12 на основании чего выбирается диаметр трубопровода водяного отопления станции

12 на основании чего выбирается диаметр трубопровода водяного отопления станции

Содержание

Система трубопроводов

Трубопровод — система компонентов цилиндрической формы, соединенных соединительными элементами и используемых для транспортировки химических веществ и других материалов. Как правило, подземные трубопроводы используются на химических заводах для перевозки веществ. Что касается автономных и изолированных частей установки, они также относятся к трубопроводной системе или сети.
гидравлический расчет трубопроводов

Конфигурация автономной системы трубопроводов может включать:

  • Трубы.
  • Соединительные фитинги.
  • Уплотнение, соединяющее две съемные секции.

Все указанные элементы производятся индивидуально, после чего они соединяются как единая трубопроводная система. Кроме того, трубопроводы могут быть оснащены отоплением и необходимой изоляцией из разных материалов.

Размер труб и материалов для их изготовления выбирается на основе требований процесса и отставки, установленных в каждом отдельном случае. Но для стандартизации размеров трубопроводов была проведена их классификация и унификация. Ключевым критерием является допустимое давление, при котором работа трубопровода возможна и безопасна.

Номинальный внутренний диаметр

Номинальный диаметр — это параметр, используемый в трубопроводных системах в качестве коэффициента характеристики, с помощью которого выполняется выравнивание деталей, таких как трубы, клапаны, фитинги при гидравлическом расчете трубопровода.

Номинальный диаметр — объемная величина, численно равная внутреннему диаметру конструкции. Пример номинального внутреннего диаметра: DN 125.
расчет гидравлического сопротивления трубопровода

Номинальный внутренний диаметр не обозначается на чертежах и не заменяет реальные диаметры труб. Он приблизительно соответствует четкому диаметру для определенных участков трубопровода при гидравлическом расчете. Если подразумеваются числовые значения номинальных внутренних диаметров, они выбираются таким образом, чтобы увеличить пропускную способность трубопровода в пределах 40% при переходе от одного номинального внутреннего диаметра к следующему.

Размеры номинальных внутренних диаметров устанавливаются во избежание проблем с взаимным выравниванием деталей при расчете гидравлических потерь в трубопроводе. При определении номинального диаметра на основе данного значения выбирается показатель, максимально приближенный к диаметру трубы.

Номинальное давление

Номинальное давление — это величина, соответствующая максимальному давлению перекачиваемой среды при 20 °C, что обеспечивает долгосрочную работу трубопровода с указанными размерами. Номинальное давление — безразмерная величина — была откалибрована на основе накопленного опыта эксплуатации.
расчет гидравлических потерь в трубопроводе

Номинальное давление для трубопровода при расчете гидравлических потерь выбирается, исходя из созданного в нем давления при эксплуатации путем выбора наибольшего значения. Кроме того, фитинги и клапаны также должны соответствовать одному и тому же уровню давления в системе. Толщина стенок труб рассчитывается на основе номинального давления и обеспечивает возможность работы трубы с величиной давления, равной номинальной.

Допустимое рабочее избыточное давление

Номинальное давление применяется только при рабочей температуре 20 °C. С повышением температуры нагрузка на трубу падает. В то же время, допустимое избыточное давление, соответственно, уменьшается. Данное значение указывает на максимальное избыточное давление, которое может находиться в трубопроводной системе при повышении значения рабочей температуры при расчете гидравлического сопротивления трубопровода.

Из чего делают трубопроводы?

При выборе материалов для изготовления трубопроводных систем учитываются характеристики, такие как параметры среды, подлежащей транспортировке по трубопроводу, и предварительное рабочее давление в этой системе. Следует также учитывать возможность коррозионного воздействия внутренней среды на материал стенок при гидравлическом расчете трубопроводов отопления.

Большинство трубопроводных систем изготавливается из стали. Серый чугун или нелегированные конструкции используются для изготовления трубопроводов при отсутствии высоких механических нагрузок и коррозионного воздействия.

При гидравлическом расчете трубопроводов отопления при высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с активным воздействием коррозии используется трубопровод из улучшенных стальных отливок.

номограмма для гидравлического расчета трубопроводов

Если средняя коррозионная стойкость велика, или строгие требования предъявляются к чистоте продукта, трубопровод выполняется из нержавеющей стали.

Если трубопроводная система должна противостоять влиянию морской воды, для его производства применяются медно-никелевые сплавы. Также используются алюминиевые сплавы и металлы, такие как тантал или цирконий.

Различные типы пластиков часто используются в качестве трубных материалов при гидравлическом расчете напорных трубопроводов, что обусловлено его высокой устойчивостью к коррозии, малой массой и простотой обработки. Такой материал подходит для трубопроводов сточных вод.

Трубопроводные элементы

Трубопроводы из пластмассы подходят для сварки и конструируются на месте монтажа. Такие материалы включают сталь, алюминий, термопластик, медь. Для подключения прямых секций труб применяются специально изготовленные фасонные элементы, например, разветвители и редукторы диаметра. Такие фитинги входят в систему любого трубопровода.

Специальные соединения используются для монтажа отдельных деталей и фитингов. Они также используются для подключения к трубопроводу необходимых клапанов и аппаратов.

Соединительные элементы выбираются в зависимости от следующих параметров:

  • Материалы, используемые для производства труб и фитингов. Основным критерием отбора является возможность сварки.
  • Условия работы: низкое или высокое давление и низкая или высокая температура.
  • Требования к производству для системы трубопроводов: наличие фиксированных или съемных соединений в системе трубопроводов.

таблица для гидравлического расчета трубопроводов

Линейное расширение труб и его компенсация

Геометрическая форма объектов может быть изменена как силовым действием, так и изменением их температуры. Эти физические явления приводят к тому, что трубопровод на стадии монтажа в безударных условиях и без температурного воздействия подвергается некоторому линейному расширению или сокращению, отрицательно влияя на его функциональные характеристики, при обслуживании из-за давления и температуры.

В случае, когда расширение не требуется для компенсации, происходит деформация системы трубопровода. В этом случае могут быть повреждены фланцевые уплотнения и соединения труб.

Термическое линейное расширение

При расчете гидравлического сопротивления трубопровода и монтаже следует учитывать потенциальное изменение длины из-за повышения температуры или, так называемое, тепловое линейное расширение. Эта величина равна значению линейного расширения труб длиной 1 м при повышении температуры на 1 °C.

Пример гидравлического расчета трубопроводов: Q = (Πd²/4)·w

Изоляция труб

В случае, когда высокотемпературная среда транспортируется по трубопроводу, ее следует изолировать, чтобы избежать потерь тепла. Если низкотемпературная среда транспортируется по трубопроводу, изоляция используется для предотвращения ее нагрева. В таких случаях изоляция выполняется с использованием специальных изоляционных материалов, обернутых вокруг труб.

Как правило, используются следующие материалы:

  • При низких температурах до 100 °C — жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан).
  • При средних температурах около 600 °С — в форме оболочек или минерального волокна, таких как каменная вата или стеклянный войлок.
  • При высоких температурах около 1200 °C — керамическое волокно (силикат алюминия).

гидравлический расчет трубопроводов отопления

Трубы с номинальным внутренним диаметром ниже DN 80 и толщиной слоя изоляции менее 50 мм изолированы, как правило, с помощью изоляционных формованных элементов. С этой целью две оболочки обернуты вокруг трубы и закреплены металлической лентой, а затем закрыты корпусом из оловянной пластины.

Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов

Трубопроводы с номинальным внутренним диаметром свыше DN 80 должны быть оснащены теплоизоляцией, имеющей нижнюю оболочку. Такая оболочка содержит зажимные кольца, скобы и металлическую облицовку из оцинкованной мягкой стали или нержавеющей листовой стали. Пространство между трубопроводом и металлическим корпусом заполнено изоляционным материалом.

Толщина изоляции рассчитывается как определение издержек производства и потерь, которые возникают из-за утраты тепла, и составляет от 50 до 250 мм.
пример гидравлический расчет трубопроводов

Таблица для гидравлического расчета трубопроводов

Правильный выбор изоляции трубопроводной системы решает многочисленные проблемы, такие как:

  • Избежание резкого снижения температуры окружающей среды и, как следствие, энергосбережения.

  • Предотвращение падения температуры в системах по транспортировке газа ниже точки росы, что исключает образование конденсата и может привести к серьезным разрушениям.

  • Избегание выбросов конденсата в паропроводах.

Пример:

Материал Скорость движения, м/с
Жидкость Самотек:
Вязкая субстанция 0,1 – 0,5
Маловязкие компоненты 0,5 – 1
Насос:
Всасывающий 0,8 – 2
Нагнетательный 1,5 – 3

Тепловая изоляция должна применяться по всей длине трубопроводной системы. Фланцевые соединения и клапаны должны быть снабжены формованными изоляционными элементами. Они обеспечивает беспрепятственный доступ к точкам соединений без необходимости удаления изоляционного материала из всей системы трубопроводов в случае, если произошел разрыв воздушной герметичности.

fb.ru

Что обязательно при гидравлическом расчете

В процессе монтажа и проведения расчета водопроводных труб нужно принять во внимание следующие нюансы:

  • сопротивление жидкости;
  • диаметр изделий;
  • разновидность трубопровода;
  • потребность в бесшумной работе системы.

Выполнение точных расчетов представляет собой очень трудоемкое и ответственное мероприятие, от точности осуществления которого напрямую будет зависеть надежность и долговечность работы водопроводной системы.

gidravlicheskij_raschet_trub_01

Подобный расчет может потребоваться в следующих случаях:

  1. При создании системы отопления, в которой применяется насос циркуляционный. В данном случае потребуется вычислить диаметр труб, а также нужный напор насосного оборудования.
  2. В процессе обустройства системы, предполагающей циркуляцию естественным путем, а также обратного трубопровода.

Основные особенности расчета

Процесс выбора труб для принудительного водопровода и варианта с естественной циркуляцией значительно отличается. Если речь идет о централизованной системе, то расчет диаметра водопропускного изделия происходит в соответствии с общей системой отопления квартир. А вот при автономном отоплении такой расчет будет осуществляться при учете следующих параметров:

  • материала, из которого производятся трубы;
  • типа циркуляции (естественная или посредством насоса);
  • скорости, с которой двигается поток воды;

gidravlicheskij_raschet_trub_06

  • давления жидкости в системе;
  • особенностей разводки отопительной системы;
  • вида теплоносителя, который используется в системе.

Чтобы определиться с точным диаметром и верно выполнить гидравлический расчет водопропускных труб, потребуется выбрать нужный материал:

  • изделия из пластика (основной их особенностью является доступная цена и простота монтажа);
  • трубы из меди либо стали (изделия дорогостоящие и требующие много времени и усилий в процессе установки);
  • изделия водопропускные металлопластиковые (такие трубы имеют внутренние стенки, изготовленные из пищевого полиэтилена).

gidravlicheskij_raschet_trub_05

САН САМЫЧ

Здравствуйте, уважаемые читатели «Сан Самыча». В комментариях было много вопросов о том, возможно ли поставить поверхностный насос или насосную станцию на таком-то расстоянии от источника воды. Потому как, если рассуждать теоретически, то насос, который может поднять воду с глубины в 8 метров, т.е. создающий разрежение в 0,8 атм., сможет подтянуть воду по горизонтальной трубе диаметром 32 мм и длиной аж 800 метров. Делая скидку (опять же чисто теоретически) на отличие теории от практики в два-три раза, получается, что насос просто обязан легко подтягивать воду по трубе длиной 250-300 метров. Не сможет и не подтянет. Давайте разбираться почему?

Где теряется сила насоса

Для начала давайте определим, что может мешать насосу или воде, движущейся по трубе к насосу. Ведь, когда дело касается напорной линии, все более или менее сходится с теорией гидравлического расчета, расхождения получаются небольшими. А всасывающая линия получается «заколдованной» и никак не хочет подчиняться результатам расчетов, только на небольших расстояниях. В чем может быть причина? Скорость потока воды, которая может создать дополнительное сопротивление во всасывающей линии, как правило, меньше, за счет большего диаметра трубы. Кардинальное же, принципиальное отличие всасывающей линии от напорной – заключается в том, что в первой создается разрежение или, по-другому, частичный вакуум, а во второй – избыточное давление. Для самой воды это большого значения не имеет, вода, как все знают, вещество не сжимаемое и не растягиваемое. А вот для воздуха… «Ну, во-от, опять воздух виноват», — скажут многие, — «И откуда же ему там взяться?» Да, опять воздух!.. Но он не тормозит воду, хотя и не без этого в некоторых случаях, о которых поговорим чуть позже. Нет, воздух просто «забирает силу» насоса, сажая разрежение, становясь от этого больше. Т.е. маленький пузырек воздуха, благодаря создаваемому насосом разрежению во всасывающей линии, становится больше в объеме. Подъемная же сила насоса уменьшается на величину выполненной насосом работы для увеличения объема этого пузырька. А если труба длинная? А если пузырьков много? И это не считая увеличения площади соприкосновения с водой, уменьшения площади сечения трубы и, соответственно, увеличения скорости потока в некоторых местах.

Откуда же берется воздух и почему его сложно удалить из трубы?

Поговорим о трубах

Давайте вспомним, какие трубы, обычно, используются для всасывающего трубопровода. Уточню, для длинного всасывающего трубопровода. Потому что если для короткого можно взять трубу ПНД 25-32 мм или специальный гофрированный шланг, то для длинного трубопровода это делать не желательно. Труба ПНД просто может сплющиться под действием внешнего атмосферного давления, а гофрированный шланг – элементарно дорог и неудобен. Соответственно, нам на выбор остаются металлические трубы, полипропиленовые и металлопластиковые. Есть еще ПВХ трубы, но они не рекомендуются для питьевой воды из-за содержания в них соединений хлора, да и не отличаются они почти от полипропиленовых.

Металлические – имеют большую шероховатость внутренних стенок и, как следствие, высокое гидравлическое сопротивление (в 4 раза выше пластиковых). Т.е. из них длинного трубопровода тоже особо не сделаешь, ведь мы говорим о сотнях метров, а не о десятках. И даже при десятках метров, трубы нужно соединять – сваркой или резьбой, их нужно перетаскивать и монтировать. И если шестиметровый отрезок трубы согнется на несколько сантиметров, вы заметите это?

Металлопластиковые трубы, впрочем, как и полиэтиленовые (ПНД, на всякий случай будем держать их в уме), поставляются, транспортируются и продаются свернутыми в кольцевые бухты диаметром метр-полтора. Получается, что перед монтажом их нужно выравнивать. Причем выравнивать тщательно, чтобы избежать образования перепадов по высоте, так называемых «домиков». Но как бы вы ни старались, какие-то перепады все равно останутся, пусть даже минимальные в несколько миллиметров. Запомним этот момент. Полипропиленовые — продаются «хлыстами» — отрезками длиной 2, 4, 6 метров. При монтаже их придется соединять муфтами. И при этом соединении велика вероятность нарушения соосности хлыстов. Кроме того, и сами полипропиленовые трубы достаточно гибкие. Так что и здесь нужно внимательно следить за геометрией труб при монтаже. Сделаем важный вывод из этой части разговора. При всем нашем желании и старании соблюсти идеальную, как на чертеже, геометрию всасывающего трубопровода невозможно, или это будет очень затратно по средствам и времени.

Погрешности приборов и человеческий фактор

Мало того, что сами трубы или их монтаж не позволяют достичь идеальной прямой для всасывающей линии, так это не позволят сделать имеющиеся приборы контроля. Горизонтальность монтажа, как правило, контролируется «уровнем» (ватерпасом). Не важно, на каком принципе работает ваш прибор: лазер это, гидроуровень, плавающий воздушный пузырек на линейке или обыкновенный отвес. Все они имеют свои погрешности и недостатки в применении. Погрешность же всего в полпроцента (это неплохая точность для бытовых приборов) это отклонение в полсантиметра на метр длины. Прикиньте, какая в результате может выйти ошибка, скажем при хотя бы 50 метрах, — это 25 сантиметров по высоте в лучшем случае.

Да что греха таить, Вы умеете правильно использовать «уровень»? Проверить его показания, увеличить точность, если понадобится. Вряд ли. Для этого нужно иметь большой опыт пользования этими приборами и последствий этого пользования. А без этого, увы, можно смело умножать и без того немалую погрешность этих приборов минимум на два.

Причем тут точность геометрии труб и приборов?

Да, вполне резонный вопрос: для чего ранее шел разговор о точности и погрешностях? Так все просто: чем длиннее мы задумываем всасывающий трубопровод, тем более идеальным его придется делать. И это происходит по нескольким причинам:

1. Чем больше объем воды должен быть во всасывающем трубопроводе, тем больше вероятности появления (образования, оставления) пузырьков остаточного воздуха, и тем больше усилий нужно прилагать насосу. А они, как мы помним, весьма ограничены, и практически не зависят от мощности насоса, потому что здесь «балом правит» атмосферное давление.

2. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше вероятности образования перепадов по высоте («домиков»), в том числе и очень протяженных, от чего их нехорошее влияние нисколько не уменьшается, а только увеличивается. 3. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше соединений труб мы вынуждены будем сделать в случае монтажа из «хлыстов», тем больше вероятность геометрических дефектов при соединении. А это потенциальные «карманы» для трудноудаляемого или не удаляемого воздуха. Как видите, причины для беспокойства есть. Давайте же оценим, насколько идеальным должен быть трубопровод, если его ставить на всасывающую линию и, как можно уменьшить вероятность этих ошибок.

Допустимые погрешности всасывающего трубопровода

Не знаю, как другие, я разделяю все воздушные пузыри в трубах на три категории: 1. Легко удаляемые 2. Трудно удаляемые и 3. Не удаляемые. Но смею напомнить, я не теоретик – я практик, поэтому это классификация сугубо личная и вряд ли еще где-то встречается.

Легко удаляемые пузыри воздуха, как следует из названия, легко удаляются проходящим протоком воды, следует лишь увеличить скорость этого потока или несколько раз изменить её. Они образуются в местах шероховатостей или неровностей внутренней поверхности труб, а также в местах соединений.

Трудно удаляемые пузыри образуются в местах перепадов высот трубопровода в случаях, когда перепад по высоте не превышает одного внутреннего диаметра трубопровода. Они могут быть удалены со временем, в результате постоянного воздействия потока переменной скорости. Обычно это происходит при включениях насоса, когда скорость воды очень быстро увеличивается. После нескольких десятков или даже сотен включений насоса такой пузырь уничтожается. И последние, не удаляемые пузыри, образуются в местах перепадов высот трубопровода более одного внутреннего диаметра. В результате воздушный пузырь запирается окружающей его водой, и удалить его полностью без внешнего воздействия не представляется возможным. А теперь обратите внимание на размерность величины определяющей неудаляемость воздушного пузыря, это внутренний диаметр трубопровода вне зависимости от его длины. Т.е. короткий всасывающий трубопровод – погрешность один внутренний диаметр, длинный всасывающий трубопровод – погрешность та же. Замечаете разницу: соблюсти абсолютное отклонение, допустим, в 3 см на 10 метров, или те же 3 см на 100 метров. Как говорится, почувствуйте теорию относительности в действии.

Как уменьшить влияние погрешностей при монтаже всасывающей линии

Уж простите мне мое философствование, всегда считал и считаю, что человек должен иметь право на ошибку. А уж как добиться этого права – это другой вопрос. В нашем случае этого можно добиться несколькими способами, основные из которых это:

1. Увеличение внутреннего диаметра всасывающего трубопровода. Соответственно, увеличится и наружный. Т.е. мы увеличиваем абсолютную допустимую погрешность всасывающей линии.

2. Монтаж всасывающего трубопровода с уклоном. И если по первому пункту, по-моему, дополнительных пояснений делать не нужно, то по второму – следует сделать расшифровку.

Заметьте, я не стал уточнять в какую именно сторону нужно делать уклон, к источнику воды или от него. А все потому, что уклон трубопровода – это универсальное «средство борьбы» с перепадами по высоте, типа «домиков». Удалить же воздух из заранее известных мест трубопровода – это чисто технический момент.

Действительно, при соблюдении уклона хотя бы в один внутренний диаметр трубы на расстояние всасывающей линии, мы увеличиваем допустимое отклонение по вертикали вдвое, т.е. вдвое уменьшаем шансы сделать «домик» с НЕ удаляемым воздушным пузырем. А если сделать уклон больше и относительным, например, один внутренний диаметр на один погонный метр, тогда наши ошибки на расстоянии в один метр, практически, нивелируются. Правда, тогда появляется еще и вертикальная составляющая потерь, но, в большинстве случаев, её можно просто учесть при расчетах.

Как сделать длинный всасывающий трубопровод

Итак, давайте подведем итоги нашего слегка затянувшегося разговора о длинных всасывающих трубопроводах. Исходя из всего вышеизложенного, можно вывести несколько условий, соблюдая которые вы сделаете длинный всасывающий трубопровод. А уж какой он будет длины и будет ли он работать зависит от вас и от тщательности выполнения этих условий. 1. Труба должна быть жесткая, чтобы выдержать внешнее воздействие атмосферного давления. Это может быть металл, металлопластик или полипропилен. Или другой материал, соответствующий данному условию. 2. Диаметр трубы должен быть, как можно больше, для уменьшения абсолютной погрешности при монтаже трубопровода. С другой стороны, увеличение объема воды в трубопроводе приведет к увеличению оставшегося там воздуха. Оптимальный диаметр длинного всасывающего трубопровода – 32, 40, максимум 50 мм. 3. Труба должна быть максимально прямой, выровненной, чтобы избежать образования локальных и протяженных перепадов по высоте, так называемых, «домиков». 4. Для уменьшения влияния погрешностей при монтаже трубопровода труба должна быть уложена с уклоном в какую-либо сторону (лучше к источнику воды). Чем больше уклон, тем меньше будут влиять ваши ошибки на конечный результат. При этом нельзя забывать о выполнении предыдущего пункта. 5. Должно быть как можно меньше соединений при монтаже всасывающего трубопровода. В идеале, их должно быть всего два: 1. Соединение с насосом; 2. Соединение с обратным клапаном. Все соединения должны быть герметичными не только по воде, но и по воздуху, чтобы избежать подсосов. 6. Недопустимо как-либо увеличивать гидравлическое сопротивление всасывающей линии. Это значит, что нельзя ставить перед насосом картриджные фильтры. Максимум, что можно себе позволить, это фильтры–сетки или грубые фильтры в 300-400 мкм, имеющие минимальное гидравлическое сопротивление. Собственно, это все. Конечно, можно добавить, что грубые фильтры нужно периодически чистить, что нужно предусмотреть некие мероприятия для борьбы с замерзанием воды в трубах и так далее. Но напрямую это к теме нашего разговора не относится. Поэтому, с Вашего позволения, уважаемые читатели «Сан Самыча», я поставлю точку в нашей, надеюсь плодотворной, беседе. Посему, до новых встреч. Пока.

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВСАСЫВАЮЩИХ И НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Надежность работы насосной станции и удобство ее обслуживания во многом зависят от выбранной схемы коммуникаций трубопроводов, их переключений и взаимного расположения.

Всасывающие трубопроводы служат для надежного, бесперебойного и с наименьшими потерями подвода воды к насосу, поэтому они являются одним из наиболее ответственных элементов насосной станции. Для обеспечения надежности подачи воды потребителям количество всасывающих линий к насосной станции независимо от числа и групп установленных насосов, включая пожарные, должно быть не менее двух. При выключении одной линии остальные должны быть рассчитаны на пропуск полного расчетного расхода для насосных станций I и II категорий и 70% расчетного расхода для III категории. Устройство одной всасывающей линии допускается для насосных станций III категории.

Всасывающие трубопроводы при небольшом числе насосов и значительной высоте всасывания, а также в большинстве станций 1-го подъема предусматриваются отдельно для каждого насоса. При большом числе насосов (в том числе и резервных) устраивают коллектор, объединяющий всасывающие патрубки насосов.

Основным требованием, предъявляемым к всасывающим трубопроводам, является их воздухонепроницаемость. При недостаточной герметичности всасывающего трубопровода нарушается нормальная работа насоса.

Для обеспечения минимальных потерь напора и уменьшения геометрической высоты всасывания всасывающие трубопроводы должны быть по возможности короткими с небольшим количеством фасонных частей: колен, отводов, тройников. В местах изменения диаметров трубопроводов следует применять эксцентрические переходы.

Всасывающий трубопровод, как правило, должен иметь непрерывный подъем к насосу не менее 0,005. Уклон выполняется для того, чтобы воздух, выделяющийся из воды, свободно двигался с водой к насосу. Для обеспечения устойчивой работы насосов во всасывающих трубах не должно образовываться воздушных мешков.

На всасывающих линиях каждого насоса запорная арматура устанавливается у насосов, расположенных «под заливом» или присоединенных к общему всасывающему коллектору. Данное решение обеспечивает возможность демонтажа насосов при любых условиях их работы. В насосных станциях III категории допускается установка на всасывающем трубопроводе приемных клапанов диаметром до 200 мм.

Чтобы во входное отверстие всасывающей трубы не попадал воздух при образовании вихревых воронок в приемной камере или колодце, входная часть приемной воронки должна быть заглублена ниже поверхности минимального уровня в камере (или колодце) не менее чем на 1,5 диаметра входного отверстия.

При определении диаметров всасывающих трубопроводов скорость движения воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм принимается в пределах 1—2 м/с, при диаметре более 250 мм — 1,2—1,6 м/с.

Количество напорных линий от насосных станций I и II категорий должно быть не менее двух. Для насосных станций III категории допускается устройство одной напорной линии. Обычно прокладывают два напорных водовода, и только в редких случаях на крупных насосных станциях предусматривают три и более водоводов. Кроме того, на напорных трубопроводах устраивают коллекторы, позволяющие подавать воду в различные водоводы, а также устанавливают задвижки для регулирования подачи насосов, их отключения и переключения на подачу в другой водовод в случае повреждения основного, обратные и предохранительные клапаны, водомеры и манометры.

Обратный клапан устанавливается между насосом и запорной арматурой. При ремонте обратного клапана его можно отключить от напорного водовода с помощью задвижки. Обратные клапаны рекомендуется размещать на напорных водоводах за пределами насосной станции в специальных колодцах или камерах, что способствует более надежной эксплуатации насосной станции и позволяет уменьшить ее габариты.

Скорость движения воды в напорных трубопроводах внутри станции для труб диаметром менее 250 мм принимается в пределах 1,5—2 м/с, для труб диаметром более 250 мм — 2—2,5 м/с.

Размещение запорной арматуры на всасывающих и напорных трубопроводах должно обеспечивать возможность замены или ремонта любого насоса, обратных клапанов и основной запорной арматуры, а также проверки характеристики насосов без нарушения требований по обеспечению подачи воды.

Всасывающие и напорные коллекторы с запорной арматурой располагают в здании насосной станции, если это не вызывает увеличения пролета машинного зала.

Трубопроводы в насосных станциях, а также всасывающие линии за пределами машинного зала, как правило, выполняются из стальных труб на сварке с применением фланцев для присоединения к арматуре и насосам.

Трубы в помещении насосной станции прокладываются в каналах, в подвальных помещениях — под полом машинного зала и над полом насосной станции, в верхней части помещения — над агрегатами. Последний вариант прокладки используется в исключительных случаях. Всасывающие и напорные трубопроводы в помещениях насосных станций, как правило, прокладываются над поверхностью пола.

Прокладку над полом машинного зала применяют в незаглу- бленных насосных станциях обычно при трубах диаметром 300— 500 мм и более, а в заглубленных насосных станциях — при трубах любого диаметра. Расстояние от пола до низа трубы принимается равным 300 мм для труб диаметром до 400 мм и 500 мм — для труб диаметром 500 мм и более. При прокладке труб над полом необходимо устраивать переходные мостики, лестницы и настилы. В каналах прокладываются трубы диаметром менее 300 мм.

В насосных станциях, заглубленных на 5—6 м и более, можно прокладывать трубы в машинном зале на подвесках или кронштейнах. При этом высота подвески труб должна обеспечивать свободный проход под ними.

После монтажа трубопроводы испытывают гидравлическим давлением на плотность и прочность.

Все трубопроводы как в пределах насосной станции, так и за ее пределами (проложенные в грунте) защищают от наружной коррозии соответствующей изоляцией.

САН САМЫЧ

  Здравствуйте уважаемые читатели «Сан Самыча«. Смешно иногда слушать продавцов-консультантов, когда они пытаются искренне помочь «правильно» подобрать насосную станцию. Глубина всасывания, напор, расход, мощность электродвигателя, рассчитывая характеристики на ходу, они умудряются все перепутать и запутаться самим. Для нас, уважаемый читатель, важно понять, что производитель указывает максимально возможные характеристики насоса. И они, конечно, связаны с параметрами Вашей системы водоснабжения, но они не совпадают, и не могут совпадать.

Да, насос способен поднять воду с глубины в восемь метров, но тогда смело скидывайте с напора те же восемь метров или 0,8 бар (атмосфер, кгс/см2).

Да, насос выдаст 45 метров напора (4,5 бар, атм., кгс/см2), но при условии, что Вы не будете с него требовать расхода вообще, а источник воды будет на уровне насоса.

Да, насос будет перекачивать 50 литров в минуту (3 куб. метра в час), но тогда грех добиваться от него хоть какого-то давления. Радуйтесь, что он выдает Вам эти пять ведер в минуту!

Впрочем, производитель и не скрывает этого. В любом паспорте насоса и насосной станции можно найти зависимости расхода от давления на напоре данного насоса, оформленные в виде графика или таблицы. А уже сам покупатель решает: устраивают его данные характеристики или нет.

Что нужно для расчета характеристик насоса?

Для расчета необходимых характеристик насоса нужны некоторые сведения о будущей системе водоснабжения. И мне кажется, Вы, как хозяин своего дома без труда озвучите или выясните их.

К этим сведениям относятся:

— расстояние по вертикали от зеркала воды источника водоснабжения до предполагаемого места установки самого дальнего смесителя в метрах. Причем желательно учесть сезонные колебания этого расстояния и, так называемые, динамические, когда зеркало воды опускается из-за того, что Вы берете воду. Чем точнее Вы определите это расстояние, тем точнее будет расчет, потому что вертикальная составляющая потери напора, обычно, самая большая.

— расстояние по горизонтали от источника воды до самого дальнего смесителя, рассчитанное исходя из предполагаемого маршрута прокладки трубы. Это расстояние можно измерить не так точно, точность плюс-минус один метр вполне сойдет.

— примерное предполагаемое место установки насоса или насосной станции в сборе. Соответственно, с вертикальным расстоянием, желательно, определиться поточнее.

— диаметры и материал предполагаемых к использованию в системе труб. Сейчас, обычно, используют пластиковые трубы, а у них у всех примерно равные показатели шероховатости, поэтому, по большому счету, значение имеют только диаметры предполагаемых труб и их длина. К слову, распространенная в интернете формула для расчета водоснабжения: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру по вертикали, мягко сказать, не всегда верна. В дальнейшем я расскажу почему.

— Желательно, конечно, определиться с количеством уголков, тройников, кранов и других элементов системы, называемых «местными сопротивлениями». Но я понимаю, что это довольно сложно, по крайней мере, на данном этапе. Поэтому, по нашему обоюдному согласию, заменим это все, скажем, 10-процентным запасом по напору.

Ну, а при монтаже системы, не забывайте простое правило: Чем меньше соединений, тем меньше вероятность, что у Вас что-то потечет. К этому стоит добавить, что и потери напора тоже будут меньше.

Да!!!, и самое главное, Вы должны определиться, сколько потребителей (смесители, душ, бачок унитаза, стиральная или посудомоечная машина, уличный кран для полива и прочее) будут у Вас работать одновременно без существенной потери напора. Потому что от этого очень многое зависит.

Ниже, я собрал в таблицу потери напора в горизонтальной пластиковой трубе длиной 10 метров в зависимости от диаметра трубы и количества потребителей, рассчитанные с помощью специальной программы. По-моему, получилось очень показательно.

Потеря напора в метрах водного столба на горизонтальном участке пластиковой трубы длиной 10 метров в зависимости от внутреннего диаметра трубы и количества потребителей.

Внутренний диаметр трубопровода

12 мм

16 мм

20 мм

26 мм

1 потребитель (расход 0,2 л/с или 12 л/мин)

4,05

1,0

0,35

0,1

2 потребителя (расход 0,4 л/с или 24 л/мин)

14,09

3,49

1,16

0,33

3 потребителя (расход 0,6 л/с или 36 л/мин)

29,49

7,23

2,52

0,7

Из таблицы видно, что формуле: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру вертикальной, соответствует только труба внутренним диаметром 16 мм (это металлопластик или полипропилен наружным диаметром 20 мм) в расчете на одного потребителя. И это правило никак нельзя назвать универсальным.

Стоит также добавить, что, даже заменяя участки существующей системы на трубы большего диаметра, Вы, тем самым, снижаете сопротивление трубопроводов системы в целом, увеличивая напор на выходе из смесителей.

 Пример расчета характеристик насосной станции.

«Все это хорошо, — скажете Вы, — Но как же считать?!» Давайте посчитаем вместе.

 Задача. Сделать гидравлический расчет водопроводной системы при условии что:

— Имеется скважина глубиной 18 метров, зеркало воды в которой находится на глубине не больше 10 метров от поверхности земли.

— Насос или насосную станцию предполагается поставить над скважиной в кессон глубиной 2,5 метра.

— От скважины до дома расстояние 13 метров.

— Внутри дома предполагаемое горизонтальное расстояние по маршруту прокладки трубы – 9 метров.

— Предполагаемые вертикальные расстояния: от пола до смесителя – 1,1 метра, от пола до излива  душа – 2.2 метра, от уровня земли до пола – 1,2 метра.

— Предполагаемая труба на всасе насоса: металлопластик наружным  диаметром 26 мм и длиной 10 метров. На напоре: от насоса до дома – полиэтилен наружным диаметром 25 мм, длиной 18 метров, разводка в доме – полипропилен наружным диаметром 20 мм, длиной 9 метров.

— Рассчитывать нужно на использование одновременно двух потребителей.

Для начала, давайте приведем в порядок все эти сведения. Общее вертикальное расстояние от зеркала воды до самого дальнего потребителя (излив душа) будет равняться:

10 м + 1,2 м + 2,2 м = 13,4 метра.

Расстояние по вертикали от насоса до зеркала воды:

10 м – 2,5 м = 7,5 метров.

Горизонтальные расстояния нам, собственно, нужны только для определения длины труб, а эти сведения у нас уже есть. Длина трубы на всасе, которую нужно учесть при расчете – это расстояние от зеркала воды до насоса, т.е. 7,5 метров. В принципе, насос должен осилить эти метры, но это число нужно запомнить и проверить перед поиском подходящего насоса.

Общая потеря напора по вертикали нами уже определена, это 13,4 метра. Теперь найдем потерю напора в трубах из-за движения по ним воды. Металлопластиковая труба наружным диаметром 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм, такой же внутренний диаметр у полиэтиленовой трубы, которую предполагается проложить от кессона к дому, поэтому:

18/10*1,16 = 2,088 м

Это потеря напора в полиэтиленовой (ПНД) трубе, ведущей к дому.

Особо не мудрствуя, я взял потерю напора для этого диаметра, 20 мм, и двух потребителей из своей же таблицы и нашел потерю напора для нужной нам длины трубопровода, помня о том, что в таблице указана потеря напора для длины в 10 метров.

Однако для оценки стабильности работы насоса нужно найти полное сопротивление трубы на всасе:

7,5/10*1,16 = 0,87 метра

и общая потеря напора на всасе будет равна:

0,87 + 7,5 = 8,37 метра,

что очень близко к критическим 9 метрам, максимально возможной глубине всасывания насоса. Поэтому, желательно, либо увеличить глубину кессона, хотя бы до 3 метров, либо использовать насосную станцию с внешним эжектором, что намного дороже. Еще вариант, увеличить диаметр всасывающего трубопровода до 32 мм, тогда общее сопротивление трубы уменьшится.

Давайте выберем вариант по надежней: увеличим диаметр трубы на всасе, поменяв её на металлопластик с наружным диаметром 32 мм (внутренний, соответственно, 26 мм) и «опустим» кессон на полметра. Общая высота подъема воды при этом нисколько не изменится. Мы лишь подвинем насос поближе к воде.

7/10*0,33 = 0,231 метра, и

7,0 + 0,231 = 7,231 метра,

Что уже вполне приемлемо, и с поиском нужного насоса, скорее всего, проблем не будет.

Полипропиленовая труба с наружным диаметром 20 мм имеет внутренний диаметр 16 мм, и потеря напора на ней составит:

9/10*3,49 = 3,141 метра

Теперь сложим все, что мы вычислили:

13,4 + 2,09 + 0,23 + 3,14 = 18,86 метра

И прибавим к этому оговоренные нами ранее десять процентов на потерю в местных сопротивлениях:

18,86 +10% = 20,75 метра.

Но это лишь тот напор, который должен преодолеть насос, чтобы вода просто полилась из смесителя. Чтобы вода пошла из смесителя под напором, к этому нужно добавить так называемый «свободный напор». По стандартам он должен быть не меньше 3 метров, исходя же из практических соображений, лучше закладывать в расчет число побольше, в разумных, конечно, пределах, например, 15 метров. Этого хватит на преодоление сопротивления в различном подключаемом нами оборудовании: бойлер, стиральная и посудомоечная машина и т.д.

Таким образом, мы получаем желательные характеристики насоса:

20,75 + 15 = 35,75, т.е. примерно 36 метров,

Но не меньше 20,75 + 3 = 23,75, т.е. примерно 24 метра.

При этих напорах насос должен выдавать нам 24 литра в минуту или 1,44 кубометра в час.

Напомню, это не те характеристики, которые написаны на шильдике насоса, а те, которые насос должен реально выдавать при этом напоре и расходе.

Как это узнать? Читаем дальше…

Насос, насосная станция водоснабжения

Поверхностные насосы (станции водоснабжения) предназначены для перекачки чистой воды и неагрессивных жидкостей. Они устанавливаются вне перекачиваемой среды, способны забирать воду с глубины до 8, 9 метров (в зависимости от производителя). Насос Aquario подъем с 8 метров, но производитель не рекомендует использовать их ниже 7,5 метров.

Требования для перекачиваемой жидкости:

  • это чистая вода, не содержащая длинноволокнистые включения;
  • размер твердых веществ — не более 1 мм;
  • содержание твердых взвешенных частиц — не более 50 г/куб.м.

Варианты применения насосов и насосных станций

В простых системах, где требуется просто подача воды под давлением без автоматического управления работой насоса, достаточным будет использование насоса без дополнительных устройств:

Система водоснабжения из колодца, скважины

Для водоснабжения дома удобнее использовать автоматическую насосную станцию. В отличии от простого насоса, насосная станция автоматически включается и выключается в зависимости от пользования водой и постоянно поддерживает давление в системе водоснабжения.

Система водоснабжения из колодца, скважины

Система водоснабжения при наличии магистрального водопровода с недостаточным давлением

Для повышения давления в магистральном трубопроводе рекомендуется использовать автоматическую насосную станцию совместно с промежуточной накопительной ёмкостью. Вода из магистрального водопровода сначала наполняет промежуточную ёмкость, а потом оттуда забирается насосной станцией и под давлением поддается потребителю.

Система водоснабжения при наличии магистрального водопровода с недостаточным давлением

ВАЖНО!

НЕ рекомендуется подключать насос или насосную станцию напрямую к магистральному водопроводу (рисунок ниже). Поскольку в этом случае, невозможно гарантировать поступление воды в насос и возникает риск работы насоса без воды. Либо наоборот, возможна подача чрезмерного давления, которое может повредить насос. При выборе данной схемы необходимо обязательно доукомплектовать насос дополнительными средствами защиты от работы без воды и от чрезмерного входного давления.

Система водоснабжения с насосной станцией

Насосная станция — это автоматический агрегат, в состав которого кроме насоса входят: гидроаккумулятор, реле давления, контрольная и соединительная аппаратура. Функционально насосная станция отличается от насоса тем, что она постоянно поддерживает давление в системе водоснабжения и автоматически включается/выключается в зависимости от пользования водой.

Гидроаккумулятор насосной станции представляет собой металлический резервуар с установленной в нем мембраной из специальной резины и предварительно закачанным под определенным давлением, воздухом. Воздух закачивается через ниппель, расположенный под пластиковой крышкой в задней части гидроаккумулятора.

Гидроаккумулятор насосной станции и его составляющие

Реле давления — это электромеханическое устройство, реагирующее на давление воды в системе водоснабжения, и в зависимости от величины этого давления, замыкающее или размыкающее цепь электропитания насоса. Настройку реле давления можно менять.

Принцип действия насосной станции

При запуске насосной станции и пользовании водой насос включается автоматически и начинает качать воду потребителю.

Принцип действия насосной станции

После закрытия крана, насос качает воду в гидроаккумулятор, расширяя мембрану и повышая давление в систему.

Принцип действия насосной станции 2

После того, как давление достигнет определенного (настроенного заранее) значения (давление отключения), реле выключит насос.

Принцип действия насосной станции выключение реле

При начале водозабора, вода, находящаяся в мембране гидроаккумулятора под давлением, начинает подаваться потребителю. При этом давление в системе начинает уменьшаться, а насос остается выключенным.

Принцип действия насосной станции выключение реле 2

Как только давление в системе понизится до определенного (настроенного) значения (давления включения), реле включает насос, и цикл повторяется.

Принцип работы автономной системы водоснабжения

Принципиальной разницы между установкой насоса и насосной станции нет, поэтому мы покажем вам примеры установки на примере насоса.

Всасывающий трубопровод

Всасывающий трубопровод — наиболее ответственный участок для системы с поверхностным насосом. Ошибки при выборе диаметра трубы и монтаже на этом участке наиболее критичны для нормальной работы насоса.

В качестве всасывающего трубопровода рекомендуется использовать жесткие металлические или пластиковые трубы, а так же несминаемые гибкие армированные шланги. При монтаже старайтесь минимизировать количество резких сужений, расширений и поворотов всасывающего трубопровода.

Ключевые параметры всасывающей магистрали (рисунок ниже):

  • Нвс.факт — высота всасывания фактически (расстояние по вертикали от поверхности воды в источнике до входного отверстия насоса);
  • L — общая длина всасывающего трубопровода;
  • dвс. — внутренний диаметр всасывающего трубопровода.

Монтаж насоса, насосной станции

Для подбора насоса рекомендую воспользоваться нашим калькулятором подбора — Подбор насоса, насосной станции

ВАЖНО!

При монтаже магистрали трубопровода необходимо обеспечить непрерывный уклон трубы от насоса к источнику водозабора не менее 1 градуса, для исключения скопления пузырьков воздуха и образования воздушных пробок.

Монтаж насоса, насосной станции 2

ВАЖНО!

Для облегчения заполнения насоса и всасывающей магистрали водой перед пуском и предотвращения ее вытекания из системы при отключении насоса, необходимо установить на всасывающей трубе обратный клапан с сетчатым фильтром.

В случае работы насоса с подпором (вода сама поступает в насос из магистрали или емкости) также необходима установка обратного клапана на всасывающей магистрали сразу же на входе в насос.

Напорный трубопровод

К напорному трубопроводу не предъявляется таких жестких требований, как к всасывающему. Можно порекомендовать не заужать без необходимости диаметр труб, чтобы не создавать дополнительных потерь напора и производительности при подаче воды потребителю.

Мне нравится!5 Мне не нравится!0

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь своим опытом, так же принимается любая конструктивная критика, готов обсуждать. Не забывайте делиться полученной информацией с друзьями.

Трубопроводы насосной станции

Трубопроводы насосной установки подразделяются на всасывающие и напорные, внутристанционные и наружные. Разные условия работы заставляют по-разному проектировать всасывающие и напорные трубопроводы. Разными принципами руководствуются при выборе материала и экономически выгодного диаметра наружных и внутристанционных трубопроводов.

Наружные напорные водоводы. При выборе их материала в первую очередь следует ориентироваться на неметаллические трубы: асбестоцементные, пластмассовые и железобетонные. Асбестоцементные рекомендуется применять для подачи технической воды при диаметрах до 500 мм включительно и напорах, не превышающих 120 м. При диаметрах свыше 500 мм и напорах до 90 м рекомендуется применять железобетонные трубы. При больших напорах, в условиях предприятий и населенных мест со сложными подземными коммуникациями, а также в других случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании водоводы могут проектироваться стальными или чугунными.

Диаметры водоводов выбираются с учетом стоимости труб, производства работ и эксплуатационных затрат на электроэнергию, определяемых гидравлическим сопротивлением в трубопроводах. Чем меньше диаметр труб, тем меньше их строительная стоимость, однако, тем больше гидравлическое сопротивление и затраты на электроэнергию.

Оптимальным считается вариант с наименьшими суммарными затратами.

Расчетный расход одного напорного водовода

, (10)

где Qн.с – расчетная подача насосной станции; nн.в – число напорных водоводов.

Число напорных водоводов от станций I и II категории принимается не менее двух. Если при двух водоводах их диаметры оказываются более 1400 мм, то число водоводов увеличивают.

Для каждого диаметра при определенных условиях строительства и эксплуатации, характеризуемых так называемым экономическим фактором Э, существуют определенные расходы, при которых экономически оправдано применение именно этого диаметра.

Таблица 3

Предельные экономические расходы, л/с, для трубопроводов из разных материалов при Э = 1

Условный проход, мм Трубы
стальные чугунные асбесто- цементные железобетон­ные пластмас­совые
10,6 8,4 9,2 9,2
19,8 22,4 19,9
406, 407, 32,6
65,3 65,3 61,5
95,6 81,5

В табл. 3 для труб соответствующего материала и диаметра приводятся предельные наибольшие экономические расходы для условий, характеризуемых значением экономического фактора Э = 1.

Для выбора экономически выгодного диаметра по этой таблице вычисляют расход, приведенный к значению экономического фактора, равному единице

(11)

Пример. Определить диаметр стального водопровода при Qн.в = 800 л/с и σ =1,2 коп./(кВт·ч).

.

Определяем приведенный расход:

л/с.

Для расхода 725 л/с по табл. 3 принимаем трубопровод диаметром 900 мм.

Наружные всасывающие водоводы. Число линий таких водоводов на насосных станциях должно быть не менее двух. При выключении одной линии остальные должны быть рассчитаны на пропуск 100 % расчетного расхода для насосных станций I и II категории и 70 % расчетного расхода для III категории.

Расчетный расход одного всасывающего водовода определяется по формуле

, (12)

а для насосных станций III категории – по формуле

, (13)

где Qн.с – максимальная подача насосной станции; nв.в – число всасывающих водоводов.

Для водоводов, в которых возможен вакуум, рекомендуется принимать стальные трубы. Всасывающий трубопровод должен иметь непрерывный подъем к насосу с уклоном не менее 0,005. Диаметр всасывающего водовода выбирается с учетом рекомендуемых скоростей (табл. 4).

Внутренние трубопроводы насосных станций. Внутренние трубопроводы следует выполнять из стальных труб, соединенных на сварке. Диаметры труб внутри насосных станций принимаются несколько меньшими, чем для наружных водоводов, так как от размеров труб зависят размеры и стоимость здания насосной станции. Скорости движения воды, рекомендуемые СНиП для внутристанционных трубопроводов, приводятся в табл. 4.

Таблица 4

Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций

Диаметр труб, мм Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с
во всасывающем в напорном
≤ 250 0,6–1 0,8–2
300–800 0,8–1,5 1,0–3
> 800 1,2–2 1,5–4

Диаметры внутристанционных трубопроводов должны соответствовать стандартным диаметрам выпускаемой арматуры (задвижек, обратных клапанов), которая размещается на них. Диаметры труб, как правило, больше диаметров патрубков насосов и соединяются с ними переходами. Трубопроводы внутри насосной станции могут располагаться (рис. 13) над поверхностью пола с устройством мостков над трубопроводами; в мелких каналах – когда маховик задвижки возвышается над полом; в глубоких каналах; на кронштейнах у стен машинного зала; в подвалах.

Рис. 13. Способы размещения трубопроводов в машинном зале: I – над полом; II – в мелких каналах; III – в глубоких каналах;

IV – на стенах

Размеры каналов и минимальное удаление труб от стен и пола назначаются из условия возможности монтажа и обслуживания арматуры по табл. 5.

Таблица 5

Рекомендуемые размеры к размещению трубопроводов в машинном зале (см. рис. 13)

Размер, мм dy ≤ 400 При наличии арматуры При отсутствии арматуры
dy = = 450...600 dy > 600 dy = = 450...600 dy > 600
a
b
h
c
H

Трубопроводы могут размещаться комбинированно: часть – над полом, часть – в каналах и т.п.

Фасонные части. Фасонные части на трубах внутри насосных станций, как правило – стальные сварные. Стандартные размеры и вес фасонных частей для спецификации следует брать по справочнику. Ориентировочно при компоновке машинного зала их размеры можно принимать по рис. 14.

Рис. 14. Сварные фасонные части

Длина колена Lк (радиус закругления) принимается равной dy или 1,5dy. Длина переходов принимается Lп = (4...7) · (Dy – dy). У тройников Lт = 2Dy + С, где С ≥ 150 мм при Dу ≤ 150 мм и С ≈ ≈ 100 мм при Dy > 150 мм.

Расстояние до фланца на боковом подключении L = 0,5 Dy + + b, где b = 150 мм при dy ≤ 300 мм и b = 200 мм при dy > 300 мм.

Фланцевые соединения применяются при соединении трубопроводов с насосами в местах установки арматуры. Фланцы требуют постоянного внимания при эксплуатации, поэтому установка лишних фланцев не рекомендуется.

Всасывающие трубопроводы, давление в которых меньше атмосферного, должны проектироваться так, чтобы исключить возможность образования в них воздушных мешков.

Рис. 15. Устройства для прохода трубопроводов через стену: а – ребристый патрубок; б – сальник с нажимным устройством; в – набивной сальник; 1 – корпус; 2 – кольцевое ребро; 3 – фланец; 4 – уплотнитель; 5 – фланцевый нажимной патрубок; 6 – шпилька; 7 – упорное кольцо; 8 – сальниковая набивка; 9 – зачеканка

Пропуск труб через стены зданий насосных станций.Жесткая заделка труб в стены осуществляется с помощью ребристого патрубка, который омоноличивается в нужном месте при бетонировании стены (рис. 15, а). Приварное ребро увеличивает прочность заделки и уменьшает фильтрацию вдоль трубы. Концы патрубка могут быть гладкими (под сварку) или с приварными фланцами. Жесткая заделка труб применяется чаще всего в стенах внутри станций водоотведения и насосных станций I подъема совмещенного типа.

Гибкая заделка применяется в тех случаях, когда возможно повреждение труб при осадке здания, тепловых расширениях, в сейсмических районах. Она облегчает разъем фланцевых соединений при монтажных работах. При гибкой заделке используются сальниковые уплотнения двух типов: с нажимным устройством и без него (рис. 15, б, в). В обоих случаях корпус сальника омоноличивают в стене сооружения до пропуска через нее трубы. Диаметр патрубка корпуса принимается приблизительно на 50 мм больше диаметра пропускаемой трубы. Уплотнения выполняют в виде резиновых колец или просмоленного пенькового жгута. Затяжку и периодическую подтяжку сальника производят с помощью нажимного фланцевого патрубка, располагаемого со стороны сухого помещения. Сальники с нажимным устройством обладают хорошей эластичностью, надежностью и водонепроницаемостью, но в изготовлении сложнее ребристых патрубков. Поэтому их применяют в наиболее тяжелых условиях; ниже устойчивого уровня грунтовых вод, в стенах, отделяющих машинный зал от приемного резервуара в совмещенных насосных станциях, если это вызвано условиями монтажных работ.

Значительно проще по конструкции – сальник без нажимного устройства. В его корпусе отсутствует фланец, а внутри корпуса установлено упорное кольцо и два бурта.

Между упорным кольцом и буртом помещают набивку из просмоленной пеньковой пряди. Концы сальника зачеканивают асбестоцементной массой и заделывают битумной мастикой. Применяются такие сальники в маловлажных грунтах. В сухих грунтах в качестве набивки можно применять паклю и ветошь.

1.7. Построение графика совместной работы насосов и водоводов

Фасонные части и арматура обусловливают гидравлические потери напора в насосной станции hн.с. Эти потери вместе с потерями в водомерных устройствах hвдм и во всасывающих и напорных водоводах (hв.в и hн.в) составляют общие потери напора в насосной установке и вместе со статическим напором определяют необходимый напор насосов:

Н = Нст+ hв.в+ hн.с+ hвдм + hн.в = Нст + Σhω. (14)

Потери напора в насосной установке Σhω зависят от расхода, а подача (расход) насосов, в свою очередь, зависит от развиваемого ими напора, т.е. и от Σhω. Окончательные параметры (подача, напор) параллельно соединенных насосов, подающих воду по системе напорных водоводов, определяются после построения графика совместной работы насосов и водоводов. Для этого необходимо построить характеристику трубопровода – график, который показывает, какой напор должны развивать насосы для того, чтобы подать через систему всасывающих водоводов, трубопроводов внутри насосной станции и напорных водоводов расход Qн.с. На рис.16 представлены схема трубопровода, положение пьезометрических линий при подаче разных расходов и характеристика трубопровода.

а б

Рис. 16. К построению характеристики трубопровода: а – высотная схема; б – характеристика трубопровода

Пример графика совместной работы насосов и водоводов приведен на рис. 17. Как видно из схемы водоводов насосной станции на рис. 17, а, гидравлические потери в разных трубопроводах определяются разными расходами (Qв.в, Qн, Qн.в), зависящими от числа водоводов и насосов.

Рис. 17. Параллельная работа 4 насосов на два водовода с перемычками: а – схема водовода; б – характеристики насосов и водоводов

Потери напора во всасывающем водоводе определяются по формуле

, (15)

где 1000 · i – потери напора на 1 км трубопровода в метрах водяного столба, определяемые для расчетного расхода Qв.в в трубах заданного диаметра и материала по таблицам Шевелева; Lв.в – длина всасывающего водовода, км; Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; υ – скорость во всасывающем водоводе, м/с.

Потери напора в насосных станциях hн.с. рекомендуется определять в следующем порядке:

– на схеме трубопроводов в насосной станции указываются диаметры, арматура, фасонные части и расчетные расходы;

– определяется самый невыгодный для расчета потерь путь воды, на нем нумеруются местные потери; вычисление потерь сводится в таблицу.

Рис. 18. Схема к определению потерь напора в насосной станции

Пример составления схемы для определения потерь представлен на рис. 18, а выполнения вычислений – в табл. 6. Графы 1, 2, 3 и 4 таблицы заполняются в соответствии со схемой. Коэффициенты сопротивлений принимаются по справочной литературе. Для открытой запорной арматуры можно принимать ξ = 0,2.

Таблица 6

Определение потерь напора в насосной станции

Наименование местных сопротивлений d, мм Q, л/с ξ υ, м/с , м , м
Колено 0,6 1,43 0,105 0,06
2, 3 Задвижка 0,2´2 1,43 0,105 0,04
Задвижка 0,2 0,95 0,046 0,02
Тройник 1,5 1,32 0,089 0,13
6, 12 Задвижки 0,2´2 1,32 0,089 0,04
7, 10 Колена 0,6´2 1,32 0,089 0,1
Переход сужающийся 0,1 1,88 0,18 0,02
Переход расширяющийся 0,25 2,91 0,432 0,11
Обратный клапан 1,7 1,32 0,089 0,15
Тройник 1,6 1,32 0,089 0,14
Задвижка 0,2 0,66 0,017
15, 16 Задвижки 0,2´2 1,97 0,198 0,08
Колено 0,6 1,97 0,198 0,12

Потери во всасывающих трубопроводах, в насосной станции и в водомерном устройстве можно считать пропорциональными квадрату подачи насосной станции. Таким образом, для определения потерь при произвольном расходе

hн.с = Σ =1,01 м.

При вычислении значения Q можно пользоваться формулами:

, и , (16)

где

K = (17)

Таблица 7

Расчеты для построения характеристики трубопроводов насосной станции

Значение потерь, м Относительный расход
0,33 0,5 1,3
Два водовода
Нст
hв.в 0,04 0,1 0,4 0,68
hн.с 0,11 0,25 1,01 1,71
hвдм 0,1 0,22 0,89 1,5
hн.в 1,37 3,14 12,57 21,26
Н2d=(1)+(2)+(3)+(4)+(5) 21,62 23,71 34,87 45,15
Один водовод
hн.в1 5,49 12,57 50,25  
Нd=(1)+(2)+(3)+(4)+(7) 25,74 33,14 72,58  
Два водовода, одна перемычка. Авария
hн.в2 3,42 7,86 31,4 53,11
На1=(1)+(2)+(3)+(4)+(9) 23,67 28,43 53,7
Два вывода, две перемычки. Авария
hн.в3 2,73 6,29 26,1 42,49
На2=(1)+(2)+(3)+(4)+(11) 22,98 26,86 47,4 66,38

Потери напора в напорном водоводе для всех расходов определяются по формуле

hн.в = (1,1 ... 1, 2) 1000 · i · Lн.в, (18)

где 1000 · i – то же, что в формуле (15), но уже для труб и расходов напорных водоводов.

Местные потери в напорных водоводах учитываются в размере 10–20 % потерь напора по длине.

Пример подсчета по формуле (14) необходимых напоров для подачи расходов 0,33Qн.с, 0,5Qн.с, Qн.с и 1,3 Qн.с, где Qн.с – расчетная подача насосной станции, приводится в табл. 7. По результатам расчетов строится характеристика водоводов (рис. 17, б).

Насосы водопроводных и водоотводных насосных станций чаще всего подают воду в водоводы, состоящие из двух линий (реже – из трех). При аварии на одной из линий вся подача насосной станции осуществляется по одному трубопроводу, т.е. Qн.в принимается равным Qн.с. При этом увеличиваются потери в напорном водоводе. Такой случай также рассчитывается в таблице и характеристика системы при одном водоводе строится на графике. Характеристика 2d соответствует работе водовода в две линии, характеристика d – в одну. Потери при водоводе в одну линию в 4 раза больше, чем при водоводе в две линии.

Для увеличения пропускной способности водоводов в случае аварии на них устраивают перемычки. Тогда при аварии водоводы работают в одну линию только на участке между перемычками. Если перемычки делят водоводы на равные участки, то при одной перемычке в случае аварии потери в напорном водоводе возрастают в 2,5 раза по сравнению с нормальной работой двух водоводов, а при двух перемычках – в 2 раза. При необходимости рассчитываются и строятся характеристики водоводов с одной, двумя и более перемычками.

На график с характеристиками водоводов переносится характеристика выбранного насоса. Затем, увеличивая в 2, в 3 раза и т.д. подачу при соответствующих напорах, строят графики совместной работы двух, трех и так далее параллельно соединенных центробежных насосов. На графике строятся характеристики совместной работы всех, включая и резервные, насосов насосной станции. Точки пересечения соответствующих характеристик насосов и водоводов определяют режимные характеристики (подачу, напор, КПД) насосов. По этому графику определяется ступенчатая подача насосной станции, т.е. подача при работе одного, двух и т.д. насосов.

1.8. Оборудование систем заливки насосов, технического водоснабжения, дренажа и осушения

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации основного оборудования и сооружений насосной станции необходимо устройство различных вспомогательных систем, также использующих насосные и воздуходувные установки, вентиляции, маслоснабжения, заливки насосов (вакуум-систем), дренажа, осушения, удаления осадка, технического водоснабжения. Рассмотрим некоторые из этих систем, разрабатываемые в курсовом проекте.

Рис. 19. Схема к определению объема воздуха, откачиваемого при заливке насоса

Система заливки насосов (вакуум-система). Используется в насосных станциях I подъема раздельного типа для уменьшения заглубления машинного зала и удешевления строительства. Как правило, в насосных станциях систем водоснабжения или водоотведения корпус насоса располагается «под залив» от расчетного уровня воды в водоеме или емкости. Это значительно упрощает запуск насосов. В насосных станциях II и III категорий допускается установка насосов не под залив. Изредка встречаются схемы запуска насосов, расположенных выше уровня воды, на насосных станциях II подъема. Согласно действующим нормам в этих случаях следует предусматривать установку с вакуум-насосами и вакуум-котлом.

Требуемую подачу вакуум-насоса определяют исходя из времени, необходимого для заливки насоса, по формуле

, (19)

где Wн + Wтр – объем воздуха в насосе и заливаемой части трубопровода (как правило, до задвижки на напорном трубопроводе, рис. 19), м3; k – коэффициент запаса, учитывающий возможность проникновения воздуха через неплотности (сальники, фланцевые соединения); принимается равным 1,05... 1,1; t – время, требуемое для создания необходимого для заливки разрежения, мин; t = 3...10 мин; Hs – геометрическая высота всасывания насоса, считая от оси насоса до расчетного уровня воды в приемной камере (резервуаре) при запуске, м; На – напор, соответствующий барометрическому давлению; в обычных условиях принимается равным 10 м.

В качестве вакуум-насосов системы заливки чаще всего принимаются водокольцевые насосы: КВН – консольный вакуум-насос, ВВН – водокольцевой вакуум-насос, РМК – ротационная машина-компрессор (табл. 8).

Таблица 8

Технические характеристики вакуум-насосов

Показатели КВН-4 КВН-8 ВВН-0,75 ВВН-1,5 ВВН-3 РМК-1 РМК-2
Подача Qв.н, л/с 6,7 13,5 12,5
Максимальный вакуум, 0,8 0,8 0,6 0,8 0,8 0,9 0,92
Мощность электродвигателя, кВт 1,7 2,8 1,2 7,5 4,5
Габариты, мм:              
– длина
– ширина
– высота
– диаметр патрубка, мм
– масса насоса, кг

Для того чтобы постоянно поддерживать резервные насосы в залитом состоянии, в вакуум-систему включают вакуум-котел (рис. 20). Создав определенный вакуум в системе и вакуум-котле, вакуум-насосы автоматически отключаются. Подсасываемый в систему через неплотные соединения воздух постепенно уменьшает вакуум. При определенных малых значениях вакуума в вакуум-котле вакуум-насосы автоматически включаются.

Рис. 20. Схема заливки основных насосов при помоги вакуум-котла: 1 – основные насосы; 2 – ручной насос; 3 – вакуум-насосы; 4 – водоотделитель вакуум-насосов; 5 – заливочный бачок-отстойник; 6 – воздушная магистраль; 7 – вакуум-котел; 8 – сигнализатор уровня; 9 – клапан выпуска воздуха или вентиль с электроприводом

Расчетный объем вакуум-котла Wв.к принимают, исходя из условия, чтобы вакуум-насос, поддерживающий расчетный уровень вакуума в котле, включался не более 4 раз в час:

Wв.н = 900·Qп(1 – ), (20)

где Qп – подсос воздуха, л/с; Qв.н – подача вакуум-насоса, л/с.

Подсос воздуха в систему принимают в зависимости от диаметра всасывающего патрубка заливаемого насоса:

Диаметр всасывающего патрубка, мм до 150 150–300 300–600 600–1200
Подсос Qп, л/с 0,014 0,028 0,056 0,112

Дренажные насосные установки. Эти установки предназначены для откачки из подземной части насосной станции грунтовых вод, фильтрующих через стены здания, утечек через сальники насосов и воды, изливающейся при ремонте оборудования. Для сбора дренажных вод в машинном зале устраивается дренажный колодец. Объем колодца принимают равным подаче дренажного насоса в течение 10–15 мин. Вода к колодцу подводится дренажными лотками, расположенными у стен. Пол делается с уклоном в сторону лотков (0,002–0,005).

В насосных станциях I подъема с забором из открытого водоисточника дренажная вода откачивается обратно в водоем, в насосных станциях водоотведения – в приемный резервуар, в насосных станциях II подъема – в наружную систему водоотведения. Глубина насосной станции определяет статический напор дренажных насосов, а гидравлические потери принимаются равными 2–4 м.

Подача дренажных насосов определяется по формуле

Qд = (1,5 ... 2)(Σq1+q2), (21)

где Σq1 – суммарные утечки через сальники, по 0,05...0,1 л/с на каждое сальниковое уплотнение; q2 – фильтрационный расход через стены и пол здания, л/с.

Ориентировочно q2, л/с, определяют по формуле

q2 = 1,5 + 0,001W,

где W – объем части машинного зала, расположенной ниже максимального уровня грунтовых вод, м3.

В качестве дренажных удобно применять вихревые консольные самовсасывающие насосы ВКС или погружной центробежный моноблочный канализационный насос ЦМК 16/27, технические характеристики которых приведены в табл. 9. Дренажных насосов устанавливают не менее двух (один – резервный). Запуск и выключение насосов производятся автоматически от поплавковых реле уровней в дренажном колодце. Насосы ВКС устанавливаются на фундаментах, а ЦМК опускаются в приямок.

Таблица 9

Технические характеристики насосов ВКС и ЦМК

Марка Подача, л/с Напор, м Мощность, кВт Масса, кг Габариты в плане, мм Н , м
ВКС 2/26 0,75–2,2 60–20 5,5 947´320
ВКС 4/24 1,58–4,3 70–20 7,5 1005´360
ВКС 5/24 2,38–5,4 70–20 1047´320
ВКС 10/45 5,0–11,1 85–30 1197´430
ЦКМ 16/27 4,4 2000´200

Система осушения. Предназначена для откачки воды из всасывающих трубопроводов и приемных камер основных насосов и из машинного зала в случае его затопления при аварии.

Специальная система удаления осажденных наносов из камер водозаборных сооружений. Применяется на насосных станциях I подъема.

Система технического водоснабжения разрабатывается в курсовых проектах насосных станций I подъема и водоотведения. Она проектируется для подачи воды на смазку и охлаждение подшипников и уплотнение сальников. Расход технической воды определяется по паспортным данным основных насосов. Ориентировочно можно принимать по 0,5–1 л/с на каждый рабочий агрегат. Напор в техническом водопроводе должен на 2–10 м превышать напор основных насосов.

В насосных станциях I подъема техническая вода перед подачей к насосам может очищаться на фильтрах. В насосных станциях систем водоотведения насосы технического водопровода забирают воду из хозяйственно-питьевого водопровода через бак разрыва струи. В системах технического водоснабжения чаще всего применяют насосы типа ВК, ВКС или К: один – рабочий, один – резервный.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПРОВОДНОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ II ПОДЪЕМА

2.1. Определение расчетной подачи насосной станции. Проектирование водоводов.

Гидравлический расчет водоводов

Насосная станция II подъема подает воду из резервуаров чистой воды, расположенных после очистных сооружений водопровода, в разводящую сеть населенного пункта.

В курсовом проекте рассматривается насосная станция на объединенном водопроводе, обеспечивающем и пожаротушение, поэтому ее следует относить к I категории. На водопроводах, обслуживающих населенные пункты с числом жителей до 5000 чел. (максимальный суточный расход до 3000 м3/сут), при расходе воды на наружное пожаротушение не более 10 л/с допускается противопожарное водоснабжение предусматривать из резервуаров или водоемов и насосную станцию II подъема относить ко II категории.

В курсовом проекте насосное оборудование подбирается на подачу расчетного расхода в час максимального водоразбора и проверяется на подачу пожарного расхода, транзитного расхода в башню (при схеме с контррезервуаром), расчетного расхода при аварии на одной из ниток водоводов.

В дипломном проекте следует учитывать, что в насосной станции II подъема могут устанавливаться насосы для подачи воды на промывку фильтров.

Расчеты начинают с построения графика почасового водопотребления (рис. 21). Почасовое водопотребление в процентах от суточного обычно приводится в задании на курсовой проект.

Рис. 21. Почасовый график водопотребления города и подачи насосной станции II подъема:

1 – производительность насосной станции при подаче в диктующую точку; 2 – то же, при подаче в контррезервуар

При безбашенной схеме расчетная максимальная подача насосной станции равна максимальному часовому расходу:

При наличии башни расход в час максимального водоразбора может поступать в сеть из башни, что позволяет уменьшить расчетную максимальную подачу насосной станции:

Регулирующий объем башни принимается равным 2,5–6 % суточного водопотребления. Максимальный объем резервуара типовой водонапорной башни 800 м3. Так как резервуар должен быть рассчитан на десятиминутный пожарный и регулирующий объем воды, регулирующий объем следует принимать не более 700–750 м3. Расчетная подача насосной станции определяется подбором: линия, соответствующая , подбирается на графике часового водопотребления таким образом, чтобы площадь графика, расположенная выше этой линии и представляющая собой регулирующий объем, соответствовала объему 700–750 м3 (см. рис. 21).

От насосной станции в сеть вода, как правило, подается по двум напорным водоводам. При равных длине и диаметре водоводов по каждому из них идет половина подачи насосной станции. Водоводы могут подключаться к разным точкам сети и при этом иметь разные длины и диаметры. В таком случае водоводы образуют дополнительное кольцо водопроводной сети, а расходы и потери напора в водоводах определяются в результате гидравлического расчета кольцевой сети.

При параллельном соединении водоводов жидкости от насосов насосной станции I или II подъема, подходя к точке их разветвления, распределяются по ответвлениям и снова сливаются в точке соединения (рис. 22). Эта точка является обычно начальной условной точкой сложной разветвленной сети.

Рис. 22. Параллельное соединение трубопроводов

Сумма расходов по отдельным водоводам равна начальному расходу насосной станции до ответвления.

Потери напора на каждой отдельной ветви равны между собой.

где А – удельное сопротивление трубопровода; S – сопротивление трубопровода, l – длина трубопровода.

Распределение расходов по отдельным ветвям сети происходит прямо пропорционально проводимости каждой сети:

где Р – проводимость каждой линии, и обратно пропорционально сопротивлению каждой линии:

Исходя из равенства потерь на каждой ветви, можно написать:

Зная общие потери напора, можно определить общее сопротивление водоводов и рассчитать расход воды по каждой ветви.

Аналогичный результат можно получить графическим построением характеристики каждого трубопровода при их параллельной работе и получением суммарной характеристики всех водоводов (рис. 23).

Рис. 23. Схема построения суммарной характеристики водоводов при параллельной работе

Значение расхода по каждой ветке получается при нахождении точки А на суммарной характеристике водоводов и проведении через точку А линии, параллельной оси абсцисс, до пересечения с индивидуальными характеристиками водоводов.

В курсовом проекте предполагается, что длина, диаметр и пьезометрический напор в конце каждого водовода одинаковы.

Водоводы рекомендуется проектировать из металлических труб. В результате технико-экономического расчета выбирается диаметр напорных водоводов. При продолжительности максимальной расчетной подачи насосной станции менее 6 ч в сутки выбор экономически выгодного диаметра напорных водоводов можно производить для уменьшенного расхода (9...0,95) .

Подбор насосного оборудования производится на основании установленных величин напора и расходов. Расход устанавливается по величине максимального часового расхода в зависимости от нормы потребления и общего количества.

Значение величины требуемого напора для кольцевых водопроводных сетей производят с учетом их совместной работы с насосными станциями и с регулирующими емкостями (башня).

В зависимости от расположения насосной станции и водонапорной башни в начале сети:

– первый случай – на максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на внутреннее пожаротушение;

– второй случай – на максимальный хозяйственно-производственный расход, совпадающий с расходом на наружное и внутреннее пожаротушение.

Для случая расположения башни в начале сети полный требуемый напор определяется по формуле

где Hг – геометрическая высота подъема воды.

где Нрез.башни – отметка низа резервуара башни; Нист – отметка зеркала воды в резервуаре.

Эта величина зависит от первого или второго расчетного случая и может колебаться в пределах 3–4 м.

Величи

Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 7325; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Похожие статьи:

Какую насосную станцию выбрать для автономного водоснабжения

Всасывающий трубопровод считается самым ответственным участком для системы поверхностных насосов. Ошибка при выборе диаметра трубы и монтажа на этом участке наиболее критичны для работ насоса.

В качестве всасывающего трубопровода рекомендую использовать пластиковые трубы или не сминаемые гибкие армированные шланги. При монтаже постарайтесь минимизировать количество резких сужений, расширений, а так же поворотов трубопровода.

Расчет потерь напора во всасывающей магистрали

[wpcc id=»35″]

Для расчета нам понадобится высота участка трубопровода по вертикали и длина трубопровода по горизонтали.

Расчет потерь напора во всасывающей магистрали

Полученный результат необходимо сравнить с Показателем вертикального напора всасывания поверхностного насоса. Как правило это 7м., 8м., 9 метров (Акватехника, Джилекс, AQUARIO, WILO соответственно). Итак, если ваша итоговая цифра больше показателя всасывающего напора насоса, насос не будет работать.

Устройство насосной станции

Так же попробуйте изменять диаметр трубы.

ВАЖНО!

При монтаже всасывающего трубопровода необходимо обеспечить непрерывный уклон трубы от насоса к источнику водозабора не менее 1 градуса, для исключения скопления пузырьков воздуха и образования воздушных пробок.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь своим опытом, так же принимается любая конструктивная критика, готов обсуждать. Не забывайте делиться полученной информацией с друзьями.

Не нашли что искали? Смотрите еще:

Требования к трубам водоснабжения и их разновидности

В индивидуальных домах для подачи горячей и холодной воды используют несколько разновидностей труб. Их физические параметры обеспечивают длительный эксплуатационный срок при заданных температурных и напорных характеристиках рабочей среды.

Основные требования к трубопроводам по СНиП 2.04.01-85:

  • Они должны выдерживать рабочее давление в сети не менее 4,5 бар при температуре холодной воды 20 °С в течение 50 лет эксплуатации.
  • При постоянной температуре горячей воды около 75 °С расчетный эксплуатационный срок трубопровода не должен опускаться ниже 25 лет.

СНиП 2.04.01-85 также устанавливает, каким должен быть внутренний водопровод. Он допускает применение полимерных труб из полиэтилена низкого давления (ПНД), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ), полибутилена (ПБ), металлопластика, стеклопластика, прочих пластиков и их композитных соединений.

Из металлов допускается прокладывать трубопроводы из меди, бронзы, латуни, стали с наружным и внутренним антикоррозионным покрытием.

При использовании в горячем водоснабжении данным условиям удовлетворяют не все трубы, поэтому часто трубопроводы с горячей и холодной водой монтируют из разных материалов.

Несмотря на широкий ряд труб, разрешенных для укладки внутреннего водопровода, их применение ограничивает следующий важный фактор.

Внутренний трубопровод должен иметь наименьшую теплопроводность, чтобы исключить нагрев холодной и остывание горячей воды.

В итоге в списке труб, из которых можно сделать водопровод, должны отсутствовать все металлические изделия. Также не подойдут и полимеры, армированные металлами — полипропилен с алюминиевой оболочкой и металлопластик.

Если исключить из рассмотрения редкие и соответственно малоиспользуемые трубы из полибутилена, стеклопластика, клеевого поливинилхлорида, то ответ на вопрос, какие трубы лучше выбрать для водоснабжения, станет очевиден.

Используемыми останутся два вида труб, и это полипропилен ПП и полиэтилен низкого давления ПНД. Каждый из этих материалов благодаря толстым стенкам имеет низкую теплопроводность — 0,25 Вт/м·°С у полипропилена и 0,32 Вт/м·°С у полиэтилена низкого давления.

Примеры прокладки наружной водопроводной магистрали

Рис. 2 Примеры прокладки наружной водопроводной магистрали

Какой диаметр задают для измерений

Так как каждая трубная оболочка имеет наружный и внутренний диаметр, при их задании может возникнуть путаница. Любому пользователю, вплотную занимающемуся прокладкой водопровода, следует знать, что трубы из металлов и пластиков измеряют по-разному.

Диаметр металлических труб задается их внутренним проходным каналом, его называют номинальным или условным. Связано это с тем, он привязан к ближайшему значению из стандартизированного ряда и не соответствуют реальной величине. Пример стандартного числового ряда условных диаметров стальных труб: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65 мм.

Иногда диаметры стальных трубопроводов указывают в дюймах с дробными долями, соотнося их с размерами миллиметрах: 1/2 — 15 мм, 3/4 — 20 мм, 1 — 25 мм, 1 1/4 — 32 мм, 1 1/2 — 40 мм.

Размеры всех полимерных труб задают их наружным диаметром в миллиметрах. Они должны соответствовать стандартному числовому ряду, его фрагмент: 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 мм.

Этот показатель точно соответствует размерам в миллиметрах и не задается в дюймах.

В маркировке полипропиленовых труб всегда указывается толщина стенки, благодаря чему несложно вычислить диаметр проходного канала. Это может быть важно при проведении гидравлических расчетов.

Иногда на них ставят символ SDR, равный результату от деления наружного диаметра на толщину стенки. Чем ниже SDR, тем более толстостенной считается пластиковая труба.

Стоит отметить, что в отличие от стальных, размеры труб из меди и нержавейки задают их наружным диаметром.

Трубы PN10 для холодной воды, рабочая температура 20 ºС давление 10 атм., отрезки 4 м

Размер мм Наружный диаметр мм Толщина стенки мм Водоемкость л/м
20 х 1,9 20 1,9 0,206
25 х 2,3 25 2,3 0,327
32 х 3,0 32 3,0 0,531
40 х 3,7 40 3,7 0,834
50 х 4,6 50 4,6 1,307
63 х 5,8 63 5,8 2,075
75 х 6,9 75 6,9 2,941
90 х 8,2 90 8,2 4,254
110 х 10,0 110 10,0 6,362

Таблица 1. Размеры полипропиленовых труб для холодной воды

Трубы PN16 для горячей воды, рабочая температура 60°С, давление 10 атм., отрезки 4 м

Размер мм Наружный диаметр мм Толщина стенки мм Водоемкость л/м
20 х 2,8 20 2,8 0,206
25 х 3,5 25 3,5 0,327
32 х 4,5 32 4,4 0,531
40 х 5,6 40 5,5 0,834
50 х 6,9 50 6,9 1,307
63 х 8,7 63 8,6 2,075
75 х 10,24 75 10,3 2,941
90 х 12,5 90 12,3 4,254
110 х 15,2 110 15,1 6,362

Таблица 2. Размеры полипропиленовых труб для горячей воды

Особенности полипропиленовых труб

Трубы из полипропилена занимают лидирующее положение по широте использования в водопроводах частных домов и коммунальных квартир. Им нет достойных конкурентов по стоимости, простоте монтажа и практичности при прокладке магистралей холодного водоснабжения (ХВС). Основной недостаток полипропилена — высокий коэффициент линейного расширения при нагревании, в данном случае не является важным фактором.

В трубопроводах горячего водоснабжения (ГВС) обычный полипропилен не применяют из-за недостаточной термостойкости и высокого коэффициента линейного удлинения.

Там лучше использовать соэкструзированный материал, представляющий собой полипропиленовую трубу с внутренней стекловолоконной оболочкой. Стекловолокно повышает термостойкость всей трубы и уменьшают ее тепловое расширение.

Полипропиленовые трубы соединяют пайкой, если стыкуют два отрезка одинакового диаметра, сверху на них одевают, в зависимости от монтируемого узла, муфту, отвод или тройник. Такой способ соединения называется раструбным. Благодаря этому методу проходное сечение полипропиленового трубопровода на всех участках остается неизменным. Благодаря большому количестве различных полипропиленовых фитингов, можно спаять практически любой узел. При стыковке трубных отрезков разных диаметров используют переходные муфты.

При одинаковых наружных размерах диаметр проходного канала ПП-труб намного меньше, чем у металлических или полимерных аналогов из сшитого полиэтилена.

Что касается напорных характеристик, то обычный полипропилен выдерживает давление от 10 (PN10) до 20 (PN20) бар в течение всего эксплуатационного срока. Армированный стекловолокном трубопровод может работать длительный период при напоре рабочей среды до 20 (PN20) или 25 (PN25) бар в условиях повышенных температур.

Размеры труб из полиэтилена

Рис. 3 Размеры труб из полиэтилена

Трубы из полиэтилена низкого давления

Трубы из ПНД используют для наружной прокладки водопроводов. Их выпускают в отрезках и бухтах диаметров, соответствующих стандартному числовому ряду.

Существует несколько марок полиэтилена в зависимости от его внутренней структуры, трубы изготавливают из ПЭ-80 и ПЭ-100, лучший из них последний.

В отличие от полипропиленовых, у ПНД-труб толщина стенки может варьироваться в более широких границах. Для них также установлено размерное соотношение наружного диаметра к толщине стенки SDR, и оно может быть разным в диапазоне от 2,5 до 41.

ПНД-трубы рассчитаны на транспортировку воды с температурой, не превышающей 40 °С. Понятно, что их используют только в системах холодного водоснабжения.

Что касается напорных характеристик, то давление, которое может выдержать ПНД труба, лежит в диапазоне от 2,5 до 25 бар и напрямую зависит от SDR.

ПНД трубы соединяют при помощи компрессионных наружных муфт, так что их внутренний диаметр на всем протяжении трубопроводной магистрали остается неизменным.

Что такое ПНД труба

В отдельной статье рассказывается, что такое ПНД труба – процесс производства, применение, способы стыковки, монтаж.

Монтаж труб из полипропилена и полиэтилена

Рис. 4 Монтаж труб из полипропилена и полиэтилена

Факторы, влияющие на выбор трубного диаметра

Трубопровод водоснабжения предназначен для транспортировки к точкам разбора холодной и горячей воды необходимой температуры и напора. Если температурные параметры зависят от свойств источника и теплопроводности труб, то напорные характеристики определяются трубными размерами. То есть, чем меньше сечение и больше длина трубопровода, тем ниже давление воды будет на конце линии.

С учетом вышеизложенного, на выбор диаметра водопроводной трубы влияют следующие факторы:

  • Напор на входе внутреннего водопровода. При индивидуальном водоснабжении он задается автоматическими приборами (реле давления).
  • Длина трубопроводной магистрали.
  • Необходимый напор в точках водоразбора.
  • Количество, вид и сечение проходных каналов запорной и регулирующей арматуры, приборов учета, насосного оборудования по пути следования воды. Любое сужение прохода на пути водотока значительно повышает гидропотери.
  • Число поворотов и изгибов магистрали. Каждый поворот и изгиб создает сопротивление водному потоку и увеличивает гидравлические потери.
  • Объемы водопотребления. Фактор напрямую связан с количеством точек подключения сантехприборов — чем их больше, тем большее понадобится сечение труб.
  • Схема разводки трубопровода. Если магистраль подходит последовательно к каждому прибору, ее диаметр делают больше. При использовании коллекторной подводки внутреннее сечение труб берут поменьше.
Наружный
диаметр трубы,
подходящей к
дому (мм)
Примерный расход воды, который
можно получить изданной трубы.
Потребитель Расход, л/мин Расход, м3
Умывальник с раковиной 10 0,6
л/мин М3/час
Умывальная раковина 10 0,6
Ванна/гидромассаж 18 1,08
20 мм 15 л/мин 0.9 мЗ/час
Душ 12 0,72
25 мм ЗО л/мин 1.8 мЗ/час Туалет 7 0,42
32 мм 50 л/мин 3 мЗ/час Биде 6 0,36
Стиральная машина 12 0,72
40 мм 80 л/мин 4.8 мЗ/час Кухонная мойка 12 0,72
50 мм 120 л/мин 7.2 мЗ/час Посудомоечная машина 8 0,48
Водоразборный кран 1/2” 20 1,2
63 мм 190 л/мин 11.4 мЗ/час
Водоразборный кран 3/4″ 25 1,5

Таблица 3. Сводная таблица пропускной способности трубопроводов и водопотребления отдельными сантехприборами

Гидравлический расчет трубопроводов можно сделать самому

Содержание

  • 1 Введение
  • 2 Расчетная часть
  • 3 Заключение

Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он  всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.

Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.

Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности.

Обратите внимание

Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб.

Используется в коммунальной сфере, где точные данные  не столь необходимы.

Способ установки гидравлических трубопроводов

Расчетная часть

Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):

q = v*ω,

где q — расчетный расход

v — экономическая скорость течения.

ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.

Рассчитывается по формуле:

ω = πd² / 4,

где d — внутренний диаметр

отсюда  d = √4*q/ v*π

Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с. Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.

Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

Как проводится гидравлический расчет

где g — ускорение свободного падения,

L — длина участка трубы,

v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,

λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:

ε = е/r.

Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент.

Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм.

В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.

В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:

h = P/ρ*g, где

ρ — плотность среды

Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коэффициент местного сопротивления

Важно

Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.

Материал для гидравлических трубопроводов

Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

hм = ζ* v2/2g.

Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.

Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:

λ = 64/ Re

В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:

Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр

Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.

Заключение

Гидравлический расчет трубопровода вполне возможно произвести в онлайн-ресурсе, где калькулятор выдаст искомую величину. Для этого достаточно ввести в качестве исходных величин состав труб, их длину и машина выдаст искомые данные (внутренний диаметр, потери напора, расход).

Помимо этого, существует онлайн версия программа «Таблицы Шевелева» ver 2.0. Она проста и удобна в освоении, является имитатором книжного варианта таблиц и также содержит калькулятор подсчета.

Компании, занимающиеся прокладкой линейных систем, имеют в своем арсенале специальные программы для расчетов пропускной способности труб. Одна из таких «Гидросистема» разработана российскими программистами, популярна в российской же промышленности.

Источник: http://ProKommunikacii.ru/vodosnabzhenie/vodoprovod/gidravlicheskijj-raschet-truboprovodov-mozhno-sdelat-samomu.html

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

Содержание: [Скрыть]

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 – DN;
  • давление номинальное – PN;
  • 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 (DN) – 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.

Совет

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.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

  • ламинарный поток (Re

Источник: https://pkfdetal.ru/info/15-samostoyatelnyj-gidravlicheskij-raschet-truboprovoda

Гидравлический расчет трубопроводов

Трубы, соединяющие между собой различные аппараты химических установок. С помощью них происходит передача веществ между отдельными аппаратами. Как правило, несколько отдельных труб с помощью соединений создают единую трубопроводную систему.

Трубопровод – это система труб, объединенных вместе с помощью соединительных элементов, применяемая для транспортировки химических веществ и иных материалов. В химических установках для перемещения веществ, как правило, используются закрытые трубопроводы. Если речь идет о замкнутых и изолированных деталях установки, то они также относится к трубопроводной системе или сети.

В состав замкнутой трубопроводной системы могут входить:

  1. Трубы.
  2. Соединительные элементы труб.
  3. Герметизирующие уплотнения, соединяющие два разъемных участка трубопровода.

Все вышеперечисленные элементы изготавливаются отдельно, после чего соединяются в единую трубопроводную систему. Помимо этого трубопроводы могут быть оснащены обогревом и необходимой изоляцией, изготовленной из различных материалов.

Выборе размера труб и материалов для из изготовления осуществляется на основе технологических и конструктивных требований, предъявляемых в каждом конкретном случае. Но для стандартизации размеров труб была проведена их классификация и унификация. Основным критерием стало допустимое давление при котором возможна эксплуатация трубы.

Условный проход DN

Условный проход DN (номинальный диаметр) – это параметр, который используется в системах трубопровода как характеризующий признак, с помощью которого происходит подгонка деталей трубопровода, таких как трубы, арматура, фитинги и другие.

Номинальный диаметр является безразмерной величиной, однако численно приблизительно равен внутреннему диаметру трубы. Пример обозначения условного прохода: DN 125.

Так же условный проход не обозначается на чертежах и не заменяет собой реальные диаметры труб. Он примерно соответствует диаметру в свету у определенных частей трубопровода (рис. 1.1).

Если говорить о числовых значениях условных переходах, то они выбраны таким образом, что пропускная способность трубопровода увеличивается в диапазоне от 60 до 100% при переходе от одного условного прохода к последующему.

Рис. 1.1 Условный диаметр

Общепринятые номинальные диаметры:

3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.

Размеры этих условных проходов установлены с расчетом на то, чтобы не возникало проблем с припасовкой деталей друг к другу. Определения номинальный диаметр на основе значения внутреннего диаметра трубопровода, выбирается то значение условного прохода, которое ближе всего находится к диаметру трубы в свету.

Номинальное давление PN

Номинальное давление PN – величина, соответствующая максимальному давлению перекачиваемой среды при 20 °C, при котором возможна длительная эксплуатация трубопровода, имеющего заданные размеры.

Номинальное давление является безразмерной величиной.

Как и номинальный диаметр, номинальное давление было градуировано на основе практики эксплуатации накопленного опыта (табл. 1.1).

Номинальное давление для конкретного трубопровода выбирается на основе реально создаваемого в нем давления, путем выбора ближайшего большего значения.

Обратите внимание

При этом фитинги и арматура в этом трубопроводе также должны соответствовать такой же ступени давления.

Толщина стенок трубы рассчитывается исходя из номинального давления и должна обеспечивать работоспособность трубы при значении давления равном номинальному (табл. 1.1).

Допустимое избыточное рабочее давление pe,zul

Номинальное давление используется только для рабочей температуры 20°C. С повышением температуры нагрузочные способности трубы снижаются. Вместе с этим соответственно снижается и допустимое избыточное давление. Значение pe,zul показывает максимальное избыточное давление, которое может быть в трубопроводной системе при повышении значения рабочей температуры (рис. 1.2).

Рис. 1.2 График допустимых избыточных давлений

При выборе материалов, которые будут использоваться для изготовления трубопроводов, берутся в расчет такие показатели, как характеристики среды, которая будет транспортироваться по трубопроводу и рабочее давление, предполагаемое в данной системе. Стоит так же учитывать возможность корродирующего воздействия со стороны перекачиваемой среды на материал стенок трубы.

Практически все трубопроводные системы и химические установки производятся из стали. Для общего применения в случае отсутствия высоких механических нагрузок и корродирующего действия для изготовления трубопроводом используется серый чугун или нелегированные конструкционные стали.

В случае более высокого рабочего давления и отсутствия нагрузок с коррозионно активным действием применяется трубопровод из улучшенной стали или с использованием стального литья.

Если корродирующее воздействие среды велико или к чистоте продукта предъявлены высокие требования, то трубопровод изготавливается из нержавеющей стали.

Если трубопровод должен быть устойчив к воздействию морской воды, то для его изготовления используются медно-никелевые сплавы. Также могут применяться алюминиевые сплавы и такие металлы как тантал или цирконий.

Все большее распространение в качестве материала трубопровода получают различные виды пластмасс, что обуславливается их высокой стойкостью к коррозии, малому весу и легкости в обработке. Такой материал подходит для трубопровода со сточными водами.

Фасонные части трубопровода

Трубопроводы, изготовленные из пластичных материалов пригодных для сварки, собираются на месте монтажа. К таким материалам можно отнести сталь, алюминий, термопласты, медь и т.д..

Для соединения прямых участков труб используются специально изготовленные фасонные элементы, например, колена, отводы, затворы и уменьшения диаметров (рис. 1.3).

Эти фитинги могут быть частью любого трубопровода.

Рис. 1.3 Фасонные элементы трубопровода

Для монтирования отдельных частей трубопровода и фитингов используются специальные соединения. Также используются для присоединения к трубопроводу необходимой арматуры и аппаратов.

Соединения выбираются (рис. 1.4) в зависимости от:

  1. материалов, которые используются для изготовления труб и фасонных элементов. Основной критерий выбора – возможность сварки.
  2. условий работы: низкого или высокого давления, а также низкой или высокой температуры.
  3. производственных требований, которые предъявляются к трубопроводной системе.
  4. наличия разъемных или неразъемных соединений в трубопроводной системе.
Рис. 1.4 Типы соединения труб

Геометрическая форма предметов может быть изменена как путем силового воздействия на них, так и при изменении их температуры.

Данные физические явления приводят к тому, что трубопровод, который монтируется в ненагруженном состоянии и без температурного воздействия, в процессе эксплуатации под давлением или воздействием температур претерпевает некоторые линейные расширения или сжатия, которые негативно сказываются на его эксплуатационных качествах.

В случае, когда нет возможности компенсировать расширение, происходит деформация трубопроводной системы. При этом могут возникнуть повреждения фланцевых уплотнений и тех мест соединения труб между собой.

Тепловое линейное расширение

При компоновке трубопроводов важно учитывать возможное изменение длины в результате повышения температуры или так называемого теплового линейного расширения, обозначаемого ΔL. Данное значение зависит от длины трубы, которая обозначается Lo и разности температур Δϑ =ϑ2-ϑ1 (рис. 1.5).

В вышеприведенной формуле а – это коэффициент теплового линейного расширения данного материала. Этот показатель равен величине линейного расширения трубы длиной 1 м при повышении температуры на 1°C.

Элементы компенсации расширения труб

Отводы труб

Благодаря специальным отводам, которые ввариваются в трубопровод, можно компенсировать естественное линейное расширение труб. Для этого используются компенсирующие U-образные, Z-образные и угловые отводы, а также лирные компенсаторы (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Компенсирующие трубные отводы

Они воспринимают линейное расширение труб за счет собственной деформации. Однако такой способ возможен только с некоторыми ограничениями. В трубопроводах с высоким давлением для компенсации расширения используются колени под разными углами. Из-за давления, которое действует в таких отводах, возможно усиление коррозии.

Волнистые трубные компенсаторы

Данное устройство состоит из тонкостенной металлической гофрированной трубы, которая называется сильфоном и растягивается в направлении трубопровода (рис. 1.7).

Данные устройства устанавливаются в трубопровод. Предварительный натяг используется в качестве специального компенсатора расширения.

Рис. 1.7 Волнистый трубный компенсатор

Если говорить про осевые компенсаторы, то они способны компенсировать только те линейные расширения, которые происходят вдоль оси трубы. Чтобы избежать бокового смещения и внутреннего загрязнения используется внутреннее направляющее кольцо.

Для того чтобы защитить трубопровод от внешних повреждений, как правило, используется специальная облицовка.

Компенсаторы, которые не содержат внутреннее направляющее кольцо, поглощают боковые сдвиги, а также вибрацию, которая может исходить от насосов.

Изоляция труб

В том случае, если по трубопроводу перемещается среда с высокой температурой, необходима его изоляция во избежание потери тепла. В случае перемещения по трубопроводу среды с низкой температурой изоляцию применяют для предотвращения ее нагрева внешней средой. Изоляция в таких случаях осуществляется с помощью специальных изоляционных материалов, которые размещаются вокруг труб.

В качестве таких материалов, как правило, используются:

  1. При низких температурах до 100°C используются жесткие пенопласты, например, полистирол или полиуретан.
  2. При средних температурах около 600°C используются фасонные оболочки или минеральное волокно, например, каменная шерсть или стеклянный войлок.
  3. При высоких температурах в районе 1200°C – керамическое волокно, например, глиноземное.

Трубы, условный проход которых ниже DN 80, а толщина слоя изоляции меньше 50 мм, как правило, изолируются при помощи изоляционных фасонных элементов. Для этого две оболочки кладутся вокруг трубы и скрепляются металлической лентой, а после этого закрываются жестяным кожухом (рис. 1.8).

Рис. 1.8 Теплоизоляция при помощи фасонных элементов

Трубопроводы, которые имеют условный проход больше DN 80, должны снабжаться теплоизоляцией с нижним каркасом (рис. 1.9). Такой каркас состоит из зажимных колец, распорок, а также металлической облицовки, изготовленной из оцинкованной мягкой стали или нержавеющей листовой стали. Между трубопроводом и металлическим кожухом пространство заполняется изоляционным материалом.

Рис. 1.9 Теплоизоляция с нижним каркасом

Толщина изоляции рассчитывается путем определения затрат на его изготовление, а также убытков, которые возникают из-за потери тепла, и составляет от 50 до 250 мм.

Теплоизоляция должна наноситься по всей длине трубопроводной системы, включая зоны отводов и колен. Очень важно следить, чтобы не возникали незащищенные места, которые смогут стать причиной тепловых потерь.

Фланцевые соединения и арматура должны снабжаться фасонными изоляционными элементами (рис. 1.10).

Важно

Это обеспечивает беспрепятственный доступ к месту соединения без необходимости снимать изоляционный материал со всей трубопроводной системы в том случае, если произошло нарушение герметичности.

Рис. 1.10 Теплоизоляция фланцевого соединения

В том случае, если изоляция трубопроводной системы выбрана правильно, решается множество задач, таких как:

  1. Избегание сильного падения температуры в протекающей среде и, как следствие, экономия энергии.
  2. Предотвращение падения температуры в газопроводных системах ниже точки росы. Таким образом, удается исключить образование конденсата, который может привести к значительным коррозионным разрушениям.
  3. Избегание выделения конденсата в паровых трубопроводах.

Источник: http://ence-pumps.ru/truboprovody/

Основы гидравлики



Трубопроводами в народном хозяйстве называют искусственно созданные сооружения, предназначенные для транспортировки жидких, газообразных или твердых веществ, либо их смесей за счет разницы давлений в поперечных сечениях трубы.

В зависимости от назначения и типа транспортируемого вещества трубопроводы подразделяют на водопроводы, водовыпуски, водостоки (дренажи), канализацию, газопроводы, воздухопроводы, паропроводы, теплопроводы, кислородопроводы, аммиакопроводы, нефтепроводы, мазутопроводы, гидротранспорт полезных ископаемых, пневматическую почту и некоторые другие.

В гидравлике при расчете трубопроводов их подразделяют на короткие и длинные. Такое деление является условным, и основано на величине потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу. В длинных трубопроводах потери напора по длине значительно превышают местные потери напора, а в коротких трубопроводах эти потери соизмеримы между собой.

Принято считать, что при длине l 100 м – трубопровод длинный.

При l = 50…100 м, в зависимости от соотношения потерь напора, трубопровод может быть длинным либо коротким.

***

Гидравлический расчет короткого трубопровода

Короткие трубопроводы рассчитывают непосредственно по уравнению Бернулли, представленному в следующем виде:

Нн + БнQ2 = Нк + БкQ2 + ΣS0Q2l + Σ Б ξ Q2    (1).

Здесь Б = 8/gπ2dр2 – величина, зависящая от расчетного диаметра трубы и определяемая по специальным справочным таблицам;
ξ – коэффициент местных сопротивлений;
S0 = 8λ/π2gd5 – удельное сопротивление трубы;
l – длины участков трубопроводов;

Нн и Нк – пьезометрические напоры в начале и конце трубопровода, определяемые по формуле:

Н = z + p/ρg,

Совет

где:
z – геодезическая отметка какой-либо точки трубопровода;
р – избыточное давление в этой точке;
р/ρg – пьезометрическая высота (свободный напор).

При расчетах трубопроводов применяют различные эмпирические зависимости и формулы, полученные экспериментально-опытным путем, позволяющие определить коэффициент гидравлического трения:

— для гидравлически гладких труб – формулу Блазиуса: λ = 0,3164/Re0,25    (Re — число Рейнольдса);

— для полиэтиленовых водопроводных труб, работающих в области гидравлически гладких труб – формулу Шевелева: λ = 0,0134/(dv)0,226,   (здесь v – скорость потока);

— для вполне шероховатых труб применяют формулу Шифринсона: λ = 0,11(k/d)0,25,   (k – средняя высота выступов шероховатости на внутренней поверхности трубы).

Удельные сопротивления S0кв для бывших в эксплуатации стальных и чугунных труб, работающих при скоростях потока v ≥ 1,2 м/с (квадратичная область сопротивления), определяются с учетом гидравлического коэффициента трения λ по формулам Ф. А. Шевелева.
Значение удельных сопротивлений можно найти в специальных справочных таблицах.

При скоростях потока v

S0 = S0кв θ ,

где θ – поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости.

При расчетах коротких трубопроводов из уравнения Бернулли (1) определяют (в зависимости от условий задачи) расход Q или необходимый напор Нн в начале трубопровода, либо диаметр трубопровода d и т. д.

***



Длинные трубопроводы рассчитываются, как и короткие, по уравнению Бернулли, но местными потерями и скоростными напорами в них пренебрегают ввиду их относительной малости.
Для большей точности местные потери напора можно приближенно учесть, приняв расчетную длину трубопровода на 5-10 % больше фактической.
С учетом этого уравнение (1) принимает вид:

Нн – Нк = ΣS0Q02l     (2).

Знак суммы Σ указывает, что если трубопровод состоит из нескольких последовательных участков, то потери напора на них складываются. Для одиночного трубопровода формула (2) упрощается:

Нн – Нк = S0Q02l    (3).

Для расчета длинных трубопроводов применяется также формула

Q = К √ip    (4),

где:
ip = (Нн – Нк)/l – пьезометрический уклон;
К – расходная характеристика, зависящая, как и удельное сопротивление S0, в основном, от диаметра и материала трубы, а также от скорости потока.

Так как S0 = 1/К, то формулы (3) и (4) равнозначны.

Обратите внимание

Значения расходных характеристик Ккв стальных, бетонных и железобетонных трубопроводов, имеющих разный коэффициент шероховатости, приводятся в справочных таблицах. При этом потери напора для труб, работающих в квадратичной области сопротивления (при скорости потока v ≥ 1,2 м/с) определяются по формуле:

Нн – Нк = Q2l/K2.

При работе стальных труб в переходной области сопротивления (v

К = Ккв / √ θ .

При расчете простых длинных трубопроводов обычно необходимо определить одну из неизвестных величин, чаще всего начальный напор Нн, расход Q или диаметр трубы d, которые легко вычислить по формуле (3) или (4).

При проектировании новых трубопроводов могут быть неизвестны две величины – напор в начальной точке и диаметр трубы. В этом случае задаются диаметром трубопровода (в зависимости от требуемого расхода) и рекомендуемыми из экономических соображений предельными скоростями vпр:

d = 1,13√(Q/vпр).

Предельные скорости потока (в зависимости от величины расхода и материала труб) приводятся в справочных таблицах. Для ориентировочных расчетов можно принимать средние значения предельных скоростей для данного материала труб.

Если на участке трубопровода производится непрерывная раздача воды по пути, то расчетный расход увеличивается:

Qр = Qтр + 0,55Qпут,

где:
Qтр – транзитный расход, проходящий по всей длине трубопровода;
Qпут – путевой расход (непрерывная раздача) на участке: Qпут = q0l, где q0 – удельный путевой расход на 1 м длины трубопровода.

Трубопроводы, имеющие параллельные ответвления с общими узловыми точками в их конце и начале, рассчитывают с учетом того, что потери напора по всем участкам одинаковы.
Расходы в параллельных ветвях определяются при помощи системы уравнений, которая приведена на рис. 1.
Потери напора для таких трубопроводов определяются как потери напора в одной из параллельных ветвей.

Важно

Если в начале трубопровода напор создается насосом, то его мощность определяется по формуле:

Nнас = ρgQHнас/103η, (кВт, если ρ – в кг/м3, а Q – в м3/с),

где:
η – коэффициент полезного действия насоса;
Ннас = h + ΣS0Q2l – полный напор насоса, состоящий из геометрической высоты подъема h = Hсв + zк – zн (здесь Нсв = рк/ρg – свободный напор в конце трубопровода) и суммы потерь напора на всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Если высота всасывания и потери напора во всасывающей трубе незначительны, то напор насоса можно принимать как сумму высоты нагнетания и потерь напора при нагнетании.

***

Гидравлический удар



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/gidravlika/8_truby/index.shtml

Расчет и подбор трубопроводов. Оптимальный диаметр трубопровода

Трубопроводы для транспортировки различных жидкостей являются неотъемлемой частью агрегатов и установок, в которых осуществляются рабочие процессы, относящиеся к различным областям применения.

При выборе труб и конфигурации трубопровода большое значение имеет стоимость как самих труб, так и трубопроводной арматуры. Конечная стоимость перекачки среды по трубопроводу во многом определяется размерами труб (диаметр и длина).

Расчет этих величин осуществляется с помощью специально разработанных формул, специфичных для определенных видов эксплуатации.

Труба – это полый цилиндр из металла, дерева или другого материала, применяемый для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих сред. В качестве перемещаемой среды может выступать вода, природный газ, пар, нефтепродукты и т.д. Трубы используются повсеместно, начиная с различных отраслей промышленности и заканчивая бытовым применением.

Для изготовления труб могут использоваться самые разные материалы, такие как сталь, чугун, медь, цемент, пластик, такой как АБС-пластик, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, полибутелен, полиэтилен и пр.

Основными размерными показателями трубы являются ее диаметр (наружный, внутренний и т.д.) и толщина стенки, которые измеряются в миллиметрах или дюймах.

Также используется такая величина как условный диаметр или условный проход – номинальная величина внутреннего диаметра трубы, также измеряемая в миллиметрах (обозначается Ду) или дюймах (обозначается DN).

Совет

Величины условных диаметров стандартизированы и являются основным критерием при подборе труб и соединительной арматуры.

Соответствие значений условного прохода в мм и дюймах:

Трубе с круглым поперечным сечением отдают предпочтение перед другими геометрическими сечениями по ряду причин:

  • Круг обладает минимальным соотношением периметра к площади, а применимо к трубе это означает, что при равной пропускной способности расход материала у труб круглой формы будет минимальным в сравнении с трубами другой формы. Отсюда же следует и минимально возможные затраты на изоляцию и защитное покрытие;
  • Круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды с гидродинамической точки зрения. Также за счет минимально возможной внутренней площади трубы на единицу ее длины достигается минимизация трения между перемещаемой средой и трубой.
  • Круглая форма наиболее устойчива к воздействию внутренних и внешних давлений;
  • Процесс изготовления труб круглой формы достаточно прост и легкоосуществим.

Трубы могут сильно отличаться по диаметру и конфигурации в зависимости от назначения и области применения. Так магистральные трубопроводы для перемещения воды или нефтепродуктов способны достигать почти полуметра в диаметре при достаточно простой конфигурации, а нагревательные змеевики, также представляющие собой трубу, при малом диаметре имеют сложную форму с множеством поворотов.

Невозможно представить какую-либо отрасль промышленности без сети трубопроводов. Расчет любой такой сети включает подбор материала труб, составление спецификации, где перечислены данные о толщине, размере труб, маршруте и т.д.

Сырье, промежуточный продукт и/или готовый продукт проходят производственные стадии, перемещаясь между различными аппаратами и установками, которые соединяются при помощи трубопроводов и фитингов.

Правильный расчет, подбор и монтаж системы трубопроводов необходим для надежного осуществления всего процесса, обеспечения безопасной перекачки сред, а также для герметизации системы и недопущения утечек перекачиваемого вещества в атмосферу.

Не существует единой формулы и правил, которые могли бы быть использованы для подбора трубопровода для любого возможного применения и рабочей среды.

В каждой отдельной области применения трубопроводов присутствует ряд факторов, требующих учета и способных оказать значительное влияние на предъявляемые к трубопроводу требования.

Так, например, при работе со шламом, трубопровод большого размера не только увеличит стоимость установки, но также создаст рабочие трудности.

Обратите внимание

Обычно трубы подбирают после оптимизации расходов на материал и эксплуатационных расходов. Чем больше диаметр трубопровода, то есть выше изначальное инвестирование, тем ниже будет перепад давления и соответственно меньше эксплуатационные расходы.

И наоборот, малые размеры трубопровода позволят уменьшить первичные затраты на сами трубы и трубную арматуру, но возрастание скорости повлечет за собой увеличение потерь, что приведет к необходимости затрачивать дополнительную энергию на перекачку среды.

Нормы по скорости, фиксированные для различных областей применения, базируются на оптимальных расчетных условиях. Размер трубопроводов рассчитывают, используя эти нормы с учетом областей применения.

Проектирование трубопроводов

При проектировании трубопроводов за основу берутся следующие основные конструктивные параметры:

  • требуемая производительность;
  • место входа и место выхода трубопровода;
  • состав среды, включая вязкость и удельный вес;
  • топографические условия маршрута трубопровода;
  • максимально допустимое рабочее давление;
  • гидравлический расчет;
  • диаметр трубопровода, толщина стенок, предел текучести материала стенок при растяжении;
  • количество насосных станций, расстояние между ними и потребляемая мощность.

Надежность трубопроводов

Надежность в конструировании трубопроводов обеспечивается соблюдением надлежащих норм проектирования.

Также обучение персонала является ключевым фактором обеспечения длительного срока службы трубопровода и его герметичности и надежности.

Постоянный или периодический контроль работы трубопровода может быть осуществлен системами контроля, учёта, управления, регулирования и автоматизации, персональными приборами контроля на производстве, предохранительными устройствами.

Дополнительное покрытие трубопровода

Коррозионно-стойкое покрытие наносят на наружную часть большинства труб для предотвращения разрушающего действия коррозии со стороны внешней среды.

В случае перекачивая коррозионных сред, защитное покрытие может быть нанесено и на внутреннюю поверхность труб.

Перед вводом в эксплуатацию все новые трубы, предназначенные для транспортировки опасных жидкостей, проходят проверку на дефекты и протечки.

Основные положения для расчета потока в трубопроводе

Характер течения среды в трубопроводе и при обтекании препятствий способен сильно отличаться от жидкости к жидкости. Одним из важных показателей является вязкость среды, характеризуемая таким параметром как коэффициент вязкости.

Ирландский инженер-физик Осборн Рейнольдс провел серию опытов в 1880г, по результатам которых ему удалось вывести безразмерную величину, характеризующую характер потока вязкой жидкости, названную критерием Рейнольдса и обозначаемую Re.

Re = (v·L·ρ)/μ

где: ρ — плотность жидкости; v — скорость потока; L — характерная длина элемента потока;

μ – динамический коэффициент вязкости.

То есть критерий Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Изменение значения этого критерия отображает изменение соотношения этих типов сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока жидкости. В связи с этим принято выделять три режима потока в зависимости от значения критерия Рейнольдса. При Re

Источник: http://intech-gmbh.ru/pipelines_calc_and_select/

Основные формулы для гидравлического расчета трубопроводов

  • Гидравлический расчет трубопроводов позволяет решать три основные задачи:
  • 1) определять необходимый напор для пропуска известного расхода воды при заданном диаметре труб;
  • 2) определять пропускную способность труб заданного диаметра при известных потерях напора;
  • 3) определять сечение трубопроводов при заданных расходах воды и потерях напора.

Потери напора в трубопроводе слагаются из потерь на трение по длине и потерь на преодоление местных сопротивлений, т. е.

Формула местной скорости трубопровода

Потери напора по длине трубопроводов опреде­ляют по формуле Дарси—Вейсбаха:

Формула местной скорости трубопровода

  1. где λ— коэффициент сопротивления трения по длине l; dp — расчетный внутренний диаметр труб, м; υ — средняя скорость движения жидкости, м/с; R — гидравлический радиус.
  2. Если для круглой трубы определить скорость движения жид­кости
  3. (1.105)
  4. то потери напора по длине можно вычислить по формуле

гдеудельное сопротивление, т. е. сопротивление 1 м трубопровода.

Сопротивление по всей длине / трубопровода составит Sl = Аl1 и тогда

Потери напора на единицу длины трубопровода называют гид­равлическим уклоном i, т. е.

Формула местной скорости трубопровода

Коэффициент сопротивления λ при движении воды в новых и бывших в эксплуатации трубопроводах из различных материалов определяют по зависимостям, полученным во ВНИИ ВОДГЕО д-ром техн. наук Ф. А. Шевелевым:

для новых стальных труб

Формула местной скорости трубопровода

для стальных чугунных труб, бывших в эксплуатации

При гидравлических расчетах водопроводных труб удельное сопротивление можно подсчитать по формуле, составленной с учетом увеличения коэффициента X вследствие возрастания шероховато­сти стенок труб во время их эксплуатации в результате коррозии или образования отложений:

Формула местной скорости трубопровода

Эта формула справедлива при скорости движения воды υ ≥1,2 м/с. При меньших скоростях в значения удельных сопротивле­ний вводится поправочный коэффициент Кn на неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости движения жидкости. Тогда формулы (1.106) и (1.107) приобретают такой вид:

(1.110)

Значения поправочного коэффициента Кn изменяютсяот 1 до1,4 при изменении скорости от 1,2до 0,2 м/с. Поправочныйкоэффи­ циент определяют по формуле

  • Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяют по формуле:
  • (1.111)
  • По аналогии с формулой (1.106) можно записать

При расчетах трубопроводов местные потери можно выразить ввиде потерь напора на трение по эквивалентной длине. При этом hм = hlэ , т. е. Σ ζQAмlQ2 = AtLэQ2 или Allэ = АмΣ ζ, откуда

(1.112)

Величину называют эквивалентной длиной трубопровода, соответствующей данному местному сопротивлению с коэффициен­том ζ.

Расход можно определить из уравнения (1.107): Q = . Для определения расхода и скорости жидкости, протекающей по трубопроводу, пользуются также (преимущественно для каналов и труб некруглого сечения) уравнением Шези: . Приме­нение уравнения Шези изложено в § 38.

  1. При расчете трубопроводов используют не только удельное и общее сопротивление Аl, и Sl, но и другие гидравлические харак­теристики, например, проводимость трубопроводов:
  2. (1.113)
  3. — расходная характеристика:
  4. (1.114)
  5. Расходная характеристика и проводимость, соответствующие местным сопротивлениям, по аналогии будут представлены следую­щими соотношениями:
  6. и

Расход жидкости, движущейся по трубопроводу, может быть оп­ределен через проводимость Рl т. е.

(1.115)

Для упрощения расчетов по приведенным формулам составлены таблицы значений удельных сопротивлений Аl с поправочным ко­эффициентом Кn (прил. 1). При гидравлическом расчете стальных труб стандартных диаметров можно использовать прил. 2.

  • Диаметр трубопровода определяют в зависимости от расхода перекачиваемой жидкости и скорости ее движения по формуле
  • где d —диаметр трубы, м; Q — расчетный расход воды, м3/с; υ— средняя скорость движения, м/с; для малых диаметров (до 400 мм) υпринимается в прц-делах 0,7—1 м/с, а для средних и больших диаметров — 1 — 1,5 м/с.

Следует иметь в виду, что с уменьшением диаметров трубо-провода'при одном и том же расходе увеличиваются скорость и по­тери напора, а с увеличением скорости и потерь напора возрастают эксплуатационные расходы. С увеличением же диаметра трубопро­вода скорость и потери напора уменьшаются. В связи с этим при

определении диаметра трубопровода необходимо учитывать требова­ния экономичности и технической целесообразности, иначе говоря, стремиться к определению экономически наивыгоднейшего диаметра, соответствующего минимуму его приведенной стоимости, включаю­щей затраты на строительство и на эксплуатацию трубопровода. Выбор экономичного диаметра трубопровода приобретает осо­бое значение при гидравлическом расчете внешних водопроводных сетей. Экономически наивыгоднейшие диаметры водопроводных труб определяют по расчетному расходу воды с учетом экономиче­ского фактора Э по формуле

Величина Э, зависящая главным образом от стоимости электро­энергии, труб и их укладки, изменяется от0,5 до 1 (для европейской части СССР Э = 0,75).

Для ускорения гидравлического расчета водопроводных труб пользуются таблицами, составленными Ф. А. Шевелевым (см. прил. 2).

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

  • Содержание: [Скрыть]

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.

Формула местной скорости трубопровода

  • 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 – DN;
  • давление номинальное – PN;
  • 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.

Формула местной скорости трубопроводаУсловный диаметр (проход) трубопровода (DN) – 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.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Формула местной скорости трубопровода

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

  • ламинарный поток (Re

Скорость воды в трубопроводе: факторы и расчеты

Сооружая автономную водопроводную сеть для частного дома, необходимо задуматься о достаточно большом количестве параметров, которые сделают водопровод сетью, работающей долгое время и не требующей больших затрат на ее обслуживание. Один из важных факторов – скорость движения воды в трубопроводах водоснабжения.

Почему скорость должна быть определенного значения

Формула местной скорости трубопроводаСкорость воды в трубах учитывают при выборе материала и диаметра трубопровода

Если скорость недостаточная, на стенках труб будут осаждаться нерастворенные частицы, которые поступают с водой из скважины или колодца. Это приведет к заиливанию и уменьшению проходного сечения. В результате снизится напор и производительность всей системы в целом.

Если скорость воды в водопроводе большая, это приводит к увеличению давления перекачиваемой жидкости на стенки труб и их стыки. Велика вероятность, что в каком-то месте трубопровода со временем произойдет протечка.

Типовые значения скорости

Существуют рекомендованные значения скорости водяного потока в трубах водоснабжения, которые зависят от материала, из которого водопроводные трубы изготовлены, новые они или уже были в эксплуатации. Вот несколько зависимостей, которые помогут сделать правильный выбор.

Скорость в пластиковой трубе м/сек Скорость в стальной трубе, м/сек
новая старая
50 22 0,7 0,062
100 11 0,74 0,068
200 7,6 0,82 0,076

Скорость напрямую зависит и от диаметра труб. При этом любые жидкости, движущиеся по трубам, подчиняются законам физики. В водопроводе эти законы стремятся остановить движение воды. Сила, которая к этому прикладывается, называется силой сопротивления. Она ведет к потерям напора, а соответственно и к снижению скорости.

Обычно формулу скорости потока воды в трубопроводах, как таковую, не применяют нигде. Потому что нет смысла рассчитывать то, что уже доказано и находится в свободном доступе в таблицах. Ее принимают, как стандартную рекомендованную величину.

Сам параметр скорости потока воды в трубопроводах применяют для расчета нескольких характеристик водопроводной сети. К примеру, при расчете расхода воды или выбора диаметра труб.

Под водопроводом надо понимать сети питьевой воды, горячего водоснабжения и противопожарной системы.

Примеры расчетов

Формула местной скорости трубопроводаЧаще с помощью скорости рассчитывают расход воды или диаметр труб. Для этого используют формулу:

W= V×S, где W – расход, V – скорость, S – площадь сечения выбранных труб.

По одной из таблиц выбирается скорость движения воды. Если это пожарный водопровод, в нем данный параметр должен быть в пределах 3 м/с. Достаточно большое значение, но для водопровода этого типа величина усредненная, бывает и больше.

К примеру, надо рассчитать сечение трубы. Для этого дополнительно нужно определиться, сколько воды будет расходоваться через спринклеры или дренчеры противопожарной системы. Это также табличная величина, зависящая от защищаемой площади здания или сооружения. Пусть это будет пожарная система в одну струю, в которой обычно расход составляет 3,5 л/сек или 0,0035 м³/час.

  • Зная все требуемые параметры водопровода, можно рассчитать сечение труб, которые будут монтироваться в сеть:
  • S=W/V=0,0035:3 = 0,0012 м².
  • Зная сечение трубы, можно подсчитать ее диаметр. Формула площади такова: S=πD²/4, отсюда формула диаметра:

D=√4S/π=√(4×0,0012:3,14)=0,0038 м или 38 мм. Такого значения диаметра труб не существует, поэтому надо выбрать стандартное большее — 40 мм.

Это самый простой пример. В реальности большинство водопроводных систем – это сложные схемы, в которых присутствуют отводы, подсоединяемые участки, установленная запорная арматура и прочие препятствия, которые снижают быстроту движения воды в водопроводе.

При этом во многих сетях установлены насосные станции, которые формируют производительность и напор.

Нередко в систему устанавливаются насколько насосных агрегатов, которые работают попеременно: по два, по три, по одному, в разных последовательностях включения и отключения.

В таких случаях расчет проводят ступенчато, для каждого участка по отдельности. При этом обязательно учитываются дополнительные коэффициенты, которые нивелируют полученные значения, а также потери напора на фитингах и в местах установки запорной арматуры.

Скорость потока

Формула местной скорости трубопроводаСкорость воды в трубе имеет два значения: у стенок она равна нулю, у оси — максимальный параметр. Чем дальше от оси, тем слабее движется вода.

Если рассматривать цилиндр, по которому движется жидкость, как воображаемую модель, можно сказать, что на воду внутри трубы не будут действовать никакие силы. Но в реальности все не так. Первая сила, которая действует на водяной поток, — сила трения о внутренние стенки трубопровода. Она уменьшается с отдалением от стенок.

Вторая сила – нагнетающая, действующая от насоса в направлении движении потока. Если этот параметр всегда неизменный, течение жидкости внутри трубы происходит ламинарно. Скорость остается неизменной, у стенок она равна нулю. Это идеальная ситуация.

На практике так случается редко. Факторов для этого много, к примеру, включение и отключение насоса, засорение фильтра и так далее. В таком случае у стенок трубопроводов скорость изменяется резко: то больше, то меньше с иногда огромной разницей. В остальной части эта характеристика изменяется меньше.

Многие интернет-порталы предлагают калькуляторы, с помощью которых можно рассчитать скорость потока жидкости, проходящей через цилиндр. Для этого потребуется всего лишь два параметра:

  • внутренний диаметр трубы в мм;
  • производительность водопровода, а точнее, объем жидкости, проходящей через трубу за определенный промежуток времени (м³/час).

Но в таких калькуляторах не учитывается материал, из которого трубы изготовлены, а также наличие или отсутствие фитингов, дополнительных контуров и запорной арматуры. Эти расчетные сервисы можно взять за основу, но точного значения от них ждать не стоит.

Решая вопрос, связанный со скоростью перемещения водного потока внутри водопроводной сети, необходимо четко определиться со сложностью системы, производительностью насосных станций и видами используемых труб. Проще всего – подобрать это значение по таблице, в которой показатели давно рассчитаны и гарантированно достоверны.