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      基礎知識

      灌溉管道各項性能的比較

      時間:2019-07-10

      PVC-U管和PE管的管徑一般小于630 mm,常用于短距離輸水和田間灌溉管道。普通焊接鋼管和球墨鑄鐵管的最大管徑比普通塑料管稍大,其承壓能力高,一般用于閘閥連接、首部工程和泵站的進水和出水管道以及明鋪的灌溉輸水工程。玻璃鋼夾砂管、預應力混凝土管、竹纏繞復合管的管徑大于等于315mm(其中預應力鋼筒混凝土管、預應力鋼筋混凝土管的管徑最小為400 mm),最大管徑可以達到3 0004 000 mm,最大承壓能力在2.0MPa左右,因此主要用于長距離輸水較大口徑的管道工程(見下表)。

       

      密度和壁厚決定了管道單位長度的重量,直接影響工程的投資和施工的便捷程度。 密度從高到低依次為:預應力鋼筒混凝土管、鍍鋅焊接鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管、PVC-U、竹復合壓力管和PE管。預應力鋼筒混凝土管、預應力鋼筋混凝土管、大口徑鍍鋅管焊接鋼管和球墨鑄鐵管需要借助專業機械吊裝。

      在中高壓水灌溉工程中,硬聚氯乙烯PVC-U管材中涉及0.63、0.8、1.0、1.25、1.6、2.0、2.5MPa7種壓力規格的管道。管道尺寸涵蓋dn20~dn100028種管徑。

      在低壓輸水灌溉工程中,PVC-U管道涉及4種公稱壓力:0.2、0.25、0.320.4MPa。涵蓋dn75-dn31512種管徑。硬聚氯乙烯PVC-U雙壁波紋管管徑有dn63~ dn100017種規格,硬聚氯乙烯PVC-U加筋管道有3種規格:dn150、dn225dn315。PVC-U 管道密度介于1 350~ 1550 kg/m3之間,PE管的1.40~1.69倍。
      根據管道材料最小要求強度(MRS)的不同,可以分為PE63(6.30~ 7.99 MPa) ,PE80(8.0~9.99 MPa)PE100(10.0~ 11.19 MPa)管材。在給水用聚乙烯PE管材中涉及0.32 、0. 4、0.6、0.8、1.0、1.251.6 MPa7個壓等級,管道公稱外徑涵蓋dn16~ dn100029種管徑。密度于915~ 965 kg/m之間。
      鋼管的管徑范圍廣泛,推薦選用的普通焊接鋼管的外徑為dn10.2~ dn2540之間,共有35種規格,其中低壓流體輸送用管端用螺紋連接的焊接鋼管公稱口徑的尺寸有:DN6~ DN15014種規格。鋼管本身的密度為7850 kg/m3,在實際工程中需要在鋼管上增加鍍層用于防腐,鍍鋅管的密度隨著鍍層加厚而增加,修正系數介于1.006~1.225之間,其密度范圍為7897~9616kg/m3,是PE管道的8.18~10.51倍。

      球墨鑄鐵管的公稱直徑介于dn40~dn2600之間,共30種規格,公稱壓力有:1.0、1.6、2.54.0MPa4個壓力等級。其密度為7050kg/m3,比鋼管稍輕,是PE管的7.31~7.70倍。由于球墨鑄鐵管耐腐性差,一般管道內外均需要設圖層。

      玻璃纖維增強塑料夾砂管(玻璃鋼夾砂管)的公稱直徑介于dn100~dn4000之間,共30種規格,公稱壓力有0.1、0.25、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0、2.5、3.2MPa12種等級,其密度范圍為1700~2500kg/m3,PE管的1.76~2.73倍。

      預應力鋼筒混凝土管的公稱直經介于dn400~dn4000之間,22種規格,公稱壓力有0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.82.0MPa9個壓力規格。預應力鋼筋混凝土管的公稱直徑介于dn400~dn3000之間,17種規格,公稱壓力有0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa6種壓力規格。

      竹纏繞復合管的公稱內徑介于dn150~ dn3000之間共23種尺寸,公稱壓力有0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6.MPa8個壓力規格,其密度介于1 150~1 350kg/m3間,密度比PVC管小,比PE管略大,PE管的1.19~1.48倍。

       管道的力學性能直接關系到有壓條件下管道的工作狀態,由于玻璃鋼夾砂管和PCCP管的性能參數是多種材料協同工作的結果,在本節中只比較其他幾種管道的參數,見下表。

      :①為PE80級管材參數;②為牌號Q195,壁厚t16mm時的值;③為牌號Q195,外徑D>168.3mm時的值;④為離心球鐵管參數;⑤為長期抗拉強度設計值。

      從拉伸強度和彈性模量上講,PVC-U管和PE管的彈性模量基本相當,竹纏繞復合管是塑料管道的2~345 ,PE管的拉伸屈服應力比二者都小。鍍鋅焊接鋼管和球墨鑄鐵管強度最高,其拉伸屈服強度在185 MPa以上,鋼管的彈性模量和球墨鑄鐵管相當,在17 GPa以上,是塑料管道和竹纏繞復合管的67~244倍。

      斷裂伸長率是管道的韌性指標。所有管道中,PE管道的斷裂伸長率最大,表明PE管的韌性最好,除此之外其他管道的斷裂伸長率下限介于10%~ 15%之間。

       

      我們采用糙率系數n對不同管道的水力學性能進行對比分析。在過流量、管道坡度一定的情況下,糙率系數n越大,相應的管道直徑也越大。不同類型管道的糙率系數見下表。

      在一般條件下,PVC-U管、PE管和玻璃鋼夾砂管的糙率系數較小,介于0.008~0.01之間,在設計中可能取較大值。鍍鋅鋼管和球墨鑄鐵管的糙率系數n0.0105~0.014之間變化,當在管內設有聚氨酯內襯時,管道的糙率系數n減小到0.0081左右。PCCP管的糙率系數n與制造工藝有直接關系,我國目前預應力混凝土管糙率系數設計值的推薦范圍為0.0110~0.0115,糙率系數試驗值的范圍為0.0095~0.0123 ,竹纏繞復合管道的糙率為0.011。

       


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