Калькулятор расчета гидравлического сопротивления трубопровода

Гидравлический расчет трубопровода онлайн калькулятор позволяет рассчитать параметры напорных трубопроводов, такие как расход воды (пропускную способность) трубопровода, длину участка трубопровода, либо его внутренний диаметр, а также падение напора на участке трубопровода.

Трубный калькулятор

Расчет веса трубы или длины трубы различной формы из разных материалов. Трубный калькулятор
  

Теоретическое обоснование гидравлического расчета

Гидропотери в трубопроводах систем водоснабжения вызваны гидравлическим сопротивлениям труб, смежных стыковых соединений, арматуры и прочих соединительных элементов. Калькулятор выполняет расчет только для простого (прямого) трубопровода, поэтому для сложных систем рекомендуется совершать вычисления для каждого отдельного участка.

Согласно методике СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», гидравлический уклон (потери напора на единицу длины) определяется по формуле:

i = (λ / d) × (v2 / 2g)

  • λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
  • d – внутренний диаметр труб, м;
  • V – скорость воды, м/с;
  • g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

Таким образом, из неизвестных остается только коэффициент гидравлического сопротивления, который рассчитывается по формуле:

λ = A1 × (A0 + C/V)m / dm

Коэффициенты А0, А1, С и значения показателя степени m соответствуют современным технологиям изготовления трубопроводов и принимаются согласно нижеуказанной таблицы. В случае, если эти параметры отличаются от перечисленных, производитель должен указывать их самостоятельно.

Виды труб m A0 A1 С
Новые стальные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием 0,226 1 0.0159 0.684
Новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием 0,284 1 0.0144 2.360
Неновые стальные и неновые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием v < 1,2 м/с 0,30 1 0.0179 0.867
v ⩾ 1,2 м/с 0,30 1 0.021 0.000
Асбестоцементные 0,19 1 0.011 3.510
Железобетонные виброгидропрессованные 0,19 1 0.01574 3.510
Железобетонные центрифугированные 0,19 1 0.01385 3.510
Стальные и чугунные с внутренним пластмассовым или полимерцементным покрытием, нанесенным методом центрифугирования 0,19 1 0.011 3.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом набрызга с последующим заглаживанием 0,19 1 0.01574 3.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом центрифугирования 0,19 1 0.01385 3.510
Пластмассовые 0,226 0 0.01344 1.000
Стеклянные 0,226 0 0.01461 1.000

Расход воды в трубопроводе рассчитывается на основании известной усредненной скорости движения воды по трубе заданного сечения.

Q = π × (d2 / 4) × V / 1000

  • d – внутренний диаметр трубопровода, мм;
  • V – скорость потока жидкости, м/с.

Согласно СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий» скорость движения воды в трубопроводах внутренних сетей не должна превышать 1.5 м/с, в трубопроводах хозяйственно-противопожарных и производственно-противопожарных систем – 3 м/с, в спринклерных и дренчерных системах – 10 м/с. Для большинства современных многоквартирных квартир и частных домов оптимальная скорость воды в трубе должна составлять от 0.6 м/с до 1.5 м/с.

Гидродинамический расчет трубопровода несжимаемой жидкости

При проведении гидродинамического расчета определяется значение числа Рейнольдса:

Re = W×D×ρ / μ;, где

μ – динамическая вязкость жидкости;
W – скорость потока;
D – диаметр трубопровода.

Определяется толщина ламинарного подслоя вдоль внутренней поверхности трубы:

δ = 68,4×Re-0.875×D / 2

В зависимости от величины шероховатости Δ внутренней поверхности трубы определяется коэффициент трения:

λ = 0,316×Re -0.25 при δ > Δ
λ = 0,11(Δ / D + 68 / Re) 0.25 при δ

По формуле Д’Арси определяется потеря давления на прямых участках:

ΔP = λ×(L / D)×(W2ρ / 2)

Потеря давления на местных сопротивлениях:

ΔP = ΣKi×(W2ρ / 2)

Суммируя полученные результаты, получают общую потерю давления на определенном участке трубопровода.

Исходные данные:

Q – расход потока жидкости в трубопроводе, в литрах в секунду;

ρ – плотность жидкости, в килограмм / метр 3;

μ – динамическая вязкость жидкости, в паскаль×секунда;

ΔH – перепад высот начальной и конечной точки участка трубопровода, в метрах;

D – внутренний диаметр трубопровода, в миллиметрах;

L – длина трубопровода, в метрах;

ΣKi – суммарный коэффициент местных сопротивлений;

Δ – абсолютная шероховатость внутренней стенки трубы, в миллиметрах.

Условная проходимость DN

Параметр условной проходимости DN (номинального диаметра) выступает безразмерной величиной, его численное значение приблизительно соответствует внутреннему поперечному сечению труб (например, DN 125). Числовые значения условного перехода подбирают для увеличения пропускной способности трубопроводной сети в пределах 60 – 100% при переходе от одной условной проходимости к следующей.

проходимость труб
 

Согласно ГОСТ 28338-89, параметры условной проходимости (Ду в прошлом) подбирают из размерного ряда:

размеры трубопроводов

Значения подобраны с учетом исключения проблем, относительно припасовки деталей друг к другу. Номинальный диаметр на основе параметров внутреннего сечения подбирают на основе диаметра трубы в свету.

Допустимые параметры избыточного рабочего давления pe,zul

Номинальные параметры давления используют для рабочих сред температурой 20°C. При повышении уровня нагрева, способность противостояния нагрузкам снижается, что влияет на уменьшение допустимого избыточного давления. Показатель pe,zul определяет максимальный уровень избыточного напряжения, допускаемого при повышении значения температурного режима.

допустимое избыточное давление
 

Основные принципы гидравлического расчета

На эффективность работы трубопровода оказывает влияние носитель, в роли которого может выступать жидкость, газообразное топливо или пар. Главной составляющей рабочей среды является ее динамическая вязкость. Она характеризуется соответствующим коэффициентом – μ. Существует еще одна величина (Re) – критерий Рейнольдса, названная в честь физика из Ирландии, который вывел эту безразмерную величину, указывающую на характеристику рабочего потока внутри трубы. На критерий Re также оказывают свое воздействие скорость, с которой движется поток и плотность жидкой фазы. Эти величины учитываются при подсчете значения Re. В зависимости от критерия определяется режим движения внутренней среды:

  • ламинарный – значение менее 2300 единиц, при этом жидкая фаза будет передвигаться определенными пластами, которые не смешиваются между собой;
  • промежуточный – критерий находится в пределах от 2300 до 4000 единиц. Поток будет нестабильным, слои которого перемешиваются между собой;
  • турбулентный – отличается повышенной величиной, превышающей порог в 4000 единиц. Поток имеет одинаковую скорость в любой точке по объему трубопровода.

Критерий Рейнольдса позволяет смоделировать ситуацию до определенного технологического уровня. С его помощью можно проследить, как будет работать система в будущем. Для выполнения более точного расчета, применяют специальные таблицы, которые содержат данные по составу и размерности труб.

zen.yandex.ru

Выбор материала

Подбор материала производится на основе характеристик сред, транспортируемых по трубопроводной линии и рабочего давления, предусмотренного для данной системы. Следует помнить о корродирующем действии перекачиваемых сред, относительно материала стенок трубопроводной сети. Обычно трубы и химические системы изготавливают из стали. При отсутствии высокого механического и корродирующего воздействия при разработке труб используют серый чугун или нелегированную конструкционную сталь.

условные обозначения на трубе

При высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с коррозийным образованием используют трубы из высококлассной стали или технологию ее литья. При высоком корродирующем действии или предъявлении к чистоте продуктов высоких требований, трубы разрабатывают из нержавейки.

Для повышения устойчивости к действию морской воды применяют медно-никелевый состав. Допускается использование алюминиевых сплавов, тантала или циркония. Хорошо распространены пластиковые составы, устойчивые к коррозийным образованиям. Они обладают малым весом и просты в обработке, что выступает идеальным решением для обустройства канализационных систем.

Типы фасонных элементов

При разработке труб из пластичных материалов, пригодных для сварочных работ, их сборка производится на месте монтажа. К ним относят стальные, алюминиевые, пластиковые и медные конструкции. Подсоединения прямых участков производится с помощью фасонных элементов (колен, отводов, затворов).

фасонные элементы

Линейное расширение

Смена геометрической формы изделий производится под силовым или температурным действием.

Физические нагрузки, приводящие к линейному расширению или сжатию, негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках. При невозможности компенсации расширения, трубы деформируются, что приводит к повреждению фланцевых уплотнителей и участков стыковки труб между собой.

Компонуя трубопроводные магистрали, следует ориентироваться на возможную смену длины при увеличении температурного режима или теплового линейного расширения (ΔL). Этот параметр определяется длиной труб, обозначаемой Lo и разностью температурных режимов Δϑ =ϑ2-ϑ1.

линейное расширение

В приведенной формуле коэффициент теплового линейного расширения для трубопровода протяженностью 1 м при увеличении температурного режима составляет 1°C.

Снижение давления и расчет гидросопротивления

Для определения напора внутри труб и правильной подборки оборудования, способствующего перекачиванию жидких или газообразных сред, требуется вычислить снижение давления. За неимением доступа к интернет-сети, расчеты производятся по формуле:

Δp=λ·(l/d1)·(ρ/2)·v²

Δp – перепады напряжения на участке трубопровода, Па
l – протяженность участка трубопроводной линии, м
λ – коэффициент сопротивления
d1 – поперечное сечение труб, м
ρ – уровень плотности транспортируемых сред, кг/м3
v – скорость перемещения, м/с

разрез трубы

Гидравлическое сопротивление образуется под воздействием 2-х основных факторов:

  • сопротивление трения;
  • местное сопротивление.

Первый вариант предусмотрен при образовании неровностей и шероховатостей, препятствующих движению перекачиваемых сред. Для преодоления тормозящего эффекта требуются дополнительный расход энергии. При ламинарном протоке и соответствующего ему низкого показателя Рейнольдса (Re), характеризующегося равномерностью и исключением возможности смешения соседних слоев жидких или газообразных сред, влияние шероховатостей минимально. Это объясняется увеличением параметра крайнего вязкого подслоя перекачиваемых сред, относительно образованных неровностей и выступов на поверхности труб. Эти условия позволяют считать трубы гидравлически гладкими.

При повышении значения Рейнольдса вязкий подслой имеет меньшую толщину, что обеспечивает перекрытие неровностей и воздействия шероховатостей, уровень гидравлического сопротивления не зависит от показателя Рейнольдса, и средней высоты выступов на покрытии труб. Последующее повышение значения Рейнольдса позволяет перевести перекачиваемые среды в режим турбулентного протекания, где образуется разрушение вязкого подслоя, а образуемое трение определяется величиной шероховатости.

Потери при трении рассчитываются путем подстановки данных:

HТ=[(λ·l)/dэ]·[w2/(2g)]

  • HТ – потери напора при сопротивлении трению, м
  • [w2/(2g)] – скоростной напор, м
  • λ – коэффициент сопротивления
  • l – протяженность трубопроводного участка, м
  • dЭ – эквивалентное значение поперечного сечения трубопроводной линии, м
  • w – скорость движения сред, м/с
  • g – ускорение свободного падения, м/с2

извилистая труба

таблица с формулами

обозначение в таблице

Примеры номограмм

расход пара

расход пара и воды

нонограмма водяной системы

нонограммы паровой системы

нонограмма для гравитационных и насосных систем

для систем низкого давления

для водяных тепловых сетей

примеры определения ре

При выборе параметров труб и материала для разработки, специалисты ориентируются на технологические и конструктивные требования, предъявляемые в конкретной ситуации. Для стандартизации габаритов их классифицируют и унифицируют, с учетом допустимого для эксплуатации давления.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...