Гидравлический расчет для трубопроводов: способы получения наиболее точных показателей

Потребность в трубопроводах прослеживается в разных сферах, включая городские и централизованные системы водоотведения. Перед проектированием производится гидравлический расчет трубопроводов, ведь без определенного давления в нем нет хорошего напора, учащаются перебои с водой, от сбоев в подаче теплоносителя снижается эффективность теплосети. Чтобы не падало давление в коммуникациях и системах транспортировки жидких сред, необходим инженерный расчет, который осуществляется несколькими методами.

Какие параметры необходимо рассчитать

Вычисления выполняются различными способами, включая формулы и компьютерные программы, куда вносятся данные из таблиц. Гидравлический расчет трубопровода суммирует несколько важнейших параметров, чтобы иметь представление о максимальных показателях магистрали и пропускной способности отдельных ответвлений.

К наиболее важным показателям существующих и строящихся инженерных коммуникаций относят:

• скорость потока жидкой среды внутри трубопровода;
• оптимальный диаметр (внутреннее сечение труб);
• расход жидкости в сегментах.

Расчеты показателей призваны обеспечить приемлемое давление и вероятное падение напора на всем протяжении трубопровода и отдельных участках.

Показатель расхода воды

Нормативы регламентируются в соответствии с ГОСТом по сооружению водопроводов и нефтепроводов, а также с соответствующим приложением СНиП (от 2.04.01-85). В документации отражены все нормы коротких и длинных коммуникаций, включая сооружение:

• водопроводов;
• канализации;
• внутренних пожарных гидрантов;
• прочих средств транспортировки жидкостей.

Параметры расхода воды зависят от количества потребителей, и расход воды суммируется при одновременной работе нескольких приборов.

Если говорить о тушении пожара, то количество струй от общего гидранта определяется типом постройки и его общей площадью. У пожарных коммуникаций нормы другие, они призваны обеспечить достаточное давление. Только на 1 струю должна быть подача не менее 2,5 л/сек.

Показатели скорости потока с применением формул

Предположим, требуется совершить вычисления с целью определения диаметра, обеспечивающего оптимальную скорость потока внутри сегмента трубопровода.

Параметры труб соотносят с расходом воды и скоростью транспортировки потока. Вычисления проводятся по формуле, где есть π, R (радиус) и S (площадь сечения трубы в м²). Используем формат вычислений в метр²:

S=π*R2

Согласно нормам СНиП, при максимальной нагрузке показатель скорости колеблется в пределах 0,7 – 1,4 м/сек. Расчет относится к конечному ответвлению водопровода.

У разных видов металла есть своя погрешность. Стандартные полимерные и металлопластиковые трубы имеют свою толщину – соотношение внешнего диаметра к внутреннему просвету.

Формула расхода воды в гидравлике и пожаротушении

Часто пользуются общепринятой формулой потребления воды (в м³), где V – скорость потока (м/сек) и S – показатель сечения трубы (площадь в м²):

W= V×S

Нормативы в системе пожаротушения рассчитывают на 1 водную струю. Округление величин по просвету трубы – в большую сторону.

Для выполнения расчетов в замкнутом контуре пожарного оборудования для 1 струи расход воды будет 3,5 л/сек или 0,0035 м³/сек (в общепринятой системе измерений). Показатели нормируются СНиП на тушение возгорания производственных и складских ангаров в пределах 200 – 400 куб.м.

По формуле вычисляем минимальную площадь сечения при скорости 3 м/сек.

S=W/V= 0,0012 м²

Если радиус сечения трубы, соответственно, R=√S/π=0,019 м, то внутренний диаметр трубы должен быть не менее:

D = 2R = 0,038 м =3,8 см.

Здесь применимы стандартные трубы диаметром порядка 40 мм (сталь).

Стандартизация водопроводных труб

Трубы имеют свою классификацию по диаметру и соотношению толщины стенок к внутреннему проходу и внешней толщине.

Трубопроводы бывают:

• длинные;
• короткие;
• простые;
• с множеством сочленений и ответвлений.

Каждое вычисление имеет свои погрешности на конкретном участке, даже если все показатели верные.

Многолетние наслоения мешают свободному прохождению воды, поэтому в старых трубах скорость потока ниже. Чем дольше эксплуатируются трубы, тем больше внутренних отложений в виде кальциевого осадка, ржавчины и органического осадка. Поэтому этот показатель в таблицах по гидравлике достаточно условный, требует внесения поправок и коэффициентов.

Вычисления при потере напора

Гидравлический показатель снижения давления на каком-либо участке коммуникации определенной длины вычислить несложно. Необходимы величины, которые легко найти в таблицах и справочниках. Расчеты потери напора в потоке (в метра) производятся так:

P = b×L×(1+K)

В этой формуле:

• L – протяженность трубопровода (в метрах);
• b – показатель уклона;
• K – дополнительный коэффициент (переменная относительно функциональности сети).

В этой формуле возможны погрешности по показателю напора – из-за множественных изгибов и поворотных частей трубопровода. Она усугубляется оснащенностью – запорной арматурой и муфтами для сочленения участков трубы.

Гидравлический уклон влияет на сопротивление движению воды в трубе. Эта величина суммирует:

• диаметр трубы;
• скорость потока;
• уровень шероховатости внутренней поверхности трубопровода (зависит от степени износа и материала).

Поверхность полимерных водопроводов более гладкая, чем изделий из металла, поэтому уровень шероховатости ее ниже.

Как применяется таблица Шевелёва для расчетов по гидравлике

Вопросы калькуляции гидравлического расчета трубопроводов с уклоном решаются разными методами. Инженером Шевелёвым Ф.А. предложены таблицы с учетом диаметра, скорости водяного потока и материала труб.

В таблицу внесены поправки, учитывающие состояние старых труб. Они не учитываются, когда для расчета берутся параметры полимерных изделий.

Таблицы Шевелева отличаются большим форматом и информативностью. Они представлены в полном объеме в справочниках по гидравлике, ими пользуются при сооружении систем и сдаче в эксплуатацию. Проще всего вычислять на примере стандартного полимерного водопровода диаметром 16 мм.

Проводя расчеты падения напора, учитывают, что для полноценной работы многих современных бытовых приборов требуется избыточное давление. Оно должно быть в пределах более 0,3 – 0,5 кгс/см².

Показатель трубопровода под рабочим давлением умножается на 1,3. Данный коэффициент обязателен при приемке каждой ветки водной артерии, даже если на данный момент не планируется перепад давления. Он вносится в техническую документацию суммарных показателей.

Расчеты с помощью вспомогательных компьютеризированных программ

Специалисты нередко пользуются ресурсом «Oventrop co», когда требуются вычисления по полипропиленовым трубам. Это надежная программа, дающая возможность учесть дополнительные параметры, включая расходы и объем теплоносителя при однотрубной и двухтрубной схеме отопления.

Перед применением нужно внести параметры и задать искомые показатели в настройках. Завершив калькуляцию, пользователь имеет на руках несколько вариантов, но конечный результат можно корректировать с учетом коэффициентов и погрешностей.

Пакет программ «Instal-Therm HCR» содержит приложения для проектирования водоснабжения разного типа. В некоторых ресурсах, таких как «ТРАНЗИТ», могут быть востребованы дополнительные параметры, включая показания датчиков, регулирующих узлов и термостатических клапанов. Они наиболее важны при частых перепадах давления.

Специализированные программы с сервисом онлайн призваны облегчить сложные расчеты, например, по отопительному контуру. Основное достоинство компьютеризированных программ, таких как «Oventrop co» – их удобство. К ним прилагаются каталоги и справочные показатели. Такое программное обеспечение – дополнительный ресурс для определения диаметра труб в замкнутом контуре.

В свободном доступе есть и другие программы, такие как «HERZ CO», где учитываются другие параметры, например, коллекторы и термостатические вентили. Ими пользуются и для проектирования новых и ремонтируемых строений.

Все эти формулы, калькуляторы и программы разработаны с одной целью – упростить гидравлические расчеты. Но инженеры также пользуются и более сложными вычислениями для получения наиболее точных результатов без погрешностей.

По материалам сайта: http://trubamaster.ru