Гідравлічний розрахунок трубопроводів. Витрати води. Швидкість потоку.

Теплотраси, системи опалення будівель, гідравлічні схеми верстатів, системи водовідведення, водопроводи – всі ці об’єкти складаються з трубопроводів. Створені на їх основі інженерні комунікації є найекономічнішим засобом транспортування різних субстанцій. Гідравлічний розрахунок трубопроводів дозволяє визначити значення безлічі характеристик при максимальній пропускній здатності трубних елементів магістралі.

Гідравлічні розрахунки проводяться для всіх систем – опалювальних, водопровідних, каналізаційних

  • 1 Що розраховується
    • 1.1 Витрата води
  • 2 Швидкість потоку
    • 2.1 Втрата напору
  • 3 Використання таблиці Шевельова
    • 3.1 Приклади
  • 4 Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем опалення за допомогою програм

що розраховується

Виконується ця процедура щодо нижчеперелічених робочих параметрів інженерної комунікації.

  1. Витрата рідини на окремих сегментах водопроводу.
  2. Швидкість потоку робочого середовища в трубах.
  3. Оптимальний діаметр водопроводу, який забезпечує прийнятну падіння напору.

Розглянемо методику розрахунку цих показників докладно.

Витрати води

Дані по нормативному витраті води окремими сантехнічними приладами вказані в додатку до СНиП 2.04.01-85. Цей документ регламентує спорудження каналізаційних мереж і внутрішніх водопроводів. Нижче наведена частина відповідної таблиці.

Таблиця 1

сантехнічний прилад Загальний витрата (ГВС і ХВП), літр / секунда Витрата ХВП, літр / секунда
Унітаз з вентилем прямої подачі води 1,4 1,4
Унітаз з бачком для зливу води 0,10 0,10
Душова кабінка (змішувач) 0,12 0,08
Ванна (змішувач) 0,25 0,17
Мийка (змішувач) 0,12 0,08
Умивальник (змішувач) 0,12 0,08
Умивальник (водорозбірні крани) 0,10 0,10
Кран для поливу 0,3 0,3

Якщо передбачається використовувати одночасно декілька приладів, витрата підсумовується. Так, у разі, коли працює душова кабінка на першому поверсі з одночасним використанням туалету на другому поверсі, логічно скласти обсяг витрат води обома споживачами – 0,12 + 0,10 = 0,22 літр / секунда.

Напір води в майбутньому водопроводі залежить від правильності проведених розрахунків

Цілком зрозуміло, що при пожежогасінні кількість струменів від одного пожежного гідранта визначається площею і типом будівлі. Для зручності ознайомлення інформація з цього питання теж розміщена в табличній формі.

Таблиця 2

Тип будівлі Необхідна кількість струменів при пожежогасінні
Адміністрації підприємств (обсяг до 25 000 кубометрів) 1
Громадські будівлі (обсяг до 25 000 кубометрів, понад 10 поверхів) 2
Громадські будівлі (обсяг до 25 000 кубометрів, до 10 поверхів) 1
Будівля управління (обсяг до 25 000 кубометрів, 10 і більше поверхів) 2
Будівля управління (від 6 до 10 поверхів) 1
Житловий будинок (від 16 до 25 поверхів) 2
Житловий будинок (до 16 поверхів) 1

Швидкість потоку

Припустимо, що перед нами поставлено завдання розрахунку тупикової водопровідної мережі при заданому піковому витраті через неї. Мета обчислень – визначення діаметра, при якому буде забезпечена прийнятна швидкість переміщення потоку по трубопроводу (згідно Сніпу – 0,7 – 1,5 м / сек).

Для підбору діаметру труби також необхідні розрахунки

Застосовуємо формули. Розмір трубопроводу ув’язується зі швидкістю потоку води і її витратою такими формулами:

S =? * R2, де

S – площа поперечного перерізу труби. Одиниця виміру – метр квадратний; ? – відоме ірраціональне число; R – радіус внутрішнього діаметра труби.

Одиниця виміру – ті ж метри квадратні.

Наступна формула виглядає так:

                                                                              W = V? S, де

W – витрата води в кубометрах; V – швидкість потоку води (м / сек.); S – площа перетину (метри квадратні).

Приклад. Виконаємо розрахунок трубопроводу системи пожежогасіння для однієї струменя, витрата води в якій дорівнює 3,5 літра в секунду. В системі СІ значення цього показника буде таким: 3,5 л / сек = 0,0035 м3 / сек. Такий витрата на один струмінь нормується на гасіння пожежі всередині складських і виробничих будівель об’ємом від 200 до 400 кубометрів і висотою до 50 метрів.

У полімерних труб зовнішній діаметр може бути на крок більше внутрішнього

Спочатку беремо другу формулу і обчислюємо мінімальну площу перетину. Якщо швидкість складає 3 м / сек., Цей показник дорівнює

                                                              S = W / V = ??0,0035 / 3 = 0,0012 м2

                Тоді радіус внутрішнього перерізу труби буде таким:

   R = vS /? = 0,019 м.

Таким чином, внутрішній діаметр трубопроводу повинен бути рівний мінімум

                                               Dвн. = 2R = 0,038 м = 3,8 сантиметрів.

Якщо результат обчислень є проміжною величиною між стандартними значеннями розмірів трубних виробів, округлення проводиться в більшу сторону. Тобто в даному випадку підійде стандартна сталева труба з ДУ = 40 мм.

Як просто дізнатися діаметр. Для того щоб виконати швидкий розрахунок, можна використовувати ще одну таблицю, яка безпосередньо пов’язує витрата води через трубопровід з його умовним діаметром. Вона представлена ??нижче.

Таблиця 3

Витрата, л / сек. Мінімальний ДУ трубопроводу, міліметри
10 50
6 40
4 32
2,4 25
1,2 20
0,6 15
0,20 10

 

втрата напору

Розрахунок втрати напору на ділянці трубопроводу відомої довжини виконується досить просто. Але тут необхідно використовувати чимало змінних. Знайти їх значення можна в довідниках. А формула виглядає наступним чином:

                                                              P = b? L? (1 + K), де

P – втрата напору в метрах водяного стовпа. Така характеристика застосовна з огляду на те, що змінюється тиск води в її потоці; b – гідравлічний ухил трубопроводу; L – довжина трубопроводу в метрах; K – спеціальний коефіцієнт. Цей параметр залежить від призначення мережі.

На втрату напору впливає наявність запірної арматури і вигини трубопроводу

Дана формула значно спрощена. На практиці падіння напору викликають запірна арматура і вигини трубопроводу. З цифрами, що відображають дане явище в фасонних частинах, ви можете ознайомитися, вивчивши наступну таблицю.

Таблиця 4

Еквівалент довжини прямої ділянки трубопроводу, метри
Діаметр 300 250 200 150 125 100 80 65 50 40 32 25
Відкритий на 50% запірний кран 60 60 60 45 30 30 15 15,0 15 15,0 15 15,0
Відкритий на 75% запірний кран 8 8 8 6 4 4 2 2 2 3 3 2
Відкритий на 100% запірний кран 2 2 2 1,5 1 1 0,50 0,50 0,5 0,5 0,50 0,5
Зворотній клапан 35 25 25 20 15 10 9 8 7 6 5 4
Зворотний клапан водорозбірний 45 30 30 25 20 15 12 10 9 8 7 6
конічний звуження 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
Коліно 90 градусів 7 5 4 2,7 2,5 1,7 1,30 0,9 0,70 0,6 0,40 0,3
Відведення 90 градусів 5,5 5 3 2 1,8 1,20 1 0,7 0,50 0,4 0,30 0,2

 

Деякі елементи вищевказаної формули необхідно прокоментувати. З коефіцієнтом все просто. Його значення можна дізнатися з Сніпа № 2.04.01-85.

Таблиця 5

призначення водопроводу

коефіцієнт
Виробничо-протипожежний 0,15
Господарсько-питний 0,3
протипожежний 0,1
Господарський виробничо протипожежний 0,2

 

Що ж стосується поняття «гідравлічний ухил», то тут все набагато складніше.

Гідравлічний ухил – величина похідна від наступних параметрів:

  • швидкість потоку. Залежність прямо пропорційна, тобто гідравлічний опір тим вище, чим швидше рухається потік;
  • діаметр труби. Тут залежність вже обернено пропорційна: гідравлічний опір зростає зі зменшенням перетину гілки інженерної комунікації;
  • шорсткість стінок. Цей показник залежить в свою чергу від матеріалу труби (поверхня ПНД або поліпропілену більш гладка, ніж у сталі). У деяких випадках важливим фактором є вік труб водопроводу. Створювані з часом вапняні відкладення і іржа збільшують шорсткість поверхні їх стінок.

У старих трубах гідравлічний опір зростає, так як через заростання внутрішніх стінок труб їх просвіт звужується

Використання таблиці Шевельова

Вирішити проблему, пов’язану з визначенням гідравлічного ухилу, використовуючи калькулятор, можна повністю за допомогою таблиці гідравлічного розрахунку труб водопроводу, розробленої Шевельовим Ф.А. У ній наведено дані для різних діаметрів, матеріалів і швидкостей потоку. Крім цього, в таблиці містяться поправки, які стосуються старим трубам. Але тут слід уточнити один момент: до всіх типів полімерних трубних виробів вікові поправки не застосовуються. Структура поверхні звичайного або зшитого поліетилену, поліпропілену та металопластику не змінюється протягом усього періоду експлуатації.

Через великий обсяг таблиці Шевельова, повністю публікувати її недоцільно. Нижче наведена лише невелика витримка з цього документа для труби з пластика діаметром 16 міліметрів.

Таблиця 6

Швидкість, м / сек Витрата літр / сек Гідравлічний ухил для трубопроводу довжиною 1000 метрів (1000i)
1,50 0,17 319,8
1,41 0,16 287,2
1,33 0,15 256,1
1,24 0,14 226,6
1,15 0,13 198,7
0,88 0,1 124,7
0,90 0,09 103,5
0,71 0,08 84

При аналізі результатів розрахунку падіння напору необхідно враховувати, що велика частина сантехприборов вимагає для нормальної роботи наявність надлишкового тиску певної величини. В СНиП, прийнятому 30 років тому, наводяться цифри для вже застарілої техніки. Більш сучасні моделі побутового і санітарного устаткування вимагають для нормальної роботи, щоб надлишковий тиск становило не менше 0,3 кгс / см2 (або 3 метри напору). Однак, як показує практика, закладати в розрахунок краще трохи більше значення даного параметра – 0,5 кгс / см2.

Нормальна робота сантехприборов забезпечується надлишковим тиском в трубопроводі

приклади

Для кращого засвоєння інформації нижче наведено приклад гідравлічного розрахунку пластикового водопроводу. В якості вихідних приймаються наступні дані:

  • діаметр – 16,6 мм;
  • довжина – 27 метрів;
  • максимально допустима швидкість потоку води – 1,5 м / сек.

Гідравлічний ухил довжини 1000 м дорівнює (беремо значення з таблиці) 319,8. Але оскільки в формулу розрахунку падіння напору необхідно підставити НЕ 1000i, а просто i, цей показник необхідно розділити на 1000. В результаті отримаємо:

        319,8: 1000 = 0,3198

Для господарсько-питного водопроводу коефіцієнт К приймається рівним 0,3.

При розрахунках важливо брати до уваги призначення водопроводу

Після підстановки цих значень, формула буде виглядати так:

                               Р = 0,3198? 27? (1 + 0,3) = 11,224 метра.

Таким чином, на кінцевій сантехпрібора надлишковий тиск, що дорівнює 0,5 атмосфери, буде продукуватися при тиску в трубопроводі системи водопостачання 0,5 + 1,122 = 1,622 кгс / см2. А оскільки тиск в магістралі, як правило, не опускається нижче позначки 2,5 – 3 атмосфер, це умова цілком здійсненно.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем опалення за допомогою програм

Розрахунок опалення приватного будинку – досить складна процедура. Однак спеціальні програми її значно спрощують. Сьогодні доступний вибір декількох онлайн сервісів такого типу. На виході виходять такі дані:

  • необхідний діаметр трубопровідної лінії;
  • певний вентиль, службовець для балансування;
  • розміри елементів опалення;
  • значення датчиків перепадів тиску;
  • параметри контролю термостатичних клапанів;
  • числові настройки регулюючих деталей.

Програма «Oventrop co» для вибору поліпропіленових труб. Перед її запуском необхідно визначити шукані елементи обладнання та задати налаштування. Після закінчення обчислень користувач отримує кілька варіантів реалізації системи опалення. У них ітераційно вносяться зміни.

Розрахунок тепломережі дозволяє правильно підібрати труби і дізнатися витрата теплоносія

Це програмне забезпечення гідравлічного розрахунку дозволяє вибрати трубні елементи магістралі потрібного діаметру і визначити витрата теплоносія. Воно – надійний помічник при обчисленні як однотрубної, так і двухтрубной конструкції. Зручність роботи – ось одне з основних достоїнств «Oventrop co». У комплект даної програми входять готові блоки і каталоги матеріалів.

Програма «HERZ CO»: розрахунок з урахуванням колектора. Програмне забезпечення можна знайти у вільному доступі. Воно дозволяє проводити розрахунки незалежно від кількості труб. «HERZ CO» допомагає створювати проекти для ремонтованих і нових будівель.

Програма теж орієнтована на розрахунок одно- і двотрубних систем опалення. З її допомогою враховується дію термостатичного вентиля, а також визначаються втрати тиску в опалювальних приладах і показник опору потоку теплоносія.

Результати розрахунків виводяться в графічному і схематичному вигляді. У «HERZ CO» реалізована функція довідки. У програмі є модуль, що виконує функцію пошуку і локалізації помилок. Пакет програм стримає каталог даних про прилади для обігріву і про арматурі.

Програмний продукт Instal-Therm HCR. За допомогою даного програмного забезпечення можна розрахувати радіатори і обігрів поверхонь. У комплект його поставки входить модуль Tece, в якому містяться підпрограми для проектування систем водопостачання різних типів, сканування креслень і розрахунку теплових втрат. Програма оснащена різними каталогами, які містять арматуру, батареї, теплоізоляцію і різноманітні фітинги.

Протяжність трубопроводу має важливе значення для розрахунків

Комп’ютерна програма «ТРАНЗИТ». Даний пакет програм дозволяє здійснювати багатоваріантний гідравлічний розрахунок нафтопроводів, в яких є проміжні нафтоперекачечні станції (далі НПС). В якості вихідних даних виступають:

  • абсолютна шорсткість труб, тиск в кінці магістралі і її протяжність;
  • пружність і кінематична в’язкість насичених парів нафти і її щільність;
  • марка і число насосів, що включаються як на головній станції, так і на проміжних НПС;
  • розкладка труб за величиною діаметра;
  • профіль трубопроводу.

Результат розрахунку представлений у вигляді даних про характеристиках самопливних ділянок магістралі і про витрату перекачування. Крім того, користувачеві видається таблиця, яка відображає величину тиску до і після будь-якої з НПС.

На закінчення необхідно сказати, що вище були наведені найпростіші методики розрахунків. Професіонали використовують куди більш складні схеми.