Расход воды через трубу при нужном давлении

Важность правильных расчетов

Расход воды через трубу при нужном давлении

Расчет потребления воды позволяет правильно выбрать материал и диаметр труб

При проектировке коттеджа с двумя и более санузлами либо небольшой гостиницы надо принимать во внимание, сколько воды смогут поставлять трубы выбранного сечения. Ведь если упадет давление в трубопроводе при большом потреблении, это приведет к тому, что нормально принять душ или ванну будет невозможно. Если проблема возникнет при пожаре, можно и вовсе лишиться дома. Поэтому расчет проходимости магистралей проводят еще перед началом строительства.

Владельцам небольших предприятий также важно знать пропускные показатели. Ведь при отсутствии приборов учета коммунальные службы, как правило, предъявляют счет на водопотребление организациям по пропускаемому трубой объему. Знание данных по своему водопроводу позволит контролировать расход воды и не платить лишнего.

Что рассчитывается

Выполняется данная процедура в отношении нижеперечисленных рабочих параметров инженерной коммуникации.

  1. Расход жидкости на отдельных сегментах водопровода.
  2. Скорость потока рабочей среды в трубах.
  3. Оптимальный диаметр водопровода, который обеспечивает приемлемое падение напора.

Рассмотрим методику расчёта этих показателей подробно.

Расход воды

Данные по нормативному расходу воды отдельными сантехническими приборами указаны в приложении к СНиП 2.04.01-85. Этот документ регламентирует сооружение канализационных сетей и внутренних водопроводов. Ниже приведена часть соответствующей таблицы.

Таблица 1

Сантехнический прибор Общий расход (ГВС и ХВС), литр/секунда Расход ХВС, литр/секунда
Унитаз с вентилем прямой подачи воды 1,4 1,4
Унитаз с бачком для слива воды 0,10 0,10
Душевая кабинка (смеситель) 0,12 0,08
Ванна (смеситель) 0,25 0,17
Мойка (смеситель) 0,12 0,08
Умывальник (смеситель) 0,12 0,08
Умывальник (водоразборный кран) 0,10 0,10
Кран для полива 0,3 0,3

Если предполагается использовать одновременно несколько приборов, расход суммируется. Так, в случае, когда работает душевая кабинка на первом этаже с одновременным использованием туалета на втором этаже, логично сложить объём расхода воды обоими потребителями – 0,12 0,10 = 0,22 литр/секунда.

Напор воды в будущем водопроводе зависит от правильности проводимых расчетов

Вполне понятно, что при пожаротушении количество струй от одного пожарного гидранта определяется площадью и типом здания. Для удобства ознакомления информация по этому вопросу тоже размещена в табличной форме.

Таблица 2

Тип здания Требуемое количество струй при пожаротушении
Администрации предприятий (объём до 25 000 кубометров) 1
Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, более 10 этажей) 2
Общественные здания (объём до 25 000 кубометров, до 10 этажей) 1
Здание управления (объём до 25 000 кубометров, 10 и больше этажей) 2
Здание управления (от 6 до10 этажей) 1
Жилое здание (от 16 до 25 этажей) 2
Жилое здание (до 16 этажей) 1

От чего зависит проходимость трубы

Расход воды через трубу при нужном давлении

Расход воды будет зависеть конфигурации водопровода, а также типа труб, из которых смонтирована сеть

Проходимость трубных отрезков является метрической величиной, характеризующей объем жидкости, пропускаемый по магистрали за определенный временной интервал. Этот показатель зависит от материала, используемого при производстве труб.

Трубопроводы из пластика сохраняют почти одинаковую проходимость в течение всего эксплуатационного периода. Пластик, по сравнению с металлом, не ржавеет, благодаря этому магистрали не засоряются долгое время.

У моделей из металла пропускная способность снижается год за годом. Вследствие того что трубы ржавеют, внутренняя поверхность постепенно отслаивается и становится шероховатой. Из-за этого на стенках образуется намного больше налета. В особенности быстро засоряются трубы горячего водоснабжения.

Кроме материала изготовления, проходимость зависит и от иных характеристик:

  • Длины водопровода. Чем больше протяженность, тем меньше скорость потока из-за воздействия силы трения, соответственно снижается и напор.
  • Диаметра труб. Стенки узких магистралей создают большее сопротивление. Чем меньше сечение, тем хуже будет соотношение скорости потока к значению внутренней площади на участке фиксированной длины. В более широких трубопроводах вода перемещается быстрее.
  • Присутствия поворотов, фитингов, переходников, кранов. Любые фасонные детали замедляют передвижение водных потоков.

Скорость потока

Предположим, что перед нами поставлена задача расчёта тупиковой водопроводной сети при заданном пиковом расходе через неё. Цель вычислений – определение диаметра, при котором будет обеспечена приемлемая скорость перемещения потока по трубопроводу (согласно СНиПу – 0,7 – 1,5 м/сек).

Для подбора диаметра трубы также необходимы расчеты

S=π*R2 , где

S – площадь поперечного сечения трубы. Единица измерения – метр квадратный; π – известное иррациональное число; R – радиус внутреннего диаметра трубы.

Единица измерения — те же метры квадратные.

                                                                              W= V×S, где

W – расход воды в кубометрах; V – скорость потока воды (м/сек.); S – площадь сечения (метры квадратные).

Пример. Выполним расчет трубопровода системы пожаротушения для одной струи, расход воды в которой равен 3,5 литра в секунду. В системе СИ значение этого показателя будет таким: 3,5 л/сек = 0,0035 м3/сек. Такой расход на одну струю нормируется на тушение пожара внутри складских и производственных зданий объёмом от 200 до 400 кубометров и высотой до 50 метров.

У полимерных труб наружный диаметр может быть на шаг больше внутреннего

Сначала берём вторую формулу и вычисляем минимальную площадь сечения. Если скорость составляет 3 м/сек., этот показатель равен

                                                              S=W/V=0,0035/3= 0,0012 м2

   R=√S/π=0,019 м.

Таким образом, внутренний диаметр трубопровода должен быть  равен минимум

                                               Dвн. = 2R = 0,038 м =3,8 сантиметров.

Если результат вычислений является промежуточной величиной между стандартными значениями размеров трубных изделий, округление производится в большую сторону. То есть в данном случае подойдёт стандартная стальная труба с ДУ=40 мм.

Как просто узнать диаметр. Для того чтобы выполнить быстрый расчёт, можно использовать ещё одну таблицу, которая непосредственно увязывает расход воды через трубопровод с его условным диаметром. Она представлена ниже.

Таблица 3

Расход, литр/сек. Минимальный ДУ трубопровода, миллиметры
10 50
6 40
4 32
2,4 25
1,2 20
0,6 15
0,20 10

Потеря напора

                                                              P = b×L×(1 K), где

P – потеря напора в метрах водяного столба. Такая характеристика применима ввиду того, что изменяется давление воды в её потоке; b – гидравлический уклон трубопровода; L – длина трубопровода в метрах; K – специальный коэффициент. Этот параметр зависит от назначения сети.

На потерю напора влияет наличие запорной арматуры и изгибы трубопровода

Данная формула значительно упрощена. На практике падение напора вызывают запорная арматура и изгибы трубопровода. С цифрами, отображающими данное явление в фасонных частях, вы можете ознакомиться, изучив следующую таблицу.

Таблица 4

Эквивалент длины прямого участка трубопровода, метры
Диаметр 300 250 200 150 125 100 80 65 50 40 32 25
Открытый на 50% запорный кран 60 60 60 45 30 30 15 15,0 15 15,0 15 15,0
Открытый на 75% запорный кран 8 8 8 6 4 4 2 2 2 3 3 2
Открытый на 100% запорный кран 2 2 2 1,5 1 1 0,50 0,50 0,5 0,5 0,50 0,5
Обратный клапан 35 25 25 20 15 10 9 8 7 6 5 4
Обратный клапан водоразборный 45 30 30 25 20 15 12 10 9 8 7 6
Коническое сужение 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
Колено 90 градусов 7 5 4 2,7 2,5 1,7 1,30 0,9 0,70 0,6 0,40 0,3
Отвод 90 градусов 5,5 5 3 2 1,8 1,20 1 0,7 0,50 0,4 0,30 0,2

Некоторые элементы вышеуказанной формулы необходимо прокомментировать. С коэффициентом всё просто. Его значения можно узнать из СНиПа № 2.04.01-85.

пропускная способность трубопровода

Таблица 5

Назначение водопровода

Коэффициент
Производственно-противопожарный 0,15
Хозяйственно-питьевой 0,3
Противопожарный 0,1
Хозяйственный производственно- противопожарный 0,2

Что же касается понятия «гидравлический уклон», то здесь всё намного сложнее.

Гидравлический уклон – величина производная от следующих параметров:

  • скорость потока. Зависимость прямо пропорциональная, то есть гидравлическое сопротивление тем выше, чем быстрее движется поток;
  • диаметр трубы. Здесь зависимость уже обратно пропорциональная: гидравлическое сопротивление возрастает с уменьшением сечения ветки инженерной коммуникации;
  • шероховатость стенок. Этот показатель зависит в свою очередь от материала трубы (поверхность ПНД или полипропилена более гладкая, чем у стали). В некоторых случаях немаловажным фактором является возраст труб водопровода. Формирующиеся со временем известковые  отложения и ржавчина увеличивают шероховатость поверхности их стенок.

В старых трубах гидравлическое сопротивление возрастает, так как из-за зарастания внутренних стенок труб их просвет сужается

Методы расчета

Расход воды через трубу при нужном давлении

На коэффициент трения влияет наличие запорных элементов и их количество

Использование таблицы Шевелёва

Решить проблему, связанную с определением гидравлического уклона, используя калькулятор, можно полностью с помощью таблицы гидравлического расчёта труб водопровода, разработанной Шевелёвым Ф.А. В ней приведены данные для разных диаметров, материалов и скоростей потока. Помимо этого, в таблице содержатся поправки,  относящиеся к старым трубам.

Из-за большого объёма таблицы Шевелёва, полностью публиковать её нецелесообразно. Ниже приведена лишь небольшая выдержка из этого документа для трубы из пластика диаметром 16 миллиметров.

Таблица 6

Скорость, м/сек Расход  литр/сек Гидравлический уклон для трубопровода длиной 1000 метров (1000i)
1,50 0,17 319,8
1,41 0,16 287,2
1,33 0,15 256,1
1,24 0,14 226,6
1,15 0,13 198,7
0,88 0,1 124,7
0,90 0,09 103,5
0,71 0,08 84

При анализе результатов расчёта падения напора необходимо учитывать, что большая часть сантехприборов требует для нормальной работы наличие избыточного давления определённой величины. В СНиПе, принятом 30 лет назад, приводятся цифры для уже устаревшей техники. Более современные модели бытового и санитарного оборудования требуют для нормальной работы, чтобы избыточное давление составляло не менее 0,3 кгс/см2 (или 3 метра напора). Однако, как показывает практика, закладывать  в расчет лучше немного большее значение данного параметра – 0,5 кгс/см2.

Нормальная работа сантехприборов обеспечивается избыточным давлением в трубопроводе

Примеры

Для лучшего усвоения информации ниже приведён пример гидравлического расчёта пластикового водопровода. В качестве исходных принимаются следующие данные:

  • диаметр – 16,6 миллиметров;
  • длина – 27 метров;
  • максимально допустимая скорость потока воды – 1,5 м/сек.

        319,8:1000=0,3198

Для хозяйственно-питьевого водопровода коэффициент К принимается равным 0,3.

При расчетах важно принимать во внимание назначение водопровода

                               Р =0,3198×27×(1 0,3)= 11,224 метра.

Таким образом, на концевом сантехприборе избыточное давление, равное 0,5 атмосферы, будет продуцироваться при давлении  в трубопроводе системы  водоснабжения 0,5 1,122=1,622  кгс/см2. А поскольку давление в магистрали, как правило, не опускается ниже отметки 2,5 – 3 атмосфер, это условие вполне выполнимо.

Вид жидкости

Скорость (м/сек)

Вода городского водопровода

0,60-1,50

Вода трубопроводной магистрали

1,50-3,00

Вода системы центрального отопления

2,00-3,00

Вода напорной системы в линии трубопровода

0,75-1,50

Гидравлическая жидкость

до 12м/сек

Масло линии трубопровода

3,00-7,5

Масло в напорной системе линии трубопровода

0,75-1,25

Пар в отопительной системе

20,0-30,00

Пар системы центрального трубопровода

30,0-50,0

Пар в отопительной системе с высокой температурой

50,0-70,00

Воздух и газ в центральной системе трубопровода

20,0-75,00

Чаще всего, в качестве теплоносителя используется обычная вода. От ее качества зависит скорость уменьшения пропускной способности в трубах. Чем выше качество теплоносителя, тем дольше прослужит трубопровод из любого материала (сталь чугун, медь или пластик).

Как вычислить пропускную способность

Табличный способ – самый простой. Таблиц подсчета разработано несколько: можно выбрать ту, которая подойдет в зависимости от известных параметров.

В СНиП 2.04.01-85 предлагается узнать количество потребления воды по обхвату трубы.

Внешнее сечение магистрали (мм) Приблизительное количество жидкости
В литрах в минуту В кубометрах в час
20 15 0,9
25 30 1,8
32 50 3
40 80 4,8
50 120 7,2
63 190 11,4

С ростом температуры уменьшается проходимость трубы – вода расширяется и тем самым создает дополнительное трение.

Трубное сечение (мм) Пропускная способность
По теплоте (гкл/ч) По теплоносителю (т/ч)
Вода Пар Вода Пар
15 0,011 0,005 0,182 0,009
25 0,039 0,018 0,650 0,033
38 0,11 0,05 1,82 0,091
50 0,24 0,11 4,00 0,20
75 0,72 0,33 12,0 0,60
100 1,51 0,69 25,0 1,25
125 2,70 1,24 45,0 2,25
150 4,36 2,00 72,8 3,64
200 9,23 4,24 154 7,70
250 16,6 7,60 276 13,8
300 26,6 12,2 444 22,2
350 40,3 18,5 672 33,6
400 56,5 26,0 940 47,0
450 68,3 36,0 1310 65,5
500 103 47,4 1730 86,5
600 167 76,5 2780 139
700 250 115 4160 208
800 354 162 5900 295
900 633 291 10500 525
1000 1020 470 17100 855
Расход воды через трубу при нужном давлении

Давление потока воды общей магистрали учитывается при подборе труб

Что бы расчитать расход, необходимо знать ее диаметр

При подборе труб для установки любой коммуникационной сети нужно учесть давление потока в общей магистрали. Если предусмотрен напор под высоким давлением, надо устанавливать трубы с большим сечением, чем при движении самотеком. Если при подборе трубных отрезков не учтены эти параметры, а по малым сетям пропускают большой водный поток, они станут издавать шум, вибрировать и быстро придут в негодность.

Расход Пропускная способность
Сечение трубы 15 мм 20 мм 25 мм 32 мм 40 мм 50 мм 65 мм 80 мм 100 мм
Па/м Мбар/м Меньше 0,15 м/с 0,15 м/с 0,3 м/с
90,0 0,900 173 403 745 1627 2488 4716 9612 14940 30240
92,5 0,925 176 407 756 1652 2524 4788 9756 15156 30672
95,0 0,950 176 414 767 1678 2560 4860 9900 15372 31104
97,5 0,975 180 421 778 1699 2596 4932 10044 15552 31500
100,0 1000,0 184 425 788 1724 2632 5004 10152 15768 31932
120,0 1200,0 202 472 871 1897 2898 5508 11196 17352 35100
140,0 1400,0 220 511 943 2059 3143 5976 12132 18792 38160
160,0 1600,0 234 547 1015 2210 3373 6408 12996 20160 40680
180,0 1800,0 252 583 1080 2354 3589 6804 13824 21420 43200
200,0 2000,0 266 619 1151 2488 3780 7200 14580 22644 45720
220,0 2200,0 281 652 1202 2617 3996 7560 15336 23760 47880
240,0 2400,0 288 680 1256 2740 4176 7920 16056 24876 50400
260,0 2600,0 306 713 1310 2855 4356 8244 16740 25920 52200
280,0 2800,0 317 742 1364 2970 4356 8568 17338 26928 54360
300,0 3000, 331 767 1415 3078 4680 8892 18000 27900 56160

Так же, рассчитывая расход воды через трубу по таблице значений диаметра трубы и давления, учитывается не только количество кранов, но и численность водонагревателей, ванн и иных потребителей.

Для наиболее верного выявления показателей всей водоснабжающей сети используют особые справочные материалы. В них определены ходовые характеристики для труб из разных материалов.

В виде примера хорошего образца для расчетов можно назвать таблицу Шевелева. Это объемный справочник. Чтобы им воспользоваться, не обязательно идти в библиотеку. Все нужные данные можно найти во Всемирной сети. Кроме того, есть электронные программы на основе таблиц Шевелева. Достаточно ввести требуемые параметры, чтобы получить готовый результат.

Применение формул

Применение разных формул зависит от известных данных. Самая простая из них: q = π×d²/4 ×V. В формуле: q показывает расход воды в литрах, d – сечение трубы в см, V – скоростной показатель продвижения гидропотока в м/сек.

Тип водоподведения Скорость (м/сек)
Городской водопровод 0,60–1,50
Магистральный трубопровод 1,50–3,00
Центральная сеть отопления 2,00–3,00
Напорная система 0,75–1,50

Знать, какими характеристиками обладают трубы, нужно для грамотного подключения сантехнических приборов. При правильном подборе данных не будет повода беспокоиться, что при открытии крана в ванной комнате вода на кухне перестанет идти либо снизится ее напор.

Гидравлический расчёт трубопроводов систем отопления с помощью программ

Расчёт отопления частного дома – достаточно сложная процедура. Однако специальные программы её значительно упрощают. Сегодня доступен выбор нескольких онлайн сервисов такого типа. На выходе получаются следующие данные:

  • требуемый диаметр трубопроводной линии;
  • определённый вентиль, служащий для балансировки;
  • размеры элементов отопления;
  • значения датчиков перепадов давления;
  • параметры контроля термостатических клапанов;
  • числовые настройки регулирующих деталей.

Программа «Oventrop co» для выбора полипропиленовых труб. Перед её запуском необходимо определить искомые элементы оборудования и задать настройки. По окончании вычислений пользователь получает несколько вариантов реализации системы отопления. В них итерационно вносятся изменения.

Расчет теплосети позволяет правильно подобрать трубы и узнать расход теплоносителя

Данное программное обеспечение гидравлического расчёта позволяет выбрать трубные элементы магистрали нужного диаметра и определить расход теплоносителя. Оно – надёжный помощник при вычислении как однотрубной, так и двухтрубной конструкции. Удобство работы – вот одно из основных достоинств «Oventrop co». В комплект данной программы входят готовые блоки и каталоги материалов.

Программа «HERZ CO»: расчёт с учётом коллектора. Это программное обеспечение находится в свободном доступе. Оно позволяет производить расчёты вне зависимости от количества труб. «HERZ CO» помогает создавать проекты для ремонтируемых и новых зданий.

Программа тоже ориентирована на расчёт одно- и двухтрубных систем отопления. С её помощью учитывается действие термостатического вентиля, а также определяются потери давления в отопительных приборах и показатель сопротивления потоку теплоносителя.

Результаты расчётов выводятся в графическом и схематическом виде. В «HERZ CO» реализована функция справки. В программе имеется модуль, выполняющий функцию поиска и локализации ошибок. Пакет программ сдержит каталог данных о приборах для обогрева и об арматуре.

Программный продукт Instal-Therm HCR. С помощью данного программного обеспечения можно рассчитать радиаторы и обогрев поверхностей. В комплект его поставки входит модуль Tece, в котором содержатся подпрограммы для проектирования систем водоснабжения разных типов, сканирования чертежей и расчёта тепловых потерь. Программа оснащена различными каталогами, которые содержат арматуру, батареи, теплоизоляцию и разнообразные фитинги.

Протяженность трубопровода имеет важное значение для расчетов

Компьютерная программа «ТРАНЗИТ». Данный пакет программ позволяет осуществлять многовариантный гидравлический расчёт нефтепроводов, в которых имеются промежуточные нефтеперекачивающие станции (далее НПС). В качестве исходных данных выступают:

  • абсолютная шероховатость труб, давление в конце магистрали и её протяжённость;
  • упругость и кинематическая вязкость насыщенных паров нефти и её плотность;
  • марка и число насосов, включаемых как на головной станции, так и на промежуточных НПС;
  • раскладка труб по величине диаметра;
  • профиль трубопровода.

Результат расчёта представлен в виде данных о характеристиках самотёчных участков магистрали и о расходе перекачки. Помимо того, пользователю выдаётся таблица, отображающая величину давления до и после любой из НПС.

https://www.youtube.com/watch?v=OWBLxN3iUgE

В заключение необходимо сказать, что выше были приведены самые простые методики расчётов. Профессионалы используют куда более сложные схемы.