Расчет потребления воды производится перед строительством трубопроводов и является составной частью гидродинамических вычислений. При сооружении магистральных и промышленных трубопроводов данные расчеты производятся с помощью специальных программ. При строительстве трубопровода бытового назначения своими руками можно провести расчет самостоятельно, но стоит учитывать, что полученный результат не будет максимально точным. Как рассчитать параметр потребления воды, читайте далее.
Факторы, оказывающие влияние на пропускную способность
Основным фактором, по которому производится расчет системы трубопроводов, является пропускная способность. На данный показатель влияет множество различных параметров, наиболее существенными из которых являются:
- давление в существующем трубопроводе (в магистральной сети, если строящийся трубопровод будет подключен к внешнему источнику). Методика расчета с учетом давления носит более сложный, но и более точный характер, так как именно от давления зависит такой показатель, как пропускная способность, то есть способность пропускать определенное количество воды за определенную единицу времени;
- общая длина трубопровода. Чем больше этот параметр, тем большее количество потерь проявляется в ходе его использования и, соответственно, для исключения падения давления требуется применять трубы большего диаметра. Поэтому данный фактор также учитывается специалистами;
- материал, из которого изготовлены трубы. Если для сооружения или иной магистрали используются металлические трубы, то неровная внутренняя поверхность и возможность постепенного засорения отложениями, содержащимися в воде, приведут к снижению пропускной способности и, соответственно, небольшому увеличению диаметра. При использовании пластиковых труб (ПВХ), полипропиленовых труб и так возможность засорения отложениями практически исключена. Более того, внутренняя поверхность пластиковых труб более гладкая;
- сечение труб. По внутреннему сечению трубы можно самостоятельно сделать предварительный расчет.
Есть и иные факторы, которые учитываются специалистами. Но для данной статьи они не имеют существенного значения.
Методика расчета диаметра в зависимости от сечения труб
Если при расчете трубопровода необходимо учитывать все перечисленные факторы, производить вычисления рекомендуется при помощи специальных программ. Если для сооружения системы достаточно предварительных расчетов, то они проводятся в следующей последовательности:
- предварительное определение количества расхода воды всеми членами семьи;
- подсчет оптимального размера диаметра.
Как рассчитать расход воды в доме
Определить самостоятельно количество потребляемой холодной или горячей воды в доме можно несколькими методами:
- по показания прибора учета. Если при вводе трубопровода в дом установлены счетчики, то определить расход воды в сутки на одного человека не составляет проблем. Причем при наблюдении в течение нескольких дней можно получить достаточно точные параметры;
- по установленным нормам, определенными специалистами. Норматив потребления воды на человека установлен для отдельных видов помещений с наличием/отсутствием определенных условий;
- по формуле.
Чтобы определить общее количество расхуемой воды в помещении, необходимо произвести расчет для каждого сантехнического узла (ванны, душевой кабинки, смесителя и так далее) в отдельности. Формула расчета:
Qs = 5 x q0 x Р, где
Qs – показатель, определяющий величину расхода;
q0 — установленная норма;
Р – коэффициент, при помощи которого учитывается возможность использования нескольких видов сантехнических приборов одновременно.
Показатель q0 определяется в зависимости от вида сантехнического оборудования по следующей таблице:
Вероятность Р определяется по следующей формуле:
Р = L x N1 / q0 x 3600 x N2 , где
L — пиковый расход воды за 1 час;
N1 — количество человек, пользующихся сантехническими приборами;
q0 — установленные нормативы для отдельной сантехнической единицы;
N2 — количество установленных приборов сантехники.
Определять расход воды без учета вероятности недопустимо, так как одновременное использование приборов сантехники приводит к увеличению мощности потока.
Произведем расчет воды на конкретном примере. Необходимо определить расход воды по следующим параметрам:
- в доме проживает 5 человек;
- установлены 6 единиц сантехнического оборудования: ванна, унитаз, раковина на кухне, стиральная машина и посудомоечная машина, установленные на кухне, душевая кабина;
- пиковый расход воды за 1 час в соответствии со СНиП устанавливается равным 5,6 л/с.
Определяем размер вероятности:
Р = 5,6 х 4 / 0,25 х 3600 х 6 = 0,00415
Определяем расход волы для ванны, кухни и туалетной комнаты:
Qs (ванны) = 4 х 0,25 х 0,00518 = 0,00415 (л/с)
Qs (кухни) = 4 х 0,12 х 0,00518 = 0,002 (л/с)
Qs (туалета) = 4 х 0,4 х 0,00518 = 0,00664 (л/с)
Расчет оптимального сечения
Для определения сечения используется следующая формула:
Q = (πd²/4)хW , где
Q – полученное расчетным путем количество расходуемой воды;
d – искомый диаметр;
W – скорость движения воды в системе.
Путем простейших математических действий можно вывести, что
d = √(4Q/πW)
Показатель W можно получить из таблицы:
Представленные в таблице показатели применяются для приблизительных расчетов. Для более получения более точных параметров используется сложная математическая формула.
Определим диаметр труб для ванны, кухни и туалета по параметрам, представленным в рассматриваемом примере:
d (для ванной комнаты) = √(4 х 0,00415 / (3,14 х 3)) = 0,042 (м)
d (для кухни) = √(4 х 0,002 / (3,14 х 3)) = 0,03 (м)
d (для туалета) = √(4 х 0,00664 / (3,14 х 3)) = 0,053 (м)
Для определения сечения труб принимается наибольший расчетный показатель. С учетом небольшого запаса в данном примере можно провести проводку водоснабжения трубами с сечением 55 мм.
Как произвести расчет при помощи специальной полупрофессиональной программы, смотрите на видео.
Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.
Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.
Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.
Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.
Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.
Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:
- Диаметр трубы;
- Скорость потока.
Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.
Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.
При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.
На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.
Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.
Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.
Такое увеличение связано с несколькими показателями:
- Скорость жидкости;
- Плотность;
- Исходное давление (напор).
Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.
К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.
Скорость воды в трубопроводе формула
Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Отсюда получаем w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести диаметр из миллиметров в метры, то есть диаметр будет 0.159 м.
Формула расхода воды
В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:
Расход воды через трубу таблица
Зависимость расхода от давления
Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть - от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT - квадратный корень.
Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg - десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.
35001 0 27
Пропускная способность трубы: просто о сложном
Как меняется пропускная способность трубы в зависимости от диаметра? Какие факторы, помимо поперечного сечения, влияют на этот параметр? Наконец, как рассчитать, пусть приблизительно, проходимость водопровода при известном диаметре? В статье я постараюсь дать на эти вопросы максимально простые и доступные ответы.
Наша задача — научиться рассчитывать оптимальное сечение водопроводных труб.
Зачем это нужно
Гидравлический расчет позволяет получить оптимальное минимальное значение диаметра водопровода.
С одной стороны, денег при строительстве и ремонте всегда катастрофически не хватает, а цена погонного метра труб растет с увеличением диаметра нелинейно. С другой — заниженное сечение водопровода приведет к чрезмерному падению напора на концевых приборах из-за его гидравлического сопротивления.
При расходе на промежуточном приборе падение напора на концевом приведет к тому, что температура воды при открытых кранах ХВС и ГВС резко изменится. В результате вас либо окатит ледяной водой, либо ошпарит кипятком.
Ограничения
Я намеренно ограничу область рассматриваемых задач водопроводом небольшого частного дома. Причины две:
- Газы и жидкости разной вязкости ведут себя при транспортировке по трубопроводу абсолютно по-разному. Рассмотрение поведения природного и сжиженного газа, нефти и прочих сред увеличило бы объем этого материала в несколько раз и увело бы нас далеко от моей специализации — сантехники;
- В случае большого здания с многочисленными сантехническими приборами для гидравлического расчета водопровода придется рассчитывать вероятность одновременного использования нескольких точек водоразбора. В небольшом доме расчет выполняется для пикового потребления всеми имеющимися приборами, что сильно упрощает задачу.
Факторы
Гидравлический расчет системы водоснабжения — это поиск одной из двух величин:
- Расчет пропускной способности трубы при известном сечении;
- Расчет оптимального диаметра при известном планируемом расходе.
В реальных условиях (при проектировании водопровода) куда чаще приходится выполнять вторую задачу.
Бытовая логика подсказывает, что максимальный расход воды через трубопровод определяется его диаметром и давлением на входе. Увы, реальность гораздо сложнее. Дело в том, что у трубы есть гидравлическое сопротивление : попросту говоря, поток тормозит за счет трения о стенки. Причем материал и состояние стенок предсказуемо влияют на степень торможения.
Вот полный список факторов, влияющих на производительность водопроводной трубы:
- Давление в начале водопровода (читай — давление в трассе);
- Уклон трубы (изменение ее высоты над условным уровнем грунта в начале и конце);
- Материал стенок. Полипропилен и полиэтилен имеют куда меньшую шероховатость, чем сталь и чугун;
- Возраст трубы. Со временем сталь обрастает ржавчиной и известковыми отложениями, которые не только увеличивают шероховатость, но и снижают внутренний просвет трубопровода;
Это не относится к стеклянным, пластиковым, медным, оцинкованным и металлополимерным трубам. Они и через 50 лет эксплуатации находятся в состоянии новых. Исключение — заиливание водопровода при большом количестве взвесей и отсутствии фильтров на входе.
- Количество и угол поворотов ;
- Изменения диаметра водопровода;
- Наличие или отсутствие сварных швов, грата от пайки и соединительных фитингов;
- Запорная арматура . Даже полнопроходные шаровые краны оказывают движению потока определенное сопротивление.
Любой расчет пропускной способности трубопровода будет весьма приблизительным. Волей-неволей нам придется использовать усредненные коэффициенты, типичные для близких к нашим условий.
Закон Торричелли
Живший в начале 17 века Эванджелиста Торричелли известен как ученик Галилео Галилея и автор самого понятия атмосферного давления. Ему принадлежит и формула, описывающая расход воды, выливающейся из сосуда через отверстие известных размеров.
Для работоспособности формулы Торричелли необходимо:
- Чтобы нам был известен напор воды (высота водяного столба над отверстием);
Одна атмосфера при земной гравитации способна поднять водяной столб на 10 метров. Поэтому давление в атмосферах пересчитывается в напор простым умножением на 10.
- Чтобы отверстие было существенно меньше диаметра сосуда , исключая, таким образом, потерю напора за счет трения о стенки.
На практике формула Торрричелли позволяет рассчитать расход воды через трубу с внутренним сечением известных размеров при известном мгновенном напоре во время расхода. Проще говоря: чтобы воспользоваться формулой, нужно установить манометр перед краном или рассчитать падение напора на водопроводе при известном давлении в трассе.
Сама формула выглядит так: v^2=2gh. В ней:
- v — скорость потока на выходе из отверстия в метрах в секунду;
- g — ускорение падения (для нашей планеты оно равно 9,78 м/с^2);
- h — напор (высота водяного столба над отверстием).
Чем это поможет в нашей задаче? А тем, что расход жидкости через отверстие (та самая пропускная способность) равен S*v , где S — площадь сечения отверстия, а v — скорость потока из приведенной выше формулы.
Капитан Очевидность подсказывает: зная площадь сечения, нетрудно определить внутренний радиус трубы. Как известно, площадь круга вычисляется как π*r^2, где π округленно берется равным 3,14159265.
В этом случае формула Торричелли будет иметь вид v^2=2*9,78*20=391,2. Квадратный корень из 391,2 округленно равен 20. Значит, вода будет выливаться из отверстия со скоростью 20 м/с.
Вычисляем диаметр отверстия, через которое изливается поток. Переведя диаметр в единицы СИ (метры), получаем 3,14159265*0,01^2=0,0003141593. А теперь вычисляем расход воды: 20*0,0003141593=0,006283186, или 6,2 литра в секунду.
Обратно в реальность
Уважаемый читатель, рискну предположить, что у вас перед смесителем не установлен манометр. Очевидно, что для более точного гидравлического расчета нужны какие-то дополнительные данные.
Обычно расчетная задача решается от обратного: при известных расходе воды через сантехнические приборы, длине водопровода и его материале подбирается диаметр, обеспечивающий падение напора до приемлемых значений. Ограничивающим фактором выступает скорость потока.
Справочные данные
Нормой скорости потока для внутренних водопроводов считаются 0,7 — 1,5 м/с. Превышение последнего значения приводит к появлению гидравлических шумов (в первую очередь — на изгибах и фитингах).
Нормы расхода воды для сантехприборов несложно отыскать в нормативной документации. В частности, их приводит приложение к СНиП 2.04.01-85. Чтобы избавить читателя от длительных поисков, я приведу здесь эту таблицу.
В таблице приведены данные для смесителей с аэраторами. Их отсутствие уравнивает расход через смесители мойки, умывальника и душевой кабины с расходом через смеситель при наборе ванны.
Напомню, что если вы хотите своими руками рассчитать водопровод частного дома, суммируйте расход воды для всех установленных приборов . Если эта инструкция не соблюдается, вас будут ждать сюрпризы вроде резкого падения температуры в душе при открытии крана горячей воды на .
Если в здании присутствует пожарный водопровод, к плановому расходу добавляется 2,5 л/с на каждый гидрант. Для пожарного водопровода скорость потока ограничивается значением в 3 м/с : при пожаре гидравлические шумы — это последнее, что будет нервировать жильцов.
При расчете напора обычно исходят из того, что на крайнем от ввода приборе он должен быть не менее 5 метров, что соответствует давлению 0,5 кгс/см2. Часть сантехнических приборов (проточные водонагреватели, заливные клапаны автоматических стиральных машин и т.д.) просто не срабатывают, если давление в водопроводе ниже 0,3 атмосфер. Кроме того, приходится учитывать гидравлические потери на самом приборе.
На фото — проточный водонагреватель Atmor Basic. Он включает нагрев лишь при давлении 0,3 кгс/см2 и выше.
Расход, диаметр, скорость
Напомню, что они увязываются между собой двумя формулами:
- Q = SV . Расход воды в кубометрах в секунду равен площади сечения в квадратных метрах, умноженной на скорость потока в метрах в секунду;
- S = π r ^2. Площадь сечения высчитывается как произведение числа «пи» и квадрата радиуса.
Где взять значения радиуса внутреннего сечения?
- У стальных труб он с минимальной погрешностью равен половине ДУ (условного прохода, которым маркируется трубный прокат);
- У полимерных, металлополимерных и т.д. внутренний диаметр равен разности между наружным, которым маркируются трубы, и удвоенной толщиной стенки (она тоже обычно присутствует в маркировке). Радиус, соответственно, представляет собой половину внутреннего диаметра.
- Внутренний диаметр равен 50-3*2=44 мм, или 0,044 метра;
- Радиус составит 0,044/2=0,022 метра;
- Площадь внутреннего сечения будет равной 3,1415*0,022^2=0,001520486 м2;
- При скорости потока 1,5 метра в секунду расход будет равным 1,5*0,001520486=0,002280729 м3/с, или 2,3 литра в секунду.
Потеря напора
Как вычислить, сколько напора теряется на водопроводе с известными параметрами?
Простейшая формула расчета падения напора имеет вид H = iL(1+K). Что означают переменные в ней?
- H — заветное падение напора в метрах;
- i — гидравлический уклон метра водопровода ;
- L — длина водопровода в метрах;
- K — коэффициент , позволяющий упростить расчет падения напора на запорной арматуре и . Он привязан к назначению водопроводной сети.
Где взять значения этих переменных? Ну, кроме длины трубы — рулетку-то пока никто не отменял.
Коэффициент К принимается равным:
С гидравлическим уклоном картина куда сложнее. Сопротивление, оказываемое трубой потоку, зависит от:
- Внутреннего сечения;
- Шероховатости стенок;
- Скорости потока.
Список значений 1000i (гидравлического уклона на 1000 метров водопровода) можно найти в таблицах Шевелева, которые, собственно, и служат для гидравлического расчета. Объем таблиц слишком велик для статьи, поскольку они приводят значения 1000i для всех возможных диаметров, скоростей потока и материалов с поправкой на срок службы.
Вот небольшой фрагмент таблицы Шевелева для пластмассовой трубы размером 25 мм.
Автор таблиц приводит значения падения напора не для внутреннего сечения, а для стандартных размеров, которыми маркируются трубы, с поправкой на толщину стенок. Однако таблицы были изданы в 1973 году, когда соответствующий сегмент рынка еще не сформировался.
При расчете учтите, что для металлопластика лучше брать значения, соответствующие трубе на шаг меньшего размера.
Давайте, пользуясь этой таблицей, вычислим падение напора на полипропиленовой трубе диаметром 25 мм и длиной 45 метров. Условимся, что мы проектируем водопровод хозяйственно-бытового назначения.
- При максимально близкой к 1,5 м/с скорости потока (1,38 м/с) значение 1000i будет равным 142,8 метра;
- Гидравлический уклон одного метра трубы будет равным 142,8/1000=0,1428 метра;
- Коэффициент поправки для бытовых водопроводов равен 0,3;
- Формула в целом приобретет вид H=0,1428*45(1+0,3)=8,3538 метра. Значит, на конце водопровода при расходе воды 0,45 л/с (значение из левого столбца таблицы) давление упадет на 0,84 кгс/см2 и при 3 атмосферах на входе составит вполне приемлемые 2,16 кгс/см2.
Этим значением можно воспользоваться, чтобы определить расход согласно формуле Торричелли . Способ расчета с примером приведен в соответствующем разделе статьи.
Кроме того, чтобы вычислить максимальный расход через водопровод с известными характеристиками, можно выбрать в столбце «расход» полной таблицы Шевелева такое значение, при котором давление в конце трубы не упадет ниже 0,5 атмосферы
.
Заключение
Уважаемый читатель, если приведенная инструкция, несмотря на предельную упрощенность, все же показались вам утомительной — просто воспользуйтесь одним из многочисленных онлайн-калькуляторов . Как всегда, дополнительную информацию можно найти в видео в этой статье. Я буду признателен за ваши дополнения, поправки и комментарии. Успехов, камрады!
31 июля 2016г.Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!
Пропускная способность – важный параметр для любых труб, каналов и прочих наследников римского акведука. Однако, далеко не всегда на упаковке трубы (или на самом изделии) указана пропускная способность. Кроме того, от схемы трубопровода тоже зависит, сколько жидкости пропускает труба через сечение. Как правильно рассчитать пропускную способность трубопроводов?
Методы расчета пропускной способности трубопроводов
Существует несколько методик расчета данного параметра, каждая из которых является подходящей для отдельного случая. Некоторые обозначения, важные при определении пропускной способности трубы:
Наружный диаметр – физический размер сечения трубы от одного края внешней стенки до другого. При расчетах обозначается как Дн или Dн. Этот параметр указывают в маркировке.
Диаметр условного прохода – приблизительное значение диаметра внутреннего сечения трубы, округленное до целого числа. При расчетах обозначается как Ду или Dу.
Физические методы расчета пропускной способности труб
Значения пропускной способности труб определяют по специальным формулам. Для каждого типа изделий – для газо-, водопровода, канализации – способы расчета свои.
Табличные методы расчета
Существует таблица приближенных значений, созданная для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В большинстве случаев высокая точность не требуется, поэтому значения можно применять без проведения сложных вычислений. Но в этой таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы, что характерно для старых магистралей.
| Вид жидкости | Скорость (м/сек) |
| Вода городского водопровода | 0,60-1,50 |
| Вода трубопроводной магистрали | 1,50-3,00 |
| Вода системы центрального отопления | 2,00-3,00 |
| Вода напорной системы в линии трубопровода | 0,75-1,50 |
| Гидравлическая жидкость | до 12м/сек |
| Масло линии трубопровода | 3,00-7,5 |
| Масло в напорной системе линии трубопровода | 0,75-1,25 |
| Пар в отопительной системе | 20,0-30,00 |
| Пар системы центрального трубопровода | 30,0-50,0 |
| Пар в отопительной системе с высокой температурой | 50,0-70,00 |
| Воздух и газ в центральной системе трубопровода | 20,0-75,00 |
Существует точная таблица расчета пропускной способности, называемая таблицей Шевелева, которая учитывает материал трубы и множество других факторов. Данные таблицы редко используются при прокладке водопровода по квартире, но вот в частном доме с несколькими нестандартными стояками могут пригодиться.
Расчет с помощью программ
В распоряжении современных сантехнических фирм имеются специальные компьютерные программы для расчета пропускной способности труб, а также множества других схожих параметров. Кроме того, разработаны онлайн-калькуляторы, которые хоть и менее точны, но зато бесплатны и не требуют установки на ПК. Одна из стационарных программ «TAScope» – творение западных инженеров, которое является условно-бесплатным. В крупных компаниях используют «Гидросистема» - это отечественная программа, рассчитывающая трубы по критериям, влияющим на их эксплуатацию в регионах РФ. Помимо гидравлического расчета, позволяет считать другие параметры трубопроводов. Средняя цена 150 000 рублей.
Как рассчитать пропускную способность газовой трубы
Газ – это один из самых сложных материалов для транспортировки, в частности потому, что имеет свойство сжиматься и потому способен утекать через мельчайшие зазоры в трубах. К расчету пропускной способности газовых труб (как и к проектированию газовой системы в целом) предъявляют особые требования.
Формула расчета пропускной способности газовой трубы
Максимальная пропускная способность газопроводов определяется по формуле:
Qmax = 0.67 Ду2 * p
где p - равно рабочему давлению в системе газопровода + 0,10 мПа или абсолютному давлению газа;
Ду - условный проход трубы.
Существует сложная формула для расчета пропускной способности газовой трубы. При проведении предварительных расчетов, а также при расчетах бытового газопровода обычно не используется.
Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T
где z - коэффициент сжимаемости;
Т- температура перемещаемого газа, К;
Согласно этой формуле определяется прямая зависимость температуры перемещаемой среды от давления. Чем выше значение Т, тем больше газ расширяется и давит на стенки. Поэтому инженеры при расчетах крупных магистралей учитывают возможные погодные условия в местности, где проходит трубопровод. Если номинальное значение трубы DN будет меньше давления газа, образующегося при высоких температурах летом (например, при +38…+45 градусов Цельсия), тогда вероятно повреждение магистрали. Это влечет утечку ценного сырья, и создает вероятность взрыва участка трубы.
Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления
Существует таблица расчетов пропускных способностей газопровода для часто применяемых диаметров и номинального рабочего давления труб. Для определения характеристики газовой магистрали нестандартных размеров и давления потребуются инженерные расчеты. Также на давление, скорость движения и объем газа влияет температура наружного воздуха.
Максимальная скорость (W) газа в таблице - 25 м/с, а z (коэффициент сжимаемости) равен 1. Температура (Т) равна 20 градусов по шкале Цельсия или 293 по шкале Кельвина.
| Pраб.(МПа) | Пропускная способность трубопровода (м?/ч), при wгаза=25м/с;z=1;Т=20?С=293?К | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DN 50 | DN 80 | DN 100 | DN 150 | DN 200 | DN 300 | DN 400 | DN 500 | |
| 0,3 | 670 | 1715 | 2680 | 6030 | 10720 | 24120 | 42880 | 67000 |
| 0,6 | 1170 | 3000 | 4690 | 10550 | 18760 | 42210 | 75040 | 117000 |
| 1,2 | 2175 | 5570 | 8710 | 19595 | 34840 | 78390 | 139360 | 217500 |
| 1,6 | 2845 | 7290 | 11390 | 25625 | 45560 | 102510 | 182240 | 284500 |
| 2,5 | 4355 | 11145 | 17420 | 39195 | 69680 | 156780 | 278720 | 435500 |
| 3,5 | 6030 | 15435 | 24120 | 54270 | 96480 | 217080 | 385920 | 603000 |
| 5,5 | 9380 | 24010 | 37520 | 84420 | 150080 | 337680 | 600320 | 938000 |
| 7,5 | 12730 | 32585 | 50920 | 114570 | 203680 | 458280 | 814720 | 1273000 |
| 10,0 | 16915 | 43305 | 67670 | 152255 | 270680 | 609030 | 108720 | 1691500 |
Пропускная способность канализационной трубы
Пропускная способность канализационной трубы – важный параметр, который зависит от типа трубопровода (напорный или безнапорный). Формула расчета основана на законах гидравлики. Помимо трудоемкого расчета, для определения пропускной способности канализации используют таблицы.
Для гидравлического расчета канализации требуется определить неизвестные:
- диаметр трубопровода Ду;
- среднюю скорость потока v;
- гидравлический уклон l;
- степень наполнения h/ Ду (в расчетах отталкиваются от гидравлического радиуса, который связан с этой величиной).
На практике ограничиваются вычислением значения l или h/d, так как остальные параметры легко посчитать. Гидравлический уклон в предварительных расчетах принято считать равным уклону поверхности земли, при котором движение сточных вод будет не ниже самооочищающей скорости. Значения скорости, а также максимальные значения h/Ду для бытовых сетей можно найти в таблице 3.
Юлия Петриченко, эксперт
Кроме того, существует нормированное значение минимального уклона для труб с малым диаметром: 150 мм
(i=0.008) и 200 (i=0.007) мм.
Формула объемного расхода жидкости выглядит так:
где a - это площадь живого сечения потока,
v – скорость потока, м/с.
Скорость рассчитывается по формуле:
где R – это гидравлический радиус;
С – коэффициент смачивания;
Отсюда можно вывести формулу гидравлического уклона:
По ней определяют данный параметр при необходимости расчета.
где n – это коэффициент шероховатости, имеющий значения от 0,012 до 0,015 в зависимости от материала трубы.
Гидравлический радиус считают равным радиусу обычному, но только при полном заполнении трубы. В остальных случаях используют формулу:
где А – это площадь поперечного потока жидкости,
P– смоченный периметр, или же поперечная длина внутренней поверхности трубы, которая касается жидкости.
Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации
В таблице учтены все параметры, используемые для выполнения гидравлического расчета. Данные выбирают по значению диаметра трубы и подставляют в формулу. Здесь уже рассчитан объемный расход жидкости q, проходящей через сечение трубы, который можно принять за пропускную способность магистрали.
Кроме того, существуют более подробные таблицы Лукиных, содержащие готовые значения пропускной способности для труб разного диаметра от 50 до 2000 мм.
Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем
В таблицах пропускной способности напорных труб канализации значения зависят от максимальной степени наполнения и расчетной средней скорости сточной воды.
| Диаметр, мм | Наполнение | Принимаемый (оптимальный уклон) | Скорость движения сточной воды в трубе, м/с | Расход, л/сек |
| 100 | 0,6 | 0,02 | 0,94 | 4,6 |
| 125 | 0,6 | 0,016 | 0,97 | 7,5 |
| 150 | 0,6 | 0,013 | 1,00 | 11,1 |
| 200 | 0,6 | 0,01 | 1,05 | 20,7 |
| 250 | 0,6 | 0,008 | 1,09 | 33,6 |
| 300 | 0,7 | 0,0067 | 1,18 | 62,1 |
| 350 | 0,7 | 0,0057 | 1,21 | 86,7 |
| 400 | 0,7 | 0,0050 | 1,23 | 115,9 |
| 450 | 0,7 | 0,0044 | 1,26 | 149,4 |
| 500 | 0,7 | 0,0040 | 1,28 | 187,9 |
| 600 | 0,7 | 0,0033 | 1,32 | 278,6 |
| 800 | 0,7 | 0,0025 | 1,38 | 520,0 |
| 1000 | 0,7 | 0,0020 | 1,43 | 842,0 |
| 1200 | 0,7 | 0,00176 | 1,48 | 1250,0 |
Пропускная способность водопроводной трубы
Водопроводные трубы в доме используются чаще всего. А так как на них идёт большая нагрузка, то и расчет пропускной способности водопроводной магистрали становится важным условием надежной эксплуатации.
Проходимость трубы в зависимости от диаметра
Диаметр – не самый важный параметр при расчете проходимости трубы, однако тоже влияет на ее значение. Чем больше внутренний диаметр трубы, тем выше проходимость, а также ниже шанс появления засоров и пробок. Однако помимо диаметра нужно учитывать коэффициент трения воды о стенки трубы (табличное значение для каждого материала), протяженность магистрали и разницу давлений жидкости на входе и выходе. Кроме того, на проходимость будет сильно влиять число колен и фитингов в трубопроводе.
Таблица пропускной способности труб по температуре теплоносителя
Чем выше температура в трубе, тем ниже её пропускная способность, так как вода расширяется и тем самым создаёт дополнительное трение. Для водопровода это не важно, а в отопительных системах является ключевым параметром.
Существует таблица для расчетов по теплоте и теплоносителю.
| Диаметр трубы, мм | Пропускная способность | |||
|---|---|---|---|---|
| По теплоте | По теплоносителю | |||
| Вода | Пар | Вода | Пар | |
| Гкал/ч | т/ч | |||
| 15 | 0,011 | 0,005 | 0,182 | 0,009 |
| 25 | 0,039 | 0,018 | 0,650 | 0,033 |
| 38 | 0,11 | 0,05 | 1,82 | 0,091 |
| 50 | 0,24 | 0,11 | 4,00 | 0,20 |
| 75 | 0,72 | 0,33 | 12,0 | 0,60 |
| 100 | 1,51 | 0,69 | 25,0 | 1,25 |
| 125 | 2,70 | 1,24 | 45,0 | 2,25 |
| 150 | 4,36 | 2,00 | 72,8 | 3,64 |
| 200 | 9,23 | 4,24 | 154 | 7,70 |
| 250 | 16,6 | 7,60 | 276 | 13,8 |
| 300 | 26,6 | 12,2 | 444 | 22,2 |
| 350 | 40,3 | 18,5 | 672 | 33,6 |
| 400 | 56,5 | 26,0 | 940 | 47,0 |
| 450 | 68,3 | 36,0 | 1310 | 65,5 |
| 500 | 103 | 47,4 | 1730 | 86,5 |
| 600 | 167 | 76,5 | 2780 | 139 |
| 700 | 250 | 115 | 4160 | 208 |
| 800 | 354 | 162 | 5900 | 295 |
| 900 | 633 | 291 | 10500 | 525 |
| 1000 | 1020 | 470 | 17100 | 855 |
Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя
Существует таблица, описывающая пропускную способность труб в зависимости от давления.
| Расход | Пропускная способность | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ду трубы | 15 мм | 20 мм | 25 мм | 32 мм | 40 мм | 50 мм | 65 мм | 80 мм | 100 мм |
| Па/м - мбар/м | меньше 0,15 м/с | 0,15 м/с | 0,3 м/с | ||||||
| 90,0 - 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 - 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 - 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 - 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 - 1,000 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 - 1,200 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 - 1,400 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 - 1,600 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 - 1,800 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200,0 - 2,000 | 266 | 619 | 1151 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 - 2,200 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 - 2,400 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 - 2,600 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280,0 - 2,800 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 - 3,000 | 331 | 767 | 1415 | 3076 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)
Таблицы Ф.А и А. Ф. Шевелевых являются одним из самых точных табличных методов расчета пропускной способности водопровода. Кроме того, они содержат все нужные формулы расчета для каждого конкретного материала. Это объемный информативный материал, используемый инженерами-гидравликами чаще всего.
В таблицах учитываются:
- диаметры трубы – внутренний и наружный;
- толщина стенки;
- срок эксплуатации водопровода;
- длина магистрали;
- назначение труб.
Формула гидравлического расчета
Для водопроводных труб применяется следующая формула расчета:
Онлайн-калькулятор: расчет пропускной способности труб
Если у вас есть какие-то вопросы, или же вы обладаете какими-либо справочниками, в которых используются неупомянутые здесь методы –напишите в комментариях.
Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?
Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно. Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб. Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.
Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления
Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом. При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам. При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.
Пропускная способность трубы
Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени. Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев. Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.
По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.
Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.
| Расход | Пропускная способность | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ду трубы | 15 мм | 20 мм | 25 мм | 32 мм | 40 мм | 50 мм | 65 мм | 80 мм | 100 мм |
| Па/м - мбар/м | меньше 0,15 м/с | 0,15 м/с | 0,3 м/с | ||||||
| 90,0 - 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 - 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 - 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 - 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 - 1,000 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 - 1,200 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 - 1,400 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 - 1,600 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 - 1,800 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200,0 - 2,000 | 266 | 619 | 1151 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 - 2,200 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 - 2,400 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 - 2,600 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280,0 - 2,800 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 - 3,000 | 331 | 767 | 1415 | 3076 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Факторы влияния на проходимость магистрали:
- Давление воды или теплоносителя.
- Внутренний диаметр (сечение) трубы.
- Общая длина системы.
- Материал трубопровода.
- Толщина стенок трубы.
На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.
Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.
Расчет диаметра трубы по расходу воды
Определяем правильно расход воды
Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:
qc = 5× q0 × α, л/с
где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;
q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;
а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.
На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.
Вероятность определяется по формуле:
Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,
где N – число потребителей воды (приборов);
qhr µ - максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;
u – количество человек, использующих сантехнику.
Пример расчета расхода воды:
В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:
- Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
- Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
- Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
- Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.
Рассчитываем диаметр трубы
Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:
где Q – расход воды, м3/с;
d – диаметр трубопровода, м;
w – скорость потока, м/с.
Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:
Юлия Петриченко, эксперт
d = √(4Q/πw), м
Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.
| Перекачиваемая среда | Оптимальная скорость в трубопроводе, м/с | |
|---|---|---|
| ЖИДКОСТИ | Движение самотеком: | |
| Вязкие жидкости | 0,1-0,5 | |
| Маловязкие жидкости | 0,5-1 | |
| Перекачиваемые насосом: | ||
| Всасывающий трубопровод | 0,8-2 | |
| Нагнетательный трубопровод | 1,5-3 | |
| ГАЗЫ | Естественная тяга | 2-4 |
| Малое давление (вентиляторы) | 4-15 | |
| Большое давление (компрессор) | 15-25 | |
| ПАРЫ | Перегретые | 30-50 |
| Насыщенные пары при давлении | ||
| Более 105 Па | 15-25 | |
| (1-0,5)*105 Па | 20-40 | |
| (0,5-0,2)*105 Па | 40-60 | |
| (0,2-0,05)*105 Па | 60-75 | |
Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.
