Хотите, чтобы пароконденсатная система работала максимально эффективно, а при ее эксплуатации не было непредвиденных ситуаций? Правильно спроектируйте паропровод. Не зря промышленники уделяют столько внимания этой части системы — именно здесь часто возникают основные проблемы, приводящие к нарушению производственных процессов. Это могут быть гидроудары, образование излишков конденсата, значительные теплопотери и т.д.
Важно! Чтобы минимизировать потери тепла и снизить гидравлическое сопротивление паровой магистрали, паропроводы прокладывают по наиболее короткому пути от котельной или парогенератора к потребителю.
Предупредить большинство возможных неприятностей можно, если правильно рассчитать диаметр паропровода. Как это сделать, расскажет Андрей Шахтарин, руководитель компании «ВТК-Велес».
Зачем нужен расчет паропровода
Правильный выбор диаметра трубопровода пара обеспечивает корректную и эффективную работу пароконденсатной системы в целом. Если подбирать его размеры «на глазок», можно столкнуться со следующими проблемами:
- Трубопровод пара с малым диаметром спровоцирует значительные потери давления, гораздо ниже расчетных. Повысится скорость пара, что может привести к шумам в паропроводе. Возможно увеличение количества гидроударов, которые также надо компенсировать, а значит придется дополнительно устанавливать предохранительные клапаны.
- Если сделать паропровод слишком большого диаметра, в первую очередь это приведет к повышению общей стоимости трубопровода. Кроме того, это чревато увеличенными потерями тепла в окружающую среду и образованием значительного количества конденсата, а значит потребуется больше конденсатоотводчиков, вентилей, паровых сепараторов и т.д.
Есть два способа расчета диаметра паропровода — метод падения давления и более простой метод скоростей.
Метод скоростей
- Этот способ подходит, если известен объемный (м³/ч) или массовый расход пара (кг/ч). Основная формула для расчета любых трубопроводов:
- где:
- Q — объемный расход пара, воздуха или воды, м³/ч;
- D — диаметр трубопровода, м;
- v — допустимая скорость потока, м/с.
На практике расчет всегда ведется по расходу в м³/ч и по диаметру трубопровода в мм. Если известен только массовый расход, то для пересчета кг/ч в м³/ч необходимо учитывать удельный объем по таблице пара.
При этом уделяйте особое внимание подставляемым значениям — объемный расход насыщенного и перегретого пара при пересчете будет разным (при его одинаковом количестве и давлении). Соответственно, и диаметры трубопроводов будут различаться.
- После всех преобразований для расчета диаметра трубопровода пара будет справедлива следующая формула:
- где:
- Q – объемный расход пара, м³/ч;
- D – искомый диаметр паропровода, мм;
- v — рекомендуемая скорость потока, м/с.
- В пароконденсатных системах производители парового оборудования рекомендуют поддерживать скорость потока в пределах 25-40 м/с — при ней достигается наибольший эффект сепарирования (осушения) пара. О том же говорит и СНиП II-35-76*, регламентирующий скорость:
- для насыщенного пара — 30 м/с при диаметре трубопровода до 200 мм и 60 м/с при диаметре свыше 200 мм;
- для перегретого — 40 м/с и 70 м/с соответственно.
Поэтому при расчете паропровода берем рекомендуемые значения 30 или 40 м/с.
Пример расчета
Предположим, что нужно рассчитать диаметр паропровода для насыщенного пара при 2000 кг/ч, давлении 10 бар и скорости потока 40 м/с.
По таблице удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар составляет v = 0,194 м³/кг. В этом случае Q будет равен 2000х0,194= 388 м³/ч. Подставляем в формулу
Получилось нестандартное значение. При определении диаметра всегда выбирают больший размер, в нашем случае DN 65, чтобы учесть риск возникновения пиковой нагрузки. Также стоит подумать о возможном расширении установки в будущем.
Метод падения давления
Этот метод основан на расчете потерь давления, вызванный гидравлическими сопротивлениями паропровода. Чтобы перепроверить правильность выбора диаметра трубопровода целесообразно также провести и этот расчет. Основная формула:
- где:
- P— перепад давления на участке трубопровода;
- λ — коэффициент трения (для стальных труб он составляет от 0,02 мм для новых до 0,20 мм для старых изделий);
- l — длина участка трубы;
- d — диаметр трубы;
- p — плотность перекачиваемой среды;
- W — скорость потока.
- Формула справедлива и в обратном порядке — если известно начальное и задано конечное давление перед потребителем, можно вычислить необходимый диаметр паропровода:
Также при расчете диаметра трубопровода пара необходимо принимать во внимание такие факторы, как:
- стоимость монтажа и материалов изготовления, включая теплоизоляцию паропровода;
- риск возникновения гидроударов;
- уровень вероятной эрозии и и износа труб.
Как правило, основной причиной возникновения многих проблем в работе пароконденсатной системы является неправильно выбранный диаметр трубопровода. Поэтому доверить расчет лучше специалистам. Обращайтесь к инженерам компании «ВТК-Велес» — мы не только определим параметры паропровода, но и подберем его компоненты. Связаться с нами можно любым удобным для вас способом.
| по почте: | info@kvip.su |
| по телефону: | +7 (343) 288-35-54 |
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. |
 |
| Нормы для определения скорости потока |
- 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
Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: калькулятор, формула и таблица СНИП 2.04.01-85
Предприятия и жилые дома потребляют большое количество воды. Эти цифровые показатели становятся не только свидетельством конкретной величины, указывающей расход.
Помимо этого они помогают определить диаметр трубного сортамента. Многие считают, что расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению невозможен, так, как эти понятия совершенно не связаны между собой.
Но, практика показала, что это не так. Пропускные возможности сети водоснабжения зависимы от многих показателей, и первыми в этом перечне будут диаметр трубного сортамента и давление в магистрали.
Выполнять расчет пропускной способности трубы в зависимости от ее диаметра рекомендуют еще на стадии проектирования строительства трубопровода. Полученные данные определяют ключевые параметры не только домашней, но и промышленной магистрали. Обо всем этом и пойдет далее речь.
Расчитаем пропускную способность трубы с помощью онлайн калькулятора
Чтобы правильно произвести расчет, необходимо обратить внимание, что: – 1кгс/см2 = 1 атмосфер; – 10 метров водяного столба = 1кгс/см2 = 1атм; – 5 метров водяного столба = 0.5 кгс/см2 и = 0.5 атм и т.д.
– Дробные числа в онлайн калькулятор вводятся через точку (Например: 3.5 а не 3,5)
Введите параметры для расчёта:
Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод
Критерии, оказывающие влияние на описываемый показатель, составляют большой список. Вот некоторые из них.
- Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
- Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
- Материал, взятый для производства трубного сортамента.
Определение расхода воды на выходе магистрали выполняется по диаметру трубы, ведь эта характеристика совместно с другими влияет на пропускную способность системы. Так же рассчитывая количество расходуемой жидкости, нельзя сбрасывать со счетов толщину стенок, определение которой проводится, исходя из предполагаемого внутреннего напора.
Можно даже заявить, что на определение «трубной геометрии» не влияет только протяженность сети. А сечение, напор и другие факторы играют очень важную роль.
Помимо этого, некоторые параметры системы оказывают на показатель расхода не прямое, а косвенное влияние. Сюда относится вязкость и температура прокачиваемой среды.
Подведя небольшой итог, можно сказать, что определение пропускной способности позволяет точно установить оптимальный тип материала для строительства системы и сделать выбор технологии, применяемой для ее сборки. Иначе сеть не будет функционировать эффективно, и ей потребуются частые аварийные ремонты.
Расчет расхода воды по диаметру круглой трубы, зависит от его размера. Следовательно, что по большему сечению, за определенный промежуток времени будет выполнено движение значительного количества жидкости. Но, выполняя расчет и учитывая диаметр, нельзя сбрасывать со счетов давление.
Если рассмотреть этот расчет на конкретном примере, то получается, что через метровое трубное изделие сквозь отверстие в 1 см пройдет меньше жидкости за определенный временной период, чем через магистраль, достигающей в высоту пару десятков метров. Это закономерно, ведь самый высокий уровень расхода воды на участке достигнет самых больших показателей при максимальном давлении в сети и при самых высоких значениях ее объема.
Измерение расхода воды накладным ультразвуковым расходомером. часть 2
Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85
Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.
Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.
Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:
Внешний объем трубного сортамента (мм) Примерное количество воды, которое получают в литрах за минуту Примерное количество воды, исчисляемое в м3 за час Если ориентироваться на нормы СНИП, то в них можно увидеть следующее – суточный объем потребляемой воды одним человеком не превышает 60 литров. Это при условии, что дом не оборудован водопроводом, а в ситуации с благоустроенным жильем, этот объем возрастает до 200 литров.
Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.
Расчет объема воды в трубе
Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:
Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V
В формуле: q показывает расход воды. Он исчисляется литрами. d – размер сечению трубы, он показывается в сантиметрах. А V в формуле – это обозначение скорости передвижения потока, она показывается в метрах на секунду.
Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с.
Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.
Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.
В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.
По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.
Определение потери напора
Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления. Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.
Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.
А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.
Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться после тщательной подготовки и измерений.
Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.
Видео – как посчитать расход воды
Занимательная расходометрия
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
Как определить расход воды по диаметру трубы и давлению?
Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли.
Согласно нему при возрастании давления воды скорость течения снижается, и наоборот.
При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, что в узких частях давление меньше, чем в широких.
При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.
В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.
Таблица соотношения
Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.
Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:
Когда нужно проводить вычисления?
Выполнять вычисления необходимо при выборе труб для водопровода. Диаметр должен быть подходящим, чтобы избежать чрезмерного водорасхода и обеспечить нормальный напор.
Такая необходимость появляется при проектировании дома и подведении к нему коммуникаций. При выборе трубы с оптимальным сечением для водопровода нужно обязательно выполнять ряд расчетов. Необходимо узнать максимальные объемы необходимой воды в доме за минуту.
Для этого нужно посмотреть паспортные данные стиральной и посудомоечной машин, узнать их расход. К полученным данным приплюсовать расход воды на кранах (через один прибор протекает примерно 5-6 литров за минуту времени).
Исходя из полученных результатов, нужно приобрести трубу с таким сечением, чтобы этого было достаточно для одновременной работы всех устройств и кранов.
Пошаговая инструкция, как рассчитать водорасход
Произвести подсчеты можно при помощи таблиц. Но полученные результаты будут неточными. Поэтому лучше проводить расчеты на месте, учитывая скорость потока, материал трубопроводных систем и прочие характеристики трубопровода.
Проще всего рассчитать объем расходуемой H2O по следующей формуле:
q=π*d2 /4*V, где:
- q – расход воды (л/с);
- V – скорость течения (м/с);
- d – диаметр (см).
Использовать эту формулу можно и для поиска других неизвестных. Если известен диаметр и расход воды, можно определить скорость потока. А если известны V и q, можно узнать диаметр.
В большинстве стояков напор водного потока равняется 1,5-2,5 атмосфер. А скорость потока обычно составляет 0,8-1,5 м/с. Может быть установлен дополнительный нагнетатель, который меняет параметры внутри системы. Все данные о нем должны быть указаны в техпаспорте.
Минимальное давление в системе должно составлять 1,5 атмосфер – этого достаточно для работы стиральной машины и посудомойки. Чем оно выше, тем быстрее вода движется по трубам, поэтому водорасход повышается.
Для получения более точных результатов применяется формула Дарси-Вейсбаха, которая учитывает возможные изменения напора воды, что приводит к повышению или снижению давления.
ΔP=λ*L/D*V2 /2q *ϸ, где:
- ΔP – потеря давления на сопротивлении движения потока;
- λ – показатель потерь на трение по всей длине;
- D – сечение трубы;
- V — скорость течения;
- L – длина трубопровода;
- g – константа = 9,8 м/с2;
- ϸ — вязкость потока.
Такую формулу обычно используют для выполнения сложных расчетов гидродинамики. В остальных случаях применяются упрощенные варианты.
Частный случай расчета водорасхода – через отверстие крана. Применяется формула:
q=S*V, где:
- Q – водорасход;
- S – площадь окружности (отверстия крана), определяется по формуле S= π*r2;
- V – скорость течения, если она неизвестна, определить ее можно, исходя из формулы V=2g*h, где g – константа, h – высота водного столба над отверстием крана.
Правила расчета
При выполнении вычислений необходимо учитывать следующие правила:
Следить за правильностью величин. Если одно значение исчисляется в м/с, то другое должно измеряться в л/с (не в кг/час). Иначе произведенные расчеты будут неверными.- Применять правильные значения констант.
- Учитывать данные нагнетателя системы, если он используется. Вся информация о его влиянии на параметры системы указывается в техническом паспорте.
- Промежуточные вычисления рекомендуется проводить с точными величинами, а конечный результат можно округлить (лучше в большую сторону).
Чтобы облегчить расчеты, можно воспользоваться калькуляторами в режиме онлайн, в которые достаточно только ввести все известные данные.
Заключение
Объем расходуемой воды напрямую зависит от трубного диаметра и давления внутри системы. Чем больше давление, тем быстрее будет протекать вода, что приведет к большому водорасходу. Чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление воды и меньше скорость ее течения.
Если выбрать неподходящий d, водный напор в системе может быть снижен. Поэтому при установке водных коммуникаций нужно обязательно проводить расчеты. Иначе в будущем могут появиться проблемы с водорасходом.
Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: факторы и способы
При прокладке водопроводных сетей в загородном доме или мини-гостинице обязательно учитывают проходимость труб. Она показывает максимальный объем жидкости, проходящей по магистральной сети за конкретный временной интервал.
Это позволяет выяснить, сколько влаги будет утекать при открытых кранах, и сравнить полученное значение с предполагаемым водопотреблением жильцами дома.
Проще всего проводить расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению, поскольку эти показатели выяснить несложно.
Необходимость расчета расхода воды по диаметру трубы и давлению
Проектируя большой загородный дом или гестхаус, требуется определить, сколько воды нужно будет его жильцам или постояльцам, и будет ли соответствовать пропускная способность водопровода этим расходам. Если снизится давление при значительном расходовании, это приведет к невозможности пользования санитарно-техническими приборами. При создании пожароопасной ситуации небольшое воспламенение трудно будет потушить. Поэтому расчет потребления воды и проходимости трубопровода в частном доме проводится еще перед началом возведения здания.
Расчетные показатели помогут подобрать трубы нужного сечения с подходящей толщиной стенок и определиться с материалом их изготовления. Также в соответствии с этими значениями подбирается технология установки магистрали.
Проще всего посчитать, сколько расходуется воды в час, день или месяц, если установлен счетчик. Если прибора учета нет, по нормативам один человек способен израсходовать ежесуточно следующий объем холодной воды:
- готовка – 3 л;
- использование стиральной машинки – примерно 4 л;
- туалетные процедуры – 15 л;
- утренний или вечерний душ – 30 л;
- прием ванны – 200 л.
В частном доме с автономным водопроводом горячая вода создается путем нагревания холодной с помощью котлов или газовых колонок, поэтому потребление последней увеличивается. В сутки здесь на нужды одного человека может уйти 330 л воды. В месяц это число составит примерно 10230 л, в час – 13,75 л.
Подобные нормативы приблизительны. В них не учтены такие факторы, как обслуживание домашних животных, замена воды в аквариумах и бассейне, мытье автомобиля и полив посадок. Также нужно учитывать рабочий график жильцов и сезонность. Но средние показатели нужны, чтобы было от чего отталкиваться в расчетах.
Хозяевам частных предприятий также необходимо знать предполагаемые максимумы расхода. При отсутствии водосчетчиков коммунальщики насчитают объемы водопотребления в зависимости от пропускных возможностей труб. Если владельцу помещения эти показатели будут известны, он сможет контролировать подсчеты и не заплатит лишнего.
Факторы, влияющие на расчеты
Определение трубной проходимости и, соответственно, максимальное расходование воды, зависит от многих факторов:
- Протяженность водопроводной магистрали. Чем больше длина, тем ниже скоростные возможности водного потока из-за действия силы трения.
- Трубное сечение. Стенки узких трубопроводов дают повышенное сопротивление. Чем меньше внутренний диаметр, тем ниже соотношение скоростного значения водного потока к показателю площади поверхности на определенном участке, а значит, и проходимость будет хуже. В магистралях большого сечения жидкость течет быстрее.
- Наличие поворотных участков. Сложная конфигурация трубопровода замедляет скорость водного потока в нем. То же самое касается фасонных элементов. Любые краны, переходники и муфты тормозят передвижение жидкости.
Немаловажно также учитывать материал трубных отрезков. От этого зависит как проходимость сети, так и продолжительность службы.
Металлические водопроводы склонны деформироваться со временем под воздействием ржавчины, накапливать коррозийные и известковые отложения изнутри, что сильно снижает пропускную способность.
Последнее характерно не только для стальных, но и для чугунных труб, хотя они меньше подвержены коррозии.
Сопротивляемость водяному потоку засоренной магистрали намного выше, чем нового трубопровода: показатели могут различаться в 200 раз. Особенно быстро засоряются трубы ГВС.
Полимерные магистрали сохраняют практически одинаковую проходимость на протяжении всего срока эксплуатации. Пластик не подвержен коррозии, не боится скоплений плесени и грибка, благодаря этому засоры в трубопроводе крайне редки.
Способы проведения расчетов
Чтобы определять водорасход магистрали, используют три расчетных способа:
- Физический метод. Чтобы определить необходимое значение, применяются формулы. В них используются такие параметры, как трубный диаметр, водяное давление и скорость передвижения содержимого труб в системе.
- Применение таблиц. Достаточно легкий метод, предполагающий подбор нужных показателей в таблице и выяснение на их основе необходимых данных.
- Использование компьютерных программ. Во Всемирной сети таких вариантов довольно много. Выяснить можно пропускную способность и расход воды для трубопроводов, выполненных из различных материалов, просто введя требуемые известные данные.
Чтобы рассчитать расходные показатели перед постройкой загородного дома, проще всего использовать онлайн-калькуляторы. Введя значения давления и диаметра труб, вы получите цифру вероятного расхода. Она не будет идеально точной, зато такой способ не потребует никаких исчислений. Чтобы уточнить данные, сверьте программный расчет с табличными значениями.
Применение таблиц
Исключая калькуляторный подсчет, этот способ – самый простой. Подобных таблиц разработано несколько: можно подобрать ту, которая подходит в зависимости от известных данных. В СНиП 2.04.01-85 предлагается рассчитать расход воды по наружному сечению трубы. Для этого используется таблица максимального расхода воды, проходящей через трубу определенного внешнего диаметра:
| Обхват трубы (мм) | Расход воды | |
| В л/мин | В куб/час | |
| 20 | 15 | 0,9 |
| 25 | 30 | 1,8 |
| 32 | 50 | 3 |
| 40 | 80 | 4,8 |
| 50 | 120 | 7,2 |
| 63 | 190 | 11,4 |
Это самая простая таблица расчета, в ней нужно знать только охват трубы. Чтобы уточнить данные, можно ввести дополнительные показатели – толщину стен и внутренний диаметр. Подобные таблицы несложно найти в интернете для трубопроводов из различных материалов.
При исчислении расходных максимумов в водопроводной магистрали учитывают не только диаметральный показатель, но и напор потока.
Еще одна таблица позволяет выявить максимум расхода воды, опираясь на вышеупомянутые значения:
| Расход | Пропускная способность | |||||||||
| Сечение трубы (мм) | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | |
| Па/м | Мбар/м | Меньше 0,15 м/с | 0,15 м/с | 0,3 м/с | ||||||
| 90 | 0,9 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 | 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95 | 0,95 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 | 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100 | 1000 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120 | 1200 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140 | 1400 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160 | 1600 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180 | 1800 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200 | 2000 | 266 | 619 | 1151 | 2488 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220 | 2200 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240 | 2400 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260 | 2600 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280 | 2800 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8568 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300 | 3000 | 331 | 767 | 1415 | 3078 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Среднее значение давления варьируется от 1,5 до 4 бар. Применение дополнительных напорных устройств повлияет на потоковую скорость. При расчете расходного максимума при протекании жидкости через трубу учитывается не только число кранов, но и количество других потребителей.
Использование формул
Для расчета водного расхода на основе сечения труб и давления в их стенках используется несколько уравнений. Самая несложная формула: q = π×d²/4 ×V.
- q – расходный показатель жидкости в литрах;
- d – трубный диаметр в сантиметрах;
- V – скорость движения водного потока.
В домашних магистралях, запитываемых от водонапорной башни без подключения насосных устройств, ее значение будет 0,7 – 1,9 м/с. Если подсоединяется любое напорное оборудование, то в технической документации есть данные о коэффициенте создаваемого напора и скоростном показателе перемещаемой жидкости
При расчете возможного расхода жидкости необходимо учитывать и возможный перепад давления. Чтобы рассчитать этот показатель, за основу берется стандартное уравнение Δp = (λL/d) ρw²/2.
- L – длина трубы;
- d – ее диаметр;
- ρ – плотность воды;
- w — быстрота водного потока;
- λ – коэффициент трения.
Последний выявляется в зависимости от скорости и сечения магистрали по таблицам.
Далее, зная показатели потенциального расхода и потери напора, можно с помощью таблиц и графиков выявить точное значение расходных показателей жидкости в конкретных трубах, или использовать калькуляторы расчета, что проще. При желании можно даже вычислить водорасход в литрах за одну конкретную процедуру в определенном доме.
Зная показатели максимального расхода воды в определенном трубопроводе, можно составить правильный проект положения магистральной сети с учетом всех подключенных водопотебителей.
Также понимание конкретных цифр позволит экономить воду и электроэнергию при подключении напорных устройств.
При правильном выборе значений не окажется повода для беспокойства из-за того, что при открытии крана на кухне вода в душевой превратится в тоненькую струйку из-за понижения напора.
Загрузка...
