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灌溉管道各项性能的比较

时间:2019-7-10 19:47:52

PVC-U管和PE管的管径一般小于630 mm,常用于短距离输水和田间灌溉管道。普通焊接钢管和球墨铸铁管的最大管径比普通塑料管稍大,其承压能力高,一般用于闸阀连接、首部工程和泵站的进水和出水管道以及明铺的灌溉输水工程。玻璃钢夹砂管、预应力混凝土管、竹缠绕复合管的管径大于等于315mm(其中预应力钢筒混凝土管、预应力钢筋混凝土管的管径最小为400 mm),最大管径可以达到3 0004 000 mm,最大承压能力在2.0MPa左右,因此主要用于长距离输水较大口径的管道工程(见下表)

 

密度和壁厚决定了管道单位长度的重量,直接影响工程的投资和施工的便捷程度。 密度从高到低依次为:预应力钢筒混凝土管、镀锌焊接钢管、球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管、PVC-U、竹复合压力管和PE管。预应力钢筒混凝土管、预应力钢筋混凝土管、大口径镀锌管焊接钢管和球墨铸铁管需要借助专业机械吊装。

在中高压水灌溉工程中,硬聚氯乙烯PVC-U管材中涉及0.630.81.01.251.62.02.5MPa7种压力规格的管道。管道尺寸涵盖dn20~dn100028种管径。

在低压输水灌溉工程中PVC-U管道涉及4种公称压力:0.20.250.320.4MPa涵盖dn75-dn31512种管径。硬聚氯乙烯PVC-U双壁波纹管管径有dn63~ dn100017种规格,硬聚氯乙烯PVC-U加筋管道有3种规格:dn150dn225dn315PVC-U 管道密度介于1 350~ 1550 kg/m3之间PE管的1.40~1.69倍。
根据管道材料最小要求强度(MRS)的不同,可以分为PE63(6.30~ 7.99 MPa) PE80(8.0~9.99 MPa)PE100(10.0~ 11.19 MPa)管材。在给水用聚乙烯PE管材中涉及0.32 0. 40.60.81.01.251.6 MPa7个压等级,管道公称外径涵盖dn16~ dn100029种管径。密度于915~ 965 kg/m之间。
钢管的管径范围广泛,推荐选用的普通焊接钢管的外径为dn10.2~ dn2540之间共有35种规格,其中低压流体输送用管端用螺纹连接的焊接钢管公称口径的尺寸有:DN6~ DN15014种规格钢管本身的密度为7850 kg/m3,在实际工程中需要在钢管上增加镀层用于防腐,镀锌管的密度随着镀层加厚而增加,修正系数介于1.006~1.225之间,其密度范围为7897~9616kg/m3,是PE管道的8.18~10.51倍。

球墨铸铁管的公称直径介于dn40~dn2600之间,共30种规格,公称压力有:1.01.62.54.0MPa4个压力等级。其密度为7050kg/m3比钢管稍轻,是PE管的7.31~7.70倍。由于球墨铸铁管耐腐性差,一般管道内外均需要设图层。

玻璃纤维增强塑料夹砂管(玻璃钢夹砂管)的公称直径介于dn100~dn4000之间,共30种规格,公称压力有0.10.250.40.60.81.01.21.41.62.02.53.2MPa12种等级,其密度范围为1700~2500kg/m3PE管的1.76~2.73倍。

预应力钢筒混凝土管的公称直经介于dn400~dn4000之间22种规格,公称压力有0.40.60.81.01.21.41.61.82.0MPa9个压力规格。预应力钢筋混凝土管的公称直径介于dn400~dn3000之间,17种规格,公称压力有0.20.40.60.81.01.2MPa6种压力规格。

竹缠绕复合管的公称内径介于dn150~ dn3000之间共23种尺寸,公称压力有0.20.40.60.81.01.21.41.6.MPa8个压力规格,其密度介于1 150~1 350kg/m3间,密度比PVC管小,比PE管略大,PE管的1.19~1.48倍。

 管道的力学性能直接关系到有压条件下管道的工作状态,由于玻璃钢夹砂管和PCCP管的性能参数是多种材料协同工作的结果,在本节中只比较其他几种管道的参数,见下表。

:①为PE80级管材参数;②为牌号Q195,壁厚t16mm时的值;③为牌号Q195,外径D>168.3mm时的值;④为离心球铁管参数⑤为长期抗拉强度设计值。

从拉伸强度和弹性模量上讲,PVC-U管和PE管的弹性模量基本相当,竹缠绕复合管是塑料管道的2~345 PE管的拉伸屈服应力比二者都小。镀锌焊接钢管和球墨铸铁管强度最高,其拉伸屈服强度在185 MPa以上,钢管的弹性模量和球墨铸铁管相当,在17 GPa以上,是塑料管道和竹缠绕复合管的67~244倍。

断裂伸长率是管道的韧性指标。所有管道中,PE管道的断裂伸长率最大,表明PE管的韧性最好,除此之外其他管道的断裂伸长率下限介于10%~ 15%之间。

 

我们采用糙率系数n对不同管道的水力学性能进行对比分析。在过流量、管道坡度一定的情况下,糙率系数n越大,相应的管道直径也越大。不同类型管道的糙率系数见下表。

在一般条件下,PVC-U管、PE管和玻璃钢夹砂管的糙率系数较小,介于0.008~0.01之间,在设计中可能取较大值。镀锌钢管和球墨铸铁管的糙率系数n0.0105~0.014之间变化,当在管内设有聚氨酯内衬时,管道的糙率系数n减小到0.0081左右。PCCP管的糙率系数n与制造工艺有直接关系,我国目前预应力混凝土管糙率系数设计值的推荐范围为0.0110~0.0115,糙率系数试验值的范围为0.0095~0.0123 ,竹缠绕复合管道的糙率为0.011

 


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