一、前言
在二十世紀九十年代以前，絕大多數(shù)供水管材都是灰口鑄鐵管，依據(jù)我國27個大中城市的給水管材的調(diào)查數(shù)據(jù)，灰口鑄鐵管所占的比例為84.72%。在長期的使用過程中，灰口鑄鐵管有著十分成熟的設(shè)計規(guī)范、設(shè)計標準圖集和施工規(guī)范。這些都給管道生產(chǎn)商、設(shè)計單位、施工單位帶來了很大的便利。
球墨鑄鐵管是在灰口鑄鐵管基礎(chǔ)上的一次新的革命。它不但繼承了灰口管抗腐蝕、耐磨等優(yōu)點，而且其機械性能遠大于灰口管，更接近于鋼管。隨著球墨鑄鐵管進入中國市場，越來越多的自來水公司和建設(shè)單位了解和掌握球墨鑄鐵管的性能,球墨鑄鐵管成為供水管材的主導(dǎo)產(chǎn)品，并逐步取代灰口鑄鐵管，這已成為不爭的事實。
但是遺憾的是，我國許多關(guān)于球墨鑄鐵管的設(shè)計、施工、驗收規(guī)范都沒有及時地推出，給管線的建設(shè)帶來了無法可依的局面。由于標準的缺乏，現(xiàn)行的做法是只能套用灰口鑄鐵管的規(guī)范。我們知道，球墨鑄鐵管與灰口鑄鐵管相比，無論是管材的本身、接口防腐層、管線設(shè)計、安裝、驗收都有很大的不同，直接套用所產(chǎn)生的誤差也是相當大的，對管線的正常運行，經(jīng)濟效益都帶來了重大影響。
主要的問題如下：
- 管線的設(shè)計，由于球墨鑄鐵管內(nèi)噴涂一層光滑的水泥內(nèi)襯，粗糙度k約為0.03；而灰口鑄鐵管沒有內(nèi)襯保護，在管線運行一段時間后，會有一層腐蝕，粗糙度k約為0.2 ~ 0.3。由此，兩種管道的水力阻力系數(shù)會有很大的不同。由于這類的問題非常突出，本文就此進行了詳細的闡述，并進行了技術(shù)、經(jīng)濟上的比較。
- 管道的安裝，球墨鑄鐵管一般采用T型滑入式柔性接口，灰口鑄鐵管接口比較多，如，青鉛接口、膨脹水泥接口、石棉水泥接口等，這些均屬于剛性接口。球墨鑄鐵管的安裝相對簡單得多，在生產(chǎn)廠家提供技術(shù)安裝手冊或技術(shù)人員親臨指導(dǎo)下，很容易掌握，所以安裝問題并沒有給建設(shè)單位造成多大的困難。但應(yīng)當說明是，球墨鑄鐵管的安裝標準，包括一些特殊接頭的安裝，在現(xiàn)行的大多數(shù)設(shè)計施工規(guī)范中都沒有體現(xiàn)，這樣的形勢是無法另人滿意的。
- 水泥支墩，我國給排水標準圖集S3中，有對水泥支墩的定義，它的設(shè)計依據(jù)是由1965年北京、上海、成都三個地區(qū)灰口鑄鐵管的試驗做出的。由于管材、接口形式等不同，圖集中的支墩尺寸并不適合于球墨鑄鐵管。如果能推出一系列球墨鑄鐵管水泥支墩的安裝圖集，將給管線的設(shè)計、施工帶來很大的便利。
- 工程的水壓試驗，現(xiàn)行的GB50268-97《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》的水壓試驗中一些方法及一些參數(shù)的取值均不合理，已經(jīng)不適應(yīng)于球墨鑄鐵管的驗收要求。目前，鄭州自來水公司在工程建設(shè)中積累了大量的試驗數(shù)據(jù)，對水壓試驗的修訂提供了許多寶貴的建議，這些都為球墨鑄鐵管在中國的發(fā)展有著積極地推動作用。
- 產(chǎn)品標準的陳舊與錯誤，GB13295-91及GB13294-91歷經(jīng)了十幾年沒有更新，已不能跟上球墨鑄鐵管的發(fā)展。另外，GB13295-91還包含著一些錯誤，例如，DN700管道的重量（K9級，標準工作長度6m）為1126kg，如果按照承口部分的重量加上直管部分的重量計算，其結(jié)果是1123kg。兩者的結(jié)果相差3kg，顯然是不合理的。新的國家標準GB/T13295-200X已經(jīng)出臺了報批稿，那么新版本也將正式推出，這無疑是個值得慶賀的好消息。
總之，一方面，球墨鑄鐵管的使用得到了供水行業(yè)決大多數(shù)技術(shù)專家的認同；另一方面，由于球墨鑄鐵管規(guī)范沒有跟上，使得球墨鑄鐵管的建設(shè)出現(xiàn)了一種無所適從的窘?jīng)r，阻礙了球墨鑄鐵管的發(fā)展。因此，及時更新我國的設(shè)計、施工、驗收規(guī)范及產(chǎn)品標準的要求顯得十分急迫，也勢在必行。
二、供水管線的水力計算的原理
依據(jù)《給排水設(shè)計手冊》，城市供水輸配水管道的水流速度限定為：V = 0.6 ~ 2.5m/s。
依據(jù)ISO2531，球墨鑄鐵管的管徑范圍為：DN40 ~ DN2600。
水溫為10℃的運動粘滯系數(shù)為：1.301×10-6 m2/s
經(jīng)計算得出管線的雷諾數(shù)的范圍為：Re = VD/μ= 1.84×104 ~ 5×106
根據(jù)尼古拉茲的試驗成果，可以將供水管線的水流狀態(tài)劃歸為光滑區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榇植趨^(qū)的過渡區(qū)，亦稱過渡粗糙區(qū)。在這個區(qū)域，阻力系數(shù)λ隨著Re 和 k/D 而變化，即λ= ƒ（Re，k/D）。這是因為隨著雷諾數(shù)的增大，液體紊動加劇，粘滯底層逐漸減薄，以至不能覆蓋壁面絕對粗糙度k，因此壁面粗糙對λ發(fā)生影響。
過渡粗糙區(qū)的阻力系數(shù)計算公式為柯爾勃洛克 – 懷特（Colebrook - White）公式，圣戈班穆松橋的水力計算也正是采用了這一公式。
關(guān)于壓力管線上的水頭損失有如下三點說明：
在管線輸水過程中必須增加能量來克服水頭損失。它有三個因素：
a – 水的內(nèi)部摩擦（與粘性有關(guān)），
b – 水沿著管壁的摩擦，
c – 地形改變水流（彎頭、接頭等）。
實際中，水頭損失的大小主要是水的內(nèi)部摩擦引起的（因素a）。水與管壁的摩擦是唯一的與管道類型有關(guān)的因素，它所占的比例非常?。和坑兴鄡?nèi)襯的球墨鑄鐵管道（k = 0.03），因素b的比例最多只有7%；但灰口鑄鐵管的粗糙度相對要大得多（k = 0.2 ~ 0.3），因素b的影響也就相對大得多。
地形改變水流（因素c）在與因素a比較時也扮演一個很小的角色，但針對不同的管線（如，輸水管線，配水管線）、不同的地形（轉(zhuǎn)彎、分支），應(yīng)適當考慮局部水頭損失的取值。
三、中國與圣戈班穆松橋計算公式之間的比較
1． 中國的輸送管線的計算方法：采用的是舍維列夫公式，參見《給排水設(shè)計手冊》第1冊——常用資料。
