Правильно провести трубопровод – это значит не только старательно собрать элементы в сеть, а и грамотно определить расход воды, выбрать подходящий размер конструкций. Ведь трасса проводится не для красоты, а для пользования, причем – удобного и экономичного. Давление и пропускная способность сети – вот основополагающие элементы в работе трассы. О том, как произвести расчет диаметра трубопровода по расходу, вы узнаете ниже.
Правильно подобранный диаметр трубы – гарантия бесперебойной и долгой работы системы
Диаметр окружности трубы
С чего начинается определение диаметра трубопровода по расходу? Если вы новичок в вопросах прокладывания сетей, то этот процесс начинается с понимания, что такое диаметр.
Итак, диаметр представляет собой отрезок, соединяющий две крайние – расположенные по разную сторону конструкции точки на окружности. Рассчитывается диаметр трубопровода в зависимости от расхода, является одним из значимых габаритных величин системы.
Премудрости расчета
Что учитывается в момент проведения вычислений, какие параметры нужно принимать в расчет?
- Толщина стенки конструкции.
- Внутренний размер магистрали.
- Наружный размер элементов сети.
- Номинальный диаметр конструкции, в формулах зачастую упоминающийся как Дн.
- Показатель, характеризующий условный проход, упоминаемый в расчетах как Ду. Измеряется в миллиметрах.
Кроме того, следует учитывать, что будет перемещаться в системе, под каким давлением, и длину трассы. Также необходимо брать во внимание, для какого типа трубопровода ведутся вычисления. Параметры для системы отопления и снабжения водой разнятся.
Ранее размер конструкций высчитывался и указывался в дюймах, но последние несколько лет все чаще практикуют производить вычисления в сантиметрах, миллиметрах. Но даже если вы все рассчитали в дюймах, не беда – просто воспользуйтесь одной из таблиц перевода измерений, щедро размещенных в Сети.
Нормы для определения скорости потока
Расход воды
Важный момент – грамотно определить расход воды в трубопроводе.
Возьмем загородный дом. Для определения размера используемых конструкций для подачи воды в строение нужно высчитать максимальный объем потребления. Важен этот момент не только для понимания, какие для трассы нужны элементы, а и для правильного проведения буровых процессов, когда важен размер обсадной конструкции.
Рассмотрим ситуацию на примере. Частный дом среднестатистических размеров. Это значит, что в нем есть кухня, куда должна подаваться вода, санузел (туалет, ванная, в которой разместится и умывальник). Кроме того, ныне используют стиральные машины, которые также необходимо подключить к системе. В летнюю пору понадобится орошение грядок и цветников. Опираясь на такие вводные данные, можно сделать умозаключение, что для снабжения водой данного хозяйства понадобится водопровод с ориентировочными параметрами – 3 кубометра в час.
Для такой нагрузки подходят трехдюймовые насосы. Сам агрегат имеет диаметр 75 см. При монтаже насоса важно помнить, что прибор не должен соприкасаться со стенками обсадной конструкции, значит, вы должны побеспокоиться о том, чтобы между элементами – внутри трубопровода было свободное пространство.
Как правило, для снабжения водой частного дома достаточно трехдюймового насоса
Применение формул
Пора переходить к формулам по расходу жидкости в трубопроводе и определению диаметра сети.
Пример расчета
Рассмотрим формулу определения внутреннего диаметра сети при входных данных по скорости протекания и расходу содержимого в сети.
Формула для расчета
http://allbe.org/wp-content/uploads/2015/05/k4.jpg
- u – скорость течения жидкости по конструкции (измеряется в м/сек);
- у – удельный вес содержимого (берется из соответствующих справочников, измеряется в кг/м³);
- Q – расход воды (измеряется в м/сек).
Подбор диаметра трубопровода по расходу сжатого воздуха проходит по такому же сценарию, но в силу различия по скорости движения содержимого конструкции результат будет отличаться.
При расчетах ориентируйтесь на такие данные по скорости (в м/сек):
- вода – 15-30;
- маловязкие жидкости (бензин, спирт, щелочь, кислота, ацетон) – 15-30;
- газ под высоким давлением – 30-60;
- сжатый воздух – 20-40;
- насыщенный пар – 20-40;
- горячий пар – 30-60.
Это важно знать! Чем быстрее продукт передвигается по сети, тем меньше разрешается делать проходное сечение трассы. Поэтому для перемещения веществ с высокой скоростью расходуется меньше средств на прокладывание трассы.
Расход трубы по диаметру
Вычисления для сети отопления
С расчетом диаметра конструкций для отопления все обстоит иначе. Базовый параметр при вычислениях такого рода – тепловая нагрузка на отдельно взятый участок отопительной сети.
При стандартных потолках для обогрева каждого квадратного метра требуется 100 Вт тепла. В голове профессионалов расчеты уже производятся «на автопилоте», а любителям придется попотеть, определяя пропускную способность труб отопления, перепады напора и так далее.
Стоит обратить внимание! В трудных случаях, когда вы сомневаетесь, что сможете все проделать самостоятельно, лучше довериться в расчетах профессионалам.
Если вы все рассчитали верно, то система вам будет служить долго.
Грамотно сделанный расчет диаметра трубопровода по расходу – гарантия продолжительной и бесперебойной работы сетей снабжения в доме.
Видео: пример расчета водоснабжения
Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?
Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно. Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб. Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.
Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления
Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом. При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам. При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.
Пропускная способность трубы
Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени. Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев. Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.
По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.
Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.
| Расход | Пропускная способность | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ду трубы | 15 мм | 20 мм | 25 мм | 32 мм | 40 мм | 50 мм | 65 мм | 80 мм | 100 мм |
| Па/м - мбар/м | меньше 0,15 м/с | 0,15 м/с | 0,3 м/с | ||||||
| 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 |
Факторы влияния на проходимость магистрали:
- Давление воды или теплоносителя.
- Внутренний диаметр (сечение) трубы.
- Общая длина системы.
- Материал трубопровода.
- Толщина стенок трубы.
На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.
Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.
Расчет диаметра трубы по расходу воды
Определяем правильно расход воды
Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:
qc = 5× q0 × α, л/с
где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;
q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;
а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.
На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.
Вероятность определяется по формуле:
Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,
где N – число потребителей воды (приборов);
qhr µ - максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;
u – количество человек, использующих сантехнику.
Пример расчета расхода воды:
В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:
- Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
- Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
- Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
- Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.
Рассчитываем диаметр трубы
Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:
где Q – расход воды, м3/с;
d – диаметр трубопровода, м;
w – скорость потока, м/с.
Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:
Юлия Петриченко, эксперт
d = √(4Q/πw), м
Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.
| Перекачиваемая среда | Оптимальная скорость в трубопроводе, м/с | |
|---|---|---|
| ЖИДКОСТИ | Движение самотеком: | |
| Вязкие жидкости | 0,1-0,5 | |
| Маловязкие жидкости | 0,5-1 | |
| Перекачиваемые насосом: | ||
| Всасывающий трубопровод | 0,8-2 | |
| Нагнетательный трубопровод | 1,5-3 | |
| ГАЗЫ | Естественная тяга | 2-4 |
| Малое давление (вентиляторы) | 4-15 | |
| Большое давление (компрессор) | 15-25 | |
| ПАРЫ | Перегретые | 30-50 |
| Насыщенные пары при давлении | ||
| Более 105 Па | 15-25 | |
| (1-0,5)*105 Па | 20-40 | |
| (0,5-0,2)*105 Па | 40-60 | |
| (0,2-0,05)*105 Па | 60-75 | |
Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.
Тогда диаметр трубопровода определяется:
для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м
для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м
для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м
Как рассчитать диаметр газовой трубы
Газопроводная труба рассчитывается несколько иначе, чем водопроводная. Здесь основополагающими значениями являются:
- скорость и давление газа;
- длина трубы с потерями давления на фитинги;
- падение давления в допустимых пределах.
Расчет диаметра газовой трубы можно провести по формуле:
где di - внутренний диаметр трубопровода, м;
V´ - объемный расход сжатого воздуха, м³/с;
L - длина трубопровода с поправками на фитинги, м;
Δp - допустимое падение давления, бар;
pmax - верхнее давление компрессора, бар.
Таким образом, при выборе диаметра трубы важным параметром является пропускная способность, которая зависит от сечения и внутреннего размера магистрали. Поэтому нужно обязательно соизмерять такие данные, как допустимое давление, толщина стенок, внутренний диаметр трубы, свойства теплоносителя или газа.
А как вы подбираете размер трубопровода? Расскажите, по каким параметрам вы считали трубы для собственного дома?
Экспертиза - инженер-сметчик
Спросить эксперта
Расчет диаметра трубопровода по расходу воды в трубе, по расходу газа — версия для печати
Потеря давления в трубопроводе, кроме прочего, зависит от расхода скорости потока и вязкости среды протекания. Чем больше количество пара, проходящего через трубопровод определённого номинального диаметра, тем выше трение о стенки трубопровода. Иными словами, чем выше скорость пара, тем выше сопротивление или потери давления в трубопроводе.
На сколько высоки могут быть потери давления определяется назначением пара. Если перегретый пар подается через трубопровод к паровой турбине, то потери давления должны быть по возможности минимальными. Такие трубопроводы значительно дороже обычных, причём больший диаметр, в свою очередь, приводит к значительно большим затратам. Инвестиционный расчёт основывается на времени возврата (срок окупаемости) инвестиционного капитала в сравнении с прибылью от работы турбины.
Этот расчёт должен основываться не на средней нагрузке турбины, а исключительно на ее пиковой нагрузке. Если, например, в течении 15 минут набрасывается пиковая нагрузка в 1000 кг пара, то трубопровод должен иметь пропускную способность 60/15x 1000 = 4000 кг/ч.
Расчёт
В главе далее - Работа с конденсатом, поясняется методика расчёт диаметра конденсатопроводов. В расчётах паро- воздухо- и водопроводов действуют примерно те же исходные принципы. В завершении этой темы в этом разделе будут приведены расчеты для определения диаметра паро- воздухо- и водопроводов.
В расчётах диаметров в качестве основной применяется формула:
Q = расход пара, воздуха и воды в м 3 /с.
D = диаметр трубопровода в м.
v = допустимая скорость потока в м/с.
D = диаметр конденсатопровода в мм.
Q = расход в м 3 /ч.
V = допустимая скорость потока в м/с.
Расчет трубопроводов всегда ведется по объёмному расходу (м 3 /ч), а не по массовому (кг/ч). Если известен только массовый расход, то для пересчёта кг/ч в м 3 /ч необходимо учитывать удельный объём по таблице пара.
Удельный объем насыщенного пара при давлении 11 бар составляет 0,1747 м 3 /кг. Таким образом, объемный расход от 1000 кг/ч насыщенного пара при 11 бар будет составлять 1000 * 0,1747 = 174,7 м 3 /ч. Если речь будет идти о таком же количестве перегретого пара при давлении 11 бар и 300 °С, то удельный объём составит 0,2337 м 3 /кг, а объемный расход 233,7 м 3 /ч. Таким образом это означает, что один и тот же паропровод не может одинаково подходить для транспорта одного количества насыщенного и перегретого пара.
Также для случая воздуха и других газов расчет необходимо повторить с учетом давления. Производители компрессорного оборудования указывают производительность компрессоров в м 3 /ч, под которым понимается объем в м 3 при температуре 0 °С.
Если производительность компрессора 600 мп 3 /ч и давление воздуха 6 бар, то объемный расход составляет 600/6 = 100 м 3 /ч. в этом также заключается основа расчета трубопроводов.
Допустимая скорость потока
Допустимая скорость потока в системе трубопроводов зависит от многих факторов.
- стоимость установки: низкая скорость потока приводит к выбору большего диаметра.
- потеря давления: высокая скорость потока позволяет выбрать меньший диаметр, однако вызывает большую потерю давления.
- износ: особенно в случае конденсата высокая скорость потока приводит к повышенной эрозии.
- шум: высокая скорость потока увеличивает шумовую нагрузку, напр. Паровой редукционный клапан.
В ниже приведенной таблице представлены данные норм относительно скорости потока для некоторых сред протекания.
|
Назначение |
Скорость потока в м/с |
|
|
Конденсат |
Заполненный конденсатом | |
|
Конденсато-паровая смесь | ||
|
Питательная вода |
Трубопровод всаса | |
|
Трубопровод подачи | ||
|
Питьевого качества | ||
|
Охлаждение | ||
|
Воздух под давлением | ||
|
* Трубопровод всаса насоса питательной воды: из-за низкой скорости потока низкая потеря давления, что препятствует образованию пузырьков пара на всасе питательного насоса. |
||
Расчет диаметра трубопровода для воды при 100 м 3 /ч и скорости потока v = 2 м/с.
D = √ 354*100/2 = 133 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 125 или DN 150.
b) Воздух под давлением
расчет диаметра трубопровода для воздуха при 600 м 3 /ч, давление 5 бар и скорости потока 8 м/с.
Перерасчет с нормального расхода 600 м 3 /ч на рабочий м 3 /ч 600/5 = 120 м 3 /ч.
D = √ 354*120/8 = 72 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 65 или DN 80.
В зависимости от назначения воды или воздуха выбирается трубопровод DN 65 или DN 80. Необходимо иметь ввиду, что расчет диаметра трубопровода усреднен и не предусматривает случая наступления пиковой нагрузки.
c) Насыщенный пар
Расчет диаметра трубопровода для насыщенного пара при 1500 кг/ч, давлении 16 бар и скорости потока 15 м/с.
В соответствии с таблицей пара удельный объем насыщенного пара при давлении 16 бар составляет v = 0,1237 м 3 /кг.
D = √ 354*1500*0,1237/15 = 66 мм.
И здесь должен быть решен вопрос DN 65 или DN 80 в зависимости от возможной пиковой нагрузки. В случае необходимости предусматривается также возможность расширения установки в будущем.
d) Перегретый пар
Если в нашем примере пар перегреет до температуры 300 °С, то его удельный объем изменяется на v = 0,1585 м 3 /кг.
D = √ 354*1500*0,1585/15 = 75 мм, выбирается DN 80.
Изображение 4.9 в форме номограммы показывает, как можно произвести выбор трубопровода без проведения расчета. На изображении 4-10 этот процесс представлен для случая насыщенного и перегретого пара.
е) Конденсат
Если речь идёт о расчёте трубопровода для конденсата без примеси пара (от разгрузки), тогда расчёт ведётся как для воды.
Горячий конденсат после конденсатоотводчика, попадая в конденсатопровод, разгружается в нём. В главе 6.0 Работа с конденсатом поясняется, как определить долю пара от разгрузки.
Правило к проведению расчёта:
Доля пара от разгрузки = (температура перед конденсатоотводчиком минус температура пара после конденсатоотводчика) х 0,2. При расчёте конденсатопровода необходимо учитывать объём пара от разгрузки.
Объём оставшейся воды в сравнении с объёмом пара от разгрузки настолько мал, что им можно пренебречь.
Расчёт диаметра конденсатопровода на расход 1000 кг/ч сконденсированного пара 11 бар (h1 = 781 кДж/кг) и разгруженного до давления 4 бар (h" = 604 кДж/кг,v = 0,4622 м 3 /кг и r - 2133 кДж/кг).
Доля разгруженного пара составляет: 781 - 604/ 100 % = 8,3%
Количество разгруженного пара: 1000 х 0,083 = 83 кг/ч или 83 х 0,4622 -38 м 3 /ч. Объёмная доля разгруженного пара составляет около 97 %.
Диаметр трубопровода для смеси при скорости потока 8 м/с:
D = √ 354*1000*0,083*0,4622/8 = 40 мм.
Для сети атмосферного конденсата (v“ = 1,694 м 3 /кг) доля разгруженного пара составляет:
781 - 418/2258*100 % = 16 % или 160 кг/ч.
В этом случае диаметр трубопровода:
D = √ 354*1000*0,16*1,694/8 = 110 мм.
Источник : "Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010"
Для более верного выбора оборудования можно обратиться на эл. почту: [email protected]сайт
Для определения экономически выгодного диаметра магистралей, с минимальными затратами на их строительство и эксплуатацию, требуется гидравлический расчет трубопроводов. Онлайн калькулятор позволяет вычислить расход воды (пропускную способность), длину участка, его внутреннее сечение и падение напора, сравнить с рекомендуемыми параметрами:
- Потери на 1 м участка, исходя из материала, составляют 80 - 250 Па/м или 8 - 25 мм водяного столба.
- Предельная скорость воды для внутренних диаметров варьирует: 1,5 см – 0,3 м/с, 2 см – 0,65 м/с, 2,5 см – 0,8 м/с, 3,2 см – 1 м/с, для других параметров она ограничивается пределом в 1,5 м/с.
- В противопожарных трубопроводах максимальная скорость движения воды равна 5 м/с.
Условная проходимость DN
Параметр условной проходимости DN (номинального диаметра) выступает безразмерной величиной, его численное значение приблизительно соответствует внутреннему поперечному сечению труб (например, DN 125). Числовые значения условного перехода подбирают для увеличения пропускной способности трубопроводной сети в пределах 60 - 100% при переходе от одной условной проходимости к следующей.
Согласно ГОСТ 28338-89, параметры условной проходимости (Ду в прошлом) подбирают из размерного ряда:
Значения подобраны с учетом исключения проблем, относительно припасовки деталей друг к другу. Номинальный диаметр на основе параметров внутреннего сечения подбирают на основе диаметра трубы в свету.
Параметр номинального давления PN
Значение номинального давления PN (величины, соответствующей предельному уровню давления перекачиваемых сред при 20 °C), рассчитывают для определения длительной эксплуатации трубопроводной сети, имеющей заданные параметры. Параметр номинального давления - безразмерная величина, градуированная на основе практики эксплуатации.
Параметр номинального давления для конкретных трубопроводных систем подбирают, исходя из реального напряжения путем определения максимального значения. Полученным данным соответствуют фитинги и арматура. Для обеспечения нормальной эксплуатации систем, толщину стенок труб рассчитывают по номинальному давлению.
Допустимые параметры избыточного рабочего давления p e , zul
Номинальные параметры давления используют для рабочих сред температурой 20°C. При повышении уровня нагрева, способность противостояния нагрузкам снижается, что влияет на уменьшение допустимого избыточного давления. Показатель p e , zul определяет максимальный уровень избыточного напряжения, допускаемого при повышении значения температурного режима.
Выбор материала
Подбор материала производится на основе характеристик сред, транспортируемых по трубопроводной линии и рабочего давления, предусмотренного для данной системы. Следует помнить о корродирующем действии перекачиваемых сред, относительно материала стенок трубопроводной сети. Обычно трубы и химические системы изготавливают из стали. При отсутствии высокого механического и корродирующего воздействия при разработке труб используют серый чугун или нелегированную конструкционную сталь.
При высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с коррозийным образованием используют трубы из высококлассной стали или технологию ее литья. При высоком корродирующем действии или предъявлении к чистоте продуктов высоких требований, трубы разрабатывают из нержавейки.
Для повышения устойчивости к действию морской воды применяют медно-никелевый состав. Допускается использование алюминиевых сплавов, тантала или циркония. Хорошо распространены пластиковые составы, устойчивые к коррозийным образованиям. Они обладают малым весом и просты в обработке, что выступает идеальным решением для обустройства канализационных систем.
Типы фасонных элементов
При разработке труб из пластичных материалов, пригодных для сварочных работ, их сборка производится на месте монтажа. К ним относят стальные, алюминиевые, пластиковые и медные конструкции. Подсоединения прямых участков производится с помощью фасонных элементов (колен, отводов, затворов).
Типы соединений
Для монтажа отдельных элементов трубопроводных элементов и фитингов, арматуры и аппаратов, служат специальные соединительные детали, подбираемые, исходя из ряда параметров:
- материала для разработки трубопровода и фасонных деталей (главным критерием их выбора выступает возможность сварки);
- условий эксплуатации: при низком или высоком давлении, температурном режиме;
- рекомендаций производителя;
- включения разъемных или неразъемных соединительных деталей.
Линейное расширение
Смена геометрической формы изделий производится под силовым или температурным действием. Физические нагрузки, приводящие к линейному расширению или сжатию, негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках. При невозможности компенсации расширения, трубы деформируются, что приводит к повреждению фланцевых уплотнителей и участков стыковки труб между собой.
Компонуя трубопроводные магистрали, следует ориентироваться на возможную смену длины при увеличении температурного режима или теплового линейного расширения (ΔL). Этот параметр определяется длиной труб, обозначаемой L o и разностью температурных режимов Δϑ =ϑ2-ϑ1.
В приведенной формуле коэффициент теплового линейного расширения для трубопровода протяженностью 1 м при увеличении температурного режима составляет 1°C.
Компенсаторы расширения трубопроводных сетей
Отводы
Специальные отводы, ввариваемые в трубопроводную сеть, компенсируют естественный показатель линейного расширения изделий. Этому способствует выбор компенсирующих U-образных, Z-образных и угловых отводов, лирных компенсаторов.
Они предназначены для принятия линейного расширения труб за счет деформирования, но для данной технологии предусмотрен ряд ограничений. В трубопроводных магистралях с повышенным уровнем давления для компенсации расширения служат колени под разным углом. Напряжение, предусмотренное в отводах, способствует усилению коррозийного действия.
Волнистые компенсаторы
Изделия представлены тонкостенными гофротрубами из металла, называемыми сильфоном и растягиваемым в направлении трубопроводной линии. Их монтируют в трубопроводной сети, предварительный натяг служит для компенсации расширения.
Выбор осевых компенсаторов позволяет обеспечить расширение по поперечному сечению. Внутренние направляющие кольца предупреждают боковое смещение и внутреннее загрязнение. Для защиты труб от внешнего воздействия служит специальная облицовка. Компенсаторы, не включающие в конструкцию внутреннего направляющего кольца, способствуют поглощению боковых сдвигов и вибрации, исходящей от насосных систем.
Изоляционная защита
Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:
- до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
- до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
- до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.
Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.
Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.
Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 - 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах. Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры. Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.
Снижение давления и расчет гидросопротивления
Для определения напора внутри труб и правильной подборки оборудования, способствующего перекачиванию жидких или газообразных сред, требуется вычислить снижение давления. За неимением доступа к интернет-сети, расчеты производятся по формуле:
Δp = λ ·(l / d 1 )·(ρ /2)· v ²
Δp – перепады напряжения на участке трубопровода, Па
l – протяженность участка трубопроводной линии, м
λ – коэффициент сопротивления
d 1 – поперечное сечение труб, м
ρ – уровень плотности транспортируемых сред, кг/м 3
v – скорость перемещения, м/с
Гидравлическое сопротивление образуется под воздействием 2-х основных факторов:
- сопротивление трения;
- местное сопротивление.
Первый вариант предусмотрен при образовании неровностей и шероховатостей, препятствующих движению перекачиваемых сред. Для преодоления тормозящего эффекта требуются дополнительный расход энергии. При ламинарном протоке и соответствующего ему низкого показателя Рейнольдса (Re), характеризующегося равномерностью и исключением возможности смешения соседних слоев жидких или газообразных сред, влияние шероховатостей минимально. Это объясняется увеличением параметра крайнего вязкого подслоя перекачиваемых сред, относительно образованных неровностей и выступов на поверхности труб. Эти условия позволяют считать трубы гидравлически гладкими.
При повышении значения Рейнольдса вязкий подслой имеет меньшую толщину, что обеспечивает перекрытие неровностей и воздействия шероховатостей, уровень гидравлического сопротивления не зависит от показателя Рейнольдса, и средней высоты выступов на покрытии труб. Последующее повышение значения Рейнольдса позволяет перевести перекачиваемые среды в режим турбулентного протекания, где образуется разрушение вязкого подслоя, а образуемое трение определяется величиной шероховатости.
Потери при трении рассчитываются путем подстановки данных:
H Т =[(λ·l)/d э ]·
- H Т – потери напора при сопротивлении трению, м
- – скоростной напор, м
- λ – коэффициент сопротивления
- l – протяженность трубопроводного участка, м
- d Э – эквивалентное значение поперечного сечения трубопроводной линии, м
- w – скорость движения сред, м/с
- g – ускорение свободного падения, м/с 2
Эквивалентное значение диаметра
Применяют при проведении расчетов нецилиндрических трубопроводных систем (овального или прямоугольного сечения). Эквивалентное значение диаметра соответствует параметрам трубопроводной сети с круглым сечением, при условии одинаковой длины. Для проведения расчетов используют формулу:
d э = 4 F / P
Для труб с цилиндрической формой эквивалентное и внутреннее поперечное сечение совпадает. Для открытых каналов эквивалентный диаметр рассчитывают путем подстановки данных:
d э = 4 F / P с
Смоченным периметром выступает длина линии сопряжения транспортируемых сред со стенками трубопровода, влияющими на ограничение потока. Ниже представлены формы периметра для разных труб.
