Формула расчета давления потока в трубе

Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению по таблице и СНИПу 2.04.01-85 + онлайн калькулятор

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

Введите параметры для расчёта:

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)

Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод

Критерии, оказывающие влияние на описываемый показатель, составляют большой список. Вот некоторые из них.

  1. Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
  2. Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
  3. 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.

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:

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.

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.

Расчет необходимого давления воды в трубопроводе: для чего это нужно и как производится

Комфорт в доме трудно представить без водопровода. А появление новой техники в виде стиральной, посудомоечной машин, бойлера и прочих агрегатов ещё больше повысило его роль в жилье образца 21 века. Но эти агрегаты требуют, чтобы вода поступала из водопровода с определённым напором. Поэтому человек, решивший обустроить свой дом системой водоснабжения, должен знать, как произвести расчёт требуемого давления воды в трубопроводе, чтобы все устройства работали нормально.

Для нормального функционирования водопровода давление в нем должно соответствовать нормам

Определение показателя

Давление в трубопроводе принято подразделять на следующие виды: рабочее, условное, пробное и расчётное. Без знания их отличий произвести расчёт перепада давления транспортируемой по инженерной коммуникации жидкости будет сложно. Соответственно, при подборе подходящих элементов водопровода хозяин столкнётся с трудностями, не позволяющими обеспечить комфортное пребывание в жилом помещении.

  1. Рабочее. Это наружное или внутреннее, обязательно максимальное избыточное давление, фиксируемое при стандартных составляющих протекания процесса транспортировки воды в нормальных условиях.
  2. Условное. Используют этот показатель при расчёте прочности трубопроводов (и сосудов), которые функционируют под определённым давлением при температуре воды 20˚С.
  3. Пробное. Этот простой показатель измеряется во время испытания конструкции. На его основе отслеживается поведение элементов системы при изменении давления в водопроводе. Такой подход служит своего рода генеральной страховкой перед прокладыванием сети.
  4. Расчётное. Под таковым подразумевается максимальное избыточное давление в полости трубопровода, продуцируемое транспортируемым по нему веществом. Следует учитывать, что воздействию подвергаются не только трубы, но и все элементы, входящие в состав инженерной коммуникации. Именно на основе расчётного давления определяется толщина стенки водопроводной трубы. От этого зависит функциональность, а также длительность эксплуатации системы и, конечно же, безопасность обитателей дома.

Напор воды в кране зависит от давления в водопроводной системе

Простой пример расчета давления в трубе

Как известно, не так давно водопровод подключался к водонапорной башне. Благодаря именно этому сооружению в сети водопровода создаётся давление. Единица измерения данной характеристики – атмосфера. Причём, размер расположенной вверху башни ёмкости не влияет на значение этого параметра, он зависит только лишь от высоты башни.

Полезно знать! На практике давление измеряется в метрах водяного столба. При заливании воды в трубу высотой 10 метров, в нижней точке будет фиксироваться давление, равное одной атмосфере.

Рассмотрим пример с домом в 5 этажей. Его высота – 15 метров. То есть на один этаж приходится 3 метра. Башня высотой 15 метров создаст на первом этаже давление 1,5 атмосферы. Значение этого показателя в трубе на втором этаже будет уже 1,2 атмосферы. Получается это вычитанием из числа 15 высоты одного этажа – 3 метра, и делением результата на 10. Проделав дальнейший расчёт, нам станет понятно, что на 5-м этаже давление будет отсутствовать. Логика подсказывает, что для обеспечения водой людей, проживающих на последнем этаже потребуется соорудить более высокую башню. А если речь идёт, например, о 25-этажном доме? Возводить такие большие сооружения никто не будет. С этой целью современные системы водоснабжения оборудуются глубинными насосами.

Читайте также  Верстак в гараж своими руками

Давление на выходе подобного агрегата высчитывается очень просто. Например, если глубинный насос, мощности которого хватает поднять воду до отметки 50 метров водяного столба, погрузить в скважину на 15 метров, на уровне поверхности земли он создаст давление 3,5 атмосферы (50-15/10 = 3,5).

Обеспечить необходимый показатель давления в системе можно при помощи насоса

Как рассчитывается толщина трубы от действия давления

Когда вода движется по трубе, возникает сопротивление от трения её о стенки, а также о различные преграды. Это явление получило название гидравлическое сопротивление трубопровода. Его численное значение находится в прямой пропорциональной зависимости от скорости потока. Из предыдущего примера мы уже знаем, что на разных высотах давление воды различно, и эту особенность следует учитывать при расчёте внутреннего диаметра трубы, то есть её толщины. Упрощённая формула для вычисления данного параметра по заданной потере напора (давления) выглядит так:

Двн = КГСопр×Дл. тр./ПД×(Уд.вес×Ск/2g),

где: Двн. – внутренний диаметр трубопровода; КГСопр. – коэффициент гидравлического сопротивления; Дл.тр — длина трубопровода; ПД – заданная или допускаемая потеря давления между конечным и начальным участками магистрали; Уд.вес. – удельный вес воды — 1000 кг/ (9815 м/; Ск. – скорость потока м/сек.; g – 9,81 м/сек2. Всем известная константа — ускорение силы тяжести.

Потеря давления в арматуре и фасонных частях трубопровода с достаточной точностью определяется по потерям в прямой трубе эквивалентной длины и с таким же условным проходом.

Как рассчитать стенки трубы по давлению

Точный расчёт данного показателя стальных труб, которые работают под воздействием избыточного внутреннего давления, включает два этапа. Сначала вычисляется так называемая расчётная толщина стенки. Затем к полученному числу прибавляется толщина износа от коррозии.

Расчет давления необходим для подбора толщины стенок трубы

Совет! Изготавливая и монтируя трубопровод, не устанавливайте отдельные случайные вставки. Чтобы не спровоцировать аварию, работайте только с теми, размеры которых совпадают с расчётными.

Таким образом, обобщённая формула для расчёта толщины стенок выглядит следующим образом:

где: Т – искомый параметр – толщина стенок; РТС – расчётная толщина стенок; ПК — прибавка на коррозионный износ.

Расчётную толщину стенки в зависимости от давления вычисляем по следующей формуле:

где: ВИД – внутреннее избыточное давление; Днар. – наружный диаметр трубы; ДР — допустимое напряжение на разрыв; КПШ – коэффициент прочности шва. Его значение зависит от технологии изготовления труб. На завершающем этапе расчета стенки трубы по давлению прибавляем к РТС значение параметра ПК. Берётся оно из справочника.

Давление и диаметр трубы

Правильное определение сечения труб не менее важно, чем их выбор по материалу изготовления. При некорректном расчёте диаметра и давления, в трубе возникнет турбулентность воздуха, в ней присутствующем, и в потоке воды. Из-за этого движение жидкости по трубе будет сопровождаться повышенным шумом, а на внутренней поверхности ветки водоснабжения сформируется большое количество известковых отложений. Кроме того, следует помнить, что существование зависимости давления от диаметра трубы может негативно отразиться на пропускной способности водопровода. На практике, многие обитатели квартир и домов сталкивались с ситуацией, когда при одновременном включении нескольких кранов напор воды резко падал. Возникает эта неприятность по двум причинам: когда давление упало во всей системе и при заниженном диаметре подключённых труб.

От диаметра трубы зависит пропускная способность водопроводной сети

Ниже приведена таблица для максимального расчётного расхода воды через трубопроводы наиболее распространённых диаметров при различном значении давления.

Таблица 1

С практической точки зрения давление в водопроводе чаще всего ассоциируется с объёмом поставляемой воды за единицу времени, то есть с пропускной способностью ветки водоснабжения. В этом контексте и будет рассмотрен вопрос расчёта бытового водопровода. После изучения паспортных данных приборов и агрегатов, потребляющих воду, суммируется общий расход. Затем к полученной цифре добавляется расход всех установленных и используемых водоразборных кранов.

Для домашнего водопровода, работающего от скважины, выбор труб зависит от мощности насоса

Полезная информация! Одно такое сантехническое устройство пропускает через себя за одну минуту порядка 5-6 литров воды.

После этого все числа суммируются, и на выходе получается общий расход в доме воды. С учётом этих данных, покупается труба с диаметром, который обеспечит нужным давлением и, соответственно, количеством воды все водоразборные приборы, работающие одновременно.

Если домашний водопровод планируется подключить к городской сети, у хозяина выбора нет, он будет вынужден пользоваться тем, что имеется. Иное дело, если речь идёт о частном доме, питающимся от скважины. Тогда следует покупать насос, способный обеспечить водопровод давлением, которое соответствует расходам. Выбор производится по паспортным данным подобного агрегата. В определении диаметра вам поможет ниже размещённая таблица.

Таблица 2

Пропускная способность трубы Диаметр и длина трубопровода
Пропускная способность, л/мин Диаметр трубы Диаметр трубы Длина водопровода, метры
75 38 32 Больше 30
50 32 25
30 25 20 Меньше 10

Здесь приведены параметры лишь наиболее часто используемой трубной продукции.

Современные средства

Если нет времени либо вы не склонны к математике, рассчитать расход воды через трубопровод с учётом перепада давления можно, воспользовавшись онлайн калькулятором. Интернет изобилует сайтами с таки инструментарием. Чтобы произвести гидравлический расчёт, необходимо учесть коэффициент потерь. Такой подход предполагает выбор:

  • падения напора на погонный метр трубопровода;
  • длины участка;
  • внутреннего диаметра трубы;
  • вида и материала водопроводной системы (пластмасса, железобетон, асбоцемент, чугун, сталь). Современные онлайн калькуляторы учитывают даже, например, меньшую шероховатость пластиковой поверхности по сравнению со стальной;
  • способа расчёта сопротивления.

Кроме того, пользователю доступны опции учёта дополнительных характеристик трубопроводов, в частности, таких, как тип покрытия. Например:

  • цементно-песчаное, нанесённое различными методами;
  • внешнее полимерцементное или пластиковое;
  • новые или проработавшие определённый срок трубопроводы с битумным покрытием либо без защитного внутреннего покрытия.

Если расчёт будет сделан правильно, при условии выполнения монтажа с соблюдением всех требований к водопроводу нарекания не возникнут.

Расчет давления воды в трубопроводе. Расчёт давления в трубе на простом примере

Представить комфорт в доме без водопровода трудно. Появление такой бытовой техники, как бойлер, посудомоечная и стиральная машина и т.п. во много повысило его роль в современном жилье. Но все эти устройства работают при следующем условии: вода из водопровода должна поступать с определённым напором. Поэтому человеку, принявшему решение обустроить в своём доме систему водоснабжения, без знаний, как производится расчет давления воды в трубопроводе, не обойтись.

Виды давления

Данный показатель бывает следующих видов: пробным, условным, расчётным и рабочим. Не понимая их принципиальные отличия, корректно рассчитать давление в трубе, продуцируемое транспортируемой жидкостью, будет очень сложно. И не исключено, что при подборе подходящих элементов инженерной коммуникации перед хозяином возникнут проблемы, без решения которых о комфортном пребывании в доме останется только мечтать.

  • Пробное. Измеряется этот простой показатель, когда проводятся испытания конструкции. Он является основой для отслеживания поведения элементов системы водоснабжения при изменении давления. Такой подход – ни что иное, чем своего рода генеральная страховка перед этапом прокладки сети.
  • Условное. Используется данный параметр, когда рассчитывается прочность трубопроводов, функционирующих под давлением определённого уровня при температуре жидкости +20ًС.
  • Расчётное. Под таковым понимается максимальное избыточное давление, создаваемое внутри водопровода транспортируемой по нему жидкостью. При этом воздействию подвергаются все элементы инженерной коммуникации. А толщина стенки водопроводной трубы определяется именно с учётом расчётного давления. От этого зависит продолжительность эксплуатации системы, а также её функциональность, и, что превыше всего, безопасность обитателей дома.
  • Рабочее. Это уровень наружного или внутреннего обязательно максимального давления, фиксируемого при транспортировке воды при нормальных (читай, стандартных) условиях.


Расчёт давления в трубопроводе на простом примере

Не так уж и далеки времена, когда подключение водопровода осуществлялось к водонапорной башне. Давление в водопроводной сети создаётся благодаря именно данному сооружению. Единица измерения этой характеристики – атмосфера. Из школьного курса физики известно, что давление зависит исключительно от высоты башни, а объем ёмкости, находящейся наверху конструкции, никакой роли при этом не играет.

Существует ещё одна единица измерения данного параметра – метр водяного столба. Если заполнить водой вертикально стоящую десятиметровую трубу, давление в её нижней точке, опять же, вне зависимости от диаметра трубы, будет составлять одну атмосферу.

Рассмотрим пример с семиэтажным домом. Его высота – 21 метр. То есть, один этаж – это 3 метра. Водонапорная башня высотой 21 метр создаст на 1-м этаже давление 2.1 атмосферы. Величина этого параметра в трубе на 2-м этаже будет составлять 1,8 атмосферы. Получается это так: вычитаем из числа 21 высоту одного этажа (у нас это 3 метра) и делим остаток на 10. Результаты дальнейших расчётов покажут, что на 7-м этаже давления уже не будет. Логика подсказывает: чтобы обеспечить водой квартиры, которые располагаются на последнем этаже, необходимо будет возвести более высокую башню. А что делать с подводом воды, например, в 25-этажный дом? Строить такие высокие конструкции никто не будет. Единственный выход — оснащение современных систем водоснабжения глубинными насосами.

Рассчитать давление на выходе данного агрегата несложно. Возьмем в качестве примера насос, мощности которого достаточно для поднятия воды на 40 метров. Если погрузить его в скважину на глубину 15 метров, на поверхности земли будет создано давление (40-15)/10=2,5 атмосфер. Применяя вышеуказанную методику, можно будет прийти к выводу, что насос такой мощности справится с обеспечением водой всех квартир 7-ми этажного дома.

Читайте также  Двигатели для запорной арматуры

Формула расчета толщины трубы от действия давления

При движении воды возникает сопротивление, вызываемое её трением о стенки трубы и, кроме того, о различные преграды. Называется это явление гидравлическим сопротивлением трубопровода. Предыдущий пример наглядно продемонстрировал, что давление воды на разных высотах различно, и этот фактор следует учитывать при выполнении расчёта толщины трубы, то есть её диаметра. Вычисление данного параметра, исходя из заданной потери напора, выполняется по следующей упрощённой формуле:

Dвн. = k × Lтр./ Pд.× (W×Vп./2g), где

Dвн. – внутренний диаметр трубопровода;

k – коэффициент гидравлического сопротивления;

Lтр. – длина трубопровода;

Pд. – допускаемая или заданная потеря давления между начальным и конечным участками магистрали;

W- удельный вес воды;

Vп. – скорость потока;

g – константа, известная из курса физики средней школы – ускорение силы тяжести.

Уровень потерь давления в фасонных частях трубопровода и арматуре с достаточной степенью точности можно определить по потерям, фиксируемым в прямой трубе с идентичным условным проходом и эквивалентной длины.

Как рассчитываются стенки трубы по давлению

Данный показатель стальных труб, транспортирующих жидкость под избыточным давлением, рассчитывается в два этапа. На первом из них вычисляется параметр, получивший название «расчётная толщина стенки». На втором выполняется операция сложения ранее полученного числа с толщиной износа от коррозии.

Таким образом, обобщённую формулу расчёта толщины стенок можно представить в таком виде:

Th = CTh + Cw, где

Th – искомый параметр;

CTh – расчётная толщина стенок;

Cw — коррозионный износ.

Для вычисления расчётной толщины стенки трубы в зависимости от давления используется следующая формула:

CTh = Pi × Dнар./230×AS×RWS + P

Pi- внутреннее избыточное давление;

Dнар. – внешний диаметр трубы;

AS – напряжение на разрыв (допустимое);

RWS – коэффициент прочности шва.

Для расчета стенки трубы по давлению (параметр Th) осталось лишь прибавить к CTh значение параметра Cw. Взять его можно из справочника.

Диаметр трубы и давление

Правильность определения сечения труб по важности сопоставима с их выбором по материалу изготовления. При некорректном выполнении расчёта диаметра и давления, в трубе возникнет турбулентность воздуха, присутствующего в ней, а также в потоке воды. С последствиями данного явления многие из нас сталкивались: когда открывается кран, жидкость в ветке водопровода начинает двигаться с повышенным шумом. Но это не самое страшное. Гораздо опаснее то, что на внутренней поверхности трубы формируются известковые отложения в большом количестве.

Помимо этого, не забывайте о зависимости давления от диаметра трубы. Эта корреляция может не лучшим образом повлиять на пропускную способность водопровода. Как проявляется данный фактор, всем нам тоже знакомо: при откручивании одновременно нескольких кранов в частном доме, не говоря уже о квартире в многоэтажном здании, напор воды заметно падает. Существует две причины подобной неприятности:

  • падение давления во всей системе;
  • заниженный диаметр подключенных труб.

Как рассчитать домашний водопровод

На практике давление в системе водоснабжения обычно ассоциируется у рядового обывателя с объёмом поставляемой за единицу времени воды, иными словами с пропускной способностью инженерной коммуникации. Поэтому расчёт бытового водопровода будет рассмотрен именно с этой точки зрения.

За исходные принимаются паспортные данные по расходу воды находящихся в жилье агрегатов и приборов. Общее водопотребление определяется путём их суммирования. Не забываем и о водоразборных кранах. Их расход добавляется к ранее полученной цифре.

После получения численного значения расхода воды в доме, необходимо, принимая во внимание эти данные, приобрести трубу с диаметром, обеспечивающим нужным напором и, соответственно, объемом воды все одновременно работающие водоразборные устройства.

Если планируется подключить водопровод к городской сети, выбор у хозяина отсутствует – он вынужден пользоваться тем, чем располагает. Совсем иначе выглядит ситуация с питающимся от скважины частным домом. Тогда следует приобретать насос, технические характеристики которого обеспечат в водопроводе давление, соответствующее расходам. Выбор производится на основе паспортных данных подобного агрегата.

В заключение необходимо отметить, что если трубы подобраны корректно, а при их монтаже были соблюдены все правила, тогда бесперебойная работа системы водоснабжения будет нормой.

Формула расчета давления потока в трубе

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы, можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление, то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже.
L-длина трубопровода измеряется в метрах.
D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2

А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.

Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

V-Скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
D-Внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
ν-Кинематическая вязкость. Это обычно для нас готовая цифра, находится в специальных таблицах.

Далее находим формулу для нахождения коэффициента гидравлического трения по таблице:

Здесь Δэ — Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа [мм] с [м].

d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться «эквивалентом шероховатости труб» и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает — средняя высота шероховатости.

В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

Таблица: (Эквивалент шероховатости)

Таблица: (Кинематическая вязкость воды)

А теперь давайте решим задачу:

Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м 3 /с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.

Дано:
D=500мм=0.5м
Q=2 м 3 /с
L=900м
t=16°С
Жидкость: H2O
Найти: h-?

Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:

Сдесь ω — площадь сечения потока. Находится по формуле:

ω=πR 2 =π(D 2 /4)=3.14*(0,5 2 /4)=0,19625 м 2

V=Q/ω=2/0,19625=10,19 м/с

Далее находим число Рейнольдса по формуле:

Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

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

Δэ=0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной трубы.

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

λ=0,11(Δэ/D) 0,25 =0,11*(0,00025/0,5) 0,25 =0,01645

Далее завершаем формулой:

h=λ*(L*V 2 )/(D*2*g)=0,01645*(900*10,19 2 )/(0,5*2*9,81)=156,7 м.

Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

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

Гидравлический расчет трубопровода.

Гидравлический расчет обычного бытового трубопровода выполняется при помощи уравнения Бернулли:

(z 1 + p 1 /ρg + α 1 u 2 1 /2g) – (z 2 + p 2 /ρg + α 2 u 2 2 /2g) = h 1-2 ­.

Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.

В данном уравнении h1-2 – потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, которое приходится на единицу веса перемещающейся жидкости.

h 1-2 = h t + Σh м .

  • ht – потери напора на трение по длине потока.
  • Σhм – суммарные потери напора на местном сопротивлении.

Потери напора на трение по длине потока вы можете рассчитать по формуле Дарси-Вейсбаха

h t = λ(L/d)(v 2 /2g).

  • где L –длина трубопровода.
  • d -диаметр участка трубопровода.
  • v — средняя скорость перемещения жидкости.
  • λ -коэффициент гидравлического сопротивления, который в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности труб разных типов и видов указаны в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d указаны в таблице 3.

Читайте также  Труба стальная электросварная в минске

В случае, когда режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ находится по персональным для каждого отдельного случая формулам (табл. 4).

Если турбулентное течение развито и функционирует с достаточной степенью точности, то при определении λ можно использовать формулы для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока Rг (d=4Rг)

R г = w / c .

  • где w– площадь «живого» сечения потока.
  • c- «смоченный» его периметр (периметр «живого» сечения по контакту жидкость – твердое тело)

Потери напора в местных сопротивлениях можно определить по форм. Вейсбаха

h м = ζ v 2 /2g.

  • где ζ – коэффициент местного сопротивления, который зависит от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме ζ = const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв. т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого ht = hм. В данном случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к фактической длине трубопровода добавляется сумма их эквивалентных длин

  • где Lпр – приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.

В случаях когда движение жидкости в трубопроводе обеспечивает центробежный насос, то для определения расхода в системе насос – трубопровод выстраивается характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h1-2 + ∆z при z1 z2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q), которая приведена в паспортных данных насоса (смотреть рисунок). Точка пересечения таких кривых указывает на максимально возможный расход в системе.

Сортамент труб.

Наружный диаметр dн, мм

Внутренний диаметр dвн, мм

Толщина стенки d. мм

Наружный диаметр dн, мм

Внутренний диаметрdвн, мм

Толщина стенки d, мм

1. Трубы стальные бесшовные общего назначения

3. Трубы насосно-компрессорные

Расчет давления воды в трубопроводе: как производятся вычисления и с какой целью

Обеспечение жилого дома непрерывно подаваемой водой – одно из благ цивилизации. Этот бытовой комфорт может обеспечить не только центральное водоснабжение, но и обычная скважина на участке. Большинство сантехники не может полноценно работать без хорошего напора, а на него влияет немало факторов. Поэтому важно правильно сделать расчет давления воды в трубопроводе.Чтобы не было нареканий на работу системы, нужно знать, как производится расчет потребления воды по сечению трубы.

Определение показателя

Для работы бойлера с душем, стиральной и посудомоечной машины, водопроводных кранов и сливного бачка необходимо достаточное давление в трубопроводе. С позиции инженерных требований, этот показатель подразумевает свои разновидности, включая проектное и рабочее давление.

Перепады давления в коммуникациях сложно прогнозировать и корректировать, не имея специальных знаний и практического опыта по вычислению. Без специалистов невозможно рассчитать параметры, даже имея доступ к специальным программам и формулам.

Чтобы не было путаницы, стоит вникнуть в простейшую классификацию:

  1. Пробное давление. Необходимый показатель при испытаниях коммуникаций, обеспечивающий проверку целостности всей конструкции и отдельных элементов системы при плановой нагрузке. Это как последняя «репетиция» перед запуском в эксплуатацию.
  2. Условное. Это понятие используют для расчета прочности водопровода под давлением воды на трубы изнутри при температуре порядка 20˚С.
  3. Рабочее давление, предполагающее избыточную нагрузку на фоне стандартных показателей процесса подачи в обычных условиях.
  4. Расчетное. Под ним подразумевается избыточное давление внутри трубопровода с транспортируемой жидкой средой. Максимальной нагрузке подвергаются все составляющие инженерной коммуникации, включая все сочленения, поворотные элементы и запорную арматуру.

При построении схем и чертежей учитываются все варианты, но именно расчетное давление определяет выбор толщины или диаметра трубы. От него зависит продолжительность амортизации трубопровода и безопасность жильцов.

Наглядный пример расчета

Суточная норма потребления воды на 1 человека, по нормам СНИП – 60 л (с учетом купания в ванне 1 раз в неделю). Это минимальная цифра расхода подаваемой воды через одну трубу, она относится к жильцам неблагоустроенных домов. Показатели дают представление о нагрузке на систему подачи и водоотведения в крупных городах.

При комфортных условиях объем колеблется в пределах 120 – 200 л/чел. Но эта норма возрастает при специфических потребностях, например, при уходе за домашними питомцами или при необходимости ежедневно пользоваться душем.

Общая пропускная способность коммуникаций зависит от разных показателей. Трубы требуемого диаметра подводят к скважине или водонапорной башне. Создается необходимое давление, которое измеряется в атмосферах и в метрах водного столба.

На уроках физики многие изучали, что если залить жидкость в 10-метровую трубу и установить ее строго вертикально, то внизу фиксируется давление в 1 атмосферу. На практике показатель давления не влияет на объем емкости водонапорной башни. Напор пропорционален высоте строения (водонапорной башни), при условии наличия жидкости в резервуаре.

В сам резервуар воду подают насосы. При прохождении напора и распределении воды в смесителях показатели варьируются, потому что на него влияют многие факторы, включая конфигурацию трубопровода и его уклон.

Возьмем пример с такими показателями:

  • 5-этажный дом;
  • 1 этаж – 3 метра;
  • общая высота – 15 м.

Водопровод подает содержимое на все этажи, независимо от высоты. Пятнадцатиметровая водонапорная башня обеспечит на 1-м этаже давление 1,5 Атм. Этот показатель на 2-м этаже будет уже 1,2 Атм, его получаем простым вычитанием высоты по этажам, результат делится на 10.

При такой схеме до 5-го этажа вода не будет доходить. По логике, для обеспечения водой жильцов последнего уровня требуется сооружение башни большей высоты для достаточного давления.

Современное водоснабжение, как правило, оборудовано особыми насосами. Их силы хватает для подачи жидкости в многоэтажные постройки. Только требуется в скважину на 15 м погрузить сверхмощный агрегат. На поверхности (в нулевой точке) будет давление в 3,5 Атм, что просчитывается математически – (50-15):10 = 3,5.

Расчет соотношения давления и сечения трубопровода

Расчет давления (при снижении напора в системе или отдельных сегментах) определяет суммарные потери. Давление необходимо усиливать, иначе напор на разных этажах будет отличаться. Это учитывается при расчетах трубы по диаметру. Упрощенный вариант вычисления при заданных в СНиП параметрах показывает формула:

  • Д – диаметр внутренний;
  • ГС – гидравлическое сопротивление;
  • ДТ – длина трубопровода;
  • ПД – потеря давления (заданная или допустимая, разница в начале и на конечном участке);
  • УВ – удельный вес воды (1000 кг);
  • СП – скорость потока (м/сек);
  • 2g – 9,81 м/сек константа ускорения от силы тяжести.

Проходя по трубам, жидкая среда встречает сопротивление стенок труб и поворотных сегментов. Это называется «гидравлическое сопротивление», оно влияет на скорость потока в трубопроводе, которое более заметно на старых ржавых участках с осадком кальция и органики.

Основные параметры, определяющие проходимость жидких сред через трубопровод:

  1. Скорость потока.
  2. Внутренний диаметр трубы.
  3. Материал водопровода (полимер или металл).

Полностью гладких и прямых водопроводов не бывает.

Соотношение сечения трубы и параметров давления

Жители городских квартир нередко сталкиваются с проблемой потери напора воды при одновременном включении кранов по стояку на большинстве этажей. Это связано с 2-мя причинами:

  • недостаточный диаметр водопровода;
  • резкое снижение напора в системе.

Верный выбор сечения труб так же важен, как выбор металла или полимера. Погрешности в вычислениях по диаметру и давлению приводят к турбулентности потока. Это можно определить на слух из-за воздуха, содержащегося в воде. Движение содержимого в трубопроводе сопровождается шумом. Если ничего не решать, это ведет к чрезмерным известковым отложениям в коммуникации.

В стояках большинства домов средний показатель давления соответствует нормам ГОСТ и СНиП. При сооружении частного сектора значительные отклонения от нормы негативно отражаются на пропускной способности трубопровода. Более узкие тонкостенные сегменты, особенно при неграмотном сочленении, способны привести к аварийной ситуации.

При сооружении трубопровода не используйте фитинги из другого металла и случайные врезки – они также негативно влияют на давление.

Пример расчета стенки трубы по давлению

Для наиболее точных расчетов потребления воды относительно сечения трубы нужна толщина стенки, к которой прибавляется коэффициент коррозийного износа (КИ, РТС – расчетная толщина стенок). Наглядно вычисление выглядит так:

Соотношение расчетной толщины стенки пропорционально давлению вычисляется по формуле, где основные величины можно взять из справочников:

РТС = ВИД × ДТнар : 230 × ДНр × КПШ + Р

Здесь РТС – расчетная толщина стенок, ВИД – внутреннее избыточное давление, ДТнар – диаметр трубы наружный, ДНр – допустимое напряжение на разрыв, КПШ – коэффициент прочности шва (зависит от способа соединения и материала) и Р – расход воды.

К искомому числу прибавляются коэффициенты для внесения поправок, которые можно найти в справочниках по гидравлике. Они нужны для реальной оценки пропускной способности водопровода. Например, 1 водоразборный кран в минуту пропускает около 5-6 л воды.

С учетом суммируемых данных, приобретают трубы соответствующего диаметра, способного обеспечить пользователей нужным количеством воды под напором. В большей мере это относится к домовладельцам частного сектора, обеспечиваемого водой из скважины. Для этого потребуется насос достаточной мощности (все параметры указаны в технической документации к изделию).

При желании, можно использовать не только формулы, но и онлайн калькуляторы или компьютерные программы. Для точности рекомендуется вносить как можно больше показателей и коэффициентов на поправку, чтобы исключить погрешности в расчетах. Данные, которые необходимо внести, пишутся через запятую, например, 3,5, а не 3.5.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: