Гидравлический расчет водопровода: простые методы

Гидравлический расчет водопровода: простые способы

Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие конкретно как раз параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сходу оговорим: данный материал ориентирован в первую очередь на обладателей маленьких частных домов; соответственно, такие параметры, как возможность одновременного применения всех сантехнических устройств в здании, нам определять не требуется.

Что рассчитывается

Гидравлический расчет внутреннего водопровода сводится к определению следующих параметров:

  1. Расчетного расхода воды на отдельных участках водопровода.
  2. Скорости потока воды в трубах.

Подсказка: для внутренних водопроводов нормой считаются скорости от 0,7 до 1,5 м/с. Для пожарного водопровода допустима скорость до трех метров/с.

  1. Оптимального диаметра водопровода, снабжающего приемлемое падение напора. Как вариант – может определяться утрата напора при известном диаметре каждого участка. В случае если с учетом утрат напор на сантехнических устройствах будет меньше нормированного, локальная сеть водоснабжения испытывает недостаток в установке подкачки.

Расход воды

Нормативы расхода воды отдельными сантехническими устройствами возможно найти в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85, регламентирующему сооружение внутренних канализационных сетей и водопроводов. Приведем часть соответствующей таблицы.

ПриборРасход ХВС, л/сНеспециализированный расход (ХВС и ГВС), л/с
Умывальник (водоразборный кран)0,100,10
Умывальник (смеситель)0,080,12
Мойка (смеситель)0,080,12
Ванна (смеситель)0,170,25
Душевая кабинка (смеситель)0,080,12
Унитаз со сливным бачком0,100,10
Унитаз с краном прямой подачи воды1,41,4
Кран для полива0,30,3

При предполагаемого одновременного применения нескольких сантехнических устройств расход суммируется. Так, в случае если в один момент с применением туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором – будет в полной мере логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

Особенный случай

Для пожарных водопроводов действует норма расхода в 2,5 л/сна одну струю. Наряду с этим расчетное количество струй на один пожарный гидрант при пожаротушении в полной мере предсказуемо определяется его площадью и типом здания.

Параметры зданияКоличество струй при тушении пожара
Жилое здание в 12 – 16 этажей1
То же, при длине коридора более 10 метров2
Жилое здание в 16 – 25 этажей2
То же, при длине коридора более 10 метров3
Здания управления (6 – 10 этажей)1
То же, при объеме более 25 тыс. м32
Здания управления (10 и более этажей, количество до 25000 м3)2
То же, количество больше 25 тыс. м33
Публичные сооружения (до 10 этажей, количество 5 – 25 тыс. м3)1
То же, количество больше 25 тыс. м32
Публичные сооружения (более 10 этажей, количество до 25 тыс. м3)2
То же, количество больше 25 тыс. м33
Администрации фирм (количество 5 – 25 тыс. м3)1
То же, количество более 25000 м32

Скорость потока

Предположим, что наша задача – гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам необходимо выяснить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость перемещения потока через трубопровод (напомним, 0,7-1,5 м/с).

Формулы

Расход воды, скорость ее потока и размер трубопровода увязываются между собой следующей последовательностью формул:

  • S – площадь сечения трубы в квадратных метрах;
  • ? – число “пи”, принимаемой равным 3,1415;
  • r – радиус внутреннего сечения в метрах.

Полезно: для металлических и чугунных труб радиус в большинстве случаев принимается равным половине их ДУ (условного прохода). У многих пластиковых труб внутренний диаметр на ход меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний примерно равен 32 мм.

  • Q – расход воды (м3);
  • V – скорость водяного потока (м/с) ;
  • S &очень плохо;#8212; площадь сечения в квадратных метрах.

Пример

Давайте выполним гидравлический расчет пожарного водопровода для одной струи с расходом 2,5 л/с.

Как мы уже узнали, в этом случае скорость водяного потока ограничена м/с.

  1. Пересчитываем расход в единицы СИ: 2,5 л/с = 0,0025 м3/с.
  2. Вычисляем по второй формуле минимальную площадь сечения. При скорости в 3 м/с она равна 0,0025/3=0,00083 м3.
  3. Рассчитываем радиус внутреннего сечения трубы: r^2 = 0,00083/3,1415 = 0,000264; r = 0,016 м.
  4. Внутренний диаметр трубопровода, так, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, либо 32 миллиметра. Это соответствует параметрам металлической трубы ДУ32.

Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в громадную сторону. Цена труб с диаметром, отличающимся на ход, различается не через чур очень сильно; в это же время уменьшение диаметра на 20% влечет за собой практически полуторакратное падение пропускной свойстве водопровода.

Несложный расчет диаметра

Для стремительного расчета может употребляться следующая таблица, конкретно увязывающая расход через трубопровод с его размером.

Расход, л/сМинимальный ДУ трубопровода, мм
0,210
0,615
1,220
2,425
432
640
1050

Утрата напора

Формулы

Инструкция по расчету утраты напора на участке известной длины достаточно несложна, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при жажде их возможно отыскать в справочниках.

Формула имеет форму H = iL(1+K).

  • H – искомое значение утраты напора в метрах.

Справка: избыточное давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) при атмосферном давлении соответствует водяному столбу в 10 метров. Для компенсации падения напора в 10 метров, так, давление на входе в водораспределительную сеть необходимо поднять на 1 кгс/см2.

  • i – гидравлический уклон трубопровода.
  • L – его протяженность в метрах.
  • K – коэффициент, зависящий от назначения сети.

Кое-какие элементы формулы очевидно требуют комментариев.

Несложнее всего с коэффициентом К. Его значения заложены в уже упоминавшийся нами СНиП за номером 2.04.01-85:

Назначение водопроводаЗначение коэффициента
Хозяйственно-питьевой0,3
Производственный, хозяйственно-противопожарный0,2
Производственно-противопожарный0,15
Противопожарный0,1

А вот с понятием гидравлического уклона намного сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает перемещению воды.

Гидравлический уклон зависит от трех параметров:

  1. Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  2. Диаметра трубы. Тут зависимость обратная: уменьшение сечения ведет к росту гидравлического сопротивления.
  3. Шероховатости стенок. Она, со своей стороны, зависит от материала трубы (сталь владеет менее ровной поверхностью если сравнивать с полипропиленом либо ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (известковые отложения и ржавчина увеличивают шероховатость).

К счастью, проблему определения гидравлического уклона всецело решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для различных материалов, скоростей и диаметров потока; помимо этого, таблица содержит коэффициенты поправок для ветхих труб.

Уточним: поправки на возраст не требуются всем типам полимерных трубопроводов. Металлопластик, полипропилен, простой и сшитый полиэтилен не меняют структуру поверхности целый период эксплуатации.

Размер таблиц Шевелева делает неосуществимой их публикацию полностью; но для ознакомления мы приведем маленькую выдержку из них.

Вот справочные данные для пластиковой трубы диаметром 16 мм.

Расход в литрах в секундуСкорость в метрах в секунду1000i (гидравлический уклон для протяженности в 1000 метров)
0,080,7184
0,090,8103,5
0,10,88124,7
0,131,15198,7
0,141,24226,6
0,151,33256,1
0,161,41287,2
0,171,50319,8

При расчете падения напора необходимо учитывать, что большинство сантехнических устройств для обычной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для обычной работы избыточного давления, равного как минимум 0,3 кгс/см (3 метра напора).

Но: на практике лучше закладывать в расчет пара большее избыточное давление – 0,5 кгс/см2. Запас нужен для компенсации неучтенных утрат на подводках к устройствам и их собственного гидравлического сопротивления.

Примеры

Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

Предположим, что нам необходимо вычислить утрату напора в домашнем пластиковом водопроводе диаметром 15 мм при его длине в 28 метров и максимально допустимой скорости потока воды, равной 1,5 м/с.

  1. Гидравлический уклон для длины в 1000 метров будет равным 319,8. Потому, что в формуле расчета падения напора употребляется i, а не 1000i, это значение направляться поделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  2. Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  3. Формула в целом купит вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

Так, избыточное давление в 0,5 атмосферы на концевом сантехническом приборе мы будем иметь при давлении в магистральном водопроводе в 0,5+1,164=1,6 кгс/см2. Условие в полной мере выполнимо: давление в магистрали в большинстве случаев не ниже 2,5 – 3 атмосфер.

К слову: опробования водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3. Акт гидравлических опробований водопровода обязан включать отметки как об их длительности, так и об испытательном давлении.

А сейчас давайте выполним обратный расчет: определим минимальный диаметр пластикового трубопровода, снабжающего приемлемое давление на концевом смесителе для следующих условий:

  • Давление в автостраде образовывает 2,5 атмосферы.
  • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
  • Переходы диаметра отсутствуют: целый внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
  • Пиковый расход воды образовывает 0,2 литра в секунду.

  1. Допустимая утрата давления образовывает 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  2. Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  3. Формула, так, будет иметь вид 20=iх144х(1+0,3). Несложный расчет даст значение i в 0,106. 1000i, соответственно, будет равным 106.
  4. Следующий этап – поиск в таблице Шевелева диаметра, соответствующего 1000i = 106 при искомом расходе. Ближайшее значение – 108,1 – соответствует диаметру полимерной трубы в 20 мм.

Заключение

Сохраняем надежду, что не переутомили глубокоуважаемого читателя избытком формул и цифр. Как уже упоминалось, нами приведены предельно простые схемы расчетов; специалисты вынуждены применять куда более сложные решения. Как в большинстве случаев, дополнительная тематическая информация найдется в видео в данной статье. Удач!

Гидравлический расчет внутреннего водопровода

Основным назначением гидравлического расчета водопроводной сети является определение наиболее экономичных диаметров трубопровода для пропуска расчетных расходов воды, а также условий, обеспечивающих подачу воды ко всем потребителям в необходимом количестве и с наименьшими потерями напора. Расчет выполняют в следующей последовательности:

1) Подсчитывается жилая площадь всего дома

где Fэт – сумма площадей жилых комнат одного этажа (подсчитывается по плану типового этажа);

n – количество этажей.

2) Количество людей, проживающих в данном доме,

где U – количество человек;

f – санитарная норма площади на одного человека, f=12 м 2

3) Определяется количество санитарно-технических приборов в доме, (по плану типового этажа).

4) Подсчитывается вероятность одновременного открытия приборов в доме по формуле

где Qч – норма водопотребления холодной воды в часы наибольшего потребления, берется по СНиП в зависимости от способа приготовления горячей воды (таблица 3 приложения),

q– удельный расход воды водоразборных устройств, (таблица 3 приложения).

4) Далее расчет ведется по участкам. Для каждого участка вычисляются расчетные расходы на участках по формуле

Q=5 q α,

где α – безразмерная величина, берется по таблице 1 приложения в зависимости от произведения РN

5) Назначая скорость 1м/с (по данным проектных организаций скорости воды во внутреннем водопроводе в пределах 0,9-1,2 м/с), определяется диаметр трубы по формуле

d= ,

согласно сортаменту труб принимается стандартный диаметр.

6) По таблице 2 приложения в зависимости от значения стандартного диаметра и расхода воды на участке уточняются скорость и уклон

7) Определяются потери напора по длине рассматриваемого участка по зависимости

где l– длина участка.

Расчет для исходных данных приведен ниже

1) Fжил =117,2·3=351,6 м 2 (с плана типового этажа)

2) U=351,6/12=29 человек

3) N=24 (с плана типового этажа)

Т.к. способ приготовления горячей воды задан газовый, принимаем

q =0,3л/с, Qч=10,5л/ч. Далее проводим гидравлический расчет трубопровода по участкам, показанным на аксонометрической схеме (рисунок 1.3),

В1

Рисунок 1.1. План типового этажа, М 1:100

В1

Рисунок 1.2. План подвала, М 1:100

Рисунок 1.3. Аксонометрическая схема внутреннего водопровода, М1:100

d= = = =0,022 м

Принимаем d=20мм, тогда

V= ·8,4+0,93=1,190 м/с

1000i= ·8,4+153=245,4

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0246 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·7,7+0,75=0,896 м/с

1000i= ·7,7+74,8=104,21

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0264 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·5,1+0,94=1,037м/с

1000i= ·5,1+113=136,46

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,304 м

Принимаем d=32мм, тогда

V= ·2,6+0,73=0,759м/с

1000i= ·2,6+49,5=53,1

Потери напора по длине участка:

Принимаем диаметр трубы на один больше предыдущего участка d=40мм. тогда

V= ·2,6+0,56=0,759м/с

1000i= ·2,6+24,6=26,4

Определяем потери напора по длине участка:

Таким образом, для устройства ввода применяются стальные трубы с противокоррозийной битумной изоляцией диаметром 40 мм.

Расчет сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Гидравлический расчет внутреннего водопровода

№ уч-каКол-во водоразборных приборов, NРNαРасчетный расход на уч-кеQ, л/сДиаметр трубопровода d, ммДлина расчетного уч-ка l, мСкорость движводыv, м/сУклон iПотеринапора по длине hi, м
1-240,040,2560,3842031,1900,2450,735
2-380,080,3180,4772530,8960,1040,312
3-4120,120,3670,551256,81,0370,1360,925
4-вв240,240,4850,726323,80,7590,05311,28
∑h1= 3,252
ввод240,240,4850,72640200,5810,0260,52
Читайте также:  Пластиковые бочки для душа: квадратные, прямоугольные и цилиндрические изделия. Характеристики

Вычисляется величина общего напора, требуемого для внутреннего водопровода с учетом геометрической высоты подачи воды до диктующего водоразборного устройства согласно формуле:

где Hг – геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

hпл – планировочная высота (превышение пола первого этажа над поверхностью земли);

п – количество этажей;

hпр – высота расположения диктующего прибора над полом;

∑ h – потери напора в сети, это сумма местных потерь напора, потерь по длине, потерь на вводе, потерь в водомерном узле:

где ∑h1– сумма потерь напора по длине расчетных участков (в таблице гидравлического расчета);

hм– местные потери напора, принимаются в размере 30% от потерь напора по длине, hм=0,3 ∑h1;

hвв – потери напора на вводе, hвв=ilвв (в таблице гидравлического расчета);

hвод– потери в водомерном узле, находятся по формуле

где S – гидравлическое сопротивление водомера, выбирается из таблицы в зависимости от калибра водомера (таблица 5 приложения);

Q – расчетный (максимальный) расход воды в здании, л/с. При этом расчетный расход не должен превышать максимального кратковременного расхода для данного калибра водомера (таблица 4 приложения). Потери напора в водомерах, учитывающих расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, не должны превышать допустимых величин: для крыльчатых водомеров – 2,5 м, для турбинных – 1м;

h – свободный напор у прибора, зависит от вида прибора. Максимальный свободный напор для унитаза со смывным бачком принимаетсяh=5м.

Для рассматриваемого случая, подсчитывается геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

Для определения потерь напора в сети, из таблицы гидравлического расчета выписываются ∑h1=3,252м и hвв=0,52м, тогда местные потери hм=0,3∑h1=0,3·3,252=0,9765м. По значению расхода Q=0,726л/с подбираем водомер (таблица 4 приложения). Подошел водомер ВК30 (крыльчатый, калибр 30), для него сопротивление S=1,3 (таблица 5 приложения). Тогда потери в водомере hвод=SQ 2 =1,3·(0,726) 2 =0,6852м, что удовлетворяет условию 0,5м

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10411 – | 7676 – или читать все.

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

Гидравлический расчет водопровода – совокупность вычислений, производимых на этапе проектирования здания (многоэтажного дома, коттеджа). Роль данного вида работ очень важна – неправильно спроектированная система водоснабжения не будет нормально функционировать. Выражаться это может в слабом напоре воды на верхних этажах высоток и в частых прорывах подвальных коммуникаций из-за высокого давления ввода.

Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей

Основными целями гидравлического расчета системы водоснабжения здания являются:

  • вычисление максимального расхода воды на отдельных участках системы водоснабжения;
  • определение скорости перемещения воды в трубах;
  • расчет внутреннего диаметра труб для монтажа различных участков водопроводной сети;
  • вычисление потери напора воды при подаче ее из магистрального трубопровода на определенную высоту;
  • определение мощности насосного оборудования и целесообразности его использования с учетом произведенных расчетов.

Выполняются расчеты на основании данных и методик СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

В зависимости от целей различают два вида гидравлического расчета водопроводных сетей – проектный и поверочный (наладочный).

Проектный

Данный вид гидравлического расчета производится при проектировании системы водоснабжения здания. С его помощью определяют вид трубопроводов для различных участков сети, скорость потока в них.

Кроме вычислений данный вид расчета включает в себя схематическое расположение элементов внутреннего водопровода – узла ввода, подвальных коммуникаций, стояков, узлов водоразбора.

Поверочный

Основными целями данного вида гидравлического расчета является определение распределения потоков в системе водоснабжения, вычисление напора источников при заранее вычисленных внутренних диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

Результатами поверочного расчета являются:

  • водопотребление и потери напора на всех участках системы водоснабжения;
  • объем подачи воды от источника (магистрального водопровода, водонапорной башни или контррезервуара);
  • пьезометрические напоры в различных точках водоразбора.

Все полученные в результате данного расчета значения используют для проектирования расположения точек водоразбора – сантехнических приборов – внутри проектируемого здания.

Точный и достаточно быстрый наладочный расчет водопроводных сетей различной конфигурации (от простой тупикового водопровода до более сложной кольцевой системы) можно производить при помощи программ: «ГидроМодель», «Умная Вода», «WaterSupply», «Гидравлический расчет трубопровода».

Порядок проведения гидравлического расчета

Гидравлический расчет системы водоснабжения включает в себя следующие этапы:

  • Определение количества точек водоразбора – для этого по типовому плану здания определяют количество умывальников, ванн, унитазов в здании.
  • Составление схематического изображения (аксонометрической схемы) внутренней водопроводной сети – вручную или при помощи специального программного обеспечения составляется схема расположения стояков водоснабжения и подключаемых к ним сантехнических приборов. При этом для удобства дальнейшей работы каждый горячий и холодный водоснабжающий трубопровод отмечают различными цветами (красным и синим соответственно).
  • Разбиение водопроводной сети на отдельные расчетные горизонтальные и вертикальные участки, состоящие из трубопроводов и водоразборных узлов. Границами каждого участка является запорная арматура и сантехнические приборы.
  • Вычисление вероятности одновременного включения всех водоразборных узлов расчетного участка(P) – расчет значения данной величины производится по следующей формуле:

P=Q макс.вод ×U/Qприб.×N×3600;

где Q макс.вод –расход воды в часы с максимальным водопотреблением, л/ч на 1 жителя;

U – количество жителей, которых обеспечивают водой коммуникации и водоразборные узлы расчетного участка, чел;

Qприб. – нормативный расход через узел водоразбора в среднем составляющий 0,18 л/с;

N – количество входящих в расчетный участок узлов водоразбора (сантехнических приборов), шт;

3600 – коэффициент используемый для перевода литров в час в литры в секунду.

  • Определение максимального секундного расхода воды трубопроводом и водозаборными узлами расчетного участка по формуле:

Q макс.расх.вод= 5× Q в.приб×a; л/с

где Q в.приб – суммарный нормативный расход через узлы водоразбора участка;

a – величина безразмерная. Ее значение находят по специальным таблицам в СНиП 2.04.01-85.

  • Подбор оптимального внутреннего диаметра трубопровода – подбирается с учетом рекомендаций по использованию и экономической целесообразности применения в данных условиях.
  • Расчет скорости воды – вычисляют по специальным методическим пособиям, исходя из внутреннего диаметра выбранного трубопровода.
  • Вычисление потерь напора (Нl) по формуле:

где L – длина расчетного участка, м;

i – удельные потери напора при трении воды о внутренние стенки трубопровода, измеряется данная величина в миллиметрах водяного столба/метр трубопровода;

Kl – поправочный коэффициент, при проектировании жилых многоквартирных домов и коттеджей его значение равно 0,3.

  • Для зданий имеющих 2 и более этажей гидравлический расчет требуемого напора(Hтр) водопроводного ввода в месте его подключения к наружному магистральному трубопроводу производится по следующей формуле:

где n – количество этажей;

4 -напор необходимый для поднятия воды для каждого этажа, расположенного выше первого, м.

  • Фактический требуемый напор в точке ввода (Нф) находят, суммируя расчетный напор ввода (Hтр) с потерями напора на расчетных участках (Нl):

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2+ Нl расч.уч.3+ Нl расч.уч.4+ Нl расч.уч.n

Результаты такого расчета записывают в сводную таблицу.

Напор в 10 метров водного столба равен давлению в водопроводной магистрали равном 1 атмосфере (1 Bar).

Пример расчета холодного водоснабжения

Здание – 2-х этажный дом с цокольным этажом, одним вертикальным стояком высотой от подвала до верха -6 м, 5 точками водоразбора (кухонной мойкой, смесителем ванны и умывальника, унитаза,– на первом этаже; унитазом и смесителем душевой кабины – на втором этаже). В доме живет семья из 6 человек.

  • Проектируемая внутренняя система водоснабжения разбивается на 2 расчетных участка – первого и второго этажа. Длина коммуникаций первого участка равна 5 м, вертикального стояка и горизонтальных коммуникаций второго участка – 5,5 м.
  • Используя табличные данные СНиП, рассчитывается вероятность одновременного включения всех водоразборных узлов для первого и второго расчетных участков:
  • Максимальный расход данных участков с учетом найденных по таблицам соответствующих значений коэффициента a будет равен:

Q макс.расх.вод1= 5× Q в.приб×a = 5×0,18×0,265=0,24л/с;

Qмакс.расх.вод2= 5×Qв.приб×a =5×0,18×0,241=0,22 л/с

  • С учетом полученных значений расхода воды внутренний водопровод проектируют из простой полипропиленовой трубы диаметром 25мм (горизонтальные отводы от стояка) и 32 мм (вертикальный стояк).
  • На основании значений длины первого и второго расчетного участка, величины коэффициента i и Kl (для таких условий они равны 0,083 и 0,3 соответственно) потеря напора на первом и втором расчетном участке будет равна:

Нl уч.1= L1×i×(1+Kl) = 5×0,083×1,3=0,54 м.вод. столба;

Нl уч.2= L1×i×(1+Kl) = 5,5×0,083×1,3=0,59 м.вод. столба.

Суммарная потеря напора на двух расчетных участках будет равна 1,14 водного столба или 0,114 атмосферы.

  • Требуемый напор в точке ввода для такого здания будет равен:

Hтр=10+(2-1)×4=14 метров водяного столба или 1,4 атмосферы

  • Фактический требуемый напор в точке ввода для данного коттеджа будет равен:

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2=14+1,14=15,14 метров водного столба или 1,5 атмосферы

Благодаря произведенному расчету, хозяин дома на этапе проектирования с учетом давления магистрального водопроводного трубопровода своего населенного пункта может планировать определенную схему внутренней водопроводной сети.

Гидравлический расчет водопровода

Аннотация

В данном курсовом проекте рассматриваются системы водоснабжения и водоотведения трёхэтажного жилого дома: определяются необходимые диаметры трубопроводов, требуемый для здания напор, рассчитывается расход сточных вод, определяется место расположения и глубина смотровых канализационных колодцев. Также строятся план этажа с указанием водопроводных и канализационных стояков, план подвала с нанесением магистральных трубопроводов, аксонометрические схемы внутреннего водопровода и канализации, генплан участка, продольный профиль дворовой канализации. Составляется спецификация необходимых материалов и оборудования.

Введение

Для создания современных комфортных условий проживания людей в жилых домах необходимо обязательное оснащение зданий всеми нужными системами и устройствами жизнеобеспечения, включая холодное, горячее водоснабжение и водоотведение.

Целью работы является проектирование системы холодного водоснабжения и водоотведения односекционного трехэтажного жилого дома.

Санитарно-техническое устройство и оборудование современных зданий представляет собой комплекс инженерного оборудования холодного и горячего водоснабжения, канализации и водостоков.

Большое значение имеет выбор рациональных схем водоснабжения, повышения их надежности и экономичности. Особое внимание уделяется гидравлической устойчивости, стабилизации напоров, ликвидации непроизводительных расходов и утечек. Использование передовых методик расчета позволяет находить оптимальные варианты инженерных решений, обеспечивать снижение сметной стоимости и эксплуатационных затрат.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ВОДОПРОВОДА
1.1 Выбор системы и схемы внутреннего водопровода Для жилого здания проектируется тупиковая водопроводная сеть с нижней разводкой магистралей, поскольку здание малоэтажное и допускается временное прекращение подачи воды. Внутренний водопровод состоит из: -ввода; -водомерного узла; -магистрали; -распределительных трубопроводов и подводок к водоразборным приборам; -арматуры. Магистраль проходит ниже потолка подвала на 0,5 м. и крепится на кронштейнах к внутренним несущим стенам и плитам перекрытия. Подводки к санитарно-техническим приборам прокладывают на высоте 0,3 м от пола. Стояки проложены в санитарных узлах. Трубы стальные водогазопроводные, соединения резьбовое и сварное. 1.2 Выбор места ввода и водомерного узла Ввод – это трубопровод, соединяющий наружный водопровод с внутренним водопроводом здания. Ввод расположен между осями А и Б фасада по оси 6. Глубина заложения ввода 2,3 м. от поверхности земли (абсолютная отметка 102,00). Водомерный узел располагается внутри здания на расстоянии 0,5 м. от наружной стены здания. Водомерный узел жестко крепится к несущей стене на кронштейнах. Ось водосчетчика расположена на высоте 1 м от пола (относительная отметка -1,800). В водомерном узле предусмотрена обводная линия, на которой устанавливается опломбированный вентиль. В здании устанавливается водомерный узел с крыльчатым водомером. 1.3 Материал и арматура водопроводной сети В данной курсовой работе используются стальные водогазопроводные трубы ø15,20 и 25 мм с резьбовым и сварным соединением У основания каждого стояка, в водомерном узле, на поливочном кране предусмотрена установка запорной арматуры. В качестве запорной арматуры используются шаровые краны. Также используется водоразборная арматура: смесители моек, ванн и умывальников, поплавковые краны смывных бочков унитаза. 1.4 Определение расчетных расходов воды Определение расчетных расходов. Количество жителей U определяется по формуле

(1.4.1)

F – жилая площадь в здании, м 2 ;

f – санитарная норма в м 2 на 1 человека, принимается 12 м 2 .

1. Средний суточный расход холодной воды:

, (1.4.2)

– норма расхода холодной воды потребителем в сутки наибольшего водопотребления, 180 ;

k – коэффициент суточной неравномерности, принимаю 1,1;

– число жителей в здании, определяется по формуле 1.4.1.

2. Вероятность действия санитарно-технических приборов:

(1.4.3)

– норма расхода холодной воды, 5,6 , одним потребителем в час наибольшего водопотребления;

N– общее число приборов в здании;

U – число жителей в здании.

3.Максимальный секундный расход холодной воды:

, ,(1.4.4)

– секундный расход холодной воды прибором (диктующим), 0,18 ,

a – коэффициент, определяемый согласно прил. 12 в зависимости от общего числа приборов N на расчетном участке сети и вероятности их действия Р с , вычисляемой по формуле 1.4.3.

4. Вероятность одновременного действия приборов в час:

(1.4.5)

Р c – вероятность одновременного действия санитарно-технических приборов (см. формулу 1.4.3);

– секундный расход холодной воды прибором, 0,18 ;

– расход воды одним прибором (диктующим) в час наибольшего водопотребления, 200 .

5. Максимальный часовой расход холодной воды:

м 3 /час, м 3 /час,(1.4.6)

– расход воды одним прибором (диктующим) в час наибольшего водопотребления, 200 ;

– коэффициент, определяемый в зависимости от N и . =f(NP)=f(36*0,023)=f(0,828)=0,876

Гидравлический расчет водопровода

Гидравлический расчёт внутреннего водопровода имеет цель определить диаметры труб и потери напора в системе водоснабжения здания. Результаты гидравлического расчета сводятся в таблицу 1

Порядок гидравлического расчета:

1.Определение количество потребителей в здании (U).

2.Определение расчетного направления от диктующего прибора (точка 1) до точки присоединения внутреннего водопровода к городской водопроводной сети.

3.Разделение аксонометрической схемы на расчетные участки.

4.Для каждого участка определить количество приборов, расчетный расход, скорость, диаметр и потери напора

Расчетный расход для каждого участка определяется по формуле 1.4.4. Диаметры подбираются по экономичным скоростям: для стальных труб –

0,9–1,2 , минимальная 0,7 , максимальная 1,5 .

В сетях хозяйственно-противопожарного водопровода жилых зданий величину потерь напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре принимают в размере 20% от величины потерь напора на трение по длине трубопроводов [1]. Потери напора с учётом местных сопротивлений определяются по формуле:

(1.4.7)

Таблица 1 «Гидравлический расчет хозяйственно-питьевого водопровода В1»

расчётный участокдлина участка ℓ,мчисло водоразборных устройств Nвероятность действия Р сNPαрасчётный расход q, л/сдиаметр d, ммскорость V м/спотери напора
на единицу длины i, мна участке h=iℓ, м
1-22,1000,0070,0070,2000,1801,0630,3050,641
2-30,7000,0140,2000,1801,0630,3050,214
3-40,8000,0210,2170,1951,1520,3480,278
4-55,1000,0280,2330,2101,2370,4102,091
5-63,0000,0560,2830,2550,7950,1180,354
6-76,6000,0840,3230,2910,9100,1470,972
7-83,6000,1680,4180,3761,1760,2390,862
8-99,6000,2520,4950,4460,8320,3343,203
9-106,0000,2520,4950,4460,8320,3342,002
Σh=10,618
+30%13,80

Подбор счетчиков

Подбор счётчиков воды следует производить с таким расчётом, чтобы потеря напора в них, определяемая по формуле (1.6.1), не превышала для крыльчатого – 5м. Калибр счётчика может быть равен диаметру трубопровода или меньше его.

Потери напора в счётчике следует определять по формуле

(м)(1.6.1)

q– расчётный расход воды на участке установки счетчика, ;

S– сопротивление счётчика, определиляется с помощью формулы и по таблице 1(учебного пособия).

Счетчик квартирный: q=0,180 л/с d=15мм:

S=14,5

Нгар на 21,2 м, для обеспечения требуемого напора необходимо использовать повысительную установку.

Подбор насоса

Подбор насоса производится по недостающему напору и расчётному расходу воды.

Напор насоса Нн определяется по формуле

, м,(1.8.1)

Нтр – требуемый напор внутренней водопроводной сети, м, см. формулу 1.7.1 ;

Нгар – гарантированный напор в наружной сети, м.

, м 3 /ч,(1.8.2)

q c – максимальный секундный расход воды в здании, определяемый по формуле 1.4.4.

, м 3 /ч.

По полученным параметрам подбираем насос Grundfus Hydro MPC-E 2

Технические характеристики приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 «Технические характеристики насоса»

Дата добавления: 2016-07-29 ; просмотров: 3123 | Нарушение авторских прав

Гидравлический расчет водопровода: простые методы

Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие именно параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сразу оговорим: этот материал ориентирован прежде всего на владельцев небольших частных домов; соответственно, такие параметры, как вероятность одновременного использования всех сантехнических приборов в здании, нам определять не нужно.

Как и любая инженерная система, водопровод нуждается в расчете.

Что рассчитывается

Гидравлический расчет внутреннего водопровода сводится к определению следующих параметров:

  • Расчетного расхода воды на отдельных участках водопровода.
  • Скорости потока воды в трубах.

    Подсказка: для внутренних водопроводов нормой считаются скорости от 0,7 до 1,5 м/с. Для пожарного водопровода допустима скорость до 3 м/с.

    Несложный опыт наглядно демонстрирует падение напора в водопроводе.

    Расход воды

    Нормативы расхода воды отдельными сантехническими приборами можно обнаружить в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85, регламентирующему сооружение внутренних водопроводов и канализационных сетей. Приведем часть соответствующей таблицы.

    ПриборРасход ХВС, л/сОбщий расход (ХВС и ГВС), л/с
    Умывальник (водоразборный кран)0,100,10
    Умывальник (смеситель)0,080,12
    Мойка (смеситель)0,080,12
    Ванна (смеситель)0,170,25
    Душевая кабинка (смеситель)0,080,12
    Унитаз со сливным бачком0,100,10
    Унитаз с краном прямой подачи воды1,41,4
    Кран для полива0,30,3

    В случае предполагаемого одновременного использования нескольких сантехнических приборов расход суммируется. Так, если одновременно с использованием туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором — будет вполне логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

    При последовательном подключении приборов расход воды суммируется.

    Особый случай

    Для пожарных водопроводов действует норма расхода в 2,5 л/сна одну струю. При этом расчетное количество струй на один пожарный гидрант при пожаротушении вполне предсказуемо определяется типом здания и его площадью.

    На фото — пожарный гидрант.

    Параметры зданияКоличество струй при тушении пожара
    Жилое здание в 12 — 16 этажей1
    То же, при длине коридора более 10 метров2
    Жилое здание в 16 — 25 этажей2
    То же, при длине коридора более 10 метров3
    Здания управления (6 — 10 этажей)1
    То же, при объеме более 25 тыс. м32
    Здания управления (10 и более этажей, объем до 25000 м3)2
    То же, объем больше 25 тыс. м33
    Общественные здания (до 10 этажей, объем 5 — 25 тыс. м3)1
    То же, объем больше 25 тыс. м32
    Общественные здания (более 10 этажей, объем до 25 тыс. м3)2
    То же, объем больше 25 тыс. м33
    Администрации предприятий (объем 5 — 25 тыс. м3)1
    То же, объем более 25000 м32

    Скорость потока

    Предположим, что наша задача — гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам нужно определить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость движения потока через трубопровод (напомним, 0,7-1,5 м/с).

    Большая скорость потока вызывает появление гидравлических шумов.

    Формулы

    Расход воды, скорость ее потока и размер трубопровода увязываются друг с другом следующей последовательностью формул:

    • S — площадь сечения трубы в квадратных метрах;
    • π — число «пи», принимаемой равным 3,1415;
    • r — радиус внутреннего сечения в метрах.

    Полезно: для стальных и чугунных труб радиус обычно принимается равным половине их ДУ (условного прохода).
    У большинства пластиковых труб внутренний диаметр на шаг меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний приблизительно равен 32 мм.

    Условный проход примерно соответствует внутреннему диаметру стальной трубы.

    • Q — расход воды (м3);
    • V — скорость водяного потока (м/с) ;
    • S — площадь сечения в квадратных метрах.

    Пример

    Давайте выполним гидравлический расчет пожарного водопровода для одной струи с расходом 2,5 л/с.

    Как мы уже выяснили, в этом случае скорость водяного потока ограничена м/с.

  • Пересчитываем расход в единицы СИ: 2,5 л/с = 0,0025 м3/с.
  • Вычисляем по второй формуле минимальную площадь сечения. При скорости в 3 м/с она равна 0,0025/3=0,00083 м3.
  • Рассчитываем радиус внутреннего сечения трубы: r^2 = 0,00083/3,1415 = 0,000264; r = 0,016 м.
  • Внутренний диаметр трубопровода, таким образом, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, или 32 миллиметра. Это соответствует параметрам стальной трубы ДУ32.

    Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в большую сторону.
    Цена труб с диаметром, отличающимся на шаг, различается не слишком сильно; между тем уменьшение диаметра на 20% влечет за собой почти полуторакратное падение пропускной способности водопровода.

    Пропускная способность первой и третьей труб различается вчетверо.

    Простой расчет диаметра

    Для быстрого расчета может использоваться следующая таблица, непосредственно увязывающая расход через трубопровод с его размером.

    Расход, л/сМинимальный ДУ трубопровода, мм
    0,210
    0,615
    1,220
    2,425
    432
    640
    1050

    Потеря напора

    Формулы

    Инструкция по расчету потери напора на участке известной длины довольно проста, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при желании их можно найти в справочниках.

    Формула имеет вид H = iL(1+K).

    • H — искомое значение потери напора в метрах.

    Справка: избыточное давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) при атмосферном давлении соответствует водяному столбу в 10 метров.
    Для компенсации падения напора в 10 метров, таким образом, давление на входе в водораспределительную сеть нужно поднять на 1 кгс/см2.

    • i — гидравлический уклон трубопровода.
    • L — его длина в метрах.
    • K — коэффициент, зависящий от назначения сети.

    Формула сильно упрощена. На практике изгибы трубопровода и запорная арматура тоже вызывают падение напора.

    Некоторые элементы формулы явно требуют комментариев.

    Проще всего с коэффициентом К. Его значения заложены в уже упоминавшийся нами СНиП за номером 2.04.01-85:

    Назначение водопроводаЗначение коэффициента
    Хозяйственно-питьевой0,3
    Производственный, хозяйственно-противопожарный0,2
    Производственно-противопожарный0,15
    Противопожарный0,1

    А вот с понятием гидравлического уклона куда сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает движению воды.

    Гидравлический уклон зависит от трех параметров:

  • Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  • Диаметра трубы. Здесь зависимость обратная: уменьшение сечения приводит к росту гидравлического сопротивления.
  • Шероховатости стенок. Она, в свою очередь, зависит от материала трубы (сталь обладает менее гладкой поверхностью по сравнению с полипропиленом или ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (ржавчина и известковые отложения увеличивают шероховатость).

    К счастью, проблему определения гидравлического уклона полностью решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для разных материалов, диаметров и скоростей потока; кроме того, таблица содержит коэффициенты поправок для старых труб.

    Уточним: поправки на возраст не требуются всем типам полимерных трубопроводов.
    Металлопластик, полипропилен, обычный и сшитый полиэтилен не меняют структуру поверхности весь период эксплуатации.

    Размер таблиц Шевелева делает невозможной их публикацию целиком; однако для ознакомления мы приведем небольшую выдержку из них.

    Вот справочные данные для пластиковой трубы диаметром 16 мм.

    Расход в литрах в секундуСкорость в метрах в секунду1000i (гидравлический уклон для протяженности в 1000 метров)
    0,080,7184
    0,090,8103,5
    0,10,88124,7
    0,131,15198,7
    0,141,24226,6
    0,151,33256,1
    0,161,41287,2
    0,171,50319,8

    При расчете падения напора нужно учитывать, что большая часть сантехнических приборов для нормальной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для нормальной работы избыточного давления, равного как минимум 0,3 кгс/см (3 метра напора).

    Датчик не даст проточному нагревателю включиться при давлении воды ниже 0,3 кгс/см2.

    Однако: на практике лучше закладывать в расчет несколько большее избыточное давление — 0,5 кгс/см2.
    Запас нужен для компенсации неучтенных потерь на подводках к приборам и их собственного гидравлического сопротивления.

    Примеры

    Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

    Предположим, что нам нужно вычислить потерю напора в домашнем пластиковом водопроводе диаметром 15 мм при его длине в 28 метров и максимально допустимой скорости потока воды, равной 1,5 м/с.

    Трубы этого размера чаще всего используются для разводки воды в пределах квартиры или небольшого коттеджа.

  • Гидравлический уклон для длины в 1000 метров будет равным 319,8. Поскольку в формуле расчета падения напора используется i, а не 1000i, это значение следует разделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  • Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  • Формула в целом приобретет вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

    Таким образом, избыточное давление в 0,5 атмосферы на концевом сантехническом приборе мы будем иметь при давлении в магистральном водопроводе в 0,5+1,164=1,6 кгс/см2. Условие вполне выполнимо: давление в магистрали обычно не ниже 2,5 — 3 атмосфер.

    К слову: испытания водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3.
    Акт гидравлических испытаний водопровода должен включать отметки как об их продолжительности, так и об испытательном давлении.

    Образец акта гидравлических испытаний.

    А теперь давайте выполним обратный расчет: определим минимальный диаметр пластикового трубопровода, обеспечивающего приемлемое давление на концевом смесителе для следующих условий:

    • Давление в трассе составляет 2,5 атмосферы.
    • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
    • Переходы диаметра отсутствуют: весь внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
    • Пиковый расход воды составляет 0,2 литра в секунду.
  • Допустимая потеря давления составляет 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  • Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  • Формула, таким образом, будет иметь вид 20=iх144х(1+0,3). Несложный расчет даст значение i в 0,106. 1000i, соответственно, будет равным 106.
  • Следующий этап — поиск в таблице Шевелева диаметра, соответствующего 1000i = 106 при искомом расходе. Ближайшее значение — 108,1 — соответствует диаметру полимерной трубы в 20 мм.

    Зависимость между внутренним и наружным диаметром полипропиленового трубопровода.

    Заключение

    Надеемся, что не переутомили уважаемого читателя избытком цифр и формул. Как уже упоминалось, нами приведены предельно простые схемы расчетов; профессионалы вынуждены использовать куда более сложные решения. Как обычно, дополнительная тематическая информация найдется в видео в этой статье. Успехов!

    Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

    Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

    Постановка задачи

    Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

    Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

    • минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
    • круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
    • форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
    • процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

    Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

    Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

    • условный (номинальный) диаметр – DN;
    • давление номинальное – PN;
    • рабочее допустимое (избыточное) давление;
    • материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
    • физико-химические свойства рабочей среды;
    • комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
    • изоляционные материалы трубопровода.

    Условный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

    Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

    Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

    Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

    Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

    Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

    Основные положения гидравлического расчета

    Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

    Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний, по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

    Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

    • ламинарный поток (Re 4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.

    Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.

    Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.

    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:

    Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

    Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

    Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

    Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

    Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

    Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

    В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы:

    Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:

    Расчет потерь давления

    Рабочее давление в трубопроводе – это на большее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим технологического процесса. Минимальное и максимальное значения давления, а также физико-химические свойства рабочей среды, являются определяющими параметрами при расчёте расстояния между насосами, перекачивающими носитель, и производственной мощности.

    Расчет потерь на падение давления в трубопроводе осуществляют по уравнению:

    Примеры задач гидравлического расчета трубопровода с решениями

    Задача 1

    В аппарат с давлением 2,2 бар по горизонтальному трубопроводу с эффективным диаметром 24 мм из открытого хранилища насосом перекачивается вода. Расстояние до аппарата составляет 32 м. Расход жидкости задан – 80 м 3 /час. Суммарный напор составляет 20 м. Принятый коэффициент трения равен 0,028.

    Рассчитайте потери напора жидкости на местные сопротивления в данном трубопроводе.

    Исходные данные:

    Расход Q = 80 м 3 /час = 80·1/3600 = 0,022 м 3 /с;

    эффективный диаметр d = 24 мм;

    длина трубы l = 32 м;

    коэффициент трения λ = 0,028;

    давление в аппарате Р = 2,2 бар = 2,2·10 5 Па;

    общий напор Н = 20 м.

    Решение задачи:

    Скорость потока движения воды в трубопроводе рассчитывается по видоизмененному уравнению:

    w=(4·Q) / (π·d 2 ) = ((4·0,022) / (3,14·[0,024] 2 )) = 48,66 м/с

    Потери напора жидкости в трубопроводе на трение определяются по уравнению:

    HТ = (λ·l) / (d·[w 2 /(2·g)]) = (0,028·32) / (0,024·[48,66] 2 ) / (2·9,81) = 0,31 м

    Общие потери напора носителя рассчитываются по уравнению и составляют:

    Потери напора на местные сопротивления определяется как разность:

    Ответ: потери напора воды на местные сопротивления составляют 7,45 м.

    Задача 2

    По горизонтальному трубопроводу центробежным насосом транспортируется вода. Поток в трубе движется со скоростью 2,0 м/с. Общий напор составляет 8 м.

    Найти минимальную длину прямого трубопровода, в центре которого установлен один вентиль. Забор воды осуществляется из открытого хранилища. Из трубы вода самотеком изливается в другую емкость. Рабочий диаметр трубопровода равен 0,1 м. Относительная шероховатость принимается равной 4·10 -5 .

    Исходные данные:

    Скорость потока жидкости W = 2,0 м/с;

    диаметр трубы d = 100 мм;

    общий напор Н = 8 м;

    относительная шероховатость 4·10 -5 .

    Решение задачи:

    Согласно справочным данным в трубе диаметром 0,1 м коэффициенты местных сопротивлений для вентиля и выхода из трубы составляют соответственно 4,1 и 1.

    Значение скоростного напора определяется по соотношению:

    w 2 /(2·g) = 2,0 2 /(2·9,81) = 0,204 м

    Потери напора воды на местные сопротивления составят:

    Суммарные потери напора носителя на сопротивление трению и местные сопротивления рассчитываются по уравнению общего напора для насоса (геометрическая высота Hг по условиям задачи равна 0):

    Полученное значение потери напора носителя на трение составят:

    Рассчитаем значение числа Рейнольдса для заданных условий течения потока (динамическая вязкость воды принимается равной 1·10 -3 Па·с, плотность воды – 1000 кг/м 3 ):

    Re = (w·d·ρ)/μ = (2,0·0,1·1000)/(1·10 -3 ) = 200000

    Согласно рассчитанному значению Re, причем 2320 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015

    Преобразуем уравнение и найдем требуемую длину трубопровода из расчетной формулы потерь напора на трение:

    l = (Hоб·d) / (λ·[w 2 /(2g)]) = (6,96·0,1) / (0,016·0,204) = 213,235 м

    Ответ:требуемая длина трубопровода составит 213,235 м.

    Задача 3

    В производстве транспортируют воду при рабочей температуре 40°С с производственным расходом Q = 18 м 3 /час. Длина прямого трубопровода l = 26 м, материал – сталь. Абсолютная шероховатость (ε) принимается для стали по справочным источникам и составляет 50 мкм. Какой будет диаметр стальной трубы, если перепад давления на данном участке не превысит Δp = 0,01 мПа (ΔH = 1,2 м по воде)? Коэффициент трения принимается равным 0,026.

    Исходные данные:

    Расход Q = 18 м 3 /час = 0,005 м 3 /с;

    длина трубопровода l=26 м;

    для воды ρ = 1000 кг/м 3 , μ = 653,3·10 -6 Па·с (при Т = 40°С);

    шероховатость стальной трубыε = 50 мкм;

    коэффициент трения λ = 0,026;

    Решение задачи:

    Используя форму уравнения неразрывности W=Q/F и уравнение площади потока F=(π·d²)/4 преобразуем выражение Дарси – Вейсбаха:

    ∆H = λ·l/d·W²/(2·g) = λ·l/d·Q²/(2·g·F²) = λ·[(l·Q²)/(2·d·g·[(π·d²)/4]²)] = =(8·l·Q²)/(g·π²)·λ/d 5 = (8·26·0.005²)/(9,81·3,14²)· λ/d 5 = 5,376·10 -5 ·λ/d 5

    d 5 = (5,376·10 -5 ·λ)/∆H = (5,376·10 -5 ·0,026)/1,2 = 1,16·10 -6

    d = 5 √1,16·10 -6 = 0,065 м.

    Ответ: оптимальный диаметр трубопровода составляет 0,065 м.

    Задача 4

    Проектируются два трубопровода для транспортировки невязкой жидкости с предполагаемой производительностью Q1 = 18 м 3 /час и Q2 = 34 м 3 /час. Трубы для обоих трубопроводов должны быть одного диаметра.

    Определите эффективный диаметр труб d, подходящих под условия данной задачи.

    Исходные данные:

    Решение задачи:

    Определим возможный интервал оптимальных диаметров для проектируемых трубопроводов, воспользовавшись преобразованным видом уравнения расхода:

    Значения оптимальной скорости потока найдем из справочных табличных данных. Для невязкой жидкости скорости потока составят 1,5 – 3,0 м/с.

    Для первого трубопровода с расходом Q1 = 18 м 3 /час возможные диаметры составят:

    d1min = √(4·18)/(3600·3,14·1,5) = 0,065 м

    d1max = √(4·18)/(3600·3,14·3.0) = 0,046 м

    Для трубопровода с расходом 18 м 3 /час подходят трубы с диаметром поперечного сечения от 0,046 до 0,065 м.

    Аналогично определим возможные значения оптимального диаметра для второго трубопровода с расходом Q2 = 34 м 3 /час:

    d2min = √(4·34)/(3600·3,14·1,5) = 0,090 м

    d2max = √(4·34)/(3600·3,14·3) = 0,063 м

    Для трубопровода с расходом 34 м 3 /час возможные оптимальные диаметром могут быть от 0,063 до 0,090 м.

    Пересечение двух диапазонов оптимальных диаметров находится в интервале от 0,063 м до 0,065 м.

    Ответ: для двух трубопроводов подходят трубы диаметром 0,063–0,065 м.

    Задача 5

    В трубопроводе диаметром 0,15 м при температуре Т = 40°C движется поток воды производительностью 100 м 3 /час. Определите режим течения потока воды в трубе.

    диаметр трубы d = 0,25 м;

    расход Q = 100 м 3 /час;

    μ = 653,3·10 -6 Па·с (по таблице при Т = 40°С);

    ρ = 992,2 кг/м 3 (по таблице при Т = 40°С).

    Решение задачи:

    Режим течения потока носителя определяется по значению числа Рейнольдса (Re). Для расчета Re определим скорость движения потока жидкости в трубе (W), используя уравнение расхода:

    W = Q·4/(π·d²) = [100/3600] · [4/(3,14·0,25²)] = 0,57 м/c

    Значение числа Рейнольдса определим по формуле:

    Re = (ρ·W·d)/μ = (992,2·0,57·0,25) / (653,3·10 -6 ) = 216422

    Критическое значение критерия Reкр по справочным данным равно 4000. Полученное значение Re больше указанного критического, что говорит о турбулентном характере течения жидкости при заданных условиях.

    Ответ: режим потока воды – турбулентный.

    Читайте также:  Душевые для дачи: разновидности и особенности
    Ссылка на основную публикацию