Онлайн-калькулятор потерь напора в зависимости от расхода жидкости и сечения трубопровода

Гидравлический расчет трубопроводов позволяет вычислить расход воды (пропускную способность), длину участка, его внутреннее сечение и падение напора, сравнить с рекомендуемыми параметрами:

• Потери на 1 м участка, исходя из материала, составляют 80 — 250 Па/м или 8 — 25 мм водяного столба.
• Предельная скорость воды для внутренних диаметров варьирует: 1,5 см – 0,3 м/с, 2 см – 0,65 м/с, 2,5 см – 0,8 м/с, 3,2 см – 1 м/с, для других параметров она ограничивается пределом в 1,5 м/с.
• В противопожарных трубопроводах максимальная скорость движения воды равна 5 м/с.

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.

Как выполнить расчет

Прежде всего, определяемся с исходными данными, которые нужны для его выполнения:

• Толщина стенки водопроводных труб.
• Внутренний проходной диаметр.
• Номинальный размер проводящих элементов.
• Величина условного прохода трубопровода.

Учитываются также длина водопроводной сети и давление воды внутри системы. Следует отметить, что параметры горячего водоснабжения и отопления отличаются от таковых касательно водопровода холодного. Основные направления расхода воды загородного дома учитывают удовлетворение всех потребностей проживающих. При этом подсчет должен учитывать пиковые нагрузки на водопровод, когда одновременно происходит приготовление пищи, стирка машиной, полив огорода и прочие расходы жидкости. Именно для таких условий и рассчитывается диаметр трубы для водоснабжения, иначе живительной влаги может не доставать. На основании многолетних наблюдений за расходом воды установлено ее потребление в количестве 3 кубометра в час. Расчет размера трубы водопровода можно произвести, исходя из следующего соотношения: Q – расход жидкости, литров/ сек, его величина составляет 0,34; V – скорость потока жидкости, м/сек, максимальное значение составляет 1,5; S – площадь поперечного сечения трубы, м/сек.

Вооружившись школьным калькулятором, производим несколько преобразований и получаем результат: внутренний проходной диаметр должен быть не менее 18 миллиметров. Это результат расчета, его нужно округлить до ближайшего стандартного значения условного прохода (Ду), который составляет 20 мм. Однако есть более простая методика, при которой нет необходимости использовать калькулятор для каких-либо расчетов. Это простой подбор по таблице значений:

При пользовании данными таблицы следует понимать, что условный проход приблизительно равен внутреннему диаметру водогазопроводной трубы по ГОСТ 3262-80. У труб пластиковых этот показатель равен наружному диаметру. Что касается проходного размера, его следует принимать равным предыдущему показателю по шкале размеров. Так, пластиковая труба 50 будет иметь условный проход Ду 40.

Как видно из приведенного выше, сам по себе расчет прост, его можно воспроизвести для фактических условий с использованием простого калькулятора. Но проще всего найти в интернете нужную программу, представляющую собой специальный калькулятор для целевого расчета нужного параметра. В стартовую табличку этой программы вводятся фактические исходные данные после чего, нажатием кнопки, получается конечный результат. Расчет диаметра трубопровода по расходу чрез онлайн калькулятор дает наиболее достоверные результаты, пригодные для практического применения. Успехов вам!

Параметр номинального давления PN

Значение номинального давления PN (величины, соответствующей предельному уровню давления перекачиваемых сред при 20 °C), рассчитывают для определения длительной эксплуатации трубопроводной сети, имеющей заданные параметры. Параметр номинального давления — безразмерная величина, градуированная на основе практики эксплуатации.

Параметр номинального давления для конкретных трубопроводных систем подбирают, исходя из реального напряжения путем определения максимального значения. Полученным данным соответствуют фитинги и арматура. Для обеспечения нормальной эксплуатации систем, толщину стенок труб рассчитывают по номинальному давлению.

Стоимость установки систем водоснабжения

Стоимость установки систем водоснабжения

Допустимые параметры избыточного рабочего давления pe,zul

Номинальные параметры давления используют для рабочих сред температурой 20°C. При повышении уровня нагрева, способность противостояния нагрузкам снижается, что влияет на уменьшение допустимого избыточного давления. Показатель pe,zul определяет максимальный уровень избыточного напряжения, допускаемого при повышении значения температурного режима.

Два вида потерь напора

Потери напора принципиально делятся на два типа:

Потери напора: местные (обведены кружком) и по длине

1. Местные (на рисунке обведены красным)
2. Потери по длине (на рисунке подчеркнуты зеленым)

Местные потери конкретно на данном рисунке: поворот, задвижка (условное обозначение по ГОСТ – «бантик»), еще один поворот и внезапное (т.е. не плавное) расширение.

Потери по длине здесь – это потери на прямолинейных участках l1, l2, l3, l4.

Выбор материала

Подбор материала производится на основе характеристик сред, транспортируемых по трубопроводной линии и рабочего давления, предусмотренного для данной системы. Следует помнить о корродирующем действии перекачиваемых сред, относительно материала стенок трубопроводной сети. Обычно трубы и химические системы изготавливают из стали. При отсутствии высокого механического и корродирующего воздействия при разработке труб используют серый чугун или нелегированную конструкционную сталь.

При высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с коррозийным образованием используют трубы из высококлассной стали или технологию ее литья. При высоком корродирующем действии или предъявлении к чистоте продуктов высоких требований, трубы разрабатывают из нержавейки.

Для повышения устойчивости к действию морской воды применяют медно-никелевый состав. Допускается использование алюминиевых сплавов, тантала или циркония. Хорошо распространены пластиковые составы, устойчивые к коррозийным образованиям. Они обладают малым весом и просты в обработке, что выступает идеальным решением для обустройства канализационных систем.

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

• диаметры (ДУ внутреннего сечения),
• потери напора на рассчитываемом участке,
• скорость гидропотока,
• максимальное давление,
• влияние поворотов и затворов в системе,
• материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave ( https://water-save.com/ ), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

В данной формуле водорасхода:

• под q принимается расход в л/с,
• V – определяет скорость гидропотока в м/с,
• d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

• длину трубопровода (L),
• коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
• вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов. Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

способа расчёта сопротивления, материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии, внутреннего диаметры, длины участка, падения напора на каждый метр трубопровода.

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

• новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
• с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
• с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

Типы соединений

Для монтажа отдельных элементов трубопроводных элементов и фитингов, арматуры и аппаратов, служат специальные соединительные детали, подбираемые, исходя из ряда параметров:

1. материала для разработки трубопровода и фасонных деталей (главным критерием их выбора выступает возможность сварки);
2. условий эксплуатации: при низком или высоком давлении, температурном режиме;
3. рекомендаций производителя;
4. включения разъемных или неразъемных соединительных деталей.

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.

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»)!!!

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

• Гидравлическое сопротивление
• Расчет трубопровода с параллельными участками

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.

Измерение труб с помощью фотосъемки (метод копирования)

Этот нестандартный метод применяется при полной недоступности к трубе любого размера. К измеряемой трубе прикладывают линейку или любой другой предмет, размеры которого заранее известны любому мастеру (часто в этом случае используют спичечный коробок, длина которого составляет 5 см, или монету). Далее этот участок трубы с приложенным предметом фотографируют (кроме фотоаппарата в современных условиях доступно использование и мобильного телефона). Следующие вычисления размеров производятся по фотоснимкам: на снимке измеряют визуальную толщину в мм, а затем переводят ее в реальные значения, учитывая масштаб фотографий.

Компенсаторы расширения трубопроводных сетей

Отводы

Специальные отводы, ввариваемые в трубопроводную сеть, компенсируют естественный показатель линейного расширения изделий. Этому способствует выбор компенсирующих U-образных, Z-образных и угловых отводов, лирных компенсаторов.

Они предназначены для принятия линейного расширения труб за счет деформирования, но для данной технологии предусмотрен ряд ограничений. В трубопроводных магистралях с повышенным уровнем давления для компенсации расширения служат колени под разным углом. Напряжение, предусмотренное в отводах, способствует усилению коррозийного действия.

Волнистые компенсаторы

Изделия представлены тонкостенными гофротрубами из металла, называемыми сильфоном и растягиваемым в направлении трубопроводной линии. Их монтируют в трубопроводной сети, предварительный натяг служит для компенсации расширения.

Выбор осевых компенсаторов позволяет обеспечить расширение по поперечному сечению. Внутренние направляющие кольца предупреждают боковое смещение и внутреннее загрязнение. Для защиты труб от внешнего воздействия служит специальная облицовка. Компенсаторы, не включающие в конструкцию внутреннего направляющего кольца, способствуют поглощению боковых сдвигов и вибрации, исходящей от насосных систем.

Как определить показатель падения водяного напора

Рассчитать расход жидкости можно, не только учитывая сечение труб, но и зная уровень падения давления. Потерю напора вычисляют по формуле, которую можно найти самостоятельно. Единственного вычисления не существует, для этого есть разные варианты.

Уменьшение просвета влияет на потерю некоторых показателей. К примеру, скорость новых труб и старых из металла будет разной, потому что диаметр конструкции будет отличаться. Показатель сопротивления внутри сети также будет разным.

Наличие поворотов, перепадов объема при монтаже арматуры для затвора, силы трения влияют на потерю скорости.

Скорость потока можно вычислить после проведения точных измерений и подготовки.

Простые методы в данном случае могут не подойти, лучше обратиться к специалистам либо применить онлайн – калькулятор.

Сделав все расчеты, можно обеспечить эффективную работу водопроводной и отопительной системы.

Источник

Изоляционная защита

Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:

1. до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
2. до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
3. 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.

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.

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·(l/d1)·(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

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 минутуПримерное количество воды, исчисляемое в м3 за час
20 15 0,9 25 30 1,8 32 50 3 40 80 4,8 50 120 7,2 63 190 11,4

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

Watch this video on YouTube

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

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.

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 = 4F/P

Для труб с цилиндрической формой эквивалентное и внутреннее поперечное сечение совпадает. Для открытых каналов эквивалентный диаметр рассчитывают путем подстановки данных:

dэ = 4F/Pс

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:

Расчет потери давления в воздуховодах в системе вентиляции

Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.

Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:

где R — потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l — длина воздуховода в метрах, z — потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).

1. Потери на трение:

В круглом воздуховоде потери давления на трение P тр считаются так:

где x — коэффициент сопротивления трения, l — длина воздуховода в метрах, d — диаметр воздуховода в метрах, v — скорость течения воздуха в м/с, y — плотность воздуха в кг/куб.м., g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)

2. Потери на местные сопротивления:

Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:

где Q — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v — скорость течения воздуха в м/с, y — плотность воздуха в кг/куб.м., g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.

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 = √(4Q/Πw)

Гидравлический расчет в системах с естественной циркуляцией

Алгоритм проведения вычисления также может меняться в зависимости от типа системы. Различают два основных вида:

1. Естественная циркуляция – самостоятельное движение воды за счета изначального параметра напора (его также называют располагаемым).
2. Принудительная циркуляция – системы, в которых жидкость передвигается за счет работы дополнительных насосов и механизмов.

Естественно, что в зависимости от конкретной конструкции описываемый в статье параметр может изменяться. Однако существуют следующие рекомендации по созданию систем трубопроводов с естественной циркуляцией:

1. Максимальная длина горизонтальных участков – не более двадцати метров.
2. Рекомендуемый диаметр магистральный трубы – 5 см.
3. Рекомендуемое значение диаметра каждой тридцать пятой секции – 5 см.
4. При расчете на каждые десять метров требуется дополнительно прибавлять половину диаметра трубы к ее размерам в вычислениях – это требуется для снижения скорости носителя тепла и нивелирования потерь напора за счет трения.

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.

Соответствие диаметра труб объему носителя

В качестве теплоносителя в большинстве систем отопления используется вода. Она нагревается центральным котлом. В качестве источника энергии используется газ, электричество, горючие жидкости или твердое топливо. Этот узел – сердце системы отопления. Обогревательный узел, магистрали, запоры и отдающие тепло радиаторы образуют сложную схему, в которой каждый элемент должен быть скрупулезно выверен. Прогнозирование энергетических затрат и необходимой мощности котла, расчет трубы отопления, выбор носителя и типа топлива оптимизируют расходы при строительстве и эксплуатации. Изначальная предусмотрительность застрахует от скорого ремонта и необходимости доработки уже запущенной в действие отопительной магистрали.

Устройство автономной системы отопления

Расчет труб для отопления частного дома можно заказать профессионалам, доверившись опыту. Самостоятельно вывести показатели помогают сантехнические «калькуляторы»: программы, производящие расчет трубы для отопления, предлагаются на сайтах производителей и магазинов. В калькуляторы заложены усредненные показатели типовых радиаторов и труб: владельцу нужно указать метраж, высоту потолков и тип постройки, чтобы система сама сделала расчет регистров из гладких труб для отопления или емкости котла. Недостаток калькуляторов в предварительной настройке под нужды конкретного сервиса. Вряд ли владельцы портала разместят программу, которая рекомендует продукцию конкурентов, даже если основанный на реальных характеристиках расчет сечения трубы отопления это предусматривал.

Примеры номограмм

При выборе параметров труб и материала для разработки, специалисты ориентируются на технологические и конструктивные требования, предъявляемые в конкретной ситуации. Для стандартизации габаритов их классифицируют и унифицируют, с учетом допустимого для эксплуатации давления.

Подбор оптимального диаметра трубопровода

Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.

Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:

При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).

Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид: