Падение напора в трубопроводе. Энциклопедия сантехника гидравлический расчет на потерю напора или как рассчитать потери давления в трубе

Пропускная способность трубы для воды – один из базовых параметров для расчета и проектирования трубопроводных систем, предназначенных для транспортировки горячей или холодной воды в системе водоснабжения, отопления и водоотведения. Она представляет собой метрическую величину, показывающую, сколько воды может протечь по трубе за заданный промежуток времени.

Основным показателем, от которого зависит пропускная способность трубы, является ее диаметр: чем он больше, тем соответственно больше воды может пройти через нее за секунду, минуту или час. Вторым по значимости параметром, влияющим на количество и скорость прохождения воды – это давление рабочей среды: оно также прямо пропорционально пропускной способности трубопровода.

Какие еще показатели определяют пропускную способность трубопровода?

Два эти базовые параметры – основные, но не единственные величины, от которых зависит пропускная способность. Учитываются и другие прямые и косвенные условия, которые влияют или могут потенциально влиять на скорость прохождения рабочей среды по трубе. Например, материал, из которого изготовлена труба, а также характер, температура и качество рабочей среды также влияют на то, сколько воды может пройти по трубе за определенный промежуток времени.

Некоторые из них являются устойчивыми показателями, а другие учитываются в зависимости от срока и продолжительности эксплуатации трубопровода. Например, если речь идет о пластиковом трубопроводе, то скорость и количество прохождения воды остается постоянной в течение всего срока эксплуатации. Но для металлических труб, по которым протекает вода, этот показатель со временем снижается по ряду объективных причин.

Как материал трубы влияет на ее пропускную способность?

Во-первых, коррозийные процессы, которые всегда происходят в металлических трубопроводах, способствуют образованию стойкого налета ржавчины, который уменьшает диаметр трубы. Во-вторых, плохое качество воды, особенно в системе отопления, также существенно влияет на поток воды, его скорость и объем.

В горячей воде в центральных системах отопления содержится большое количество нерастворимых примесей, которые имеют свойства оседать на поверхности трубы. Со временем это приводит к появлению твердого осадка солей жесткости, которые быстро уменьшают просвет трубопровода и уменьшают пропускную способность труб (примеры быстрого зарастания труб вы могли часто видеть на фото в Интернете).

Длина контура и другие показатели, которые нужно учитывать при расчете

Еще один важный пункт, который следует учитывать при расчете пропускной способности трубы – длина контура и количество фасонных изделий (муфт, запорных кранов, фланцевых деталей) и других препятствий на пути у рабочей среды. В зависимости от количества углов и изгибов, которые преодолевает вода на пути к выходу, пропускная способность трубопровода также имеет свойство увеличиваться или уменьшаться. Непосредственно длина трубопровода также оказывает влияние на этот базовый параметр: чем дольше рабочая среда движется по трубам, тем ниже давление воды и, соответственно, ниже пропускная способность.

Как рассчитывается пропускная способность труб сегодня?

Все эти значения могут быть правильно использованы во время расчетов с помощью специальной формулы, которую применяют только опытные инженеры, учитывающие несколько параметров, включая вышеперечисленные, а также некоторые другие. Назовем все:

шероховатость внутренних стенок трубопровода;
диаметр трубы;
коэффициент сопротивления при прохождении через препятствия на пути воды;
уклон трубопровода;
степень зарастания трубопровода.

По старой инженерной формуле диаметр трубы и пропускная способность являются основными параметрами для расчета, к которым добавляется шероховатость. Но неспециалисту сложно выполнить расчеты, исходя только из этих данных. Раньше для упрощения задачи при проектировании системы водоснабжения и отопления использовались специальные таблицы, в которых были приведены готовые расчеты требуемого показателя. Сегодня их также можно использовать для проектирования трубопроводов.

Старые таблицы расчета – надежное пособие для современного инженера

Старые советские книги по ремонту, а также журналы и строительству часто публиковали таблицы с расчетами, которые обладают большой точностью, т.к. были выведены путем лабораторных испытаний. Например, в таблице пропускной способности труб указывается значение для трубы диаметром 50 мм – 4 т/ч, для трубы 100 мм – 20 т/ч, для трубы 150 мм – 72,8 т/ч, а для Т.е. можно понять, что пропускная способность трубы в зависимости от диаметра меняется не по арифметической прогрессии, а по другой формуле, в которую входят различные показатели.

Онлайн калькуляторы для расчета также в помощь

Сегодня кроме сложной формы и готовых таблиц, расчет пропускной способности трубопровода можно сделать и с помощью специальных компьютерных программ, которые также используют указанные выше параметры, которые нужно ввести в компьютер.

Специальный калькулятор для расчета можно скачать в интернете, а также воспользоваться различными онлайн ресурсами, которых в Сети сегодня великое множество. Ими можно пользоваться как на платной, а так и на бесплатной основе, но многие из них могут иметь неточности в формулах для расчетов и сложности в использовании.

Например, некоторые калькуляторы предлагает в качестве базовых параметров использовать на выбор либо соотношение диаметр/длина, либо шероховатость/материал. Чтобы знать показатель шероховатости, нужно также обладать специальными знаниями из области инженерии. То же самое можно сказать и о падении напора, который используется онлайн калькулятором при расчетах.

Если вы не знаете, где узнать или как вычислить эти параметры, то лучше для вас обратиться за помощью к специалистам, или воспользоваться онлайн калькулятором для расчета пропускной способности трубы.

Пропускная способность трубы – это отношение объема жидкости, газа или воздуха, которое может пройти по трубе определенного диаметра за единицу времени.

Проще говоря, этот показатель нужен для правильного монтажа трубопровода, с учетом обеспечения всех точек водозабора (ванная, кухня, стиральная машина, водоснабжения и прочее) адекватным напором воды после запуска.

Правильный расчет и – это залог разумного вложения денег и гарантия бесперебойного функционирования системы трубопровода. Все вычисления могут быть проведены подрядчиками или самостоятельно.

Если ремонт делается своими руками, возникнет необходимость вникнуть в тему глубже, изучить общедоступные материалы и только после этого их выбирать.

Для расчета показателя используют несколько способов:

Калькулятор-программу – общедоступные программы, в которые нужно внести исходные данные.
Инженерные формулы – профессиональный уровень, при котором учитывается множество нюансов, чаще всего это метод расчета используется в масштабном проектировании.
Сводные таблицы – используют уже внесенные данные и показатели, выбирая более близкие к исходной ситуации.

Даже для общедоступных таблиц и калькуляторов понадобятся некоторые данные.

Какие данные потребуются:

Материал изготовления труб.
Длина трубопровода.
и ее форма.
Количество точек забора жидкости.
Уклон конструкции.
Наличие системного давления.
Способ монтажа.

Для более точного расчета придется учесть все индивидуальные нюансы. Универсальных методов не существует, для многих проектов нужно учитывать коэффициент шероховатости труб, сопротивление водному потоку, скорость «зарастания».

Диаметр труб можно назвать самым важным показателем в расчетах. Если система смонтирована из труб меньшего, чем нужно диаметра, это приводит к ряду неприятных моментов.

Повышенная нагрузка и давление в системе приводит к быстрому износу системы, частым прорывам и ремонтам.
«Гудение» системы – посторонний шум, нагнетаемым чрезмерным давлением на стенки трубы.
Невозможность одновременного водозабора из нескольких точек – проще говоря, при открытии крана в одной точке, например, в ванной, до вода уже не доходит.

Максимально возможная скорость воды в трубе 2 м/сек. Это условие не касается промышленных конструкций с установками, которые искусственно нагнетают внутрисистемное давление.
При расчете учитывать потребление всех точек водозабора одновременно. Средняя пропускная способность 6 л/сек, скорость набора стиральной или посудомоечной машины можно узнать из инструкции по эксплуатации. Если система будет использоваться не на полной интенсивности, то полученный показатель уменьшают на треть.

Диаметр 20 мм – для систем водопровода до 10 метров длиной.
Диаметр 25 мм – система от 10 до 30 метров.
Диаметр 32 мм – система более 30 метров.
Диаметр 50 мм – система более 50 метров.
Диаметр 100 мм – используется в промышленных или длинных системах трубопровода с большим количеством точек водозабора.

Следующий важный показатель, это давление системы. При монтаже самотечной системы водопровода допускается использование меньших диаметров. Если в системе постоянно присутствует давление, например, городской водопровод, нужно учитывать его показатель при расчете. Если этот показатель проигнорировать трубы будут «гудеть» и вибрировать, что приведет к деформации соединительных спаек и выведет систему из строя.

Если говорит о металле, то для разводки водопровода используются и стальные трубы. Для внутриквартирной или внутридомовой разводки формулы и специальные вычисления применяются крайне редко.

Чаще пользуются проверенными практикой диаметрами:

Разводка водопровода 15 мм.
Монтаж стояков 25, 32, 40 мм.

Здесь нужно учитывать внутренний диаметр, который может колебаться на 1-3 мм в зависимости от производителя.

Новая практически не уступает в характеристиках пластиковым аналогам, но уже через год ее пропускная способность значительно падает. Это объясняется появлением наростов на внутренних стенках, и, как следствие, уменьшением диаметра и увеличением сопротивления потоку воды.

Однако использование металлических труб оправдано, когда речь идет о постоянном высоком давлении системы, например, при монтаже парового отопления, производственных проектов или в условиях повышенной взрывоопасности.

Прогрессивные производители каждый год выводят на рынок более удобные и качественные материалы, оптимизируя их характеристики под требования потребителя.

Различают трубы из:

Полиэтилена и сшитого полиэтилена (PEX).
Металлополимеров или металлопластика – комбинация PEX с металлом.
Поливинилхлорида (ПВХ).
Полипропилена (PP) и ее разновидности в зависимости от .

Что касается пропускной способности труб из этих материалов – она значительно выше, нежели у труб из металла, если учитывать срок эксплуатации. Все вышеприведенные виды труб обладают значительными преимуществами перед металлическими.

Долговечность – при правильной эксплуатации срок службы пластиковых труб может достигать 50 лет, металл нуждается в замене, максимум, через 20 лет использования.
Гладкая внутренняя поверхность труб – изначальные характеристики и инертность полимеров не позволяют системе зарастать, не повреждаются в случае присутствия механических частиц в воде, не поддаются действию коррозии и агрессивных химических средств.
Простота монтажа и ремонта – небольшой вес конструкции и разборный фитинг позволяют справиться с обслуживанием сети самостоятельно.
Значительная экономия – пластиковые материалы и их транспортировка обходится в несколько раз дешевле, по сравнению с металлом.

Единственный недостаток – не выдерживают долгой эксплуатации при давлении более 10 атмосфер и чрезвычайно высоких температурах.

Для расчета пропускной способности новой трубы, в независимости от материала изготовления можно использовать следующую таблицу:

Расчёт потерь напора воды в трубопроводе выполняется очень просто, далее мы подробно рассмотрим варианты расчёта.

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

Вам посчастливилось пробурить скважину прямо около дома? Замечательно! Теперь вы сможете обеспечить себя и свой дом или дачу чистой водой, которая не будет зависеть от центрального водоснабжения. А это значит никакого сезонного отключения воды и бегания с вёдрами и тазиками. Нужно только установить насос и готово! В настоящей статье мы поможем вам рассчитать потери напора воды в трубопроводе , и уже с этими данными можно смело покупать насос и наслаждать, наконец, своей водой из скважины.

Из школьных уроков физики понятно, что вода, текущая по трубам, в любом случае испытывает сопротивление. Величина этого сопротивления зависит от скорости потока, диаметра трубы и гладкости её внутренней поверхности. Сопротивление тем меньше, чем меньше скорость потока и больше диаметр и гладкость трубы. Гладкость трубы зависит от материала, из которого она изготовлена. Трубы из полимеров более гладкие, чем стальные трубы , а также они не ржавеют и, что немаловажно, дешевле других материалов, не уступая при этом в качестве. Вода будет испытывать сопротивление, двигаясь даже по полностью горизонтальной трубе. Однако чем длиннее сама труба, тем менее значительны будут потери напора. Что ж, приступим к расчету.

Потери напора на прямых участках трубы.

Чтобы подсчитать потери напора воды на прямых участках труб использует уже готовую таблицу, представленную ниже. Значения в этой таблице указаны для труб, изготовленных их полипропилена, полиэтилена и других слов, начинающихся с «поли» (полимеров). Если же вы собираетесь установить стальные трубы, то необходимо умножить приведённые в таблице значения на коэффициент 1,5.

Данные приведены на 100 метров трубопровода, потери указаны в метрах водного столба.

Расход			Внутренний диаметр трубы, мм

Как пользоваться таблицей : Например, в горизонтальном водопроводе с диаметром трубы 50 мм и расходом 7 м 3 /ч потери будут составлять 2,1 метра водного столба для трубы из полимера и 3,15 (2,1*1,5) для трубы из стали. Как видите, всё довольно просто и понятно.

Потери напора на местных сопротивлениях.

К сожалению, трубы бывают абсолютно прямыми только в сказке. В реальной же жизни всегда есть различные изгибы, заслонки и вентиля, которые нельзя не учитывать при расчёте потерь напора воды в трубопроводе. В таблице приведены значения потерь напора в самых часто встречающихся местных сопротивлениях: колене в 90 градусов, скруглённом колене и клапане.

Потери указаны в сантиметрах водного столба на единицу местного сопротивления.

Скорость потока, м/с	Колено 90 градусов	Скруглённое колено	Клапан

Для определения v - скорости потока необходимо Q - расход воды (в м 3 /с) разделить на S - площадь поперечного сечения (в м 2).

Т.е. при диаметре трубы 50 мм (π*R 2 =3,14*(50/2) 2 =1962,5 мм 2 ; S=1962,5/1 000 000=0,0019625 м 2) и расходе воды 7 м 3 /ч (Q=7/3600=0,00194 м 3 /с) скорость потока
v=Q/S=0,00194/0,0019625=0,989 м/с

Как видно из приведённых выше данных, потери напора на местных сопротивлениях совсем незначительны. Основные потери всё-таки происходят на горизонтальных участках труб, поэтому для их уменьшения следует тщательно продумать выбор материала трубы и их диаметра. Напомним, чтобы минимизировать потери следует выбирать трубы из полимеров с максимальным диаметром и гладкостью внутренней поверхности самой трубы.

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце , можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление , то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.

Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

Здесь Δ э - Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа [мм] с [м].

d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться "эквивалентом шероховатости " и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает - средняя высота шероховатости.

В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

Вообще в целом, эти формулы показывают и доказывают, что при увеличении скорости или увеличении расхода, всегда увеличивается сопротивление движению потока жидкости, то есть увеличиваются потери напора. Причем увеличиваются не пропорционально, а квадратично. Это говорит о том, что единица увеличения расхода не соответствует затратам на потерю напора. То есть иметь большую скорость потока жидкости в трубе экономически не целесообразно. Поэтому бывает дешевле увеличить диаметр потока. В других статьях обязательно опишу, как посчитать, какой диаметр нам необходим.

Таблица: (Эквивалент шероховатости)

Кому интересно узнать (Эквивалент шероховатости ) для металлопластика, полипропилена и сшитого полиэтилена, то это соответствует и относится к пластмассам . То есть в таблице характеристика будет: Пластмассовые (полиэтилен, винипласт).

Так же хочу обратить внимание, на то, что со временем, на внутренних станках труб, образуется налет, что увеличивает шероховатость труб. Так что имейте ввиду что со временем потери напора только увеличиваются.

Таблица: (Кинематическая вязкость воды )

Как видно из графика, что при повышении температуры кинематическая вязкость уменьшается, а это значит, что и сопротивление движению воды уменьшается. Это значит, что при потоке горячей воды, "потери напора" будут меньше чем при потоке холодной воды. Кто живет в многоквартирных домах, если обратит внимание, то скорость и напор горячей воды всегда выше чем напор холодной воды. Есть исключения, но в большинстве случаев это так. Теперь вы понимаете, почему это так.

А теперь давайте решим задачу:

Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м 3 /с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.

Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:

Сдесь ω - площадь сечения потока. Находится по формуле:

ω=πR 2 =π(D 2 /4)=3.14*(0,5 2 /4)=0,19625 м 2

Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблицы. Для воды при температуре 16°С.

Δ э =0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной .

λ=0,11(Δ э /D) 0,25 =0,11*(0,00025/0,5) 0,25 =0,01645

h=λ*(L*V 2)/(D*2*g)=0,01645*(900*10,19 2)/(0,5*2*9,81)=156,7 м.

Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

Также хочу обратить внимание на то, что мы в задаче рассматривали трубу которая на всей своей длине имеет горизонтальное положение.

Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

Мы рассмотрели потерю напора по длине трубопровода, также существуют в виде заужения и поворотов, которые тоже влияют на потерю напора. О них будет описано в других моих статьях. И я обязательно приготовлю статью о том как по напору, чтобы удовлетворить требования расхода жидкости, в зависимости от потерь напора. Если что-то не понятно пишите в комментарии, обязательно отвечу!


	Если Вы желаете получать уведомления о новых полезных статьях из раздела: Сантехника, водоснабжение, отопление, то оставте Ваше Имя и Email.

Комментарии (+) [ Читать / Добавить ]

8.6 Расчет трубопроводов линий форсунок, скиммеров, донного слива .

Теперь подберем диаметры трубопроводов, которыми будем делать обвязку форсунок и скиммеров. Для расчетов будем пользоваться следующей таблицей:

Таблица 8.4. Пропускная способность труб различного диаметра.

Диаметр		Площадь	Пропуск. способность при скорости,м3/час
наруж.,мм	внутр.,мм	внут.сеч.,мм2


















0,5 м/с - скорость воды в трубе от переливного лотка
0,8 м/с - скорость воды в трубе коллектора
1,2 м/с - скорость воды в трубе на входе в насос
2,0 м/с - скорость воды при выходе из насоса
2,5 м/с - максимально возможная скорость воды в трубе

Данная таблица предоставляет возможность вычислить диаметры трубы в разных конструктивных применениях и разной требуемой производительности:

Диаметры труб от переливного лотка к коллектору;

Диаметры труб коллектора;

Диаметры всасывающей трубы на подачу в насос;

Диаметр трубы после насоса, фильтров, линии форсунок.

У нас в бассейне присутствует 4-е форсунки и насос производительностью 15м 3 /ч. Т.е. на каждую форсунку приходится почти по 4м 3 /ч. Исходя из производительности насоса, по таблице подберем общую трубу подачи на форсунки. Скорость воды в трубе принимаем 2 м/с и находим значение диаметра трубы при 15м 3 /ч. Если точного значения в таблице нет, то берем ближайшее. В нашем случае подающая труба на форсунки будет диаметром 63 мм, а разветвления на пары форсунок пойдут диаметром 50мм.

Рис 8.11. Соединение форсуночной линии.

Для соединения форсунок нам понадобятся следующие материалы:

Уголок 50мм-90 0 - 6шт.

Тройник 50мм - 2шт.

Тройник 63мм - 1шт.

Редукция короткая 63-50мм - 2шт.

- труба 63мм - 6 м. (определяется по расстоянию от центра

длинного борта до техпомещения.)

Труба 50мм - 12м. (суммируем все отрезки трубы 50мм

согласно вычисленному расположению форсунок.)

Для подключения донного слива обычно достаточно трубы диаметром, как и диаметр выпускного отверстия самого донного слива (для частных бассейнов это 2"" и соответственно труба D=63мм). Если же донных сливов два, то их нужно соединить в трубу D=90мм.

Рис. 8.12 Подключение донных сливов.

В нашем случае донный слив один. Поэтому для его подключения достаточно следующих материалов:

Муфта с н.р. 63-2"" - 1шт.

Труба 63мм - 2м.

Теперь определим, какой трубой подключаются скиммера. В скиммерах обычно бывают отверстия с подключением 1,5"" или 2"". Скиммера в бассейне в режиме фильтрации забирают где-то 70-90% от общего потока, который всасывает насос, а остальное приходится на донный слив. Поэтому необходимо ориентироваться по табличке. Смотрим графу со скоростью потока 1,2 м/с (скорость воды на входе в насос) и выбираем диаметр трубы с производительностью 15м 3 /ч-30%=10м 3 /ч. В нашем случае будет достаточно трубы диаметром D=63мм, но идеально было бы поставить трубу D=75мм.