Izračun največjega tlaka v cevi. Kako izračunati tlak v cevi
V tem razdelku bomo uporabili zakon o ohranjanju energije pri gibanju tekočine ali plina po ceveh. Gibanje tekočine po ceveh pogosto najdemo v tehnologiji in vsakdanjem življenju. Vodovodne cevi dovajajo vodo v mestu do hiš, do krajev njene porabe. V strojih cevi dovajajo olje za mazanje, gorivo za motorje itd. Gibanje tekočine po ceveh pogosto najdemo v naravi. Dovolj je reči, da je krvni obtok živali in ljudi pretok krvi po cevkah – krvnih žilah. Do neke mere je tok vode v rekah tudi neke vrste tok tekočine po ceveh. Rečna struga je neke vrste cev za tekočo vodo.
Kot veste, mirujoča tekočina v posodi po Pascalovem zakonu prenaša zunanji tlak v vse smeri in na vse točke prostornine brez sprememb. Ko pa tekočina brez trenja teče skozi cev, katere površina preseka je na različnih delih različna, tlak vzdolž cevi ni enak. Ugotovimo, zakaj je tlak v gibljivi tekočini odvisen od površine prečnega prereza cevi. Toda najprej se seznanimo z eno pomembno lastnostjo katerega koli toka tekočine.
Predpostavimo, da tekočina teče skozi vodoravno nameščeno cev, katere prerez je na različnih mestih različen, na primer skozi cev, katere del je prikazan na sliki 207.
Če bi miselno narisali več odsekov vzdolž cevi, katerih površine so enake, in izmerili količino tekočine, ki teče skozi vsakega od njih v določenem časovnem obdobju, bi ugotovili, da je skozi vsak odsek tekla enaka količina tekočine. To pomeni, da vsa tekočina, ki preide skozi prvi del v istem času, preide skozi tretji del v istem času, čeprav je po površini veliko manjša od prvega. Če ne bi bilo tako in bi na primer skozi prerez s površino skozi čas prešlo manj tekočine kot skozi prerez s površino, bi se morala odvečna tekočina nekje nabrati. Toda tekočina napolni celotno cev in se nikjer ne nabira.
Kako lahko tekočina, ki je tekla skozi širok odsek, hkrati "stisne" skozi ozek? Očitno mora biti za to pri prehodu skozi ozke dele cevi hitrost gibanja večja in prav tolikokrat, kot je manjša površina prečnega prereza.
Dejansko si oglejmo določen odsek gibljivega stolpca tekočine, ki v začetnem trenutku sovpada z enim od odsekov cevi (slika 208). Med tem časom se bo to območje premaknilo za razdaljo, ki je enaka hitrosti toka tekočine. Prostornina V tekočine, ki teče skozi odsek cevi, je enaka zmnožku površine tega odseka in dolžine
V enoti časa preteče prostornina tekočine -
Količina tekočine, ki teče na enoto časa skozi odsek cevi, je enaka zmnožku površine prečnega prereza cevi in hitrosti toka.
Kot smo pravkar videli, mora biti ta prostornina enaka na različnih odsekih cevi. Zato je manjši prerez cevi, večja je hitrost gibanja.
Koliko tekočine preide skozi en odsek cevi v določenem času, mora preteči enaka količina
istočasno skozi kateri koli drug odsek.
Poleg tega predpostavljamo, da ima dana masa tekočine vedno enak volumen, da ne more stisniti in zmanjšati svojega volumna (tekočina je nestisljiva). Znano je na primer, da je na ozkih rekah hitrost pretoka vode večja kot v širokih. Če označimo hitrost pretoka tekočine v odsekih po območjih, potem lahko zapišemo:
Iz tega je razvidno, da ko tekočina prehaja iz cevnega odseka z večjim prečnim prerezom na odsek z manjšim prečnim prerezom, se hitrost toka poveča, to je, da se tekočina premika s pospeškom. In to po drugem Newtonovem zakonu pomeni, da na tekočino deluje sila. Kakšna je ta moč?
Ta sila je lahko le razlika med tlačnimi silami v širokem in ozkem delu cevi. Tako mora biti v širokem delu cevi tlak tekočine večji kot v ozkem delu cevi.
Enako izhaja iz zakona o ohranjanju energije. Dejansko, če se hitrost tekočine poveča na ozkih mestih cevi, se poveča tudi njena kinetična energija. In ker smo domnevali, da tekočina teče brez trenja, je treba to povečanje kinetične energije kompenzirati z zmanjšanjem potencialne energije, ker mora skupna energija ostati konstantna. Kakšna je potencialna energija tukaj? Če je cev vodoravna, je potencialna energija interakcije z Zemljo v vseh delih cevi enaka in se ne more spremeniti. To pomeni, da ostane le potencialna energija elastične interakcije. Tlačna sila, ki povzroči, da tekočina teče skozi cev, je elastična sila stiskanja tekočine. Ko rečemo, da je tekočina nestisljiva, mislimo le na to, da je ni mogoče toliko stisniti, da bi opazno spremenila prostornino, ampak neizogibno pride do zelo majhnega stiskanja, ki povzroči pojav elastičnih sil. Te sile ustvarjajo pritisk tekočine. To je stiskanje tekočine in se zmanjša v ozkih delih cevi, kar kompenzira povečanje hitrosti. Na ozkih mestih cevi mora biti tlak tekočine zato manjši kot v širokih.
To je zakon, ki ga je odkril peterburški akademik Daniil Bernoulli:
Tlak tekoče tekočine je večji na tistih odsekih toka, v katerih je hitrost njenega gibanja manjša, in
nasprotno, na tistih odsekih, kjer je hitrost večja, je tlak manjši.
Čeprav se zdi čudno, toda ko se tekočina "stisne" skozi ozke dele cevi, se njena kompresija ne poveča, ampak zmanjša. In izkušnje to dobro potrjujejo.
Če je cev, skozi katero teče tekočina, opremljena z odprtimi cevmi, spajkanimi vanjo - manometri (slika 209), potem bo mogoče opazovati porazdelitev tlaka vzdolž cevi. Na ozkih mestih cevi je višina stolpca tekočine v manometrični cevi manjša kot v širokih. To pomeni, da je na teh mestih manjši pritisk. Manjši kot je prerez cevi, večji je pretok v njej in nižji je tlak. Očitno je mogoče izbrati takšen odsek, v katerem je tlak enak zunanjemu atmosferskemu tlaku (višina nivoja tekočine v manometru bo potem enaka nič). In če vzamemo še manjši presek, bo tlak tekočine v njem manjši od atmosferskega.
Ta tok tekočine se lahko uporablja za črpanje zraka. Na tem principu deluje tako imenovana vodna črpalka. Slika 210 prikazuje diagram takšne črpalke. Skozi cev A z ozko luknjo na koncu teče vodni curek. Tlak vode na odprtini cevi je manjši od atmosferskega tlaka. Torej
plin iz izpraznjene prostornine skozi cev B potegnemo do konca cevi A in odstranimo skupaj z vodo.
Vse, kar je povedano o gibanju tekočine po ceveh, velja za gibanje plina. Če pretok plina ni previsok in plin ni dovolj stisnjen, da bi spremenil svojo prostornino, in če poleg tega zanemarimo trenje, potem Bernoullijev zakon velja tudi za tokove plina. V ozkih delih cevi, kjer se plin premika hitreje, je njegov tlak manjši kot v širokih delih in lahko postane nižji od atmosferskega tlaka. V nekaterih primerih to niti ne zahteva cevi.
Lahko naredite preprost poskus. Če pihate na list papirja vzdolž njegove površine, kot je prikazano na sliki 211, lahko vidite, da se bo papir dvignil. To je posledica zmanjšanja tlaka v zračnem toku nad papirjem.
Enak pojav se zgodi med letom letala. Nasprotni tok zraka teče v konveksno zgornjo površino krila letečega letala in zaradi tega pride do zmanjšanja tlaka. Tlak nad krilom je manjši od tlaka pod krilom. Zato nastane dvižna sila krila.
Vaja 62
1. Dovoljena hitrost pretoka olja po ceveh je 2 m/s. Kolikšen volumen olja preide skozi cev s premerom 1 m v 1 uri?
2. Izmerite količino vode, ki izteče iz pipe v določenem času. Določite hitrost pretoka vode z merjenjem premera cevi pred pipo.
3. Kolikšen mora biti premer cevovoda, po katerem mora teči voda na uro? Dovoljen pretok vode 2,5 m/s.
Podjetja in stanovanjske zgradbe porabijo velike količine vode. Ti digitalni kazalniki ne postanejo le dokaz določene vrednosti, ki kaže porabo.
Poleg tega pomagajo določiti premer asortimana cevi. Mnogi ljudje verjamejo, da je nemogoče izračunati pretok vode po premeru cevi in tlaku, saj ti koncepti niso popolnoma povezani.
A praksa je pokazala, da temu ni tako. Zmogljivost vodovodnega omrežja je odvisna od številnih kazalnikov, prvi na tem seznamu pa bo premer cevi in tlak v cevi.
Vse izračune je priporočljivo izvesti v fazi projektiranja izgradnje cevovoda, saj pridobljeni podatki določajo ključne parametre ne le domačih, temveč tudi industrijskih cevovodov. O vsem tem se bo še razpravljalo.
Spletni kalkulator vode
POZOR! 1 kgf/cm2 = 1 atmosfera; 10 m vodnega stolpca \u003d 1kgf / cm2 \u003d 1 atm; 5 m vodnega stolpca = 0,5 kgf / cm2 in = 0,5 atm itd. Ulomna števila se vnesejo skozi piko (na primer: 3,5 in ne 3,5)
Vnesite parametre za izračun:
Kateri dejavniki vplivajo na prepustnost tekočine skozi cevovod
Kriteriji, ki vplivajo na opisani kazalnik, sestavljajo velik seznam. Tukaj je nekaj izmed njih.
- Notranji premer, ki ga ima cevovod.
- Pretok, ki je odvisen od tlaka v cevi.
- Material, vzet za izdelavo cevnega asortimana.
Določitev pretoka vode na izhodu iz glavnega poteka po premeru cevi, ker ta lastnost skupaj z drugimi vpliva na pretok sistema. Prav tako pri izračunu količine porabljene tekočine ni mogoče zanemariti debeline stene, katere določitev se izvede na podlagi ocenjenega notranjega tlaka.
Lahko celo trdimo, da na definicijo "geometrije cevi" ne vpliva samo dolžina omrežja. In prerez, pritisk in drugi dejavniki igrajo zelo pomembno vlogo.
Poleg tega imajo nekateri sistemski parametri posreden in ne neposreden učinek na pretok. To vključuje viskoznost in temperaturo črpanega medija.
Če malo povzamemo, lahko rečemo, da vam določanje prepustnosti omogoča natančno določitev optimalne vrste materiala za gradnjo sistema in izbiro tehnologije, ki se uporablja za njegovo sestavljanje. V nasprotnem primeru omrežje ne bo delovalo učinkovito in bo zahtevalo pogosta nujna popravila.
Izračun porabe vode po premer okrogla cev, odvisno od tega velikost. Posledično se bo čez večji prerez za določeno časovno obdobje izvajalo gibanje večje količine tekočine. Toda pri izračunu in ob upoštevanju premera tlaka ni mogoče zanemariti.
Če ta izračun upoštevamo na posebnem primeru, se izkaže, da bo skozi 1 cm luknjo skozi 1 cm luknjo prešlo manj tekočine kot skozi cevovod, ki doseže višino nekaj deset metrov. To je naravno, saj bo najvišja raven porabe vode na območju dosegla maksimalno zmogljivost pri najvišjem tlaku v omrežju in pri največji velikosti njegove prostornine.
Poglej si posnetek
Izračuni odsekov po SNIP 2.04.01-85
Najprej morate razumeti, da je izračun premera prepusta zapleten inženirski proces. To bo zahtevalo specializirano znanje. Toda pri izvajanju domače konstrukcije prepusta se pogosto hidravlični izračun za odsek izvede neodvisno.
Ta tip načrtovalnega izračuna hitrosti pretoka za prepust se lahko izvede na dva načina. Prvi so tabelarni podatki. Toda glede na tabele morate vedeti ne le natančno število pip, temveč tudi posode za zbiranje vode (kopeli, umivalniki) in druge stvari.
Samo če imate te podatke o sistemu prepustov, lahko uporabite tabele, ki jih ponuja SNIP 2.04.01-85. Po njihovem mnenju je volumen vode določen z obsegom cevi. Tukaj je ena taka tabela:
Zunanja prostornina cevi (mm)
Približna količina prejete vode v litrih na minuto
Približna količina vode, izračunana v m3 na uro
Če se osredotočite na norme SNIP, potem lahko v njih vidite naslednje - dnevna količina vode, ki jo porabi ena oseba, ne presega 60 litrov. To je pod pogojem, da hiša ni opremljena s tekočo vodo, v razmerah z udobnim stanovanjem pa se ta prostornina poveča na 200 litrov.
Vsekakor so ti podatki o prostornini, ki prikazujejo porabo, zanimivi kot informacija, vendar bo moral strokovnjak za cevovode definirati popolnoma druge podatke - to je prostornina (v mm) in notranji tlak v cevi. Tega ne najdemo vedno v tabeli. In formule pomagajo natančneje ugotoviti te informacije.
Poglej si posnetek
Že zdaj je jasno, da dimenzije odseka sistema vplivajo na hidravlični izračun porabe. Za domače izračune se uporablja formula pretoka vode, ki pomaga dobiti rezultat s podatki o tlaku in premeru cevastega izdelka. Tukaj je formula:
Formula za izračun: q = π × d² / 4 × V
V formuli: q prikazuje pretok vode. Meri se v litrih. d je velikost odseka cevi, prikazana je v centimetrih. In V v formuli je oznaka hitrosti toka, prikazana je v metrih na sekundo.
Če se vodovodno omrežje napaja iz vodnega stolpa, brez dodatnega vpliva tlačne črpalke, je hitrost pretoka približno 0,7 - 1,9 m / s. Če je priključena katera koli črpalna naprava, potem so v potnem listu podatki o koeficientu ustvarjenega tlaka in hitrosti gibanja vodnega toka.
Ta formula ni edinstvena. Veliko jih je več. Z lahkoto jih najdete na internetu.
Poleg predstavljene formule je treba opozoriti, da so notranje stene cevnih izdelkov velikega pomena za funkcionalnost sistema. Tako imajo na primer plastični izdelki gladko površino kot jekleni.
Zaradi teh razlogov je uporni koeficient plastike bistveno nižji. Poleg tega na te materiale ne vplivajo korozivne formacije, kar pozitivno vpliva tudi na prepustnost vodovodnega omrežja.
Določanje izgube glave
Izračun prehoda vode se ne izvaja samo s premerom cevi, ampak se izračuna s padcem tlaka. Izgube je mogoče izračunati s posebnimi formulami. Katere formule uporabiti, se bo vsak odločil sam. Za izračun želenih vrednosti lahko uporabite različne možnosti. Za to vprašanje ni enotne univerzalne rešitve.
Najprej pa se je treba spomniti, da se notranji odmik prehoda plastične in kovinsko-plastične konstrukcije po dvajsetih letih delovanja ne bo spremenil. In notranji odmik prehoda kovinske konstrukcije se bo sčasoma zmanjšal.
In to bo povzročilo izgubo nekaterih parametrov. V skladu s tem bo hitrost vode v cevi v takšnih konstrukcijah drugačna, saj se bo v nekaterih situacijah premer novega in starega omrežja močno razlikoval. Količina upora v liniji bo tudi drugačna.
Prav tako je treba pred izračunom potrebnih parametrov za prehod tekočine upoštevati, da je izguba pretoka vodovodnega sistema povezana s številom zavojev, priključkov, prehodov volumna, s prisotnostjo ventilov in sila trenja. Poleg tega je treba vse to pri izračunu pretoka izvesti po skrbni pripravi in meritvah.
Izračun porabe vode s preprostimi metodami ni enostaven za izvedbo. Toda ob najmanjši težavi lahko vedno poiščete pomoč strokovnjakov. Potem lahko računate na dejstvo, da bo nameščeno vodovodno ali ogrevalno omrežje delovalo z največjo učinkovitostjo.
Poglej si posnetek
Vpisi
Podjetja, pa tudi stanovanja in hiše na splošno, porabijo velike količine vode. Številke so ogromne, a lahko povedo še kaj drugega, razen dejstva določenega izdatka? Ja, lahko. Pretok vode lahko namreč pomaga pri izračunu premera cevi. Zdi se, da ti parametri med seboj niso povezani, v resnici pa je razmerje očitno.
Konec koncev je prepustnost vodovodnega sistema odvisna od številnih dejavnikov. Pomembno mesto na tem seznamu je ravno premer cevi, pa tudi tlak v sistemu. Poglobimo se v to vprašanje.
Dejavniki, ki vplivajo na prepustnost vode skozi cev
Pretok vode skozi krožno cev z luknjo je odvisen od velikosti te luknje. Tako večja kot je, več vode bo v določenem časovnem obdobju prešlo skozi cev. Vendar ne pozabite na pritisk. Konec koncev lahko navedete primer. Metrski steber bo potisnil vodo skozi centimetrsko luknjo veliko manj na enoto časa kot steber z višino nekaj deset metrov. Očitno je. Zato bo pretok vode dosegel svoj maksimum na največjem notranjem delu izdelka, pa tudi pri največjem tlaku.
Izračun premera
Če morate dobiti določen pretok vode na izhodu iz vodovodnega sistema, potem ne morete storiti brez izračuna premera cevi. Konec koncev, ta indikator skupaj z ostalimi vpliva na hitrost pretoka.
Seveda obstajajo posebne tabele, ki so na spletu in v specializirani literaturi, ki vam omogočajo, da zaobidete izračune in se osredotočite na določene parametre. Vendar od takšnih podatkov ne gre pričakovati visoke natančnosti, napaka bo še vedno prisotna, tudi če se upoštevajo vsi dejavniki. Zato je najboljši način za pridobitev točnih rezultatov neodvisen izračun.
Za to boste potrebovali naslednje podatke:
- Poraba vode.
- Izguba glave od začetne točke do točke porabe.
Porabe porabe vode ni treba izračunati - obstaja digitalni standard. Na mešalniku lahko vzamete podatke, ki pravijo, da se porabi približno 0,25 litra na sekundo. Ta številka se lahko uporabi za izračune.
Pomemben parameter za pridobivanje točnih podatkov je izguba glave na območju. Kot veste, je tlak glave v standardnih dvižnih vodah v območju od 1 do 0,6 atmosfere. Povprečna je 1,5-3 atm. Parameter je odvisen od števila nadstropij v hiši. Toda to ne pomeni, da višja kot je hiša, višji je pritisk v sistemu. V zelo visokih stavbah (več kot 16 nadstropij) se včasih uporablja razdelitev sistema na tla za normalizacijo tlaka.
V zvezi z izgubo glave je mogoče to številko izračunati z uporabo manometerov na začetni točki in pred točko porabe.
Če kljub temu znanje in potrpežljivost za samoizračun nista dovolj, lahko uporabite tabelarne podatke. In naj imajo določene napake, podatki bodo dovolj točni za določene pogoje. In potem bo glede na porabo vode zelo enostavno in hitro dobiti premer cevi. To pomeni, da bo sistem oskrbe z vodo pravilno izračunan, kar bo omogočilo pridobitev takšne količine tekočine, ki bo zadovoljila potrebe.
Hidravlični izračun pri razvoju projekta cevovoda je namenjen določanju premera cevi in padca tlaka nosilnega toka. Ta vrsta izračuna se izvede ob upoštevanju značilnosti konstrukcijskega materiala, ki se uporablja pri izdelavi avtoceste, vrste in števila elementov, ki sestavljajo cevovodni sistem (ravni odseki, priključki, prehodi, ovinke itd.), zmogljivost, fizikalne in kemijske lastnosti delovnega okolja.
Dolgoletne praktične izkušnje pri delovanju cevovodnih sistemov so pokazale, da imajo cevi s krožnim prerezom določene prednosti pred cevovodom s prečnim prerezom katere koli druge geometrijske oblike:
- minimalno razmerje med obodom in površino prečnega prereza, t.j. z enako zmožnostjo zagotavljanja porabe nosilca bodo stroški izolacijskih in zaščitnih materialov pri izdelavi cevi s prečnim prerezom v obliki kroga minimalni;
- okrogel prerez je najbolj ugoden za premikanje tekočega ali plinastega medija z vidika hidrodinamike, doseže se minimalno trenje nosilca ob stene cevi;
- oblika odseka v obliki kroga je čim bolj odporna na učinke zunanjih in notranjih napetosti;
- Postopek izdelave okroglih cevi je razmeroma preprost in cenovno ugoden.
Izbira cevi po premeru in materialu se izvaja na podlagi določenih projektnih zahtev za določen tehnološki proces. Trenutno so elementi cevovoda standardizirani in poenoteni v premeru. Odločilni parameter pri izbiri premera cevi je dovoljeni delovni tlak, pri katerem bo ta cevovod deloval.
Glavni parametri, ki označujejo cevovod, so:
- pogojni (nazivni) premer - D N;
- nazivni tlak - P N ;
- delovni dovoljeni (presežni) tlak;
- material cevovoda, linearna ekspanzija, toplotna linearna ekspanzija;
- fizikalne in kemijske lastnosti delovnega okolja;
- celoten sklop cevovodnega sistema (odvoji, priključki, ekspanzijski kompenzacijski elementi itd.);
- materiali za izolacijo cevovodov.
Nazivni premer (prehod) cevovoda (D N)- to je pogojna brezdimenzionalna vrednost, ki označuje pretok cevi, približno enak njenemu notranjemu premeru. Ta parameter se upošteva pri vgradnji povezanih cevovodnih izdelkov (cevi, ovinke, fitingi itd.).
Pogojni premer ima lahko vrednosti od 3 do 4000 in je označen: DN 80.
Pogojni prehod po številčni definiciji približno ustreza dejanskemu premeru določenih odsekov cevovoda. Številčno je izbran tako, da se prepustnost cevi poveča za 60-100% pri prehodu s prejšnjega pogojnega prehoda na naslednjega.Nazivni premer je izbran glede na vrednost notranjega premera cevovoda. To je vrednost, ki je najbližja dejanskemu premeru same cevi.
Nazivni tlak (PN) je brezdimenzionalna vrednost, ki označuje največji tlak delovnega nosilca v cevi določenega premera, pri katerem je izvedljivo dolgotrajno delovanje cevovoda pri temperaturi 20 °C.
Ocene tlaka so bile določene na podlagi dolgoletne prakse in obratovalnih izkušenj: od 1 do 6300.
Nazivni tlak za cevovod z danimi lastnostmi je določen s tlakom, ki je najbližji tlaku, ki je v njem dejansko ustvarjen. Hkrati mora vsa cevovodna armatura za določen vod ustrezati enakemu tlaku. Izračun debeline stene cevi se izvede ob upoštevanju vrednosti nazivnega tlaka.
Osnovne določbe hidravličnega izračuna
Delovni medij (tekočina, plin, para), ki ga nosi načrtovani cevovod, zaradi svojih posebnih fizikalnih in kemijskih lastnosti določa naravo toka medija v tem cevovodu. Eden od glavnih kazalnikov, ki označujejo delovni medij, je dinamična viskoznost, za katero je značilen koeficient dinamične viskoznosti - μ.
Fizik Osborne Reynolds (Irska), ki je preučeval pretok različnih medijev, je leta 1880 izvedel vrsto testov, na podlagi katerih je bil izpeljan koncept Reynoldsovega kriterija (Re) - brezdimenzionalne količine, ki opisuje naravo toka tekočine. v cevi. Izračun tega merila se izvede po formuli:
Reynoldsov kriterij (Re) daje koncept razmerja med vztrajnostnimi silami in silami viskoznega trenja v toku tekočine. Vrednost merila označuje spremembo razmerja teh sil, kar pa vpliva na naravo toka nosilca v cevovodu. Običajno je glede na vrednost tega merila izpostaviti naslednje režime pretoka tekočega nosilca v cevi:
- laminarni tok (Re<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
- prehodni način (2300
- turbulentni tok (Re>4000) je stabilen režim, pri katerem na vsaki posamezni točki toka pride do spremembe njegove smeri in hitrosti, kar na koncu pripelje do poravnave hitrosti toka po volumnu cevi.
Reynoldsov kriterij je odvisen od višine, s katero črpalka črpa tekočino, viskoznosti nosilca pri delovni temperaturi in geometrijskih dimenzij uporabljene cevi (d, dolžina). To merilo je parameter podobnosti za pretok tekočine, zato je z njegovo uporabo mogoče simulirati resnični tehnološki proces v zmanjšanem obsegu, kar je priročno za testiranje in eksperimente.
Pri izračunih in izračunih po enačbah lahko del danih neznanih količin vzamemo iz posebnih referenčnih virov. Profesor, doktor tehničnih znanosti F. A. Shevelev je razvil številne tabele za natančen izračun zmogljivosti cevi. Tabele vključujejo vrednosti parametrov, ki označujejo sam cevovod (dimenzije, materiali) in njihovo razmerje s fizikalno-kemijskimi lastnostmi nosilca. Poleg tega literatura ponuja tabelo približnih vrednosti pretokov tekočine, pare, plina v cevi različnih odsekov.
Izbira optimalnega premera cevovoda
Določanje optimalnega premera cevovoda je zapletena proizvodna naloga, katere rešitev je odvisna od kombinacije različnih medsebojno povezanih pogojev (tehničnih in ekonomskih, značilnosti delovnega medija in materiala cevovoda, tehnoloških parametrov itd.). Na primer, povečanje črpanega pretoka vodi do zmanjšanja premera cevi, kar zagotavlja pretok nosilca, določen s pogoji procesa, kar pomeni zmanjšanje stroškov materiala, cenejšo namestitev in popravilo glavnega voda, itd. Po drugi strani pa povečanje pretoka vodi do izgube tlaka, kar zahteva dodatne energetske in finančne stroške za črpanje določene količine nosilca.
Vrednost optimalnega premera cevovoda se izračuna po transformirani enačbi kontinuitete toka ob upoštevanju podane hitrosti pretoka nosilca:
Pri hidravličnem izračunu je pretok črpane tekočine najpogosteje določen s pogoji problema. Vrednost pretoka črpanega medija se določi na podlagi lastnosti danega medija in ustreznih referenčnih podatkov (glej tabelo).
Pretvorjena enačba kontinuitete toka za izračun delovnega premera cevi ima obliko:
Izračun padca tlaka in hidravličnega upora
Skupna izguba tlaka tekočine vključuje izgubo pretoka za premagovanje vseh ovir: prisotnost črpalk, sifonov, ventilov, kolen, ovinkov, padcev nivoja pri pretoku skozi kotni cevovod itd. Upoštevane so lokalne izgube odpornosti zaradi lastnosti uporabljenih materialov.
Drug pomemben dejavnik, ki vpliva na izgubo tlaka, je trenje gibljivega toka ob stene cevovoda, za katerega je značilen koeficient hidravličnega upora.
Vrednost koeficienta hidravličnega upora λ je odvisna od režima pretoka in hrapavosti materiala stene cevovoda. Pod hrapavostjo razumemo napake in nepravilnosti notranje površine cevi. Lahko je absolutna in relativna. Hrapavost je drugačne oblike in neenakomerna po površini cevi. Zato se pri izračunih uporablja koncept povprečne hrapavosti s korekcijskim faktorjem (k1). Ta lastnost za določen cevovod je odvisna od materiala, trajanja njegovega delovanja, prisotnosti različnih korozijskih napak in drugih razlogov. Zgoraj obravnavane vrednosti so referenčne vrednosti.
Kvantitativno razmerje med koeficientom trenja, Reynoldsovim številom in hrapavostjo je določeno z Moodyjevim diagramom.
Za izračun koeficienta trenja turbulentnega toka se uporablja tudi enačba Colebrook-White, s pomočjo katere je mogoče vizualno zgraditi grafične odvisnosti, po katerih se določi koeficient trenja:
Izračuni uporabljajo tudi druge enačbe za približen izračun izgub tlaka zaradi trenja. Ena najbolj priročnih in pogosto uporabljenih v tem primeru je formula Darcy-Weisbach. Izguba torne glave se obravnava kot funkcija hitrosti tekočine kot funkcija upora cevi proti gibanju tekočine, izražena v smislu hrapavosti površine stene cevi:
Izguba tlaka zaradi trenja za vodo se izračuna z uporabo Hazen-Williamsove formule:
Izračun izgube tlaka
Delovni tlak v cevovodu je višji nadtlak, pri katerem je zagotovljen določen način tehnološkega procesa. Najmanjše in največje vrednosti tlaka ter fizikalne in kemijske lastnosti delovnega medija so odločilni parametri pri izračunu razdalje med črpalkami, ki črpajo nosilec, in proizvodno zmogljivostjo.
Izračun izgub zaradi padca tlaka v cevovodu se izvede po enačbi:
Primeri problemov hidravličnega izračuna cevovoda z rešitvami
1. naloga
Voda se črpa v aparat s tlakom 2,2 bara skozi vodoravni cevovod z efektivnim premerom 24 mm iz odprtega skladišča. Razdalja do aparata je 32 m. Pretok tekočine je nastavljen na 80 m 3 /uro. Skupna višina je 20 m. Sprejeti koeficient trenja je 0,028.
Izračunajte izgubo glave tekočine zaradi lokalnih uporov v tem cevovodu.
Začetni podatki:
Poraba Q = 80 m 3 / uro \u003d 80 1 / 3600 = 0,022 m 3 / s;
efektivni premer d = 24 mm;
dolžina cevi l = 32 m;
koeficient trenja λ = 0,028;
tlak v aparatu P = 2,2 bara = 2,2 10 5 Pa;
skupna višina H = 20 m.
Rešitev problema:
Pretok vode v cevovodu se izračuna po spremenjeni enačbi:
w = (4 Q) / (π d 2) \u003d ((4 0,022) / (3,14 2)) = 48,66 m / s
Izguba tlaka tekočine zaradi trenja v cevovodu je določena z enačbo:
H T = (λ l) / (d ) \u003d (0,028 32) / (0,024 2) / (2 9,81) = 0,31 m
Skupna izguba tlaka nosilca se izračuna po enačbi in je:
h p \u003d H - [(p 2 -p 1) / (ρ g)] - H g \u003d 20 - [(2.2-1) 10 5) / (1000 9.81)] - 0 = 7.76 m
Izguba glave zaradi lokalnega upora je opredeljena kot razlika:
7,76 - 0,31=7,45 m
odgovor: izgube tlaka vode zaradi lokalnih uporov so 7,45 m.
2. naloga
Voda se transportira po vodoravnem cevovodu s centrifugalno črpalko. Pretok v cevi se premika s hitrostjo 2,0 m/s. Skupna višina je 8 m.
Poiščite najmanjšo dolžino ravnega cevovoda z enim ventilom v sredini. Voda se vzame iz odprtega skladišča. Iz cevi voda teče gravitacijsko v drugo posodo. Delovni premer cevovoda je 0,1 m. Relativna hrapavost je predpostavljena 4·10 -5.
Začetni podatki:
Pretok tekočine W = 2,0 m/s;
premer cevi d = 100 mm;
skupna višina H = 8 m;
relativna hrapavost 4·10 -5 .
Rešitev problema:
Po referenčnih podatkih sta v cevi s premerom 0,1 m koeficienta lokalnega upora za ventil in izstop iz cevi 4,1 oziroma 1.
Vrednost dinamičnega tlaka je določena z razmerjem:
w 2 / (2 g) \u003d 2,0 2 / (2 9,81) \u003d 0,204 m
Izguba vodnega tlaka zaradi lokalnih uporov bo:
∑ζ MS = (4,1+1) 0,204 = 1,04 m
Skupne izgube tlaka nosilca zaradi tornega upora in lokalnih uporov se izračunajo z enačbo skupne višine črpalke (geometrijska višina Hg je enaka 0 glede na pogoje problema):
h p \u003d H - (p 2 -p 1) / (ρ g) - \u003d 8 - ((1-1) 10 5) / (1000 9,81) - 0 \u003d 8 m
Končna vrednost izgube tlaka zaradi trenja nosilca bo:
8-1,04 = 6,96 m
Izračunajmo vrednost Reynoldsovega števila za dane pogoje pretoka (dinamična viskoznost vode je predpostavljena 1 10 -3 Pa s, gostota vode je 1000 kg / m 3):
Re \u003d (w d ρ) / μ = (2,0 0,1 1000) / (1 10 -3) = 200000
Glede na izračunano vrednost Re, z 2320 λ = 0,316/Re 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015 Pretvorimo enačbo in poiščemo zahtevano dolžino cevovoda iz formule za izračun za izgube tlaka zaradi trenja: l = (H približno d) / (λ ) = (6,96 0,1) / (0,016 0,204) \u003d 213,235 m odgovor:
zahtevana dolžina cevovoda bo 213,235 m. 3. naloga
V proizvodnji se voda transportira pri delovni temperaturi 40°C s proizvodnim pretokom Q = 18 m 3 /uro. Dolžina ravnega cevovoda l = 26 m, material - jeklo. Absolutna hrapavost (ε) je vzeta za jeklo v skladu z referenčnimi viri in je 50 µm. Kolikšen bo premer jeklene cevi, če padec tlaka v tem odseku ne presega Δp = 0,01 MPa (ΔH = 1,2 m v vodi)? Predpostavlja se, da je koeficient trenja 0,026. Začetni podatki:
Poraba Q = 18 m 3 / uro \u003d 0,005 m 3 / s; dolžina cevovoda l=26 m; za vodo ρ \u003d 1000 kg / m 3, μ = 653,3 10 -6 Pa s (pri T = 40 ° C); hrapavost jeklene cevi ε = 50 µm; koeficient trenja λ = 0,026; Δp=0,01 MPa; Rešitev problema:
Z uporabo oblike enačbe kontinuitete W=Q/F in enačbe pretoka F=(π d²)/4 pretvorimo Darcy-Weisbachov izraz: ∆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 Izrazimo premer: d 5 = (5,376 10 -5 λ) / ∆H \u003d (5,376 10 -5 0,026) / 1,2 = 1,16 10 -6 d \u003d 5 √1,16 10 -6 = 0,065 m. odgovor:
optimalni premer cevovoda je 0,065 m. 4. naloga
Dva cevovoda sta zasnovana za transport neviskoznih tekočin z ocenjeno zmogljivostjo Q 1 = 18 m 3 /uro in Q 2 = 34 m 3 /uro. Cevi za oba cevovoda morajo biti enakega premera. Določite učinkovit premer cevi d, primeren za pogoje tega problema. Začetni podatki:
Q 1 \u003d 18 m 3 / uro; Q 2 \u003d 34 m 3 / uro. Rešitev problema:
Določimo možni obseg optimalnih premerov za cevovode, ki jih načrtujemo, z uporabo transformirane oblike enačbe toka: d = √(4 Q)/(π W) Vrednosti optimalnega pretoka bomo našli iz referenčnih tabel. Za neviskozno tekočino bodo hitrosti toka 1,5 - 3,0 m/s. Za prvi cevovod s pretokom Q 1 = 18 m 3 / uro bodo možni premeri: d 1 min \u003d √ (4 18) / (3600 3,14 1,5) \u003d 0,065 m d 1max \u003d √ (4 18) / (3600 3,14 3,0) = 0,046 m Za cevovod s pretokom 18 m 3 / uro so primerne cevi s prečnim prerezom od 0,046 do 0,065 m. Podobno določimo možne vrednosti optimalnega premera za drugi cevovod s pretokom Q 2 = 34 m 3 / uro: d 2min = √(4 34)/(3600 3,14 1,5) = 0,090 m d 2max \u003d √ (4 34) / (3600 3,14 3) = 0,063 m Za cevovod s pretokom 34 m 3 / uro so možni optimalni premeri od 0,063 do 0,090 m. Presečišče obeh območij optimalnih premerov je v območju od 0,063 m do 0,065 m. odgovor:
za dva cevovoda so primerne cevi s premerom 0,063–0,065 m. 5. naloga
V cevovodu s premerom 0,15 m pri temperaturi T = 40°C se giblje tok vode s kapaciteto 100 m 3 /uro. Določite pretočni režim toka vode v cevi. dano:
premer cevi d = 0,25 m; poraba Q = 100 m 3 / uro; μ \u003d 653,3 10 -6 Pa s (glede na tabelo pri T = 40 ° C); ρ \u003d 992,2 kg / m 3 (po tabeli pri T = 40 ° C). Rešitev problema:
Režim pretoka nosilnega toka je določen z vrednostjo Reynoldsovega števila (Re). Za izračun Re določimo hitrost toka tekočine v cevi (W) z uporabo tokovne enačbe: W \u003d Q 4 / (π d²) \u003d \u003d 0,57 m / s Vrednost Reynoldsovega števila se določi s formulo: Re \u003d (ρ W d) / μ \u003d (992,2 0,57 0,25) / (653,3 10 -6) = 216422 Kritična vrednost kriterija Re kr po referenčnih podatkih je 4000. Dobljena vrednost Re je večja od navedene kritične vrednosti, kar kaže na turbulentno naravo toka tekočine v danih pogojih. odgovor:
režim pretoka vode je turbulenten. Delo s kalkulatorjem je preprosto - vnesite podatke in dobite rezultat. Toda včasih to ni dovolj - natančen izračun premera cevi je možen le z ročnim izračunom z uporabo formul in pravilno izbranih koeficientov. Kako izračunati premer cevi glede na pretok vode? Kako določiti velikost plinovoda? Pri izračunu potrebnega premera cevi profesionalni inženirji najpogosteje uporabljajo posebne programe, ki lahko izračunajo in dajo natančen rezultat z uporabo znanih parametrov. Za amaterskega graditelja je veliko težje samostojno izvesti izračun za organizacijo sistemov oskrbe z vodo, ogrevanja, uplinjanja. Zato se najpogosteje pri gradnji ali rekonstrukciji zasebne hiše uporabljajo priporočene velikosti cevi. Vendar ne vedno standardni nasveti ne morejo upoštevati vseh odtenkov posamezne konstrukcije, zato morate ročno izvesti hidravlični izračun, da izberete pravi premer cevi za ogrevanje in oskrbo z vodo. Glavno merilo za izbiro ogrevalne cevi je njen premer. Od tega indikatorja je odvisno, kako učinkovito bo ogrevanje hiše, življenjska doba sistema kot celote. Pri majhnem premeru v vodovih lahko pride do povečanega tlaka, kar bo povzročilo puščanje, povečano obremenitev cevi in kovine, kar bo povzročilo težave in neskončna popravila. Pri velikem premeru se bo prenos toplote ogrevalnega sistema nagibal k nič, hladna voda pa bo preprosto izcedila iz pipe. Premer cevi neposredno vpliva na pretok sistema, torej je v tem primeru pomembna količina vode ali hladilne tekočine, ki prehaja skozi odsek na enoto časa. Več ciklov (premikov) v sistemu za določeno časovno obdobje, učinkovitejše je ogrevanje. Za vodovodne cevi premer vpliva na začetni tlak vode - primerna velikost bo le vzdrževala tlak, povečana pa ga bo zmanjšala. Glede na premer se izbere shema oskrbe z vodo in ogrevanja, določi se število radiatorjev in njihova sekcijska razdelitev ter optimalna dolžina omrežja. Ker je pretok cevi temeljni dejavnik pri izbiri, se morate odločiti, kaj posledično vpliva na prepustnost vode v liniji. Dejavniki, ki vplivajo na prehodnost avtoceste: Na starem sistemu je prehodnost cevi poslabšana zaradi apna, usedlin mulja, učinkov korozije (na kovinskih izdelkih). Vse to skupaj sčasoma zmanjša količino vode, ki prehaja skozi odsek, torej rabljene linije delujejo slabše kot nove. Omeniti velja, da se ta indikator ne spremeni za polimerne cevi - plastika je veliko manjša od kovine, kar omogoča kopičenje žlindre na stenah. Zato ostane prepustnost PVC cevi enaka kot na dan vgradnje. Za določitev premera cevi s pretokom prehajajoče tekočine boste potrebovali vrednosti dejanske porabe vode, ob upoštevanju vseh vodovodnih napeljav: kopalne kadi, kuhinjske pipe, pomivalnega stroja, straniščna školjka. Vsak posamezni odsek vodovodnega sistema se izračuna po formuli: qc = 5× q0 × α, l/s kjer je qc vrednost vode, ki jo porabi vsaka naprava; q0 je normalizirana vrednost, ki jo določa SNiP. Sprejemamo za kopel - 0,25, za kuhinjsko pipo 0,12, za straniščno školjko -0,1; a je koeficient, ki upošteva možnost hkratnega delovanja vodovodnih napeljav v prostoru. Odvisno od vrednosti verjetnosti in števila potrošnikov. Na odsekih avtoceste, kjer se združita voda za kuhinjo in kopalnico, za stranišče in kopel itd., se formuli doda vrednost verjetnosti. Se pravi možnost hkratnega delovanja kuhinjske pipe, kopalniške pipe, WC školjke in drugih aparatov. Verjetnost je določena s formulo: Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N, kjer je N število porabnikov vode (naprav); qhr µ je največja urna poraba vode, ki jo je mogoče vzeti v skladu s SNiP. Za hladno vodo izberemo qhr µ = 5,6 l/s, skupni pretok je 15,6 l/s; u je število ljudi, ki uporabljajo vodovod. Primer izračuna porabe vode: Dvonadstropna hiša ima 1 kopalnico, 1 kuhinjo z nameščenim pralnim in pomivalnim strojem, tuš kabino, 1 WC. V hiši živi 5-članska družina. Algoritem za izračun: Obstaja neposredna odvisnost premera od prostornine tekoče tekočine, ki je izražena s formulo: kjer je Q poraba vode, m3/s; d – premer cevovoda, m; w je hitrost toka, m/s. S preoblikovanjem formule lahko izberemo vrednost premera cevovoda, ki bo ustrezala količini porabljene vode: Julia Petrichenko, strokovnjakinja d = √(4Q/πw), m Pretok vode lahko vzamemo iz tabele 2. Obstaja bolj zapletena metoda za izračun pretoka - ob upoštevanju izgub in koeficienta hidravličnega trenja. To je precej obsežen izračun, vendar vam na koncu omogoča, da dobite natančno vrednost, za razliko od tabele. Primer: Izračunajte premer cevi za kopalnico, kuhinjo in stranišče na podlagi dobljenih pretokov vode. Iz tabele 2 izberemo vrednost pretoka vode v tlačni oskrbi z vodo - 3 m / s.Izračun premera cevi za oskrbo z vodo in ogrevanje
zmogljivost cevi
Tabela 1. Kapaciteta cevi glede na pretok vode in premer
Poraba
Pasovna širina
DN cev
15 mm
20 mm
25 mm
32 mm
40 mm
50 mm
65 mm
80 mm
100 mm
Pa/m - mbar/m
manj kot 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
Izračun premera cevi glede na pretok vode
Določanje prave količine vode
Izračunamo premer cevi
Tabela 2. Pretok tekočine v cevovodu glede na njegove značilnosti
Črpal medij
Optimalna hitrost v cevovodu, m/s
TEKOČINE
Gravitacijsko gibanje:
Viskozne tekočine
0,1-0,5
Tekočine z nizko viskoznostjo
0,5-1
prečrpano:
Sesalni cevovod
0,8-2
Izpustni cevovod
1,5-3
PLINI
Naravni oprijem
2-4
Nizek tlak (ventilatorji)
4-15
Visok tlak (kompresor)
15-25
PAR
Pregret
30-50
Nasičene hlape pri tlaku
Več kot 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