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.
Иногда очень важно точно рассчитать объем воды, проходящей через трубу. К примеру, когда нужно спроектировать новую систему отопления. Отсюда и возникает вопрос: как посчитать объем трубы? Этот показатель помогает правильно выбрать подходящее оборудование например, габарит расширительного бачка. Кроме того, этот показатель очень важен, когда используется антифриз. Обычно он продается в нескольких видах:
- Разбавленный;
- Неразбавленный.
Первый вид может выдержать температуру — 65 градусов. Второй замерзнет уже при -30 градусах. Чтобы купить нужное количество антифриза, необходимо знать объем теплоносителя. Другими словами, если объем жидкости равен 70 литрам, значит можно приобрести 35 литров неразбавленной жидкости. Достаточно их развести, соблюдая пропорцию 50–50 и получатся те же 70 литров.
Чтобы получить точные данные, необходимо приготовить:
- Калькулятор;
- Штангенциркуль;
- Линейку.
Сначала измеряется радиус, обозначенный буквой R. Он может быть:
- Внутренним;
- Наружным.
Внешний радиус, необходим для определения размера места, которое она займет.
Для расчета необходимо знать данные диаметра трубы. Его обозначают буквой D и рассчитывают по формуле R x 2. Определяется также длина окружности. Обозначается буквой L.
Чтобы вычислить объем трубы, измеряемого кубическими метрами (м3), необходимо предварительно рассчитать ее площадь.
Для получения точного значения, требуется сначала рассчитать площадь сечения.
Для этого применяют формулу:
- S = R x Пи.
- Искомая площадь — S;
- Радиус трубы – R;
- Число Пи — 3,14159265.
Полученное значение нужно перемножить на длину трубопровода.
Как найти объем трубы по формуле? Нужно знать всего 2 значения. Сама формула расчета, имеет следующий вид:
- V = S x L
- Объем трубы – V;
- Площадь сечения – S;
- Длина – L
К примеру, у нас есть металлическая труба диаметром 0,5 метра и длиной два метра. Для проведения расчета в формулу расчета площади круга, вставляется размер внешней поперечины нержавеющего металла. Трубная площадь будет равна;
S= (D/2) =3,14 х (0,5/2) = 0,0625 кв. метра.
Итоговая формула расчета, примет следующий вид:
V = HS = 2 х 0,0625=0,125 куб. метра.
По этой формуле рассчитывается объём совершенно любой трубы. Причем абсолютно не важно из какого она материала. Если трубопровод имеет много составных частей, применяя эту формулу, можно рассчитать по отдельности, объем каждого участка.
При выполнении расчета, очень важно чтобы размеры выражались в одинаковых единицах измерения. Проще всего проводить расчет, если все значения перевести в квадратные сантиметры.
Если использовать разные единицы измерения, можно получить весьма сомнительные результаты. Они будут очень далеки от настоящих значений. При выполнении постоянных ежедневных вычислений, можно использовать память калькулятора, установив постоянное значение. К примеру, число Пи, умноженное на два. Это поможет намного быстрее произвести расчет объема трубы разного диаметра.
Сегодня для расчета можно использовать готовые компьютерные программы, в которых, заранее указываются стандартные параметры. Для выполнения расчета, нужно будет только вписывать дополнительные переменные значения.
Скачать программу https://yadi.sk/d/_1ZA9Mmf3AJKXy
Как высчитать площадь поперечного сечения
Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R2. Где R - радиус (внутренний), π - 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.
Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус - 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см2, подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см2 = 40,5 см2.
Площадь сечения профилированного изделия считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b - длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.
Расчет объема воды, находящейся во всей системе
Для определения такого параметра, необходимо в формулу подставить значение внутреннего радиуса. Однако сразу появляется проблема. А как рассчитать полный объем воды в трубе всей отопительной системы, в которую входят:
- Радиаторы;
- Расширительный бачок;
- Котел отопления.
Сначала рассчитывается объём радиатора. Для этого открывается его технический паспорт и выписывается значения объема одной секции. Этот параметр умножается на число секций в конкретной батарее. Например, одна равен 1,5 литрам.
Когда установлен биметаллический радиатор, это значение намного меньше. Количество воды в котле можно узнать из паспорта устройства.
Для определения объема расширительного бака, его заполняют измеренным заранее, количеством жидкости.
Очень просто определяется объём труб. Имеющиеся данные для одного метра, определенного диаметра, нужно просто умножить на длину всего трубопровода.
Заметим что в глобальной сети и справочной литературе, можно увидеть специальные таблицы. Они показывают ориентировочные данные изделия. Погрешность приведенных данных достаточно мала, поэтому приведенные в таблице значения, можно смело использовать для вычисления объема воды.
Надо сказать, что при расчете значений, нужно учитывать некоторые характерные отличия. Металлические трубы, имеющие большой диаметр, пропускают количество воды, значительно меньше, чем такие же полипропиленовые трубы.
Причина кроется в гладкости поверхности труб. У стальных изделий она выполнена с большой шероховатостью. ППР трубы не имеют шероховатости на внутренних стенках. Однако при этом стальные изделия имеют больший объем воды, чем в других трубах, одинакового сечения. Поэтому чтобы убедиться, что расчет объема воды в трубах произведен верно, нужно несколько раз перепроверить все данные и подкрепить результат онлайн-калькулятором.
Внутренний объем погонного метра трубы в литрах — таблица
Таблица показывает внутренний объем погонного метра трубы в литрах. То есть сколько потребуется воды, антифриза или другой жидкости (теплоносителя), чтобы заполнить трубопровод. Взят внутренний диаметр труб от 4 до 1000 мм.
| Внутренний диаметр,мм | Внутренний объем 1 м погонного трубы, литров | Внутренний объем 10 м погонных трубы, литров |
|---|---|---|
| 4 | 0.0126 | 0.1257 |
| 5 | 0.0196 | 0.1963 |
| 6 | 0.0283 | 0.2827 |
| 7 | 0.0385 | 0.3848 |
| 8 | 0.0503 | 0.5027 |
| 9 | 0.0636 | 0.6362 |
| 10 | 0.0785 | 0.7854 |
| 11 | 0.095 | 0.9503 |
| 12 | 0.1131 | 1.131 |
| 13 | 0.1327 | 1.3273 |
| 14 | 0.1539 | 1.5394 |
| 15 | 0.1767 | 1.7671 |
| 16 | 0.2011 | 2.0106 |
| 17 | 0.227 | 2.2698 |
| 18 | 0.2545 | 2.5447 |
| 19 | 0.2835 | 2.8353 |
| 20 | 0.3142 | 3.1416 |
| 21 | 0.3464 | 3.4636 |
| 22 | 0.3801 | 3.8013 |
| 23 | 0.4155 | 4.1548 |
| 24 | 0.4524 | 4.5239 |
| 26 | 0.5309 | 5.3093 |
| 28 | 0.6158 | 6.1575 |
| 30 | 0.7069 | 7.0686 |
| 32 | 0.8042 | 8.0425 |
| 34 | 0.9079 | 9.0792 |
| 36 | 1.0179 | 10.1788 |
| 38 | 1.1341 | 11.3411 |
| 40 | 1.2566 | 12.5664 |
| 42 | 1.3854 | 13.8544 |
| 44 | 1.5205 | 15.2053 |
| 46 | 1.6619 | 16.619 |
| 48 | 1.8096 | 18.0956 |
| 50 | 1.9635 | 19.635 |
| 52 | 2.1237 | 21.2372 |
| 54 | 2.2902 | 22.9022 |
| 56 | 2.463 | 24.6301 |
| 58 | 2.6421 | 26.4208 |
| 60 | 2.8274 | 28.2743 |
| 62 | 3.0191 | 30.1907 |
| 64 | 3.217 | 32.1699 |
| 66 | 3.4212 | 34.2119 |
| 68 | 3.6317 | 36.3168 |
| 70 | 3.8485 | 38.4845 |
| 72 | 4.0715 | 40.715 |
| 74 | 4.3008 | 43.0084 |
| 76 | 4.5365 | 45.3646 |
| 78 | 4.7784 | 47.7836 |
| 80 | 5.0265 | 50.2655 |
| 82 | 5.281 | 52.8102 |
| 84 | 5.5418 | 55.4177 |
| 86 | 5.8088 | 58.088 |
| 88 | 6.0821 | 60.8212 |
| 90 | 6.3617 | 63.6173 |
| 92 | 6.6476 | 66.4761 |
| 94 | 6.9398 | 69.3978 |
| 96 | 7.2382 | 72.3823 |
| 98 | 7.543 | 75.4296 |
| 100 | 7.854 | 78.5398 |
| 105 | 8.659 | 86.5901 |
| 110 | 9.5033 | 95.0332 |
| 115 | 10.3869 | 103.8689 |
| 120 | 11.3097 | 113.0973 |
| 125 | 12.2718 | 122.7185 |
| 130 | 13.2732 | 132.7323 |
| 135 | 14.3139 | 143.1388 |
| 140 | 15.3938 | 153.938 |
| 145 | 16.513 | 165.13 |
| 150 | 17.6715 | 176.7146 |
| 160 | 20.1062 | 201.0619 |
| 170 | 22.698 | 226.9801 |
| 180 | 25.4469 | 254.469 |
| 190 | 28.3529 | 283.5287 |
| 200 | 31.4159 | 314.1593 |
| 210 | 34.6361 | 346.3606 |
| 220 | 38.0133 | 380.1327 |
| 230 | 41.5476 | 415.4756 |
| 240 | 45.2389 | 452.3893 |
| 250 | 49.0874 | 490.8739 |
| 260 | 53.0929 | 530.9292 |
| 270 | 57.2555 | 572.5553 |
| 280 | 61.5752 | 615.7522 |
| 290 | 66.052 | 660.5199 |
| 300 | 70.6858 | 706.8583 |
| 320 | 80.4248 | 804.2477 |
| 340 | 90.792 | 907.9203 |
| 360 | 101.7876 | 1017.876 |
| 380 | 113.4115 | 1134.1149 |
| 400 | 125.6637 | 1256.6371 |
| 420 | 138.5442 | 1385.4424 |
| 440 | 152.0531 | 1520.5308 |
| 460 | 166.1903 | 1661.9025 |
| 480 | 180.9557 | 1809.5574 |
| 500 | 196.3495 | 1963.4954 |
| 520 | 212.3717 | 2123.7166 |
| 540 | 229.0221 | 2290.221 |
| 560 | 246.3009 | 2463.0086 |
| 580 | 264.2079 | 2642.0794 |
| 600 | 282.7433 | 2827.4334 |
| 620 | 301.9071 | 3019.0705 |
| 640 | 321.6991 | 3216.9909 |
| 660 | 342.1194 | 3421.1944 |
| 680 | 363.1681 | 3631.6811 |
| 700 | 384.8451 | 3848.451 |
| 720 | 407.1504 | 4071.5041 |
| 740 | 430.084 | 4300.8403 |
| 760 | 453.646 | 4536.4598 |
| 780 | 477.8362 | 4778.3624 |
| 800 | 502.6548 | 5026.5482 |
| 820 | 528.1017 | 5281.0173 |
| 840 | 554.1769 | 5541.7694 |
| 860 | 580.8805 | 5808.8048 |
| 880 | 608.2123 | 6082.1234 |
| 900 | 636.1725 | 6361.7251 |
| 920 | 664.761 | 6647.6101 |
| 940 | 693.9778 | 6939.7782 |
| 960 | 723.8229 | 7238.2295 |
| 980 | 754.2964 | 7542.964 |
| 1000 | 785.3982 | 7853.9816 |
Если у вас специфическая конструкция или труба, то в формуле выше показано как вычислить точные данные для правильного расхода воды или иного теплоносителя.
Расчет онлайн
http://mozgan.ru/Geometry/VolumeCylinder
Заключение
Чтобы подобрать точную цифру потребления теплоносителя вашей системы, придется немного посидеть. Либо найдите в интернете, либо воспользуйтесь калькулятором, который советуем мы. Возможно он сможет вам сэкономить время.
Есть у вас система водного типа, то не стоит заморачиваться и осуществлять точный подбор объема. Достаточно прикинуть приблизительно. Точный расчет нужен больше для того, чтобы не купить лишнего и минимизировать расходы. Так как многие останавливаются на выборе дорогостоящего теплоносителя.
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.
Зачем нужны подобные расчеты
При составлении плана по возведению большого коттеджа, имеющего несколько ванных комнат, частной гостиницы, организации пожарной системы, очень важно обладать более-менее точной информацией о транспортирующих возможностях имеющейся трубы, беря в учет ее диаметр и давление в системе. Все дело в колебаниях напора во время пика потребления воды: такие явления довольно серьезно влияют на качество предоставляемых услуг.
Кроме того, если водопровод не оснащен водосчетчиками, то при оплате за услуги коммунальных служб в расчет берется т.н. «проходимость трубы». В таком случае вполне логично выплывает вопрос о применяемых при этом тарифах.
При этом важно понимать, что второй вариант не касается частных помещений (квартир и коттеджей), где при отсутствии счетчиков при начислении оплаты учитывают санитарные нормы: обычно это до 360 л/сутки на одного человека.
От чего зависит проходимость трубы
От чего же зависит расход воды в трубе круглого сечения? Складывается впечатление, что поиск ответа не должен вызывать сложностей: чем большим сечением обладает труба, тем больший объем воды она сможет пропустить за определенное время. А простая формула объема трубы позволит узнать и это значение. При этом вспоминается также давление, ведь чем выше водяной столб, тем с большей скоростью вода будет продавливаться внутри коммуникации. Однако практика показывает, что это далеко не все факторы, влияющие на расход воды.
Кроме них, в учет приходится брать также следующие моменты:
- Длина трубы . При увеличении ее протяженности вода сильнее трется об ее стенки, что приводит к замедлению потока. Действительно, в самом начале системы вода испытывает воздействие исключительно давлением, однако важно и то, как быстро у следующих порций появится возможность войти внутрь коммуникации. Торможение же внутри трубы зачастую достигает больших значений.
- Расход воды зависит от диаметра в куда более сложной степени, чем это кажется на первый взгляд. Когда размер диаметра трубы небольшой, стенки сопротивляются водному потоку на порядок больше, чем в более толстых системах. Как результат, при уменьшении диаметра трубы снижается ее выгода в плане соотношения скорости водного потока к показателю внутренней площади на участке фиксированной длины. Если сказать по-простому, толстый водопровод гораздо быстрее транспортирует воду, чем тонкий.
- Материал изготовления . Еще один важный момент, напрямую влияющий на быстроту движения воды по трубе. К примеру, гладкий пропилен способствует скольжению воды в гораздо больше мере, чем шероховатые стальные стенки.
- Продолжительность службы . Со временем на стальных водопроводах появляется ржавчина. Кроме этого для стали, как и для чугуна, характерно постепенно накапливать известковые отложения. Сопротивляемость водному потоку трубы с отложениями гораздо выше, чем новых стальных изделий: эта разница иногда доходит до 200 раз. Кроме того, зарастание трубы приводит к уменьшению ее диаметра: даже если не брать в расчет возросшее трение, проходимость ее явно падает. Важно также заметить, что изделия из пластика и металлопластика подобных проблем не имеют: даже спустя десятилетия интенсивной эксплуатации уровень их сопротивляемости водным потокам остается на первоначальном уровне.
- Наличие поворотов, фитингов, переходников, вентилей способствует дополнительному торможению водных потоков.
Все вышеперечисленные факторы приходится учитывать, ведь речь идет не о каких-то маленьких погрешностях, а о серьезной разнице в несколько раз. В качестве вывода можно сказать, что простое определение диаметра трубы по расходу воды едва ли возможно.
Новая возможность расчетов расхода воды
Если использование воды осуществляется посредством крана, это значительно упрощает задачу. Главное в таком случае, чтобы размеры отверстия излияния воды были намного меньше диаметра водопровода. В таком случае применима формула расчета воды по сечению трубы Торричелли v^2=2gh, где v - быстрота протекания сквозь небольшое отверстие, g - ускорение свободного падения, а h - высота столба воды над краном (отверстие, имеющее сечение s, за единицу времени пропускает водный объем s*v). При этом важно помнить, что термин «сечение» применяется не для обозначения диаметра, а его площади. Для ее расчета используют формулу pi*r^2.
Если столб воды имеет высоту в 10 метров, а отверстие – диаметр 0,01 м, расход воды через трубу при давлении в одну атмосферу вычисляется таким образом: v^2=2*9.78*10=195,6. После извлечения квадратного корня выходит v=13,98570698963767. После округления, чтобы получить более простой показатель скорости, получается 14м/с. Сечение отверстия, имеющее диаметр 0,01 м, вычисляется так: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2. В итоге выходит, что максимальный расход воды через трубу соответствует 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с (немного меньше, чем 4,5 литра воды/секунду). Как можно увидеть, в данном случае расчет воды по сечению трубы провести довольно просто. Также в свободном доступе имеются специальные таблицы с указанием расходы воды для самых популярных сантехнических изделий, при минимальном значении диаметра водопроводной трубы.
Как уже можно понять, универсального несложного способа, чтобы вычислить диаметр трубопровода в зависимости от расхода воды, не существует. Однако определенные показатели для себя вывести все-же можно. Особенно это касается случаев, если система обустроена из пластиковых или металлопластиковых труб, а потребление воды осуществляется кранами с малым сечением выхода. В отдельных случаях такой метод расчета применим на стальных системах, но речь идет прежде всего о новых водопроводах, которые не успели покрыться внутренними отложениями на стенках.
Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.
Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.
Способы расчета пропускной способности трубопровода
- Внешний диаметр . Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.
- Диаметр условного прохода . Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.
Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:
- Физические расчеты . В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.
- Табличные расчеты . Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.
- Расчет при помощи программ . Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.
Расчет пропускной способности газопроводов
Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.
Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:
- Qmax = 0.67 Ду2 * p,
Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;
Ду – величина условного прохода трубы.
Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.
В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:
- Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T,
Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;
Т – температура транспортируемого газа (К).
Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить. Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.
При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.
Расчет пропускной способности канализационных труб
При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.
Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:
- Диаметр труб – Ду;
- Средняя скорость движения веществ – v;
- Величина гидравлического уклона – I;
- Степень наполнения – h/Ду.
Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит движение стоков со скоростью, необходимой для самоочищения системы.
Скорость и предельный уровень наполнения бытовой канализации определяются по таблице, которую можно выписать так:
- 150-250 мм - h/Ду составляет 0,6, а скорость – 0,7 м/с.
- Диаметр 300-400 мм - h/Ду составляет 0,7, скорость – 0,8 м/с.
- Диаметр 450-500 мм - h/Ду составляет 0,75, скорость – 0,9 м/с.
- Диаметр 600-800 мм - h/Ду составляет 0,75, скорость – 1 м/с.
- Диаметр 900+ мм - h/Ду составляет 0,8, скорость – 1,15 м/с.
Для изделия с небольшим сечением имеются нормативные показатели минимальной величины уклона трубопровода:
- При диаметре 150 мм уклон не должен быть менее 0,008 мм;
- При диаметре 200 мм уклон не должен быть менее 0,007 мм.
Для расчета объема стоков используется следующая формула:
- q = a*v,
Где а – площадь живого сечения потока;
v – скорость транспортировки стоков.
Определить скорость транспортировки вещества можно по такой формуле:
- v= C√R*i,
где R – величина гидравлического радиуса,
С – коэффициент смачивания;
i – степень уклона конструкции.
Из предыдущей формулы можно вывести следующую, которая позволит определить значение гидравлического уклона:
- i=v2/C2*R.
Чтобы вычислить коэффициент смачивания, используется формула такого вида:
- С=(1/n)*R1/6,
Где n – коэффициент, учитывающий степень шероховатости, который варьируется в пределах от 0,012 до 0,015 (зависит от материала изготовления трубы).
Значение R обычно приравнивают к обычному радиусу, но это актуально лишь в том случае, если труба заполняется полностью.
Для других ситуаций используется простая формула:
- R=A/P,
Где А – площадь сечения потока воды,
Р – длина внутренней части трубы, находящейся в непосредственном контакте с жидкостью.
Табличный расчет канализационных труб
Определять проходимость труб канализационной системы можно и при помощи таблиц, причем расчеты будут напрямую зависеть от типа системы:
- Безнапорная канализация . Для расчета безнапорных канализационных систем используются таблицы, содержащие в себе все необходимые показатели. Зная диаметр устанавливаемых труб, можно подобрать в зависимости от него все остальные параметры и подставить их в формулу (прочитайте также: " "). Кроме того, в таблице указан объем проходящей через трубу жидкости, который всегда совпадает с проходимостью трубопровода. При необходимости можно воспользоваться таблицами Лукиных, в которых указана величина пропускной способности всех труб с диаметром в диапазоне от 50 до 2000 мм.
- Напорная канализация . Определять пропускную способность в данном типе системы посредством таблиц несколько проще – достаточно знать предельную степень наполнения трубопровода и среднюю скорость транспортировки жидкости. Читайте также: " ".
Таблица пропускной способности полипропиленовых труб позволяет узнать все необходимые для обустройства системы параметры.
Расчет пропускной способности водопровода
Водопроводные трубы в частном строительстве применяются чаще всего. На систему водоснабжения в любом случае приходится серьезная нагрузка, поэтому расчет пропускной способности трубопровода обязателен, ведь он позволяет создать максимально комфортные условия эксплуатации будущей конструкции.
Для определения проходимости водопроводных труб можно использовать их диаметр (прочитайте также: " "). Конечно, данный показатель не является основой для расчета проходимости, но его влияние нельзя исключать. Увеличение внутреннего диаметра трубы прямо пропорционально ее проходимости – то есть, толстая труба почти не препятствует движению воды и меньше подвержена наслоению различных отложений.
Впрочем, есть и другие показатели, которые также необходимо учитывать. Например, очень важным фактором является коэффициент трения жидкости о внутреннюю часть трубы (для разных материалов имеются собственные значения). Также стоит учитывать длину всего трубопровода и разность давлений в начале системы и на выходе. Немаловажным параметром является и количество различных переходников, присутствующих в конструкции водопровода.
Пропускная способность полипропиленовых труб водопровода может рассчитываться в зависимости от нескольких параметров табличным методом. Одним из них является расчет, в котором главным показателем является температура воды. При повышении температуры в системе происходит расширение жидкости, поэтому трение повышается. Для определения проходимости трубопровода нужно воспользоваться соответствующей таблицей. Также есть таблица, позволяющая определить проходимость в трубах в зависимости от давления воды.
Самый точный расчет воды по пропускной способности трубы позволяют осуществить таблицы Шевелевых. Помимо точности и большого числа стандартных значений, в данных таблицах имеются формулы, позволяющие рассчитать любую систему. Данный материал в полном объеме описывает все ситуации, связанные с гидравлическими расчетами, поэтому большинство профессионалов в данной области чаще всего используют именно таблицы Шевелевых.
Основными параметрами, которые учитываются в этих таблицах, являются:
- Внешний и внутренний диаметры;
- Толщина стенок трубопровода;
- Период эксплуатации системы;
- Общая протяженность магистрали;
- Функциональное назначение системы.
Заключение
Расчет пропускной способности труб может выполняться разными способами. Выбор оптимального способа расчета зависит от большого количества факторов – от размеров труб до назначения и типа системы. В каждом случае есть более и менее точные варианты расчета, поэтому найти подходящий сможет как профессионал, специализирующийся на прокладке трубопроводов, так и хозяин, решивший самостоятельно проложить магистраль у себя дома.
