Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?
Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно.
Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб.
Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.
Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления
Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом.
При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам.
При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.
Пропускная способность трубы
Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени.
Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев.
Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.
По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.
Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.
| 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 266 | 619 | 1151 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 331 | 767 | 1415 | 3076 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Факторы влияния на проходимость магистрали:
- Давление воды или теплоносителя.
- Внутренний диаметр (сечение) трубы.
- Общая длина системы.
- Материал трубопровода.
- Толщина стенок трубы.
На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.
Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.
Расчет диаметра трубы по расходу воды
Определяем правильно расход воды
- Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:
- qc = 5× q0 × α, л/с
- где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;
- q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;
а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.
a = f (N × P)
На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.
- Вероятность определяется по формуле:
- Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,
- где N – число потребителей воды (приборов);
- qhr µ — максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;
- u – количество человек, использующих сантехнику.
- Пример расчета расхода воды:
В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:
- Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
- Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
- Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
- Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.
Рассчитываем диаметр трубы
- Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:
- Q = (πd²/4)•w
- где Q – расход воды, м3/с;
- d – диаметр трубопровода, м;
- w – скорость потока, м/с.
Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:
Юлия Петриченко, эксперт
d = √(4Q/πw), м
Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.
| ЖИДКОСТИ | Движение самотеком: | |
| Вязкие жидкости | 0,1-0,5 | |
| Маловязкие жидкости | 0,5-1 | |
| Перекачиваемые насосом: | ||
| Всасывающий трубопровод | 0,8-2 | |
| Нагнетательный трубопровод | 1,5-3 | |
| ГАЗЫ | Естественная тяга | 2-4 |
| Малое давление (вентиляторы) | 4-15 | |
| Большое давление (компрессор) | 15-25 | |
| ПАРЫ | Перегретые | 30-50 |
| Насыщенные пары при давлении | ||
| Более 105 Па | 15-25 | |
| (1-0,5)*105 Па | 20-40 | |
| (0,5-0,2)*105 Па | 40-60 | |
| (0,2-0,05)*105 Па | 60-75 |
Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.
- Тогда диаметр трубопровода определяется:
- для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м
- для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м
- для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м
Как рассчитать диаметр газовой трубы
Газопроводная труба рассчитывается несколько иначе, чем водопроводная. Здесь основополагающими значениями являются:
- скорость и давление газа;
- длина трубы с потерями давления на фитинги;
- падение давления в допустимых пределах.
Расчет диаметра газовой трубы можно провести по формуле:
- где di — внутренний диаметр трубопровода, м;
- V´ — объемный расход сжатого воздуха, м³/с;
- L — длина трубопровода с поправками на фитинги, м;
- Δp — допустимое падение давления, бар;
- pmax — верхнее давление компрессора, бар.
Таким образом, при выборе диаметра трубы важным параметром является пропускная способность, которая зависит от сечения и внутреннего размера магистрали. Поэтому нужно обязательно соизмерять такие данные, как допустимое давление, толщина стенок, внутренний диаметр трубы, свойства теплоносителя или газа.
А как вы подбираете размер трубопровода? Расскажите, по каким параметрам вы считали трубы для собственного дома?
Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода
- Содержание: [Скрыть]
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.
- 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
Расчет труб отопления в частном доме по мощности
Расчет труб отопления и системы в целом заключается в определении тепловой мощности, выборе диаметров всех трубных элементов (гидравлический расчет), определении размеров отопительных приборов (тепловой расчет) и подборе оборудования.
При разработке системы отопления в первую очередь необходимо составить схему на основе плана дома. На схеме прорисовываются:
- Расположение котлов (или иных теплогенераторов).
- Циркуляционных насосов.
- Места прохождения теплопроводов.
- Места установки отопительных предметов.
Отталкиваясь от схемы и просчитав тепловую мощность системы, можно более детально рассчитать диаметр труб отопления.
Тепловая мощность системы отопления — это количество теплоты, которое необходимо выработать в доме для комфортной жизнедеятельности в холодное время года.
Теплотехнический расчет дома
Существует зависимость между общей площадью обогрева и мощностью котла. При этом, мощность котла должна быть больше или равняться мощности всех отопительных приборов (радиаторов). Стандартный теплотехнический расчет для жилых помещений следующий: 100 Вт мощности на 1 м² отапливаемой площади плюс 15 — 20 % запаса.
Рассмотрим в качестве примера дом площадью 120 м². В данном случае мощность котла должна составлять: 100 Вт × 120 + 15 % = 13800 Вт = 13,8 кВт. Если котел (двухконтурный) будет использоваться и для горячего водоснабжения, то его требуемая мощность должно быть увеличена соразмерно предполагаемому расходу подогретой воды.
Расчет количества и мощности приборов отопления (радиаторов) необходимо проводить индивидуально для каждого помещения. Каждый радиатор имеет определенную тепловую мощность. В секционных радиаторах общая мощность складывается из мощности всех используемых секций.
В несложных отопительных системах приведенных способов расчета мощности бывает достаточно. Исключение — здания с нестандартной архитектурой, имеющие большие площади остекления, высокие потолки и другие источники дополнительных теплопотерь. В этом случае потребуется более детальный анализ и расчет с использованием повышающих коэффициентов.
Теплотехнический расчет с учетом тепловых потерь дома
Расчет тепловых потерь дома необходимо выполнять для каждого помещения в отдельности, с учетом окон, дверей и внешних стен.
Более детально для данных теплопотерь используют следующие данные:
- Толщину и материал стен, покрытий.
- Конструкцию и материал кровельного покрытия.
- Тип и материал фундамента.
- Тип остекления.
- Тип стяжек пола.
Важно учитывать наличие в ограждающих конструкциях теплоизолирующего слоя, его состав и толщину.
- Для определения минимально необходимой мощности отопительной системы с учетом тепловых потерь можно воспользоваться следующей формулой:
- Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860, где:
- Qт — тепловая нагрузка на помещение.
- V — объем обогреваемого помещения (ширина × длина × высота), м³.
- ΔT — разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения, °C.
- K — коэффициент тепловых потерь строения.
- 860 — перевод коэффициента в кВт×ч.
- Коэффициент тепловых потерь строения K зависит от типа конструкции и изоляции помещения:
| K | Тип конструкции |
| 3 — 4 | Дом без теплоизоляции — упрощенная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа. |
| 2 — 2,9 | Дом с низкой теплоизоляцией — упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши. |
| 1 — 1,9 | Средняя теплоизоляция — стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей. |
| 0,6 — 0,9 | Высокая теплоизоляция — улучшенная конструкция, кирпичные стены с теплоизоляцией, небольшое число окон, утепленный пол, кровельный пирог с высококачественной теплоизоляцией. |
Разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения ΔT определяется исходя из конкретных погодных условий и требуемого уровня комфорта в доме. Например, если температура снаружи -20 °C, а внутри планируется +20 °C, то ΔT = 40 °C.
Расчет диаметра труб отопления
Определившись с количеством радиаторов и их тепловой мощностью, можно переходить к подбору размеров подводящих труб.
Прежде чем переходить к расчету диаметра труб, стоит затронуть тему выбора нужного материала. В системах с высоким давлением придется отказаться от применения пластиковых труб. Для систем отопления с максимальной температурой выше 90 °C предпочтительнее стальная или медная труба. Для систем с температурой теплоносителя ниже 80 °C можно выбрать металлопластиковую или полимерную трубу.
Системы отопления частных домов характеризуются невысоким давлением (0,15 — 0,3 мПа) и температурой теплоносителя не выше 90 °C. В данном случае использование недорогих и надежных полимерных труб оправдано (по сравнению с металлическими).
- Чтобы нужное количество теплоты пришло в радиатор без задержки, следует подобрать диаметры подводящих труб радиаторов так, чтобы они соответствовали расходу воды, необходимому каждой отдельно взятой зоне.
- Расчет диаметра труб отопления проводится по следующей формуле:
- D = √(354 × (0,86 × Q ⁄ Δt°) ⁄ V), где:
- D — диаметр трубопровода, мм.
- Q — нагрузка на данный участок трубопровода, кВт.
- Δt° — разница температур подачи и обратки, °C.
- V — скорость теплоносителя, м⁄с.
- Разница температур (Δt°) десятисекционного радиатора отопления между подачей и обраткой в зависимости от скорости потока обычно варьирует в пределах 10 — 20 °C.
Минимальным значением скорости теплоносителя (V) рекомендуется считать 0,2 — 0,25 м⁄с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха, содержащегося в теплоносителе.
Верхний порог скорости теплоносителя 0,6 — 1,5 м⁄с. Такие скорости позволяют избежать возникновения гидравлических шумов в трубопроводах.
Оптимальным значением скорости движения теплоносителя считается диапазон 0,3 — 0,7 м⁄с.
Для более детального анализа скорости движения жидкости нужно учитывать материал труб и коэффициент шероховатости внутренней поверхности. Так, для трубопроводов из стали оптимальной считается скорость потока 0,25 — 0,5 м⁄с, для полимерных и медных труб — 0,25 — 0,7 м⁄с.
Пример расчета диаметра труб отопления по заданным параметрам
Исходные данные:
- Комната площадью 20 м², с высотой потолков 2,8 м.
- Дом кирпичный неутепленный. Коэффициент тепловых потерь строения примем 1,5.
- В комнате есть одно окно ПВХ с двойным стеклопакетом.
- На улице -18 °C, внутри планируется +20 °С. Разница 38 °С.
- Решение:
- В первую очередь определяем минимально необходимую тепловую мощность по ранее рассмотренной формуле Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860.
- Получаем Qт = (20 м² × 2,8 м) × 38 °С × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 кВт×ч = 3710 Вт×ч.
Теперь можно переходить к формуле D = √(354 × (0,86 × Q ⁄Δt°) ⁄ V). Δt° — разницу температур подачи и обратки примем 20°С. V — скорость теплоносителя примем 0,5 м⁄с.
Получаем D = √(354 × (0,86 × 3,71 кВт ⁄ 20 °С) ⁄ 0,5 м⁄с) = 10,6 мм. В данном случае рекомендуется выбрать трубу с внутренним диаметром 12 мм.
Таблица диаметров труб для отопления дома
Таблица расчета диаметра трубы для двухтрубной системы отопления с расчетными параметрами (Δt° = 20 °С, плотность воды 971 кг ⁄ м³, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж ⁄ (кг × °С)):
| Диаметр трубы внутренний, мм | Тепловой поток / расход воды | Скорость потока, м/с | ||||||||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | ||
| 8 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
409 18 |
818 35 |
1226 53 |
1635 70 |
2044 88 |
2453 105 |
2861 123 |
3270 141 |
3679 158 |
4088 176 |
4496 193 |
| 10 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
639 27 |
1277 55 |
1916 82 |
2555 110 |
3193 137 |
3832 165 |
4471 192 |
5109 220 |
5748 247 |
6387 275 |
7025 302 |
| 12 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
920 40 |
1839 79 |
2759 119 |
3679 158 |
4598 198 |
5518 237 |
6438 277 |
728 316 |
8277 356 |
9197 395 |
10117 435 |
| 15 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
1437 62 |
2874 124 |
4311 185 |
5748 247 |
7185 309 |
8622 371 |
10059 433 |
11496 494 |
12933 556 |
14370 618 |
15807 680 |
| 20 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
2555 110 |
5109 220 |
7664 330 |
10219 439 |
12774 549 |
15328 659 |
17883 769 |
20438 879 |
22992 989 |
25547 1099 |
28102 1208 |
| 25 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
3992 172 |
7983 343 |
11975 515 |
15967 687 |
19959 858 |
23950 1030 |
27942 1202 |
31934 1373 |
35926 1545 |
39917 1716 |
43909 1999 |
| 32 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
6540 281 |
13080 562 |
19620 844 |
26160 1125 |
32700 1406 |
39240 1687 |
45780 1969 |
53220 2250 |
58860 2534 |
65401 2812 |
71941 3093 |
| 40 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
10219 439 |
20438 879 |
30656 1318 |
40875 1758 |
51094 2197 |
61343 2636 |
71532 3076 |
81751 3515 |
91969 3955 |
102188 4394 |
112407 4834 |
| 50 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
15967 687 |
31934 1373 |
47901 2060 |
63868 2746 |
79835 3433 |
95802 4120 |
111768 4806 |
127735 5493 |
143702 6179 |
159669 6866 |
175636 7552 |
| 70 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
31295 1346 |
62590 2691 |
93885 4037 |
125181 5383 |
156476 6729 |
187771 8074 |
219066 9420 |
250361 10766 |
281656 12111 |
312952 13457 |
344247 14803 |
| 100 | ΔW, Вт Q, кг ⁄ час |
63868 2746 |
127735 5493 |
191603 8239 |
255471 10985 |
319338 13732 |
383206 16478 |
447074 19224 |
510941 21971 |
574809 24717 |
638677 27463 |
702544 30210 |
На основании предыдущего примера и данной таблицы выберем диаметр трубы отопления. Нам известно, что минимально необходимая тепловая мощность для комнаты площадью 20 м² равна 3710 Вт × час.
Смотрим таблицу и ищем ближайшее значение, которое соответствует рассчитанному тепловому потоку и оптимальной скорости движения жидкости.
Получаем внутренний диаметр трубы 12 мм, который при скорости движения теплоносителя 0,5 м ⁄ с обеспечит расход 198 кг ⁄ час.
Расчет диаметра трубы отопления для магистрали
- Расчет системы отопления производится после того, как определены теплопотери каждого отапливаемого помещения, выбран тип нагревательных приборов, они размещены на плане этажей, определены вид системы и места расположения магистралей и стояков.
- Рассмотрим простой пример:
Посчитав суммарную требуемую мощность, можно определить диаметр трубы по таблице:
| Диаметр труб, дюймов | Расход теплоносителя, л ⁄ мин | Тепловая нагрузка, кВт |
| 1 ⁄ 2 | 5,7 | 5,5 |
| 3 ⁄ 4 | 15 | 14,6 |
| 1 | 30 | 29,3 |
В помещении А мощность тепловой нагрузки составляет 3,3 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 1 ⁄ 2 дюйма (2).
В помещении В мощность тепловой нагрузки составляет 16,4 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 3 ⁄ 4 дюйма (1).
Для магистрали (3) необходимо сложить суммарные мощности помещения А и В. Получаем 20,2 кВт. Соответственно, диаметр труб должен быть 1 дюйм.
Правильный выбор диаметра труб отопления поможет сэкономить средства. Чем меньше диаметр труб, тем меньше цена на фитинги к ним. Однако, не стоит необоснованно занижать сечение труб — это приведет к снижению коэффициента полезного действия (КПД) всей отопительной системы.
Расчет и подбор трубопроводов. Оптимальный диаметр трубопровода
Трубопроводы для транспортировки различных жидкостей являются неотъемлемой частью агрегатов и установок, в которых осуществляются рабочие процессы, относящиеся к различным областям применения.
При выборе труб и конфигурации трубопровода большое значение имеет стоимость как самих труб, так и трубопроводной арматуры. Конечная стоимость перекачки среды по трубопроводу во многом определяется размерами труб (диаметр и длина).
Расчет этих величин осуществляется с помощью специально разработанных формул, специфичных для определенных видов эксплуатации.
Труба – это полый цилиндр из металла, дерева или другого материала, применяемый для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих сред. В качестве перемещаемой среды может выступать вода, природный газ, пар, нефтепродукты и т.д. Трубы используются повсеместно, начиная с различных отраслей промышленности и заканчивая бытовым применением.
Для изготовления труб могут использоваться самые разные материалы, такие как сталь, чугун, медь, цемент, пластик, такой как АБС-пластик, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, полибутелен, полиэтилен и пр.
Основными размерными показателями трубы являются ее диаметр (наружный, внутренний и т.д.) и толщина стенки, которые измеряются в миллиметрах или дюймах.
Также используется такая величина как условный диаметр или условный проход – номинальная величина внутреннего диаметра трубы, также измеряемая в миллиметрах (обозначается Ду) или дюймах (обозначается DN).
Величины условных диаметров стандартизированы и являются основным критерием при подборе труб и соединительной арматуры.
Соответствие значений условного прохода в мм и дюймах:
Трубе с круглым поперечным сечением отдают предпочтение перед другими геометрическими сечениями по ряду причин:
- Круг обладает минимальным соотношением периметра к площади, а применимо к трубе это означает, что при равной пропускной способности расход материала у труб круглой формы будет минимальным в сравнении с трубами другой формы. Отсюда же следует и минимально возможные затраты на изоляцию и защитное покрытие;
- Круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды с гидродинамической точки зрения. Также за счет минимально возможной внутренней площади трубы на единицу ее длины достигается минимизация трения между перемещаемой средой и трубой.
- Круглая форма наиболее устойчива к воздействию внутренних и внешних давлений;
- Процесс изготовления труб круглой формы достаточно прост и легкоосуществим.
Трубы могут сильно отличаться по диаметру и конфигурации в зависимости от назначения и области применения. Так магистральные трубопроводы для перемещения воды или нефтепродуктов способны достигать почти полуметра в диаметре при достаточно простой конфигурации, а нагревательные змеевики, также представляющие собой трубу, при малом диаметре имеют сложную форму с множеством поворотов.
Невозможно представить какую-либо отрасль промышленности без сети трубопроводов. Расчет любой такой сети включает подбор материала труб, составление спецификации, где перечислены данные о толщине, размере труб, маршруте и т.д.
Сырье, промежуточный продукт и/или готовый продукт проходят производственные стадии, перемещаясь между различными аппаратами и установками, которые соединяются при помощи трубопроводов и фитингов.
Правильный расчет, подбор и монтаж системы трубопроводов необходим для надежного осуществления всего процесса, обеспечения безопасной перекачки сред, а также для герметизации системы и недопущения утечек перекачиваемого вещества в атмосферу.
Не существует единой формулы и правил, которые могли бы быть использованы для подбора трубопровода для любого возможного применения и рабочей среды.
В каждой отдельной области применения трубопроводов присутствует ряд факторов, требующих учета и способных оказать значительное влияние на предъявляемые к трубопроводу требования.
Так, например, при работе со шламом, трубопровод большого размера не только увеличит стоимость установки, но также создаст рабочие трудности.
Обычно трубы подбирают после оптимизации расходов на материал и эксплуатационных расходов. Чем больше диаметр трубопровода, то есть выше изначальное инвестирование, тем ниже будет перепад давления и соответственно меньше эксплуатационные расходы.
И наоборот, малые размеры трубопровода позволят уменьшить первичные затраты на сами трубы и трубную арматуру, но возрастание скорости повлечет за собой увеличение потерь, что приведет к необходимости затрачивать дополнительную энергию на перекачку среды.
Нормы по скорости, фиксированные для различных областей применения, базируются на оптимальных расчетных условиях. Размер трубопроводов рассчитывают, используя эти нормы с учетом областей применения.
Проектирование трубопроводов
При проектировании трубопроводов за основу берутся следующие основные конструктивные параметры:
- требуемая производительность;
- место входа и место выхода трубопровода;
- состав среды, включая вязкость и удельный вес;
- топографические условия маршрута трубопровода;
- максимально допустимое рабочее давление;
- гидравлический расчет;
- диаметр трубопровода, толщина стенок, предел текучести материала стенок при растяжении;
- количество насосных станций, расстояние между ними и потребляемая мощность.
Надежность трубопроводов
Надежность в конструировании трубопроводов обеспечивается соблюдением надлежащих норм проектирования.
Также обучение персонала является ключевым фактором обеспечения длительного срока службы трубопровода и его герметичности и надежности.
Постоянный или периодический контроль работы трубопровода может быть осуществлен системами контроля, учёта, управления, регулирования и автоматизации, персональными приборами контроля на производстве, предохранительными устройствами.
Дополнительное покрытие трубопровода
Коррозионно-стойкое покрытие наносят на наружную часть большинства труб для предотвращения разрушающего действия коррозии со стороны внешней среды.
В случае перекачивая коррозионных сред, защитное покрытие может быть нанесено и на внутреннюю поверхность труб.
Перед вводом в эксплуатацию все новые трубы, предназначенные для транспортировки опасных жидкостей, проходят проверку на дефекты и протечки.
Основные положения для расчета потока в трубопроводе
Характер течения среды в трубопроводе и при обтекании препятствий способен сильно отличаться от жидкости к жидкости. Одним из важных показателей является вязкость среды, характеризуемая таким параметром как коэффициент вязкости.
Ирландский инженер-физик Осборн Рейнольдс провел серию опытов в 1880г, по результатам которых ему удалось вывести безразмерную величину, характеризующую характер потока вязкой жидкости, названную критерием Рейнольдса и обозначаемую Re.
- Re = (v·L·ρ)/μ
- где: ρ — плотность жидкости; v — скорость потока; L — характерная длина элемента потока;
- μ – динамический коэффициент вязкости.
То есть критерий Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Изменение значения этого критерия отображает изменение соотношения этих типов сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока жидкости. В связи с этим принято выделять три режима потока в зависимости от значения критерия Рейнольдса. При Re
Расчет трубопроводов водоснабжения — Мир Климата и Холода
Расчет трубопроводов водоснабжения подразумевает определение диаметра трубы и удельного гидравлического сопротивления на единицу длины. Подобные расчеты могут быть выполнены на базе гидравлических таблиц, формул, а также с помощью онлайн-программы расчета на нашем сайте.
Расчет трубопроводов водоснабжения онлайн
Наш онлайн-калькулятор для расчета трубопроводов позволяет подобрать диаметр трубы как по расходу и скорости движения жидкости, так и исходя из холодильной мощности установки (в этом случае расход определяется автоматически).
Курс МП3 — расчет трубопроводов и чиллерных систем
Для удобства пользователей в большинстве случаев приводится два соседних диаметра трубы, которые могут подойти под указанный расход.
Кроме того, программа сразу рассчитывает фактическую скорость движения жидкости и потери давления на 1 метр трубы – в линейных единицах (миллиметрах столба данной жидкости; в случае воды – миллиметрах водяного столба) и в Паскалях. Потери рассчитаны исходя из турбулентного режима движения жидкости.
Как рассчитать диаметр трубопровода по расходу и скорости
Чтобы определить диаметр трубопровода, нужно знать тип и расход жидкости, который будет через него прокачиваться и ориентировочную скорость её движения. Рекомендуемый диапазон скоростей составляет 1-2,5м/с, причем меньшее значение следует принимать для малых трубопроводов (диаметром до 50мм), а большее значение – для больших.
Формула расчета диаметра водопроводной трубы:
( mathbf{D = sqrt{ 4 · G / (π · v)}} ), где
- D – диаметр водопроводной трубы, мм
- G – расход жидкости, м3/с
- v – скорость движения жидкости в трубе, м/с.
После подстановки плотности, перевода D в мм и проведения вычислений данная формула примет следующий вид:
- ( mathbf{D = 1,13 · sqrt{ G [м3/с] / v}} )
- ( mathbf{D = 35,7 · sqrt{ G [л/с] / v}} )
Наконец, оценочный расчет диаметра труб проводят для v = 1,5 м/с, и тогда формула примет ещё более простой вид:
- ( mathbf{D = 0,92 · sqrt{ G [м3/с]}} )
- ( mathbf{D = 29 · sqrt{ G [л/с]}} )
Как рассчитать диаметр трубопровода, зная холодильную или тепловую мощность системы
На практике часто возникает задача подобрать трубу, зная холодильную или тепловую мощность системы. Например, по холодильной мощности чиллера или по мощности драйкулера, предназначенного для охлаждения водяного конденсата.
Такой расчет выполняется в два этапа. Сначала по заданной мощности и температурному графику теплоносителя определяется его расход, а потом по расходу и скорости рассчитывается необходимый диаметр трубы.
G = Q / [ c · ρ · (TГ – TХ) ], где
- G – расход жидкости, м3/с
- Q – холодильная или тепловая мощность установки, кВт
- с – теплоемкость жидкости, кДж/(кг·°С)
- с = 4.2 кДж/(кг·°С) – для чистой воды
- с = 3.5 кДж/(кг·°С) – для 40% раствора этиленгликоля в воде
- ρ – плотность жидкости, кг/м3
- ρ = 1000 кг/м3 – для чистой воды
- ρ = 1070 кг/м3 – для 40% раствора этиленгликоля в воде
- ТГ и ТХ – температуры горячего и холодного потоков теплоносителя, °С
Для систем холодоснабжения со стандартным перепадом температур между теплым и холодным потоком 5°С формула примет вид:
- G = Q/21 – для чистой воды при ΔT = 5°С
- G = Q/18.7 – для 40% гликоля при ΔT = 5°С
- Чтобы определить диаметр трубы по мощности системы нужно общую формулу для G подставить в общую формулу для D. Получим:
- [ mathbf{D = sqrt{ (4 · Q / (π · v · c · ρ · (T_Г – T_Х))}} ]
- В подавляющем большинстве систем холодоснабжения применяется вода или 40% раствор гликоля в воде со стандартным перепадом температур между теплым и холодным потоком 5°С, а скорость движения жидкости принимается порядка 1,5м/с. В этом случае формула принимает гораздо более простой вид:
- ( mathbf{D = 6,36 ·sqrt Q} )– для чистой воды
- ( mathbf{D = 6,73 ·sqrt Q} )– для 40% раствора этиленгликоля в воде
Например, для системы холодоснабжения мощностью 700кВт на 40% гликоле диаметр магистральной трубы составит
( D = 6,73 ·sqrt Q= 6,73 · sqrt{ 700 } = 178 )мм. Ближайший больший трубопровод имеет диаметр 200мм.
Выбор диаметра трубопровода
Расчет диаметра трубопровода даёт точное значение. Но на практике трубы выпускаются с типовыми диаметрами (типоразмерами, стандартные диаметры труб). Поэтому «в жизнь» идет ближайший больший диаметр трубы из ряда стандартных диаметров.
Почему стандартные диаметры именно такие, читайте статью «Стандартные диаметры. Откуда эти числа?».
Таблица 1. Стандартный ряд диаметров трубопроводов, толщина стенок
| Условный проход | Наружный диаметр | Толщина стенки труб | ||
| легких | обыкновенных | усиленных | ||
| 6 | 10,2 | 1,8 | 2,0 | 2,5 |
| 8 | 13,5 | 2,0 | 2,2 | 2,8 |
| 10 | 17,0 | 2,0 | 2,2 | 2,8 |
| 16 | 21,3 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 20 | 26,8 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 25 | 33,5 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 32 | 38 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 40 | 46 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| 50 | 57 | 3,0 | 3,5 | 4,5 |
| 65 | 73 | 3,2 | 4,0 | 4,5 |
| 80 | 87 | 3,5 | 4,0 | 4,5 |
| 100 | 108 | 4,0 | 4,5 | 5,0 |
| 125 | 133 | 4,0 | 4,5 | 5,5 |
| 150 | 159 | 4,0 | 4,5 | 5,5 |
После того, как выбран стандартный диаметр трубы определяют актуальную скорость жидкости в трубе по формуле:
v = G / S, где
- G – расход жидкости, м3/с
- S – площадь сечения трубопровода, м2 (для круглых труб S = πD2/4)
После подстановки площади и вычисления констант, для круглых труб получим:
- v = 1,27 · G / D2 (G в м3/с, D в метрах)
- v = 1270 · G / D2 (G в л/с, D в мм)
Полученная скорость участвует в гидравлическом расчете трубопроводов.
Загрузка...
