Domov
Vodomery
Kalkulačka na výpočet tlaku vody vo vodovodnom potrubí. Nezávislý hydraulický výpočet potrubia

Kalkulačka na výpočet tlaku vody vo vodovodnom potrubí. Nezávislý hydraulický výpočet potrubia

V tejto časti budeme aplikovať zákon zachovania energie na pohyb kvapaliny alebo plynu potrubím. Pohyb tekutiny potrubím sa často vyskytuje v technológii a každodennom živote. Vodovodné potrubia zásobujú vodou v meste domy, miesta jej spotreby. V strojoch potrubia dodávajú olej na mazanie, palivo do motorov atď. Pohyb tekutiny potrubím sa často vyskytuje v prírode. Stačí povedať, že krvný obeh zvierat a ľudí je prietok krvi hadičkami - krvnými cievami. Prúdenie vody v riekach je do istej miery aj akýmsi prúdom tekutiny potrubím. Koryto rieky je akýmsi potrubím pre tečúcu vodu.

Ako viete, stacionárna kvapalina v nádobe podľa Pascalovho zákona prenáša vonkajší tlak vo všetkých smeroch a do všetkých bodov objemu bez zmeny. Keď však tekutina prúdi bez trenia potrubím, ktorého prierezová plocha je v rôznych častiach rôzna, tlak nie je pozdĺž potrubia rovnaký. Poďme zistiť, prečo tlak v pohybujúcej sa tekutine závisí od plochy prierezu potrubia. Najprv sa však zoznámime s jednou dôležitou vlastnosťou akéhokoľvek prúdenia tekutín.

Predpokladajme, že kvapalina preteká vodorovne umiestnenou rúrkou, ktorej prierez je na rôznych miestach rôzny, napríklad rúrkou, ktorej časť je znázornená na obrázku 207.

Ak by sme v duchu nakreslili niekoľko úsekov pozdĺž potrubia, ktorých plochy sú si navzájom rovnaké, a zmerali množstvo kvapaliny pretekajúcej každým z nich za určité časové obdobie, zistili by sme, že každým úsekom pretieklo rovnaké množstvo kvapaliny. To znamená, že všetka kvapalina, ktorá za rovnaký čas prejde prvou sekciou, prejde za rovnaký čas aj treťou sekciou, hoci má oveľa menšiu plochu ako prvá. Ak by tomu tak nebolo a napríklad by za ten čas prešlo cez plošnú časť menej tekutiny ako cez plošnú časť, potom by sa prebytočná tekutina musela niekde nahromadiť. Kvapalina však vyplní celé potrubie a nie je tam kde sa hromadiť.

Ako môže kvapalina, ktorá pretiekla širokým úsekom, stihnúť za ten istý čas „vtlačiť“ aj ten úzky? Je zrejmé, že pri prechode úzkymi časťami potrubia musí byť rýchlosť pohybu väčšia, a to toľkokrát, koľkokrát je menšia plocha prierezu.

V skutočnosti uvažujme určitý úsek pohybujúceho sa stĺpca kvapaliny, ktorý sa v počiatočnom okamihu zhoduje s jedným z úsekov potrubia (obr. 208). V priebehu času sa táto oblasť posunie o vzdialenosť, ktorá sa rovná rýchlosti prúdenia tekutiny. Objem V kvapaliny pretekajúcej cez časť potrubia sa rovná súčinu plochy tejto časti a dĺžky

Za jednotku času pretečie objem kvapaliny -

Objem tekutiny prúdiacej za jednotku času cez časť potrubia sa rovná súčinu plochy prierezu potrubia a rýchlosti prúdenia.

Ako sme práve videli, tento objem musí byť rovnaký v rôznych častiach potrubia. Preto čím menší je prierez potrubia, tým väčšia je rýchlosť pohybu.

Koľko kvapaliny prejde jedným úsekom potrubia za určitý čas, na taký musí prejsť rovnaké množstvo

v rovnakom čase cez ktorýkoľvek iný úsek.

Navyše predpokladáme, že daná hmotnosť kvapaliny má vždy rovnaký objem, že sa nemôže stláčať a zmenšovať svoj objem (o kvapaline sa hovorí, že je nestlačiteľná). Je napríklad známe, že v úzkych miestach rieky je rýchlosť prúdenia vody väčšia ako v širokých. Ak určíme rýchlosť prúdenia tekutiny v sekciách podľa oblastí, môžeme napísať:

Z toho je zrejmé, že keď kvapalina prechádza z časti potrubia s väčším prierezom do časti s menším prierezom, rýchlosť prúdenia sa zvyšuje, t. j. kvapalina sa pohybuje so zrýchlením. A to podľa druhého Newtonovho zákona znamená, že na kvapalinu pôsobí sila. Čo je to za moc?

Táto sila môže byť iba rozdielom medzi tlakovými silami v širokých a úzkych častiach potrubia. Teda v širokom úseku potrubia musí byť tlak tekutiny väčší ako v úzkom úseku potrubia.

To isté vyplýva zo zákona zachovania energie. Ak sa totiž v úzkych miestach potrubia zvýši rýchlosť kvapaliny, zvýši sa aj jej kinetická energia. A keďže sme predpokladali, že kvapalina prúdi bez trenia, tento nárast kinetickej energie musí byť kompenzovaný poklesom potenciálnej energie, pretože celková energia musí zostať konštantná. Aká je tu potenciálna energia? Ak je potrubie horizontálne, potom je potenciálna energia interakcie so Zemou vo všetkých častiach potrubia rovnaká a nemôže sa meniť. To znamená, že zostáva iba potenciálna energia elastickej interakcie. Tlaková sila, ktorá spôsobuje prietok kvapaliny potrubím, je elastická sila stláčania kvapaliny. Keď hovoríme, že kvapalina je nestlačiteľná, myslíme tým len to, že nemôže byť stlačená natoľko, aby výrazne zmenila svoj objem, ale nevyhnutne dôjde k veľmi malému stlačeniu, ktoré spôsobuje vznik elastických síl. Tieto sily vytvárajú tlak tekutiny. Toto je stlačenie kvapaliny a zníženie v úzkych častiach potrubia, čím sa kompenzuje zvýšenie rýchlosti. V úzkych miestach potrubia preto musí byť tlak kvapaliny menší ako v širokých.

Toto je zákon, ktorý objavil petrohradský akademik Daniil Bernoulli:

Tlak prúdiacej tekutiny je väčší v tých úsekoch prúdenia, v ktorých je rýchlosť jej pohybu menšia a,

naopak v tých úsekoch, v ktorých je rýchlosť väčšia, je tlak menší.

Akokoľvek sa to môže zdať zvláštne, ale keď sa kvapalina "vytlačí" cez úzke časti potrubia, jej stlačenie sa nezvýši, ale zníži. A skúsenosti to dobre potvrdzujú.

Ak je potrubie, cez ktoré preteká kvapalina, opatrené otvorenými trubicami, ktoré sú do nej prispájkované - tlakomery (obr. 209), potom bude možné sledovať rozloženie tlaku pozdĺž potrubia. V úzkych miestach potrubia je výška stĺpca kvapaliny v manometrickej trubici menšia ako v širokých. To znamená, že v týchto miestach je menší tlak. Čím menší je prierez potrubia, tým väčší je prietok v ňom a tým nižší je tlak. Samozrejme je možné zvoliť takú sekciu, v ktorej sa tlak rovná vonkajšiemu atmosférickému tlaku (výška hladiny kvapaliny v manometri sa potom bude rovnať nule). A ak vezmeme ešte menší prierez, potom tlak kvapaliny v ňom bude menší ako atmosférický.

Tento prúd tekutiny možno použiť na čerpanie vzduchu. Na tomto princípe funguje takzvané vodné prúdové čerpadlo. Obrázok 210 zobrazuje schému takéhoto čerpadla. Prúd vody prechádza trubicou A s úzkym otvorom na konci. Tlak vody v otvore potrubia je nižší ako atmosférický tlak. Takže

plyn z evakuovaného objemu trubicou B sa ťahá na koniec trubice A a odstraňuje sa spolu s vodou.

Všetko, čo sa hovorí o pohybe kvapaliny potrubím, platí pre pohyb plynu. Ak rýchlosť prúdenia plynu nie je príliš vysoká a plyn nie je stlačený natoľko, aby zmenil svoj objem, a ak sa navyše zanedbá trenie, potom platí Bernoulliho zákon aj pre prúdenie plynu. V úzkych častiach potrubia, kde sa plyn pohybuje rýchlejšie, je jeho tlak nižší ako v širokých častiach a môže byť nižší ako atmosférický tlak. V niektorých prípadoch to dokonca nevyžaduje potrubia.

Môžete urobiť jednoduchý experiment. Ak fúknete na list papiera pozdĺž jeho povrchu, ako je znázornené na obrázku 211, môžete vidieť, že papier sa zdvihne. Je to spôsobené poklesom tlaku v prúde vzduchu nad papierom.

Rovnaký jav sa odohráva počas letu lietadla. Prichádzajúci prúd vzduchu smeruje do konvexnej hornej plochy krídla lietajúceho lietadla a vďaka tomu dochádza k poklesu tlaku. Tlak nad krídlom je menší ako tlak pod krídlom. Preto vzniká zdvíhacia sila krídla.

Cvičenie 62

1. Prípustná rýchlosť prietoku oleja potrubím je 2 m/s. Aký objem ropy prejde potrubím s priemerom 1 m za 1 hodinu?

2. Zmerajte množstvo vody vytekajúcej z kohútika za daný čas Určte rýchlosť prietoku vody zmeraním priemeru potrubia pred batériou.

3. Aký by mal byť priemer potrubia, ktorým musí pretekať voda za hodinu? Prípustný prietok vody 2,5 m/sec.

Potrubia na prepravu rôznych kvapalín sú neoddeliteľnou súčasťou jednotiek a zariadení, v ktorých sa vykonávajú pracovné procesy súvisiace s rôznymi oblasťami použitia. Pri výbere potrubí a konfigurácie potrubia sú veľmi dôležité náklady na samotné potrubia a potrubné armatúry. Konečné náklady na čerpanie média potrubím sú do značnej miery určené veľkosťou potrubí (priemer a dĺžka). Výpočet týchto hodnôt sa vykonáva pomocou špeciálne vyvinutých vzorcov špecifických pre určité typy operácií.

Potrubie je dutý valec vyrobený z kovu, dreva alebo iného materiálu, ktorý sa používa na prepravu kvapalných, plynných a zrnitých médií. Prepravovaným médiom môže byť voda, zemný plyn, para, ropné produkty a pod. Rúry sa používajú všade, od rôznych priemyselných odvetví až po domáce aplikácie.

Na výrobu rúr je možné použiť rôzne materiály, ako je oceľ, liatina, meď, cement, plasty ako ABS, PVC, chlórované PVC, polybutén, polyetylén atď.

Hlavnými rozmerovými ukazovateľmi potrubia sú jeho priemer (vonkajší, vnútorný atď.) a hrúbka steny, ktoré sa merajú v milimetroch alebo palcoch. Používa sa aj taká hodnota, ako je menovitý priemer alebo menovitý otvor - nominálna hodnota vnútorného priemeru rúry, meraná tiež v milimetroch (označené ako Du) alebo palcoch (označené ako DN). Menovité priemery sú štandardizované a sú hlavným kritériom pre výber rúr a tvaroviek.

Zhoda nominálnych hodnôt vŕtania v mm a palcoch:

Potrubie s kruhovým prierezom je uprednostňované pred inými geometrickými prierezmi z niekoľkých dôvodov:

  • Kruh má minimálny pomer obvodu k ploche a pri aplikácii na potrubie to znamená, že pri rovnakej priepustnosti bude spotreba materiálu kruhových rúr minimálna v porovnaní s rúrkami iného tvaru. To tiež znamená minimálne možné náklady na izoláciu a ochranný náter;
  • Pre pohyb kvapalného alebo plynného média je z hydrodynamického hľadiska najvýhodnejší kruhový prierez. Taktiež vďaka minimálnej možnej vnútornej ploche potrubia na jednotku jeho dĺžky je minimalizované trenie medzi dopravovaným médiom a potrubím.
  • Okrúhly tvar je najodolnejší voči vnútorným a vonkajším tlakom;
  • Proces výroby okrúhlych rúr je pomerne jednoduchý a ľahko realizovateľný.

Rúry sa môžu značne líšiť v priemere a konfigurácii v závislosti od účelu a aplikácie. Hlavné potrubia na prepravu vody alebo ropných produktov tak môžu dosiahnuť takmer pol metra v priemere s pomerne jednoduchou konfiguráciou a vykurovacie špirály, ktoré sú tiež potrubiami, majú zložitý tvar s mnohými závitmi s malým priemerom.

Nie je možné si predstaviť žiadne odvetvie bez siete potrubí. Výpočet každej takejto siete zahŕňa výber materiálu potrubia, vypracovanie špecifikácie, v ktorej sú uvedené údaje o hrúbke, veľkosti potrubia, trase atď. Suroviny, medziprodukty a/alebo hotové výrobky prechádzajú výrobnými stupňami a pohybujú sa medzi rôznymi zariadeniami a inštaláciami, ktoré sú prepojené potrubím a armatúrami. Správny výpočet, výber a inštalácia potrubného systému je nevyhnutná pre spoľahlivú realizáciu celého procesu, zabezpečenie bezpečného prenosu médií, ako aj pre utesnenie systému a zamedzenie úniku čerpanej látky do atmosféry.

Neexistuje jediný vzorec a pravidlo, ktoré by sa dalo použiť na výber potrubia pre každú možnú aplikáciu a pracovné prostredie. V každej jednotlivej oblasti použitia potrubí existuje množstvo faktorov, ktoré je potrebné vziať do úvahy a môžu mať významný vplyv na požiadavky na potrubie. Takže napríklad pri nakladaní s kalom veľké potrubie nielen zvýši náklady na inštaláciu, ale spôsobí aj prevádzkové ťažkosti.

Typicky sa rúry vyberajú po optimalizácii nákladov na materiál a prevádzku. Čím väčší je priemer potrubia, t. j. vyššia počiatočná investícia, tým nižšia bude tlaková strata a tým aj nižšie prevádzkové náklady. Naopak, malá veľkosť potrubia zníži primárne náklady na samotné potrubia a potrubné tvarovky, ale zvýšenie rýchlosti bude mať za následok zvýšenie strát, čo povedie k potrebe vynaložiť ďalšiu energiu na čerpanie média. Rýchlostné limity stanovené pre rôzne aplikácie sú založené na optimálnych konštrukčných podmienkach. Veľkosť potrubí sa vypočítava pomocou týchto noriem, berúc do úvahy oblasti použitia.

Dizajn potrubia

Pri navrhovaní potrubí sa za základ berú tieto hlavné konštrukčné parametre:

  • požadovaný výkon;
  • vstupný bod a výstupný bod potrubia;
  • zloženie média vrátane viskozity a špecifickej hmotnosti;
  • topografické pomery trasy potrubia;
  • maximálny povolený pracovný tlak;
  • hydraulický výpočet;
  • priemer potrubia, hrúbka steny, medza klzu materiálu steny v ťahu;
  • počet čerpacích staníc, vzdialenosť medzi nimi a spotreba energie.

Spoľahlivosť potrubia

Spoľahlivosť pri navrhovaní potrubí je zabezpečená dodržiavaním správnych konštrukčných noriem. Taktiež školenie personálu je kľúčovým faktorom pre zabezpečenie dlhej životnosti potrubia a jeho tesnosti a spoľahlivosti. Nepretržité alebo periodické monitorovanie prevádzky potrubia je možné vykonávať pomocou monitorovacích, účtovných, riadiacich, regulačných a automatizačných systémov, osobných kontrolných zariadení vo výrobe a bezpečnostných zariadení.

Dodatočný náter potrubia

Na vonkajšiu stranu väčšiny potrubí je nanesený povlak odolný voči korózii, aby sa zabránilo škodlivým účinkom korózie z vonkajšieho prostredia. V prípade čerpania korozívnych médií je možné na vnútorný povrch potrubia naniesť aj ochranný náter. Pred uvedením do prevádzky sú všetky nové potrubia určené na prepravu nebezpečných kvapalín testované na závady a netesnosti.

Základné ustanovenia pre výpočet prietoku v potrubí

Charakter prúdenia média v potrubí a pri prúdení okolo prekážok sa môže v jednotlivých kvapalinách značne líšiť. Jedným z dôležitých ukazovateľov je viskozita média, charakterizovaná takým parametrom, ako je koeficient viskozity. Írsky inžinier a fyzik Osborne Reynolds vykonal v roku 1880 sériu experimentov, na základe ktorých sa mu podarilo odvodiť bezrozmernú veličinu charakterizujúcu charakter prúdenia viskóznej tekutiny, nazývanú Reynoldsovo kritérium a označovanú Re.

Re = (v L p)/μ

kde:
ρ je hustota kvapaliny;
v je prietok;
L je charakteristická dĺžka prietokového prvku;
μ - dynamický koeficient viskozity.

To znamená, že Reynoldsovo kritérium charakterizuje pomer síl zotrvačnosti k silám viskózneho trenia v prúde tekutiny. Zmena hodnoty tohto kritéria odráža zmenu v pomere týchto typov síl, čo následne ovplyvňuje charakter prúdenia tekutiny. V tejto súvislosti je zvykom rozlišovať tri režimy toku v závislosti od hodnoty Reynoldsovho kritéria. V Re<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000 sa pozoruje stabilný režim, charakterizovaný náhodnou zmenou rýchlosti a smeru prúdenia v každom jednotlivom bode, čo celkovo dáva vyrovnanie prietokov v celom objeme. Takýto režim sa nazýva turbulentný. Reynoldsovo číslo závisí od dopravnej výšky dodávanej čerpadlom, viskozity média pri prevádzkovej teplote a veľkosti a tvaru potrubia, cez ktoré prúdi.

Rýchlostný profil v prúde
laminárne prúdenie prechodný režim turbulentný režim
Povaha toku
laminárne prúdenie prechodný režim turbulentný režim

Reynoldsovo kritérium je kritériom podobnosti pre prúdenie viskóznej tekutiny. To znamená, že s jeho pomocou je možné simulovať skutočný proces v zmenšenej veľkosti, ktorý je vhodný na štúdium. To je mimoriadne dôležité, pretože je často mimoriadne ťažké a niekedy dokonca nemožné študovať povahu prúdenia tekutín v skutočných zariadeniach kvôli ich veľkej veľkosti.

Výpočet potrubia. Výpočet priemeru potrubia

Ak potrubie nie je tepelne izolované, to znamená, že je možná výmena tepla medzi prepravovaným a okolím, môže sa charakter prúdenia v ňom meniť aj pri konštantnej rýchlosti (prietok). To je možné, ak má čerpané médium dostatočne vysokú teplotu na vstupe a prúdi v turbulentnom režime. Po dĺžke potrubia bude vplyvom tepelných strát do okolia klesať teplota dopravovaného média, čo môže viesť k zmene režimu prúdenia na laminárny alebo prechodný. Teplota, pri ktorej dochádza k zmene režimu, sa nazýva kritická teplota. Hodnota viskozity kvapaliny priamo závisí od teploty, preto sa v takýchto prípadoch používa taký parameter, ako je kritická viskozita, ktorý zodpovedá bodu zmeny prietokového režimu pri kritickej hodnote Reynoldsovho kritéria:

v cr = (v D)/Re cr = (4 Q)/(π D Re cr)

kde:
ν kr - kritická kinematická viskozita;
Re cr - kritická hodnota Reynoldsovho kritéria;
D - priemer potrubia;
v je prietok;
Q - výdavok.

Ďalším dôležitým faktorom je trenie, ktoré vzniká medzi stenami potrubia a pohybujúcim sa prúdom. V tomto prípade koeficient trenia do značnej miery závisí od drsnosti stien potrubia. Vzťah medzi koeficientom trenia, Reynoldsovým kritériom a drsnosťou je stanovený pomocou Moodyho diagramu, ktorý vám umožňuje určiť jeden z parametrov so znalosťou ostatných dvoch.


Colebrook-White vzorec sa používa aj na výpočet koeficientu trenia pre turbulentné prúdenie. Na základe tohto vzorca je možné vykresliť grafy, pomocou ktorých je stanovený koeficient trenia.

(√λ ) -1 = -2 log(2,51/(Re √λ ) + k/(3,71 d))

kde:
k - koeficient drsnosti potrubia;
λ je koeficient trenia.

Existujú aj iné vzorce na približný výpočet strát trením pri tlakovom toku kvapaliny v potrubiach. Jednou z najčastejšie používaných rovníc v tomto prípade je Darcyho-Weisbachova rovnica. Vychádza z empirických údajov a používa sa najmä pri modelovaní systémov. Strata trením je funkciou rýchlosti tekutiny a odporu potrubia voči pohybu tekutiny, vyjadrená ako hodnota drsnosti steny potrubia.

∆H = λ L/d v²/(2 g)

kde:
ΔH - strata hlavy;
λ - koeficient trenia;
L je dĺžka časti potrubia;
d - priemer potrubia;
v je prietok;
g je zrýchlenie voľného pádu.

Strata tlaku v dôsledku trenia o vodu sa vypočíta pomocou Hazen-Williamsovho vzorca.

∆H = 11,23 L 1/C 1,85 Q 1,85 / D 4,87

kde:
ΔH - strata hlavy;
L je dĺžka časti potrubia;
C je Haizen-Williamsov koeficient drsnosti;
Q - spotreba;
D - priemer potrubia.

Tlak

Pracovný tlak potrubia je najvyšší pretlak, ktorý poskytuje špecifikovaný režim prevádzky potrubia. Rozhodnutie o veľkosti potrubia a počte čerpacích staníc sa zvyčajne robí na základe pracovného tlaku potrubí, čerpacej kapacity a nákladov. Maximálny a minimálny tlak potrubia, ako aj vlastnosti pracovného média určujú vzdialenosť medzi čerpacími stanicami a požadovaný výkon.

Menovitý tlak PN - menovitá hodnota zodpovedajúca maximálnemu tlaku pracovného média pri 20 ° C, pri ktorej je možná nepretržitá prevádzka potrubia s danými rozmermi.

So zvyšujúcou sa teplotou klesá nosnosť potrubia a tým aj prípustný pretlak. Hodnota pe,zul udáva maximálny tlak (g) v potrubnom systéme pri zvyšovaní prevádzkovej teploty.

Prípustný harmonogram pretlaku:


Výpočet poklesu tlaku v potrubí

Výpočet poklesu tlaku v potrubí sa vykonáva podľa vzorca:

∆p = λ L/d ρ/2 v²

kde:
Δp - pokles tlaku v časti potrubia;
L je dĺžka časti potrubia;
λ - koeficient trenia;
d - priemer potrubia;
ρ je hustota čerpaného média;
v je prietok.

Prenosné médiá

Najčastejšie sa potrubia používajú na prepravu vody, ale môžu sa použiť aj na presun kalov, kalov, pary atď. V ropnom priemysle sa potrubia používajú na čerpanie širokého spektra uhľovodíkov a ich zmesí, ktoré sa značne líšia chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Surová ropa sa môže prepravovať na väčšie vzdialenosti z pobrežných polí alebo ropných plošín na mori do terminálov, trasových bodov a rafinérií.

Potrubia tiež prenášajú:

  • rafinované ropné produkty, ako je benzín, letecké palivo, petrolej, motorová nafta, vykurovací olej atď.;
  • petrochemické suroviny: benzén, styrén, propylén atď.;
  • aromatické uhľovodíky: xylén, toluén, kumén atď.;
  • skvapalnené ropné palivá, ako je skvapalnený zemný plyn, skvapalnený ropný plyn, propán (plyny pri štandardnej teplote a tlaku, ale skvapalnené tlakom);
  • oxid uhličitý, kvapalný amoniak (prepravovaný ako kvapaliny pod tlakom);
  • bitúmen a viskózne palivá sú príliš viskózne na prepravu potrubím, preto sa na riedenie týchto surovín používajú destilačné frakcie ropy a výsledkom je zmes, ktorá sa dá prepravovať potrubím;
  • vodík (na krátke vzdialenosti).

Kvalita prepravovaného média

Fyzikálne vlastnosti a parametre prepravovaných médií do značnej miery určujú konštrukčné a prevádzkové parametre potrubia. Špecifická hmotnosť, stlačiteľnosť, teplota, viskozita, bod tuhnutia a tlak pár sú hlavné parametre média, ktoré treba zvážiť.

Merná hmotnosť kvapaliny je jej hmotnosť na jednotku objemu. Mnoho plynov sa prepravuje potrubím pod zvýšeným tlakom a pri dosiahnutí určitého tlaku môžu niektoré plyny dokonca prejsť skvapalnením. Preto je stupeň stlačenia média kritickým parametrom pre návrh potrubí a určenie kapacity priepustnosti.

Teplota má nepriamy a priamy vplyv na výkon potrubia. Vyjadruje sa to v skutočnosti, že objem kvapaliny po zvýšení teploty zväčší za predpokladu, že tlak zostane konštantný. Zníženie teploty môže mať tiež vplyv na výkon a celkovú účinnosť systému. Zvyčajne, keď sa teplota kvapaliny zníži, je to sprevádzané zvýšením jej viskozity, čo vytvára dodatočný trecí odpor pozdĺž vnútornej steny potrubia, čo si vyžaduje viac energie na čerpanie rovnakého množstva kvapaliny. Veľmi viskózne médiá sú citlivé na kolísanie teploty. Viskozita je odpor média voči prietoku a meria sa v centistoke cSt. Viskozita určuje nielen výber čerpadla, ale aj vzdialenosť medzi čerpacími stanicami.

Akonáhle teplota média klesne pod bod tuhnutia, prevádzka potrubia sa stane nemožným a je použitých niekoľko možností na obnovenie jeho prevádzky:

  • zahrievanie média alebo izolačných potrubí na udržanie prevádzkovej teploty média nad jeho bodom tuhnutia;
  • zmena chemického zloženia média pred jeho vstupom do potrubia;
  • riedenie dopravovaného média vodou.

Typy hlavných potrubí

Hlavné rúry sú zvárané alebo bezšvíkové. Oceľové bezšvíkové rúry sú vyrábané bez pozdĺžnych zvarov oceľovými profilmi s tepelným spracovaním na dosiahnutie požadovaných rozmerov a vlastností. Zvárané rúry sa vyrábajú pomocou niekoľkých výrobných procesov. Tieto dva typy sa navzájom líšia počtom pozdĺžnych švov v potrubí a typom použitého zváracieho zariadenia. Oceľové zvárané rúry sú najbežnejšie používaným typom v petrochemických aplikáciách.

Každá časť potrubia je zvarená dohromady, aby vytvorila potrubie. V hlavných potrubiach sa v závislosti od použitia používajú aj potrubia vyrobené zo sklolaminátu, rôznych plastov, azbestocementu atď.

Na spájanie priamych úsekov rúr, ako aj na prechod medzi úsekmi potrubia rôznych priemerov sa používajú špeciálne vyrobené spojovacie prvky (kolená, ohyby, brány).

koleno 90° koleno 90° prechodová vetva vetvenia
koleno 180° koleno 30° adaptér tip

Na inštaláciu jednotlivých častí potrubí a armatúr sa používajú špeciálne spoje.

zvárané prírubové závitové spojka

Tepelná rozťažnosť potrubia

Keď je potrubie pod tlakom, celý jeho vnútorný povrch je vystavený rovnomerne rozloženému zaťaženiu, čo spôsobuje pozdĺžne vnútorné sily v potrubí a dodatočné zaťaženie koncových podpier. Teplotné výkyvy ovplyvňujú aj potrubie, čo spôsobuje zmeny v rozmeroch potrubí. Sily v pevnom potrubí pri kolísaní teplôt môžu prekročiť prípustnú hodnotu a viesť k nadmernému namáhaniu, ktoré je nebezpečné pre pevnosť potrubia ako v materiáli potrubia, tak aj v prírubových spojoch. Kolísanie teploty čerpaného média tiež vytvára teplotné napätie v potrubí, ktoré sa môže prenášať na ventily, čerpacie stanice a pod. To môže viesť k odtlakovaniu spojov potrubí, poruche ventilov alebo iných prvkov.

Výpočet rozmerov potrubia so zmenami teploty

Výpočet zmeny lineárnych rozmerov potrubia so zmenou teploty sa vykonáva podľa vzorca:

∆L = a L ∆t

a - koeficient tepelného predĺženia, mm/(m°C) (pozri tabuľku nižšie);
L - dĺžka potrubia (vzdialenosť medzi pevnými podperami), m;
Δt - rozdiel medzi max. a min. teplota čerpaného média, °C.

Tabuľka lineárnej rozťažnosti rúr z rôznych materiálov

Uvedené čísla sú priemery pre uvedené materiály a pre výpočet potrubí z iných materiálov, údaje z tejto tabuľky by sa nemali brať ako základ. Pri výpočte potrubia sa odporúča použiť koeficient lineárneho predĺženia uvedený výrobcom potrubia v priloženej technickej špecifikácii alebo údajovom liste.

Tepelné predlžovanie potrubí je eliminované tak použitím špeciálnych kompenzačných úsekov potrubia, ako aj použitím kompenzátorov, ktoré môžu pozostávať z pružných alebo pohyblivých častí.

Kompenzačné úseky pozostávajú z elastických rovných častí potrubia, ktoré sú umiestnené kolmo na seba a sú upevnené ohybmi. Pri tepelnom predĺžení je nárast jednej časti kompenzovaný deformáciou ohybu druhej časti na rovine alebo deformáciou ohybu a krútenia v priestore. Ak samotné potrubie kompenzuje tepelnú rozťažnosť, potom sa to nazýva samokompenzácia.

Kompenzácia sa vyskytuje aj v dôsledku elastických ohybov. Časť predĺženia je kompenzovaná elasticitou ohybov, druhá časť je eliminovaná v dôsledku elastických vlastností materiálu úseku za ohybom. Kompenzátory sa inštalujú tam, kde nie je možné použiť kompenzačné úseky alebo keď je samokompenzácia potrubia nedostatočná.

Podľa konštrukcie a princípu činnosti sú kompenzátory štyroch typov: v tvare U, šošovka, vlnovka, upchávka. V praxi sa často používajú ploché dilatačné škáry v tvare L, Z alebo U. V prípade priestorových kompenzátorov sú to zvyčajne 2 ploché na seba kolmé úseky a majú jedno spoločné rameno. Elastické kompenzátory sú vyrobené z rúrok alebo elastických kotúčov alebo vlnovcov.

Určenie optimálnej veľkosti priemeru potrubia

Optimálny priemer potrubia je možné zistiť na základe technických a ekonomických výpočtov. Rozmery potrubia, vrátane rozmerov a funkčnosti jednotlivých komponentov, ako aj podmienky, za ktorých musí potrubie fungovať, určujú prepravnú kapacitu systému. Väčšie potrubia sú vhodné pre vyšší hmotnostný prietok za predpokladu, že ostatné komponenty v systéme sú správne zvolené a dimenzované pre tieto podmienky. Zvyčajne platí, že čím väčšia je dĺžka hlavného potrubia medzi čerpacími stanicami, tým väčší je pokles tlaku v potrubí. Okrem toho môže mať veľký vplyv na tlak v potrubí aj zmena fyzikálnych vlastností čerpaného média (viskozita atď.).

Optimálna veľkosť - Najmenšia vhodná veľkosť potrubia pre konkrétnu aplikáciu, ktorá je nákladovo efektívna počas životnosti systému.

Vzorec na výpočet výkonu potrubia:

Q = (π d²)/4 v

Q je prietok čerpanej kvapaliny;
d - priemer potrubia;
v je prietok.

V praxi sa na výpočet optimálneho priemeru potrubia používajú hodnoty optimálnych rýchlostí čerpaného média, prevzaté z referenčných materiálov zostavených na základe experimentálnych údajov:

Čerpané médium Rozsah optimálnych rýchlostí v potrubí, m/s
Kvapaliny Gravitačný pohyb:
Viskózne kvapaliny 0,1 - 0,5
Kvapaliny s nízkou viskozitou 0,5 - 1
Čerpanie:
sacia strana 0,8 - 2
Výtlačná strana 1,5 - 3
plynov Prirodzená trakcia 2 - 4
Malý tlak 4 - 15
Veľký tlak 15 - 25
Páry prehriata para 30 - 50
Nasýtená tlaková para:
Viac ako 105 Pa 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

Odtiaľ dostaneme vzorec na výpočet optimálneho priemeru potrubia:

d o = √ ((4 Q) / (π v o ))

Q - daný prietok čerpanej kvapaliny;
d - optimálny priemer potrubia;
v je optimálny prietok.

Pri vysokých prietokoch sa zvyčajne používajú potrubia menšieho priemeru, čo znamená nižšie náklady na nákup potrubia, jeho údržbu a montážne práce (označuje sa K 1). S nárastom otáčok dochádza k nárastu tlakových strát trením a v lokálnych odporoch, čo vedie k zvýšeniu nákladov na čerpanie kvapaliny (označujeme K 2).

Pre potrubia veľkých priemerov budú náklady K 1 vyššie a náklady počas prevádzky K 2 budú nižšie. Ak spočítame hodnoty K 1 a K 2, dostaneme celkové minimálne náklady K a optimálny priemer potrubia. Náklady K 1 a K 2 sú v tomto prípade uvedené v rovnakom časovom intervale.

Výpočet (vzorec) kapitálových nákladov na plynovod

K1 = (m C M K M)/n

m je hmotnosť potrubia, t;
C M - náklady na 1 tonu, rub/t;
K M - koeficient, ktorý zvyšuje náklady na inštalačné práce, napríklad 1,8;
n - životnosť, roky.

Uvedené prevádzkové náklady spojené so spotrebou energie:

K 2 \u003d 24 N n dní C E rub / rok

N - výkon, kW;
n DN - počet pracovných dní v roku;
C E - náklady na kWh energie, rub/kW*h.

Vzorce na určenie veľkosti potrubia

Príklad všeobecných vzorcov na určenie veľkosti potrubia bez zohľadnenia možných dodatočných faktorov, ako je erózia, nerozpustné látky atď.:

názov Rovnica Možné obmedzenia
Prúdenie kvapaliny a plynu pod tlakom
Strata trecej hlavy
Darcy-Weisbach

d = 12 [(0,0311 f L Q 2)/(h f)] 0,2

 Q - objemový prietok, gal/min;
d je vnútorný priemer potrubia;
hf - strata trecej hlavy;
L je dĺžka potrubia, stopy;
f je koeficient trenia;
V je prietok.
Rovnica pre celkový prietok tekutiny

d = 0,64 √ (Q/V)

 Q - objemový prietok, gpm
Veľkosť sacieho potrubia čerpadla na obmedzenie straty hlavy trením

d = √ (0,0744 Q)

 Q - objemový prietok, gpm
Rovnica celkového prietoku plynu

d = 0,29 √((Q T)/(P V))

 Q - objemový prietok, ft³/min
T - teplota, K
P - tlak psi (abs);
V - rýchlosť
Gravitačný tok
Manningova rovnica na výpočet priemeru potrubia pre maximálny prietok

d = 0,375

 Q - objemový prietok;
n - koeficient drsnosti;
S - zaujatosť.
Froudeho číslo je pomer zotrvačnej sily a gravitačnej sily

Fr = V / √[(d/12) g]

 g - zrýchlenie voľného pádu;
v - rýchlosť prúdenia;
L - dĺžka alebo priemer potrubia.
Para a odparovanie
Rovnica priemeru parného potrubia

d = 1,75 √[(W v_g x) / V]

 W - hmotnostný prietok;
Vg - špecifický objem nasýtenej pary;
x - kvalita pary;
V - rýchlosť.

Optimálny prietok pre rôzne potrubné systémy

Optimálna veľkosť potrubia sa vyberá z podmienky minimálnych nákladov na čerpanie média potrubím a nákladov na potrubia. Treba však počítať aj s rýchlostnými limitmi. Niekedy musí veľkosť potrubia spĺňať požiadavky procesu. Rovnako často aj veľkosť potrubia súvisí s poklesom tlaku. Pri predbežných konštrukčných výpočtoch, kde sa nezohľadňujú tlakové straty, je veľkosť procesného potrubia určená prípustnou rýchlosťou.

Ak dôjde k zmenám v smere prúdenia v potrubí, potom to vedie k výraznému zvýšeniu lokálnych tlakov na povrchu kolmom na smer prúdenia. Tento druh zvýšenia je funkciou rýchlosti tekutiny, hustoty a počiatočného tlaku. Pretože rýchlosť je nepriamo úmerná priemeru, tekutiny s vysokou rýchlosťou vyžadujú osobitnú pozornosť pri dimenzovaní a konfigurácii potrubí. Optimálna veľkosť potrubia, napríklad pre kyselinu sírovú, obmedzuje rýchlosť média na hodnotu, ktorá zabraňuje erózii steny v ohyboch potrubia, čím sa predchádza poškodeniu konštrukcie potrubia.

Prúdenie tekutiny gravitáciou

Výpočet veľkosti potrubia v prípade prúdenia pohybujúceho sa gravitáciou je pomerne komplikovaný. Charakter pohybu s touto formou prúdenia v potrubí môže byť jednofázový (plné potrubie) a dvojfázový (čiastočné plnenie). Dvojfázový tok sa vytvára, keď je v potrubí prítomná kvapalina aj plyn.

V závislosti od pomeru kvapaliny a plynu, ako aj od ich rýchlostí, sa režim dvojfázového prúdenia môže meniť od bublinkového po rozptýlený.

prietok bublín (horizontálny) tok projektilu (horizontálny) vlnový tok rozptýlený tok

Hnaciu silu pre kvapalinu pri pohybe gravitáciou zabezpečuje rozdiel vo výškach začiatočného a koncového bodu a predpokladom je umiestnenie začiatočného bodu nad koncovým bodom. Inými slovami, výškový rozdiel určuje rozdiel potenciálnej energie kvapaliny v týchto polohách. Tento parameter sa berie do úvahy aj pri výbere potrubia. Okrem toho je veľkosť hnacej sily ovplyvnená tlakmi v počiatočnom a koncovom bode. Zvýšenie poklesu tlaku znamená zvýšenie prietoku tekutiny, čo zase umožňuje výber potrubia s menším priemerom a naopak.

V prípade, že je koncový bod pripojený k tlakovému systému, ako je destilačná kolóna, ekvivalentný tlak sa musí odpočítať od prítomného výškového rozdielu, aby sa odhadol skutočný efektívny vytvorený diferenciálny tlak. Taktiež, ak bude začiatočný bod potrubia pod vákuom, potom je potrebné pri výbere potrubia zohľadniť aj jeho vplyv na celkový diferenčný tlak. Konečný výber potrubí sa vykonáva pomocou diferenčného tlaku, berúc do úvahy všetky vyššie uvedené faktory, a nie len na základe rozdielu vo výškach začiatočného a koncového bodu.

prúd horúcej kvapaliny

V procesných závodoch sa zvyčajne vyskytujú rôzne problémy pri práci s horúcimi alebo vriacimi médiami. Hlavným dôvodom je odparovanie časti prúdu horúcej kvapaliny, to znamená fázová premena kvapaliny na paru vo vnútri potrubia alebo zariadenia. Typickým príkladom je kavitačný jav odstredivého čerpadla sprevádzaný bodovým varom kvapaliny s následným vznikom bublín pary (parná kavitácia) alebo uvoľňovaním rozpustených plynov do bublín (kavitácia plynov).

Uprednostňuje sa väčšie potrubie z dôvodu zníženého prietoku v porovnaní s potrubím s menším priemerom pri konštantnom prietoku, čo vedie k vyššej NPSH na sacom potrubí čerpadla. Miesta náhlej zmeny smeru prúdenia alebo zmenšenia veľkosti potrubia môžu tiež spôsobiť kavitáciu v dôsledku straty tlaku. Výsledná zmes plynu a pár vytvára prekážku pri prechode toku a môže spôsobiť poškodenie potrubia, čím je jav kavitácie extrémne nežiaduci počas prevádzky potrubia.

Obtokové potrubie pre zariadenia/nástroje

Zariadenia a zariadenia, najmä tie, ktoré môžu vytvárať značné tlakové straty, to znamená výmenníky tepla, regulačné ventily atď., sú vybavené obtokovým potrubím (aby sa proces neprerušil ani pri údržbárskych prácach). Takéto potrubia majú zvyčajne 2 uzatváracie ventily inštalované v rade s inštaláciou a ventil na reguláciu prietoku paralelne k tejto inštalácii.

Počas normálnej prevádzky prúd tekutiny prechádzajúci hlavnými komponentmi zariadenia zažíva dodatočný pokles tlaku. V súlade s tým sa vypočíta výtlačný tlak, ktorý vytvára pripojené zariadenie, ako je odstredivé čerpadlo. Čerpadlo sa vyberá na základe celkového poklesu tlaku v zariadení. Pri pohybe cez obtokové potrubie tento dodatočný pokles tlaku chýba, zatiaľ čo prevádzkové čerpadlo čerpá prúd rovnakej sily podľa svojich prevádzkových charakteristík. Aby sa predišlo rozdielom v prietokových charakteristikách medzi zariadením a obtokovým potrubím, odporúča sa použiť menšie obtokové potrubie s regulačným ventilom na vytvorenie tlaku ekvivalentného hlavnej inštalácii.

Vzorkovacia linka

Zvyčajne sa odoberá malé množstvo tekutiny na analýzu, aby sa určilo jej zloženie. Odber vzoriek sa môže vykonávať v ktorejkoľvek fáze procesu na určenie zloženia suroviny, medziproduktu, hotového výrobku alebo jednoducho prepravovanej látky, ako je odpadová voda, teplonosná kvapalina atď. Veľkosť úseku potrubia, na ktorom sa odber vzoriek uskutočňuje, zvyčajne závisí od typu analyzovanej kvapaliny a od miesta odberu vzoriek.

Napríklad pre plyny pod zvýšeným tlakom stačia na odber požadovaného počtu vzoriek malé potrubia s ventilmi. Zväčšením priemeru vzorkovacej linky sa zníži podiel médií odobratých na analýzu, ale kontrola takéhoto vzorkovania bude náročnejšia. Malá vzorkovacia linka zároveň nie je vhodná na analýzu rôznych suspenzií, v ktorých pevné častice môžu upchať dráhu toku. Veľkosť vzorkovacej linky na analýzu suspenzií je teda vysoko závislá od veľkosti pevných častíc a vlastností média. Podobné závery platia pre viskózne kvapaliny.

Veľkosť vzorkovacej čiary zvyčajne zohľadňuje:

  • charakteristiky kvapaliny určenej na výber;
  • strata pracovného prostredia pri výbere;
  • bezpečnostné požiadavky pri výbere;
  • jednoduchosť prevádzky;
  • umiestnenie bodu výberu.

obeh chladiacej kvapaliny

Pre potrubia s cirkulujúcim chladivom sa uprednostňujú vysoké rýchlosti. Je to spôsobené najmä tým, že chladiaca kvapalina v chladiacej veži je vystavená slnečnému žiareniu, čo vytvára podmienky na vytvorenie vrstvy s obsahom rias. Časť tohto objemu obsahujúceho riasy vstupuje do cirkulujúceho chladiva. Pri nízkych prietokoch začnú v potrubí rásť riasy a po chvíli spôsobujú ťažkosti pri cirkulácii chladiacej kvapaliny alebo jej prechode do výmenníka tepla. V tomto prípade sa odporúča vysoká rýchlosť cirkulácie, aby sa zabránilo tvorbe upchávok v potrubí riasami. Typicky sa použitie chladiacej kvapaliny s vysokou cirkuláciou nachádza v chemickom priemysle, ktorý si vyžaduje veľké potrubia a dĺžky na dodávanie energie do rôznych výmenníkov tepla.

Pretečenie nádrže

Nádrže sú vybavené prepadovým potrubím z nasledujúcich dôvodov:

  • zabránenie strate tekutiny (nadbytočná tekutina vstupuje do inej nádržky namiesto vylievania z pôvodnej nádrže);
  • zabránenie úniku nežiaducich kvapalín mimo nádrže;
  • udržiavanie hladiny kvapaliny v nádržiach.

Vo všetkých vyššie uvedených prípadoch sú prepadové potrubia navrhnuté pre maximálny povolený prietok kvapaliny vstupujúcej do nádrže, bez ohľadu na prietok kvapaliny opúšťajúcej nádrž. Ostatné princípy potrubia sú podobné ako pri gravitačnom potrubí, t.j. podľa dostupnej vertikálnej výšky medzi počiatočným a koncovým bodom prepadového potrubia.

Najvyšší bod prepadového potrubia, ktorý je zároveň jeho východiskovým bodom, je pri napojení na nádrž (prepadové potrubie nádrže) zvyčajne úplne hore a najnižší koncový bod môže byť v blízkosti odtokového žľabu pri zemi. Prepadová línia však môže končiť aj vo vyššom nadmorskej výške. V tomto prípade bude dostupná hlava diferenciálu nižšia.

Prietok kalu

V prípade ťažby sa ruda zvyčajne ťaží v ťažko dostupných oblastiach. Na takýchto miestach spravidla nie je železničné ani cestné spojenie. Pre takéto situácie sa za najvhodnejšiu považuje hydraulická doprava médií s pevnými časticami, a to aj v prípade umiestnenia banských závodov v dostatočnej vzdialenosti. Kalové potrubia sa používajú v rôznych priemyselných oblastiach na dopravu drvených pevných látok spolu s kvapalinami. Takéto potrubia sa ukázali ako najhospodárnejšie v porovnaní s inými spôsobmi prepravy pevných médií vo veľkých objemoch. Okrem toho medzi ich výhody patrí dostatočná bezpečnosť z dôvodu nedostatku viacerých druhov dopravy a šetrnosť k životnému prostrediu.

Suspenzie a zmesi suspendovaných pevných látok v kvapalinách sa skladujú v stave periodického miešania, aby sa zachovala jednotnosť. V opačnom prípade dochádza k separačnému procesu, pri ktorom suspendované častice v závislosti od svojich fyzikálnych vlastností plávajú na povrchu kvapaliny alebo sa usadzujú na dne. Miešanie je zabezpečené zariadením, ako je miešaná nádrž, zatiaľ čo v potrubiach sa to dosahuje udržiavaním podmienok turbulentného prúdenia.

Zníženie prietoku pri preprave častíc suspendovaných v kvapaline nie je žiaduce, pretože proces oddeľovania fáz môže začať v prúde. To môže viesť k zablokovaniu potrubia a zmene koncentrácie prepravovaných pevných látok v prúde. Turbulentný režim prúdenia podporuje intenzívne miešanie v objeme prietoku.

Na druhej strane prílišné zmenšenie potrubia tiež často vedie k upchatiu. Preto je výber veľkosti potrubia dôležitým a zodpovedným krokom, ktorý si vyžaduje predbežnú analýzu a výpočty. Každý prípad sa musí posudzovať individuálne, pretože rôzne kaly sa správajú odlišne pri rôznych rýchlostiach tekutiny.

Oprava potrubia

Počas prevádzky potrubia sa v ňom môžu vyskytnúť rôzne druhy netesností, ktoré si vyžadujú okamžitú elimináciu, aby sa zachoval výkon systému. Oprava hlavného potrubia môže byť vykonaná niekoľkými spôsobmi. Môže to byť rovnako ako výmena celého segmentu potrubia alebo malého úseku, ktorý presakuje, alebo oprava existujúceho potrubia. Pred výberom akéhokoľvek spôsobu opravy je však potrebné dôkladne preštudovať príčinu úniku. V niektorých prípadoch môže byť potrebné nielen opraviť, ale zmeniť trasu potrubia, aby sa zabránilo jeho opätovnému poškodeniu.

Prvou etapou opravných prác je určenie polohy časti potrubia vyžadujúcej zásah. Ďalej sa v závislosti od typu potrubia určí zoznam potrebného vybavenia a opatrení potrebných na odstránenie úniku a zhromažďujú sa potrebné dokumenty a povolenia, ak sa časť potrubia, ktorá sa má opraviť, nachádza na území iného vlastníka. Keďže väčšina potrubí je umiestnená pod zemou, môže byť potrebné vytiahnuť časť potrubia. Ďalej sa skontroluje celkový stav povlaku potrubia, po ktorom sa časť povlaku odstráni na opravu priamo s potrubím. Po oprave je možné vykonať rôzne overovacie činnosti: ultrazvukové testovanie, detekcia farebných chýb, detekcia magnetických častíc atď.

Kým niektoré opravy vyžadujú úplné odstavenie ropovodu, často na odizolovanie opravovaného priestoru alebo prípravu obchvatu stačí len dočasné odstavenie. Vo väčšine prípadov sa však opravy vykonávajú s úplným odstavením potrubia. Izoláciu časti potrubia je možné vykonať pomocou zátok alebo uzatváracích ventilov. Ďalej nainštalujte potrebné vybavenie a vykonajte priame opravy. Opravné práce sa vykonávajú na poškodenom mieste zbavenom média a bez tlaku. Na konci opravy sa zátky otvoria a obnoví sa celistvosť potrubia.

V každom modernom dome je jednou z hlavných podmienok pohodlia tečúca voda. A s príchodom novej technológie, ktorá si vyžaduje napojenie na vodovod, sa jej úloha v dome stala mimoriadne dôležitou. Mnoho ľudí si už nevie predstaviť, ako sa to dá zaobísť bez práčky, bojlera, umývačky riadu atď. Ale každé z týchto zariadení pre správnu prevádzku vyžaduje určitý tlak vody prichádzajúcej z vodovodu. A teraz si človek, ktorý sa rozhodne nainštalovať nový vodovod doma, pamätá, ako vypočítať tlak v potrubí, aby všetky vodovodné armatúry fungovali dokonale.

Požiadavky moderného inštalatérstva

Moderné inštalatérske práce musí spĺňať všetky vlastnosti a požiadavky. Na výstupe z kohútika musí voda tiecť hladko, bez trhania. Preto by pri analýze vody nemalo dochádzať k žiadnym poklesom tlaku v systéme. Voda, ktorá preteká potrubím, by nemala vytvárať hluk, obsahovať nečistoty zo vzduchu a iné cudzie nahromadenia, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú keramické kohútiky a inú inštaláciu. Aby sa predišlo týmto nepríjemným incidentom, tlak vody v potrubí by pri analýze vody nemal klesnúť pod svoje minimum.

Poradte! Minimálny tlak prívodu vody by mal byť 1,5 atmosféry. Aby sa zabezpečil dostatočný tlak na prevádzku umývačky riadu a práčky.


Je potrebné vziať do úvahy ešte jednu dôležitú vlastnosť vodovodného systému spojenú so spotrebou vody. V každej obytnej oblasti existuje viac ako jeden bod analýzy vody. Na základe toho je výpočet vodovodného systému povinný plne pokryť potrebu vody všetkých vodovodných zariadení pri zapnutí. Tento parameter sa dosahuje nielen tlakom, ale aj objemom vstupujúcej vody, ktorý môže prechádzať potrubím určitého úseku. Zjednodušene povedané, pred inštaláciou je potrebné vykonať nejaký hydraulický výpočet prívodu vody, berúc do úvahy tlak a prietok vody.

Pred výpočtom sa pozrime bližšie na dva také pojmy ako prietok a tlak, aby sme zistili ich podstatu.

Tlak


Ako vieme, centrálny vodovod bol v minulosti napojený na vodárenskú vežu. Táto veža vytvára tlak vo vodovodnej sieti. Jednotkou tlaku je atmosféra. Navyše tlak nezávisí od veľkosti nádrže umiestnenej v hornej časti veže, ale iba od výšky.

Poradte! Ak nalejete vodu do desať metrov vysokého potrubia, vytvorí tlak v najnižšom bode - 1 atmosféra.

Tlak sa rovná metrom. Jedna atmosféra sa rovná 10 metrom vody. Zoberme si príklad s päťposchodovou budovou. Výška domu je 15 m. Preto je výška jedného podlažia 3 metre. Pätnásťmetrová veža vytvorí na prízemí tlak 1,5 atmosféry. Vypočítajme tlak v druhom poschodí: 15-3=12 metrov vodného stĺpca alebo 1,2 atmosféry. Po vykonaní nadchádzajúceho výpočtu si všimneme, že na 5. poschodí nebude tlak vody. Takže, aby ste zabezpečili vodu do piateho poschodia, musíte postaviť vežu viac ako 15 metrov. Čo ak ide napríklad o 25-poschodovú budovu? Takéto veže nikto nepostaví. Čerpadlá sa používajú v modernom inštalatérstve.

Vypočítajme tlak na výstupe z hlbokého čerpadla. K dispozícii je hlboké čerpadlo, ktoré zdvihne vodu o 30 metrov vodného stĺpca. To znamená, že na svojom výstupe vytvára tlak - 3 atmosféry. Na konci ponorenia čerpadla do studne o 10 metrov vytvorí tlak na úrovni zeme - 2 atmosféry alebo 20 metrov vodného stĺpca.

Spotreba


Zvážte ďalší faktor - spotrebu vody. Závisí to od tlaku a čím je vyšší, tým rýchlejšie sa voda bude pohybovať potrubím. Inými slovami, budú vyššie náklady. Ide však o to, že prierez potrubia, ktorým sa pohybuje, ovplyvňuje rýchlosť vody. A ak zmenšíte prierez potrubia, potom sa zvýši odolnosť voči vode. V dôsledku toho sa jeho množstvo na výstupe z potrubia počas rovnakého časového obdobia zníži.

Vo výrobe sa pri výstavbe vodovodných potrubí vypracúvajú projekty, v ktorých sa počíta hydraulický výpočet vodovodného systému podľa Bernoulliho rovnice:

Kde h 1-2 - ukazuje stratu tlaku na výstupe, po prekonaní odporu v celom úseku prívodu vody.

Vypočítame domáce inštalatérske práce


Ale ako sa hovorí, sú to zložité výpočty. Pre domáce inštalatérske práce používame jednoduchšie výpočty.

Na základe pasportných údajov áut spotrebovaných vodou v dome sumarizujeme nešpecializovanú spotrebu. K tomuto údaju pripočítame spotrebu všetkých vodovodných kohútikov nachádzajúcich sa v dome. Jeden kohútik prejde cez seba asi 5-6 litrov vody za 60 sekúnd. Zhrnieme všetky čísla a získame nešpecializovanú spotrebu vody v dome. Práve teraz, riadení nešpecializovanou spotrebou, kupujeme potrubie s takým prierezom, ktorý zabezpečí tlak a správne množstvo vody všetkým súčasne pracujúcim zariadeniam na skladanie vody.

V čase, keď bude domáci vodovod napojený na obecnú sieť, začnete využívať to, čo dajú. No a čo keď máte doma studňu, vezmite si čerpadlo, ktoré plnohodnotne zabezpečí vašej sieti potrebný tlak zodpovedajúci nákladom. Pri nákupe sa riaďte údajmi z pasu pumpy.

Pri výbere časti potrubia sa riadime týmito tabuľkami:

Tieto tabuľky poskytujú populárnejšie parametre potrubia. Pre úplné zoznámenie sa so sieťou je možné nájsť kompletnejšie tabuľky s výpočtami pre potrubia rôznych priemerov.


Tu na základe týchto výpočtov a pri správnej inštalácii dodáte vašej vodovodnej sieti všetky požadované parametre. V prípade, že niečo nie je jasné, je lepšie obrátiť sa na odborníkov.

Pohyb tekutiny potrubím.
Závislosť tlaku kvapaliny od rýchlosti jej prúdenia

Stacionárny prietok tekutiny. Rovnica kontinuity

Zvážte prípad, keď neviskózna tekutina prúdi cez vodorovnú valcovú rúrku s rôznym prierezom.

Prúdenie kvapaliny sa nazýva stacionárne, ak sa v každom bode priestoru, ktorý tekutina zaberá, jej rýchlosť s časom nemení. Pri stacionárnom toku cez akýkoľvek prierez potrubia sa v rovnakých časových intervaloch prenášajú rovnaké objemy tekutiny.

Tekutiny prakticky nestlačiteľné t.j. môžeme predpokladať, že daná hmotnosť kvapaliny má vždy konštantný objem. Preto rovnaké objemy tekutiny prechádzajúce rôznymi časťami potrubia znamenajú, že rýchlosť prúdenia tekutiny závisí od prierezu potrubia.

Nech sú rýchlosti stacionárneho prúdenia tekutiny cez rúrkové úseky S1 a S2 rovné v1 a v2. Objem kvapaliny pretekajúcej sekciou S1 za časový interval t sa rovná V1=S1v1t a objem kvapaliny pretekajúcej sekciou S2 za rovnaký čas sa rovná V2=S2v2t. Z rovnosti V1=V2 vyplýva, že

Vzťah (1) sa nazýva rovnica kontinuity. Z toho vyplýva, že

teda pri stacionárnom prúdení kvapaliny je rýchlosť pohybu jej častíc cez rôzne prierezy potrubia nepriamo úmerná plochám týchto úsekov.

tlak v pohybujúcej sa tekutine. Bernoulliho zákon

Zvýšenie rýchlosti prietoku tekutiny pri prechode z časti potrubia s väčšou prierezovou plochou do časti potrubia s menšou prierezovou plochou znamená, že tekutina sa pohybuje so zrýchlením.

Podľa druhého Newtonovho zákona je zrýchlenie spôsobené silou. Táto sila je v tomto prípade rozdielom tlakových síl pôsobiacich na prúdiacu kvapalinu v širokých a úzkych častiach potrubia. Preto v širokej časti potrubia musí byť tlak tekutiny väčší ako v úzkej časti. Dá sa to pozorovať priamo v skúsenostiach. Na obr. je znázornené, že v úsekoch rôznych prierezov sú manometrické rúrky S1 a S2 vložené do potrubia, cez ktoré preteká kvapalina.

Pozorovania ukazujú, že hladina kvapaliny v manometrickej trubici v úseku S1 potrubia je vyššia ako v úseku S2. Preto je tlak v kvapaline prúdiacej cez sekciu s väčšou plochou S1 vyšší ako tlak v kvapaline pretekajúcej sekciou s menšou plochou S2. teda pri stacionárnom prúdení kvapaliny v tých miestach, kde je rýchlosť prúdenia menšia, tlak v kvapaline je väčší a naopak, kde je rýchlosť prúdenia väčšia, je tlak v kvapaline menší. Bernoulli ako prvý prišiel k tomuto záveru, preto sa tento zákon nazýva Bernoulliho zákon.

Demontáž riešenia problémov:

ÚLOHA 1. Voda prúdi v horizontálnom potrubí s premenlivým prierezom. Rýchlosť prúdenia v širokej časti potrubia je 20 cm/s. Určte rýchlosť prúdenia vody v úzkej časti potrubia, ktorej priemer je 1,5-krát menší ako priemer širokej časti.

ÚLOHA 2. Kvapalina prúdi v horizontálnom potrubí s prierezom 20 cm2. V jednom mieste má potrubie zúženie s prierezom 12 cm2. Rozdiel hladín kvapaliny v manometrických rúrach inštalovaných v širokých a úzkych častiach potrubia je 8 cm Určte objemový prietok kvapaliny za 1 s.

ÚLOHA 3. Na vodorovne umiestnený piest striekačky pôsobí sila 15 N. Určte rýchlosť odtoku vody z hrotu striekačky, ak je plocha piesta 12 cm2.

Metóda výpočtu teoretickej hydrauliky Shevelevovej tabuľky SNiP 2.04.02-84

Počiatočné údaje

Materiál potrubia: Nová oceľ bez vnútorného ochranného náteru alebo s bitúmenovým ochranným náterom Nová liatina bez vnútorného ochranného náteru alebo s bitúmenovým ochranným náterom Nenová oceľ a liatina bez vnútorného ochranného náteru alebo s bitúmenovým ochranným náterom odstredením nanášaný plastový alebo polymér-cementový povlak Oceľ a liatina, s vnútorným nastriekaným cementovo-pieskovým povlakom Oceľ a liatina, s vnútorným rotačným nanášaným cementovo-pieskovým povlakom Vyrobené z polymérnych materiálov (plast) Sklo

Odhadovaná spotreba

l/s m3/h

Vonkajší priemer mm

hrúbka steny mm

Dĺžka potrubia m

Priemerná teplota vody °C

Eq. drsnosť vo vnútri. povrch potrubia: Silne zhrdzavená alebo silne usadená Oceľ alebo liatina stará zhrdzavená Oceľ pozink. po niekoľkých rokoch Oceľ po niekoľkých rokoch Liatina nová Pozinkovaná oceľ nová Oceľ zváraná nová Bezšvíková oceľ nová Ťahané z mosadze, olova, medi Sklo

Súčet množín lokálnych odporov

Kalkulácia

Závislosť tlakovej straty od priemeru potrubia

html5 nefunguje vo vašom prehliadači
Pri výpočte vodovodného alebo vykurovacieho systému stojíte pred úlohou vybrať priemer potrubia. Na vyriešenie takéhoto problému musíte urobiť hydraulický výpočet vášho systému a pre ešte jednoduchšie riešenie môžete použiť online hydraulický výpočetčo teraz urobíme.
Operačný postup:
1. Vyberte vhodnú metódu výpočtu (výpočet podľa Shevelevových tabuliek, teoretickej hydrauliky alebo podľa SNiP 2.04.02-84)
2. Vyberte materiál potrubia
3. Nastavte odhadovaný prietok vody v potrubí
4. Nastavte vonkajší priemer a hrúbku steny potrubia
5. Nastavte dĺžku potrubia
6. Nastavte priemernú teplotu vody
Výsledkom výpočtu bude graf a nasledujúce hodnoty hydraulického výpočtu.
Graf pozostáva z dvoch hodnôt (1 - strata tlaku vody, 2 - rýchlosť vody). Optimálne hodnoty priemeru potrubia budú napísané zelenou farbou pod grafom.

Tie. musíte nastaviť priemer tak, aby bod na grafe bol presne nad vašimi zelenými hodnotami pre priemer potrubia, pretože iba pri takýchto hodnotách bude rýchlosť vody a tlaková strata optimálna.


Strata tlaku v potrubí ukazuje stratu tlaku v danom úseku potrubia. Čím vyššie sú straty, tým viac práce bude potrebné urobiť na dodanie vody na správne miesto.
Hydraulická odporová charakteristika ukazuje, ako efektívne je zvolený priemer potrubia v závislosti od tlakovej straty.
Pre informáciu:
- ak potrebujete zistiť rýchlosť kvapaliny/vzduchu/plynu v potrubí rôznych úsekov, použite

Sekcie