給水管道水壓試驗的分析及應用

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提要：對給水管道水壓試驗中的現象、原因加以理論分析，以便在工程中，根據實際情況，加以利用。
關鍵詞：水壓試驗    分析及應用

一、前言
給排水施工中給水管道的水壓試驗是對管道安裝及鋪設后，進行最后質量鑒定的必要手段，應用廣泛。在實際工程中，試壓工作往往是管道工要進行的必不可少的關鍵工序，是保證工程質量的前提。
二、問題的提出
本人在明珠線上海火車站站消火栓系統(tǒng)試壓過程中，管道中放滿水后，試壓泵設在地下室進行加壓，加壓了近30min，壓力表還是不上去，此時管道外端無滲漏現象。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，至試驗壓力。10min后，壓力表無下降，然后，降壓至使用壓力，管道外端無滲漏現象，試驗成功。這種現象，在水壓試驗中經常會出現。
實際現象總以理論為依據，于是提出這樣一些問題：滲水量與降壓有什么關系？能不能從降壓值估算出滲水量？管內有氣對試驗有多大影響？怎么能知道管內會有氣？對這些問題作定性的回答還比較容易，但要定量，就困難了。本人查閱了有關書籍，結合自己的理論知識和工程實際，作了一些分析，以供探討和應用。（以承插給水鑄鐵管為例進行分析）
三、分析及應用
（一）、管內空氣基本排凈的情況下，滲水量與降壓的關系
管道作水壓試驗時，管內充滿水以后，還要繼續(xù)向管內注水，才能在管內產生水壓和達到要求的壓力。此時管內的水量比剛剛充滿水還沒有壓力時增多了。增多這些水，是由于兩個原因：一是管壁受水壓而產生拉應力，環(huán)向伸長了，管子的斷面積就比原來增大了，管端縱向也伸長了；二是管內的水和部分未排凈的空氣，在受壓下密度增大了，也就是體積比原來無壓時縮小了。由于管子被拉伸管內增加的體積，加上水和空氣被壓縮而減小的體積，就是需要向管內增補的水量。相反，管子要降壓時，就必須放出或滲漏掉這些水量。
1、滲水量與降壓關系的計算式
要計算水壓試驗中滲水量與降壓的關系，就要分析在水壓下管材的變形和管內水的變形。
⑴、        先分析在壓強為Ｐ的水壓下，由于管壁環(huán)向拉應力所產生的管壁周長的變形。設管內徑為 Ｄ１，壁厚為Ｔ，其變形可寫成下式：
δT＝PD１／2TE
　　由于圓周長度的變形值很小，它反映在圓面積上的變形可寫成下式：
δA＝2δT＝PD１／TE
設管內充滿水無壓時的總體積為Ｗ（Ｌ），水壓增為Ｐ（Kgf/cm2）時，由于管壁環(huán)向變形而需要向管內增補的水量為：
     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。但實際上，試壓時，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，而與管道長度無關。
    根據有關資料和實際經驗，水壓10Kgf/cm2所產生的這項變形量不過1cm左右。那么水壓１Kgf/cm2，一個后背的變形，使管子增加的容積應為（1／10）πD12／4（cm3）＝πD12／40000（L）。試壓P（Kgf/cm2）時，管道兩端后背變形使管子增加的容積，也就是比管內無壓時要向管內增補的水量為（單位以升計）：
   Δω2＝2×PπD12／40000=PπD12／20000         （2）
⑶、        分析管內水的變形。在單位壓力下，管內水的變形就是它的壓縮系數β。在P（Kgf/cm2）壓力下需要向管內增補的水量可寫成下式：
Δω3＝WPβ
1m管道的容積為：
πD12×100／4（cm3）＝πD12／40（L）
試壓管道長度為L（m）時，在無壓時管內水的總體積為：
W＝πD12L／40  （L）
則：      Δω3＝πD12LPβ／40                  （3）
于是水壓試驗升壓P（Kgf/cm2）時，由于管子的變形和水的壓縮，需要向管內增補的水量，也就是降壓P（Kgf/cm2）時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——管道水壓試驗升壓Ｐ（Kgf/cm2）時，需向管內增補的總水量，或降壓Ｐ（Kgf/cm2）時需要排出或滲漏掉的總水量（L），其中包括：Δω1、Δω2、Δω3三個部分；
      Δω1——由于管壁環(huán)向變形需要向管內增補或排出的水量（L）；
      Δω2——由于試壓后背變形需要向管內增補或排出的水量（L）；
      Δω3——由于管內水的壓縮變形需要向管內增補或排出的水量（L）；
        D1——管道內徑（cm）；
         T——管道平均厚度（cm）；
         L——試壓管道長度（m）；
         P——管道水壓試驗的壓強（Kgf/cm2）；
         E——管材的彈性模量（Kgf/cm2），取E=0.9×106；
         β——水的壓縮系數（cm2/Kgf），取β=0.475×10-4；
上式就是管內空氣基本排凈的情況下，水壓試驗時注水量與升壓