Условная проходимость DN
Параметр условной проходимости DN (номинального диаметра) выступает безразмерной величиной, его численное значение приблизительно соответствует внутреннему поперечному сечению труб (например, DN 125). Числовые значения условного перехода подбирают для увеличения пропускной способности трубопроводной сети в пределах 60 — 100% при переходе от одной условной проходимости к следующей.
Согласно ГОСТ 28338-89, параметры условной проходимости (Ду в прошлом) подбирают из размерного ряда:
Значения подобраны с учетом исключения проблем, относительно припасовки деталей друг к другу. Номинальный диаметр на основе параметров внутреннего сечения подбирают на основе диаметра трубы в свету.
Изоляционная защита
Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:
- до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
- до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
- до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.
Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.
Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.
Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 – 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах
Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры
Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.
Изоляционная защита
Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:
- до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
- до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
- до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.
Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.
Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.
Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 — 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах
Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры
Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.
Линейное расширение
Смена геометрической формы изделий производится под силовым или температурным действием. Физические нагрузки, приводящие к линейному расширению или сжатию, негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках. При невозможности компенсации расширения, трубы деформируются, что приводит к повреждению фланцевых уплотнителей и участков стыковки труб между собой.
Компонуя трубопроводные магистрали, следует ориентироваться на возможную смену длины при увеличении температурного режима или теплового линейного расширения (ΔL). Этот параметр определяется длиной труб, обозначаемой Lo и разностью температурных режимов Δϑ =ϑ2-ϑ1.
В приведенной формуле коэффициент теплового линейного расширения для трубопровода протяженностью 1 м при увеличении температурного режима составляет 1°C.
Диаметр трубопроводных сетей
При вычислении поперечного сечения труб, следует учесть, что высокая скорость перекачиваемых сред снижает материалоемкость изделий и удешевляет установку систем. Но повышение скорости приводит к потерям напора, требующим дополнительного расхода энергии для перекачивания сред. Чрезмерное уменьшение может привести к негативным последствиям. Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения труб служит формула (для изделий с круглым поперечным сечением):
Q = (Πd²/4)·w
Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения требуется узнать скорость перекачиваемых сред, исходя из сводных таблиц:
Подбор диаметров труб
Как было упомянуто, оптимальное значение диаметра основных труб в системе подачи воды зависит от множества параметров:
- материал изготовления;
- тип работы системы – естественная или принудительная;
- рабочая скорость потоков;
- параметр давления;
- наличие фактора деления трубопровода на несколько разводок;
- вид используемого в системе теплоносителя и т.д.
Значения диаметров указываются производителями в двух видах:
- в миллиметрах;
- в дюймах – 1 дюйм = 25.4 мм.
Как правило, абсолютно точные вычисления требуются в промышленных системах. При работе с простыми домашними конструкциями достаточно придерживаться следующих рекомендаций:
- Основная труба системы подачи воды – от 10 до 15 мм.
- Диаметр труб, использующихся в качестве стояков системы, – от 20 до 25 мм.
Таким образом, проведение гидравлического расчета обязательно при конструкции и установке систем трубопроводов
Важно понимать, что при выборе слишком большого рабочего диаметра давление воды будет слишком малым, что приведет к нарушению режимов работы системы и отрицательно скажется на качестве ее функционирования
Использование слишком малых диаметров, наоборот, приведет к повышению давления, следовательно, к опасности использования такой системы. Также, при малых значениях, работа системы неизбежно будет сопровождаться шумами.
Что рассчитывается
Выполняется данная процедура в отношении нижеперечисленных рабочих параметров инженерной коммуникации.
- Расход жидкости на отдельных сегментах водопровода.
- Скорость потока рабочей среды в трубах.
- Оптимальный диаметр водопровода, который обеспечивает приемлемое падение напора.
Рассмотрим методику расчёта этих показателей подробно.
Расход воды
Данные по нормативному расходу воды отдельными сантехническими приборами указаны в приложении к СНиП 2.04.01-85. Этот документ регламентирует сооружение канализационных сетей и внутренних водопроводов. Ниже приведена часть соответствующей таблицы.
Таблица 1
| Сантехнический прибор | Общий расход (ГВС и ХВС), литр/секунда | Расход ХВС, литр/секунда |
| Унитаз с вентилем прямой подачи воды | 1,4 | 1,4 |
| Унитаз с бачком для слива воды | 0,10 | 0,10 |
| Душевая кабинка (смеситель) | 0,12 | 0,08 |
| Ванна (смеситель) | 0,25 | 0,17 |
| Мойка (смеситель) | 0,12 | 0,08 |
| Умывальник (смеситель) | 0,12 | 0,08 |
| Умывальник (водоразборный кран) | 0,10 | 0,10 |
| Кран для полива | 0,3 | 0,3 |
Если предполагается использовать одновременно несколько приборов, расход суммируется. Так, в случае, когда работает душевая кабинка на первом этаже с одновременным использованием туалета на втором этаже, логично сложить объём расхода воды обоими потребителями – 0,12+0,10 = 0,22 литр/секунда.
Напор воды в будущем водопроводе зависит от правильности проводимых расчетов
Вполне понятно, что при пожаротушении количество струй от одного пожарного гидранта определяется площадью и типом здания. Для удобства ознакомления информация по этому вопросу тоже размещена в табличной форме.
Таблица 2
| Тип здания | Требуемое количество струй при пожаротушении |
| Администрации предприятий (объём до 25 000 кубометров) | 1 |
| Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, более 10 этажей) | 2 |
| Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, до 10 этажей) | 1 |
| Здание управления (объём до 25 000 кубометров, 10 и больше этажей) | 2 |
| Здание управления (от 6 до10 этажей) | 1 |
| Жилое здание (от 16 до 25 этажей) | 2 |
| Жилое здание (до 16 этажей) | 1 |
Как работать в EXCEL
Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.
Ввод исходных данных
Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.
| Ячейка | Величина | Значение, обозначение, единица выражения |
|---|---|---|
| D4 | 45,000 | Расход воды G в т/час |
| D5 | 95,0 | Температура на входе tвх в °C |
| D6 | 70,0 | Температура на выходе tвых в °C |
| D7 | 100,0 | Внутренний диаметр d, мм |
| D8 | 100,000 | Длина, L в м |
| D9 | 1,000 | Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм |
| D10 | 1,89 | Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ) |
- значение в D9 берётся из справочника;
- значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.
Формулы и алгоритмы
Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.
| Ячейка | Алгоритм | Формула | Результат | Значение результата |
|---|---|---|---|---|
| D12 | !ERROR! D5 does not contain a number or expression | tср=(tвх+tвых)/2 | 82,5 | Средняя температура воды tср в °C |
| D13 | !ERROR! D12 does not contain a number or expression | n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) | 0,003368 | Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср |
| D14 | !ERROR! D12 does not contain a number or expression | ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 | 0,970 | Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср |
| D15 | !ERROR! D4 does not contain a number or expression | G’=G*1000/(ρ*60) | 773,024 | Расход воды G’, л/мин |
| D16 | !ERROR! D4 does not contain a number or expression | v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) | 1,640 | Скорость воды v, м/с |
| D17 | !ERROR! D16 does not contain a number or expression | Re=v*d*10/n | 487001,4 | Число Рейнольдса Re |
| D18 | !ERROR! Cell D17 does not exist | λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000 | 0,035 | Коэффициент гидравлического трения λ |
| D19 | !ERROR! Cell D18 does not exist | R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) | 0,004645 | Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м) |
| D20 | !ERROR! Cell D19 does not exist | dPтр=R*L | 0,464485 | Потери давления на трение dPтр, кг/см2 |
| D21 | !ERROR! Cell D20 does not exist | dPтр=dPтр*9,81*10000 | 45565,9 | и Па соответственно D20 |
| D22 | !ERROR! D10 does not contain a number or expression | dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) | 0,025150 | Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 |
| D23 | !ERROR! Cell D22 does not exist | dPтр=dPмс*9,81*10000 | 2467,2 | и Па соответственно D22 |
| D24 | !ERROR! Cell D20 does not exist | dP=dPтр+dPмс | 0,489634 | Расчетные потери давления dP, кг/см2 |
| D25 | !ERROR! Cell D24 does not exist | dP=dP*9,81*10000 | 48033,1 | и Па соответственно D24 |
| D26 | !ERROR! Cell D25 does not exist | S=dP/G2 | 23,720 | Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2 |
- значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
- ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».
Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.
Оформление результатов
Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:
- Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
- Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
- Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
- Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
- Шрифты:
- синий — исходные данные;
- чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
- красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.
Результаты в таблице Эксель
Пример от Александра Воробьёва
Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.
Исходные данные:
- длина трубы100 метров;
- ø108 мм;
- толщина стенки 4 мм.
Таблица результатов расчёта местных сопротивлений
Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.
Потери напора вода расчет
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 с .
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.
Номограммы для гидравлических вычислений труб
Для проверки потерь давления на заданном участке, показатели манометров сравнивают с табличными данными, или ориентируются на функциональную зависимость расхода жидкости от изменений напряжения (при постоянном диаметре).
Для примера используется ветка с радиаторами на 10 кВт. Расход жидкости рассчитывается на перенос теплоэнергии на уровне 10 кВт. В качестве расчетного участка взят отрез от первой в ветке батареи. Его диаметр является постоянным. Второй участок размещен между 1-ой и 2-ой батареей. На втором участке расход потребляемой энергии составляет 9 кВт с возможным снижением.
Расчет гидравлического сопротивления производится до обратной и подающей трубы, этому способствует формула:
G уч = (3,6*Q уч)/(c*(t r-t o)),
где Q уч — уровень тепловой нагрузки участка, (Вт). Нагрузка тепла на 1 участок составляет 10 кВт;
с — (показатель удельной теплоемкости для жидкости) постоянная, равная 4,2 кДж (кг*°С);
t r — температурный режим горячего теплоносителя;
t o — температурный режим холодного теплоносителя.
Гидрорасчеты отопительных гравитационных систем: скорость транспортировки теплоносителя
Минимальная скорость теплоносителя составляет 0,2-0,26 м/с. При снижении параметра из жидкости могут выделяться избыточные воздушные массы, приводящие к образованию воздушных пробок. Это выступает причиной для полного или частичного отказа от системы отопления. Верхний порог скорости теплоносителя составляет 0,6-1,5 м/с. Не достижение скорости до заданных параметров возможно образование гидравлических шумов. На практике оптимальная скорость варьирует в диапазоне 0,4-0,7 м/с.
Для более точных вычислений используются параметры материалов для изготовления труб, Например, для стальных труб скорость жидкости варьирует в диапазоне 0,26-0,5 м/с. При использовании полимерных или медных изделий, допускается увеличение скорости до 0,26-0,7 м/с.
Вычисление сопротивления отопительных гравитационных систем: потери давления
Сумма всех потерь при гидравлическом трении и локальном сопротивлении определяется в Па:
Руч = R * l + ((p * v2) / 2) * E3,
- где v — скорость транспортируемых сред м/с;
- p — плотность жидкости, кг/м³;
- R — потери давления, Па/м;
- l — длина, используемая для расчета труб, м;
- E3 — сумма всех коэффициентов локального сопротивления на обустроенном участке запорной арматуры.
Общий уровень гидравлического сопротивления определяется суммой сопротивлений расчетных участков.
Гидрорасчет двухтрубных гравитационных отопительных систем: выбор основной ветви
Если система гидравлики характеризуется попутной транспортировкой теплоносителя, для двухтрубных систем следует выбрать кольцо максимально загруженного стояка через размещенные внизу отопительные приборы. Для систем, характеризующихся тупиковым движением теплоносителя, требуется выбор кольца нижнего прибора обогрева для максимально загруженного из самых удаленных стояков. Для горизонтальных отопительных конструкций подбирают кольца через наиболее загруженные ветви, относящиеся к нижним этажам.
Изоляционная защита
Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:
- до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
- до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
- до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.
Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.
Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.
Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 — 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах
Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры
Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.
Диаметр трубопроводных сетей
При вычислении поперечного сечения труб, следует учесть, что высокая скорость перекачиваемых сред снижает материалоемкость изделий и удешевляет установку систем. Но повышение скорости приводит к потерям напора, требующим дополнительного расхода энергии для перекачивания сред. Чрезмерное уменьшение может привести к негативным последствиям. Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения труб служит формула (для изделий с круглым поперечным сечением):
Q = (Πd²/4)·w
Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения требуется узнать скорость перекачиваемых сред, исходя из сводных таблиц:
Окончательное уравнение для определения оптимального поперечного сечения имеет следующий вид:
d = √(4QΠw)
Условная проходимость DN
Параметр условной проходимости DN (номинального диаметра) выступает безразмерной величиной, его численное значение приблизительно соответствует внутреннему поперечному сечению труб (например, DN 125). Числовые значения условного перехода подбирают для увеличения пропускной способности трубопроводной сети в пределах 60 — 100% при переходе от одной условной проходимости к следующей.
Согласно ГОСТ 28338-89, параметры условной проходимости (Ду в прошлом) подбирают из размерного ряда:
Значения подобраны с учетом исключения проблем, относительно припасовки деталей друг к другу. Номинальный диаметр на основе параметров внутреннего сечения подбирают на основе диаметра трубы в свету.
Изоляционная защита
Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:
- до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
- до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
- до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.
Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.
Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.
Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 — 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах
Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры
Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств
Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.
Онлайн калькулятор гидравлического расчета трубопроводов
Данная методика вычислений на этапе проектирования трубопроводной системы позволяет определить диаметр внутренней части трубы, потери давления в случае максимальной пропускной способности трубы. В ней всегда можно найти информацию о решении той или иной проблемы. Для тех, кто по своему профилю работы не сталкивается с выполнением расчета гидравлики трубопроводных систем, существует онлайн калькулятор в интернете. Подставляя известные значения длин проектируемых участков, а также давление в начальной и конечной точке, можно легко определить соответствующие диаметры труб. Используя данный метод, пользователь имеет полное представление о потерях напора по длине трубопровода, возможных расходах жидкости.
Данный калькулятор рекомендуется применять только для прямолинейных участков трубопроводных систем. Если рассчитывать сложное разветвление труб, то лучше использовать онлайн способ на каждом обособленном прямом участке. На результат расчета будут оказывать воздействие гидравлическое сопротивление труб, соединительные стыки, запорная арматура. Об этом тоже не стоит забывать.
Снижение давления и расчет гидросопротивления
Для определения напора внутри труб и правильной подборки оборудования, способствующего перекачиванию жидких или газообразных сред, требуется вычислить снижение давления. За неимением доступа к интернет-сети, расчеты производятся по формуле:
Δp=λ·(ld1)·(ρ/2)·v²
Δp – перепады напряжения на участке трубопровода, Па l – протяженность участка трубопроводной линии, м λ – коэффициент сопротивления d1 – поперечное сечение труб, м ρ – уровень плотности транспортируемых сред, кг/м3 v – скорость перемещения, м/с
Гидравлическое сопротивление образуется под воздействием 2-х основных факторов:
- сопротивление трения;
- местное сопротивление.
Первый вариант предусмотрен при образовании неровностей и шероховатостей, препятствующих движению перекачиваемых сред. Для преодоления тормозящего эффекта требуются дополнительный расход энергии. При ламинарном протоке и соответствующего ему низкого показателя Рейнольдса (Re), характеризующегося равномерностью и исключением возможности смешения соседних слоев жидких или газообразных сред, влияние шероховатостей минимально. Это объясняется увеличением параметра крайнего вязкого подслоя перекачиваемых сред, относительно образованных неровностей и выступов на поверхности труб. Эти условия позволяют считать трубы гидравлически гладкими.
При повышении значения Рейнольдса вязкий подслой имеет меньшую толщину, что обеспечивает перекрытие неровностей и воздействия шероховатостей, уровень гидравлического сопротивления не зависит от показателя Рейнольдса, и средней высоты выступов на покрытии труб. Последующее повышение значения Рейнольдса позволяет перевести перекачиваемые среды в режим турбулентного протекания, где образуется разрушение вязкого подслоя, а образуемое трение определяется величиной шероховатости.
Потери при трении рассчитываются путем подстановки данных:
HТ=[(λ·l)/dэ]·[w2/(2g)]
- HТ – потери напора при сопротивлении трению, м
- [w2/(2g)] – скоростной напор, м
- λ – коэффициент сопротивления
- l – протяженность трубопроводного участка, м
- dЭ – эквивалентное значение поперечного сечения трубопроводной линии, м
- w – скорость движения сред, м/с
- g – ускорение свободного падения, м/с2
Диаметр трубопроводных сетей
При вычислении поперечного сечения труб, следует учесть, что высокая скорость перекачиваемых сред снижает материалоемкость изделий и удешевляет установку систем. Но повышение скорости приводит к потерям напора, требующим дополнительного расхода энергии для перекачивания сред. Чрезмерное уменьшение может привести к негативным последствиям. Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения труб служит формула (для изделий с круглым поперечным сечением):
Q = (Πd²/4)·w
Для вычисления оптимальных параметров поперечного сечения требуется узнать скорость перекачиваемых сред, исходя из сводных таблиц:
Окончательное уравнение для определения оптимального поперечного сечения имеет следующий вид:
d = √(4QΠw)
Гидродинамический расчет трубопровода несжимаемой жидкости
При проведении гидродинамического расчета определяется значение числа Рейнольдса:
Re = W×D×ρ / μ;, где
μ – динамическая вязкость жидкости;W – скорость потока;D – диаметр трубопровода.
Определяется толщина ламинарного подслоя вдоль внутренней поверхности трубы:
δ = 68,4×Re-0.875×D / 2
В зависимости от величины шероховатости Δ внутренней поверхности трубы определяется коэффициент трения:
λ = 0,316×Re -0.25 при δ > Δλ = 0,11(Δ / D + 68 / Re) 0.25 при δ
По формуле Д’Арси определяется потеря давления на прямых участках:
ΔP = λ×(L / D)×(W2ρ / 2)
Потеря давления на местных сопротивлениях:
ΔP = ΣKi×(W2ρ / 2)
Суммируя полученные результаты, получают общую потерю давления на определенном участке трубопровода.
Исходные данные:
Q – расход потока жидкости в трубопроводе, в литрах в секунду;
ρ – плотность жидкости, в килограмм / метр 3;
μ – динамическая вязкость жидкости, в паскаль×секунда;
ΔH – перепад высот начальной и конечной точки участка трубопровода, в метрах;
D – внутренний диаметр трубопровода, в миллиметрах;
L – длина трубопровода, в метрах;
ΣKi – суммарный коэффициент местных сопротивлений;
Δ – абсолютная шероховатость внутренней стенки трубы, в миллиметрах.
Основные принципы гидравлического расчета
На эффективность работы трубопровода оказывает влияние носитель, в роли которого может выступать жидкость, газообразное топливо или пар. Главной составляющей рабочей среды является ее динамическая вязкость. Она характеризуется соответствующим коэффициентом – μ. Существует еще одна величина (Re) – критерий Рейнольдса, названная в честь физика из Ирландии, который вывел эту безразмерную величину, указывающую на характеристику рабочего потока внутри трубы. На критерий Re также оказывают свое воздействие скорость, с которой движется поток и плотность жидкой фазы. Эти величины учитываются при подсчете значения Re. В зависимости от критерия определяется режим движения внутренней среды:
- ламинарный – значение менее 2300 единиц, при этом жидкая фаза будет передвигаться определенными пластами, которые не смешиваются между собой;
- промежуточный – критерий находится в пределах от 2300 до 4000 единиц. Поток будет нестабильным, слои которого перемешиваются между собой;
- турбулентный – отличается повышенной величиной, превышающей порог в 4000 единиц. Поток имеет одинаковую скорость в любой точке по объему трубопровода.
Критерий Рейнольдса позволяет смоделировать ситуацию до определенного технологического уровня. С его помощью можно проследить, как будет работать система в будущем. Для выполнения более точного расчета, применяют специальные таблицы, которые содержат данные по составу и размерности труб.
Для чего нужен гидравлический расчет внутридомового газопровода
В период расчетных работ происходит определение видов необходимых газовых элементов. Приборы, задействованные в доставке и регулировании газа, изображают схему всей внутридомовой системы. Это позволяет вовремя выявить разнообразные неполадки, а также четко провести монтажные работы.
В проекте находятся определенные точки, где, согласно нормам, будут размещены газовые элементы. Также согласно этим нормам учитываются условия безопасности.
В условиях подачи топлива в расчет принимается кухонная комната, ванная и количество жилых помещений. В кухне к сведению также принимают наличие таких элементов, как дымовая труба, вытяжка. Все это необходимо для того, чтобы произвести качественную установку приборов и трубопровода для доставки природного газа.
Эквивалентное значение диаметра
Применяют при проведении расчетов нецилиндрических трубопроводных систем (овального или прямоугольного сечения). Эквивалентное значение диаметра соответствует параметрам трубопроводной сети с круглым сечением, при условии одинаковой длины. Для проведения расчетов используют формулу:
dэ = 4FP
Для труб с цилиндрической формой эквивалентное и внутреннее поперечное сечение совпадает. Для открытых каналов эквивалентный диаметр рассчитывают путем подстановки данных:
dэ = 4FPс
Смоченным периметром выступает длина линии сопряжения транспортируемых сред со стенками трубопровода, влияющими на ограничение потока. Ниже представлены формы периметра для разных труб.
Местное сопротивление образуют трубопроводные элементы, где транспортируемые среды подвержены резкому образованию деформаций со сменой направления, скорости или завихрений. Этот процесс может быть вызван под действием задвижек, вентилей, поворотов и развилок труб.
Потери напора при местном трении рассчитывают через формулу:
Hмс=ζмс·[w2/(2g)]
Уровень потери напора при местном трении определяется скоростью и коэффициентом местного сопротивления (указан в табличных данных).
При суммировании приведенных выше формул получится общее уравнение, позволяющее определить напор насоса:
Итоги.
Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.
В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.
При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см2.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).
Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь. Другие статьи автора блога
Другие статьи автора блога
На главную
