Онлайн расчет диаметра трубопровода по расходу воды
Table of Contents
Определение диаметра трубопровода
Потеря давления в трубопроводе, кроме прочего, зависит от расхода скорости потока и вязкости среды протекания. Чем больше количество пара, проходящего через трубопровод определённого номинального диаметра, тем выше трение о стенки трубопровода. Иными словами, чем выше скорость пара, тем выше сопротивление или потери давления в трубопроводе.
На сколько высоки могут быть потери давления определяется назначением пара. Если перегретый пар подается через трубопровод к паровой турбине, то потери давления должны быть по возможности минимальными.
Такие трубопроводы значительно дороже обычных, причём больший диаметр, в свою очередь, приводит к значительно большим затратам.
Инвестиционный расчёт основывается на времени возврата (срок окупаемости) инвестиционного капитала в сравнении с прибылью от работы турбины.
Этот расчёт должен основываться не на средней нагрузке турбины, а исключительно на ее пиковой нагрузке. Если, например, в течении 15 минут набрасывается пиковая нагрузка в 1000 кг пара, то трубопровод должен иметь пропускную способность 60/15x 1000 = 4000 кг/ч.
Расчёт
В главе далее – Работа с конденсатом, поясняется методика расчёт диаметра конденсатопроводов. В расчётах паро- воздухо- и водопроводов действуют примерно те же исходные принципы. В завершении этой темы в этом разделе будут приведены расчеты для определения диаметра паро- воздухо- и водопроводов.
В расчётах диаметров в качестве основной применяется формула:
, где:
Q = расход пара, воздуха и воды в м3/с.
D = диаметр трубопровода в м.
v = допустимая скорость потока в м/с.
В практике рекомендуется вести расчет по расходу в м3/ч и по диаметру трубопровода в мм. в этом случае выше приведённая формула расчёта диаметра трубопровода изменяется следующим образом:
, где:
D = диаметр конденсатопровода в мм.
Q = расход в м3/ч.
V = допустимая скорость потока в м/с.
Расчет трубопроводов всегда ведется по объёмному расходу (м3/ч), а не по массовому (кг/ч). Если известен только массовый расход, то для пересчёта кг/ч в м3/ч необходимо учитывать удельный объём по таблице пара.
Пример:
Удельный объем насыщенного пара при давлении 11 бар составляет 0,1747 м3/кг. Таким образом, объемный расход от 1000 кг/ч насыщенного пара при 11 бар будет составлять 1000 * 0,1747 = 174,7 м3/ч.
Если речь будет идти о таком же количестве перегретого пара при давлении 11 бар и 300 °С, то удельный объём составит 0,2337 м3/кг, а объемный расход 233,7 м3/ч.
Таким образом это означает, что один и тот же паропровод не может одинаково подходить для транспорта одного количества насыщенного и перегретого пара.
Также для случая воздуха и других газов расчет необходимо повторить с учетом давления. Производители компрессорного оборудования указывают производительность компрессоров в м3/ч, под которым понимается объем в м3 при температуре 0 °С.
Если производительность компрессора 600 мп3/ч и давление воздуха 6 бар, то объемный расход составляет 600/6 = 100 м3/ч. в этом также заключается основа расчета трубопроводов.
Допустимая скорость потока
Допустимая скорость потока в системе трубопроводов зависит от многих факторов.
- стоимость установки: низкая скорость потока приводит к выбору большего диаметра.
- потеря давления: высокая скорость потока позволяет выбрать меньший диаметр, однако вызывает большую потерю давления.
- износ: особенно в случае конденсата высокая скорость потока приводит к повышенной эрозии.
- шум: высокая скорость потока увеличивает шумовую нагрузку, напр. Паровой редукционный клапан.
В ниже приведенной таблице представлены данные норм относительно скорости потока для некоторых сред протекания.
| Среда | Назначение | Скорость потока в м/с |
| пар | До 3 бар | 10 – 15 |
| 3 – 10 бар | 15 – 20 | |
| 10 – 40 бар | 20 – 40 | |
| Конденсат | Заполненный конденсатом | 2 |
| Конденсато-паровая смесь | 6 – 10 | |
| Питательная вода | Трубопровод всаса | 0,5 – 1 |
| Трубопровод подачи | 2 | |
| Вода | Питьевого качества | 0,6 |
| Охлаждение | 2 | |
| Воздух | Воздух под давлением | 6 – 10 |
| * Трубопровод всаса насоса питательной воды: из-за низкой скорости потока низкая потеря давления, что препятствует образованию пузырьков пара на всасе питательного насоса. |
Примеры:
a) Вода
Расчет диаметра трубопровода для воды при 100 м3/ч и скорости потока v = 2 м/с.
D = √ 354*100/2 = 133 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 125 или DN 150.
b) Воздух под давлением
расчет диаметра трубопровода для воздуха при 600 м3/ч, давление 5 бар и скорости потока 8 м/с.
Перерасчет с нормального расхода 600 м3/ч на рабочий м3/ч 600/5 = 120 м3/ч.
D = √ 354*120/8 = 72 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 65 или DN 80.
В зависимости от назначения воды или воздуха выбирается трубопровод DN 65 или DN 80. Необходимо иметь ввиду, что расчет диаметра трубопровода усреднен и не предусматривает случая наступления пиковой нагрузки.
c) Насыщенный пар
Расчет диаметра трубопровода для насыщенного пара при 1500 кг/ч, давлении 16 бар и скорости потока 15 м/с.
В соответствии с таблицей пара удельный объем насыщенного пара при давлении 16 бар составляет v = 0,1237 м3/кг.
D = √ 354*1500*0,1237/15 = 66 мм.
И здесь должен быть решен вопрос DN 65 или DN 80 в зависимости от возможной пиковой нагрузки. В случае необходимости предусматривается также возможность расширения установки в будущем.
d) Перегретый пар
Если в нашем примере пар перегреет до температуры 300 °С, то его удельный объем изменяется на v = 0,1585 м3/кг.
D = √ 354*1500*0,1585/15 = 75 мм, выбирается DN 80.
Изображение 4.9 в форме номограммы показывает, как можно произвести выбор трубопровода без проведения расчета. На изображении 4-10 этот процесс представлен для случая насыщенного и перегретого пара.
е) Конденсат
Если речь идёт о расчёте трубопровода для конденсата без примеси пара (от разгрузки), тогда расчёт ведётся как для воды.
Горячий конденсат после конденсатоотводчика, попадая в конденсатопровод, разгружается в нём. В главе 6.0 Работа с конденсатом поясняется, как определить долю пара от разгрузки.
Правило к проведению расчёта:
Доля пара от разгрузки = (температура перед конденсатоотводчиком минус температура пара после конденсатоотводчика) х 0,2. При расчёте конденсатопровода необходимо учитывать объём пара от разгрузки.
Объём оставшейся воды в сравнении с объёмом пара от разгрузки настолько мал, что им можно пренебречь.
Расчёт диаметра конденсатопровода на расход 1000 кг/ч сконденсированного пара 11 бар (h1 = 781 кДж/кг) и разгруженного до давления 4 бар (h' = 604 кДж/кг,v = 0,4622 м3/кг и r – 2133 кДж/кг).
Доля разгруженного пара составляет: 781 – 604/ 100 % = 8,3%
Количество разгруженного пара: 1000 х 0,083 = 83 кг/ч или 83 х 0,4622 -38 м3/ч. Объёмная доля разгруженного пара составляет около 97 %.
Диаметр трубопровода для смеси при скорости потока 8 м/с:
D = √ 354*1000*0,083*0,4622/8 = 40 мм.
Для сети атмосферного конденсата (v“ = 1,694 м3/кг) доля разгруженного пара составляет:
781 – 418/2258*100 % = 16 % или 160 кг/ч.
В этом случае диаметр трубопровода:
D = √ 354*1000*0,16*1,694/8 = 110 мм.
Источник: “Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010”
Для более верного выбора оборудования можно обратиться на эл. почту: info@nomitech.ru
Гидравлический расчет трубопроводов
Трубы, соединяющие между собой различные аппараты химических установок. С помощью них происходит передача веществ между отдельными аппаратами. Как правило, несколько отдельных труб с помощью соединений создают единую трубопроводную систему.
Трубопровод – это система труб, объединенных вместе с помощью соединительных элементов, применяемая для транспортировки химических веществ и иных материалов. В химических установках для перемещения веществ, как правило, используются закрытые трубопроводы. Если речь идет о замкнутых и изолированных деталях установки, то они также относится к трубопроводной системе или сети.
В состав замкнутой трубопроводной системы могут входить:
- Трубы.
- Соединительные элементы труб.
- Герметизирующие уплотнения, соединяющие два разъемных участка трубопровода.
Все вышеперечисленные элементы изготавливаются отдельно, после чего соединяются в единую трубопроводную систему. Помимо этого трубопроводы могут быть оснащены обогревом и необходимой изоляцией, изготовленной из различных материалов.
Выборе размера труб и материалов для из изготовления осуществляется на основе технологических и конструктивных требований, предъявляемых в каждом конкретном случае. Но для стандартизации размеров труб была проведена их классификация и унификация. Основным критерием стало допустимое давление при котором возможна эксплуатация трубы.
Условный проход DN
Условный проход DN (номинальный диаметр) – это параметр, который используется в системах трубопровода как характеризующий признак, с помощью которого происходит подгонка деталей трубопровода, таких как трубы, арматура, фитинги и другие.
Номинальный диаметр является безразмерной величиной, однако численно приблизительно равен внутреннему диаметру трубы. Пример обозначения условного прохода: DN 125.
Так же условный проход не обозначается на чертежах и не заменяет собой реальные диаметры труб. Он примерно соответствует диаметру в свету у определенных частей трубопровода (рис. 1.1).
Если говорить о числовых значениях условных переходах, то они выбраны таким образом, что пропускная способность трубопровода увеличивается в диапазоне от 60 до 100% при переходе от одного условного прохода к последующему.
Общепринятые номинальные диаметры:
3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.
Размеры этих условных проходов установлены с расчетом на то, чтобы не возникало проблем с припасовкой деталей друг к другу. Определения номинальный диаметр на основе значения внутреннего диаметра трубопровода, выбирается то значение условного прохода, которое ближе всего находится к диаметру трубы в свету.
Номинальное давление PN
Номинальное давление PN – величина, соответствующая максимальному давлению перекачиваемой среды при 20 °C, при котором возможна длительная эксплуатация трубопровода, имеющего заданные размеры.
Номинальное давление является безразмерной величиной.
Как и номинальный диаметр, номинальное давление было градуировано на основе практики эксплуатации накопленного опыта (табл. 1.1).
Номинальное давление для конкретного трубопровода выбирается на основе реально создаваемого в нем давления, путем выбора ближайшего большего значения.
При этом фитинги и арматура в этом трубопроводе также должны соответствовать такой же ступени давления.
Толщина стенок трубы рассчитывается исходя из номинального давления и должна обеспечивать работоспособность трубы при значении давления равном номинальному (табл. 1.1).
Допустимое избыточное рабочее давление pe,zul
Номинальное давление используется только для рабочей температуры 20°C. С повышением температуры нагрузочные способности трубы снижаются. Вместе с этим соответственно снижается и допустимое избыточное давление. Значение pe,zul показывает максимальное избыточное давление, которое может быть в трубопроводной системе при повышении значения рабочей температуры (рис. 1.2).
При выборе материалов, которые будут использоваться для изготовления трубопроводов, берутся в расчет такие показатели, как характеристики среды, которая будет транспортироваться по трубопроводу и рабочее давление, предполагаемое в данной системе. Стоит так же учитывать возможность корродирующего воздействия со стороны перекачиваемой среды на материал стенок трубы.
Практически все трубопроводные системы и химические установки производятся из стали. Для общего применения в случае отсутствия высоких механических нагрузок и корродирующего действия для изготовления трубопроводом используется серый чугун или нелегированные конструкционные стали.
В случае более высокого рабочего давления и отсутствия нагрузок с коррозионно активным действием применяется трубопровод из улучшенной стали или с использованием стального литья.
Если корродирующее воздействие среды велико или к чистоте продукта предъявлены высокие требования, то трубопровод изготавливается из нержавеющей стали.
Если трубопровод должен быть устойчив к воздействию морской воды, то для его изготовления используются медно-никелевые сплавы. Также могут применяться алюминиевые сплавы и такие металлы как тантал или цирконий.
Все большее распространение в качестве материала трубопровода получают различные виды пластмасс, что обуславливается их высокой стойкостью к коррозии, малому весу и легкости в обработке. Такой материал подходит для трубопровода со сточными водами.
Фасонные части трубопровода
Трубопроводы, изготовленные из пластичных материалов пригодных для сварки, собираются на месте монтажа. К таким материалам можно отнести сталь, алюминий, термопласты, медь и т.д..
Для соединения прямых участков труб используются специально изготовленные фасонные элементы, например, колена, отводы, затворы и уменьшения диаметров (рис. 1.3).
Эти фитинги могут быть частью любого трубопровода.
Для монтирования отдельных частей трубопровода и фитингов используются специальные соединения. Также используются для присоединения к трубопроводу необходимой арматуры и аппаратов.
Соединения выбираются (рис. 1.4) в зависимости от:
- материалов, которые используются для изготовления труб и фасонных элементов. Основной критерий выбора – возможность сварки.
- условий работы: низкого или высокого давления, а также низкой или высокой температуры.
- производственных требований, которые предъявляются к трубопроводной системе.
- наличия разъемных или неразъемных соединений в трубопроводной системе.
Геометрическая форма предметов может быть изменена как путем силового воздействия на них, так и при изменении их температуры.
Данные физические явления приводят к тому, что трубопровод, который монтируется в ненагруженном состоянии и без температурного воздействия, в процессе эксплуатации под давлением или воздействием температур претерпевает некоторые линейные расширения или сжатия, которые негативно сказываются на его эксплуатационных качествах.
В случае, когда нет возможности компенсировать расширение, происходит деформация трубопроводной системы. При этом могут возникнуть повреждения фланцевых уплотнений и тех мест соединения труб между собой.
Тепловое линейное расширение
При компоновке трубопроводов важно учитывать возможное изменение длины в результате повышения температуры или так называемого теплового линейного расширения, обозначаемого ΔL. Данное значение зависит от длины трубы, которая обозначается Lo и разности температур Δϑ =ϑ2-ϑ1 (рис. 1.5).
В вышеприведенной формуле а – это коэффициент теплового линейного расширения данного материала. Этот показатель равен величине линейного расширения трубы длиной 1 м при повышении температуры на 1°C.
Элементы компенсации расширения труб
Отводы труб
Благодаря специальным отводам, которые ввариваются в трубопровод, можно компенсировать естественное линейное расширение труб. Для этого используются компенсирующие U-образные, Z-образные и угловые отводы, а также лирные компенсаторы (рис. 1.6).
Они воспринимают линейное расширение труб за счет собственной деформации. Однако такой способ возможен только с некоторыми ограничениями. В трубопроводах с высоким давлением для компенсации расширения используются колени под разными углами. Из-за давления, которое действует в таких отводах, возможно усиление коррозии.
Волнистые трубные компенсаторы
Данное устройство состоит из тонкостенной металлической гофрированной трубы, которая называется сильфоном и растягивается в направлении трубопровода (рис. 1.7).
Данные устройства устанавливаются в трубопровод. Предварительный натяг используется в качестве специального компенсатора расширения.
Если говорить про осевые компенсаторы, то они способны компенсировать только те линейные расширения, которые происходят вдоль оси трубы. Чтобы избежать бокового смещения и внутреннего загрязнения используется внутреннее направляющее кольцо.
Для того чтобы защитить трубопровод от внешних повреждений, как правило, используется специальная облицовка.
Компенсаторы, которые не содержат внутреннее направляющее кольцо, поглощают боковые сдвиги, а также вибрацию, которая может исходить от насосов.
Изоляция труб
В том случае, если по трубопроводу перемещается среда с высокой температурой, необходима его изоляция во избежание потери тепла. В случае перемещения по трубопроводу среды с низкой температурой изоляцию применяют для предотвращения ее нагрева внешней средой. Изоляция в таких случаях осуществляется с помощью специальных изоляционных материалов, которые размещаются вокруг труб.
В качестве таких материалов, как правило, используются:
- При низких температурах до 100°C используются жесткие пенопласты, например, полистирол или полиуретан.
- При средних температурах около 600°C используются фасонные оболочки или минеральное волокно, например, каменная шерсть или стеклянный войлок.
- При высоких температурах в районе 1200°C – керамическое волокно, например, глиноземное.
Трубы, условный проход которых ниже DN 80, а толщина слоя изоляции меньше 50 мм, как правило, изолируются при помощи изоляционных фасонных элементов. Для этого две оболочки кладутся вокруг трубы и скрепляются металлической лентой, а после этого закрываются жестяным кожухом (рис. 1.8).
Трубопроводы, которые имеют условный проход больше DN 80, должны снабжаться теплоизоляцией с нижним каркасом (рис. 1.9). Такой каркас состоит из зажимных колец, распорок, а также металлической облицовки, изготовленной из оцинкованной мягкой стали или нержавеющей листовой стали. Между трубопроводом и металлическим кожухом пространство заполняется изоляционным материалом.
Толщина изоляции рассчитывается путем определения затрат на его изготовление, а также убытков, которые возникают из-за потери тепла, и составляет от 50 до 250 мм.
Теплоизоляция должна наноситься по всей длине трубопроводной системы, включая зоны отводов и колен. Очень важно следить, чтобы не возникали незащищенные места, которые смогут стать причиной тепловых потерь.
Фланцевые соединения и арматура должны снабжаться фасонными изоляционными элементами (рис. 1.10).
Это обеспечивает беспрепятственный доступ к месту соединения без необходимости снимать изоляционный материал со всей трубопроводной системы в том случае, если произошло нарушение герметичности.
В том случае, если изоляция трубопроводной системы выбрана правильно, решается множество задач, таких как:
- Избегание сильного падения температуры в протекающей среде и, как следствие, экономия энергии.
- Предотвращение падения температуры в газопроводных системах ниже точки росы. Таким образом, удается исключить образование конденсата, который может привести к значительным коррозионным разрушениям.
- Избегание выделения конденсата в паровых трубопроводах.
Расход воды через трубу
В некоторых случаях приходится сталкиваться с необходимостью расчета расхода воды через трубу. Этот показатель говорит о том, сколько воды может пропустить труба, измеряется в м³/с.
- Для организаций, не поставивших счетчик на воду, начисление платы происходит из учета проходимости трубы. Важно знать, насколько точно эти данные просчитаны, за что и по какому тарифу надо платить. Физических лиц это не касается, для них, при отсутствии счетчика, количество прописанных человек умножается на потребление воды 1 человеком по санитарным нормам. Это достаточно большой объем, а с современными тарифами гораздо выгоднее поставить счетчик. Точно также в наше время часто выгоднее самому греть воду колонкой, чем платить коммунальным службам за их горячую воду.
- Огромную роль расчет проходимости трубы играет при проектировании дома, при подведении к дому коммуникаций.
Важно увериться, что каждое ответвление водопровода сможет получить свою долю из основной трубы даже в часы пикового расхода воды. Водопровод создан для комфорта, удобства, облегчения человеку труда.
Если каждый вечер до жителей верхних этажей вода будет практически не доходить, о каком комфорте может идти речь? Как можно пить чай, мыть посуду, купаться? А все пьют чай и купаются, поэтому тот объем воды, который смогла предоставить труба, распределился по нижним этажам. Совсем плохую роль эта проблема может сыграть при пожаротушении. Если пожарники подключатся к центральной трубе, а в ней нет напора.
Иногда расчет расхода воды через трубу может пригодиться, если после ремонта водопровода горе-мастерами, замены части труб, напор сильно упал.
Гидродинамические расчеты непростое дело, обычно осуществляются квалифицированными специалистами. Но, допустим, вы занимаетесь частным строительством, проектируете свой уютный просторный дом.
Как рассчитать расход воды через трубу самому?
Казалось бы, достаточно знать диаметр отверстия трубы, чтобы получить, может, и округленные, но в целом справедливые цифры. Увы, этого очень мало. Другие факторы способны изменять результат вычислений в разы. Что же влияет на максимальный расход воды через трубу?
- Сечение трубы. Очевидный фактор. Отправная точка гидродинамических вычислений.
- Давление в трубе. При увеличении давления через трубу с тем же сечением проходит больше воды.
- Изгибы, повороты, изменение диаметра, разветвления тормозят движение воды по трубе. Разные варианты в разной степени.
- Протяженность трубы. По более длинным трубам будет проходить меньше воды за единицу времени, чем по коротким. Весь секрет в силе трения. Подобно тому, как она задерживает движение привычных для нас объектов (автомобилей, велосипедов, саней и т. д.), сила трения препятствует водяному потоку.
- У трубы с меньшим диаметром оказывается больше площади соприкосновения воды с поверхностью трубы по отношению к объему водяного потока. А от каждой точки соприкосновения появляется сила трения. Так же, как и в более длинных трубах, в более узких трубах скорость движения воды становится меньше.
- Материал труб. Очевидно, что степень шероховатости материала влияет величину силы трения. Современные пластиковые материалы (полипропилен, ПВХ, металлопласт и т. д.) оказываются очень скользкими по сравнению с традиционной сталью и позволяют двигаться воде быстрее.
- Длительность эксплуатации трубы. Известковые отложения, ржавчина сильно ухудшают пропускные возможности водопровода. Это самый каверзный фактор, ведь степень засоренности трубы, ее новый внутренний рельеф и коэффициент трения весьма сложно просчитать с математической точностью. К счастью, расчет расхода воды чаще всего требуется для нового строительства и свежих, не использовавшихся ранее материалов. А с другой стороны, подключаться эта система будет к уже существующим, много лет существующим коммуникациям. И как она сама себя поведет через 10, 20, 50 лет? Новейшие технологии значительно улучшили эту ситуацию. Пластиковые трубы не ржавеют, их поверхность практически не портится со временем.
Таким образом, легко рассчитать расход воды через трубу по простой маленькой формуле не представляется возможным. Требуемый объем данных и вычислений не всегда под силу человеку без специального образования.
Расчет расхода воды через кран
Если требуется рассчитать расход воды только через отверстие крана, которое значительно меньше диаметра основной трубы, частный случай гидродинамических расчетов, то вычислений немного.
Объем вытекаемой жидкости находится путем умножения сечения отверстия трубы S на скорость вытекания V. Сечение это площадь определенной части объемной фигуры, в данном случае, площадь круга. Находится по формуле S = πR2. R будет радиусом отверстия трубы, не путать с радиусом трубы. π постоянная величина, отношение длины окружности к ее диаметру, приблизительно равняется 3,14.
Скорость вытекания находится по формуле Торричелли: . Где g ускорение свободного падения, на планете Земля равное приблизительно 9,8 м/с. h высота водяного столба, который стоит над отверстием.
Пример
Рассчитаем расход воды через кран с отверстием диаметром 0,01 м и высотой столба 10 м.
Сечение отверстия = πR2 = 3,14 х 0,012 = 3,14 х 0,0001 = 0,000314 м².
Скорость вытекания = √2gh = √2 х 9,8 х 10 = √196 = 14 м/с.
Расход воды = SV =0,000314 х 14 = 0,004396 м³/с.
В переводе на литры получается, что из заданной трубы способно вытекать 4,396 л в секунду.
Гидравлический расчет трубопроводов можно сделать самому
Содержание
- 1 Введение
- 2 Расчетная часть
- 3 Заключение
Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.
Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.
Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности.
Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб.
Используется в коммунальной сфере, где точные данные не столь необходимы.
Способ установки гидравлических трубопроводов
Расчетная часть
Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):
q = v*ω,
где q — расчетный расход
v — экономическая скорость течения.
ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.
Рассчитывается по формуле:
ω = πd² / 4,
где d — внутренний диаметр
отсюда d = √4*q/ v*π
Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с. Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.
Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:
h = λ*( L/ d)*( v2/2g),
Как проводится гидравлический расчет
где g — ускорение свободного падения,
L — длина участка трубы,
v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,
λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:
ε = е/r.
Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент.
Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм.
В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.
В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:
h = P/ρ*g, где
ρ — плотность среды
Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):
h = λ*( L/ d)*( v2/2g),
h = I*L+ Σζ* v2/2g
ζ — коэффициент местного сопротивления
Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.
Материал для гидравлических трубопроводов
Местные сопротивления рассчитываются по формуле:
hм = ζ* v2/2g.
Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.
Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:
λ = 64/ Re
В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:
Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр
Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.
Заключение
Гидравлический расчет трубопровода вполне возможно произвести в онлайн-ресурсе, где калькулятор выдаст искомую величину. Для этого достаточно ввести в качестве исходных величин состав труб, их длину и машина выдаст искомые данные (внутренний диаметр, потери напора, расход).
Помимо этого, существует онлайн версия программа «Таблицы Шевелева» ver 2.0. Она проста и удобна в освоении, является имитатором книжного варианта таблиц и также содержит калькулятор подсчета.
Компании, занимающиеся прокладкой линейных систем, имеют в своем арсенале специальные программы для расчетов пропускной способности труб. Одна из таких «Гидросистема» разработана российскими программистами, популярна в российской же промышленности.
Расчет водоснабжения с примером
Система водоснабжения – это совокупность трубопроводов и устройств, которые обеспечивают бесперебойную подачу воды к различным санитарно-техническим приборам и другим устройствам, для работы которых она требуется.
В свою очередь расчет водоснабжения – это комплекс мероприятий, в результате которого изначально определяется максимальный секундный, часовой и суточный расход воды. Причем, рассчитывается не только общий расход жидкости, но и расход холодной и горячей воды в отдельности. Остальные же параметры, описанные в СНиП 2.04.
01-85* “Внутренний водопровод и канализация зданий” [1], а также диаметр трубопровода, находятся уже в зависимости от показателей расхода воды. Например, одним из таких параметров является диаметр условного прохода счетчика.
В настоящей статье представлен пример расчета водоснабжения на внутренний водопровод для частного 2-х этажного дома.
В результате данного расчета найдены общий секундный расход воды и диаметры трубопроводов для сантехприборов, расположенных в ванной комнате, в туалете и на кухне. Также здесь определено минимальное сечение для входной трубы в дом.
То есть имеется в виду труба, которая берет свое начало у источника водоснабжения и заканчивается в месте разветвления ее по потребителям.
Что касается других параметров, приведенных в упомянутом нормативном документе, то практика показывает, что их рассчитывать для частного дома не обязательно.
Пример расчета водоснабжения
Исходные данные
Количество проживающих людей в доме – 4 человека.
В доме имеются следующие санитарно-технические приборы.
Ванная комната:
Ванная со смесителем – 1 шт.
Сан. узел:
Унитаз со смывным бачком – 1 шт.
Кухня:
Умывальник со смесителем – 1 шт.
Расчет
Формула максимального секундного расхода воды:
qс = 5·q0tot·α, л/с,
Где: q0tot – общий расход жидкости, одного потребляемого прибора, определяемый согласно п. 3.2 [1]. Принимаем по прил. 2 [1] для ванной комнаты – 0,25 л/с, сан. узла – 0,1 л/с, кухни – 0,12 л/с.
α – коэффициент, определяемый согласно прил. 4 [1] в зависимости от вероятности Р и количества сантехприборов N.
Определение вероятности действия санитарно-технических приборов:
P = (U·qhr,utot) / (q0tot·N·3600) = (4·10,5) / (0,25·3·3600) = 0,0155,
Где: U = 4 чел. – количество водопотребителей.
qhr,utot = 10,5 л – общая норма расхода воды в литрах, потребителем в час наибольшего водопотребления. Принимаем согласно прил. 3 [1] для жилого дома квартирного типа с водопроводом, канализацией и ваннами с газовыми водонагревателями.
N = 3 шт. – количество сантехприборов.
Определение расхода воды для ванной комнаты:
α = 0,2035 – принимаем по табл. 2 прил. 4 [1] в зависимости от NP = 1·0,0155 = 0,0155.
qс = 5·0,25·0,2035 = 0,254 л/с.
Определение расхода воды для сан. узла:
α = 0,2035 – ровно столько же, что и в предыдущем случае, так как количество приборов одинаково.
qс = 5·0,1·0,2035 = 0,102 л/с.
Определение расхода воды для кухни:
α = 0,2035 – как и в предыдущем случае.
qс = 5·0,12·0,2035 = 0,122 л/с.
Определение общего расхода воды на частный дом:
α = 0,267 – так как NP = 3·0,0155 = 0,0465.
qс = 5·0,25·0,267 = 0,334 л/с.
Формула определения диаметра водопровода на расчетном участке:
d = √((4·qс)/(π·V)) м,
Где: d – внутренний диаметр трубопровода на рассчитываемом участке, м.
V – скорость потока воды, м/с. Принимаем равной 2,5 м/с согласно п. 7.6 [1], в котором сказано, что скорость жидкости во внутреннем водопроводе не может превышать 3 м/с.
qc – расход жидкости на участке, м3/с.
Определение внутреннего сечения трубы для ванной комнаты:
d = √((4·0,000254)/(3,14·2,5)) = 0,0114 м = 11,4 мм.
Определение внутреннего сечения трубы для сан. узла:
d = √((4·0,000102)/(3,14·2,5)) = 0,0072 м = 7,2 мм.
Определение внутреннего сечения трубы для кухни:
d = √((4·0,000122)/(3,14·2,5)) = 0,0079 м = 7,9 мм.
Определение внутреннего сечения входной трубы в дом:
d = √((4·0,000334)/(3,14·2,5)) = 0,0131 м = 13,1 мм.
Вывод: для снабжения водой ванну со смесителем требуется труба с внутренним диаметром не менее 11,4 мм, унитаза в сан. узле – 7,2 мм, умывальника на кухне – 7,9 мм. Что касается входного диаметра водопровода в дом (для снабжения 3-х приборов), то он должен составлять не менее 13,1 мм.
Поделиться статьей с друзьями:
Диаметр трубопровода
Онлайн калькулятор для расчета диаметра трубопровода.
Как пользоваться калькулятором
Введите в соответствующие поля скорость и объем теплоносителя. Нажмите на красную кнопку «Рассчитать». Программа автоматически рассчитает внутренний диаметр трубопровода.
Теория
Труба представляет собой полый цилиндр из металла или другого материала. Применяют трубы для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих сред.
Размер трубы выбирается исходя из минимальных затрат на перекачивание среды по трубопроводу и стоимости труб. Учитываются также пределы по скорости. В некоторых случаях размер трубопровода должен соответствовать требованиям технологического процесса. В предварительных расчетах, где потери давления не учитывают, размер трубопровода определяют по допустимой скорости.
Формула
Внутренний диаметр трубопровода рассчитывают по формуле общего потока жидкости:
d = 0,64·√(Q/V)
где,
- d — внутренний диаметр трубы,
- V — скорость потока,
- Q — объемный расход.
Уравнения для определения размера трубопроводов для работы с разными средами и условиями
| Название | Формула | Описание |
| Поток жидкости и газа под давлением | ||
| Потеря напора на трениеДарси-Вейсбаха | d = 12·[(0,0311·f·L·Q2)/(hf)]0,2 | Q – объемный расход, гал/мин;d – внутренний диаметр трубы;hf – потеря напора на трение;L – длина трубопровода, футы;f – коэффициент трения;V – скорость потока. |
| Размер всасывающей линии насоса для ограничения потерь напора на трение | d = √(0,0744·Q) | Q – объемный расход, гал/мин |
| Уравнение общего потока газа | d = 0,29·√((Q·T)/(P·V)) | Q – объемный расход, фут³/минT – температура, KР – давление фунт/дюйм² (абс);V – скорость |
| Поток самотеком | ||
| Формула Маннинга для расчета диаметра трубы для максимального потока | d = [1525 · (Q·n)/√S]0,375 | Q – объемный расход;n – коэффициент шероховатости;S – уклон. |
| Число Фруда соотношение силы инерции и силы тяжести | Fr = V / √[(d/12) · g] | g – ускорение свободного падения;v – скорость течения;L – длину трубы или диаметр. |
| Пар и испарение | ||
| Формула определения диаметра трубы для пара | d = 1,75·√[(W·v_g·x) / V] | W – массовый расход;Vg – удельный объём насыщенного пара;x – качество пара;V – скорость. |
Премудрости расчета диаметра трубопровода по расходу
Правильно провести трубопровод – это значит не только старательно собрать элементы в сеть, а и грамотно определить расход воды, выбрать подходящий размер конструкций.
Ведь трасса проводится не для красоты, а для пользования, причем – удобного и экономичного. Давление и пропускная способность сети – вот основополагающие элементы в работе трассы.
О том, как произвести расчет диаметра трубопровода по расходу, вы узнаете ниже.
Правильно подобранный диаметр трубы – гарантия бесперебойной и долгой работы системы
Диаметр окружности трубы
С чего начинается определение диаметра трубопровода по расходу? Если вы новичок в вопросах прокладывания сетей, то этот процесс начинается с понимания, что такое диаметр.
Итак, диаметр представляет собой отрезок, соединяющий две крайние – расположенные по разную сторону конструкции точки на окружности. Рассчитывается диаметр трубопровода в зависимости от расхода, является одним из значимых габаритных величин системы.
Премудрости расчета
Что учитывается в момент проведения вычислений, какие параметры нужно принимать в расчет?
- Толщина стенки конструкции.
- Внутренний размер магистрали.
- Наружный размер элементов сети.
- Номинальный диаметр конструкции, в формулах зачастую упоминающийся как Дн.
- Показатель, характеризующий условный проход, упоминаемый в расчетах как Ду. Измеряется в миллиметрах.
Кроме того, следует учитывать, что будет перемещаться в системе, под каким давлением, и длину трассы. Также необходимо брать во внимание, для какого типа трубопровода ведутся вычисления. Параметры для системы отопления и снабжения водой разнятся.
Ранее размер конструкций высчитывался и указывался в дюймах, но последние несколько лет все чаще практикуют производить вычисления в сантиметрах, миллиметрах. Но даже если вы все рассчитали в дюймах, не беда – просто воспользуйтесь одной из таблиц перевода измерений, щедро размещенных в Сети.
Нормы для определения скорости потока
Расход воды
Возьмем загородный дом. Для определения размера используемых конструкций для подачи воды в строение нужно высчитать максимальный объем потребления. Важен этот момент не только для понимания, какие для трассы нужны элементы, а и для правильного проведения буровых процессов, когда важен размер обсадной конструкции.
Рассмотрим ситуацию на примере. Частный дом среднестатистических размеров. Это значит, что в нем есть кухня, куда должна подаваться вода, санузел (туалет, ванная, в которой разместится и умывальник).
Кроме того, ныне используют стиральные машины, которые также необходимо подключить к системе. В летнюю пору понадобится орошение грядок и цветников.
Опираясь на такие вводные данные, можно сделать умозаключение, что для снабжения водой данного хозяйства понадобится водопровод с ориентировочными параметрами – 3 кубометра в час.
Для такой нагрузки подходят трехдюймовые насосы. Сам агрегат имеет диаметр 75 см. При монтаже насоса важно помнить, что прибор не должен соприкасаться со стенками обсадной конструкции, значит, вы должны побеспокоиться о том, чтобы между элементами – внутри трубопровода было свободное пространство.
Как правило, для снабжения водой частного дома достаточно трехдюймового насоса
Применение формул
Пора переходить к формулам по расходу жидкости в трубопроводе и определению диаметра сети.
Пример расчета
Рассмотрим формулу определения внутреннего диаметра сети при входных данных по скорости протекания и расходу содержимого в сети.
Формула для расчета
http://allbe.org/wp-content/uploads/2015/05/k4.jpg
где
- u – скорость течения жидкости по конструкции (измеряется в м/сек);
- у – удельный вес содержимого (берется из соответствующих справочников, измеряется в кг/м³);
- Q – расход воды (измеряется в м/сек).
Подбор диаметра трубопровода по расходу сжатого воздуха проходит по такому же сценарию, но в силу различия по скорости движения содержимого конструкции результат будет отличаться.
При расчетах ориентируйтесь на такие данные по скорости (в м/сек):
- вода – 15-30;
- маловязкие жидкости (бензин, спирт, щелочь, кислота, ацетон) – 15-30;
- газ под высоким давлением – 30-60;
- сжатый воздух – 20-40;
- насыщенный пар – 20-40;
- горячий пар – 30-60.
Вычисления для сети отопления
С расчетом диаметра конструкций для отопления все обстоит иначе. Базовый параметр при вычислениях такого рода – тепловая нагрузка на отдельно взятый участок отопительной сети.
При стандартных потолках для обогрева каждого квадратного метра требуется 100 Вт тепла. В голове профессионалов расчеты уже производятся «на автопилоте», а любителям придется попотеть, определяя пропускную способность труб отопления, перепады напора и так далее.
Если вы все рассчитали верно, то система вам будет служить долго.
Грамотно сделанный расчет диаметра трубопровода по расходу – гарантия продолжительной и бесперебойной работы сетей снабжения в доме.
