Как рассчитать расход воды через трубу по давлению и диаметру

Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению по таблице и СНИПу 2.04.01-85 + онлайн калькулятор

Предприятия и жилые дома потребляют большое количество воды. Эти цифровые показатели становятся не только свидетельством конкретной величины, указывающей расход.

Помимо этого они помогают определить диаметр трубного сортамента. Многие считают, что расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению невозможен, так, как эти понятия совершенно не связаны между собой.

Но, практика показала, что это не так. Пропускные возможности сети водоснабжения зависимы от многих показателей, и первыми в этом перечне будут диаметр трубного сортамента и давление в магистрали.

Выполнять расчет пропускной способности трубы в зависимости от ее диаметра рекомендуют еще на стадии проектирования строительства трубопровода. Полученные данные определяют ключевые параметры не только домашней, но и промышленной магистрали. Обо всем этом и пойдет далее речь.

Расчитаем пропускную способность трубы с помощью онлайн калькулятора

ВНИМАНИЕ! Чтобы правильно посчитать, необходимо обратить внимание, что 1кгс/см2 = 1 атмосфере; 10 метров водяного столба = 1кгс/см2 = 1атм; 5 метров водяного столба = 0.5 кгс/см2 и = 0.5 атм и т.д. Дробные числа в онлайн калькулятор вводятся через точку (Например: 3.5 а не 3,5)

Введите параметры для расчёта:

Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод

Критерии, оказывающие влияние на описываемый показатель, составляют большой список. Вот некоторые из них.

  1. Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
  2. Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
  3. Материал, взятый для производства трубного сортамента.

Определение расхода воды на выходе магистрали выполняется по диаметру трубы, ведь эта характеристика совместно с другими влияет на пропускную способность системы. Так же рассчитывая количество расходуемой жидкости, нельзя сбрасывать со счетов толщину стенок, определение которой проводится, исходя из предполагаемого внутреннего напора.

Можно даже заявить, что на определение «трубной геометрии» не влияет только протяженность сети. А сечение, напор и другие факторы играют очень важную роль.

Помимо этого, некоторые параметры системы оказывают на показатель расхода не прямое, а косвенное влияние. Сюда относится вязкость и температура прокачиваемой среды.

Подведя небольшой итог, можно сказать, что определение пропускной способности позволяет точно установить оптимальный тип материала для строительства системы и сделать выбор технологии, применяемой для ее сборки. Иначе сеть не будет функционировать эффективно, и ей потребуются частые аварийные ремонты.

Расчет расхода воды по диаметру круглой трубы, зависит от его размера. Следовательно, что по большему сечению, за определенный промежуток времени будет выполнено движение значительного количества жидкости. Но, выполняя расчет и учитывая диаметр, нельзя сбрасывать со счетов давление.

Если рассмотреть этот расчет на конкретном примере, то получается, что через метровое трубное изделие сквозь отверстие в 1 см пройдет меньше жидкости за определенный временной период, чем через магистраль, достигающей в высоту пару десятков метров. Это закономерно, ведь самый высокий уровень расхода воды на участке достигнет самых больших показателей при максимальном давлении в сети и при самых высоких значениях ее объема.

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Если ориентироваться на нормы СНИП, то в них можно увидеть следующее – суточный объем потребляемой воды одним человеком не превышает 60 литров. Это при условии, что дом не оборудован водопроводом, а в ситуации с благоустроенным жильем, этот объем возрастает до 200 литров.

Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.

Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V

В формуле: q показывает расход воды. Он исчисляется литрами. d – размер сечению трубы, он показывается в сантиметрах. А V в формуле – это обозначение скорости передвижения потока, она показывается в метрах на секунду.

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.

В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.

По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.

Определение потери напора

Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления. Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.

Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.

А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.

Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться после тщательной подготовки и измерений.

Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.

Как определить расход воды зная давление и диаметр

В городах, а в частности, на предприятиях промышленности, расходуется огромное количество воды. Она используется для производственных и хозяйственно-питьевых нужд, а также для тушения пожаров.

Расчет расхода воды является исходным параметром для определения диаметра водопровода, подбора насосов и другого водопроводного оборудования.

Благоустройство городов повышает качество питьевой воды, что улучшает общее санитарное состояние и помогает людям защищаться от распространяющихся через воду эпидемических заболеваний.

Элементы и функции систем водоснабжения

С целью обеспечения водой промышленных предприятий и городов строятся системы водоснабжения — инженерные сооружения и коммуникации, через которые происходит получение и очистка воды из природного источника, ее транспортировка и подача потребителю. Комплекс городского водоснабжения или промпредприятия включает следующие компоненты:

  • Водоприемные сооружения.
  • Насосные станции, которые совершают подачу воды к очистным сооружениям или непосредственно потребителям.
  • Очистные сооружения.
  • Башни и резервуары, в которых накапливаются запасы воды или совершается регулирование расходов и напоров.
  • Водопроводные сети, осуществляющие транспортировку воды от сооружения к потребителю или сооружению.

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Понятие и функции канализации

    Схема внутренней канализации дома.

    Потребление воды в производственных, хозяйственных и иных целях изменяет ее свойства, и она становится грязной. Такая вода называется сточной. Чтобы обеспечить благоприятные санитарные условия на территории промпредприятий и городов, сточные воды должны удаляться за их пределы, предварительно очищаясь и обеззараживаясь, во избежание загрязнения природных водоемов. С этой целью используются канализационные системы. Канализация являет собой систему инженерных коммуникаций и сооружений, которые выполняют следующие функции:

  • Принимают сточные воды в местах их возникновения и транспортировки на очистные сооружения.
  • Обеззараживание и очистка сточных вод.
  • Утилизация полезных веществ, которые содержатся в осадке сточных вод.
  • Выпуск в водоем очищенных вод.

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Расчет при проектировании внутреннего водопровода

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Трассировка водопроводной сети

    Введение водопровода в здание состоит из:

  • Узла подсоединения водопроводных труб к подземной магистрали.
  • Проложенного к зданию от подземной магистрали трубопровода.
  • Водомерного узла, находящегося на вводе.

    Отведение от магистрали осуществляется либо с помощью установленного заранее

    тройника, либо в его отсутствие посредством высверливания отверстий в трубах с помощью специальных муфт — седелок.

    Чертеж устройства водомерного узла.

    Вводные трубы кладутся с уклоном 0,002-0,005 в пользу подземной магистрали, глубина закладывания ввода должна достигать не менее глубины промерзания.

    Во избежание повреждения места ввода водопровода при возможной осадке строения, между трубой и фундаментом здания оставляют зазор в 10 см, заложенный мятой глиной.

    Водомерный узел включает в себя задвижку (запорный вентиль), водомер, контрольный кран и запорный вентиль. Устанавливать запорный вентиль дважды (до и после водомера) необходимо с той целью, чтобы водомер возможно было демонтировать в ремонтных целях или произвести отключение подачи воды во внутреннюю сеть. Контрольный кран необходим для спуска из внутренней сети воды или для проверки водомера.

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Факторы, влияющие на проходимость воды через трубу

    От чего зависит максимальный расход воды через трубы с круглым сечением?

    Если подумать логически, то ответ оказывается совершенно простым. Имеется водопроводная труба, в которой есть отверстие. Чем больше это самое отверстие, тем больше за единицу времени пройдет через трубу воды. Но дело не только в этом. Мы забыли про давление.

    Не вызывает сомнений, что 10-сантиметровый столб будет продавливать через сантиметровое отверстие воды меньше, чем столб высотой с десятиэтажный дом.

    Получается, что максимальный расход воды через трубу зависит от давления в водопроводе и от внутреннего сечения трубы.

    Устройство регуляторов расхода воды.

    На самом деле эти два фактора существенно влияют на расход воды, но они далеко не единственные. Расчитать расход воды по давлению в трубе и ее диаметру равноценно тому, что вы будете проводить расчет траектории ракеты, летящей на Луну, исходя только из видимого положения данного космического тела. Если проводить расчет без учета движения Луны по собственной орбите, вращения нашей планеты, гравитации небесных тел и сопротивления атмосферы, то вряд ли отправленный нами космический корабль сможет попасть хотя бы приблизительно в нужные координаты пространства.

    На максимальный расход воды через трубы влияет не только два вышеназванных фактора, но вместе с ними и:

  • Длина самих труб: чем длиннее трубы, тем сильнее трется вода о стенки, что, соответственно, замедляет в ней поток воды. Действительно, у самого торца трубы на воду влияет лишь давление в ней, но последующие водные объемы должны занять ее место. Но они значительно тормозятся водопроводной трубой. На нефтепроводах именно из-за потери необходимого напора в длинных трубах устанавливаются насосные станции.
  • Одним из влияющих факторов является материал стенок трубопровода, который сказывается на скорости движения воды. Если вода скользит по гладкому полипропилену, то куда большее сопротивление потоку создает шероховатая сталь.
  • От диаметра трубного отверстия расход воды зависит куда более сложным образом, чем может судить о том здравая логика. У труб с малым диаметром сопротивление стенок движению водного потока намного больше, чем у толстых труб. Причина кроется в том, что чем меньше диаметр трубы, тем менее выгодно соотношение площади поверхности и внутреннего объема при фиксированной длине с точки зрения скорости потока. Говоря простым языком, через тонкую трубу вода двигается тяжелее, чем через толстую.
  • Срок эксплуатации трубы также значительно влияет на проходимость трубы. Стальные водопроводные трубы поддаются коррозии, к тому же чугун и сталь с годами использования обрастают известковыми отложениями. Заросшие трубы имеют гораздо большее сопротивление водному потоку (сопротивление ржавой трубы и новой стальной полированной трубы отличается в 200 раз). Вследствие зарастания просвет внутренних участков труб уменьшается, и даже в идеальных условиях через него пройдет гораздо меньшее количество воды.

    Следует обратить внимание на следующий факт: состояние поверхности металлопластиковых и пластиковых труб не ухудшается с течением времени; спустя 20 лет такие трубы будут иметь такое же сопротивление водному потоку, как и во время монтажа.

    В конце концов переход диаметра, любой поворот, разнообразные запорные фитинги и арматура — все они тоже могут значительно тормозить водный поток.

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Расчет расхода воды в водопроводной сети

    где qc — расход воды водоразборным прибором за секунду, q0 определяется по СНиПу. Для ванны он составляет 0,25 л/с, для мойки со смесителем и для умывальника со смесителем — 0,12 л/с, для унитаза он составляет 0,1 л/с.

    На тех участках сети, которые обслуживают одновременно несколько приборов, в формулу подставляется величина, показывающая расход прибора с максимальным водоразбором.

    где а — коэффициент, величина которого зависит от произведения количества всех приборов N на вероятность их одновременной работы Р.

    Вероятность Р равна:

    Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

    В которой N — количество одинаковых потребителей в здании.

    Читайте также:  Все о видах, монтаже и подключении гребенок для водоснабжения в коллекторы

    В часы наибольшего водопотребления максимальный часовой расход воды определяется также по СНиПу, qсhr µ = 15,6 л/с — таков общий расход воды. qсhr µ = 15,6 — 10 = 5,6 л/с — расход холодной воды.

    Например, в здании 216 человек, а число приборов равно 288, тогда вероятность одновременного действия приборов равна:

    Р = 5,6 × 216/0,2 × 3600 × 288 = 0,00583.

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Гидравлический расчет внутреннего водопровода

    Гидравлический расчет внутреннего водопровода основывается на выяснении диаметра трубы на пропуск расчетного расхода воды с соблюдением допустимой скорости и потерь напора.

    Гидравлический расчет производится в часы максимального потребления воды.

  • В магистрали скорости принимаются в диапазоне 1,5-2,0 м/с.
  • Скорость в подводке к прибору и стояку лежат в пределах от 0,9 до 1,5 м/с.

    Гидравлический расчет внутренних водопроводов производится с помощью таблиц Шевелева Ф. А.

    Когда вы провели гидравлический расчет и определили потери напора на всех участках, необходимо определить сумму внутреннего водопровода, которая не должна выходить за пределы 5-6 м водного столба.

    Чтобы произвести расчет расхода воды в здании за один час, нужно воспользоваться формулой:

    q mid hr = qn ×U/1000 × T, м3/ч,

    где qn — это норма потребления холодной воды, находящаяся в пределах 180 л/ч за сутки. Продолжительность водопотребления — Т = 24 часа.

    q mid hr = 180 × 216/1000×24 = 1,62 м3/ч.

    Наиболее экономичной скоростью воды в трубопроводе является скорость от 1-3 м/с. На крупных системах большая скорость, на малых системах меньшая. Принимаем среднюю скорость движения воды равной 1 м/с. Задаваясь скоростью равной 1 м/с, определяем диаметр трубопровода по формуле. В данном случае диаметр трубопровода по участкам расчетный.

    –число ПИ, соответствующее 3,14;

    V средняя скорость движения воды равная 1 м/с.

    Единицу измерения расчетного диаметра переводим из м в мм . Используя таблицу 2, округляем полученные результаты диаметров до стандартных предпочтительно в большую сторону.

    Удельные сопротивления А кв (с 2 /м 6) труб из различных материалов в зависимости от условного прохода d

    Стальные электросварные ГОСТ 10704-76

    Чугунные ГОСТ 9583-75

    Полиэтиленовые типа Г ГОСТ 1899-73

    5.4 Определение скорости движения воды в трубопроводе

    По известным значениям расхода Q i и диаметра d i определяется средняя скорость потока на каждом участке по формуле

    , (3)

    где V i – скорость потока на каждом участке (м/c);

    Q i – расчетный расход по участкам (м 3 );

    –число Пи (отношение длины окружности к радиусу), соответствующее 3,14;

    d i расчетный диаметр по участкам (м ).

    Максимально допустимые скорости в магистральных трубопроводах не должны превышать 6 м/с, в распределительной сети 2-3 м/с.

    5.5 Расчет потерь напора по участкам сети по преобразованной формуле д. Бернулли

    Для водопроводных систем характерен сравнительно узкий интервал применяемых средних скоростей потоков (0,6…3,0 м/с). Поэтому в уравнении Д. Бернулли можно пренебречь удельной кинетической энергией в сечении потока (она не превышает 0,46 м), а для ускорения расчета потерь напора на участках трубопровода использовать упрощенную зависимость, полученную путем преобразования формулы Дарси–Вейсбаха:

    , (4)

    где h – потери напора (м);

    k м – коэффициент, учитывающий влияние местных сопротивлений, которые составляют от 5 – 10% от сопротивления по длине [k м =1,05–1,1];

    А кв – удельное сопротивление трубы в квадратичной области, с 2 /м 6 ;

    – поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность области сопротивления;

    L – расчетная длина участка трубопровода, м;

    Q р – расчетный расход на участке трубопровода, м³/с.

    Соответствующие величины А кв и , которые представляются в уравнении (4) для вычисления потерь напора находятся по таблицам 2 и 3.

    Поправочный коэффициентна степень турбулентности потока в зависимости от скоростиV движения воды

    Добавить в закладки

    На самом деле эти два фактора существенно влияют на расход воды, но они далеко не единственные. Расчитать расход воды по и ее диаметру равноценно тому, что вы будете проводить расчет траектории ракеты, летящей на Луну, исходя только из видимого положения данного космического тела. Если проводить расчет без учета движения Луны по собственной орбите, вращения нашей планеты, гравитации небесных тел и сопротивления атмосферы, то вряд ли отправленный нами космический корабль сможет попасть хотя бы приблизительно в нужные координаты пространства.

    На максимальный расход воды через трубы влияет не только два вышеназванных фактора, но вместе с ними и:

    1. Длина самих труб: чем длиннее трубы, тем сильнее трется вода о стенки, что, соответственно, замедляет в ней поток воды. Действительно, у самого торца трубы на воду влияет лишь давление в ней, но последующие водные объемы должны занять ее место. Но они значительно тормозятся водопроводной трубой. На нефтепроводах именно из-за потери необходимого напора в длинных трубах устанавливаются насосные станции.
    2. Одним из влияющих факторов является материал стенок трубопровода, который сказывается на скорости движения воды. Если вода скользит по гладкому полипропилену, то куда большее сопротивление потоку создает шероховатая сталь.
    3. От диаметра трубного отверстия расход воды зависит куда более сложным образом, чем может судить о том здравая логика. У труб с малым диаметром сопротивление стенок движению водного потока намного больше, чем у толстых труб. Причина кроется в том, что чем меньше диаметр трубы, тем менее выгодно соотношение площади поверхности и внутреннего объема при фиксированной длине с точки зрения скорости потока. Говоря простым языком, через тонкую трубу вода двигается тяжелее, чем через толстую.
    4. Срок эксплуатации трубы также значительно влияет на проходимость трубы. поддаются коррозии, к тому же чугун и сталь с годами использования обрастают известковыми отложениями. Заросшие трубы имеют гораздо большее сопротивление водному потоку (сопротивление ржавой трубы и новой стальной полированной трубы отличается в 200 раз). Вследствие зарастания просвет внутренних участков труб уменьшается, и даже в идеальных условиях через него пройдет гораздо меньшее количество воды.

    Следует обратить внимание на следующий факт: состояние поверхности металлопластиковых и пластиковых труб не ухудшается с течением времени; спустя 20 лет такие трубы будут иметь такое же сопротивление водному потоку, как и во время монтажа.

    В конце концов переход диаметра, любой поворот, разнообразные запорные фитинги и арматура – все они тоже могут значительно тормозить водный поток.

    Расчет расхода воды в водопроводной сети

    q c = 5× q 0 × α, л/с,

    где q c – расход воды водоразборным прибором за секунду, q 0 определяется по СНиПу. Для ванны он составляет 0,25 л/с, для мойки со смесителем и для умывальника со смесителем – 0,12 л/с, для унитаза он составляет 0,1 л/с.

    На тех участках сети, которые обслуживают одновременно несколько приборов, в формулу подставляется величина, показывающая расход прибора с максимальным водоразбором.

    где а – коэффициент, величина которого зависит от произведения количества всех приборов N на вероятность их одновременной работы Р.

    Вероятность Р равна:

    Р = q hr µ × u/q 0 × 3600 × N,

    В которой N – количество одинаковых потребителей в здании.

    В часы наибольшего водопотребления максимальный часовой расход воды определяется также по СНиПу, q с hr µ = 15,6 л/с – таков общий расход воды. q с hr µ = 15,6 – 10 = 5,6 л/с – расход холодной воды.

    Например, в здании 216 человек, а число приборов равно 288, тогда вероятность одновременного действия приборов равна:

    Р = 5,6 × 216/0,2 × 3600 × 288 = 0,00583.

    Гидравлический расчет внутреннего водопровода

    Гидравлический расчет внутреннего водопровода основывается на выяснении диаметра трубы на пропуск расчетного расхода воды с соблюдением допустимой скорости и потерь напора.

    Гидравлический расчет производится в часы максимального потребления воды.

    1. В магистрали скорости принимаются в диапазоне 1,5-2,0 м/с.
    2. Скорость в подводке к прибору и стояку лежат в пределах от 0,9 до 1,5 м/с.

    Гидравлический расчет внутренних водопроводов производится с помощью таблиц Шевелева Ф. А.

    Когда вы провели гидравлический расчет и определили потери напора на всех участках, необходимо определить сумму внутреннего водопровода, которая не должна выходить за пределы 5-6 м водного столба.

    Чтобы произвести расчет расхода воды в здании за один час, нужно воспользоваться формулой:

    q mid hr = q n ×U/1000 × T, м 3 /ч,

    где q n – это норма потребления холодной воды, находящаяся в пределах 180 л/ч за сутки. Продолжительность водопотребления – Т = 24 часа.

    q mid hr = 180 × 216/1000×24 = 1,62 м 3 /ч.

    Расход воды через трубу при нужном давлении

    Содержание статьи

    Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

    • диаметры (ДУ внутреннего сечения),
    • потери напора на рассчитываемом участке,
    • скорость гидропотока,
    • максимальное давление,
    • влияние поворотов и затворов в системе,
    • материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

    Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

    Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

    Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

    Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

    Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave ( http://water-save.com/ ), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

    Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

    С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

    В данной формуле водорасхода:

    • под q принимается расход в л/с,
    • V – определяет скорость гидропотока в м/с,
    • d – внутреннее сечение (диаметр в см).

    Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

    Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

    Для вычисления необходимо дополнительно установить:

    • длину трубопровода (L),
    • коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
    • вязкость жидкости (ρ).

    Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

    Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

    Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов (например: http://allcalc.ru/node/498; https://www.calc.ru/gidravlicheskiy-raschet-truboprovoda.html). Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

    1. способа расчёта сопротивления,
    2. материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии,
    3. внутреннего диаметры,
    4. длины участка,
    5. падения напора на каждый метр трубопровода.

    В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

    • новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
    • с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
    • с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

    Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: СНиП 2.04.01 – 85

    Расчет расходов воды по диаметру трубы и давлению. Объем пропускаемой воды в трубопроводе зависит от таких показателей, как диаметр трубопроката и давления внутри сети. Расчет расхода воды по диаметру и давлению следует выполнять на этапе создания проекта системы, чтобы получить важные параметры, по которым будет работать, как домашняя, так и производственная трубопроводная магистраль.

    С какой целью производят данный расчет. Составляя план строительства любого дома, который имеет несколько санузлов, необходимо иметь достоверные цифры того, какой объем транспортируемой жидкости может перемещать трубопровод. При этом учитывают его давление и диаметр труб.

    Общие сведения

    На возможности системы влияют колебания подачи воды, когда наблюдается пик работы трубопровода. К тому же, отсутствие приборов учета воды приводит к расчету потребляемой жидкости по проходимости трубы. Данным методом при расчете пользуются для трубопроводов промышленных предприятий. Если отсутствуют счетчики в частных домах, то учитывают общепринятые санитарные нормативы: на каждого человека за сутки начисляют около 360 литров.

    Факторы, влияющие на общие показатели проходимости.

    Проходимость воды напрямую зависит от многих явлений. К основным относят:

    1.внутреннее сечение труб.

    2.давление внутри системы влияет на напор воды.

    3.материал, из которого изготовлены детали магистрали.

    Определить расход воды на конце сети можно, если знать диаметр трубы, так как этот показатель считается главным, который влияет на объем пропускаемой жидкости. На этот поквазатель влияет толщина стенок трубопровода, величину можно определить по силе напора жидкости.

    Внимание! На трубную геометрию влияют многие факторы, кроме протяженности трубы. К ним относят внутренний диаметр, напор и т.д.

    Существуют параметры, которые косвенно влияют на проходимость трубы. Это температура воды, вязкость.

    Зная на этапе проектирования пропускные возможности системы, выбирают подходящий материал, технологию укладки трубопровода. Данные знания гарантируют ее бесперебойную на высоком уровне работу в течение долгих лет.

    Подробности

    Внимание! Увеличение размера диаметра круглого трубопроката влияет на расход воды. То есть по трубе с большим сечением протечет жидкость большего объема, нежели за такое же время по трубам с меньшим диаметром.

    Определяя расход воды по диаметру, необходимо обязательно учитывать давление внутри труб.

    Читайте также:  Какими способами можно очистить воду в домашних условиях, если нет фильтра

    К примеру, сквозь трубу в один метр, имеющую сечение один сантиметр, транспортируется намного меньше воды за такое же время, как через трубопрокат с диаметром в 20 метров. Самый большой показатель воды будет у труб с самым большим диаметром и с самым большим давлением внутри них.

    Расход воды у трубы при оптимальном давлении. Расчет пропускной способности по диаметру трубопровода нужен, чтобы определить средний показатель водного расхода при хорошем напоре.

    Для этого учитывают следующие параметры:

    1.внутренний диаметр трубопрокатов.

    3.максимальный показатель давления.

    4.количество поворотов, затворов на магистрали.

    5.материал труб, длина трубопровода.

    Если подбирать диаметр трубы по объему расходуемой воды, учитывая данные таблицы, то сделать это просто, но данные будут неточными. Если учитывать давление и скорость жидкости в трубах, имеющихся на практике, произвести расчеты на месте, то показатели будут более верными.

    Таблица приводит данные расчетов расхода жидкости по трубам с часто применяемым сечением и разных значениях давления.

    Средний показатель давления в стандартном стояке считается равен от полутора до двух с половиной атмосфер.

    Уровень давления зависит от многоэтажности здания, зависимость регулируют, разделяя систему водопровода на сегменты. Работа насосов для подачи воды изменяет скорость жидкости.

    Обращаясь к данным таблицы, расчет потребления жидкости производят, учитывая количество кранов, водонагревательных приборов и ванн и т.д.

    Изменяя характеристики проходимости труб посредством установки приборов, контролирующих и экономящих водорасход, типа WaterSave, изменяются данные, не соответствующие табличным значениям.

    Как определить диаметр согласно СНиП 2.0.4.01 – 85.

    Процесс расчета диаметра трубы относится к сложным, требующим инженерных знаний работам. Часто проектируя трубопроводную систему частного дома, все расчеты выполняют своими руками.

    Данные расчета для определения водопропускного объема конструкции можно взять из таблицы, при этом надо точно знать сколько сантехнических приборов и кранов подключено к системе.

    СНиП 2.04.01 – 85 предоставляет данные, которыми можно воспользоваться, имея вышеуказанные сведения. С помощью этих показателей устанавливают объем жидкости по сечению труб.

    К примеру внешнее значение объема трубы равно 20 миллиметрам, значит, за минуту труба транспортирует 15 литров воды, а за час 0.9 м3.

    Согласно СНиП объем воды, расходуемый одним человеком в сутки, равен примерно шестидесяти литрам, если в доме нет организованного водопровода. Если жилье благоустроенно, то объем увеличивается до двухсот литров в сутки.

    Данные показатели потребления по внешнему объему трубы могут быть интересны в качестве дополнительной информации. Но специалист вычисляет расход по объему трубы и давлению в ней. Не все данные содержатся в таблице, а точные вычисления можно сделать, только применив конкретные формулы.

    Размер диаметра трубопровода влияет на расчет расхода воды. Не профессионалы могут воспользоваться формулой для получения данных, зная давление с диаметром труб.

    Как вычислить расход жидкости, зная давление и диаметр.

    Для расчетов применяют формулу q=π × d²/4 × V, в которой:

    -q расход воды в литрах.

    -d внутренний диаметр трубы в сантиметрах.

    -V скорость транспортировки жидкости, измеряется м/с.

    Если напор воды обеспечивает водонапорная башня, без нагнетающих насосов, значит, скорость жидкости равна 0.7 до 1.9 метров в секунду. При наличии работы насоса прикладывается паспорт с указанием коэффициента имеющегося напора и скоростью движения жидкости.

    Внимание! Данная формула для расчетов считается наиболее доступной, но не единственной.

    Формула не учитывает качество внутренней поверхности трубы, к примеру, изделия из пластика внутри гладкие, не изменяют напор воды. Совсем иначе себя ведет внутренняя поверхность изделий из стали.

    Показатель коэффициента сопротивления пластиковых труб меньше, продукция устойчива к образованию коррозии, и увеличивает качество пропускной способности системы.

    Как определить показатель падения водяного напора

    Рассчитать расход жидкости можно, не только учитывая сечение труб, но и зная уровень падения давления. Потерю напора вычисляют по формуле, которую можно найти самостоятельно. Единственного вычисления не существует, для этого есть разные варианты.

    Важно! Трубопроводы из пластика либо металлопластика не изменяют своего качества, размер просвета в течение десятилетий, а металлические трубы со временем уменьшат размер просвета.

    Уменьшение просвета влияет на потерю некоторых показателей. К примеру, скорость новых труб и старых из металла будет разной, потому что диаметр конструкции будет отличаться. Показатель сопротивления внутри сети также будет разным.

    Наличие поворотов, перепадов объема при монтаже арматуры для затвора, силы трения влияют на потерю скорости.

    Скорость потока можно вычислить после проведения точных измерений и подготовки.

    Простые методы в данном случае могут не подойти, лучше обратиться к специалистам либо применить онлайн – калькулятор.

    Сделав все расчеты, можно обеспечить эффективную работу водопроводной и отопительной системы.

    Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

    Постановка задачи

    Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

    Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

    • минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
    • круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
    • форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
    • процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

    Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

    Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

    • условный (номинальный) диаметр – DN;
    • давление номинальное – PN;
    • рабочее допустимое (избыточное) давление;
    • материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
    • физико-химические свойства рабочей среды;
    • комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
    • изоляционные материалы трубопровода.

    Условный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

    Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

    Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

    Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

    Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

    Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

    Основные положения гидравлического расчета

    Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

    Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний, по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

    Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

    • ламинарный поток (Re 4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.

    Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.

    Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.

    Подбор оптимального диаметра трубопровода

    Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.

    Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:

    При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).

    Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид:

    Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

    Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

    Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

    Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

    Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

    Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

    В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы:

    Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:

    Расчет потерь давления

    Рабочее давление в трубопроводе – это на большее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим технологического процесса. Минимальное и максимальное значения давления, а также физико-химические свойства рабочей среды, являются определяющими параметрами при расчёте расстояния между насосами, перекачивающими носитель, и производственной мощности.

    Расчет потерь на падение давления в трубопроводе осуществляют по уравнению:

    Примеры задач гидравлического расчета трубопровода с решениями

    Задача 1

    В аппарат с давлением 2,2 бар по горизонтальному трубопроводу с эффективным диаметром 24 мм из открытого хранилища насосом перекачивается вода. Расстояние до аппарата составляет 32 м. Расход жидкости задан – 80 м 3 /час. Суммарный напор составляет 20 м. Принятый коэффициент трения равен 0,028.

    Рассчитайте потери напора жидкости на местные сопротивления в данном трубопроводе.

    Исходные данные:

    Расход Q = 80 м 3 /час = 80·1/3600 = 0,022 м 3 /с;

    эффективный диаметр d = 24 мм;

    длина трубы l = 32 м;

    коэффициент трения λ = 0,028;

    давление в аппарате Р = 2,2 бар = 2,2·10 5 Па;

    общий напор Н = 20 м.

    Решение задачи:

    Скорость потока движения воды в трубопроводе рассчитывается по видоизмененному уравнению:

    w=(4·Q) / (π·d 2 ) = ((4·0,022) / (3,14·[0,024] 2 )) = 48,66 м/с

    Потери напора жидкости в трубопроводе на трение определяются по уравнению:

    HТ = (λ·l) / (d·[w 2 /(2·g)]) = (0,028·32) / (0,024·[48,66] 2 ) / (2·9,81) = 0,31 м

    Общие потери напора носителя рассчитываются по уравнению и составляют:

    Потери напора на местные сопротивления определяется как разность:

    Ответ: потери напора воды на местные сопротивления составляют 7,45 м.

    Задача 2

    По горизонтальному трубопроводу центробежным насосом транспортируется вода. Поток в трубе движется со скоростью 2,0 м/с. Общий напор составляет 8 м.

    Найти минимальную длину прямого трубопровода, в центре которого установлен один вентиль. Забор воды осуществляется из открытого хранилища. Из трубы вода самотеком изливается в другую емкость. Рабочий диаметр трубопровода равен 0,1 м. Относительная шероховатость принимается равной 4·10 -5 .

    Читайте также:  Как правильно выполняется аксонометрическая схема водопровода

    Исходные данные:

    Скорость потока жидкости W = 2,0 м/с;

    диаметр трубы d = 100 мм;

    общий напор Н = 8 м;

    относительная шероховатость 4·10 -5 .

    Решение задачи:

    Согласно справочным данным в трубе диаметром 0,1 м коэффициенты местных сопротивлений для вентиля и выхода из трубы составляют соответственно 4,1 и 1.

    Значение скоростного напора определяется по соотношению:

    w 2 /(2·g) = 2,0 2 /(2·9,81) = 0,204 м

    Потери напора воды на местные сопротивления составят:

    Суммарные потери напора носителя на сопротивление трению и местные сопротивления рассчитываются по уравнению общего напора для насоса (геометрическая высота Hг по условиям задачи равна 0):

    Полученное значение потери напора носителя на трение составят:

    Рассчитаем значение числа Рейнольдса для заданных условий течения потока (динамическая вязкость воды принимается равной 1·10 -3 Па·с, плотность воды – 1000 кг/м 3 ):

    Re = (w·d·ρ)/μ = (2,0·0,1·1000)/(1·10 -3 ) = 200000

    Согласно рассчитанному значению Re, причем 2320 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015

    Преобразуем уравнение и найдем требуемую длину трубопровода из расчетной формулы потерь напора на трение:

    l = (Hоб·d) / (λ·[w 2 /(2g)]) = (6,96·0,1) / (0,016·0,204) = 213,235 м

    Ответ:требуемая длина трубопровода составит 213,235 м.

    Задача 3

    В производстве транспортируют воду при рабочей температуре 40°С с производственным расходом Q = 18 м 3 /час. Длина прямого трубопровода l = 26 м, материал – сталь. Абсолютная шероховатость (ε) принимается для стали по справочным источникам и составляет 50 мкм. Какой будет диаметр стальной трубы, если перепад давления на данном участке не превысит Δp = 0,01 мПа (ΔH = 1,2 м по воде)? Коэффициент трения принимается равным 0,026.

    Исходные данные:

    Расход Q = 18 м 3 /час = 0,005 м 3 /с;

    длина трубопровода l=26 м;

    для воды ρ = 1000 кг/м 3 , μ = 653,3·10 -6 Па·с (при Т = 40°С);

    шероховатость стальной трубыε = 50 мкм;

    коэффициент трения λ = 0,026;

    Решение задачи:

    Используя форму уравнения неразрывности W=Q/F и уравнение площади потока F=(π·d²)/4 преобразуем выражение Дарси – Вейсбаха:

    ∆H = λ·l/d·W²/(2·g) = λ·l/d·Q²/(2·g·F²) = λ·[(l·Q²)/(2·d·g·[(π·d²)/4]²)] = =(8·l·Q²)/(g·π²)·λ/d 5 = (8·26·0.005²)/(9,81·3,14²)· λ/d 5 = 5,376·10 -5 ·λ/d 5

    d 5 = (5,376·10 -5 ·λ)/∆H = (5,376·10 -5 ·0,026)/1,2 = 1,16·10 -6

    d = 5 √1,16·10 -6 = 0,065 м.

    Ответ: оптимальный диаметр трубопровода составляет 0,065 м.

    Задача 4

    Проектируются два трубопровода для транспортировки невязкой жидкости с предполагаемой производительностью Q1 = 18 м 3 /час и Q2 = 34 м 3 /час. Трубы для обоих трубопроводов должны быть одного диаметра.

    Определите эффективный диаметр труб d, подходящих под условия данной задачи.

    Исходные данные:

    Решение задачи:

    Определим возможный интервал оптимальных диаметров для проектируемых трубопроводов, воспользовавшись преобразованным видом уравнения расхода:

    Значения оптимальной скорости потока найдем из справочных табличных данных. Для невязкой жидкости скорости потока составят 1,5 – 3,0 м/с.

    Для первого трубопровода с расходом Q1 = 18 м 3 /час возможные диаметры составят:

    d1min = √(4·18)/(3600·3,14·1,5) = 0,065 м

    d1max = √(4·18)/(3600·3,14·3.0) = 0,046 м

    Для трубопровода с расходом 18 м 3 /час подходят трубы с диаметром поперечного сечения от 0,046 до 0,065 м.

    Аналогично определим возможные значения оптимального диаметра для второго трубопровода с расходом Q2 = 34 м 3 /час:

    d2min = √(4·34)/(3600·3,14·1,5) = 0,090 м

    d2max = √(4·34)/(3600·3,14·3) = 0,063 м

    Для трубопровода с расходом 34 м 3 /час возможные оптимальные диаметром могут быть от 0,063 до 0,090 м.

    Пересечение двух диапазонов оптимальных диаметров находится в интервале от 0,063 м до 0,065 м.

    Ответ: для двух трубопроводов подходят трубы диаметром 0,063–0,065 м.

    Задача 5

    В трубопроводе диаметром 0,15 м при температуре Т = 40°C движется поток воды производительностью 100 м 3 /час. Определите режим течения потока воды в трубе.

    диаметр трубы d = 0,25 м;

    расход Q = 100 м 3 /час;

    μ = 653,3·10 -6 Па·с (по таблице при Т = 40°С);

    ρ = 992,2 кг/м 3 (по таблице при Т = 40°С).

    Решение задачи:

    Режим течения потока носителя определяется по значению числа Рейнольдса (Re). Для расчета Re определим скорость движения потока жидкости в трубе (W), используя уравнение расхода:

    W = Q·4/(π·d²) = [100/3600] · [4/(3,14·0,25²)] = 0,57 м/c

    Значение числа Рейнольдса определим по формуле:

    Re = (ρ·W·d)/μ = (992,2·0,57·0,25) / (653,3·10 -6 ) = 216422

    Критическое значение критерия Reкр по справочным данным равно 4000. Полученное значение Re больше указанного критического, что говорит о турбулентном характере течения жидкости при заданных условиях.

    Ответ: режим потока воды – турбулентный.

    Расчет пропускной способности трубопровода по диаметру и давлению

    Пропускная способность трубы в гидравлике — объем или масса проходящего за единицу времени вещества через ее сечение. Этот показатель является важнейшим при расчете и проектировании трубопроводов, транспортирующих различные жидкости и газы. Правильно подобранные параметры позволяют системе функционировать без перегрузок, а также снизить расходы, связанные с ее устройством или модернизацией.

    Для чего определяется пропускная способность?

    При расчете водопровода стоит задача определить оптимальный диаметр трубы для обеспечения нормативного потребления воды.

    Если сечение слишком мало, это приводит к недостаточному напору в трубах даже при большом давлении, в результате:

    • насосное оборудование быстрее изнашивается,
    • чаще происходят аварии на линии,
    • увеличивается расход энергии.

    Для ремонта систем требуются дополнительные траты, что повышает стоимость эксплуатации.

    В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту. Часто трубопроводы сравнивают с электропроводкой, только по трубам бежит вода, а по проводам — электрический ток.

    С чего начать?

    Отправная точка для расчета системы — определение нормативного расхода воды в зависимости от количества приборов и одновременно включаемых водоразборных точек. Базовые данные указаны в СНиП 2.04.01-85*, для потребляющего воду оборудования технические характеристики можно узнать из паспорта и суммировать с нормативными.

    Зная, сколько потребуется воды на различные нужды, подбираются все элементы системы:

    Методы определения пропускной способности

    Расчеты ведутся различными методами:

    • По формулам гидравлики. Это достаточно сложный способ, требующий теоретических знаний.
    • По готовым таблицам. Необходимые параметры уже просчитаны и занесены в удобную для пользователей форму.
    • С помощью онлайн калькулятора. Доступный и быстрый способ найти нужные характеристики. Достаточно записать свои данные в окнах программы, и результат будет готов почти мгновенно.

    В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту.

    Закон Торричелли

    В формуле итальянского математика и физика Торричелли используется закон сохранения энергии для идеальных жидкостей и газов.

    Ученый получил соотношение, связывающее скорость молекулы и высоту столба жидкости (напор):

    U=√2gH, где U— скорость движения молекулы вещества, g— ускорение свободного падения, H — напор.

    Зная скорость жидкости и нормативный расход, можно определить необходимую площадь S сечения трубы:

    S=Q /V, где Q — расход, определенный по СНиП 2.04.01-85*.

    Площадь круга связана с диаметром соотношениемS=pD²/4, откуда:

    D=2√(S/p)=2√(Q/(Up)), где p — 3,14.

    Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара

    Гораздо проще и быстрее использовать таблицы определения пропускной способности трубы в зависимости от диаметра и давления воды, газа, водяного пара. Они содержат уже готовую информацию в очень доступном виде:

    Например, нужно определить пропускную способность трубы Æ20 мм при давлении 3 бар (0,3 МПа или 3 атм.). В левом столбце находим 3 бар, на самой верхней строчке указаны диаметры. При пересечении своих данных получаем значение искомого параметра для воды — 9,93 м³/ч.

    Если по расчетам нормативного расхода этого достаточно, труба сечением 20 мм полностью удовлетворяет условиям. Если требуется большая проходимость, нужно найти значение для диаметра 32 мм и т.д., пока не будет найден наиболее близкий показатель.

    Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)

    Таблицы Шевелева — советского ученого в области гидравлики — были разработаны для стальных, чугунных (новых и неновых), асбестоцементных, железобетонных, пластиковых и стеклянных труб. В расчетах учитывались шероховатость различных материалов, вязкость жидкости, трение и даже возраст труб, поскольку через несколько лет эксплуатации коммуникаций наблюдается выпадение осадка и уменьшение внутреннего диаметра.

    Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя

    С увеличением давления растет и пропускная способность системы, но по нелинейному закону. По данной таблице можно найти показатели для различных значений напора труб самых востребованных диаметров:

    В левой колонке указано давление, в строках — пропускная способность для разных сечений. Например, при диаметре трубы 20 мм и напоре 120 Па/1,2 бар максимальный расход воды через трубу по таблице составляет 472 кг (литра) в час. При этом скорость жидкости менее 15 м/с.

    Таблица пропускной способности труб при разной температуре теплоносителя

    При расчете тепловых системпропускная способность определяется в т/час или Гкал/час при различных температурных графиках с учетом удельной потери на трение. Для расчета используются рекомендации СП 60.13330.2012, СНиП 41-01-2003.

    Например, труба с условным диаметром 50 мм при потере давления 5 кгс/м² обеспечивает проходимость 2,45 т/ч и 0,06 Гкал при температурах 95-70°С. Для температурных графиков 130-70 и 150-70 эти значения 0,15 Гкал и 0,2 Гкал соответственно.

    При неизменном расходе теплоносителя с ростом температуры увеличивается количество выделяемой теплоты.

    Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем

    Напорные сети организуются, если приборы расположены ниже уровня колодцев или коллекторов и требуется перекачка стоков на определенную высоту. Гидравлический расчет проводится по СП 31.13330.2012.

    В отличие от безнапорных систем жидкость транспортируется полным сечением. В расчетах используются таблицы Шевелева для напорных трубопроводов и аналогичная методика. Объем стоков берется равным потреблению воды на водоснабжение.

    Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации

    В самотечных трубопроводах, устроенных с уклоном, стоки движутся благодаря силе тяжести. Сечение полностью не заполняется. При гидравлическом расчете используют таблицы Лукиных для безнапорной канализации.

    Диаметр трубы определяется исходя из расчетного объема сточных вод, угла уклона и нормативного наполнения. Учитывается также материал для изготовления элементов.

    Пример таблицы для пластиковой трубы сечением 40, 50 и 110 мм:

    Для определения необходимого минимального диаметра задается расход стоков q, уклон i, наполнение h/D от 0,3 до 0,8 (в ливневой канализации допускается h/D=1). Например, нормативный расход 1,9 л/с, уклон 0,03, заполнение 0,3. Данным условиям удовлетворяет пластиковая труба Æ110 мм, скорость стекания 0,884 м/с, что соответствует нормативу.

    Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления

    При выборе нужного оборудования для ГРС руководствуются прежде всего производительностью, зависящей от пропускной способности входных и выходных трубопроводов. Нормативы ограничивают скорость потока газа величиной 25м/с.

    Для расчета применяется методика, описанная в Справочнике по проектированию магистральных водопроводов (ред. А.К. Дерцакян), а также таблица:

    Пропускная способность определяется при заданном давлении (в левой колонке) и диаметре в вертикальных столбцах.

    Методы расчета пропускной способности трубопроводов

    Гидравлические расчеты проводятся с целью подбора элементов системы с оптимальными характеристиками для обеспечения бесперебойной работы, уменьшения эксплуатационных расходов и снижения износа оборудования.

    Гидравлический расчет трубопровода

    Расчеты ведутся с помощью таблиц Шевелева по следующему алгоритму:

    1. Задается нужный расход Q и оптимальная скорость среды на каждом участке.
    2. Подбирается диаметр трубы, определяются потери напора по длине.
    3. Процедура повторяется для всех участков.
    4. Находится удельное значение потери давления на 1 пог. м.
    5. Суммируются все остальные потери от всасывания, местного сопротивления и т.д. Полученное значение должно быть меньше или равно мощности насоса.
    6. Исходя из технических характеристик оборудования определяется расход Qнасоса.
    7. Сравниваются Q и Qнасоса. При приблизительном равенстве значений насос подобран правильно. Если нет, нужно задать новые параметры и посчитать заново.

    Расчет пропускной способности канализационных труб

    Задается диаметр и угол наклона, при котором сточные воды стекают произвольно, а система постоянно самоочищается (от 0,005 до 0,035 в зависимости от сечения):

    Степень наполнения трубы по нормативу 0,6-0,8 и также зависит от диаметра:

    По таблицам Лукиных уточняется, соответствует ли выбранный диаметр заданным параметрам. Если есть отклонения, сечение нужно изменить в большую/меньшую сторону. Для более точных расчетов используются графики, формулы и поправочные коэффициенты.

    Расчет пропускной способности газопроводов

    В соответствии с параметрами проектируемой сети задаются диаметры труб на входе и выходе в ГРС. Затем, сравнивая значения по таблицам, находят такое соотношение, при котором условия максимально соблюдены.

    Как рассчитать параметры дымохода

    Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

    При проектировании используются нормативы СП 7.13130.2013 и СНиП III-Г.11-62. Хотя последний регламент считается недействующим, там содержатся рекомендации, касающиеся именно дымоходов.

    Сложные промышленные устройства рассчитываются в профессиональных бюро, для домашних печей применяется более простая методика.

    • Задается скорость движения дыма U=2 м/с.
    • За час в топке сгорает примерно В=6 кг дров влажностью 20-25%.
    • Температура разогретого дыма T=140°.

    Объем исходящего дыма определяется по формуле:

    Vгаз = (В х Vтоплx (1+Т/273))/3600, м3/с , где Vтопл — объем воздуха, требуемый для сжигания 1 кг дров. В данном случае это 10 м³, для бурого угла 12 м³, для каменного 17 м³.

    Зная объем исходящего газа и его скорость, можно найти площадь сечения трубы дымохода:

    Диаметр определяется по геометрической формуле:

    D=2√(S/p)=2√(0,0126/3,14)=0,126 м = 126 мм.

    Ближайший диаметр трубы с округлением в большую сторону — 150 мм.

    Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

    Длина дымохода для обеспечения нормальной тяги подбирается по СП 7.13130.2013, где нормируются высота от оголовка до колосниковой решетки печи, конька крыши, а также расстояние до окружающих крупных объектов.

    Онлайн калькуляторы

    Программы, помогающие определить параметры трубопровода, — большое подспорье для тех, кто мало знаком с гидравликой. Они созданы на базе действующих нормативов и теоретических формул.

    Крупные объекты проектируются специализированными организациями, но для расчетов домашних сетей онлайн-калькуляторы могут применяться вполне уверенно. Если есть какие-либо сомнения, за консультацией лучше обратиться к профессионалам.

    Заключение

    Пропускная способность трубы — важнейшая характеристика, от которой зависит работа всего трубопровода. Для расчетов применяются различные методики с использованием формул, таблиц или программ. Если нет уверенности в собственных силах, обратитесь к специалистам.

    Дополнительная информация по теме:

  • Ссылка на основную публикацию