給水管道水壓試驗(yàn)的分析及應(yīng)用

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提要：對(duì)給水管道水壓試驗(yàn)中的現(xiàn)象、原因加以理論分析，以便在工程中，根據(jù)實(shí)際情況，加以利用。
關(guān)鍵詞：水壓試驗(yàn)    分析及應(yīng)用

一、前言
給排水施工中給水管道的水壓試驗(yàn)是對(duì)管道安裝及鋪設(shè)后，進(jìn)行最后質(zhì)量鑒定的必要手段，應(yīng)用廣泛。在實(shí)際工程中，試壓工作往往是管道工要進(jìn)行的必不可少的關(guān)鍵工序，是保證工程質(zhì)量的前提。
二、問(wèn)題的提出
本人在明珠線上海火車站站消火栓系統(tǒng)試壓過(guò)程中，管道中放滿水后，試壓泵設(shè)在地下室進(jìn)行加壓，加壓了近30min，壓力表還是不上去，此時(shí)管道外端無(wú)滲漏現(xiàn)象。最后在頂層排氣放水后再試，加壓15min后，壓力表上去，再繼續(xù)加壓15min后，至試驗(yàn)壓力。10min后，壓力表無(wú)下降，然后，降壓至使用壓力，管道外端無(wú)滲漏現(xiàn)象，試驗(yàn)成功。這種現(xiàn)象，在水壓試驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。
實(shí)際現(xiàn)象總以理論為依據(jù)，于是提出這樣一些問(wèn)題：滲水量與降壓有什么關(guān)系？能不能從降壓值估算出滲水量？管內(nèi)有氣對(duì)試驗(yàn)有多大影響？怎么能知道管內(nèi)會(huì)有氣？對(duì)這些問(wèn)題作定性的回答還比較容易，但要定量，就困難了。本人查閱了有關(guān)書籍，結(jié)合自己的理論知識(shí)和工程實(shí)際，作了一些分析，以供探討和應(yīng)用。（以承插給水鑄鐵管為例進(jìn)行分析）
三、分析及應(yīng)用
（一）、管內(nèi)空氣基本排凈的情況下，滲水量與降壓的關(guān)系
管道作水壓試驗(yàn)時(shí)，管內(nèi)充滿水以后，還要繼續(xù)向管內(nèi)注水，才能在管內(nèi)產(chǎn)生水壓和達(dá)到要求的壓力。此時(shí)管內(nèi)的水量比剛剛充滿水還沒(méi)有壓力時(shí)增多了。增多這些水，是由于兩個(gè)原因：一是管壁受水壓而產(chǎn)生拉應(yīng)力，環(huán)向伸長(zhǎng)了，管子的斷面積就比原來(lái)增大了，管端縱向也伸長(zhǎng)了；二是管內(nèi)的水和部分未排凈的空氣，在受壓下密度增大了，也就是體積比原來(lái)無(wú)壓時(shí)縮小了。由于管子被拉伸管內(nèi)增加的體積，加上水和空氣被壓縮而減小的體積，就是需要向管內(nèi)增補(bǔ)的水量。相反，管子要降壓時(shí)，就必須放出或滲漏掉這些水量。
1、滲水量與降壓關(guān)系的計(jì)算式
要計(jì)算水壓試驗(yàn)中滲水量與降壓的關(guān)系，就要分析在水壓下管材的變形和管內(nèi)水的變形。
⑴、        先分析在壓強(qiáng)為Ｐ的水壓下，由于管壁環(huán)向拉應(yīng)力所產(chǎn)生的管壁周長(zhǎng)的變形。設(shè)管內(nèi)徑為 Ｄ１，壁厚為Ｔ，其變形可寫成下式：
δT＝PD１／2TE
　　由于圓周長(zhǎng)度的變形值很小，它反映在圓面積上的變形可寫成下式：
δA＝2δT＝PD１／TE
設(shè)管內(nèi)充滿水無(wú)壓時(shí)的總體積為Ｗ（Ｌ），水壓增為Ｐ（Kgf/cm2）時(shí)，由于管壁環(huán)向變形而需要向管內(nèi)增補(bǔ)的水量為：
     Δω1＝WPD1／TE                          (1)
⑵、        分析管道的縱向變形。在水壓作用下管子的縱向拉應(yīng)力約為環(huán)向拉引力的1/2。如果管道是完全可以自由伸張的，它的縱向變形量也是可觀的。但實(shí)際上，試壓時(shí)，管道大部分都已固定或回土，并不能自由伸張。而最主要的是，管道的縱向變形量取決于試壓后背及其支撐的變形量，而與管道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
    根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，水壓10Kgf/cm2所產(chǎn)生的這項(xiàng)變形量不過(guò)1cm左右。那么水壓１Kgf/cm2，一個(gè)后背的變形，使管子增加的容積應(yīng)為（1／10）πD12／4（cm3）＝πD12／40000（L）。試壓P（Kgf/cm2）時(shí)，管道兩端后背變形使管子增加的容積，也就是比管內(nèi)無(wú)壓時(shí)要向管內(nèi)增補(bǔ)的水量為（單位以升計(jì)）：
   Δω2＝2×PπD12／40000=PπD12／20000         （2）
⑶、        分析管內(nèi)水的變形。在單位壓力下，管內(nèi)水的變形就是它的壓縮系數(shù)β。在P（Kgf/cm2）壓力下需要向管內(nèi)增補(bǔ)的水量可寫成下式：
Δω3＝WPβ
1m管道的容積為：
πD12×100／4（cm3）＝πD12／40（L）
試壓管道長(zhǎng)度為L(zhǎng)（m）時(shí)，在無(wú)壓時(shí)管內(nèi)水的總體積為：
W＝πD12L／40  （L）
則：      Δω3＝πD12LPβ／40                  （3）
于是水壓試驗(yàn)升壓P（Kgf/cm2）時(shí)，由于管子的變形和水的壓縮，需要向管內(nèi)增補(bǔ)的水量，也就是降壓P（Kgf/cm2）時(shí)需要排出或滲漏掉的水量為：
    Δω＝Δω1+Δω2+Δω3
       ＝πD12LP［（D1／TE）+（１／500L）+β］／40    （4）
式中：Δω——管道水壓試驗(yàn)升壓Ｐ（Kgf/cm2）時(shí)，需向管內(nèi)增補(bǔ)的總水量，或降壓Ｐ（Kgf/cm2）時(shí)需要排出或滲漏掉的總水量（L），其中包括：Δω1、Δω2、Δω3三個(gè)部分；
      Δω1——由于管壁環(huán)向變形需要向管內(nèi)增補(bǔ)或排出的水量（L）；
      Δω2——由于試壓后背變形需要向管內(nèi)增補(bǔ)或排出的水量（L）；
      Δω3——由于管內(nèi)水的壓縮變形需要向管內(nèi)增補(bǔ)或排出的水量（L）；
        D1——管道內(nèi)徑（cm）；
         T——管道平均厚度（cm）；
         L——試壓管道長(zhǎng)度（m）；
         P——管道水壓試驗(yàn)的壓強(qiáng)（Kgf/cm2）；
         E——管材的彈性模量（Kgf/cm2），取E=0.9×106；
         β——水的壓縮系數(shù)（cm2/Kgf），取β=0.475×10-4；
上式就是管內(nèi)空氣基本排凈的情況下，水壓試驗(yàn)時(shí)注水量與升壓