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.

Расчёт домашнего водопровода

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

Здесь приведены параметры лишь наиболее часто используемой трубной продукции.

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.

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

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.

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.

Уравнение Навье — Стокса для вязких жидкостей

В более строгой формулировке линейная зависимость вязкого трения от изменения скорости движения жидкости называется уравнением Навье — Стокса. Оно учитывает сжимаемость жидкостей и газов и, в отличие от закона Ньютона, справедливо не только вблизи поверхности твёрдого тела, но и в каждой точке жидкости (у поверхности твёрдого тела в случае несжимаемой жидкости уравнение Навье — Стокса и закон Ньютона совпадают).

Любые газы, для которых выполняется условие сплошной среды, подчиняются и уравнению Навье — Стокса, т.е. являются ньютоновскими жидкостями.

Вязкость жидкости и газа обычно существенна при относительно малых скоростях, потому иногда говорят, что гидродинамика Эйлера — это частный (предельный) случай больших скоростей гидродинамики Навье — Стокса.

При малых скоростях в соответствии с законом вязкого трения Ньютона сила сопротивления тела пропорциональна скорости. При больших скоростях, когда вязкость перестаёт играть существенную роль, сопротивление тела пропорционально квадрату скорости (что впервые обнаружил и обосновал Ньютон).

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.

Как уменьшить давление

С проблемой высокого давления обычно сталкиваются жильцы нижних этажей многоэтажек, где для обеспечения нужного диапазона 0,3 — 6 атм. вверху приходится подавать воду с повышенным напором снизу. Чрезмерный напор в контуре приводит к ускоренному износу трубопроводной арматуры, неудобствам при пользовании смесительными приборами и санитарной техникой (повышенный шум в кранах).

Проблема в МКД решается довольно просто — чтобы снизить давление, вентилями на входе в квартиру от стояков ХВС или ГВС уменьшают сечение проходного канала.

Если в системе наблюдаются резкие перепады давления, для его снижения или стабилизации можно использовать редуктор. На приборе имеется регулятор, позволяющий понизить давление, выставив предельно допустимый напор на входе в квартиру (к примеру, показания в 2 или 3 атм.), пороговое значение которого не может быть превышено.

В автономном водоснабжении загородных домов проблема слишком высокого напора решается на этапе монтажа — на гидрореле подкручивают регулировочный винт, который понижает верхний порог его срабатывания.

Рис. 10 Повысительные насосы повышающие давление воды в водопроводе и их использование

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.

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.

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.

Актуальный вопрос, какой же диаметр трубопровода применить

Принципиальная схема пароконденсатного тракта выглядит так. Работает котельная установка, которая вырабатывает пар,определенного параметра в определенном количестве. Далее открывается главная паровая задвижка и пар поступает в пароконденсатную систему, двигаясь в сторону потребителей. И тут появляется актуальный вопрос, какой же диаметр трубопровода применить?
Если взять трубу слишком большого диаметра, то это грозит:

1. Увеличение стоимости монтажа
2. Большие потери тепла в окружающую среду
3. Большое количество конденсата, а значит и большое количество конденсатных карманов, конденсатоотводчиков, вентилей и тп

Если взять трубу слишком малого диаметра, то это грозит:

1. Потеря давления ниже расчётного
2. Повышенной скоростью пара, шумы в паропроводе
3. Эрозийный износ, более частая замена оборудования из-за гидроударов

Расчёт диаметра паропровода

Существует два метода для выбора диаметра паропровода: первый это метод падения давления, а второй более простой и его применяет большинство из нас – метод скоростей.

Для того что бы вы не тратили своё время на поиск таблицы по расчёту методом скоростей, мы для вашего удобства выложили на этой странице эту информацию. Опубликованные рекомендации взяты из каталога завода изготовителя промышленной трубопроводной арматуры АДЛ .

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.

Актуальный вопрос, какой же диаметр трубопровода применить?

Принципиальная схема пароконденсатного тракта выглядит так. Работает котельная установка, которая вырабатывает пар,определенного параметра в определенном количестве. Далее открывается главная паровая задвижка и пар поступает в пароконденсатную систему, двигаясь в сторону потребителей. И тут появляется актуальный вопрос, какой же диаметр трубопровода применить?

Если взять трубу слишком большого диаметра, то это грозит:

1. Увеличение стоимости монтажа
2. Большие потери тепла в окружающую среду
3. Большое количество конденсата, а значит и большое количество конденсатных карманов, конденсатоотводчиков, вентилей и тп

Если взять трубу слишком малого диаметра, то это грозит:

1. Потеря давления ниже расчётного
2. Повышенной скоростью пара, шумы в паропроводе
3. Эрозийный износ, более частая замена оборудования из-за гидроударов

Расчёт диаметра паропровода

Существует два метода для выбора диаметра паропровода: первый это метод падения давления, а второй более простой и его применяет большинство из нас – метод скоростей.

Для того что бы вы не тратили своё время на поиск таблицы по расчёту методом скоростей, мы для вашего удобства выложили на этой странице эту информацию. Опубликованные рекомендации взяты из каталога завода изготовителя промышленной трубопроводной арматуры АДЛ .

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

Скорость течения жидкости равна

где q > расчетный расход жидкости, м3/с;

– площадь живого сечения трубы, м2.

Коэффициент сопротивления трения λ определяется в соответствии с регламентами свода правил СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования»:

где b – некоторое число подобия режимов течения жидкости; при b > 2 принимается b = 2.

где Re – фактическое число Рейнольдса.

где ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м²/с. При расчетах холодных водопроводов принимается равным 1,31 · 10-6 м²/с – вязкость воды при температуре +10 °С;

Reкв >- число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений.

где Кэ – гидравлическая шероховатость материала труб, м. Для труб из полимерных материалов принимается Кэ = 0,00002 м, если производитель труб не дает других значений шероховатости.

В тех случаях течения, когда Re ≥ Reкв, расчетное значение параметра b становится равным 2, и формула ( 4 ) существенно упрощается, обращаясь в известную формулу Прандтля:

При Кэ = 0,00002 м квадратичная область сопротивлений наступает при скорости течения воды (ν= 1,31 · 10-6 м²/с), равной 32,75 м/с, что практически недостижимо в коммунальных водопроводах.

Для повседневных расчетов рекомендуются номограммы, а для более точных расчетов – «Таблицы для гидравлических расчетов трубопроводов из полимерных материалов», том 1 «Напорные трубопроводы» (А.Я. Добромыслов, М., изд>во ВНИИМП, 2004 г.).

При расчетах по номограммам результат достигается одним наложением линейки – следует прямой линией соединить точку со значением расчетного диаметра на шкале dр с точкой со значением расчетного расхода на шкале q (л/с), продолжить эту прямую линию до пересечения со шкалами скорости V и удельных потерь напора 1000 i (мм/м). Точки пересечения прямой линии с этими шкалами дают значение V и 1000 i.

Как известно, затраты электроэнергии на перекачку жидкости находятся в прямой пропорциональной зависимости от величины Н (при прочих равных условиях). Подставив выражение ( 3 ) в формулу ( 2 ), нетрудно увидеть, что величина i (а, следовательно и Н) обратнопропорциональна расчетному диаметру dр в пятой степени.

Выше показано, что величина dр зависит от толщины стенки трубы e: чем тоньше стенка, тем выше dр и тем, соответственно, меньше потери напора на трение и затраты электроэнергии.

Если в дальнейшем по каким-либо причинам меняется значение MRS трубы, ее диаметр и толщина стенки (SDR) должны быть пересчитаны.

Следует иметь в виду, что в целом ряде случаев применение труб с MRS 10 взамен труб с MRS 8, тем более труб с MRS 6,3 позволяет на один размер уменьшить диаметр трубопровода. Поэтому в наше время применение полиэтилена РЕ 80 (MRS и PE 100 (MRS 10) взамен полиэтилена РЕ 63 (MRS 6,3) для изготовления труб позволяет не только уменьшить толщину стенки труб, их массу и материалоемкость, но и снизить затраты электроэнергии на перекачку жидкости (при прочих равных условиях).

В последние годы (после 2013) трубы изготовленные из полиэтилена ПЭ80 практически полностью вытеснены из производства трубами изготовленные из полиэтилена марки ПЭ100. Объясняется это тем, что сырье из которого производятся трубы поставляется из-за границы маркой ПЭ100. А еще тем, что полиэтилен 100 марки имеет более прочностные характеристики, благодаря чему, трубы выпускаются с теми же характеристиками, что трубы из ПЭ80, но с более тонкой стенкой, за счет чего увеличивается пропускная способность полиэтиленовых трубопроводов.

Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметрами 6 , 100 мм.

Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметрами 100 , 1200 мм.

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:

Какое давление воды в водопроводе многоквартирного дома

В правительственном постановлении РФ от 6 мая 2011 г № 354, регламентирующем порядок предоставления коммунальных услуг гражданам, проживающих в МКД или использующих в них помещения для различных целей, оговорено максимальное и минимальное давление в магистрали горячего (ГВС) и холодного (ХВС) водоснабжения.

Общепринятым считается напор холодной воды в точке водозабора от 0,03 МПа (0,3 кгс/см2, атм., бар) до 0,6 МПа (6 кгс/см2, атм. бар).

Для водоразборных колонок, которыми могут пользоваться жильцы при отсутствии водопроводных коммуникаций, установлен минимальный напор в 0,1 Мпа (1 кгс/см2).

Для горячего водоснабжения существующие нормативы в водоразборной точке чуть ниже ХВС и находятся в границах от 0,03 Мпа (0,3 кгс/см2) до 0,45 Мпа (4,5 кгс/см2).

Приведенные нормативы распространяются на часы максимального забора утром с 7.00 до 9.00 и вечером с 19.00 до 22.00., то есть в то время, когда объемы потребления из магистрали имеют наивысший показатель.

Рис. 4 Нормы расхода на одного жильца домов квартирного типа по СНиП 2.04.01-85*

Свободный напор

Понятно, что давление во внутреннем квартирном водопроводе многоэтажек напрямую связано с его параметрами на входе, в СНиП 2.04.02-84 регламентированы его значения в наружных водоносных сетях, основные пункты документа:

• Согласно нормативам, давление в городском водопроводе населенных пунктов с учетом максимальных объемов потребления для хозяйственных и питьевых нужд на входе в здания принимают минимум 10 м (1 атм.). При расчетах требуемого напора на входе многоэтажек к каждому этажу прибавляют по 4 м.
• Если имеется возможность регулировки давления в магистральной сети на входе в здание, то допустимо принимать его добавление на каждый этаж по 3 м. Здания при этом должно быть оснащено резервуарами для хранения водных запасов.
• Если к наружным водопроводным сетям подключены здания разной этажности или построенные на возвышенностях, допустимо устанавливать местное насосное оборудование для увеличения напора в многоэтажках и сооружениях, возведенных на высотах.
• Так как водоразборные колонки подключены к наружным водоносным сетям и находятся на высоте домовых вводов, размещенных на уровне земли, минимальный напор в них принимают равным 10 м.
• Предельный показатель входного напора в здания для водоподающих сетей хозяйственного и питьевого назначения не должен быть выше 60 м.
• Если к наружной водопроводной сети с давлением в трубах 60 м подключают отдельные здания или районы, для компенсации избыточного напора используют регуляторы или систему водоподачи разбивают на зоны.
• Помимо водоподающих сетей для хозяйственно-бытовых нужд и питьевого назначения, в населенных пунктах прокладывают противопожарные линии низкого и высокого давления.
• Для противопожарных трубопроводов низкого давления принимают напор не менее 10 м. Если ветви хозяйственно-питьевого и противопожарного назначения объединяют, максимальный уровень напора не должен быть выше 60 м.

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)

Как повысить напор

В квартире или доме коттеджного типа напор в трубопроводе можно повысить единственным способом — установкой в магистраль специального повысительного насоса.

Агрегат своими лопастями рабочего колеса будет проталкивать воду по трубам с повышенной скоростью, создавая при этом в магистрали повышенное давление.

В многоэтажках МКД может возникнуть ситуация, когда применение повысительного электронасоса в квартире приведет к откачиванию воды из стояков потребителей вышерасположенных или нижних этажей. Чтобы избежать жалоб от соседей и возможных неприятностей один из вариантов — установить в квартире накопительную емкость. В нее монтируют поплавковый выключатель, имеющий внутри связанный с рычагом автоматический запорный клапан и подсоединяют входной патрубок к водопроводу. После наполнения резервуара водой поплавок поднимается и перекрывает водоподачу (принцип работы аналогичен системе наполнения унитазов).

Так как накопительная емкость не всегда может обеспечить требуемый напор в квартире, в линию дополнительно монтируют повысительный насос, автоматически включающийся при напоре в трубопроводе 0,2 или 0,3 бара.

Рис. 11 Замер напора в квартире

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.

Критерий Рейнольдса

Такую зависимость вывел английский физик и инженер Осборн Рейнольдс (1842 — 1912).

Критерий, который помогает ответить на вопрос, есть ли необходимость учитывать вязкость, является число Рейнольдса Re. Оно равно отношению энергии движения элемента текущей жидкости к работе сил внутреннего трения.

Рассмотрим кубический элемент жидкости с длиной ребра n. Кинетическая энергия элемента равна:

Согласно закону Ньютона, сила трения, действующая на элемент жидкости, определяется так:

Работа этой силы при перемещении элемента жидкости на расстояние n составляет

а отношение кинетической энергии элемента жидкости к работе силы трения равно

Сокращаем и получаем:

Re — называется числом Рейнольдса.

Таким образом, Re — это безразмерная величина, которая характеризует относительную роль сил вязкости.

Например, если размеры тела, с которым соприкасаются жидкость или газ, очень малы, то даже при небольшой вязкости Re будет незначительно и силы трения играют преобладающую роль. Наоборот, если размеры тела и скорость велики, то Re >> 1 и даже большая вязкость почти не будет влиять на характер движения.

Однако не всегда большие числа Рейнольдса означают, что вязкость не играет никакой роли. Так, при достижении очень большого (несколько десятков или сотен тысяч) значения числа Re плавное ламинарное (от латинского lamina — «пластинка») течение превращается в турбулентное (от латинского turbulentus — «бурный», «беспорядочный»), сопровождающееся хаотическими, нестационарными движениями жидкости. Этот эффект можно наблюдать, если постепенно открывать водопроводный кран: тонкая струйка течёт обычно плавно, но с увеличением скорости воды плавность течения нарушается. В струе, вытекающей под большим напором, частицы жидкости перемещаются беспорядочно, колеблясь, всё движение сопровождается сильным перемешиванием.

Появление турбулентности весьма существенно увеличивает лобовое сопротивление. В трубопроводе скорость турбулентного потока меньше скорости ламинарного потока при одинаковых перепадах давления. Но не всегда турбулентность плоха. В силу того что перемешивание при турбулентности очень значительно, теплообмен — охлаждение или нагревание агрегатов — происходит существенно интенсивнее; быстрее идёт распространение химических реакций.

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.

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.