Расчет давления воды в трубопроводе. Расчёт давления в трубе на простом примере

Представить комфорт в доме без водопровода трудно. Появление такой бытовой техники, как бойлер, посудомоечная и стиральная машина и т.п. во много повысило его роль в современном жилье. Но все эти устройства работают при следующем условии: вода из водопровода должна поступать с определённым напором. Поэтому человеку, принявшему решение обустроить в своём доме систему водоснабжения, без знаний, как производится расчет давления воды в трубопроводе, не обойтись.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-5s.jpg

Виды давления

Данный показатель бывает следующих видов: пробным, условным, расчётным и рабочим. Не понимая их принципиальные отличия, корректно рассчитать давление в трубе, продуцируемое транспортируемой жидкостью, будет очень сложно. И не исключено, что при подборе подходящих элементов инженерной коммуникации перед хозяином возникнут проблемы, без решения которых о комфортном пребывании в доме останется только мечтать.

  • Пробное. Измеряется этот простой показатель, когда проводятся испытания конструкции. Он является основой для отслеживания поведения элементов системы водоснабжения при изменении давления. Такой подход – ни что иное, чем своего рода генеральная страховка перед этапом прокладки сети.
  • Условное. Используется данный параметр, когда рассчитывается прочность трубопроводов, функционирующих под давлением определённого уровня при температуре жидкости +20ًС.
  • Расчётное. Под таковым понимается максимальное избыточное давление, создаваемое внутри водопровода транспортируемой по нему жидкостью. При этом воздействию подвергаются все элементы инженерной коммуникации. А толщина стенки водопроводной трубы определяется именно с учётом расчётного давления. От этого зависит продолжительность эксплуатации системы, а также её функциональность, и, что превыше всего, безопасность обитателей дома.
  • Рабочее. Это уровень наружного или внутреннего обязательно максимального давления, фиксируемого при транспортировке воды при нормальных (читай, стандартных) условиях.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-4s.jpg

Расчёт давления в трубопроводе на простом примере

Не так уж и далеки времена, когда подключение водопровода осуществлялось к водонапорной башне. Давление в водопроводной сети создаётся благодаря именно данному сооружению. Единица измерения этой характеристики – атмосфера. Из школьного курса физики известно, что давление зависит исключительно от высоты башни, а объем ёмкости, находящейся наверху конструкции, никакой роли при этом не играет.

Существует ещё одна единица измерения данного параметра – метр водяного столба. Если заполнить водой вертикально стоящую десятиметровую трубу, давление в её нижней точке, опять же, вне зависимости от диаметра трубы, будет составлять одну атмосферу.

Рассмотрим пример с семиэтажным домом. Его высота – 21 метр. То есть, один этаж – это 3 метра. Водонапорная башня высотой 21 метр создаст на 1-м этаже давление 2.1 атмосферы. Величина этого параметра в трубе на 2-м этаже будет составлять 1,8 атмосферы. Получается это так: вычитаем из числа 21 высоту одного этажа (у нас это 3 метра) и делим остаток на 10. Результаты дальнейших расчётов покажут, что на 7-м этаже давления уже не будет. Логика подсказывает: чтобы обеспечить водой квартиры, которые располагаются на последнем этаже, необходимо будет возвести более высокую башню. А что делать с подводом воды, например, в 25-этажный дом? Строить такие высокие конструкции никто не будет. Единственный выход - оснащение современных систем водоснабжения глубинными насосами.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-2s.jpg

Рассчитать давление на выходе данного агрегата несложно. Возьмем в качестве примера насос, мощности которого достаточно для поднятия воды на 40 метров. Если погрузить его в скважину на глубину 15 метров, на поверхности земли будет создано давление (40-15)/10=2,5 атмосфер. Применяя вышеуказанную методику, можно будет прийти к выводу, что насос такой мощности справится с обеспечением водой всех квартир 7-ми этажного дома.

Формула расчета толщины трубы от действия давления

При движении воды возникает сопротивление, вызываемое её трением о стенки трубы и, кроме того, о различные преграды. Называется это явление гидравлическим сопротивлением трубопровода. Предыдущий пример наглядно продемонстрировал, что давление воды на разных высотах различно, и этот фактор следует учитывать при выполнении расчёта толщины трубы, то есть её диаметра. Вычисление данного параметра, исходя из заданной потери напора, выполняется по следующей упрощённой формуле:

Dвн. = k × Lтр./ Pд.× (W×Vп./2g), где

Dвн. – внутренний диаметр трубопровода;

k – коэффициент гидравлического сопротивления;

Lтр. – длина трубопровода;

Pд. – допускаемая или заданная потеря давления между начальным и конечным участками магистрали;

W- удельный вес воды;

Vп. – скорость потока;

g – константа, известная из курса физики средней школы – ускорение силы тяжести.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-3s.jpg

Уровень потерь давления в фасонных частях трубопровода и арматуре с достаточной степенью точности можно определить по потерям, фиксируемым в прямой трубе с идентичным условным проходом и эквивалентной длины.

Как рассчитываются стенки трубы по давлению

Данный показатель стальных труб, транспортирующих жидкость под избыточным давлением, рассчитывается в два этапа. На первом из них вычисляется параметр, получивший название «расчётная толщина стенки». На втором выполняется операция сложения ранее полученного числа с толщиной износа от коррозии.

Таким образом, обобщённую формулу расчёта толщины стенок можно представить в таком виде:

Th = CTh + Cw, где

Th – искомый параметр;

CTh – расчётная толщина стенок;

Cw - коррозионный износ.

Для вычисления расчётной толщины стенки трубы в зависимости от давления используется следующая формула:

CTh = Pi × Dнар./230×AS×RWS + P

Pi- внутреннее избыточное давление;

Dнар. – внешний диаметр трубы;

AS – напряжение на разрыв (допустимое);

RWS – коэффициент прочности шва.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-7s.jpg

Для расчета стенки трубы по давлению (параметр Th) осталось лишь прибавить к CTh значение параметра Cw. Взять его можно из справочника.

Диаметр трубы и давление

Правильность определения сечения труб по важности сопоставима с их выбором по материалу изготовления. При некорректном выполнении расчёта диаметра и давления, в трубе возникнет турбулентность воздуха, присутствующего в ней, а также в потоке воды. С последствиями данного явления многие из нас сталкивались: когда открывается кран, жидкость в ветке водопровода начинает двигаться с повышенным шумом. Но это не самое страшное. Гораздо опаснее то, что на внутренней поверхности трубы формируются известковые отложения в большом количестве.

Помимо этого, не забывайте о зависимости давления от диаметра трубы. Эта корреляция может не лучшим образом повлиять на пропускную способность водопровода. Как проявляется данный фактор, всем нам тоже знакомо: при откручивании одновременно нескольких кранов в частном доме, не говоря уже о квартире в многоэтажном здании, напор воды заметно падает. Существует две причины подобной неприятности:

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-6s.jpg

  • падение давления во всей системе;
  • заниженный диаметр подключенных труб.

Как рассчитать домашний водопровод

На практике давление в системе водоснабжения обычно ассоциируется у рядового обывателя с объёмом поставляемой за единицу времени воды, иными словами с пропускной способностью инженерной коммуникации. Поэтому расчёт бытового водопровода будет рассмотрен именно с этой точки зрения.

За исходные принимаются паспортные данные по расходу воды находящихся в жилье агрегатов и приборов. Общее водопотребление определяется путём их суммирования. Не забываем и о водоразборных кранах. Их расход добавляется к ранее полученной цифре.

После получения численного значения расхода воды в доме, необходимо, принимая во внимание эти данные, приобрести трубу с диаметром, обеспечивающим нужным напором и, соответственно, объемом воды все одновременно работающие водоразборные устройства.

raschet-davleniya-vody-v-truboprovode-1s.jpg

Если планируется подключить водопровод к городской сети, выбор у хозяина отсутствует – он вынужден пользоваться тем, чем располагает. Совсем иначе выглядит ситуация с питающимся от скважины частным домом. Тогда следует приобретать насос, технические характеристики которого обеспечат в водопроводе давление, соответствующее расходам. Выбор производится на основе паспортных данных подобного агрегата.

В заключение необходимо отметить, что если трубы подобраны корректно, а при их монтаже были соблюдены все правила, тогда бесперебойная работа системы водоснабжения будет нормой.

Источник: http://trubamaster.ru

16.06.2017 15:38