Для безопасной и безотказной работы газоснабжения его нужно спроектировать и рассчитать. Важно безупречно подобрать трубы для магистралей всех типов давления, обеспечивающих стабильную поставку газа к приборам. Чтобы подбор труб, арматуры и оборудования был максимально точным, производят гидравлический расчет трубопровода. Как его сделать? Признайтесь, вы не слишком сведущи в этом вопросе, давайте разбираться.

Мы предлагаем ознакомиться со скрупулезно подобранной и досконально обработанной информацией о вариантах производства гидравлического расчета для газопроводных систем. Использование представленных нами данных обеспечит подачу в приборы голубого топлива с требующимися параметрами давления. Тщательно проверенные данные опираются на регламент нормативной документации.

Автор статьи предельно обстоятельно рассказывает о принципах и схемах производства вычислений. Приводит пример выполнения расчетов. В качестве полезного информативного дополнения использованы графические приложения и видео-инструкции.

Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.

При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:

необходимого диаметра труб, которые обеспечат эффективную и стабильную транспортировку нужного количества газа;
будут ли приемлемыми потери давления при перемещении требуемого объема голубого топлива в трубах заданного диаметра.

Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.

Эта таблица является результатом гидравлического расчета, проведенного с учетом заданных значений. Для выполнения вычислений потребуется внести конкретные показатели в столбцы

Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003.

Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.

Газопроводы, требующие выполнения расчетов

Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.

К указанным газопроводам относятся следующие виды:

низкого давления;
среднего, высокого давления.

Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.

Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.

Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.

Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:

внутридомовые , внутрицеховые , то есть транспортирующие голубое топливо внутри какого-либо здания и доставляющие его к отдельным агрегатам, приборам;
абонентские ответвления , использующиеся для поставки газа от какой-то распределительной сети ко всем имеющимся потребителям;
распределительные , использующиеся для снабжения газом определенных территорий, например, городов, их отдельных районов, промпредприятий. Их конфигурация бывает различной и зависит от особенностей планировки. Давление внутри сети может быть любым предусмотренным - низким, средним, высоким.

Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.

Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.

Гидравлическое сопротивление – это основная причина того, что необходимо выполнять данный вид расчета. Причем, оно зависит и от материала трубы

Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.

Гидравлическое сопротивление и его роль

Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.

Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы - тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.

Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:

линейного сопротивления, то есть действующего по всей длине конструкции;
местных сопротивлений, действующих у каждой составляющей части конструкции, где происходит изменение скорости транспортировки газа.

Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.

Правила выполнения расчета

Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.

Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.

Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные

Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы. К которым относятся:

расчет по приведенным в СП формулам - это самый сложный способ расчета;
расчет по, так называемым, номограммам - это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.

Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким - все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

плотность газа;
коэффициент кинетической вязкости;
температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования - это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто - они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия. Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа.

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно - это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, - 0,007 см;
для уже использовавшихся стальных изделий - 0,1 см;
для новых стальных конструкций - 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Определение данных с помощью программы

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету. Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
Полученные суммы для котлов и плит суммируются.

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Расчет с использованием формул

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов высокого, среднего и, конечно же, низкого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Вычисления с помощью номограмм

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом - диаметр трубы и толщину ее стенок.

Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Пример выполнения расчета

Приведен пример выполнения гидравлического расчета с помощью программы для газопроводов низкого давления. В предлагаемой таблице желтым цветом выделены все данные, которые проектировщик должен ввести самостоятельно.

Они перечислены в пункте о компьютерном гидравлическом расчете, приведенном выше. Это температура газа, коэффициент кинетической вязкости, плотность.

В данном случае осуществляется расчет для котлов и плит, ввиду этого необходимо прописать точное количество конфорок, которых может быть 2 или 4. Точность важна, ведь программа автоматически выберет коэффициент одновременности.

На картинке желтым цветом выделены колонки, в которые показатели должен ввести сам проектировщик. Внизу приведена формула для расчета расхода на участке

Стоит обратить внимание на нумерацию участков - ее придумывают не самостоятельно, а берут из ранее составленной схемы, где указаны аналогичные цифры.

Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше. Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно.

Суммарный расход в кубических метрах, для которого предусмотрена отдельная колонка, на каждом участке исчисляется заранее. Если дом многоквартирный, то нужно указывать количество жилья, причем начиная с максимального значения, как видно в соответствующей графе.

В обязательном порядке в таблицу вносятся все элементы газопровода, при прохождении которого теряется давление. В примере указаны клапан термозапорный, отсечной и счетчик. Значение потери в каждом случае бралось в паспорте изделия.

С помощью одной программы можно делать расчеты для всех видов газопроводов. На картинке исчисления для сети среднего давления

Внутренний диаметр трубы указывается согласно техническому заданию, если у горгаза есть какие-то требования, или из ранее составленной схемы. В этом случае на большинстве участков он прописан в размере 5 см, ведь большая часть газопровода идет вдоль фасада, а местный горгаз требует, чтобы диаметр был не меньше.

Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.

То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик дает возможность понять, с чего начинается гидравлический расчет, откуда проектировщики берут нужные данные:

В следующем ролике приведен пример одного из видов компьютерного расчета:

Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных. Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта - процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.

Нужда в классификации газопроводов пришла в нашу жизнь с повсеместным распространением технологий использования газа для нужд населения. Отопление жилых, административных, промышленных зданий, использование газа как в приготовлении пищи, так и в производстве уже давно стала для нас обыденной вещью.

Классификация газопроводов являет собой необходимые меры и правила по систематизации прокладки газовых магистралей. могут различаться как по тому, какое у них назначение, так и по ряду показателей, таких как: давление, материал, из которого он изготовлен, местоположение, объемы транспортируемого газа и другие.

Cодержание статьи

О видах классификации по назначению магистрали

В связи с характерной спецификой их использования, газовые трубы можно классифицировать сразу по нескольким направлениям. После этого для отдельно взятого газопровода можно составить ряд характеристик, определяющих его свойства и конструктивные особенности.

Об этом нам детально могут рассказать специальные таблички-привязки, расположенные вдоль всей трассы газопровода. Они представляют собой таблички-знаки размером 140х200 миллиметров, с шифрованной информацией по газопроводу.

Распространены в зеленом (для стальных вариантов) и желтом (полиэтиленовые трубы) цветовом исполнении. Таблички могут размещаться на стенах зданий, а также на специальных столбиках возле трасс. Эти указатели устанавливают на расстоянии не более 100 метров друг от друга, с соблюдением зоны прямой видимости.

При планировке газовых труб можно выделить: уличные, внутриквартальные, межцеховые и дворовые. На этом характеристика по расположению не заканчивается, ведь прокладка и врезка коммуникаций возможна на земле, под землей и над землей.

В системе газоснабжения газопроводы можно классифицировать по их прямому назначению :

распределительные. Это наружные газопроводы, поставляющие газ от источников газа до распределительных пунктов, а кроме того газопроводы среднего и высокого давления, подключенные к одному объекту;
газопровод-ввод. Это участок от присоединения к распределительному газопроводу к устройству на вводе, отключающему систему;
вводный газопровод. Это промежуток от отключающего устройства до непосредственно внутреннего газопровода;
межпоселковый. Такие коммуникации проложены вне населенных пунктов;
внутренний. Внутренним газопроводом считают участок который начинается от вводного газопровода до конечного агрегата, использующего газ.

Классификация газопроводов по давлению

Давление в трубе является важнейшим показателем функционирования газопровода. Рассчитав этот показатель, можно определить предел мощности газопровода, его надежность, а также степени риска, возникающие при его эксплуатации.

Газопровод, бесспорно, является потенциально опасным объектом, и потому прокладка или врезка газовых коммуникаций с давлением, превышающим допустимое, несет в себе большие риски для газотранспортной системы и безопасности окружающих людей. Правила надлежащей классификации помогут избежать аварий на взрывоопасном объекте.

Разделяют газопроводы высокого, среднего и низкого давления . Более подробная классификация газопроводов приведена ниже:

высокого давления категории I-a. Давление газа в таком газопроводе может превышать 1,2 МПа. Такой вид применяют для подключения к газовой системе паровых и турбинных установок, а также теплоэлектростанций. Диаметр трубы от 1000 до 1200 мм.;
высокого давления категории I. Показатель колеблется от 0,6 до 1,2 МПа. Используются для передачи газа в газораспределительные пункты. Диаметр трубы тот же, что и диаметр категории I-a;
высокого давления категории II. Показатель от 0,3 до 0,6 МПа. Поставляется в газораспределительные пункты для жилых домов и в промышленные объекты. Диаметр магистрали высокого давления от 500 до 1000 мм.;
среднего давления категории III. Показатель может быть в промежутке от 5 КПа до 0,3 МПа. Используются для подведения газа к газораспределительным пунктам по трубам среднего давления, находящимся на жилых зданиях. Диаметр трубы среднего давления от 300 до 500 мм.;
низкого давления категории IV. Допустимо давление не превышающее 5 КПа. Такой газовые трубы поставляют носитель непосредственно в жилые дома. Газопроводы низкого давления имеют диаметр трубы не более 300 мм..

Виды газопроводов по глубине заложения

Учитывая фактор городских условий, нагрузки от тяжелого транспорта, влиянию снега и дождя на грунт, глубина заложения коммуникаций в городе и их магистральных вариаций требует рассмотрения их по отдельности.

Правила прокладки газовых магистралей также зависят от вида транспортируемого газа. Трубы, поставляющие осушенные газ, можно закладывать в зону промерзания грунта. Глубина заложения определяется прежде всего вероятностью механических повреждений грунта или дорожного покрытия.

Динамические нагрузки не должны вызывать напряжения в трубах. Вместе с тем, увеличение глубины заложения прямо пропорционально влияет на стоимость ремонтно-строительных дорожных работ, необходимых при закладке труб.

на проездах улиц с бетонным или асфальтовым покрытием минимальная глубина заложения допускается не менее 0,8 метра, при отсутствии такого покрытия – прокладка глубиной 0,9 метра;
минимальная глубина заложения труб транспортирующих сухой газ принимается в 1,2 метра от поверхности земли;
на улицах и внутриквартальных территориях, где гарантированно отсутствует и будет отсутствовать движение транспорта, правила прокладки допускают, что глубина заложения уменьшится до 0,6 метра;
глубина заложения подземного газопровода зависит от наличия водяного пара и уровня промерзания грунта. При транспортировке сухого газа обычно прокладка по глубине составляет 0,8 метра.

Укладка газопровода в траншею.mp4 (видео)

Магистральные газопроводы и их охранные зоны

Магистральные газопроводы являются целыми комплексами технических сооружений, основная задача которых – транспортировка газа из места его добычи к распределительным пунктам, а далее к потребителю. В непосредственной близости к городу они переходят в местные. Последние, в свою очередь, служат для распределения газа по городу и доставки в промышленные предприятия.

Проектирование и прокладка магистральных коммуникаций должна учитывать объемы газа, мощность работающего с ним оборудования, давления газа и конечно же правила закладки магистральных газопроводов. Расположение магистрального газопровода возле объекта, который требуется газифицировать, вовсе не означает, что врезка будет применена именно к нему.

Врезка может быть проложена в нескольких километрах от газифицированного участка. Кроме того, врезка должна учитывать практическую возможность обеспечения потребителя с заданной мощностью и давлением в трубе.

Магистральные трубы имеют разную производительность. На неё влияет, прежде всего, топливно-энергетический баланс района, в котором планируется прокладка трубопровода. При этом, необходимо рационально определить годовое количество газа, учитывающее объемы ресурса, на перспективу после начала эксплуатации комплекса.

Обычно параметр производительности характеризует количество поступающего за год газа. В течение года этот показатель будет колебаться в сторону уменьшения, из-за неравномерного использования населением газа по сезонам. К тому же на это влияют еще и изменения в температуре внешней среды.

Охранная зона магистрального газопровода подразумевает участок по обе стороны газопровода, ограниченный двумя параллельными линиями. Охранные зоны для магистральных газовых труб обязательны из-за взрывоопасности таких коммуникаций. И потому должна проводиться с учетом необходимого расстояния.

Для соблюдения нужной протяженности охранных зон, нужно учесть следующие правила:

для магистралей высокого давл. I категории – охранная зона составляет 10 м;
для труб высокого давл. II категории – охранная зона составляет 7 м;
для магистралей среднего давл. – охранная зона составляет 4 м;
для труб низкого давл. – охранная зона составляет 2 м.

31130 0 22

Пропускная способность трубы: просто о сложном

Как меняется пропускная способность трубы в зависимости от диаметра? Какие факторы, помимо поперечного сечения, влияют на этот параметр? Наконец, как рассчитать, пусть приблизительно, проходимость водопровода при известном диаметре? В статье я постараюсь дать на эти вопросы максимально простые и доступные ответы.

Наша задача — научиться рассчитывать оптимальное сечение водопроводных труб.

Зачем это нужно

Гидравлический расчет позволяет получить оптимальное минимальное значение диаметра водопровода.

С одной стороны, денег при строительстве и ремонте всегда катастрофически не хватает, а цена погонного метра труб растет с увеличением диаметра нелинейно. С другой — заниженное сечение водопровода приведет к чрезмерному падению напора на концевых приборах из-за его гидравлического сопротивления.

При расходе на промежуточном приборе падение напора на концевом приведет к тому, что температура воды при открытых кранах ХВС и ГВС резко изменится. В результате вас либо окатит ледяной водой, либо ошпарит кипятком.

Ограничения

Я намеренно ограничу область рассматриваемых задач водопроводом небольшого частного дома. Причины две:

Газы и жидкости разной вязкости ведут себя при транспортировке по трубопроводу абсолютно по-разному. Рассмотрение поведения природного и сжиженного газа, нефти и прочих сред увеличило бы объем этого материала в несколько раз и увело бы нас далеко от моей специализации — сантехники;
В случае большого здания с многочисленными сантехническими приборами для гидравлического расчета водопровода придется рассчитывать вероятность одновременного использования нескольких точек водоразбора. В небольшом доме расчет выполняется для пикового потребления всеми имеющимися приборами, что сильно упрощает задачу.

Факторы

Гидравлический расчет системы водоснабжения — это поиск одной из двух величин:

Расчет пропускной способности трубы при известном сечении;
Расчет оптимального диаметра при известном планируемом расходе.

В реальных условиях (при проектировании водопровода) куда чаще приходится выполнять вторую задачу.

Бытовая логика подсказывает, что максимальный расход воды через трубопровод определяется его диаметром и давлением на входе. Увы, реальность гораздо сложнее. Дело в том, что у трубы есть гидравлическое сопротивление : попросту говоря, поток тормозит за счет трения о стенки. Причем материал и состояние стенок предсказуемо влияют на степень торможения.

Вот полный список факторов, влияющих на производительность водопроводной трубы:

Давление в начале водопровода (читай — давление в трассе);
Уклон трубы (изменение ее высоты над условным уровнем грунта в начале и конце);

Материал стенок. Полипропилен и полиэтилен имеют куда меньшую шероховатость, чем сталь и чугун;
Возраст трубы. Со временем сталь обрастает ржавчиной и известковыми отложениями, которые не только увеличивают шероховатость, но и снижают внутренний просвет трубопровода;

Это не относится к стеклянным, пластиковым, медным, оцинкованным и металлополимерным трубам. Они и через 50 лет эксплуатации находятся в состоянии новых. Исключение — заиливание водопровода при большом количестве взвесей и отсутствии фильтров на входе.

Количество и угол поворотов ;
Изменения диаметра водопровода;
Наличие или отсутствие сварных швов, грата от пайки и соединительных фитингов;

Запорная арматура . Даже полнопроходные шаровые краны оказывают движению потока определенное сопротивление.

Любой расчет пропускной способности трубопровода будет весьма приблизительным. Волей-неволей нам придется использовать усредненные коэффициенты, типичные для близких к нашим условий.

Закон Торричелли

Живший в начале 17 века Эванджелиста Торричелли известен как ученик Галилео Галилея и автор самого понятия атмосферного давления. Ему принадлежит и формула, описывающая расход воды, выливающейся из сосуда через отверстие известных размеров.

Для работоспособности формулы Торричелли необходимо:

Чтобы нам был известен напор воды (высота водяного столба над отверстием);

Одна атмосфера при земной гравитации способна поднять водяной столб на 10 метров. Поэтому давление в атмосферах пересчитывается в напор простым умножением на 10.

Чтобы отверстие было существенно меньше диаметра сосуда , исключая, таким образом, потерю напора за счет трения о стенки.

На практике формула Торрричелли позволяет рассчитать расход воды через трубу с внутренним сечением известных размеров при известном мгновенном напоре во время расхода. Проще говоря: чтобы воспользоваться формулой, нужно установить манометр перед краном или рассчитать падение напора на водопроводе при известном давлении в трассе.

Сама формула выглядит так: v^2=2gh. В ней:

v — скорость потока на выходе из отверстия в метрах в секунду;
g — ускорение падения (для нашей планеты оно равно 9,78 м/с^2);
h — напор (высота водяного столба над отверстием).

Чем это поможет в нашей задаче? А тем, что расход жидкости через отверстие (та самая пропускная способность) равен S*v , где S — площадь сечения отверстия, а v — скорость потока из приведенной выше формулы.

Капитан Очевидность подсказывает: зная площадь сечения, нетрудно определить внутренний радиус трубы. Как известно, площадь круга вычисляется как π*r^2, где π округленно берется равным 3,14159265.

В этом случае формула Торричелли будет иметь вид v^2=2*9,78*20=391,2. Квадратный корень из 391,2 округленно равен 20. Значит, вода будет выливаться из отверстия со скоростью 20 м/с.

Вычисляем диаметр отверстия, через которое изливается поток. Переведя диаметр в единицы СИ (метры), получаем 3,14159265*0,01^2=0,0003141593. А теперь вычисляем расход воды: 20*0,0003141593=0,006283186, или 6,2 литра в секунду.

Обратно в реальность

Уважаемый читатель, рискну предположить, что у вас перед смесителем не установлен манометр. Очевидно, что для более точного гидравлического расчета нужны какие-то дополнительные данные.

Обычно расчетная задача решается от обратного: при известных расходе воды через сантехнические приборы, длине водопровода и его материале подбирается диаметр, обеспечивающий падение напора до приемлемых значений. Ограничивающим фактором выступает скорость потока.

Справочные данные

Нормой скорости потока для внутренних водопроводов считаются 0,7 — 1,5 м/с. Превышение последнего значения приводит к появлению гидравлических шумов (в первую очередь — на изгибах и фитингах).

Нормы расхода воды для сантехприборов несложно отыскать в нормативной документации. В частности, их приводит приложение к СНиП 2.04.01-85. Чтобы избавить читателя от длительных поисков, я приведу здесь эту таблицу.

В таблице приведены данные для смесителей с аэраторами. Их отсутствие уравнивает расход через смесители мойки, умывальника и душевой кабины с расходом через смеситель при наборе ванны.

Напомню, что если вы хотите своими руками рассчитать водопровод частного дома, суммируйте расход воды для всех установленных приборов . Если эта инструкция не соблюдается, вас будут ждать сюрпризы вроде резкого падения температуры в душе при открытии крана горячей воды на .

Если в здании присутствует пожарный водопровод, к плановому расходу добавляется 2,5 л/с на каждый гидрант. Для пожарного водопровода скорость потока ограничивается значением в 3 м/с : при пожаре гидравлические шумы — это последнее, что будет нервировать жильцов.

При расчете напора обычно исходят из того, что на крайнем от ввода приборе он должен быть не менее 5 метров, что соответствует давлению 0,5 кгс/см2. Часть сантехнических приборов (проточные водонагреватели, заливные клапаны автоматических стиральных машин и т.д.) просто не срабатывают, если давление в водопроводе ниже 0,3 атмосфер. Кроме того, приходится учитывать гидравлические потери на самом приборе.

На фото — проточный водонагреватель Atmor Basic. Он включает нагрев лишь при давлении 0,3 кгс/см2 и выше.

Расход, диаметр, скорость

Напомню, что они увязываются между собой двумя формулами:

Q = SV . Расход воды в кубометрах в секунду равен площади сечения в квадратных метрах, умноженной на скорость потока в метрах в секунду;
S = π r ^2. Площадь сечения высчитывается как произведение числа «пи» и квадрата радиуса.

Где взять значения радиуса внутреннего сечения?

У стальных труб он с минимальной погрешностью равен половине ДУ (условного прохода, которым маркируется трубный прокат);
У полимерных, металлополимерных и т.д. внутренний диаметр равен разности между наружным, которым маркируются трубы, и удвоенной толщиной стенки (она тоже обычно присутствует в маркировке). Радиус, соответственно, представляет собой половину внутреннего диаметра.

Внутренний диаметр равен 50-3*2=44 мм, или 0,044 метра;
Радиус составит 0,044/2=0,022 метра;
Площадь внутреннего сечения будет равной 3,1415*0,022^2=0,001520486 м2;
При скорости потока 1,5 метра в секунду расход будет равным 1,5*0,001520486=0,002280729 м3/с, или 2,3 литра в секунду.

Потеря напора

Как вычислить, сколько напора теряется на водопроводе с известными параметрами?

Простейшая формула расчета падения напора имеет вид H = iL(1+K). Что означают переменные в ней?

H — заветное падение напора в метрах;
i — гидравлический уклон метра водопровода ;
L — длина водопровода в метрах;
K — коэффициент , позволяющий упростить расчет падения напора на запорной арматуре и . Он привязан к назначению водопроводной сети.

Где взять значения этих переменных? Ну, кроме длины трубы — рулетку-то пока никто не отменял.

Коэффициент К принимается равным:

С гидравлическим уклоном картина куда сложнее. Сопротивление, оказываемое трубой потоку, зависит от:

Внутреннего сечения;
Шероховатости стенок;
Скорости потока.

Список значений 1000i (гидравлического уклона на 1000 метров водопровода) можно найти в таблицах Шевелева, которые, собственно, и служат для гидравлического расчета. Объем таблиц слишком велик для статьи, поскольку они приводят значения 1000i для всех возможных диаметров, скоростей потока и материалов с поправкой на срок службы.

Вот небольшой фрагмент таблицы Шевелева для пластмассовой трубы размером 25 мм.

Автор таблиц приводит значения падения напора не для внутреннего сечения, а для стандартных размеров, которыми маркируются трубы, с поправкой на толщину стенок. Однако таблицы были изданы в 1973 году, когда соответствующий сегмент рынка еще не сформировался.
При расчете учтите, что для металлопластика лучше брать значения, соответствующие трубе на шаг меньшего размера.

Давайте, пользуясь этой таблицей, вычислим падение напора на полипропиленовой трубе диаметром 25 мм и длиной 45 метров. Условимся, что мы проектируем водопровод хозяйственно-бытового назначения.

При максимально близкой к 1,5 м/с скорости потока (1,38 м/с) значение 1000i будет равным 142,8 метра;
Гидравлический уклон одного метра трубы будет равным 142,8/1000=0,1428 метра;
Коэффициент поправки для бытовых водопроводов равен 0,3;
Формула в целом приобретет вид H=0,1428*45(1+0,3)=8,3538 метра. Значит, на конце водопровода при расходе воды 0,45 л/с (значение из левого столбца таблицы) давление упадет на 0,84 кгс/см2 и при 3 атмосферах на входе составит вполне приемлемые 2,16 кгс/см2.

Этим значением можно воспользоваться, чтобы определить расход согласно формуле Торричелли . Способ расчета с примером приведен в соответствующем разделе статьи.

Кроме того, чтобы вычислить максимальный расход через водопровод с известными характеристиками, можно выбрать в столбце «расход» полной таблицы Шевелева такое значение, при котором давление в конце трубы не упадет ниже 0,5 атмосферы .

Заключение

Уважаемый читатель, если приведенная инструкция, несмотря на предельную упрощенность, все же показались вам утомительной — просто воспользуйтесь одним из многочисленных онлайн-калькуляторов . Как всегда, дополнительную информацию можно найти в видео в этой статье. Я буду признателен за ваши дополнения, поправки и комментарии. Успехов, камрады!

31 июля 2016г.

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

Такая характеристика как зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это диаметр трубы, а также тип жидкости, и другие показатели.

Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода .

При расчете любых систем, основанных на циркуляции жидкости по трубам, возникает необходимость точного определения пропускной способности труб . Это метрическая величина, которая характеризует количество жидкости, протекающее по трубам за определенный промежуток времени. Данный показатель напрямую связан с материалом, из которого изготовлены трубы.

Если взять, к примеру, трубы из пластика , то они отличаются практически одинаковой пропускной способностью на протяжении всего срока эксплуатации. Пластик, в отличие от металла, не склонен к возникновению коррозии, поэтому постепенного нарастания отложений в нем не наблюдается.

Что касается труб из металла , то их пропускная способность уменьшается год за годом. Из-за появления ржавчины происходит отслойка материала внутри труб. Это приводит к шероховатости поверхности и образованию еще большего налета. Особенно быстро этот процесс происходит в трубах с горячей водой.

Далее приведена таблица приближенных значений которая создана для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В данной таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы.

Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара.

Вид жидкости	Скорость (м/сек)
Вода городского водопровода
Вода трубопроводной магистрали
Вода системы центрального отопления
Вода напорной системы в линии трубопровода
Гидравлическая жидкость	до 12м/сек
Масло линии трубопровода
Масло в напорной системе линии трубопровода
Пар в отопительной системе
Пар системы центрального трубопровода
Пар в отопительной системе с высокой температурой
Воздух и газ в центральной системе трубопровода

Чаще всего, в качестве теплоносителя используется обычная вода. От ее качества зависит скорость уменьшения пропускной способности в трубах. Чем выше качество теплоносителя, тем дольше прослужит трубопровод из любого материала (сталь чугун, медь или пластик).

Расчет пропускной способности труб.

Для точных и профессиональных расчетов необходимо использовать следующие показатели:

Материал, из которого изготовлены трубы и другие элементы системы;
Длина трубопровода
Количество точек водопотребления (для системы подачи воды)

Наиболее популярные способы расчета:

1. Формула. Достаточно сложная формула, которая понятна лишь профессионалам, учитывает сразу несколько значений. Основные параметры, которые принимаются во внимание - материал труб (шероховатость поверхности) и их уклон.

2. Таблица. Это более простой способ, по которому каждый желающий может определить пропускную способность трубопровода. Примером может послужить инженерная таблица Ф. Шевелева, по которой можно узнать пропускную способность, исходя из материала трубы.

3. Компьютерная программа. Одну из таких программ легко можно найти и скачать в сети Интернет. Она разработана специально для того, чтоб определить пропускную способность для труб любого контура. Для того что узнать значение, необходимо ввести в программу исходные данные, такие как материал, длина труб, качество теплоносителя и т.д.

Следует сказать, что последний способ, хоть и является самым точным, не подходит для расчетов простых бытовых систем. Он достаточно сложен, и требует знания значений самых различных показателей. Для расчета простой системы в частном доме лучше воспользоваться таблицами.

Пример расчета пропускной способности трубопровода.

Длина трубопровода - важный показатель при расчете пропускной способности Протяженность магистрали оказывает существенное влияние на показатели пропускной способности. Чем большее расстояние проходит вода, тем меньшее давление она создает в трубах, а значит, скорость потока уменьшается.

Приводим несколько примеров. Опираясь на таблицы, разработанные инженерами для этих целей.

Пропускная способность труб:

0,182 т/ч при диаметре 15 мм
0,65 т/ч с диаметром трубы 25 мм
4 т/ч при диаметре 50 мм

Как можно увидеть из приведенных примеров, больший диаметр увеличивает скорость потока. Если диаметр увеличить в 2 раза, то пропускная способность тоже возрастет. Эту зависимость обязательно учитывают при монтаже любой жидкостной системы, будь то водопровод, водоотведение или теплоснабжение. Особенно это касается отопительных систем, так как в большинстве случаев они являются замкнутыми, и от равномерной циркуляции жидкости зависит теплоснабжение в здании.

Добавлено: 13.02.2017

Строительство плавательного водоёма всегда сопровождается прокладкой трубопроводов и установкой закладных элементов, таких как, возвратные форсунки, донные заборники, скиммеры... Если диаметр труб будет меньше необходимого, забор и подача воды будут происходить с повышенными потерями на трение, отчего насос будет испытывать нагрузки, способные вывести его из строя. Если трубы проложены диаметром большим необходимого - неоправданно повышаются расходы на строительство водоёма.

Как правильно подобрать диаметр труб?

Возвратные форсунки, донные заборники, скиммеры, каждый имеют отверстие для подключения определенного диаметра, что первоначально определяет диаметр труб. Обычно эти подключения - 1 1/2" - 2", к которым подсоединяется труба, диаметром 50 мм. Если несколько закалдных элементов соединяются в одну линию, то общая труба должна быть большего диаметра, чем трубы, подходящие к ней.

На выбор трубы влияет также производительность насоса, которая определяет скорость и количество перекачиваемой воды.

Пропускную способность труб различного диаметра можно определить по следующей таблице:

Пропускная способность труб различного диаметра.

Диаметр, мм		Площадь внутр. сечения, мм 2	Пропускная способность в м 3 /час при скорости
Наружный	Внутренний	Площадь внутр. сечения, мм 2	0,5 м/с	0,8 м/с	1,2 м/с	2,0 м/с	2,5 м/с
16	10	79	0,14	0,23	0,34	0,57	0,71
20	15	177	0,32	0,51	0,76	1,27	1,59
25	20	314		0,91	1,36	2,26	2,83
32	25	491	0,88	1,41	2,12	3,54	4,42
40	32	805	1,45	2,32	3,48	5,79	7,24
50	40	1257	2,26	3,62	5,43	9,05	11,31
63	50	1964	3,54	5,66	8,49	14,14	17,68
75	65	3319	5,97	9,56	14,34	23,90	29,87
90	80	5028	9,05	14,48	21,72	36,20	45,25
110	100	7857	14,14	22,63	33,94	56,57	70,71
125	110	9506	17,11	27,38	41,07	68,45	85,56
140	125	12276	22,10	35,35	53,03	88,39	110,48
160	150	17677	31,82	50,91	76,37	127,28	159,09
200	175	24061	43,31	69,29	103,94	173,24	216,54
225	200	31426	56,57	90,51	135,76	226,27	282,83
250	225	39774	71,59	114,55	171,82	286,37	357,96
315	300	70709	127,28	203,64	305,46	509,10	636,38

Для подбора диаметра турбы нам понадобиться знание следующих величин:

Расмотрим технологию подбора труб на конкретных примерах обвязки закладных элементов.

Диаметр трубы для подключения возвратных форсунок.

Например, движение воды в системе обеспечивается насосом , максимальной производительностью 16 м 3 /час. Возврат воды в плавательную чашу осуществляется через 4 возвратные форсунки - (подключение 2" наружная резьба), каждая ввинчена в с соединением D 50/63. Форсунки расположены попарно на противоположных бортах. Подберем необходимый трубопровод.

Скорость воды на подающей магистрали - 2 м/с. Форсунки делятся на две ветви по две штуки. Производительность на каждую форсунку - 4 м 3 /час, на каждую ветвь - 8 м 3 /час. Подберём диаметр общей трубы, трубы на каждую ветвь и турбы на каждую насадку. Если в таблице нет точного совпадения производительности для конкртеной скорости течения, берем ближайшую. По таблице получается:

при производительности 16 м 3 /час (в таблице ближайшее значение 14,14 м 3 /час) - диаметр трубы равен 63 мм;
при производительности 8 м 3 /час (в таблице ближайшее значение 9,05 м 3 /час) - диаметр турбы равен 50 мм;
при производительности 4 м3/час (в таблице ближайшее значение 3,54 м 3 /час) - диаметр трубы равен 32 мм.

Получается, что на общую подачу подходит труба, диаметром 63 мм, на каждую ветвь - диаметром 50 мм, и на каждую насадку - диаметром 32 мм. Но так, как стеновой проход расчитан на подключение 50 и 63 трубы, трубу, диаметром 32 мм не берём, а соединяем всё трубой 50 мм. К тройнику идет 63-я труба, разводка 50-й трубой.

Диаметр труб для подключения скиммеров.

Тот же насос с производительностью 16 м 3 /час забирает воду через скиммеры. в режиме фильтрации забирает обычно от 70 до 90% воды от общего потока, который всасывает насос, остальное приходится на донный слив. В нашем случае 70% производительности - это 11,2 м 3 /час. Подключение скиммер обычно это 1 1/2" или 2". Скорость потока на всасывающей линии насоса - 1.2 м/с.

По таблице получаем:

для этого случая достаточно трубы, диаметром 63 мм, но идеально - 75 мм;
в случае подключения двух скимеров, разветвление ведём 50-ой трубой.

Диаметр труб для подключения донного заборника.

30% от производительности насоса EcoX2 16000 - это 4,8 м 3 /час. По таблице для подключения донного стока достаточно трубы 50 мм. Обычно при подключении донного стока ориентируются на диаметр его присоединения. Стандартный имеет подсоединение 2", поэтому выбирают трубу 63 мм.

Расчет диаметра трубы.

Формулу для расчета оптимального диаметра трубопровода получим из формулы для расхода:

Q - расход перекачиваемой воды, м 3 /с
d - диаметр трубопровода, м
v - скорость потока, м/с

П- число пи = 3.14

Отсюда, расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода:

d=((4*Q)/(П*v)) 1/2

Обратим внимание на то, что в этой формуле расход перекачиваемой воды выражен в м 3 /с. Производительность насосов обычно указывается в м 3 /час. Для того, чтобы перевести м 3 /час в м 3 /с, необходимо значение поделить на 3600.

Q(м 3 /с)=Q(м 3 /час)/3600

В качестве примера расчитаем оптимальный диаметр трубопровода для производительности насоса 16 м 3 /час на подающей магистрали.

Переведем производительность в м 3 /с:

Q(м 3 /с)=16 м 3 /час/3600 = 0,0044 м 3 /с

Скорость потока на подающей магистрали равна 2 м/с.

Подставляя значения в формулу получим:

d=((4*0,0044)/(3,14*2)) 1/2 ≈0,053 (м) = 53 (мм)

Получилось, что в данном случае оптимальный внутренний диаметр трубы будет равен 53 мм. Сравниваем с таблицей: для ближайшей производительности 14.14 м 3 /час при скорости протока 2 м/с подходти труба внутренним диаметром 50 мм.

При подборе труб Вы можете воспользоваться одним из описанных выше способов, мы подтвердили расчетами их равнозначность.

По материалам сайтов: waterspace com, ence-pumps ru