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给水管道水压试验的分析及应用
提要:对给水管道水压试验中的现象、原因加以理论分析,以便在工程中,根据实际情况,加以利用。
关键词:水压试验 分析及应用
一、前言
给排水施工中给水管道的水压试验是对管道安装及铺设后,进行最后质量鉴定的必要手段,应用广泛。在实际工程中,试压工作往往是管道工要进行的必不可少的关键工序,是保证工程质量的前提。
二、问题的提出
本人在明珠线上海火车站站消火栓系统试压过程中,管道中放满水后,试压泵设在地下室进行加压,加压了近30min,压力表还是不上去,此时管道外端无渗漏现象。最后在顶层排气放水后再试,加压15min后,压力表上去,再继续加压15min后,至试验压力。10min后,压力表无下降,然后,降压至使用压力,管道外端无渗漏现象,试验成功。这种现象,在水压试验中经常会出现。
实际现象总以理论为依据,于是提出这样一些问题:渗水量与降压有什么关系?能不能从降压值估算出渗水量?管内有气对试验有多大影响?怎么能知道管内会有气?对这些问题作定性的回答还比较容易,但要定量,就困难了。本人查阅了有关书籍,结合自己的理论知识和工程实际,作了一些分析,以供探讨和应用。(以承插给水铸铁管为例进行分析)
三、分析及应用
(一)、管内空气基本排净的情况下,渗水量与降压的关系
管道作水压试验时,管内充满水以后,还要继续向管内注水,才能在管内产生水压和达到要求的压力。此时管内的水量比刚刚充满水还没有压力时增多了。增多这些水,是由于两个原因:一是管壁受水压而产生拉应力,环向伸长了,管子的断面积就比原来增大了,管端纵向也伸长了;二是管内的水和部分未排净的空气,在受压下密度增大了,也就是体积比原来无压时缩小了。由于管子被拉伸管内增加的体积,加上水和空气被压缩而减小的体积,就是需要向管内增补的水量。相反,管子要降压时,就必须放出或渗漏掉这些水量。
1、渗水量与降压关系的计算式
要计算水压试验中渗水量与降压的关系,就要分析在水压下管材的变形和管内水的变形。
⑴、 先分析在压强为P的水压下,由于管壁环向拉应力所产生的管壁周长的变形。设管内径为 D1,壁厚为T,其变形可写成下式:
δT=PD1/2TE
由于圆周长度的变形值很小,它反映在圆面积上的变形可写成下式:
δA=2δT=PD1/TE
设管内充满水无压时的总体积为W(L),水压增为P(Kgf/cm2)时,由于管壁环向变形而需要向管内增补的水量为:
Δω1=WPD1/TE (1)
⑵、 分析管道的纵向变形。在水压作用下管子的纵向拉应力约为环向拉引力的1/2。如果管道是完全可以自由伸张的,它的纵向变形量也是可观的。但实际上,试压时,管道大部分都已固定或回土,并不能自由伸张。而最主要的是,管道的纵向变形量取决于试压后背及其支撑的变形量,而与管道长度无关。
根据有关资料和实际经验,水压10Kgf/cm2所产生的这项变形量不过1cm左右。那么水压1Kgf/cm2,一个后背的变形,使管子增加的容积应为(1/10)πD12/4(cm3)=πD12/40000(L)。试压P(Kgf/cm2)时,管道两端后背变形使管子增加的容积,也就是比管内无压时要向管内增补的水量为(单位以升计):
Δω2=2×PπD12/40000=PπD12/20000 (2)
⑶、 分析管内水的变形。在单位压力下,管内水的变形就是它的压缩系数β。在P(Kgf/cm2)压力下需要向管内增补的水量可写成下式:
Δω3=WPβ
1m管道的容积为:
πD12×100/4(cm3)=πD12/40(L)
试压管道长度为L(m)时,在无压时管内水的总体积为:
W=πD12L/40 (L)
则: Δω3=πD12LPβ/40 (3)
于是水压试验升压P(Kgf/cm2)时,由于管子的变形和水的压缩,需要向管内增补的水量,也就是降压P(Kgf/cm2)时需要排出或渗漏掉的水量为:
Δω=Δω1+Δω2+Δω3
=πD12LP[(D1/TE)+(1/500L)+β]/40 (4)
式中:Δω——管道水压试验升压P(Kgf/cm2)时,需向管内增补的总水量,或降压P(Kgf/cm2)时需要排出或渗漏掉的总水量(L),其中包括:Δω1、Δω2、Δω3三个部分;
Δω1——由于管壁环向变形需要向管内增补或排出的水量(L);
Δω2——由于试压后背变形需要向管内增补或排出的水量(L);
Δω3——由于管内水的压缩变形需要向管内增补或排出的水量(L);
D1——管道内径(cm);
T——管道平均厚度(cm);
L——试压管道长度(m);
P——管道水压试验的压强(Kgf/cm2);
E——管材的弹性模量(Kgf/cm2),取E=0.9×106;
β——水的压缩系数(cm2/Kgf),取β=0.475×10-4;
上式就是管内空气基本排净的情况下,水压试验时注水量与升压
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