Изчисляване на максималното налягане в тръбата. Как да изчислим налягането в тръбата

В този раздел ще приложим закона за запазване на енергията към движението на течност или газ през тръби. Движението на течност през тръбите често се среща в технологиите и ежедневието. Водопроводите доставят вода в града до къщите, до местата на нейното потребление. В машините тръбите доставят масло за смазване, гориво за двигатели и др. Движението на течността през тръбите често се среща в природата. Достатъчно е да се каже, че кръвообращението на животните и хората е притока на кръв през тръбички - кръвоносни съдове. До известна степен водният поток в реките също е вид поток на течност през тръбите. Коритото на реката е вид тръба за течаща вода.

Както знаете, неподвижна течност в съд, съгласно закона на Паскал, предава външно налягане във всички посоки и до всички точки на обема без промяна. Въпреки това, когато течност протича без триене през тръба, чиято площ на напречното сечение е различна в различните части, налягането не е еднакво по дължината на тръбата. Нека разберем защо налягането в движеща се течност зависи от площта на напречното сечение на тръбата. Но първо, нека се запознаем с една важна характеристика на всеки поток на течност.

Да приемем, че течността тече през хоризонтално разположена тръба, чийто сечение е различно на различни места, например през тръба, част от която е показана на фигура 207.

Ако мислено начертаем няколко участъка по тръбата, чиито площи са съответно равни, и измерим количеството течност, протичащо през всеки от тях за определен период от време, ще открием, че през всеки участък тече същото количество течност. Това означава, че цялата течност, която преминава през първата секция за едно и също време, преминава през третата секция за същото време, въпреки че е много по-малка по площ от първата. Ако това не беше така и, например, по-малко течност премина през секцията с площ за времето, отколкото през зоната, тогава излишната течност би трябвало да се натрупа някъде. Но течността запълва цялата тръба и няма къде да се натрупва.

Как може течност, която е изтекла през широк участък, да има време да "изстиска" през тесен едновременно? Очевидно за това при преминаване през тесни части на тръбата скоростта на движение трябва да бъде по-голяма и точно толкова пъти, колкото е по-малка площта на напречното сечение.

Наистина, нека разгледаме определен участък от движещ се течен стълб, съвпадащ в началния момент от време с един от участъците на тръбата (фиг. 208). През това време тази област ще се премести на разстояние, равно на къде е скоростта на потока на флуида. Обемът V на течността, протичаща през участъка на тръбата, е равен на произведението на площта на този участък и дължината

За единица време обемът на течността тече -

Обемът на флуида, протичащ за единица време през участъка на тръбата, е равен на произведението от площта на напречното сечение на тръбата и скоростта на потока.

Както току-що видяхме, този обем трябва да е еднакъв в различните участъци на тръбата. Следователно, колкото по-малко е напречното сечение на тръбата, толкова по-голяма е скоростта на движение.

Колко течност преминава през един участък от тръбата за определено време, същото количество трябва да премине за такава

по същото време през всеки друг раздел.

Освен това приемаме, че дадена маса течност винаги има един и същ обем, че не може да компресира и да намали обема си (течността се казва, че е несвиваема). Известно е например, че в тесните места на реката скоростта на водния поток е по-голяма, отколкото в широките. Ако обозначим скоростта на потока на флуида в секции по области, тогава можем да напишем:

От това може да се види, че когато течност преминава от тръбен участък с по-голямо напречно сечение към участък с по-малка площ на напречното сечение, скоростта на потока се увеличава, т.е. течността се движи с ускорение. А това според втория закон на Нютон означава, че върху течността действа сила. Каква е тази сила?

Тази сила може да бъде само разликата между силите на натиск в широките и тесните участъци на тръбата. По този начин, в широк участък от тръбата, налягането на флуида трябва да бъде по-голямо, отколкото в тесен участък от тръбата.

Същото следва и от закона за запазване на енергията. Всъщност, ако скоростта на течността се увеличи в тесните места на тръбата, тогава нейната кинетична енергия също се увеличава. И тъй като сме приели, че флуидът тече без триене, това увеличение на кинетичната енергия трябва да бъде компенсирано от намаляване на потенциалната енергия, тъй като общата енергия трябва да остане постоянна. Каква е потенциалната енергия тук? Ако тръбата е хоризонтална, тогава потенциалната енергия на взаимодействие със Земята във всички части на тръбата е една и съща и не може да се промени. Това означава, че остава само потенциалната енергия на еластичното взаимодействие. Силата на налягане, която кара течността да тече през тръбата, е еластичната сила на компресия на течността. Когато казваме, че течността е несвиваема, имаме предвид само, че тя не може да бъде сгъстена достатъчно, за да промени забележимо обема си, но неизбежно се получава много малка компресия, предизвикваща появата на еластични сили. Тези сили създават налягане на течността. Това е компресията на течността и намалява в тесните части на тръбата, компенсирайки увеличаването на скоростта. Следователно в тесни места на тръбите налягането на флуида трябва да бъде по-малко, отколкото в широки.

Това е законът, открит от петербургския академик Даниил Бернули:

Налягането на течащата течност е по-голямо в тези участъци от потока, в които скоростта на движението му е по-малка, и

напротив, в тези участъци, в които скоростта е по-голяма, налягането е по-малко.

Колкото и странно да изглежда, но когато течността "изстиска" през тесните участъци на тръбата, нейната компресия не се увеличава, а намалява. И опитът потвърждава това добре.

Ако тръбата, през която тече течността, е снабдена с отворени тръби, запоени в нея - манометри (фиг. 209), тогава ще бъде възможно да се наблюдава разпределението на налягането по тръбата. В тесни места на тръбата височината на колоната на течността в манометричната тръба е по-малка, отколкото в широките. Това означава, че на тези места има по-малко налягане. Колкото по-малко е напречното сечение на тръбата, толкова по-голям е дебитът в нея и толкова по-ниско е налягането. Очевидно е възможно да се избере такъв участък, в който налягането е равно на външното атмосферно налягане (тогава височината на нивото на течността в манометъра ще бъде равна на нула). И ако вземем още по-малко напречно сечение, тогава налягането на течността в него ще бъде по-малко от атмосферното.

Този поток течност може да се използва за изпомпване на въздух. На този принцип работи така наречената водоструйна помпа. Фигура 210 показва диаграма на такава помпа. Водна струя се пропуска през тръба А с тесен отвор в края. Налягането на водата в отвора на тръбата е по-малко от атмосферното налягане. Така

газ от евакуирания обем през тръба В се изтегля до края на тръба А и се отстранява заедно с вода.

Всичко казано за движението на течността през тръбите важи и за движението на газ. Ако дебитът на газа не е твърде висок и газът не е достатъчно компресиран, за да промени обема си, и ако в допълнение триенето се пренебрегне, тогава законът на Бернули е валиден и за газовите потоци. В тесните части на тръбите, където газът се движи по-бързо, налягането му е по-малко, отколкото в широките части, и може да стане по-малко от атмосферното налягане. В някои случаи това дори не изисква тръби.

Можете да направите прост експеримент. Ако духате върху лист хартия по повърхността му, както е показано на фигура 211, можете да видите, че хартията ще се издигне. Това се дължи на намаляването на налягането във въздушния поток над хартията.

Същото явление се случва по време на полет на самолет. Насрещащият въздушен поток преминава в изпъкналата горна повърхност на крилото на летящ самолет и поради това настъпва намаляване на налягането. Налягането над крилото е по-малко от налягането под крилото. Ето защо възниква подемната сила на крилото.

Упражнение 62

1. Допустимата скорост на потока на маслото през тръбите е 2 м/сек. Какъв обем масло преминава през тръба с диаметър 1 m за 1 час?

2. Измерете количеството вода, изтичащо от крана за определено време. Определете скоростта на водния поток, като измерите диаметъра на тръбата пред кранчето.

3. Какъв трябва да бъде диаметърът на тръбопровода, през който трябва да тече водата на час? Допустима скорост на водния поток 2,5 м/сек.

Предприятията и жилищните сгради консумират големи количества вода. Тези цифрови индикатори стават не само доказателство за конкретна стойност, показваща потреблението.

Освен това те помагат да се определи диаметърът на асортимента от тръби. Много хора смятат, че е невъзможно да се изчисли водния поток по диаметър на тръбата и налягане, тъй като тези понятия са напълно несвързани.

Но практиката показва, че това не е така. Капацитетът на водоснабдителната мрежа зависи от много показатели, като първият в този списък ще бъде диаметърът на тръбния обхват и налягането в линията.

Препоръчва се всички изчисления да се извършват на етапа на проектиране на изграждане на тръбопровод, тъй като получените данни определят ключовите параметри не само на битови, но и на промишлени тръбопроводи. Всичко това ще бъде обсъдено допълнително.

Онлайн калкулатор за вода

ВНИМАНИЕ! 1 kgf/cm2 = 1 атмосфера; 10 m воден стълб \u003d 1kgf / cm2 \u003d 1atm; 5 m воден стълб = 0,5 kgf / cm2 и = 0,5 atm и т.н. Дробни числа се въвеждат чрез точка (Например: 3,5, а не 3,5)

Въведете параметри за изчисление:

Вътрешен диаметър на тръбата Dy, mm

Дължина на тръбопровода L, m

Температура на водата t, градуси

Налягане (налягане) N, kgf/cm2 на изхода

Вид водопровод

Материал и състояние на тръбата

1. Пожарникар 2. Пожарно-индустриален 3. Производство. или пожарната. 4. Домакинство или ферми. пиене

01. Безшевна стомана 02. Заварена стомана 03. Поцинкована стомана 04. Асфалтов чугун 05. ​​Чугун без покритие 06. Азбестоцимент 07. Стъкло 08. Тръби, изтеглени от олово, месинг, мед 09. Бетон и стоманобетон, 10 полиетилен, винил пластмаса 11.Керамика

Какви фактори влияят на пропускливостта на течността през тръбопровода

Критериите, които влияят на описания индикатор, съставляват голям списък. Ето някои от тях.

1. Вътрешният диаметър, който има тръбопровода.
2. Дебитът, който зависи от налягането в линията.
3. Материал, взет за производството на тръбен асортимент.

Определянето на водния поток на изхода на магистрала се извършва от диаметъра на тръбата, тъй като тази характеристика, заедно с други, влияе върху пропускателната способност на системата. Също така, когато се изчислява количеството консумирана течност, не може да се отхвърли дебелината на стената, чието определяне се извършва въз основа на изчисленото вътрешно налягане.

Може дори да се твърди, че определението за "геометрия на тръбата" не се влияе само от дължината на мрежата. А напречното сечение, налягането и други фактори играят много важна роля.

В допълнение, някои параметри на системата имат непряк, а не пряк ефект върху скоростта на потока. Това включва вискозитета и температурата на изпомпваната среда.

Обобщавайки малко, можем да кажем, че определянето на пропускателната способност ви позволява точно да определите оптималния тип материал за изграждане на система и да направите избор на технология, използвана за нейното сглобяване. В противен случай мрежата няма да функционира ефективно и ще изисква чести аварийни ремонти.

Изчисляване на потреблението на вода от диаметъркръгла тръба, зависи от това размер. Следователно през по-голям участък за определен период от време ще се извършва движението на по-голямо количество течност. Но, извършвайки изчислението и вземайки предвид диаметъра, не може да се отхвърли налягането.

Ако разгледаме това изчисление с помощта на конкретен пример, се оказва, че по-малко течност ще премине през отвор от 1 cm през отвор от 1 cm, отколкото през тръбопровод, достигащ височина от няколко десетки метра. Това е естествено, тъй като най-високото ниво на потребление на вода в района ще достигне максимална производителност при най-високо налягане в мрежата и при най-голям размер на нейния обем.

Гледай видеото

Изчисления на разделите съгласно SNIP 2.04.01-85

На първо място, трябва да разберете, че изчисляването на диаметъра на водостока е сложен инженерен процес. Това ще изисква специализирани познания. Но при извършване на домашна конструкция на водостока, често хидравличното изчисление за участъка се извършва независимо.

Този тип проектно изчисляване на скоростта на потока за водостока може да се извърши по два начина. Първият е таблични данни. Но позовавайки се на таблиците, трябва да знаете не само точния брой кранове, но и контейнери за събиране на вода (вани, мивки) и други неща.

Само ако имате тази информация за системата на водостоците, можете да използвате таблиците, предоставени от SNIP 2.04.01-85. Според тях обемът на водата се определя от обиколката на тръбата. Ето една такава таблица:

Външен обем на тръбите (мм)

Приблизителното количество вода, което се получава в литри в минута

Приблизително количество вода, изчислено в m3 на час

Ако се съсредоточите върху нормите на SNIP, тогава в тях можете да видите следното - дневният обем вода, консумиран от един човек, не надвишава 60 литра. Това е при условие, че къщата не е оборудвана с течаща вода, а в ситуация с удобно жилище този обем се увеличава до 200 литра.

Определено тези данни за обема, показващи потреблението, са интересни като информация, но специалистът по тръбопровода ще трябва да дефинира напълно различни данни - това е обемът (в mm) и вътрешното налягане в линията. Това не винаги се намира в таблицата. А формулите помагат да разберете тази информация по-точно.

Гледай видеото

Вече е ясно, че размерите на секцията на системата влияят на хидравличното изчисляване на консумацията. За домашни изчисления се използва формула за водния поток, която помага да се получи резултат, като има данни за налягането и диаметъра на тръбния продукт. Ето формулата:

Формула за изчисляване: q = π × d² / 4 × V

Във формулата: q показва потока на водата. Измерва се в литри. d е размерът на секцията на тръбата, той е показан в сантиметри. И V във формулата е обозначението на скоростта на потока, показва се в метри в секунда.

Ако водопроводната мрежа се захранва от водна кула, без допълнително влияние на помпа под налягане, тогава скоростта на потока е приблизително 0,7 - 1,9 m / s. Ако е свързано някое помпено устройство, тогава в паспорта към него има информация за коефициента на създаденото налягане и скоростта на водния поток.

Тази формула не е уникална. Има още много. Те могат лесно да бъдат намерени в интернет.

В допълнение към представената формула, трябва да се отбележи, че вътрешните стени на тръбните продукти са от голямо значение за функционалността на системата. Така например пластмасовите продукти имат гладка повърхност от стоманените аналози.

Поради тези причини коефициентът на съпротивление на пластмасата е значително по-нисък. Плюс това, тези материали не са засегнати от корозивни образувания, което също има положителен ефект върху пропускателната способност на водопроводната мрежа.

Определяне на загуба на глава

Изчисляването на преминаването на водата се извършва не само от диаметъра на тръбата, но се изчислява чрез спадане на налягането. Загубите могат да бъдат изчислени по специални формули. Кои формули да използва, всеки ще прецени за себе си. За да изчислите желаните стойности, можете да използвате различни опции. Няма единно универсално решение на този проблем.

Но преди всичко трябва да се помни, че вътрешният просвет на прохода на пластмасова и металопластична конструкция няма да се промени след двадесет години работа. И вътрешният просвет на преминаването на металната конструкция ще стане по-малък с течение на времето.

И това ще доведе до загуба на някои параметри. Съответно скоростта на водата в тръбата в такива конструкции ще бъде различна, тъй като в някои ситуации диаметърът на новата и старата мрежа ще се различава значително. Размерът на съпротивлението в линията също ще бъде различен.

Също така, преди да се изчислят необходимите параметри за преминаване на течност, трябва да се има предвид, че загубата на дебит на водоснабдителната система е свързана с броя на завоите, фитингите, обемните преходи, с наличието на клапани и сила на триене. Освен това всичко това при изчисляване на дебита трябва да се извършва след внимателна подготовка и измервания.

Изчисляването на консумацията на вода по прости методи не е лесно да се извърши. Но при най-малката трудност винаги можете да потърсите помощ от специалисти. Тогава можете да разчитате на факта, че инсталираната водопроводна или отоплителна мрежа ще работи с максимална ефективност.

Гледай видеото
Вписвания

Бизнесът, както и апартаментите и къщите като цяло, консумират големи количества вода. Цифрите са огромни, но могат ли да кажат нещо друго, освен факта за определен разход? Да те могат. А именно, водният поток може да помогне за изчисляване на диаметъра на тръбата. Изглежда, че тези параметри не са свързани един с друг, но всъщност връзката е очевидна.

В крайна сметка производителността на водоснабдителната система зависи от много фактори. Значително място в този списък е точно диаметърът на тръбите, както и налягането в системата. Нека се задълбочим в този въпрос.

Фактори, влияещи върху пропускливостта на водата през тръба

Дебитът на водата през кръгла тръба с отвор зависи от размера на този отвор. По този начин, колкото е по-голям, толкова повече вода ще премине през тръбата за определен период от време. Въпреки това, не забравяйте за натиска. В крайна сметка можете да дадете пример. Един метров стълб ще изтласква вода през сантиметър дупка много по-малко за единица време, отколкото стълб с височина няколко десетки метра. Очевидно е. Следователно водният поток ще достигне своя максимум при максималното вътрешно сечение на продукта, както и при максимално налягане.

Изчисляване на диаметъра

Ако трябва да получите определен воден поток на изхода на водоснабдителната система, тогава не можете да направите без изчисляване на диаметъра на тръбата. В крайна сметка този индикатор, заедно с останалите, влияе върху скоростта на пропускане.

Разбира се, има специални таблици, които са в мрежата и в специализирана литература, които ви позволяват да заобиколите изчисленията, като се фокусирате върху определени параметри. Въпреки това, не трябва да се очаква висока точност от такива данни, грешката все още ще присъства, дори ако се вземат предвид всички фактори. Следователно, най-добрият начин за получаване на точни резултати е независимо изчисляване.

За това ще ви трябват следните данни:

• Консумация на вода.
• Загуба на глава от началната точка до точката на консумация.

Не е необходимо да се изчислява консумацията на вода - има цифров стандарт. Можете да вземете данни на миксера, който казва, че се консумират около 0,25 литра в секунда. Тази цифра може да се използва за изчисления.

Важен параметър за получаване на точни данни е загубата на глава в зоната. Както знаете, налягането на главата в стандартните щрангове за водоснабдяване е в диапазона от 1 до 0,6 атмосфери. Средно е 1,5-3 атм. Параметърът зависи от броя на етажите в къщата. Но това не означава, че колкото по-висока е къщата, толкова по-високо е налягането в системата. В много високи сгради (повече от 16 етажа) понякога се използва разделяне на системата на етажи за нормализиране на налягането.

По отношение на загубата на напор, тази цифра може да се изчисли с помощта на манометър в началната точка и преди точката на консумация.

Ако все пак знанието и търпението за самоизчисление не са достатъчни, тогава можете да използвате таблични данни. И нека имат определени грешки, данните ще бъдат достатъчно точни за определени условия. И тогава, според консумацията на вода, ще бъде много лесно и бързо да получите диаметъра на тръбата. Това означава, че водоснабдителната система ще бъде изчислена правилно, което ще позволи да се получи такова количество течност, което ще задоволи нуждите.

Хидравличното изчисление при разработването на проект за тръбопровод е насочено към определяне на диаметъра на тръбата и спада на налягането на носещия поток. Този тип изчисление се извършва, като се вземат предвид характеристиките на конструктивния материал, използван при производството на магистралата, вида и броя на елементите, които съставляват тръбопроводната система (прави участъци, връзки, преходи, завои и др.), производителност, физични и химични свойства на работната среда.

Дългогодишният практически опит в експлоатацията на тръбопроводни системи показва, че тръбите с кръгло напречно сечение имат определени предимства пред тръбопроводите с напречно сечение с всякаква друга геометрична форма:

• минималното съотношение на периметъра към площта на напречното сечение, т.е. с еднаква способност да се осигури консумацията на носача, разходите за изолационни и защитни материали при производството на тръби с напречно сечение под формата на кръг ще бъдат минимални;
• кръглото напречно сечение е най-изгодно за преместване на течна или газообразна среда от гледна точка на хидродинамиката; постига се минималното триене на носача срещу стените на тръбата;
• формата на секцията под формата на кръг е възможно най-устойчива на въздействието на външни и вътрешни напрежения;
• Производственият процес за кръгли тръби е сравнително прост и достъпен.

Изборът на тръби по диаметър и материал се извършва въз основа на определени изисквания за проектиране за конкретен технологичен процес. В момента елементите на тръбопровода са стандартизирани и унифицирани по диаметър. Определящият параметър при избора на диаметър на тръбата е допустимото работно налягане, при което ще работи този тръбопровод.

Основните параметри, характеризиращи тръбопровода са:

• условен (номинален) диаметър - D N;
• номинално налягане - P N ;
• работно допустимо (излишно) налягане;
• тръбопроводен материал, линейно разширение, термично линейно разширение;
• физични и химични свойства на работната среда;
• пълен комплект на тръбопроводната система (разклонения, връзки, елементи за компенсиране на разширението и др.);
• изолационни материали за тръбопроводи.

Номинален диаметър (проход) на тръбопровода (D N)- това е условна безразмерна стойност, която характеризира пропускателната способност на тръбата, приблизително равна на нейния вътрешен диаметър. Този параметър се взема предвид при монтажа на свързани тръбопроводни продукти (тръби, огъвания, фитинги и др.).

Условният диаметър може да има стойности от 3 до 4000 и се обозначава: DN 80.

Условният проход, по числово определение, приблизително съответства на действителния диаметър на определени участъци от тръбопровода. Числено се избира по такъв начин, че пропускателната способност на тръбата се увеличава с 60-100% при преминаване от предишния условен проход към следващия.Номиналният диаметър се избира според стойността на вътрешния диаметър на тръбопровода. Това е стойността, която е най-близка до действителния диаметър на самата тръба.

Номинално налягане (PN)е безразмерна стойност, която характеризира максималното налягане на работния носител в тръба с даден диаметър, при което е възможна продължителна работа на тръбопровода при температура 20°C.

Номиналните стойности на налягането са установени въз основа на дълга практика и експлоатационен опит: от 1 до 6300.

Номиналното налягане за тръбопровод с дадени характеристики се определя от налягането, което е най-близо до реално създаденото налягане в него. В същото време всички тръбопроводни фитинги за дадена линия трябва да отговарят на едно и също налягане. Изчисляването на дебелината на стената на тръбата се извършва, като се вземе предвид стойността на номиналното налягане.

Основни положения на хидравличното изчисление

Работната среда (течност, газ, пара), пренасяна от проектирания тръбопровод, поради своите специални физични и химични свойства, определя естеството на потока на средата в този тръбопровод. Един от основните показатели, характеризиращи работната среда, е динамичният вискозитет, характеризиращ се с коефициент на динамичен вискозитет - μ.

Физикът Озбърн Рейнолдс (Ирландия), който изучава потока на различни среди, провежда серия от тестове през 1880 г., в резултат на които е получена концепцията за критерия на Рейнолдс (Re) - безразмерна величина, която описва природата на флуида поток в тръба. Изчисляването на този критерий се извършва по формулата:

Критерият на Рейнолдс (Re) дава концепцията за съотношението на силите на инерцията към силите на вискозното триене във флуиден поток. Стойността на критерия характеризира промяната в съотношението на тези сили, което от своя страна влияе върху естеството на носещия поток в тръбопровода. Обичайно е да се отделят следните режими на поток на течен носител в тръба, в зависимост от стойността на този критерий:

• ламинарен поток (Re<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
• преходен режим (2300
• турбулентният поток (Re>4000) е стабилен режим, при който във всяка отделна точка от потока има промяна в неговата посока и скорост, което в крайна сметка води до изравняване на скоростта на потока върху обема на тръбата.

Критерият на Рейнолдс зависи от напора, с който помпата изпомпва течност, вискозитета на носителя при работна температура и геометричните размери на използваната тръба (d, дължина). Този критерий е параметър за сходство за флуиден поток, следователно, използвайки го, е възможно да се симулира реален технологичен процес в намален мащаб, което е удобно за тестване и експерименти.

При извършване на изчисления и изчисления според уравненията част от дадените неизвестни величини могат да бъдат взети от специални справочни източници. Професор, доктор на техническите науки F. A. Шевелев разработи редица таблици за точно изчисляване на капацитета на тръбата. Таблиците включват стойностите на параметрите, характеризиращи както самия тръбопровод (размери, материали), така и връзката им с физикохимичните свойства на носителя. Освен това литературата предоставя таблица с приблизителни стойности на дебита на течност, пара, газ в тръба с различни сечения.

Избор на оптимален диаметър на тръбопровода

Определянето на оптималния диаметър на тръбопровода е сложна производствена задача, чието решение зависи от комбинация от различни взаимосвързани условия (технически и икономически, характеристики на работната среда и материала на тръбопровода, технологични параметри и др.). Например, увеличаването на изпомпвания дебит води до намаляване на диаметъра на тръбата, което осигурява скоростта на носещия поток, определен от условията на процеса, което води до намаляване на материалните разходи, по-евтин монтаж и ремонт на главната линия, и т.н. От друга страна, увеличаването на дебита води до загуба на налягане, което изисква допълнителни енергийни и финансови разходи за изпомпване на даден обем носител.

Стойността на оптималния диаметър на тръбопровода се изчислява според трансформираното уравнение за непрекъснатост на потока, като се взема предвид дадения дебит на носителя:

При хидравличното изчисление дебитът на изпомпваната течност най-често се определя от условията на задачата. Стойността на дебита на изпомпваната среда се определя въз основа на свойствата на дадената среда и съответните референтни данни (виж таблицата).

Преобразуваното уравнение за непрекъснатост на потока за изчисляване на работния диаметър на тръбата има формата:

Изчисляване на спада на налягането и хидравличното съпротивление

Общата загуба на налягане на флуида включва загубата на потока за преодоляване на всички препятствия: наличие на помпи, сифони, клапани, колена, завои, спадане на нивото при протичане през наклонен тръбопровод и др. Взети са предвид локалните загуби на съпротивление, дължащи се на свойствата на използваните материали.

Друг важен фактор, влияещ върху загубата на налягане, е триенето на движещия се поток срещу стените на тръбопровода, което се характеризира с коефициента на хидравлично съпротивление.

Стойността на коефициента на хидравлично съпротивление λ зависи от режима на потока и грапавостта на материала на стената на тръбопровода. Под грапавостта разбирайте дефектите и неравностите на вътрешната повърхност на тръбата. Тя може да бъде абсолютна и относителна. Грапавостта е различна по форма и неравна по повърхността на тръбата. Следователно в изчисленията се използва концепцията за осреднена грапавост с корекционен коефициент (k1). Тази характеристика за конкретен тръбопровод зависи от материала, продължителността на неговата работа, наличието на различни корозионни дефекти и други причини. Обсъдените по-горе стойности са референтни стойности.

Количествената връзка между коефициента на триене, числото на Рейнолдс и грапавостта се определя от диаграмата на Муди.

За изчисляване на коефициента на триене на турбулентния поток се използва и уравнението на Colebrook-White, с помощта на което е възможно визуално да се изградят графични зависимости, според които се определя коефициентът на триене:

При изчисленията се използват и други уравнения за приблизителното изчисляване на загубите на налягане от триене. Една от най-удобните и често използвани в този случай е формулата на Дарси-Вайсбах. Загубата на главата от триене се разглежда като функция на скоростта на флуида като функция на съпротивлението на тръбата срещу движението на флуида, изразено чрез грапавостта на повърхността на стената на тръбата:

Загубата на налягане поради триене за водата се изчислява по формулата на Хейзън-Уилямс:

Изчисляване на загубата на налягане

Работното налягане в тръбопровода е по-високото свръхналягане, при което се осигурява определеният режим на технологичния процес. Минималните и максималните стойности на налягането, както и физичните и химичните свойства на работната среда, са определящите параметри при изчисляване на разстоянието между помпите, изпомпващи носача, и производствения капацитет.

Изчисляването на загубите поради спадане на налягането в тръбопровода се извършва съгласно уравнението:

Примери за хидравлични изчисления на тръбопроводи с решения

Задача 1

Водата се изпомпва в апарата с налягане 2,2 бара през хоризонтален тръбопровод с ефективен диаметър 24 mm от открито хранилище. Разстоянието до апарата е 32 м. Дебитът на течността е настроен на 80 m 3 /час. Общият напор е 20 м. Приетият коефициент на триене е 0,028.

Изчислете загубата на напор на течност поради локални съпротивления в този тръбопровод.

Първоначални данни:

Консумация Q = 80 m 3 / час = 80 1 / 3600 = 0,022 m 3 / s;

ефективен диаметър d = 24 mm;

дължина на тръбата l = 32 m;

коефициент на триене λ = 0,028;

налягане в апарата P = 2,2 bar = 2,2 10 5 Pa;

общ напор H = 20 m.

Решението на проблема:

Дебитът на водата в тръбопровода се изчислява съгласно модифицираното уравнение:

w = (4 Q) / (π d 2) \u003d ((4 0,022) / (3,14 2)) = 48,66 m / s

Загубата от триене на налягането на течността в тръбопровода се определя от уравнението:

H T = (λ l) / (d ) = (0,028 32) / (0,024 2) / (2 9,81) = 0,31 m

Общата загуба на налягане на носача се изчислява съгласно уравнението и е:

h p = H - [(p 2 -p 1) / (ρ g)] - H g = 20 - [(2.2-1) 10 5) / (1000 9.81)] - 0 \u003d 7.76 m

Загубата на главата поради локално съпротивление се определя като разликата:

7,76 - 0,31=7,45 m

Отговор: загубите на водно налягане поради локални съпротивления са 7,45 m.

Задача 2

Водата се транспортира през хоризонтален тръбопровод чрез центробежна помпа. Потокът в тръбата се движи със скорост 2,0 m/s. Общата височина е 8м.

Намерете минималната дължина на прав тръбопровод с един клапан в центъра. Водата се взема от открито хранилище. От тръбата водата тече гравитачно в друг контейнер. Работният диаметър на тръбопровода е 0,1 м. Относителната грапавост се приема за 4·10 -5 .

Първоначални данни:

Дебит на флуида W = 2,0 m/s;

диаметър на тръбата d = 100 mm;

общ напор H = 8 m;

относителна грапавост 4·10 -5 .

Решението на проблема:

Според референтни данни, в тръба с диаметър 0,1 m, коефициентите на локално съпротивление за клапана и изхода от тръбата са съответно 4,1 и 1.

Стойността на динамичното налягане се определя от съотношението:

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

Загубата на водно налягане поради локални съпротивления ще бъде:

∑ζ MS = (4,1+1) 0,204 = 1,04 m

Общите загуби на налягане на носача поради съпротивлението на триене и локалните съпротивления се изчисляват по уравнението на общия напор за помпата (геометричната височина Hg е равна на 0 според условията на задачата):

h p = H - (p 2 -p 1) / (ρ g) - \u003d 8 - ((1-1) 10 5) / (1000 9,81) - 0 \u003d 8 m

Получената стойност на загубата на налягане от триене на носача ще бъде:

8-1,04 = 6,96 m

Нека изчислим стойността на числото на Рейнолдс за дадените условия на потока (динамичният вискозитет на водата се приема за 1 10 -3 Pa s, плътността на водата е 1000 kg / m 3):

Re = (w d ρ) / μ = (2.0 0.1 1000) / (1 10 -3) = 200000

Според изчислената стойност на Re, с 2320

λ = 0,316/Re 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015

Нека трансформираме уравнението и намерим необходимата дължина на тръбопровода от формулата за изчисление за загубите на налягане от триене:

l = (H около d) / (λ ) = (6,96 0,1) / (0,016 0,204) = 213,235 m

Отговор: необходимата дължина на тръбопровода ще бъде 213,235 m.

Задача 3

При производството водата се транспортира при работна температура 40°C с производствен дебит Q = 18 m 3 /час. Дължина на прав тръбопровод l = 26 m, материал - стомана. Абсолютната грапавост (ε) се взема за стомана според референтните източници и е 50 µm. Какъв ще бъде диаметърът на стоманената тръба, ако спадът на налягането в тази секция не надвишава Δp = 0,01 MPa (ΔH = 1,2 m във вода)? Приема се, че коефициентът на триене е 0,026.

Първоначални данни:

Консумация Q = 18 m 3 / час = 0,005 m 3 / s;

дължина на тръбопровода l=26 m;

за вода ρ \u003d 1000 kg / m 3, μ = 653,3 10 -6 Pa s (при T = 40 ° C);

грапавост на стоманената тръба ε = 50 µm;

коефициент на триене λ = 0,026;

Δp=0,01 MPa;

Решението на проблема:

Използвайки формата на уравнението за непрекъснатост W=Q/F и уравнението на площта на потока F=(π d²)/4, трансформираме израза на Дарси-Вайсбах:

∆H = λ l/d W²/(2 g) = λ l/d Q²/(2 g F²) = λ [(l Q²)/(2 d g [ (π d²) / 4]²)] \u003d \ u003d (8 l Q²) / (g π²) λ / d 5 \u003d (8 26 0,005²) / (9,81 3,14²) λ/d 5 = 5,376 10 -5 λ/d 5

Нека изразим диаметъра:

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

d \u003d 5 √1,16 10 -6 = 0,065 m.

Отговор: оптималният диаметър на тръбопровода е 0,065 m.

Задача 4

Два тръбопровода са предназначени за транспортиране на невискозни течности с прогнозен капацитет Q 1 = 18 m 3 /час и Q 2 = 34 m 3 /час. Тръбите и за двата тръбопровода трябва да са с еднакъв диаметър.

Определете ефективния диаметър на тръбите d, подходящ за условията на този проблем.

Първоначални данни:

Q 1 \u003d 18 m 3 / час;

Q 2 \u003d 34 m 3 / час.

Решението на проблема:

Нека определим възможния диапазон от оптимални диаметри за проектираните тръбопроводи, като използваме трансформираната форма на уравнението на потока:

d = √(4 Q)/(π W)

Ще намерим стойностите на оптималния дебит от референтните таблични данни. За невискозна течност скоростите на потока ще бъдат 1,5 - 3,0 m/s.

За първия тръбопровод с дебит Q 1 = 18 m 3 / час, възможните диаметри ще бъдат:

d 1 min = √ (4 18) / (3600 3,14 1,5) = 0,065 m

d 1max \u003d √ (4 18) / (3600 3,14 3,0) = 0,046 m

За тръбопровод с дебит 18 m 3 / час са подходящи тръби с диаметър на напречното сечение от 0,046 до 0,065 m.

По същия начин определяме възможните стойности на оптималния диаметър за втория тръбопровод с дебит Q 2 = 34 m 3 / час:

d 2min = √(4 34)/(3600 3,14 1,5) = 0,090 m

d 2max \u003d √ (4 34) / (3600 3,14 3) = 0,063 m

За тръбопровод с дебит 34 m 3 / час, възможните оптимални диаметри могат да бъдат от 0,063 до 0,090 m.

Пресечната точка на двата диапазона на оптимални диаметри е в диапазона от 0,063 m до 0,065 m.

Отговор: за два тръбопровода са подходящи тръби с диаметър 0,063–0,065 m.

Задача 5

В тръбопровод с диаметър 0,15 m при температура T = 40°C се движи поток от вода с капацитет 100 m 3 /час. Определете режима на потока на водния поток в тръбата.

дадено:

диаметър на тръбата d = 0,25 m;

разход Q = 100 m 3 / час;

μ \u003d 653,3 10 -6 Pa s (според таблицата при T = 40 ° C);

ρ \u003d 992,2 kg / m 3 (според таблицата при T = 40 ° C).

Решението на проблема:

Режимът на потока на носещия поток се определя от стойността на числото на Рейнолдс (Re). За да изчислим Re, ние определяме скоростта на потока на флуида в тръбата (W), използвайки уравнението на потока:

W = Q 4 / (π d²) \u003d = 0,57 m / s

Стойността на числото на Рейнолдс се определя по формулата:

Re = (ρ W d) / μ = (992,2 0,57 0,25) / (653,3 10 -6) \u003d 216422

Критичната стойност на критерия Re kr по референтни данни е 4000. Получената стойност на Re е по-голяма от посочената критична стойност, което показва турбулентния характер на флуидния поток при дадени условия.

Отговор: режимът на водния поток е турбулентен.

Работата с калкулатора е проста - въведете данни и получете резултата. Но понякога това не е достатъчно - точното изчисляване на диаметъра на тръбата е възможно само с ръчно изчисление с помощта на формули и правилно избрани коефициенти. Как да изчислим диаметъра на тръбата според водния поток? Как да определим размера на газопровода?

При изчисляване на необходимия диаметър на тръбата професионалните инженери най-често използват специални програми, които могат да изчислят и да дадат точен резултат, използвайки известни параметри. За строител-любител е много по-трудно да извърши самостоятелно изчислението, за да организира системи за водоснабдяване, отопление, газификация. Ето защо най-често при изграждане или реконструкция на частна къща се използват препоръчителните размери на тръбите. Но не винаги стандартните съвети могат да вземат предвид всички нюанси на индивидуалната конструкция, така че трябва ръчно да извършите хидравлично изчисление, за да изберете правилния диаметър на тръбата за отопление и водоснабдяване.

Изчисляване на диаметъра на тръбата за водоснабдяване и отопление

Основният критерий за избор на отоплителна тръба е нейният диаметър. От този индикатор зависи колко ефективно ще бъде отоплението на къщата, животът на системата като цяло. При малък диаметър в тръбопроводите може да се получи повишено налягане, което ще причини течове, повишено напрежение върху тръбите и метала, което ще доведе до проблеми и безкрайни ремонти. При голям диаметър топлопреминаването на отоплителната система ще се стреми към нула, а студената вода просто ще изтича от крана.

капацитет на тръбата

Диаметърът на тръбата пряко влияе върху пропускателната способност на системата, тоест в този случай има значение количеството вода или охлаждаща течност, преминаващи през секцията за единица време. Колкото повече цикли (движения) в системата за определен период от време, толкова по-ефективно е отоплението. За тръбите за водоснабдяване диаметърът влияе на първоначалното налягане на водата - подходящ размер само ще поддържа налягането, а увеличеният ще го намали.

Според диаметъра се избира водопроводна и отоплителна схема, определя се броят на радиаторите и тяхната секционност и се определя оптималната дължина на мрежата.

Тъй като пропускателната способност на тръбата е основен фактор при избора, трябва да решите какво от своя страна влияе върху пропускливостта на водата в линията.

Таблица 1. Капацитет на тръбата в зависимост от водния поток и диаметъра

Консумация	Честотна лента
DN тръба	15 мм	20 мм	25 мм	32 мм	40 мм	50 мм	65 мм	80 мм	100 мм
Pa/m - mbar/m	по-малко от 0,15 m/s			0,15 m/s					0,3 m/s
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

Фактори, влияещи върху проходимостта на магистралата:

1. Налягането на водата или охлаждащата течност.
2. Вътрешният диаметър (сечение) на тръбата.
3. Общата дължина на системата.
4. тръбопроводен материал.
5. Дебелина на стената на тръбата.

При старата система проходимостта на тръбата се влошава от вар, отлагания на тиня, ефектите на корозия (върху метални изделия). Всичко това заедно намалява количеството вода, преминаващо през участъка с течение на времето, тоест използваните линии работят по-зле от новите.

Трябва да се отбележи, че този индикатор не се променя за полимерни тръби - пластмасата е много по-малко от метала, което позволява натрупването на шлака по стените. Следователно пропускателната способност на PVC тръбите остава същата като в деня на тяхното инсталиране.

Изчисляване на диаметъра на тръбата според водния поток

Определяне на правилното количество вода

За да определите диаметъра на тръбата по скоростта на потока на преминаващата течност, ще ви трябват стойностите на истинската консумация на вода, като се вземат предвид всички водопроводни инсталации: вана, кухненски кран, пералня, тоалетна чиния. Всяка отделна секция от водоснабдителната система се изчислява по формулата:

qc = 5× q0 × α, l/s

където qc е стойността на водата, консумирана от всяко устройство;

q0 е нормализирана стойност, която се определя от SNiP. Приемаме за баня - 0,25, за кухненски кран 0,12, за тоалетна чиния -0,1;

a е коефициент, който отчита възможността за едновременна работа на водопроводни инсталации в помещението. Зависи от стойността на вероятността и броя на потребителите.

В участъци от магистралата, където водата тече за кухнята и банята, за тоалетната и ваната и т.н., се комбинират, стойността на вероятността се добавя към формулата. Тоест възможността за едновременна работа на кухненски кран, кран за баня, тоалетна чиния и други уреди.

Вероятността се определя по формулата:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

където N е броят на водните консуматори (устройства);

qhr µ е максималната почасова консумация на вода, която може да се вземе според SNiP. Избираме за студена вода qhr µ = 5,6 l/s, общият дебит е 15,6 l/s;

u е броят на хората, които използват водопровод.

Пример за изчисляване на потреблението на вода:

Двуетажната къща разполага с 1 баня, 1 кухня с монтирани пералня и съдомиялна, душ, 1 тоалетна. В къщата живее 5-членно семейство. Алгоритъм за изчисление:

1. Изчисляваме вероятността P = 5,6 × 5 / 0,25 × 3600 × 6 = 0,00518.
2. Тогава водният поток за банята ще бъде qc = 5 × 0,25 × 0,00518=0,006475 l/s.
3. За кухнята qc \u003d 5 × 0,12 × 0,00518 = 0,0031 l / s.
4. За тоалетна qc = 5× 0,1 × 0,00518=0,00259 l/s.

Изчисляваме диаметъра на тръбата

Има пряка зависимост на диаметъра от обема на течащата течност, която се изразява с формулата:

където Q е консумация на вода, m3/s;

d – диаметър на тръбопровода, m;

w е скоростта на потока, m/s.

Чрез трансформиране на формулата можем да изберем стойността на диаметъра на тръбопровода, който ще съответства на обема на консумираната вода:

Юлия Петриченко, експерт

d = √(4Q/πw), m

Дебитът на водата може да се вземе от таблица 2. Има по-сложен метод за изчисляване на дебита - като се вземат предвид загубите и коефициента на хидравлично триене. Това е доста обемно изчисление, но в крайна сметка ви позволява да получите точната стойност, за разлика от табличния метод.

Таблица 2. Дебит на флуида в тръбопровода в зависимост от неговите характеристики

Изпомпвана среда		Оптимална скорост в тръбопровода, m/s
ТЕЧНОСТИ	Гравитационно движение:
	Вискозни течности	0,1-0,5
	Течности с нисък вискозитет	0,5-1
	изпомпван:
	Смукателен тръбопровод	0,8-2
	Изпускателен тръбопровод	1,5-3
ГАЗОВЕ	Естествено сцепление	2-4
	Ниско налягане (вентилатори)	4-15
	Високо налягане (компресор)	15-25
ДВОЙКИ	Прегряване	30-50
	Наситени пари под налягане
	Повече от 105 Ра	15-25
	(1-0,5)*105 Pa	20-40
	(0,5-0,2)*105 Pa	40-60
	(0,2-0,05)*105 Pa	60-75

Пример: Изчислете диаметъра на тръбата за баня, кухня и тоалетна въз основа на получените дебити на водата. Избираме от таблица 2 стойността на дебита на водата във водоснабдяването под налягане - 3 m / s.