Скорость воды в трубопроводе формула


Гидравлический расчет для подбора трубопроводов: методы проведения

Теплотрассы, системы отопления зданий, гидравлические схемы станков, системы водоотведения, водопроводы – все эти объекты состоят из трубопроводов. Созданные на их основе инженерные коммуникации являются самым экономичным средством транспортировки различных субстанций. Гидравлический расчёт трубопроводов позволяет определить значения множества характеристик при максимальной пропускной способности трубных элементов магистрали.

Гидравлические расчеты проводятся для всех систем — отопительных, водопроводных, канализационных

Что рассчитывается

Выполняется данная процедура в отношении нижеперечисленных рабочих параметров инженерной коммуникации.

  1. Расход жидкости на отдельных сегментах водопровода.
  2. Скорость потока рабочей среды в трубах.
  3. Оптимальный диаметр водопровода, который обеспечивает приемлемое падение напора.

Рассмотрим методику расчёта этих показателей подробно.

Расход воды

Данные по нормативному расходу воды отдельными сантехническими приборами указаны в приложении к СНиП 2.04.01-85. Этот документ регламентирует сооружение канализационных сетей и внутренних водопроводов. Ниже приведена часть соответствующей таблицы.

Таблица 1

Сантехнический прибор Общий расход (ГВС и ХВС), литр/секунда Расход ХВС, литр/секунда
Унитаз с вентилем прямой подачи воды 1,4 1,4
Унитаз с бачком для слива воды 0,10 0,10
Душевая кабинка (смеситель) 0,12 0,08
Ванна (смеситель) 0,25 0,17
Мойка (смеситель) 0,12 0,08
Умывальник (смеситель) 0,12 0,08
Умывальник (водоразборный кран) 0,10 0,10
Кран для полива 0,3 0,3

Если предполагается использовать одновременно несколько приборов, расход суммируется. Так, в случае, когда работает душевая кабинка на первом этаже с одновременным использованием туалета на втором этаже, логично сложить объём расхода воды обоими потребителями – 0,12+0,10 = 0,22 литр/секунда.

Напор воды в будущем водопроводе зависит от правильности проводимых расчетов

Важно! На пожарные водопроводы распространяется следующая норма: на одну струю он должен обеспечивать расход  не менее 2,5 литр/сек.

Вполне понятно, что при пожаротушении количество струй от одного пожарного гидранта определяется площадью и типом здания. Для удобства ознакомления информация по этому вопросу тоже размещена в табличной форме.

Таблица 2

Тип здания Требуемое количество струй при пожаротушении
Администрации предприятий (объём до 25 000 кубометров) 1
Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, более 10 этажей) 2
Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, до 10 этажей) 1
Здание управления (объём до 25 000 кубометров, 10 и больше этажей) 2
Здание управления (от 6 до10 этажей) 1
Жилое здание (от 16 до 25 этажей) 2
Жилое здание (до 16 этажей) 1

Скорость потока

Предположим, что перед нами поставлена задача расчёта тупиковой водопроводной сети при заданном пиковом расходе через неё. Цель вычислений – определение диаметра, при котором будет обеспечена приемлемая скорость перемещения потока по трубопроводу (согласно СНиПу – 0,7 – 1,5 м/сек).

Для подбора диаметра трубы также необходимы расчеты

Применяем формулы. Размер трубопровода увязывается со скоростью потока воды и её расходом такими формулами:

S=π*R2 , где

S – площадь поперечного сечения трубы. Единица измерения – метр квадратный; π – известное иррациональное число; R – радиус внутреннего диаметра трубы.

Единица измерения — те же метры квадратные.

На заметку! Для чугунных и стальных труб радиус обычно приравнивают к половине их условного прохода (ДУ). У большинства пластиковых трубных изделий  номинальный наружный диаметр на шаг больше внутреннего диаметра. Например, у полипропиленовой трубы с  внутренним сечением 32 миллиметра наружный диаметр равен 40 миллиметров.

Следующая формула выглядит так:

                                                                              W= V×S, где

W – расход воды в кубометрах; V – скорость потока воды (м/сек.); S – площадь сечения (метры квадратные).

Пример. Выполним расчет трубопровода системы пожаротушения для одной струи, расход воды в которой равен 3,5 литра в секунду. В системе СИ значение этого показателя будет таким: 3,5 л/сек = 0,0035 м3/сек. Такой расход на одну струю нормируется на тушение пожара внутри складских и производственных зданий объёмом от 200 до 400 кубометров и высотой до 50 метров.

У полимерных труб наружный диаметр может быть на шаг больше внутреннего

Сначала берём вторую формулу и вычисляем минимальную площадь сечения. Если скорость составляет 3 м/сек., этот показатель равен

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

                Тогда радиус внутреннего сечения трубы будет таким:

   R=√S/π=0,019 м.

Таким образом, внутренний диаметр трубопровода должен быть  равен минимум

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

Если результат вычислений является промежуточной величиной между стандартными значениями размеров трубных изделий, округление производится в большую сторону. То есть в данном случае подойдёт стандартная стальная труба с ДУ=40 мм.

Как просто узнать диаметр. Для того чтобы выполнить быстрый расчёт, можно использовать ещё одну таблицу, которая непосредственно увязывает расход воды через трубопровод с его условным диаметром. Она представлена ниже.

Таблица 3

Расход, литр/сек. Минимальный ДУ трубопровода, миллиметры
10 50
6 40
4 32
2,4 25
1,2 20
0,6 15
0,20 10

Потеря напора

Расчёт потери напора на участке трубопровода известной длины выполняется достаточно просто. Но здесь необходимо использовать изрядное количество переменных. Найти их значения можно в справочниках. А формула выглядит следующим образом:

                                                              P = b×L×(1 +K), где

P – потеря напора в метрах водяного столба. Такая характеристика применима ввиду того, что изменяется давление воды в её потоке; b – гидравлический уклон трубопровода; L – длина трубопровода в метрах; K – специальный коэффициент. Этот параметр зависит от назначения сети.

На потерю напора влияет наличие запорной арматуры и изгибы трубопровода

Данная формула значительно упрощена. На практике падение напора вызывают запорная арматура и изгибы трубопровода. С цифрами, отображающими данное явление в фасонных частях, вы можете ознакомиться, изучив следующую таблицу.

Таблица 4

Эквивалент длины прямого участка трубопровода, метры
Диаметр 300 250 200 150 125 100 80 65 50 40 32 25
Открытый на 50% запорный кран 60 60 60 45 30 30 15 15,0 15 15,0 15 15,0
Открытый на 75% запорный кран 8 8 8 6 4 4 2 2 2 3 3 2
Открытый на 100% запорный кран 2 2 2 1,5 1 1 0,50 0,50 0,5 0,5 0,50 0,5
Обратный клапан 35 25 25 20 15 10 9 8 7 6 5 4
Обратный клапан водоразборный 45 30 30 25 20 15 12 10 9 8 7 6
Коническое сужение 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
Колено 90 градусов 7 5 4 2,7 2,5 1,7 1,30 0,9 0,70 0,6 0,40 0,3
Отвод 90 градусов 5,5 5 3 2 1,8 1,20 1 0,7 0,50 0,4 0,30 0,2

Некоторые элементы вышеуказанной формулы необходимо прокомментировать. С коэффициентом всё просто. Его значения можно узнать из СНиПа № 2.04.01-85.

Таблица 5

Назначение водопровода

Коэффициент
Производственно-противопожарный 0,15
Хозяйственно-питьевой 0,3
Противопожарный 0,1
Хозяйственный производственно- противопожарный 0,2

Что же касается понятия «гидравлический уклон», то здесь всё намного сложнее.

Важно! Данная характеристика отображает сопротивление, оказываемое трубой движению воды.

Гидравлический уклон – величина производная от следующих параметров:

  • скорость потока. Зависимость прямо пропорциональная, то есть гидравлическое сопротивление тем выше, чем быстрее движется поток;
  • диаметр трубы. Здесь зависимость уже обратно пропорциональная: гидравлическое сопротивление возрастает с уменьшением сечения ветки инженерной коммуникации;
  • шероховатость стенок. Этот показатель зависит в свою очередь от материала трубы (поверхность ПНД или полипропилена более гладкая, чем у стали). В некоторых случаях немаловажным фактором является возраст труб водопровода. Формирующиеся со временем известковые  отложения и ржавчина увеличивают шероховатость поверхности их стенок.

В старых трубах гидравлическое сопротивление возрастает, так как из-за зарастания внутренних стенок труб их просвет сужается

Использование таблицы Шевелёва

Решить проблему, связанную с определением гидравлического уклона, используя калькулятор, можно полностью с помощью таблицы гидравлического расчёта труб водопровода, разработанной Шевелёвым Ф.А. В ней приведены данные для разных диаметров, материалов и скоростей потока. Помимо этого, в таблице содержатся поправки,  относящиеся к старым трубам. Но здесь следует уточнить один момент: ко всем типам полимерных трубных изделий возрастные поправки  не применяются. Структура поверхности обычного или сшитого полиэтилена, полипропилена и металлопластика не меняется в течение всего периода эксплуатации.

Из-за большого объёма таблицы Шевелёва, полностью публиковать её нецелесообразно. Ниже приведена лишь небольшая выдержка из этого документа для трубы из пластика диаметром 16 миллиметров.

Таблица 6

Скорость, м/сек Расход  литр/сек Гидравлический уклон для трубопровода длиной 1000 метров (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 анализе результатов расчёта падения напора необходимо учитывать, что большая часть сантехприборов требует для нормальной работы наличие избыточного давления определённой величины. В СНиПе, принятом 30 лет назад, приводятся цифры для уже устаревшей техники. Более современные модели бытового и санитарного оборудования требуют для нормальной работы, чтобы избыточное давление составляло не менее 0,3 кгс/см2 (или 3 метра напора). Однако, как показывает практика, закладывать  в расчет лучше немного большее значение данного параметра – 0,5 кгс/см2.

Нормальная работа сантехприборов обеспечивается избыточным давлением в трубопроводе

Примеры

Для лучшего усвоения информации ниже приведён пример гидравлического расчёта пластикового водопровода. В качестве исходных принимаются следующие данные:

  • диаметр – 16,6 миллиметров;
  • длина – 27 метров;
  • максимально допустимая скорость потока воды – 1,5 м/сек.

На заметку! При сдаче водопровода в эксплуатацию испытания проводятся давлением, равным, как минимум, рабочему, умноженному на коэффициент 1,3. При этом акт гидравлических испытаний конкретной ветки трубопровода должен включать отметки об испытательном давлении, а также о продолжительности испытательных работ.

Гидравлический уклон длины 1000 метров равен (берём значение из таблицы) 319,8. Но поскольку в формулу расчёта падения напора необходимо подставить не 1000i, а просто i, этот показатель необходимо разделить на 1000. В результате получим:

        319,8:1000=0,3198

Для хозяйственно-питьевого водопровода коэффициент К принимается равным 0,3.

При расчетах важно принимать во внимание назначение водопровода

После подстановки этих значений, формула будет выглядеть так:

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

Таким образом, на концевом сантехприборе избыточное давление, равное 0,5 атмосферы, будет продуцироваться при давлении  в трубопроводе системы  водоснабжения 0,5+1,122=1,622  кгс/см2. А поскольку давление в магистрали, как правило, не опускается ниже отметки 2,5 – 3 атмосфер, это условие вполне выполнимо.

Гидравлический расчёт трубопроводов систем отопления с помощью программ

Расчёт отопления частного дома – достаточно сложная процедура. Однако специальные программы её значительно упрощают. Сегодня доступен выбор нескольких онлайн сервисов такого типа. На выходе получаются следующие данные:

  • требуемый диаметр трубопроводной линии;
  • определённый вентиль, служащий для балансировки;
  • размеры элементов отопления;
  • значения датчиков перепадов давления;
  • параметры контроля термостатических клапанов;
  • числовые настройки регулирующих деталей.

Программа «Oventrop co» для выбора полипропиленовых труб. Перед её запуском необходимо определить искомые элементы оборудования и задать настройки. По окончании вычислений пользователь получает несколько вариантов реализации системы отопления. В них итерационно вносятся изменения.

Расчет теплосети позволяет правильно подобрать трубы и узнать расход теплоносителя

Данное программное обеспечение гидравлического расчёта позволяет выбрать трубные элементы магистрали нужного диаметра и определить расход теплоносителя. Оно – надёжный помощник при вычислении как однотрубной, так и двухтрубной конструкции. Удобство работы – вот одно из основных достоинств «Oventrop co». В комплект данной программы входят готовые блоки и каталоги материалов.

Программа «HERZ CO»: расчёт с учётом коллектора. Это программное обеспечение находится в свободном доступе. Оно позволяет производить расчёты вне зависимости от количества труб. «HERZ CO» помогает создавать проекты для ремонтируемых и новых зданий.

Обратите внимание! Здесь есть один нюанс: для создания конструкций  используется гликолевая смесь.

Программа тоже ориентирована на расчёт одно- и двухтрубных систем отопления. С её помощью учитывается действие термостатического вентиля, а также определяются потери давления в отопительных приборах и показатель сопротивления потоку теплоносителя.

Результаты расчётов выводятся в графическом и схематическом виде. В «HERZ CO» реализована функция справки. В программе имеется модуль, выполняющий функцию поиска и локализации ошибок. Пакет программ сдержит каталог данных о приборах для обогрева и об арматуре.

Программный продукт Instal-Therm HCR. С помощью данного программного обеспечения можно рассчитать радиаторы и обогрев поверхностей. В комплект его поставки входит модуль Tece, в котором содержатся подпрограммы для проектирования систем водоснабжения разных типов, сканирования чертежей и расчёта тепловых потерь. Программа оснащена различными каталогами, которые содержат арматуру, батареи, теплоизоляцию и разнообразные фитинги.

Протяженность трубопровода имеет важное значение для расчетов

Компьютерная программа «ТРАНЗИТ». Данный пакет программ позволяет осуществлять многовариантный гидравлический расчёт нефтепроводов, в которых имеются промежуточные нефтеперекачивающие станции (далее НПС). В качестве исходных данных выступают:

  • абсолютная шероховатость труб, давление в конце магистрали и её протяжённость;
  • упругость и кинематическая вязкость насыщенных паров нефти и её плотность;
  • марка и число насосов, включаемых как на головной станции, так и на промежуточных НПС;
  • раскладка труб по величине диаметра;
  • профиль трубопровода.

Результат расчёта представлен в виде данных о характеристиках самотёчных участков магистрали и о расходе перекачки. Помимо того, пользователю выдаётся таблица, отображающая величину давления до и после любой из НПС.

В заключение необходимо сказать, что выше были приведены самые простые методики расчётов. Профессионалы используют куда более сложные схемы.

trubamaster.ru

Энциклопедия сантехника Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

В системе водяного отопления особенно часто у многих встает вопрос: Как вычислить диаметр трубопровода, по которому будет бежать теплоноситель (вода).

Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

1. Расход теплоносителя (воды) в трубе. 2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

S-Площадь сечения м2 внутреннего просвета трубы π-3,14-константа - отношение длины окружности к ее диаметру. r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м

Q-расход воды м3/с

D-Внутренний диаметр трубы, м

V-скорость течения теплоносителя, м/с

Сопротивление движению теплоносителя.

Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя - является силой сопротивления.

Это сопротивление, называют - потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

Извиняйте, но я привык указывать потерю напора в метрах. 10 метров водного столба создают 0,1 МПа.

Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.

Задача 1.

В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

1. Находим сечение 2. Находим расход

Дано:

S=3.14•0,0122/4=0,000113 м2

Q=0,000113•1=0,000113 м3/с = 0,4 м3/ч.

Ответ: 0,4 м3/ч.

Задача 2.

Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

Конечно, в реальности насосы не выдают постоянный расход и не выдают бесконечно большой напор. Поэтому по условию задачи мы условно приняли, что насос качает строго 40 литров в минуту, а напор насоса бесконечно большой. Ниже я поясню все нюансы подбора диаметра.

Решение.

Дано:

Q=40л/мин=0,000666666 м3/с

Из выше указанных формул получил такую формулу.

Ответ: 12мм

К сожалению, по такой формуле находить диаметр трубы не разумно и вот почему!

Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

Чем длиннее труба, тем больше потеря напора. Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора. Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора.

Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

Такой характеристикой обладают на самом деле не насосы, а жидкости, которые подчиняются гидравлическим законам. Эти законы распространяются не только на насосы, но и на все трубы по которым течет жидкость. Даже если вода будет истекать из наполненного бака, там тоже будет присутствовать такая вот расходно-сопротивляемая характеристика.

Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:

Потеря напора по длине трубопровода.

А теперь рассмотрим задачу из реального примера.

Хочу сразу Вас уведомить, что для следующей задачи были использованы эти материалы:

Профессиональный расчет диаметра трубы для водоснабжения.

Задача 2:

Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м3/ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

Дано:

D=100 мм = 0,1м L=376м Геометрическая высота=17м Отводов 21 шт Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)

Максимальный расход=90м3/ч

Температура воды 16°С.

Труба стальная железная

Найти максимальный расход = ?

Решение на видео:

Купить программу

Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

Я выбрал визуально похожий график всех насосов, от реального может отличаться на 10-20%. Для более точного расчета необходим график насоса, который указан в паспорте насоса.

В нашем случае будет такой график:

Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м3/час. (90-Qmax=14 м3/ч).

Не существует прямой формулы, которая дает прямой расчет нахождения расхода, а если и существует, то она имеет ступенчатый характер и некоторую логику, которая способна Вас запутать - окончательно.

Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

Поэтому решаем задачу ступенчато.

Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м3/час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м3/ч.

Находим скорость движения воды

Q=45 м3/ч = 0,0125 м3/сек.

V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

Находим число рейнольдса

ν=1,16•10-6=0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

Re=(V•D)/ν=(1,59•0,1)/0,00000116=137069

Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на вторую область при условии

10•D/Δэ < Re < 560•D/Δэ

10•0,1/0,0001 < Re < 560•0,1/0,0001

10 000 < Re < 560 000

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069)0,25=0,0216

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м3/час

Q=64 м3/ч = 0,018 м3/сек.

V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

Re=(V•D)/ν=(2,29•0,1)/0,00000116=197414

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414)0,25=0,021

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

Отмечаем на графике:

Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

Ответ: Максимальный расход равен 54 м3/ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

Для проверки проверим:

Q=54 м3/ч = 0,015 м3/сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

Re=(V•D)/ν=(1,91•0,1)/0,00000116=164655

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655)0,25=0,0213

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.

А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

Подробней об этом в разделе: Местные гидравлические сопротивления

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах. ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].

g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

Подробней об этом в разделе: Местные гидравлические сопротивления

Возьмем ζ = 1.

Скорость 1,91 м/с

h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•1,912)/( 2•9,81)=0,18 м.

Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

При расходе 45 м3/час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•2,292)/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

Отмечаем на графике:

Решаем тоже самое только для расхода в 55 м3/ч

Q=55 м3/ч = 0,015 м3/сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

Re=(V*D)/ν=(1,91 •0,1)/0,00000116=164655

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655)0,25=0,0213

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•1,912)/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

Рисуем на графике:

Ответ: Максимальный расход=52 м3/час. Без отводов Qmax=54 м3/час.

Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

Скачать калькулятор расчетов гидравлического сопротивления.

Теперь я думаю вам понятно как происходит сопротивление движению потока. Если не понятно, то я готов услышать ваши коментарии по данной статье. Пишите коментарии.

В итоге, на размер диаметра влияют:

1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами 2. Необходимый расход

3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

Вычисляем диаметр трубы для отопления

Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

 
Если Вы желаете получать уведомления о новых полезных статьях из раздела: Сантехника, водоснабжение, отопление,

то оставте Ваше Имя и Email.

 

    Комментарии (+) [ Читать / Добавить ]  
Все о дачном доме        Водоснабжение                Обучающий курс. Автоматическое водоснабжение своими руками. Для чайников.                Неисправности скважинной автоматической системы водоснабжения.                Водозаборные скважины                        Ремонт скважины? Узнайте нужен ли он!                        Где бурить скважину - снаружи или внутри?                        В каких случаях очистка скважины не имеет смысла                        Почему в скважинах застревают насосы и как это предотвратить                Прокладка трубопровода от скважины до дома                100% Защита насоса от сухого хода        Отопление                Обучающий курс. Водяной теплый пол своими руками. Для чайников.                Теплый водяной пол под ламинат        Обучающий Видеокурс: По ГИДРАВЛИЧЕСКИМ И ТЕПЛОВЫМ РАСЧЕТАМВодяное отопление        Виды отопления        Отопительные системы        Отопительное оборудование, отопительные батареи        Система теплых полов                Личная статья теплых полов                Принцип работы и схема работы теплого водяного пола                Проектирование и монтаж теплого пола                Водяной теплый пол своими руками                Основные материалы для теплого водяного пола                Технология монтажа водяного теплого пола                Система теплых полов                Шаг укладки и способы укладки теплого пола                Типы водных теплых полов        Все о теплоносителях                Антифриз или вода?                Виды теплоносителей (антифризов для отопления)                Антифриз для отопления                Как правильно разбавлять антифриз для системы отопления?                Обнаружение и последствия протечек теплоносителей        Как правильно выбрать отопительный котел        Тепловой насос                Особенности теплового насоса                Тепловой насос принцип работыПро радиаторы отопления        Способы подключения радиаторов. Свойства и параметры.        Как рассчитать колличество секций радиатора?        Рассчет тепловой мощности и количество радиаторов        Виды радиаторов и их особенностиАвтономное водоснабжение        Схема автономного водоснабжения        Устройство скважины Очистка скважины своими рукамиОпыт сантехника        Подключение стиральной машиныПолезные материалы        Редуктор давления воды        Гидроаккумулятор. Принцип работы, назначение и настройка.        Автоматический клапан для выпуска воздуха        Балансировочный клапан        Перепускной клапан        Трехходовой клапан                Трехходовой клапан с сервоприводом ESBE        Терморегулятор на радиатор        Сервопривод коллекторный. Выбор и правила подключения.        Виды водяных фильтров. Как подобрать водяной фильтр для воды.                Обратный осмос        Фильтр грязевик        Обратный клапан        Предохранительный клапан        Смесительный узел. Принцип работы. Назначение и расчеты.                Расчет смесительного узла CombiMix        Гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты.        Бойлер косвенного нагрева накопительный. Принцип работы.        Расчет пластинчатого теплообменника                Рекомендации по подбору ПТО при проектировании объектов теплоснабжения                О загрязнение теплообменников        Водонагреватель косвенного нагрева воды        Магнитный фильтр - защита от накипи        Инфракрасные обогреватели        Радиаторы. Свойства и виды отопительных приборов.        Виды труб и их свойства        Незаменимые инструменты сантехникаИнтересные рассказы        Страшная сказка о черном монтажнике        Технологии очистки воды        Как выбрать фильтр для очистки воды        Поразмышляем о канализации        Очистные сооружения сельского домаСоветы сантехнику        Как оценить качество Вашей отопительной и водопроводной системы?Профрекомендации        Как подобрать насос для скважины        Как правильно оборудовать скважину        Водопровод на огород        Как выбрать водонагреватель        Пример установки оборудования для скважины        Рекомендации по комплектации и монтажу погружных насосов        Какой тип гидроаккумулятора водоснабжения выбрать?        Круговорот воды в квартире        фановая труба        Удаление воздуха из системы отопленияГидравлика и теплотехника        Введение        Что такое гидравлический расчет?        Физические свойства жидкостей        Гидростатическое давление        Поговорим о сопротивлениях прохождении жидкости в трубах        Режимы движения жидкости (ламинарный и турбулентный)        Гидравлический расчет на потерю напора или как рассчитать потери давления в трубе        Местные гидравлические сопротивления        Профессиональный расчет диаметра трубы по формулам для водоснабжения        Как подобрать насос по техническим параметрам        Профессиональный расчет систем водяного отопления. Расчет теплопотерь водяного контура.        Гидравлические потери в гофрированной трубе        Теплотехника. Речь автора. Вступление        Процессы теплообмена        Тплопроводность материалов и потеря тепла через стену        Как мы теряем тепло обычным воздухом?        Законы теплового излучения. Лучистое тепло.        Законы теплового излучения. Страница 2.        Потеря тепла через окно        Факторы теплопотерь дома        Начни свое дело в сфере систем водоснабжения и отопления        Вопрос по расчету гидравликиКонструктор водяного отопления        Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.        Вычисляем диаметр трубы для отопления        Расчет потерь тепла через радиатор        Мощность радиатора отопления        Расчет мощности радиаторов. Стандарты EN 442 и DIN 4704        Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции                Найти теплопотери через чердак и узнать температуру на чердаке        Подбираем циркуляционный насос для отопления        Перенос тепловой энергии по трубам        Расчет гидравлического сопротивления в системе отопления        Распределение расхода и тепла по трубам. Абсолютные схемы.        Расчет сложной попутной системы отопления                Расчет отопления. Популярный миф                Расчет отопления одной ветки по длине и КМС                Расчет отопления. Подбор насоса и диаметров                Расчет отопления. Двухтрубная тупиковая                Расчет отопления. Однотрубная последовательная                Расчет отопления. Двухтрубная попутная        Расчет естественной циркуляции. Гравитационный напор        Расчет гидравлического удара        Сколько выделяется тепла трубами?        Собираем котельную от А до Я...        Система отопления расчет        Онлайн калькулятор Программа расчет Теплопотерь помещения        Гидравлический расчет трубопроводов                История и возможности программы - введение                Как в программе сделать расчет одной ветки                Расчет угла КМС отвода                Расчет КМС систем отопления и водоснабжения                Разветвление трубопровода – расчет                Как в программе рассчитать однотрубную систему отопления                Как в программе рассчитать двухтрубную систему отопления                Как в программе рассчитать расход радиатора в системе отопления                Перерасчет мощности радиаторов                Как в программе рассчитать двухтрубную попутную систему отопления. Петля Тихельмана                Расчет гидравлического разделителя (гидрострелка) в программе                Расчет комбинированной цепи систем отопления и водоснабжения                Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции                Гидравлические потери в гофрированной трубе        Гидравлический расчет в трехмерном пространстве                Интерфейс и управление в программе                Три закона/фактора по подбору диаметров и насосов                Расчет водоснабжения с самовсасывающим насосом                Расчет диаметров от центрального водоснабжения                Расчет водоснабжения частного дома                Расчет гидрострелки и коллектора                Расчет Гидрострелки со множеством соединений                Расчет двух котлов в системе отопления                Расчет однотрубной системы отопления                Расчет двухтрубной системы отопления                Расчет петли Тихельмана                Расчет двухтрубной лучевой разводки                Расчет двухтрубной вертикальной системы отопления                Расчет однотрубной вертикальной системы отопления                Расчет теплого водяного пола и смесительных узлов                Рециркуляция горячего водоснабжения                Балансировочная настройка радиаторов                Расчет отопления с естественной циркуляцией                Лучевая разводка системы отопления                Петля Тихельмана – двухтрубная попутная                Гидравлический расчет двух котлов с гидрострелкой                Система отопления (не Стандарт) - Другая схема обвязки                Гидравлический расчет многопатрубковых гидрострелок                Радиаторная смешенная система отопления - попутная с тупиков                Терморегуляция систем отопления        Разветвление трубопровода – расчет        Гидравлический расчет по разветвлению трубопровода        Расчет насоса для водоснабжения        Расчет контуров теплого водяного пола        Гидравлический расчет отопления. Однотрубная система        Гидравлический расчет отопления. Двухтрубная тупиковая        Бюджетный вариант однотрубной системы отопления частного дома        Расчет дроссельной шайбы        Что такое КМС?Конструктор технических проблем        Температурное расширение и удлинение трубопровода из различных материаловТребования СНиП ГОСТы        Требования к котельному помещениюВопрос слесарю-сантехникуПолезные ссылки сантехнику---

Сантехник - ОТВЕЧАЕТ!!!

Жилищно коммунальные проблемыМонтажные работы: Проекты, схемы, чертежи, фото, описание.Если надоело читать, можно посмотреть полезный видео сборник по системам водоснабжения и отопления

infobos.ru

Какой диаметр трубы нужен в зависимости от расхода и давления

Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.

От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.

В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.

Как рассчитать необходимый диаметр трубы

Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.

Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.

Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.

Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.

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

Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:

  •  Диаметр трубы;
  • Скорость потока.

Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.

Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:

d = √(4Q/Πw) Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с d – диаметр трубопровода, м

w – скорость потока, м/с

Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода

Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.

При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.

На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.

Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.

Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.

Такое увеличение связано с несколькими показателями:

  • Скорость жидкости;
  • Плотность;
  • Исходное давление (напор).

Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.

К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.

Скорость воды в трубопроводе формула

Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Отсюда получаем w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести диаметр из миллиметров в метры, то есть диаметр будет 0.159 м.

Формула расхода воды

В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:

Расход воды через трубу таблица

Зависимость расхода от давления

Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть — от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.

Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.

vseprotruby.ru

5.3 Определение диаметров трубопровода (d) по расчетным участкам

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.

, (2)

где dр – расчетный диаметр по участкам (м, мм);

Qp – расчетный расход по участкам (м3/с);

–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.

Таблица 2

Удельные сопротивления Акв (с2/м6) труб из различных материалов в зависимости от условного прохода d

d, мм

Трубы

Стальные электросварные ГОСТ 10704-76

Чугунные ГОСТ 9583-75

Полиэтиленовые типа Г ГОСТ 1899-73

50

3686

11540

6051

60

2292

-

2431

75

929

-

-

80

454

953

927

100

173

312

324

125

76,4

96,7

93

150

30,7

37,1

45,9

175

20,8

-

-

200

6,96

8,09

5,07

250

2,19

2,53

1,31

300

0,85

0,95

0,71

350

0,373

0,437

-

400

0,186

0,219

-

450

0,099

0,199

-

500

0,058

0,0678

-

5.4 Определение скорости движения воды в трубопроводе

По известным значениям расхода Qi и диаметра di определяется средняя скорость потока на каждом участке по формуле

, (3)

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

Qi – расчетный расход по участкам (м3/с);

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

di – 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);

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

Акв – удельное сопротивление трубы в квадратичной области, с2/м6;

- поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность области сопротивления;

L – расчетная длина участка трубопровода, м;

Qр – расчетный расход на участке трубопровода, м³/с.

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

Таблица 3

Поправочный коэффициентна степень турбулентности потока в зависимости от скоростиV движения воды

Скорость, м/с

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Трубы стальные и чугунные

1,2

1,11

1,06

1,03

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

Трубы полиэтиленовые

1,23

1,12

1,05

1,0

0,96

0,93

0,9

0,88

0,86

0,84

studfiles.net


Смотрите также