
- lift
- net lift
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 285
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 20
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 6
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 21
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 12
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 10
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 8
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 8
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910020938 Sn-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008937 Sn—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B5/00—Use of pumping plants or installations; Layouts thereof
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B11/00—Arrangements or adaptations of tanks for water supply
- E03B11/10—Arrangements or adaptations of tanks for water supply for public or like main water supply
- E03B11/12—Arrangements or adaptations of tanks for water supply for public or like main water supply of high-level tanks
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B7/00—Water main or service pipe systems
- E03B7/02—Public or like main pipe systems
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B7/00—Water main or service pipe systems
- E03B7/07—Arrangement of devices, e.g. filters, flow controls, measuring devices, siphons or valves, in the pipe systems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Public Health (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明公开了一种输水扬程的计算方法及其装置，该方法包括：根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程；确定输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度和管径，并计算出至少两种沿程损失；分别计算第一沿程损失和第二沿程损失的误差，并选取误差最小的沿程损失；计算出局部损失；计算误差最小的沿程损失与局部损失之和，并将计算结果作为输水损失；将最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程分别叠加输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。本发明使最终的计算结果更加准确，以便于在实际输水过程中进行选型，减少资源浪费，使输水设计及应用更加高效和便捷。
Description
技术领域
本发明涉及扬程计算技术领域的一种计算方法，尤其涉及一种输水扬程的计算方法，还涉及应用该计算方法的输水扬程的计算装置。
背景技术
高海拔高扬程高压长距离输水管道能有效解决高海波且水资源匮乏地区工业用水和民生用水问题。管道的运行和维护承受了高海拔地区恶劣地理环境的考验。由于输水管道在不同的地理条件下，其所需要采用的管件是不同的，即采用多段管件进行输水。
为了能够准确地实现高海拔长距离输水，需要对输水过程中所采用的水泵的数量和规格进行确定，而为了能够精确地确定这些参数，就需要对输水扬程进行计算。但是，现有的输水扬程计算方法一般没有综合到实际的损耗，造成扬程设计过大或过小而浪费资源的问题。
发明内容
为解决现有的输水扬程计算方法一般没有综合到实际的损耗，造成扬程设计过大或过小而浪费资源的技术问题，本发明提供一种输水扬程的计算方法及其装置。
本发明采用以下技术方案实现：一种输水扬程的计算方法，其包括以下步骤：
(1)根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程；
(2)计算输水过程中输水系统的输水损失，且所述输水损失的计算方法包括以下步骤：
(2.1)确定所述输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失；其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2；所述第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和；所述第二沿程损失Hf2的计算方法包括以下步骤：
(2.1.1)计算雷诺数；
(2.1.2)计算相对粗糙度；
(2.1.3)根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，确定清水阻力系数λ；以及
(2.1.4)计算所述第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度；
(2.2)分别计算所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失；
(2.3)计算出局部损失；以及
(2.4)计算误差最小的沿程损失与所述局部损失之和，并将计算结果作为所述输水损失；以及
(3)将所述最高净扬程、所述平均净扬程、所述设计净扬程以及所述最小净扬程分别叠加所述输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
本发明通过先计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程，然后计算输水管线的多种沿程损失，并且其中一种沿程损失为统计多段管件的总沿程损失，而另一种沿程损失则直接计算整体的沿程损失，随后计算各种沿程损失的误差，并选出误差最小的沿程损失，而后将该沿程损失与局部损失叠加后作为输水过程中的输水损失，最后将输水损失与之前计算出的各种扬程叠加，从而计算出输水过程中的泵站总扬程，解决了现有的输水扬程计算方法一般没有综合到实际的损耗，造成扬程设计过大或过小而浪费资源的技术问题，得到了扬程计算准确性高，便于设计输水扬程的技术效果。
作为上述方案的进一步改进，所述第一沿程损失Hf1的计算公式为：
Hf1＝(16Q2L1)/(C1 2d4Π2R)+(16Q2L2)/(C2 2d4Π2R)+…+(16Q2Ln)/(Cn 2d4Π2R)
式中，Q为管道流量；L1，L2，…，Ln依次为各段管件的长度；C1，C2，…，Cn依次为各段管件的谢才系数；R为水力半径。
作为上述方案的进一步改进，所述最高净扬程为所述输水系统中高位水池的最高运行水位与前池的最低运行水位的差值；所述平均净扬程为所述高位水池与所述前池的平均水位之差；所述设计净扬程为所述高位水池与所述前池的设计水位之差；所述最小净扬程为所述高位水池的最低运行水位与所述前池的最高运行水位的差值。
作为上述方案的进一步改进，所述雷诺数的计算公式为：
Re＝(V×d)/ν
Re为所述雷诺数，ν为黏性系数。
作为上述方案的进一步改进，所述相对粗糙度的计算公式为：
▽＝Δ/d
▽为所述相对粗糙度，Δ为当量粗糙度。
进一步地，各段管件的谢才系数的计算公式为：
Cn＝(R0.16667)/m
式中，m为各段管件的粗糙系数。
再进一步地，在所述管件为钢管时，粗糙系数m为0.0115；在所述管件为铸铁管时，粗糙系数m为0.0125。
作为上述方案的进一步改进，在步骤(2.2)中，还判断所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差是否均大于一个预设误差，是则判定沿程损失误差过大，否则选取误差最小的沿程损失。
再进一步地，清水阻力系数λ为0.017，黏性系数ν为1.31×10-6。
本发明还提供一种输水扬程的计算装置，其应用上述任意所述的输水扬程的计算方法，其包括：
计算模块一，其用于根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程；
计算模块二，其用于计算输水过程中输水系统的输水损失，且所述计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三以及计算单元四；所述计算单元一用于确定所述输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失；其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2；所述第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和；所述计算单元一包括计算子单元一、计算子单元二、计算子单元三以及计算子单元四；所述计算子单元一用于计算雷诺数；所述计算子单元二用于计算相对粗糙度；所述计算子单元三根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，计算清水阻力系数λ；所述计算子单元四计算所述第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度；所述计算单元二用于分别计算所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失；所述计算单元三用于计算出局部损失；所述计算单元四用于计算误差最小的沿程损失与所述局部损失之和，并将计算结果作为所述输水损失；以及
计算模块三，其用于将所述最高净扬程、所述平均净扬程、所述设计净扬程以及所述最小净扬程分别叠加所述输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
相较于现有的输水扬程计算方法，本发明的输水扬程的计算方法及其装置具有以下有益效果：
该输水扬程的计算方法，其先计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程，然后计算输水管线的多种沿程损失，并且其中一种沿程损失为统计多段管件的总沿程损失，即将各段沿程损失进行叠加获得第一沿程损失，而另一种沿程损失则直接计算整体的沿程损失，通过先计算雷诺数和相对粗糙度而进一步计算出清水阻力系数，随后根据该系数以及其他已知参数直接计算出第二沿程损失，再然后计算各种沿程损失的误差，并选出误差最小的沿程损失，而后将该沿程损失与局部损失叠加后作为输水过程中的输水损失，最后将输水损失与之前计算出的各种扬程叠加，从而计算出输水过程中的泵站总扬程，这样所计算出的泵站总沿程充分考虑到实际上的沿程损失和局部损失，使最终的计算结果更加准确，避免出现扬程设计过大或过小，以便于在实际输水过程中对相关水泵等设备进行数量和规格的选型，减少资源浪费，使输水设计及应用更加高效和便捷。
该输水扬程的计算装置，其有益效果与上述输水扬程的计算方法的有益效果相同，在此不再做赘述。
附图说明
图1为本发明实施例1的输水扬程的计算方法的流程图；
图2为本发明实施例3的输水扬程的计算方法所应用工程的工艺图；
图3为本发明实施例3的输水扬程的计算方法所应用工程的输水管线的拓扑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供了一种输水扬程的计算方法，该计算方法能够用于计算输水产品的扬程，这样能够方便对输水系统进行设计建造。该计算方法所计算出扬程数据能够为输水系统提供设计依据，例如，在选择水泵数量以及确定水泵规格时，就可以通过扬程数据进行确定，同时，建造泵站等其他配套设施也可以根据计算结果进行确定。在本实施例中，该输水扬程的计算方法包括以下这些步骤，即包括步骤(1)至步骤(3)。
(1)根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程。最高净扬程为输水系统中高位水池的最高运行水位与前池的最低运行水位的差值。平均净扬程为高位水池与前池的平均水位之差。设计净扬程为高位水池与前池的设计水位之差。最小净扬程为高位水池的最低运行水位与前池的最高运行水位的差值。这里需要说明的是，水位净扬程参数表中的数值需要根据实际需要进行设定，其可以通过软件计算的方式实现，还可以通过电子表格的方式直接进行计算。这四个关于扬程方面的数据，可以为后期扬程计算提供基础数据，但由于在实际应用过程中，输水扬程的实际数据会大于这些数据，因为还存在损耗的问题，所以需要计算扬程损失，而扬程损失会和多种因素相关，所以需要进行准确地计算，这会在后续步骤中进行分析计算。
(2)计算输水过程中输水系统的输水损失，而且输水损失的计算方法包括以下这些步骤，即步骤(2.1)-(2.4)。输水损失会影响到扬程计算的精度，如果不考虑到该损失，会使得最终获得的扬程数据远远小于实际所需要的扬程，这样在配备相关的扬程设备时，就可能使设备的配备不足，进而影响输水工程，影响输水的工作进度。
(2.1)确定输水系的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失。其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2。在本实施例中，在计算总长度L和管径d时，这需要考虑到输水的起点和终点之间的地形、水文等实际情况。在这里，本实施例分析管件的壁厚情况，以便于确定管径d。其中，钢管壁厚计算公式如下：
承受内压的直管设计壁厚T应不小于下式的计算值：
T＝δ+C1+C2
式中，T为直管管壁设计壁厚，单位为mm。δ为直管管壁理论计算壁厚，单位为mm。C1为壁厚负偏差附加量，单位为mm。C2为腐蚀或磨蚀裕度附加量，单位为mm。
钢管管道的强度计算，应满足下列要求：
γoσ≤f
式中，σθ为钢管管壁截面的最大环向应力，单位为N/mm2。σ为钢管管壁截面的最大组合折算应力，单位为N/mm2。η为应力折算系数，取0.9，γo为管道结构重要性系敛。F为钢管管材或焊缝的强度设计值。
球墨铸铁管壁厚不小于下面公式计算值：
式中，emin为球墨铸铁管最小壁厚，单位为mm。PFA为允许工作压力，单位为MPa。DE为管的工程外径，单位为mm。SF为管件设计参数。Rm为球磨铸铁的最小抗拉强度，可以取420MPa。
第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和。第一沿程损失Hf1的计算公式为：
Hf1＝(16Q2L1)/(C1 2d4Π2R)+(16Q2L2)/(C2 2d4Π2R)+…+(16Q2Ln)/(Cn 2d4Π2R)
式中，Q为管道流量。L1，L2，…，Ln依次为各段管件的长度。C1，C2，…，Cn依次为各段管件的谢才系数。R为水力半径。在本实施例中各段管件的谢才系数的计算公式为：
Cn＝(R0.16667)/m
式中，m为各段管件的粗糙系数。在具体计算时，本实施例的取值情况如下，在管件为钢管时，粗糙系数m为0.0115。在管件为铸铁管时，粗糙系数m为0.0125。
第二沿程损失Hf2的计算方法包括以下这些步骤，即步骤(2.1.1)-(2.1.4)。
(2.1.1)计算雷诺数。其中，雷诺数的计算公式为：
Re＝(V×d)/ν
Re为雷诺数，ν为黏性系数。
(2.1.2)计算相对粗糙度。其中，相对粗糙度的计算公式为：
(2.1.3)根据雷诺数和相对粗糙度，确定清水阻力系数λ。在本实施例中，通过查穆迪图得清水阻力系数为：λ＝0.017。
(2.1.4)计算第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)。其中，V为管件的流速，g为重力加速度。
(2.2)分别计算第一沿程损失Hf1和第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失。
(2.3)计算出局部损失。
(2.4)计算误差最小的沿程损失与局部损失之和，并将计算结果作为输水损失。
(3)将最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程分别叠加输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
综上所述，相较于现有的扬程计算方法，本实施例的输水扬程的计算方法具有以下优点：
该输水扬程的计算方法，其先计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程，然后计算输水管线的多种沿程损失，并且其中一种沿程损失为统计多段管件的总沿程损失，即将各段沿程损失进行叠加获得第一沿程损失，而另一种沿程损失则直接计算整体的沿程损失，通过先计算雷诺数和相对粗糙度而进一步计算出清水阻力系数，随后根据该系数以及其他已知参数直接计算出第二沿程损失，再然后计算各种沿程损失的误差，并选出误差最小的沿程损失，而后将该沿程损失与局部损失叠加后作为输水过程中的输水损失，最后将输水损失与之前计算出的各种扬程叠加，从而计算出输水过程中的泵站总扬程，这样所计算出的泵站总沿程充分考虑到实际上的沿程损失和局部损失，使最终的计算结果更加准确，避免出现扬程设计过大或过小，以便于在实际输水过程中对相关水泵等设备进行数量和规格的选型，减少资源浪费，使输水设计及应用更加高效和便捷。
实施例2
本实施例提供了一种输水扬程的计算方法，其在实施例1的基础上增加了部分细化步骤。在步骤(2.2)中，还判断第一沿程损失Hf1和第二沿程损失Hf2的误差是否均大于一个预设误差，是则判定沿程损失误差过大，否则选取误差最小的沿程损失。这个预设误差可以根据多次输水扬程的计算结果进行确定，在误差值大于该预设误差时，输水扬程的实际计算结果将不达标，这样就要重新计算，而当这两个误差中至少有一个误差小于预设误差时，则说明存在一种计算结果满足计算要求，可以对输水扬程进行进一步的计算。这样，最终计算的扬程数据将会更加准确，同时避免计算误差过大而引起的设计缺陷，使整个扬程计算过程更加精确。
实施例3
请参阅图2以及图3，本实施例提供了一种输水扬程的计算方法，该方法在实施例1的基础上对一个输水工程的扬程数据进行计算。其中，本实施例所应用的输水工程分为两部分，即内蒙古的新能源化工基地到图克工业园区干线工程部分和图克工业园区到乌审召工业园区支线工程部分。工程位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗境内。地理坐标：东经108°17′～109°04′，北纬37°39′～38°40′。图克工业园区距旗政府所在地嘎鲁图镇以东约(原名达布察克镇)84km。乌审召工业园区位于乌审旗东北部，东邻图克镇，西界鄂托克旗木肯淖尔镇、乌兰镇，南接嘎鲁图镇、乌兰陶勒盖镇，北靠伊金霍洛旗红庆河镇、杭锦旗锡尼镇。干线输水工程起点位于新能源化工基地蒙大工业园区内净水厂的分水阀门井，该厂区距嘎鲁图镇90.0km，距通长公路500m，距无定河镇18km。净水厂水源为新能源化工基地供水工程(一、二期)的大草湾取水口和巴图湾水库，新能源化工基地净水厂区一期已建四座澄清池，二期建设两座澄清池，一期设计处理能力2.0m3/s,二期设计处理能力1.0m3/s，处理能力可满足图克工业园区、乌审召工业园区及蒙大工业园区的用水要求。新能源化工基地净水厂区内已经建成20万m3调蓄水池可以满足事故工况一天的调节容积。终点为图克工业园区中煤能源公司厂区水处理站，输水管线全长145.5km，其中加压泵站到高位水池输水管线长141km，高位水池到厂区自流段输水管线长4.5km。支线输水工程起点为图克工业园区内15000m3高位水池，终点为内蒙古中煤蒙大化工公司50万吨工程塑料项目一次水供水管网。而主要技术要求
(1)输水流量：
满足新能源化工基地净水厂到图克工业园区干线输水流量1.35m3/s，年最大输水量4244.9万m3。
乌审召工业园区支线年最大输水量1600万m3(包含在4244.9万m3水量内)，管线的末端水压要求0.2MPa。
(2)供水水质要求：供水悬浮物SS≤20mg/l。
(3)设计取水保证率：设计取水保证率P＝97％。
该工程属于长距离输水管线工程，线路选择初期通过测绘局提供的1:10万地形图与谷歌地球相结合初选了两条线路，经比较，初步选择一条较优线路，即输水管线从新能源化工基地净水厂向北偏西沿通长公路和S313公路东侧铺，末段沿S313公路东侧向北偏东方向铺设至图克工业园区用水点。从新能源化工基地净水厂至图克工业园区高位水池设计水位高差约为215.0m，总扬程365.5m。经方案综合比较，输水管线通过一级泵站加压至图克工业园区高位水池，再由高位水池分水至两个工业园区。
输水管线担负着从乌审旗新能源化工基地净水厂区至图克工业园区的输水任务，起点为乌审旗新能源化工基地净水厂加压泵站，终点为图克工业园区中煤能源公司厂区水处理站。输水管线全长145.5km，其中从加压泵站到高位水池，输水距离141.0km，从高位水池到中煤能源公司厂区水处理站，输水距离4.5km，最大输水流量为1.35m3/s。
输水管材分为钢管和球墨铸铁管，前113.5km压力大、地形复杂，采用钢管。后32.0km地下水埋深浅，防腐要求高，采用球墨铸铁管。为节约投资，输水管线分为四个压力等级，钢管段分为三个压力等级，球墨铸铁管为一个压力等级。第一段从加压泵站至27.5km处，此段管道内水压力大，地形起伏变化大，管道设计压力为5.0MPa。第二段从27.5km处到67.5km处，地形相对平缓，管道内水压力减小，管道设计压力为3.5MPa。第三段从67.5km处到113.5km处，管道设计压力为2.5MPa。第四段为剩下的32.0km，地下水埋深浅，地表形成很多沼泽地及水塘，此段为满足输水管道防腐要求，采用球墨铸铁管，管道设计压力为1.5MPa，其中高位水池到中煤能源公司厂区清水池为自流段，管线长4.5km。
在图克工业园区高位水池附近设加压泵站，通过1根DN800钢管输水至乌审召工业园区内蒙古中煤蒙大化工公司50万吨工程塑料项目，一部分生产水入厂总管(管线接口DN600，埋地，设计压力0.2MPa)，一部分直接供给循环水场(DN500，埋地)用于补充水，另一部分经管线(DN500，埋地)进入给水升压及消防水站的2座生产、消防水罐(7500m3/座)，经加压后分别进入全厂生产给水管网及消防水管网。
输水工程的具体方案如下：
(1)输水管线
输水管线全长145.5km，根据地形条件供分四段：
1)从净水厂加压泵站至27.5km处，为有压流，采用钢管，设计压力5.0MPa。
2)从27.5km处到67.5km处，为有压流，采用钢管，设计压力3.5MPa。
3)从67.5km处到113.5km处，为有压流，采用钢管，设计压力2.5MPa。
4)剩余32.0km，为有压流，采用球墨铸铁管，设计压力1.5MPa，其中4.5km为自流段，设计压力1.5MPa。
(2)高位水池
由我院设计的中煤鄂尔多斯能源化工有限公司乌审旗新能源化工基地至图克园以及50万吨工程塑料项目输水管线工程，原可研设计为全线有压流，末端接管点为图克工业园区中煤厂区调蓄水池。但考虑到乌审召工业园区及图克工业园区其他企业的用水需求，保证给其它用水企业供水的灵活性及主管线运行的安全性，在图克工业园区西北部高点主管线桩号K141+000处设置总容积为15000m3半地下室高位水池。高位水池为矩形C25钢筋混凝土结构，混凝土抗冻等级F200,抗渗等级W4。池子的尺寸为：50m×75m，高5.1m。
本工程设计供水流量为4860m3/h，设置15000m3的高位水池可使池内水位波动性减小，满足高位水池设计水位的稳定，从而保证自流管线水流状态的稳定。
若在主管末端设支管为其他企业供水，将直接影响主管道的水力过渡过程防护方案，由于其他企业用水规模不能最终确定，现在无法进行水力过渡过程分析计算。为保证后期供水的灵活性、可靠性，设置高位水池是必要的。
(3)附属建筑物
通过水力过渡过程计算，每台水泵出水管需设1个快速关闭止回阀及1个检修球阀。泵站出水主管道上需设一个20m3气压罐及一个超压泄压阀。输水管全线共设钢筋混凝土排补气井179座，其中2座井内设置1个DN100空气阀，其余177个井内设置2个DN100空气阀，空气阀类型为三级缓排式空气阀及复合式空气阀。输水管线还需布置排水井37座(井内排水阀为DN300)，钢筋混凝土阀门井35座。所有管件包括阀门的压力要求均与输水管道的压力等级相对应。
(4)交叉建筑物
输水管线穿越铁路2处、公路14处。穿越铁路和公路全部采用DN1800(δ＝200mm)的预制钢筋混凝土管顶管施工，按照《给水排水工程顶管技术规程》CECS 246:2008，顶管覆土厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1.5倍，并应小于1.5m。混凝土管覆土厚度3.5m,在顶管两侧设检修阀门井，根据具体位置考虑是否增设排补气阀。管线穿越角度均大于45度。
输水管线穿河沟及半固定沙丘段采用混凝土包管保护措施，混凝土厚度0.3m。穿越沟道时，管道置于冲深以下，管顶采用0.5m厚铅丝石笼保护。
检修道路平行管线布置，路面宽4.0m，采用砂石路面，全长约113.2km。
(5)加压泵站及厂区建筑物
泵站设计总流量Q＝1.35m3/s。
加压泵站由主厂房、副厂房及前池组成。
1)主厂房
主厂房上部为C30钢筋混凝土框架结构，下部为C25钢筋混凝土结构，边墙厚0.8m，底板厚1.0m，巡视廊道宽1.2m。主厂房长50.54m，宽14.24m。主厂房检修间地面高程为1131.70m，水泵、电机层地面高程为1123.70m，主厂房比室外地面高0.2m。厂房泵室安装4台卧式多级水泵，一列式布置，3工1备。相邻机组间距为3.0m，检修间宽度为5.6m。
根据电机和水泵的重量和外形尺寸，泵房内设一台20/5T电动双梁桥式起重机，吊车跨度为12.0m，轨顶高程为6.1m，采用钢吊车梁。主厂房结构为排架结构，两端柱距为6.0m，其余为7个5.4m柱距，中间有一伸缩缝。排架柱为钢筋混凝土柱，柱间还应布置上下柱柱间支撑。屋面结构为钢梁、横向支撑、钢檩条和彩色夹芯保温屋面板等。围护结构为370厚普通烧结砖墙体，中间有圈梁和砌体加筋与排架柱相连。窗户采用断桥铝合金窗，主厂房大门为彩色夹芯板保温门，外墙均加保温材料。
由于主厂房下部无地下水，所以不做抗浮稳定计算。
2)副厂房
副厂房地面高程为1131.70m，由中控室、10KV高压配电室、低压配电室、无功补偿室、高压变频室和值班室等组成，总长度为41.6m，总宽度16.1m。主副厂房间设50mm防震缝。因主厂房开挖较深，副厂房紧靠主厂房建，副厂房需分级开挖，为避免地基不均匀沉降，副厂房基础做在原状土上，为钢筋混凝土独立柱基。副厂房结构采用钢筋混凝土框架结构，层高4.20m。外墙为300厚内墙为200厚的轻质砌块砌筑，窗户采用断桥铝合金窗，副厂房大门为彩色夹芯板保温门。配电室门为甲级防火门，窗为乙级防火窗，外墙均加保温材料。屋面为100厚挤塑聚苯板保温，高聚物改性沥青防水。
3)前池
前池为全封闭钢筋混凝土结构，边墙厚0.6m，底板厚0.8m，顶板厚0.2m。混凝土强度等级C25，抗冻等级F200,抗渗等级W4。池长43.7m，宽13.30m，高8.2m，有效容积900m3。池内布置进水管及溢流管，进水管为直径为DN1600的钢管，溢流管直径为DN1200的钢管，池顶覆土厚0.5m。由于前池下部无地下水，所以不做抗浮稳定计算。
4)阀门井(内设超压泄压阀)
阀门井设置1座，为全封闭钢筋混凝土结构，边墙厚0.4m，底板厚0.5m，顶板厚0.2m。混凝土强度等级C25，抗冻等级F200,抗渗等级W4。长5.0m，宽4.5m，高3.85m，顶覆土厚0.5m。
5)流量计井
流量计井设置4座，为全封闭钢筋混凝土结构，边墙0.4m，底板厚0.5m，顶板厚0.2m。混凝土强度等级C25，抗冻等级F200,抗渗等级W4。长、宽均为3.2m，高3.5m，顶覆土厚0.5m。
6)20m3气压罐井
气压罐井设置1座，为全封闭钢筋混凝土结构，边墙、底板厚均为0.5m，顶板厚0.2m。混凝土强度等级C25，抗冻等级F200,抗渗等级W4。长8.5m，宽4.4m，高4.5m，顶覆土厚0.5m。
因此，在本实施例中，水位净扬程参数具体如下：
表1水位净扬程参数表
泵站输水管线总长度为147km,管径为1×DN1200mm。其中，钢管113.5km，铸铁管28.5km采用谢才公式计算损失如下：
Hf1＝(16Q2L1)/(C1 2d4Π2R)+(16Q2L2)/(C2 2d4Π2R)
式中，管径d为1.2m，R为0.3m，这样求得Hf1＝76Q2＝139m。
而且，V为1.2m/s，Δ为0.7，Re为1.1×10-6，▽为0.00058，这样，计算出：Hf2＝147m。由于计算时阻力系数λ通过查询穆迪图得出，存在一定误差，本次设计采用第一沿程损失Hf1。在计算局部损失后，获得局部损失为6Q2。
通过以上计算泵站总扬程如下：
最高扬程：217.7+82Q2m
设计扬程：216.0+82Q2m
平均扬程：216.0+82Q2m
最小扬程：213.3+82Q2m
设计总流量：1.35m3/s
实施例4
本实施例提供了一种输水扬程的计算装置，该装置应用实施例1-3中的输水扬程的计算方法，并且包括计算模块一、计算模块二以及计算模块三。
计算模块一用于根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程。计算模块二用于计算输水过程中输水系统的输水损失，且计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三以及计算单元四。计算单元一用于确定输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失。其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2。第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和。计算单元一包括计算子单元一、计算子单元二、计算子单元三以及计算子单元四。计算子单元一用于计算雷诺数。计算子单元二用于计算相对粗糙度。计算子单元三根据雷诺数和相对粗糙度，计算清水阻力系数λ。计算子单元四计算第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)。其中，V为管件的流速，g为重力加速度。计算单元二用于分别计算第一沿程损失Hf1和第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失。计算单元三用于计算出局部损失。计算单元四用于计算误差最小的沿程损失与局部损失之和，并将计算结果作为输水损失。计算模块三用于将最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程分别叠加输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
实施例5
本实施例提供一种计算机终端，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行程序时实现实施例1的输水扬程的计算方法的步骤。
实施例1的方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成独立运行的程序，安装在计算机终端上，计算机终端可以是电脑、智能手机、控制系统以及其他物联网设备等。实施例1的方法也可以设计成嵌入式运行的程序，安装在计算机终端上，如安装在单片机上。
实施例6
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。程序被处理器执行时，实现实施例1的输水扬程的计算方法的步骤。
实施例1的方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成计算机可读存储介质可独立运行的程序，计算机可读存储介质可以是U盘，设计成U盾，通过U盘设计成通过外在触发启动整个方法的程序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种输水扬程的计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程；
(2)计算输水过程中输水系统的输水损失，且所述输水损失的计算方法包括以下步骤：
(2.1)确定所述输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失；其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2；所述第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和；所述第二沿程损失Hf2的计算方法包括以下步骤：
(2.1.1)计算雷诺数；
(2.1.2)计算相对粗糙度；
(2.1.3)根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，确定清水阻力系数λ；以及
(2.1.4)计算所述第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度；
(2.2)分别计算所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失；
(2.3)计算出局部损失；以及
(2.4)计算误差最小的沿程损失与所述局部损失之和，并将计算结果作为所述输水损失；以及
(3)将所述最高净扬程、所述平均净扬程、所述设计净扬程以及所述最小净扬程分别叠加所述输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
2.如权利要求1所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，所述第一沿程损失Hf1的计算公式为：
Hf1＝(16Q2L1)/(C1 2d4Π2R)+(16Q2L2)/(C2 2d4Π2R)+…+(16Q2Ln)/(Cn 2d4Π2R)
式中，Q为管道流量；L1，L2，…，Ln依次为各段管件的长度；C1，C2，…，Cn依次为各段管件的谢才系数；R为水力半径。
3.如权利要求1所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，所述最高净扬程为所述输水系统中高位水池的最高运行水位与前池的最低运行水位的差值；所述平均净扬程为所述高位水池与所述前池的平均水位之差；所述设计净扬程为所述高位水池与所述前池的设计水位之差；所述最小净扬程为所述高位水池的最低运行水位与所述前池的最高运行水位的差值。
4.如权利要求1所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，所述雷诺数的计算公式为：
Re＝(V×d)/ν
Re为所述雷诺数，ν为黏性系数。
5.如权利要求1所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，所述相对粗糙度的计算公式为：
6.如权利要求2所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，各段管件的谢才系数的计算公式为：
Cn＝(R0.16667)/m
式中，m为各段管件的粗糙系数。
7.如权利要求6所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，在所述管件为钢管时，粗糙系数m为0.0115；在所述管件为铸铁管时，粗糙系数m为0.0125。
8.如权利要求1所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，在步骤(2.2)中，还判断所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差是否均大于一个预设误差，是则判定沿程损失误差过大，否则选取误差最小的沿程损失。
9.如权利要求4所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，清水阻力系数λ为0.017，黏性系数ν为1.31×10-6。
10.一种输水扬程的计算装置，其应用如权利要求1-9中任意一项所述的输水扬程的计算方法，其特征在于，其包括：
计算模块一，其用于根据一个预设的水位净扬程参数表的对照关系，计算出输水过程中的最高净扬程、平均净扬程、设计净扬程以及最小净扬程；
计算模块二，其用于计算输水过程中输水系统的输水损失，且所述计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三以及计算单元四；所述计算单元一用于确定所述输水系统的泵站输水管线中各段管件的总长度L和管径d，并计算出至少两种沿程损失；其中一种沿程损失定义为第一沿程损失Hf1，其中另一种沿程损失定义为第二沿程损失Hf2；所述第一沿程损失Hf1为各段管件的沿程水头损失之和；所述计算单元一包括计算子单元一、计算子单元二、计算子单元三以及计算子单元四；所述计算子单元一用于计算雷诺数；所述计算子单元二用于计算相对粗糙度；所述计算子单元三根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，计算清水阻力系数λ；所述计算子单元四计算所述第二沿程损失Hf2，且计算公式为：Hf2＝(λ×L×V2)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度；所述计算单元二用于分别计算所述第一沿程损失Hf1和所述第二沿程损失Hf2的误差，并选取误差最小的沿程损失；所述计算单元三用于计算出局部损失；所述计算单元四用于计算误差最小的沿程损失与所述局部损失之和，并将计算结果作为所述输水损失；以及
计算模块三，其用于将所述最高净扬程、所述平均净扬程、所述设计净扬程以及所述最小净扬程分别叠加所述输水损失以作为输水过程中的泵站总扬程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010105586.3A CN111305321A (zh) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | 一种输水扬程的计算方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010105586.3A CN111305321A (zh) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | 一种输水扬程的计算方法及其装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111305321A true CN111305321A (zh) | 2020-06-19 |
Family
ID=71149018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010105586.3A Pending CN111305321A (zh) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | 一种输水扬程的计算方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111305321A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112627289A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 河北利万信息科技有限公司 | 一种用于供水加压智能节电的控制方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852782A (zh) * | 2012-09-25 | 2013-01-02 | 扬州大学 | 一种大型水泵机组及其工况调节方式精确定量选型方法 |
| JP6436408B1 (ja) * | 2018-02-15 | 2018-12-12 | 有限会社北沢技術事務所 | ポンプ流量計測装置 |
-
2020
- 2020-02-20 CN CN202010105586.3A patent/CN111305321A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852782A (zh) * | 2012-09-25 | 2013-01-02 | 扬州大学 | 一种大型水泵机组及其工况调节方式精确定量选型方法 |
| JP6436408B1 (ja) * | 2018-02-15 | 2018-12-12 | 有限会社北沢技術事務所 | ポンプ流量計測装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 丘传忻: "《泵站工程》", 30 November 2001, 武汉大学出版社 * |
| 常胜: "大口径长距离输水管道沿程水头损失计算研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
| 陕西省水利学校: "《小型水利工程手册抽水机站》", 31 December 1979 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112627289A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 河北利万信息科技有限公司 | 一种用于供水加压智能节电的控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109614719A (zh) | 一种基于bim技术的制冷机房装配式施工方法 | |
| CN105178288A (zh) | 高架桥下地下连续墙施工方法 | |
| CN111353120B (zh) | 一种长距离高海拔输水线路的设计方法及其设计装置 | |
| CN103290805A (zh) | 利用海力调度河水的方法 | |
| CN104776312A (zh) | L-cng加气站设备选型方法 | |
| CN111305321A (zh) | 一种输水扬程的计算方法及其装置 | |
| CN204570718U (zh) | 一种带有液体管道通路的筏板基础 | |
| CN215442013U (zh) | 一种综合管廊与排水管交叉节点结构 | |
| CN106120860B (zh) | 一种组装式工井在改扩建工程中的安装方法 | |
| CN210455139U (zh) | 一种基于浮箱设计的多功能海上平台 | |
| Hooda et al. | Design and optimization of piped water network for tanker fed villages in Mokhada Taluka | |
| CN111325400B (zh) | 一种高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统 | |
| CN221702559U (zh) | 一种基于承台式油气场站的给排水系统 | |
| CN106056260A (zh) | 一种露天矿用大型洒水车高效加水方法 | |
| CN214971456U (zh) | 一种光伏电厂变电站的消火栓给水系统 | |
| CN208183789U (zh) | 一种结合综合管廊建设的雨污水入廊结构 | |
| CN209705437U (zh) | 一种过路埋管 | |
| CN207959265U (zh) | 一种预制综合管廊 | |
| LEITCH | THE WATER-SUPPLY OF THE WITWATERSRAND.(INCLUDING APPENDIX AND PLATES AT BACK OF VOLUME). | |
| STONEBRIDGE | The Tansa Completion Works for the Water-Supply of Bombay. | |
| CN112554230A (zh) | 一种综合管廊与排水管交叉的敷设方法及节点结构 | |
| Hinds et al. | Notable Steel Pipe Installations [with Discussion] | |
| Lonnquist et al. | Plans for meeting water requirements in the Kaskaskia River Basin, 1970-2020 | |
| Schwada | The Design and Construction of the Milwaukee Water Works | |
| CN117027105A (zh) | 一种梯级泵站长疏管线的试通水调试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200619 |