Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: снип 2.04.01

Самостоятельный расчет диаметра трубы по расходу воды

На предприятиях, а также в квартирах и домах в целом расходуется большое количество воды. Цифры огромные, но могут ли они о чем-то сказать еще, кроме факта определенного расхода? Да, могут. А именно, расход воды может помочь рассчитать диаметр трубы. Это, казалось бы, не связанные друг с другом параметры, но на деле взаимосвязь очевидна.

Ведь пропускная способность системы водоснабжения зависит от множества факторов. Весомое место в этом списке как раз и занимает диаметр труб, а также давление в системе. Разберемся в этом вопросе глубже.

Расчет диаметра трубы по расходу воды

Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу

Расход воды через трубу круглого сечения, имеющей отверстие, зависит от размеров этого отверстия. Таким образом, чем оно больше, тем больше воды пройдет через трубу за определенный отрезок времени. Однако не стоит забывать и о давлении. Ведь можно привести пример. Метровый столб продавит воды через сантиметровое отверстие гораздо меньше за единицу времени, нежели столб, имеющий высоту несколько десятков метров. Это очевидно. Поэтому расход воды достигнет своего максимума при максимальном внутреннем сечении изделия, а также при максимальном давлении.

Расчет диаметра

Если вам нужно получить определенный расход воды на выходе системы водоснабжения, тогда не обойтись без расчета диаметра трубы. Ведь этот показатель, наряду с остальными, оказывает влияние на показатель пропускной способности.

Безусловно, существуют специальные таблицы, которые есть в Сети и в специализированной литературе, которые позволяют обойти расчеты, ориентируясь на определенные параметры. Однако высокой точности от таких данных ждать не стоит, погрешность все равно будет присутствовать, даже если учесть все факторы. Поэтому лучший выход для получения точных результатов – самостоятельный расчет.

Расход воды через трубу

Для этого понадобятся такие данные:

• Расход потребления воды.
• Потери напора от исходной точки до точки потребления.

Расход потребления воды необязательно рассчитывать – есть цифровой стандарт. Можно взять данные по смесителю, которые гласят, что в секунду расходуется около 0,25 литров. Этой цифрой можно воспользоваться для расчетов.

Таблица расчета диаметра трубы

Немаловажный параметр для получения точных данных – потери напора на участке. Как известно, давление напора в стандартных стояках водоснабжения находится в пределах от 1 до 0,6 атмосфер. Средний показатель – 1,5-3 атм. Параметр зависит от количества этажей в доме. Но это не значит, что, чем выше дом, тем выше давление в системе. В очень высоких домах (более 16 этажей) иногда используется разделение системы на этажи, чтобы нормализовать давление.

Что касается потери напора, этот показатель можно вычислить, используя манометры в исходной точке и перед точкой потребления.

Дальше, используя достаточно сложные формулы, нужно циклично подставлять диаметр и проверять результат. Ведь от диаметра трубы зависит не только расход, но и потери напора.

Если все же знаний и терпения для самостоятельного расчета недостаточно, тогда можно воспользоваться и табличными данными. И пусть они будут обладать определенными погрешностями, данные будут достаточно точны для определенных условий. И тогда по расходу воды будет очень просто и быстро получить диаметр трубы. А значит, система водоснабжения будет рассчитана верно, что позволит получить такое количество жидкости, которое удовлетворит потребности.

Зависимость расхода от давления

Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть — от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.

Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.

Подробности

Определяя расход воды по диаметру, необходимо обязательно учитывать давление внутри труб.

К примеру, сквозь трубу в один метр, имеющую сечение один сантиметр, транспортируется намного меньше воды за такое же время, как через трубопрокат с диаметром в 20 метров. Самый большой показатель воды будет у труб с самым большим диаметром и с самым большим давлением внутри них.

Расход воды у трубы при оптимальном давлении. Расчет пропускной способности по диаметру трубопровода нужен, чтобы определить средний показатель водного расхода при хорошем напоре.

Если подбирать диаметр трубы по объему расходуемой воды, учитывая данные таблицы, то сделать это просто, но данные будут неточными. Если учитывать давление и скорость жидкости в трубах, имеющихся на практике, произвести расчеты на месте, то показатели будут более верными.

Таблица приводит данные расчетов расхода жидкости по трубам с часто применяемым сечением и разных значениях давления.

Средний показатель давления в стандартном стояке считается равен от полутора до двух с половиной атмосфер.

Уровень давления зависит от многоэтажности здания, зависимость регулируют, разделяя систему водопровода на сегменты. Работа насосов для подачи воды изменяет скорость жидкости.

Обращаясь к данным таблицы, расчет потребления жидкости производят, учитывая количество кранов, водонагревательных приборов и ванн и т.д.

Изменяя характеристики проходимости труб посредством установки приборов, контролирующих и экономящих водорасход, типа WaterSave, изменяются данные, не соответствующие табличным значениям.

Как определить диаметр согласно СНиП 2.0.4.01 – 85.

Процесс расчета диаметра трубы относится к сложным, требующим инженерных знаний работам. Часто проектируя трубопроводную систему частного дома, все расчеты выполняют своими руками.

Данные расчета для определения водопропускного объема конструкции можно взять из таблицы, при этом надо точно знать сколько сантехнических приборов и кранов подключено к системе.

СНиП 2.04.01 – 85 предоставляет данные, которыми можно воспользоваться, имея вышеуказанные сведения. С помощью этих показателей устанавливают объем жидкости по сечению труб.

Размер диаметра трубопровода влияет на расчет расхода воды. Не профессионалы могут воспользоваться формулой для получения данных, зная давление с диаметром труб.

Как вычислить расход жидкости, зная давление и диаметр.

Для расчетов применяют формулу q=π × d²/4 × V, в которой:

-q расход воды в литрах.

-d внутренний диаметр трубы в сантиметрах.

-V скорость транспортировки жидкости, измеряется м/с.

Если напор воды обеспечивает водонапорная башня, без нагнетающих насосов, значит, скорость жидкости равна 0.7 до 1.9 метров в секунду. При наличии работы насоса прикладывается паспорт с указанием коэффициента имеющегося напора и скоростью движения жидкости.

Внимание! Данная формула для расчетов считается наиболее доступной, но не единственной. Формула не учитывает качество внутренней поверхности трубы, к примеру, изделия из пластика внутри гладкие, не изменяют напор воды

Совсем иначе себя ведет внутренняя поверхность изделий из стали

Формула не учитывает качество внутренней поверхности трубы, к примеру, изделия из пластика внутри гладкие, не изменяют напор воды. Совсем иначе себя ведет внутренняя поверхность изделий из стали.

Показатель коэффициента сопротивления пластиковых труб меньше, продукция устойчива к образованию коррозии, и увеличивает качество пропускной способности системы.

Метод скоростей

Этот способ подходит, если известен объемный (м³/ч) или массовый расход пара (кг/ч). Основная формула для расчета любых трубопроводов:

Q — объемный расход пара, воздуха или воды, м³/ч;

D — диаметр трубопровода, м;

v — допустимая скорость потока, м/с.

На практике расчет всегда ведется по расходу в м³/ч и по диаметру трубопровода в мм. Если известен только массовый расход, то для пересчета кг/ч в м³/ч необходимо учитывать удельный объем по таблице пара.

При этом уделяйте особое внимание подставляемым значениям — объемный расход насыщенного и перегретого пара при пересчете будет разным (при его одинаковом количестве и давлении). Соответственно, и диаметры трубопроводов будут различаться. После всех преобразований для расчета диаметра трубопровода пара будет справедлива следующая формула:

После всех преобразований для расчета диаметра трубопровода пара будет справедлива следующая формула:

Q – объемный расход пара, м³/ч;

D – искомый диаметр паропровода, мм;

v — рекомендуемая скорость потока, м/с.

В пароконденсатных системах производители парового оборудования рекомендуют поддерживать скорость потока в пределах 25-40 м/с — при ней достигается наибольший эффект сепарирования (осушения) пара. О том же говорит и СНиП II-35-76*, регламентирующий скорость:

для насыщенного пара — 30 м/с при диаметре трубопровода до 200 мм и 60 м/с при диаметре свыше 200 мм;

для перегретого — 40 м/с и 70 м/с соответственно.

Поэтому при расчете паропровода берем рекомендуемые значения 30 или 40 м/с.

Пример расчета

Предположим, что нужно рассчитать диаметр паропровода для насыщенного пара при 2000 кг/ч, давлении 10 бар и скорости потока 40 м/с.

По таблице удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар составляет v = 0,194 м³/кг. В этом случае Q будет равен 2000х0,194= 388 м³/ч. Подставляем в формулу

Получилось нестандартное значение. При определении диаметра всегда выбирают больший размер, в нашем случае DN 65, чтобы учесть риск возникновения пиковой нагрузки. Также стоит подумать о возможном расширении установки в будущем.

Необходимость расчета расхода воды по диаметру трубы и давлению

Расчетные показатели помогут подобрать трубы нужного сечения с подходящей толщиной стенок и определиться с материалом их изготовления. Также в соответствии с этими значениями подбирается технология установки магистрали.

Проще всего посчитать, сколько расходуется воды в час, день или месяц, если установлен счетчик. Если прибора учета нет, по нормативам один человек способен израсходовать ежесуточно следующий объем холодной воды:

• готовка – 3 л;
• использование стиральной машинки – примерно 4 л;
• туалетные процедуры – 15 л;
• утренний или вечерний душ – 30 л;
• прием ванны – 200 л.

В частном доме с автономным водопроводом горячая вода создается путем нагревания холодной с помощью котлов или газовых колонок, поэтому потребление последней увеличивается. В сутки здесь на нужды одного человека может уйти 330 л воды. В месяц это число составит примерно 10230 л, в час – 13,75 л.

Подобные нормативы приблизительны. В них не учтены такие факторы, как обслуживание домашних животных, замена воды в аквариумах и бассейне, мытье автомобиля и полив посадок. Также нужно учитывать рабочий график жильцов и сезонность. Но средние показатели нужны, чтобы было от чего отталкиваться в расчетах.

Методы расчета

На коэффициент трения влияет наличие запорных элементов и их количество Чтобы определить проходимость системы водоснабжения, можно воспользоваться тремя расчетными методами:

• Физический способ. Для выяснения показателей применяют формулы. Для исчисления требуется знание нескольких параметров, в частности, размер сечения трубного отрезка и с какой скоростью передвигается вода в магистрали.
• Табличный метод. Он наиболее прост, поскольку подобрав в таблице показатели, можно тут же выяснить нужные данные.

  Программа расчета водоснабжения

• Компьютерное программирование. Подобный «софт» просто отыскать и скачать в Интернете. Он создан специально для нахождения проходимости труб любой системы. Чтобы узнать нужный параметр, надо ввести в программу отправные данные: материал, протяженность, качество теплоносителя.

Последний метод, хоть и самый точный, не годится для расчетов обычных бытовых коммуникаций. Он достаточно сложен, и для его применения потребуется знать самые разные показатели. Чтобы рассчитать простую сеть для частного дома стоит прибегнуть к помощи онлайн-калькулятора. Хотя он и не такой точный, но зато бесплатен и не нуждается в установке на компьютер. Достичь более точной информации можно, сверив рассчитанные программой данные с таблицей.

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Внешний объем трубного сортамента (мм) Примерное количество воды, которое получают в литрах за минуту Примерное количество воды, исчисляемое в м3 за час
20 15 0,9
25 30 1,8
32 50 3
40 80 4,8
50 120 7,2
63 190 11,4

Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.

Расчет объема воды в трубе

Смотрите это видео на YouTube

Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.

В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.

По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.

Определение потери напора

Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления. Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.

Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.

А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.

Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться  после тщательной подготовки и измерений.

Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли. Согласно нему при возрастании давления воды скорость течения снижается, и наоборот.

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, чтов узких частях давление меньше, чем в широких. При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – D_N;
• давление номинальное – P_N;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Примерный расчет

Однако, как уже было сказано ранее, таких сложных расчетов никто никогда не делает, особенно, если речь идет о частном доме.

Итак, опытным путем установлено, что нормальным потоком из обычного смесителя считается тот, который выдает примерно ¼ литра в секунду. Примем эту цифру за стандартный расход.

Что касается напора в водопроводных трубах, то в многоквартирных домах он может колебаться в широком диапазоне от 1 до 6 атмосфер. Поэтому примем напор в среднем в 2 бара.

На основе этого получим следующие исходные данные:

• Напор 2 бара;
• Расход 0,25 л/с;
• Длина водопроводных изделий равна 10 метрам;
• Предположим, что будет использоваться металлопластиковый материал с размером в 16 мм (стандартный размер для пластиковых труб).

Отсюда сразу известно, что внутренний диаметр будет равен примерно 12 мм, так как стенки равны 2 мм.

Итак, сперва определим скорость потока в водопроводных элементах. Для этого применим формулу:

V=(4*Q)/(π*D2), в которой:

• Q – расход жидкости, выраженный в кубометрах за секунду (в нашем случае это 0,00025);
• D – внутренний диаметр, выраженный в метрах (0,012 м);
• П – константа 3,14.

Подставив эти значения, получим: 4*0,00025/3,14*0,012*0,012 = 2,21 м/с.

Следующим шагом необходимо найти число Рейнольдса по формуле:

Re = V*D/v, где v – табличное значение для температуры 16 градусов.

Подставив уже известные значения, получим 22882.

Лябда = 0,3164/Re в 0,25 степени, подставив в нее значения, получим 0,0257.

Следующим шагом следует узнать потери напора. Делается это по формуле:

h=λ*(L*V2)/(D*2*g) , где:

• H – потери;
• L – длина трубопровода;
• g – ускорение свободного падения, то есть 9,81 м/с в квадрате;
• V – скорость потока;
• D – диаметр.

Подставив все значения, получим число 5,34 м.

Дальше остается только анализ полученного результата. Итак, мы приняли напор в 2 бара, что соответствует 20 метрам напора. Результат получился 5,34 метра, что меньше 20, значит, выбранный диаметр подходит, причем с запасом.

В каком-либо другом случае, когда эта цифра была бы больше, необходимо увеличить размер выбранного материала.

Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.

От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.

В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.

Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.

Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.

Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.

Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.

Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:

• Диаметр трубы;
• Скорость потока.

Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.

Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:

d = √(4Q/Πw) Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с d – диаметр трубопровода, м w – скорость потока, м/с

С этим читают

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

• диаметры (ДУ внутреннего сечения),
• потери напора на рассчитываемом участке,
• скорость гидропотока,
• максимальное давление,
• влияние поворотов и затворов в системе,
• материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave ( http://water-save.com/ ), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

В данной формуле водорасхода:

• под q принимается расход в л/с,
• V – определяет скорость гидропотока в м/с,
• d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

• длину трубопровода (L),
• коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
• вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов. Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

способа расчёта сопротивления, материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии, внутреннего диаметры, длины участка, падения напора на каждый метр трубопровода. В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

• новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
• с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
• с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

Истечение жидкости через отверстия

Рассмотрим истечение жидкости через отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре (рис. 12.1). Отверстие в тонкой стенке – это отверстие, диаметр которого минимум в 3 раза больше толщины стенки, т.е.

do> 3d.

При истечении жидкости, через отверстие в тонкой стенке на некотором расстоянии от стенки (l = do), происходит сжатие струи. Площадь живого сечения струи будет меньше площади отверстия. Это объясняется тем, что частицы жидкости при входе в отверстие имеют скорости различных направлений.

Струя отрывается от стенки у кромки отверстия и затем несколько сжимается. Цилиндрическую форму струя принимает на расстоянии, равном примерно одному диаметру отверстия. Сжатие струи обусловлено необходимостью плавного перехода от различных направлений движения жидкости в резервуаре, в том числе от радиального движения по стенке, к осевому движению струи.

Рис.12.1. Истечение жидкости через отверстие в тонкой стенке

а – в атмосферу; б – под уровень жидкости

Сжатие струи характеризуется коэффициентом сжатия

e= Sc/So,

где Sc — площадь живого сечения струи; So — площадь отверстия.

Коэффициент сжатия eопределяется опытным путем и для круглых отверстий равен 0,64.

Задачей расчета истечения жидкостей является определение скорости и расхода при истечении. Скорость истечения определим по уравнению Бернулли. Для этой цели запишем уравнение Бернулли для реальной жидкости для двух живых сечений 1–1 и 2–2, проведя плоскость сравнения через ось отверстия:

z1+p1/rg+v12/2g = z2+p2/rg+v22/2g+hп. (12.1)

Так как

z1= H; p1 = p2 = pа;z2 = 0; v2 = vс,

а скорость v1 можно принять равной нулю, то из формулы (12.1) получим

H= vс2/2g+ hп. (12.2)

В выражении (12.2) потери напора hп в местном сопротивлении в гидравлике называютсяместным сопротивлением и определяются по формуле

hп= zvс2/2g, (12.3)

где z-коэффициент местного сопротивления (для входа в трубу без закругленных кромок z= 0,5, а с закругленными кромками z= 0,1).

Таким образом, формулу (12.2) можно представить в виде

H= (1 + z)vс2/2g, (12.4)

откуда окончательно получаем

vс = j, (12.5)

где j– коэффициент скорости (можно показать, что этот коэффициент равен отношению действительной скорости истечения к скорости идеальной жидкости),

j= . (12.6)

Расход жидкости определяется по соотношению

Q= Sсvс= Sсf= ejSo= mSo, (12.7)

где e– коэффициент сжатия струи; m= ej– коэффициент расхода.

Из анализа формулы (12.7) следует, что истечение жидкости через отверстие характеризуется различными коэффициентами; которые называются коэффициентами истечения.

Средние значения коэффициентов истечения через отверстие: e= 0,64; z= 0,06; j= 0,97; m= 0,62.

Коэффициенты сжатия и сопротивления определяются опытным путем, а коэффициенты скорости и расхода являются производными величинами.

В практике часто приходится иметь дело с истечением жидкости не в атмосферу и не в газовую среду, а в пространство, заполненное этой жидкостью. Такой случай называетсяистечением под уровень.

При истечении под уровень расчетные формулы для скорости и расхода остаются прежними, только H принимается как разность уровней.