Как рассчитать напор воды? - VITC33.RU

Как рассчитать напор воды?

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

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

Для нормального функционирования водопровода давление в нем должно соответствовать нормам

Определение показателя

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

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

Напор воды в кране зависит от давления в водопроводной системе

Простой пример расчета давления в трубе

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

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

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

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

Обеспечить необходимый показатель давления в системе можно при помощи насоса

Как рассчитывается толщина трубы от действия давления

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

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

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

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

Как рассчитать стенки трубы по давлению

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

Расчет давления необходим для подбора толщины стенок трубы

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

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

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

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

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

Давление и диаметр трубы

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

От диаметра трубы зависит пропускная способность водопроводной сети

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

Таблица 1

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

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

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

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

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

Таблица 2

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

Здесь приведены параметры лишь наиболее часто используемой трубной продукции.

Современные средства

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

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

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

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

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

Расчет напора перед санитарно-техническими приборами

Calculation of Head Before Sanitary-Plumbing Fixtures. Designer’s aid

I. V. Goryunov, Head of SMART WATER Project, Elita Group of Companies

Keywords: water supply system, water flowrate, water head, pressure

This article presents a method allowing to determine the minimum and maximum water head before sanitary-plumbing fixtures that ensures matching of the actual and design water flowrate, i.e. such head, where the actual flowrate of an equivalent fixture will be equal to design flowrate of an equivalent fixture.

В данной статье изложена методика, позволяющая определить минимальный и максимальный напор перед санитарно-техническими приборами, при котором обеспечивается соответствие фактического и расчетного расхода воды, т.е. такой напор, при котором фактический расход эквивалентного прибора будет равен проектному расходу эквивалентного прибора.

Расчет напора перед санитарно-техническими приборами

И. В. Горюнов, руководитель проекта «УМНАЯ ВОДА», Группа компаний «Элита», i.goryunov@smartwater.su

Введение

В условиях разнообразия систем водоснабжения холодной и горячей воды проектировщики сталкиваются с определенными трудностями при расчетах по причине отсутствия в нормативной документации точных диапазонов для некоторых величин [1].

Читайте также  Как правильно подключить газовый духовой шкаф?

Так, например, для определения напора насосной установки согласно п. 7.3.2 СП 30.13330.2016 [2] необходимо знать величину минимального напора перед санитарно-техническим прибором, которую следует принимать по паспорту прибора. Часто эти данные отсутствуют в паспортах производителей. В то же время ГОСТ 19681-2016 [3] предписывает, что определенный тип водоразборной арматуры должен обеспечивать определенный расход воды.

В п. 5.3.1.6 [2] устанавливается величина максимального давления перед санитарно-техническим прибором – 0,45 МПа. При проектировании эта величина должна быть скорректирована (в меньшую сторону). Для этого необходимо произвести расчет системы водопровода с учетом набора различных санитарно-технических приборов и с учетом значения проектного расхода эквивалентного санитарно-технического прибора (п. 5.2.2.1 [2]).

В данной статье изложена методика, позволяющая определить минимальный и максимальный напор перед санитарно-техническими приборами, при котором обеспечивается соответствие фактического и расчетного расхода воды, т.е. такой напор, при котором фактический расход эквивалентного прибора будет равен проектному расходу эквивалентного прибора (эта величина используется для вычисления расчетного расхода воды согласно п. 5.2.2.2 [2]).

Проиллюстрируем методику на примере системы водопровода холодной воды жилого здания: в 15-этажном доме имеется восемь последовательно расположенных стояков; высота этажа – 3 м; в каждой квартире имеется: умывальник, мойка и ванна (все со смесителями); потери напора в сети водопровода – 10 м.

Минимальный напор

Из табл. А.1 [2] имеем секундные расходы холодной воды для санитарно-технических приборов (табл. 1).

Из табл. 1 [3] имеем расход воды, который должна обеспечивать водоразборная арматура при минимальном давлении 0,05 МПа (табл. 2).

Чтобы обеспечить требуемые расходы по [2], необходимо увеличить напор относительно [3]. Перерасчет напора производим для диктующих санитарно-технических приборов самой удаленной квартиры (15-й этаж, стояк В1-8).

Перерасчет напоров производим по формуле подобия

Результаты расчета сведены в сравнительную табл. 3. В колонке «по СП 30» табл. 3 показаны необходимые напоры и расходы, но так как все приборы в квартире запитаны от одного источника (квартирного ввода водопровода), дальнейшие расчеты выполняем по максимальному напору – 11,3 м. Фактические расходы при этом напоре у умывальника и мойки увеличатся (см. табл. 3, колонку «фактический»).

Перерасчет расходов производим по формуле подобия

Таким образом, на эквивалентном приборе квартиры (15-й этаж, стояк В1-8) требуется напор 11,3 м, чтобы обеспечить расход 0,13 л/с. Проводим гидравлический расчет, используя программу «УМНАЯ ВОДА» [4], и определяем напоры и расходы во всех квартирах. Напоры и, следовательно, расходы будут больше (табл. 4). Так, например, для 1-го стояка на 1-м этаже напор составит 62,5 м, расход – 0,31 л/с.

Фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,224 л/с. Этот расход вычисляется как среднее арифметическое расходов всех санитарно-технических приборов в здании в диапазоне от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,31 л/с при напоре 62,2 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Максимальный напор

Согласно табл. А.2. [2] величина проектного расхода эквивалентного санитарно-технического прибора в жилом здании устанавливается в размере 0,2 л/с. Чтобы соблюсти эту норму, необходимо снизить величины расходов для некоторых санитарно-технических приборов. Другими словами, необходимо снизить максимальный напор на входе в квартиры, расположенные на нижних этажах, при помощи установки регуляторов давления.

При ограничении максимального напора до 45 м согласно [2] мы получим следующие напоры и расходы в каждой квартире (табл. 5).

При данном ограничении фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,221 л/с. Этот расход вычисляется как среднее арифметическое расходов всех санитарно-технических приборов в здании в диапазоне от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,26 л/с при напоре 45 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Ограничение максимального напора до 45 м не удовлетворяет требованиям [2] (табл. А.2), так как дает завышенный фактический расход эквивалентного прибора 0,221 л/с, что не соответствует проектному расходу эквивалентного прибора 0,2 л/с.

Далее проводим последовательное пошаговое ограничение значения максимального напора в сторону уменьшения, рассчитывая для каждого значения напора расход эквивалентного прибора. Цель данных расчетов – получить максимально близкие значения фактического и проектного расхода эквивалентного прибора.

Для данного примера методом последовательных приближений получен максимальный напор 31 м (табл. 6).

В результате фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,201 л/с. Это – расход для диапазона от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,22 л/с при напоре 31 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Приведем данные по погрешностям (табл. 7). Как видно из табл. 7, при напоре 31 м значения фактического и проектного расхода эквивалентного прибора практически совпадают (погрешность 0,5 %), в то время как при ограничении напора, согласно п. 5.3.1.6 [2] (45 м), погрешность значительно больше.

Рекомендации. Минимальный напор перед санитарно-техническими приборами принимать не менее 11 м. Максимальный напор перед санитарно-техническими приборами определяется расчетом.

Вывод

Предложенная методика позволяет определить минимальный и максимальный напоры перед санитарно-техническими приборами и свести к минимуму погрешности при определении расчетных расходов воды. То есть на этапе проектирования применение методики позволяет получить значения величин, которые будут соответствовать эксплуатационным показателям.

Литература

  1. Горюнов И. В., Шестов И. О. Обоснование новых методик расчета систем горячего водоснабжения // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. – 2017. – № 4 (21).
  2. СП 30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* (с Поправкой, с Изменением № 1). М., 2016.
  3. ГОСТ 19681-2016 «Арматура санитарно-техническая водоразборная. Общие технические условия». М., 2016.
  4. Программа для проектирования систем внутреннего водопровода и канализации зданий «УМНАЯ ВОДА» [электронный ресурс]. URL: www.smartwater.su (дата обращения 20.01.2020). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016662937 «Умная Вода» – программа для проектирования систем внутреннего водопровода и канализации зданий (25.11.2016).

Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №1’2020

распечатать статью —> pdf версия

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

Предприятия и жилые дома потребляют большое количество воды. Эти цифровые показатели становятся не только свидетельством конкретной величины, указывающей расход.

Помимо этого они помогают определить диаметр трубного сортамента. Многие считают, что расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению невозможен, так, как эти понятия совершенно не связаны между собой.

Но, практика показала, что это не так. Пропускные возможности сети водоснабжения зависимы от многих показателей, и первыми в этом перечне будут диаметр трубного сортамента и давление в магистрали.

Выполнять расчет пропускной способности трубы в зависимости от ее диаметра рекомендуют еще на стадии проектирования строительства трубопровода. Полученные данные определяют ключевые параметры не только домашней, но и промышленной магистрали. Обо всем этом и пойдет далее речь.

Расчитаем пропускную способность трубы с помощью онлайн калькулятора

Введите параметры для расчёта:

Чтобы правильно произвести расчет, необходимо обратить внимание, что:

– 1кгс/см2 = 1 атмосфер;

– 10 метров водяного столба = 1кгс/см2 = 1атм;

– 5 метров водяного столба = 0.5 кгс/см2 и = 0.5 атм и т.д.

– Дробные числа в онлайн калькулятор вводятся через точку (Например: 3.5 а не 3,5)

Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод

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

  1. Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
  2. Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
  3. Материал, взятый для производства трубного сортамента.

Определение расхода воды на выходе магистрали выполняется по диаметру трубы, ведь эта характеристика совместно с другими влияет на пропускную способность системы. Так же рассчитывая количество расходуемой жидкости, нельзя сбрасывать со счетов толщину стенок, определение которой проводится, исходя из предполагаемого внутреннего напора.

Можно даже заявить, что на определение «трубной геометрии» не влияет только протяженность сети. А сечение, напор и другие факторы играют очень важную роль.

Помимо этого, некоторые параметры системы оказывают на показатель расхода не прямое, а косвенное влияние. Сюда относится вязкость и температура прокачиваемой среды.

Подведя небольшой итог, можно сказать, что определение пропускной способности позволяет точно установить оптимальный тип материала для строительства системы и сделать выбор технологии, применяемой для ее сборки. Иначе сеть не будет функционировать эффективно, и ей потребуются частые аварийные ремонты.

Расчет расхода воды по диаметру круглой трубы, зависит от его размера. Следовательно, что по большему сечению, за определенный промежуток времени будет выполнено движение значительного количества жидкости. Но, выполняя расчет и учитывая диаметр, нельзя сбрасывать со счетов давление.

Если рассмотреть этот расчет на конкретном примере, то получается, что через метровое трубное изделие сквозь отверстие в 1 см пройдет меньше жидкости за определенный временной период, чем через магистраль, достигающей в высоту пару десятков метров. Это закономерно, ведь самый высокий уровень расхода воды на участке достигнет самых больших показателей при максимальном давлении в сети и при самых высоких значениях ее объема.

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Если ориентироваться на нормы СНИП, то в них можно увидеть следующее – суточный объем потребляемой воды одним человеком не превышает 60 литров. Это при условии, что дом не оборудован водопроводом, а в ситуации с благоустроенным жильем, этот объем возрастает до 200 литров.

Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.

Читайте также  Какой газ используется для заправки автомобилей?

Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V

В формуле: q показывает расход воды. Он исчисляется литрами. d – размер сечению трубы, он показывается в сантиметрах. А V в формуле – это обозначение скорости передвижения потока, она показывается в метрах на секунду.

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.

В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.

По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.

Определение потери напора

Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления. Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.

Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.

А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.

Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться после тщательной подготовки и измерений.

Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.

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

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

Определение показателя

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

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

Чтобы не было путаницы, стоит вникнуть в простейшую классификацию:

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

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

Наглядный пример расчета

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

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

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

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

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

Возьмем пример с такими показателями:

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

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

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

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

Расчет соотношения давления и сечения трубопровода

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

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

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

Основные параметры, определяющие проходимость жидких сред через трубопровод:

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

Полностью гладких и прямых водопроводов не бывает.

Соотношение сечения трубы и параметров давления

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

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

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

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

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

Пример расчета стенки трубы по давлению

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

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

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

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

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

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

Читайте также  Какой спектр лучше для растений?

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

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

Зачем нужен этот калькулятор?

Калькулятор умеет рассчитывать потери напора в метрах в зависимости от длины и диаметра вашего трубопровода, а также объемного расхода жидкости. Зная потери напора, вы сможете более точно подобрать нужный насос под вашу задачу.

Наш калькулятор использует формулу расчета одного немецкого института гидродинамики. Из всех протестированных нами формул эта в наибольшей степени соотносится с нашим собственным опытом.

Чтобы воспользоваться калькулятором, введите исходные данные, потом нажмите кнопку «Рассчитать».
Ниже этой кнопки будут показаны результаты расчета.

Подробнее о заполнении полей калькулятора

Поясним чуть подробнее как заполнить исходные данные.

    Внутренний диаметр трубопровода
    Измеряется в миллиметрах. Лучше измерять диаметр труб непосредственно штангенциркулем, а не ориентироваться на справочные данные. Также обратите внимание на то, что диаметр требуется именно внутренний. В каталогах труб часто указывают номинальный диаметр труб, который чуть больше, чем внутренний.

Длина трубопровода
Измеряется в метрах. Длина трубопровода — это сумма длин всех прямых участков трубы, а не расстояние между начальной и конечной точкой. К примеру, если у вас труба идет 10 метров по земле, а затем поднимается на 3 метра вверх, и идет 2 метра в обратном направлении, то в калькулятор нужно занести число 15. Это важно учитывать на предприятиях, где трубы часто обходят препятствия и имеют технологические изгибы.

Расход жидкости
В этом пункте вы самостоятельно можете выбрать единицы измерения: литры в минуту или кубометры в час. Расход жидкости — это количество жидкости, которое протекает через трубу за определенное время. Например, если 60 литровая бочка наполняется водой за 1 час, значит расход воды составляет 60 литров в час или 1 литр в минуту.

Перекачиваемая жидкость
Для удобства в калькулятор уже занесены данные по кинематической вязкости некоторых жидкостей при температуре 20 °C. Если ваша жидкость присутствует в перечне, то просто выберите ее из выпадающего списка. Данные кинематической вязкости в поле ниже заполнятся автоматически. Если вашей жидкости в списке нет, то выберите пункт «Другая жидкость», после чего у вас появится возможность редактировать поле «Кинематическая вязкость» вручную. Кроме того, если температура перекачиваемой жидкости меньше 15 °С или больше 25 °С, то значение кинематической вязкости тоже лучше ввести вручную.

Кинематическая вязкость
Измеряется в квадратных метрах в секунду. В большинстве случаев это поле заполняется автоматически. Однако если у вас есть данные по вязкости, лучше укажите это значение вручную. Для этого нужно выбрать в поле выше пункт «Другая жидкость», после чего откроется возможность ручного редактирования кинематической вязкости. Данные о кинематической вязкости можно взять из специализированных таблиц или измерить непосредственно при помощи вискозиметра. Обратите внимание, что вязкость сильно зависит от температуры жидкости — измеряйте ее при той же температуре, при которой она будет находиться в трубах. В данном калькуляторе используется система СИ, поэтому вводите данные именно в квадратных метрах в секунду. В таблицах данные часто указывают в сантистоксах: 1 сСт = 0.000001 м²/с. Не запутайтесь в количестве нулей!

Материал внутренней поверхности трубопровода
Калькулятор содержит справочник материалов, из которых надо выбрать материал внутренней стенки трубопровода. Это нужно для определения шероховатости внутренней поверхности трубы. Если вы знаете шероховатость, то лучше указать ее вручную, выбрав пункт списка «Указать шероховатость вручную». После чего вам станет доступно для редактирования поле «Шероховатость внутренней поверхности».

  • Шероховатость внутренней поверхности
    Измеряется в условных миллиметрах. Эти данные можно взять из специализированных справочников.
  • Результаты расчёта

    После того, как вы заполните данные, нажмите кнопку «Рассчитать». Калькулятор отобразит следующие показатели:

      Площадь поперечного сечения трубопровода
      Рассчитывается в квадратных метрах. Этот показатель полезен для дальнейших расчетов.

    Относительная шероховатость трубопровода
    Измеряется в условных миллиметрах. Этот показатель может отличаться от номинальной шероховатости, но может и совпадать с ней. Он пригодится для ручных расчетов.

    Скорость течения жидкости
    Измеряется в метрах в секунду. Это средняя скорость каждой частицы жидкости вдоль оси трубопровода. Скорость у стенок трубопровода может отличаться.

  • Число Рейнольдса
    Указывает на точность проводимых измерений и на вид течения жидкости. Чем меньше это число, тем точнее измерения. Но погрешность нарастает медленно, поэтому вплоть до сотен тысяч расчеты можно считать точными.
  • Режим течения
    Важный показатель. Выделяют три режима: ламинарный — расчеты в этом режиме достаточно точные, а потери на трение не велики. Всегда стремитесь к тому, чтобы ваша жидкость текла в ламинарном режиме. Турбулентный режим — в этом случае точность расчетов еще на достаточном уровне, но в турбулентном режиме значительная часть энергии потока жидкости будет тратиться внутреннее трение, турбулентность и нагрев. Эксплуатировать трубы в таком режиме можно, но КПД системы будет на несколько процентов ниже, чем в ламинарном режиме. Переходный же режим характеризуется тем, что в перекачиваемой жидкости периодически возникают и угасают турбулентные колебания. Гарантировать точность расчетов в таком режиме нельзя. Если ваша система уже работает в переходном режиме, то выбирайте насос с большим запасом по мощности. Если же вы только проектируете систему, то избегайте переходного режима — измените диаметр труб либо на больший, либо на меньший.

    Коэффициент гидравлического трения
    Безразмерный показатель, используемый при расчете гидравлических систем.

  • Потери напора по длине
    Это ключевой показатель, для расчета которого калькулятор и создавался. Потери измеряются в метрах водяного столба. Показатель напора отвечает на вопрос: насколько метров жидкость может подняться вверх. Он нужен для правильного подбора насоса.
  • 1. Любой калькулятор потерь напора (в том числе и этот) дает погрешности при вычислениях. Поэтому сделанный расчет должен быть подкреплен практической проверкой. Если вы нашли очевидную ошибку или неточность в расчетах нашего калькулятора, пожалуйста, сообщите нам на электронную почту.

    2. Калькулятор рассчитывает потери давления жидкости без учета изменения высоты труб. Подробнее об этом будет указано в конце статьи.

    Пример расчета потери напора для подбора насоса

    Допустим, мы хотим подобрать насос для двухэтажного дома. Нам нужно, чтобы на втором этаже могла работать стиральная машина, для которой нужно обеспечить давление в 6 м.в.ст. Источником воды будет колодец или скважина, глубиной 10 метров. Сам насос будет располагаться на уровне воды. Начертим эскиз водопровода и укажем все известные нам размеры: расстояние от скважины до дома 15 метров, расстояние от земли до места установки стиральной машины 5 метров.

    Сложив все эти величины, получаем длину трубопровода 30 метров. Вводим это значение в калькулятор. Заполняем остальные значения: в нашем случае внутренний диаметр труб будет 15 мм. В качестве значения расхода воды укажем максимальное потребление для стиральной машины — 30 литров в минуту. В качестве жидкости у нас будет выступать вода, а в качестве труб — полипропилен. Нажимаем кнопку рассчитать, и получаем потери напора в 22 метра водяного столба.

    Но это еще не окончательный ответ. Из рисунка выше видно, что в нашем случае насос должен поднять воду на высоту 15 метров (10 метров высота скважины и 5 метров — высота дома). Значит к 22 м.в.ст. нужно добавить еще 15 метров высоты. Общие потери напора, с учетом подъема воды из скважины до высоты второго этажа составят 22+15=37 метров водяного столба. Однако, если взять насос с максимальным напором в 37 м.в.ст. он сможет лишь поднять воду до уровня стиральной машины. Впускной клапан стиральной машины, по условиям нашей задачи, требует как минимум 6 м.в.ст. избыточного давления. Их тоже нужно прибавить к результату: 37+6=43 метра водяного столба.

    Вот теперь мы можем подобрать насос для данного водопровода: нам подойдут любые модели, способные обеспечить напор более 43 метров водяного столба.

    Но, обратите внимание на получившуюся цифру: при длине линии в 30 метров у нас на одно только трение теряется аж 22 метра напора. Если трубы еще не проложены, то стоит выбрать диаметр труб побольше. Посмотрим, что будет, если мы всего на треть увеличим диаметр трубы. Диаметр у нас был 15, а теперь возьмем трубы диаметром 20 мм. Остальные данные оставим теми же.

    Нажимаем кнопку «рассчитать» и получаем потери давления — чуть более 6 метров водяного столба. Значит мы сократили потери напора с 22 до 6 метров. Прекрасный результат! Не забудем прибавить к этой цифре 15 метров подъема по высоте и 6 метров давления, которое мы хотим видеть на выходе из трубопровода: 6+15+6=27 метров водяного столба. Получается, что увеличив диаметр труб всего на треть, мы можем существенно снизить требования к насосу. В нашем случае, для сечения труб ⌀ 20 мм нам подойдет любой насос с рабочим давлением более 27 метров водяного столба.

    Расчет потери напора сделан. Как теперь подобрать насос?

    Когда известны расчетные параметры трубопроводной сети, можно подобрать насос онлайн, пользуясь нашим каталогом. Для подбора насоса онлайн вам необходимо будет указать желаемую производительность насоса и его напор (давление). Подробнее об онлайн-подборе насосов на нашем сайте написано здесь.

    Как вариант, вы всегда можете позвонить нам или написать на электронную почту, чтобы переложить подбор насоса на наших приветливых и заботливых менеджеров по продажам.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

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