Гидравлический расчет пропускной способности внутреннего и наружного водопровода без формул

Как посчитать пропускную способность трубы для разных систем – примеры и правила

Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.

Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.

Способы расчета пропускной способности трубопровода

Перед тем, как посчитать пропускную способность трубы, нужно узнать основные обозначения, без которых проведение расчетов будет невозможным:

  1. Внешний диаметр. Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.
  2. Диаметр условного прохода. Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.

Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:

  1. Физические расчеты. В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.
  2. Табличные расчеты. Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.
  3. Расчет при помощи программ. Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.

Расчет пропускной способности газопроводов

Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.

Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:

Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;

Ду – величина условного прохода трубы.

Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.

В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:

Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;

Т – температура транспортируемого газа (К).

Эта формула позволяет определить степень разогрева транспортируемого вещества в зависимости от давления. Увеличение температуры приводит к расширению газа, в результате чего давление на стенки трубы повышается (прочитайте: “Почему возникает потеря давления в трубопроводе и как этого можно избежать”).

Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить. Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.

При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.

Расчет пропускной способности канализационных труб

При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.

Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:

  • Диаметр труб – Ду;
  • Средняя скорость движения веществ – v;
  • Величина гидравлического уклона – I;
  • Степень наполнения – h/Ду.

Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит движение стоков со скоростью, необходимой для самоочищения системы.

Скорость и предельный уровень наполнения бытовой канализации определяются по таблице, которую можно выписать так:

  1. 150-250 мм – h/Ду составляет 0,6, а скорость – 0,7 м/с.
  2. Диаметр 300-400 мм – h/Ду составляет 0,7, скорость – 0,8 м/с.
  3. Диаметр 450-500 мм – h/Ду составляет 0,75, скорость – 0,9 м/с.
  4. Диаметр 600-800 мм – h/Ду составляет 0,75, скорость – 1 м/с.
  5. Диаметр 900+ мм – h/Ду составляет 0,8, скорость – 1,15 м/с.

Для изделия с небольшим сечением имеются нормативные показатели минимальной величины уклона трубопровода:

  • При диаметре 150 мм уклон не должен быть менее 0,008 мм;
  • При диаметре 200 мм уклон не должен быть менее 0,007 мм.

Для расчета объема стоков используется следующая формула:

Где а – площадь живого сечения потока;

v – скорость транспортировки стоков.

Определить скорость транспортировки вещества можно по такой формуле:

где R – величина гидравлического радиуса,

С – коэффициент смачивания;

i – степень уклона конструкции.

Из предыдущей формулы можно вывести следующую, которая позволит определить значение гидравлического уклона:

Чтобы вычислить коэффициент смачивания, используется формула такого вида:

Где n – коэффициент, учитывающий степень шероховатости, который варьируется в пределах от 0,012 до 0,015 (зависит от материала изготовления трубы).

Значение R обычно приравнивают к обычному радиусу, но это актуально лишь в том случае, если труба заполняется полностью.

Для других ситуаций используется простая формула:

Где А – площадь сечения потока воды,

Р – длина внутренней части трубы, находящейся в непосредственном контакте с жидкостью.

Табличный расчет канализационных труб

Определять проходимость труб канализационной системы можно и при помощи таблиц, причем расчеты будут напрямую зависеть от типа системы:

  1. Безнапорная канализация. Для расчета безнапорных канализационных систем используются таблицы, содержащие в себе все необходимые показатели. Зная диаметр устанавливаемых труб, можно подобрать в зависимости от него все остальные параметры и подставить их в формулу (прочитайте также: “Как выполняется расчет диаметра трубопровода – теория и практика из опыта”). Кроме того, в таблице указан объем проходящей через трубу жидкости, который всегда совпадает с проходимостью трубопровода. При необходимости можно воспользоваться таблицами Лукиных, в которых указана величина пропускной способности всех труб с диаметром в диапазоне от 50 до 2000 мм.
  2. Напорная канализация. Определять пропускную способность в данном типе системы посредством таблиц несколько проще – достаточно знать предельную степень наполнения трубопровода и среднюю скорость транспортировки жидкости. Читайте также: “Как рассчитать объем трубы – советы из практики”.

Таблица пропускной способности полипропиленовых труб позволяет узнать все необходимые для обустройства системы параметры.

Расчет пропускной способности водопровода

Водопроводные трубы в частном строительстве применяются чаще всего. На систему водоснабжения в любом случае приходится серьезная нагрузка, поэтому расчет пропускной способности трубопровода обязателен, ведь он позволяет создать максимально комфортные условия эксплуатации будущей конструкции.

Для определения проходимости водопроводных труб можно использовать их диаметр (прочитайте также: “Как определить диаметр трубы – варианты замеров окружности”). Конечно, данный показатель не является основой для расчета проходимости, но его влияние нельзя исключать. Увеличение внутреннего диаметра трубы прямо пропорционально ее проходимости – то есть, толстая труба почти не препятствует движению воды и меньше подвержена наслоению различных отложений.

Впрочем, есть и другие показатели, которые также необходимо учитывать. Например, очень важным фактором является коэффициент трения жидкости о внутреннюю часть трубы (для разных материалов имеются собственные значения). Также стоит учитывать длину всего трубопровода и разность давлений в начале системы и на выходе. Немаловажным параметром является и количество различных переходников, присутствующих в конструкции водопровода.

Пропускная способность полипропиленовых труб водопровода может рассчитываться в зависимости от нескольких параметров табличным методом. Одним из них является расчет, в котором главным показателем является температура воды. При повышении температуры в системе происходит расширение жидкости, поэтому трение повышается. Для определения проходимости трубопровода нужно воспользоваться соответствующей таблицей. Также есть таблица, позволяющая определить проходимость в трубах в зависимости от давления воды.

Самый точный расчет воды по пропускной способности трубы позволяют осуществить таблицы Шевелевых. Помимо точности и большого числа стандартных значений, в данных таблицах имеются формулы, позволяющие рассчитать любую систему. Данный материал в полном объеме описывает все ситуации, связанные с гидравлическими расчетами, поэтому большинство профессионалов в данной области чаще всего используют именно таблицы Шевелевых.

Основными параметрами, которые учитываются в этих таблицах, являются:

  • Внешний и внутренний диаметры;
  • Толщина стенок трубопровода;
  • Период эксплуатации системы;
  • Общая протяженность магистрали;
  • Функциональное назначение системы.

Заключение

Расчет пропускной способности труб может выполняться разными способами. Выбор оптимального способа расчета зависит от большого количества факторов – от размеров труб до назначения и типа системы. В каждом случае есть более и менее точные варианты расчета, поэтому найти подходящий сможет как профессионал, специализирующийся на прокладке трубопроводов, так и хозяин, решивший самостоятельно проложить магистраль у себя дома.


Гидравлический расчет пропускной способности внутреннего и наружного водопровода без формул

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

от 17 октября 2014 года N 641/пр

Об утверждении Методических указаний по расчету объема принятых (отведенных) сточных вод с использованием метода учета пропускной способности канализационных сетей

1. Утвердить прилагаемые Методические указания по расчету объема принятых (отведенных) сточных вод с использованием метода учета пропускной способности канализационных сетей.

2. Контроль исполнения настоящего приказа возложить на заместителя Министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации А.В.Чибиса.

Зарегистрировано
в Министерстве юстиции
Российской Федерации
25 февраля 2015 года,
регистрационный N 36200

Методические указания по расчету объема принятых (отведенных) сточных вод с использованием метода учета пропускной способности канализационных сетей

УТВЕРЖДЕНЫ
приказом
Министерства строительства
и жилищно-коммунального хозяйства
от 17 октября 2014 года N 641/пр

Методические указания по расчету объема принятых (отведенных) сточных вод с использованием метода учета пропускной способности канализационных сетей (далее – Методические указания) разработаны во исполнение пункта 3 постановления Правительства Российской Федерации от 4 сентября 2013 года N 776 “Об утверждении Правил организации коммерческого учета воды, сточных вод” (Собрание законодательства Российской Федерации, 2013, N 37, ст.4696; 2014, N 14, ст.1627).

1. Порядок расчета объема принятых (отведенных) в централизованную систему водоотведения сточных вод зависит от типа присоединения канализационной сети к централизованной системе водоотведения, которое может быть выполнено:

а) по напорным трубопроводам;

б) по самотечным трубопроводам.

Присоединение по напорным трубопроводам предполагает, что трубопроводы транспортируют сточные воды полным сечением под давлением (напором). Самотечные трубопроводы имеют частичное наполнение, прокладываются с уклоном, обеспечивающим возможность транспортировки грубодисперсных примесей, содержащихся в сточных водах.

2. Расчет объема сточных вод по пропускной способности устройств и сооружений для присоединения к централизованным системам водоотведения производится по формуле:

W = · 3,6 · 24 · Т · К , [м ], где:

W – объем сточных вод по пропускной способности устройств и сооружений для присоединения к централизованным системам водоотведения;

– секундный расход сточных вод, л/с, определяемый в соответствии с пунктом 3 и (или) пунктом 4 Методических указаний;

3,6 – коэффициент перевода размерности в м /час;

24 – коэффициент перевода размерности в м /сутки;

Т – период времени, в течение которого осуществлялось самовольное присоединение и (или) пользование централизованными системами водоотведения, сут., определяемый в соответствии с Правилами организации коммерческого учета воды, сточных вод, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 4 сентября 2013 года N 776;

К – коэффициент, учитывающий тип канализационной сети: 1 – для бытовой канализации, 0,6 – для общесплавной канализации, 0,5 – для дождевой канализации.

= (1,2 · · d /4) 1000 = (300 · · d ), [ л/сек ], где:

d – диаметр трубопровода в метрах;

– количество присоединенных напорных трубопроводов одинакового диаметра;

– число, в целях настоящих Методических указаний принимаемое равным 3,1416.

4. При присоединении к централизованным системам водоотведения самотечными трубопроводами секундный расход сточных вод следует определять из условия круглосуточного наибольшего расчетного наполнения в трубопроводе h/d = 0,7 (для труб диаметром до 250 мм h/d = 0,6).

Для определения секундного расхода в самотечных трубопроводах следует пользоваться схемой расчета по основным формулам гидравлического расчета для равномерного безнапорного течения:

Читайте также:  Колодец из кирпича своими руками: как построить кирпичный колодец, устройство и кладка колодца из кирпича

а) Формула постоянства расхода:

– площадь живого сечения, м ,

V – средняя по сечению скорость движения сточных вод, м/с.

в) Коэффициент Шези определяется по формуле:

– гидравлический радиус, м, где у = 2,5 – 0,13 – 0,75 ( – 0,1);

– коэффициент шероховатости, принимаемый для самотечных трубопроводов круглого сечения (вне зависимости от материала) 0,014, для трубопроводов из полимерных материалов = 0,01.

г) Гидравлический радиус:

где – площадь живого сечения (площадь поперечного сечения потока, перпендикулярного направлению течения жидкости), м ; – смоченный периметр (часть периметра поперечного сечения потока, ограниченная стенками трубопровода (смачиваемая жидкостью)), м.

Для трубопроводов диаметром от 100 до 250 мм при расчетном наполнении h/d = 0,6 смоченный периметр, площадь живого сечения и гидравлический радиус следует определять следующими соотношениями:

смоченный периметр: = 1,7723 d, [м];

площадь живого сечения: = 0,492 d , [м ];

гидравлический радиус: R = 0,2776 d, [м];

Для трубопроводов диаметром более 250 мм при расчетном наполнении h/d = 0,7 смоченный периметр, площадь живого сечения и гидравлический радиус определять следующими соотношениями:

смоченный периметр: = 1,9825 d, [м];

площадь живого сечения: = 0,5872 d , [м ];

гидравлический радиус: R = 0,2962 d, [м].

Данные о диаметре трубопровода, его уклоне и материале принимаются по исполнительной документации, полученной в ходе строительства и приемки трубопровода в эксплуатацию.

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:

Гидравлический расчет водопровода: простые методы

Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие именно параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сразу оговорим: этот материал ориентирован прежде всего на владельцев небольших частных домов; соответственно, такие параметры, как вероятность одновременного использования всех сантехнических приборов в здании, нам определять не нужно.

Как и любая инженерная система, водопровод нуждается в расчете.

Что рассчитывается

Гидравлический расчет внутреннего водопровода сводится к определению следующих параметров:

  1. Расчетного расхода воды на отдельных участках водопровода.
  2. Скорости потока воды в трубах.

Подсказка: для внутренних водопроводов нормой считаются скорости от 0,7 до 1,5 м/с. Для пожарного водопровода допустима скорость до 3 м/с.

  1. Оптимального диаметра водопровода, обеспечивающего приемлемое падение напора. Как вариант – может определяться потеря напора при известном диаметре каждого участка. Если с учетом потерь напор на сантехнических приборах будет меньше нормированного, локальная сеть водоснабжения нуждается в установке подкачки.

Несложный опыт наглядно демонстрирует падение напора в водопроводе.

Расход воды

Нормативы расхода воды отдельными сантехническими приборами можно обнаружить в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85, регламентирующему сооружение внутренних водопроводов и канализационных сетей. Приведем часть соответствующей таблицы.

ПриборРасход ХВС, л/сОбщий расход (ХВС и ГВС), л/с
Умывальник (водоразборный кран)0,100,10
Умывальник (смеситель)0,080,12
Мойка (смеситель)0,080,12
Ванна (смеситель)0,170,25
Душевая кабинка (смеситель)0,080,12
Унитаз со сливным бачком0,100,10
Унитаз с краном прямой подачи воды1,41,4
Кран для полива0,30,3

В случае предполагаемого одновременного использования нескольких сантехнических приборов расход суммируется. Так, если одновременно с использованием туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором – будет вполне логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

При последовательном подключении приборов расход воды суммируется.

Особый случай

Для пожарных водопроводов действует норма расхода в 2,5 л/сна одну струю. При этом расчетное количество струй на один пожарный гидрант при пожаротушении вполне предсказуемо определяется типом здания и его площадью.

На фото – пожарный гидрант.

Параметры зданияКоличество струй при тушении пожара
Жилое здание в 12 – 16 этажей1
То же, при длине коридора более 10 метров2
Жилое здание в 16 – 25 этажей2
То же, при длине коридора более 10 метров3
Здания управления (6 – 10 этажей)1
То же, при объеме более 25 тыс. м32
Здания управления (10 и более этажей, объем до 25000 м3)2
То же, объем больше 25 тыс. м33
Общественные здания (до 10 этажей, объем 5 – 25 тыс. м3)1
То же, объем больше 25 тыс. м32
Общественные здания (более 10 этажей, объем до 25 тыс. м3)2
То же, объем больше 25 тыс. м33
Администрации предприятий (объем 5 – 25 тыс. м3)1
То же, объем более 25000 м32
Читайте также:  Сбор воды на даче с крыши и из скважины своими руками: устройство и установка накопителя

Скорость потока

Предположим, что наша задача – гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам нужно определить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость движения потока через трубопровод (напомним, 0,7-1,5 м/с).

Большая скорость потока вызывает появление гидравлических шумов.

Формулы

Расход воды, скорость ее потока и размер трубопровода увязываются друг с другом следующей последовательностью формул:

  • S – площадь сечения трубы в квадратных метрах;
  • π – число “пи”, принимаемой равным 3,1415;
  • r – радиус внутреннего сечения в метрах.

Полезно: для стальных и чугунных труб радиус обычно принимается равным половине их ДУ (условного прохода).
У большинства пластиковых труб внутренний диаметр на шаг меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний приблизительно равен 32 мм.

Условный проход примерно соответствует внутреннему диаметру стальной трубы.

  • Q – расход воды (м3);
  • V – скорость водяного потока (м/с) ;
  • S – площадь сечения в квадратных метрах.

Пример

Давайте выполним гидравлический расчет пожарного водопровода для одной струи с расходом 2,5 л/с.

Как мы уже выяснили, в этом случае скорость водяного потока ограничена м/с.

  1. Пересчитываем расход в единицы СИ: 2,5 л/с = 0,0025 м3/с.
  2. Вычисляем по второй формуле минимальную площадь сечения. При скорости в 3 м/с она равна 0,0025/3=0,00083 м3.
  3. Рассчитываем радиус внутреннего сечения трубы: r^2 = 0,00083/3,1415 = 0,000264; r = 0,016 м.
  4. Внутренний диаметр трубопровода, таким образом, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, или 32 миллиметра. Это соответствует параметрам стальной трубы ДУ32.

Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в большую сторону.
Цена труб с диаметром, отличающимся на шаг, различается не слишком сильно; между тем уменьшение диаметра на 20% влечет за собой почти полуторакратное падение пропускной способности водопровода.

Пропускная способность первой и третьей труб различается вчетверо.

Простой расчет диаметра

Для быстрого расчета может использоваться следующая таблица, непосредственно увязывающая расход через трубопровод с его размером.

Расход, л/сМинимальный ДУ трубопровода, мм
0,210
0,615
1,220
2,425
432
640
1050

Потеря напора

Формулы

Инструкция по расчету потери напора на участке известной длины довольно проста, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при желании их можно найти в справочниках.

Формула имеет вид H = iL(1+K).

  • H – искомое значение потери напора в метрах.

Справка: избыточное давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) при атмосферном давлении соответствует водяному столбу в 10 метров.
Для компенсации падения напора в 10 метров, таким образом, давление на входе в водораспределительную сеть нужно поднять на 1 кгс/см2.

  • i – гидравлический уклон трубопровода.
  • L – его длина в метрах.
  • K – коэффициент, зависящий от назначения сети.

Формула сильно упрощена. На практике изгибы трубопровода и запорная арматура тоже вызывают падение напора.

Некоторые элементы формулы явно требуют комментариев.

Проще всего с коэффициентом К. Его значения заложены в уже упоминавшийся нами СНиП за номером 2.04.01-85:

Назначение водопроводаЗначение коэффициента
Хозяйственно-питьевой0,3
Производственный, хозяйственно-противопожарный0,2
Производственно-противопожарный0,15
Противопожарный0,1

А вот с понятием гидравлического уклона куда сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает движению воды.

Гидравлический уклон зависит от трех параметров:

  1. Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  2. Диаметра трубы. Здесь зависимость обратная: уменьшение сечения приводит к росту гидравлического сопротивления.
  3. Шероховатости стенок. Она, в свою очередь, зависит от материала трубы (сталь обладает менее гладкой поверхностью по сравнению с полипропиленом или ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (ржавчина и известковые отложения увеличивают шероховатость).

К счастью, проблему определения гидравлического уклона полностью решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для разных материалов, диаметров и скоростей потока; кроме того, таблица содержит коэффициенты поправок для старых труб.

Уточним: поправки на возраст не требуются всем типам полимерных трубопроводов.
Металлопластик, полипропилен, обычный и сшитый полиэтилен не меняют структуру поверхности весь период эксплуатации.

Размер таблиц Шевелева делает невозможной их публикацию целиком; однако для ознакомления мы приведем небольшую выдержку из них.

Вот справочные данные для пластиковой трубы диаметром 16 мм.

Расход в литрах в секундуСкорость в метрах в секунду1000i (гидравлический уклон для протяженности в 1000 метров)
0,080,7184
0,090,8103,5
0,10,88124,7
0,131,15198,7
0,141,24226,6
0,151,33256,1
0,161,41287,2
0,171,50319,8

При расчете падения напора нужно учитывать, что большая часть сантехнических приборов для нормальной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для нормальной работы избыточного давления, равного как минимум 0,3 кгс/см (3 метра напора).

Датчик не даст проточному нагревателю включиться при давлении воды ниже 0,3 кгс/см2.

Однако: на практике лучше закладывать в расчет несколько большее избыточное давление – 0,5 кгс/см2.
Запас нужен для компенсации неучтенных потерь на подводках к приборам и их собственного гидравлического сопротивления.

Примеры

Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

Предположим, что нам нужно вычислить потерю напора в домашнем пластиковом водопроводе диаметром 15 мм при его длине в 28 метров и максимально допустимой скорости потока воды, равной 1,5 м/с.

Трубы этого размера чаще всего используются для разводки воды в пределах квартиры или небольшого коттеджа.

  1. Гидравлический уклон для длины в 1000 метров будет равным 319,8. Поскольку в формуле расчета падения напора используется i, а не 1000i, это значение следует разделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  2. Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  3. Формула в целом приобретет вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

Таким образом, избыточное давление в 0,5 атмосферы на концевом сантехническом приборе мы будем иметь при давлении в магистральном водопроводе в 0,5+1,164=1,6 кгс/см2. Условие вполне выполнимо: давление в магистрали обычно не ниже 2,5 – 3 атмосфер.

К слову: испытания водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3.
Акт гидравлических испытаний водопровода должен включать отметки как об их продолжительности, так и об испытательном давлении.

Образец акта гидравлических испытаний.

А теперь давайте выполним обратный расчет: определим минимальный диаметр пластикового трубопровода, обеспечивающего приемлемое давление на концевом смесителе для следующих условий:

  • Давление в трассе составляет 2,5 атмосферы.
  • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
  • Переходы диаметра отсутствуют: весь внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
  • Пиковый расход воды составляет 0,2 литра в секунду.
  1. Допустимая потеря давления составляет 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  2. Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  3. Формула, таким образом, будет иметь вид 20=iх144х(1+0,3). Несложный расчет даст значение i в 0,106. 1000i, соответственно, будет равным 106.
  4. Следующий этап – поиск в таблице Шевелева диаметра, соответствующего 1000i = 106 при искомом расходе. Ближайшее значение – 108,1 – соответствует диаметру полимерной трубы в 20 мм.

Зависимость между внутренним и наружным диаметром полипропиленового трубопровода.

Заключение

Надеемся, что не переутомили уважаемого читателя избытком цифр и формул. Как уже упоминалось, нами приведены предельно простые схемы расчетов; профессионалы вынуждены использовать куда более сложные решения. Как обычно, дополнительная тематическая информация найдется в видео в этой статье. Успехов!

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.

Читайте также:  Искусственная система вентиляции: типы и фото принудительной системы вентиляции в частном доме

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 .

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.

Гидравлический расчет пропускной способности внутреннего и наружного водопровода без формул

Основным назначением гидравлического расчета водопроводной сети является определение наиболее экономичных диаметров трубопровода для пропуска расчетных расходов воды, а также условий, обеспечивающих подачу воды ко всем потребителям в необходимом количестве и с наименьшими потерями напора. Расчет выполняют в следующей последовательности:

1) Подсчитывается жилая площадь всего дома

где Fэт – сумма площадей жилых комнат одного этажа (подсчитывается по плану типового этажа);

n – количество этажей.

2) Количество людей, проживающих в данном доме,

где U – количество человек;

f – санитарная норма площади на одного человека, f=12 м 2

3) Определяется количество санитарно-технических приборов в доме, (по плану типового этажа).

4) Подсчитывается вероятность одновременного открытия приборов в доме по формуле

где Qч – норма водопотребления холодной воды в часы наибольшего потребления, берется по СНиП в зависимости от способа приготовления горячей воды (таблица 3 приложения),

q– удельный расход воды водоразборных устройств, (таблица 3 приложения).

4) Далее расчет ведется по участкам. Для каждого участка вычисляются расчетные расходы на участках по формуле

Q=5 q α,

где α – безразмерная величина, берется по таблице 1 приложения в зависимости от произведения РN

5) Назначая скорость 1м/с (по данным проектных организаций скорости воды во внутреннем водопроводе в пределах 0,9-1,2 м/с), определяется диаметр трубы по формуле

d= ,

согласно сортаменту труб принимается стандартный диаметр.

6) По таблице 2 приложения в зависимости от значения стандартного диаметра и расхода воды на участке уточняются скорость и уклон

7) Определяются потери напора по длине рассматриваемого участка по зависимости

где l– длина участка.

Расчет для исходных данных приведен ниже

1) Fжил =117,2·3=351,6 м 2 (с плана типового этажа)

2) U=351,6/12=29 человек

3) N=24 (с плана типового этажа)

Т.к. способ приготовления горячей воды задан газовый, принимаем

q =0,3л/с, Qч=10,5л/ч. Далее проводим гидравлический расчет трубопровода по участкам, показанным на аксонометрической схеме (рисунок 1.3),

В1

Рисунок 1.1. План типового этажа, М 1:100

В1

Рисунок 1.2. План подвала, М 1:100

Рисунок 1.3. Аксонометрическая схема внутреннего водопровода, М1:100

d= = = =0,022 м

Принимаем d=20мм, тогда

V= ·8,4+0,93=1,190 м/с

1000i= ·8,4+153=245,4

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0246 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·7,7+0,75=0,896 м/с

1000i= ·7,7+74,8=104,21

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0264 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·5,1+0,94=1,037м/с

1000i= ·5,1+113=136,46

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,304 м

Принимаем d=32мм, тогда

V= ·2,6+0,73=0,759м/с

1000i= ·2,6+49,5=53,1

Потери напора по длине участка:

Принимаем диаметр трубы на один больше предыдущего участка d=40мм. тогда

V= ·2,6+0,56=0,759м/с

1000i= ·2,6+24,6=26,4

Определяем потери напора по длине участка:

Таким образом, для устройства ввода применяются стальные трубы с противокоррозийной битумной изоляцией диаметром 40 мм.

Расчет сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Гидравлический расчет внутреннего водопровода

№ уч-каКол-во водоразборных приборов, NРNαРасчетный расход на уч-кеQ, л/сДиаметр трубопровода d, ммДлина расчетного уч-ка l, мСкорость движводыv, м/сУклон iПотеринапора по длине hi, м
1-240,040,2560,3842031,1900,2450,735
2-380,080,3180,4772530,8960,1040,312
3-4120,120,3670,551256,81,0370,1360,925
4-вв240,240,4850,726323,80,7590,05311,28
∑h1= 3,252
ввод240,240,4850,72640200,5810,0260,52

Вычисляется величина общего напора, требуемого для внутреннего водопровода с учетом геометрической высоты подачи воды до диктующего водоразборного устройства согласно формуле:

где Hг – геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

hпл – планировочная высота (превышение пола первого этажа над поверхностью земли);

п – количество этажей;

hпр – высота расположения диктующего прибора над полом;

∑ h – потери напора в сети, это сумма местных потерь напора, потерь по длине, потерь на вводе, потерь в водомерном узле:

где ∑h1– сумма потерь напора по длине расчетных участков (в таблице гидравлического расчета);

hм– местные потери напора, принимаются в размере 30% от потерь напора по длине, hм=0,3 ∑h1;

hвв – потери напора на вводе, hвв=ilвв (в таблице гидравлического расчета);

hвод– потери в водомерном узле, находятся по формуле

где S – гидравлическое сопротивление водомера, выбирается из таблицы в зависимости от калибра водомера (таблица 5 приложения);

Q – расчетный (максимальный) расход воды в здании, л/с. При этом расчетный расход не должен превышать максимального кратковременного расхода для данного калибра водомера (таблица 4 приложения). Потери напора в водомерах, учитывающих расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, не должны превышать допустимых величин: для крыльчатых водомеров – 2,5 м, для турбинных – 1м;

h – свободный напор у прибора, зависит от вида прибора. Максимальный свободный напор для унитаза со смывным бачком принимаетсяh=5м.

Для рассматриваемого случая, подсчитывается геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

Для определения потерь напора в сети, из таблицы гидравлического расчета выписываются ∑h1=3,252м и hвв=0,52м, тогда местные потери hм=0,3∑h1=0,3·3,252=0,9765м. По значению расхода Q=0,726л/с подбираем водомер (таблица 4 приложения). Подошел водомер ВК30 (крыльчатый, калибр 30), для него сопротивление S=1,3 (таблица 5 приложения). Тогда потери в водомере hвод=SQ 2 =1,3·(0,726) 2 =0,6852м, что удовлетворяет условию 0,5м

Добавить комментарий