31132 0 22

Пропускная способность трубы: просто о сложном

Как меняется пропускная способность трубы в зависимости от диаметра? Какие факторы, помимо поперечного сечения, влияют на этот параметр? Наконец, как рассчитать, пусть приблизительно, проходимость водопровода при известном диаметре? В статье я постараюсь дать на эти вопросы максимально простые и доступные ответы.

Наша задача — научиться рассчитывать оптимальное сечение водопроводных труб.

Зачем это нужно

Гидравлический расчет позволяет получить оптимальное минимальное значение диаметра водопровода.

С одной стороны, денег при строительстве и ремонте всегда катастрофически не хватает, а цена погонного метра труб растет с увеличением диаметра нелинейно. С другой — заниженное сечение водопровода приведет к чрезмерному падению напора на концевых приборах из-за его гидравлического сопротивления.

При расходе на промежуточном приборе падение напора на концевом приведет к тому, что температура воды при открытых кранах ХВС и ГВС резко изменится. В результате вас либо окатит ледяной водой, либо ошпарит кипятком.

Ограничения

Я намеренно ограничу область рассматриваемых задач водопроводом небольшого частного дома. Причины две:

1. Газы и жидкости разной вязкости ведут себя при транспортировке по трубопроводу абсолютно по-разному. Рассмотрение поведения природного и сжиженного газа, нефти и прочих сред увеличило бы объем этого материала в несколько раз и увело бы нас далеко от моей специализации — сантехники;
2. В случае большого здания с многочисленными сантехническими приборами для гидравлического расчета водопровода придется рассчитывать вероятность одновременного использования нескольких точек водоразбора. В небольшом доме расчет выполняется для пикового потребления всеми имеющимися приборами, что сильно упрощает задачу.

Факторы

Гидравлический расчет системы водоснабжения — это поиск одной из двух величин:

• Расчет пропускной способности трубы при известном сечении;
• Расчет оптимального диаметра при известном планируемом расходе.

В реальных условиях (при проектировании водопровода) куда чаще приходится выполнять вторую задачу.

Бытовая логика подсказывает, что максимальный расход воды через трубопровод определяется его диаметром и давлением на входе. Увы, реальность гораздо сложнее. Дело в том, что у трубы есть гидравлическое сопротивление : попросту говоря, поток тормозит за счет трения о стенки. Причем материал и состояние стенок предсказуемо влияют на степень торможения.

Вот полный список факторов, влияющих на производительность водопроводной трубы:

• Давление в начале водопровода (читай — давление в трассе);
• Уклон трубы (изменение ее высоты над условным уровнем грунта в начале и конце);

• Материал стенок. Полипропилен и полиэтилен имеют куда меньшую шероховатость, чем сталь и чугун;
• Возраст трубы. Со временем сталь обрастает ржавчиной и известковыми отложениями, которые не только увеличивают шероховатость, но и снижают внутренний просвет трубопровода;

Это не относится к стеклянным, пластиковым, медным, оцинкованным и металлополимерным трубам. Они и через 50 лет эксплуатации находятся в состоянии новых. Исключение — заиливание водопровода при большом количестве взвесей и отсутствии фильтров на входе.

• Количество и угол поворотов ;
• Изменения диаметра водопровода;
• Наличие или отсутствие сварных швов, грата от пайки и соединительных фитингов;

• Запорная арматура . Даже полнопроходные шаровые краны оказывают движению потока определенное сопротивление.

Любой расчет пропускной способности трубопровода будет весьма приблизительным. Волей-неволей нам придется использовать усредненные коэффициенты, типичные для близких к нашим условий.

Закон Торричелли

Живший в начале 17 века Эванджелиста Торричелли известен как ученик Галилео Галилея и автор самого понятия атмосферного давления. Ему принадлежит и формула, описывающая расход воды, выливающейся из сосуда через отверстие известных размеров.

Для работоспособности формулы Торричелли необходимо:

1. Чтобы нам был известен напор воды (высота водяного столба над отверстием);

Одна атмосфера при земной гравитации способна поднять водяной столб на 10 метров. Поэтому давление в атмосферах пересчитывается в напор простым умножением на 10.

1. Чтобы отверстие было существенно меньше диаметра сосуда , исключая, таким образом, потерю напора за счет трения о стенки.

На практике формула Торрричелли позволяет рассчитать расход воды через трубу с внутренним сечением известных размеров при известном мгновенном напоре во время расхода. Проще говоря: чтобы воспользоваться формулой, нужно установить манометр перед краном или рассчитать падение напора на водопроводе при известном давлении в трассе.

Сама формула выглядит так: v^2=2gh. В ней:

• v — скорость потока на выходе из отверстия в метрах в секунду;
• g — ускорение падения (для нашей планеты оно равно 9,78 м/с^2);
• h — напор (высота водяного столба над отверстием).

Чем это поможет в нашей задаче? А тем, что расход жидкости через отверстие (та самая пропускная способность) равен S*v , где S — площадь сечения отверстия, а v — скорость потока из приведенной выше формулы.

Капитан Очевидность подсказывает: зная площадь сечения, нетрудно определить внутренний радиус трубы. Как известно, площадь круга вычисляется как π*r^2, где π округленно берется равным 3,14159265.

В этом случае формула Торричелли будет иметь вид v^2=2*9,78*20=391,2. Квадратный корень из 391,2 округленно равен 20. Значит, вода будет выливаться из отверстия со скоростью 20 м/с.

Вычисляем диаметр отверстия, через которое изливается поток. Переведя диаметр в единицы СИ (метры), получаем 3,14159265*0,01^2=0,0003141593. А теперь вычисляем расход воды: 20*0,0003141593=0,006283186, или 6,2 литра в секунду.

Обратно в реальность

Уважаемый читатель, рискну предположить, что у вас перед смесителем не установлен манометр. Очевидно, что для более точного гидравлического расчета нужны какие-то дополнительные данные.

Обычно расчетная задача решается от обратного: при известных расходе воды через сантехнические приборы, длине водопровода и его материале подбирается диаметр, обеспечивающий падение напора до приемлемых значений. Ограничивающим фактором выступает скорость потока.

Справочные данные

Нормой скорости потока для внутренних водопроводов считаются 0,7 — 1,5 м/с. Превышение последнего значения приводит к появлению гидравлических шумов (в первую очередь — на изгибах и фитингах).

Нормы расхода воды для сантехприборов несложно отыскать в нормативной документации. В частности, их приводит приложение к СНиП 2.04.01-85. Чтобы избавить читателя от длительных поисков, я приведу здесь эту таблицу.

В таблице приведены данные для смесителей с аэраторами. Их отсутствие уравнивает расход через смесители мойки, умывальника и душевой кабины с расходом через смеситель при наборе ванны.

Напомню, что если вы хотите своими руками рассчитать водопровод частного дома, суммируйте расход воды для всех установленных приборов . Если эта инструкция не соблюдается, вас будут ждать сюрпризы вроде резкого падения температуры в душе при открытии крана горячей воды на .

Если в здании присутствует пожарный водопровод, к плановому расходу добавляется 2,5 л/с на каждый гидрант. Для пожарного водопровода скорость потока ограничивается значением в 3 м/с : при пожаре гидравлические шумы — это последнее, что будет нервировать жильцов.

При расчете напора обычно исходят из того, что на крайнем от ввода приборе он должен быть не менее 5 метров, что соответствует давлению 0,5 кгс/см2. Часть сантехнических приборов (проточные водонагреватели, заливные клапаны автоматических стиральных машин и т.д.) просто не срабатывают, если давление в водопроводе ниже 0,3 атмосфер. Кроме того, приходится учитывать гидравлические потери на самом приборе.

На фото — проточный водонагреватель Atmor Basic. Он включает нагрев лишь при давлении 0,3 кгс/см2 и выше.

Расход, диаметр, скорость

Напомню, что они увязываются между собой двумя формулами:

1. Q = SV . Расход воды в кубометрах в секунду равен площади сечения в квадратных метрах, умноженной на скорость потока в метрах в секунду;
2. S = π r ^2. Площадь сечения высчитывается как произведение числа «пи» и квадрата радиуса.

Где взять значения радиуса внутреннего сечения?

• У стальных труб он с минимальной погрешностью равен половине ДУ (условного прохода, которым маркируется трубный прокат);
• У полимерных, металлополимерных и т.д. внутренний диаметр равен разности между наружным, которым маркируются трубы, и удвоенной толщиной стенки (она тоже обычно присутствует в маркировке). Радиус, соответственно, представляет собой половину внутреннего диаметра.

1. Внутренний диаметр равен 50-3*2=44 мм, или 0,044 метра;
2. Радиус составит 0,044/2=0,022 метра;
3. Площадь внутреннего сечения будет равной 3,1415*0,022^2=0,001520486 м2;
4. При скорости потока 1,5 метра в секунду расход будет равным 1,5*0,001520486=0,002280729 м3/с, или 2,3 литра в секунду.

Потеря напора

Как вычислить, сколько напора теряется на водопроводе с известными параметрами?

Простейшая формула расчета падения напора имеет вид H = iL(1+K). Что означают переменные в ней?

• H — заветное падение напора в метрах;
• i — гидравлический уклон метра водопровода ;
• L — длина водопровода в метрах;
• K — коэффициент , позволяющий упростить расчет падения напора на запорной арматуре и . Он привязан к назначению водопроводной сети.

Где взять значения этих переменных? Ну, кроме длины трубы — рулетку-то пока никто не отменял.

Коэффициент К принимается равным:

С гидравлическим уклоном картина куда сложнее. Сопротивление, оказываемое трубой потоку, зависит от:

• Внутреннего сечения;
• Шероховатости стенок;
• Скорости потока.

Список значений 1000i (гидравлического уклона на 1000 метров водопровода) можно найти в таблицах Шевелева, которые, собственно, и служат для гидравлического расчета. Объем таблиц слишком велик для статьи, поскольку они приводят значения 1000i для всех возможных диаметров, скоростей потока и материалов с поправкой на срок службы.

Вот небольшой фрагмент таблицы Шевелева для пластмассовой трубы размером 25 мм.

Автор таблиц приводит значения падения напора не для внутреннего сечения, а для стандартных размеров, которыми маркируются трубы, с поправкой на толщину стенок. Однако таблицы были изданы в 1973 году, когда соответствующий сегмент рынка еще не сформировался.
При расчете учтите, что для металлопластика лучше брать значения, соответствующие трубе на шаг меньшего размера.

Давайте, пользуясь этой таблицей, вычислим падение напора на полипропиленовой трубе диаметром 25 мм и длиной 45 метров. Условимся, что мы проектируем водопровод хозяйственно-бытового назначения.

1. При максимально близкой к 1,5 м/с скорости потока (1,38 м/с) значение 1000i будет равным 142,8 метра;
2. Гидравлический уклон одного метра трубы будет равным 142,8/1000=0,1428 метра;
3. Коэффициент поправки для бытовых водопроводов равен 0,3;
4. Формула в целом приобретет вид H=0,1428*45(1+0,3)=8,3538 метра. Значит, на конце водопровода при расходе воды 0,45 л/с (значение из левого столбца таблицы) давление упадет на 0,84 кгс/см2 и при 3 атмосферах на входе составит вполне приемлемые 2,16 кгс/см2.

Этим значением можно воспользоваться, чтобы определить расход согласно формуле Торричелли . Способ расчета с примером приведен в соответствующем разделе статьи.

Кроме того, чтобы вычислить максимальный расход через водопровод с известными характеристиками, можно выбрать в столбце «расход» полной таблицы Шевелева такое значение, при котором давление в конце трубы не упадет ниже 0,5 атмосферы .

Заключение

Уважаемый читатель, если приведенная инструкция, несмотря на предельную упрощенность, все же показались вам утомительной — просто воспользуйтесь одним из многочисленных онлайн-калькуляторов . Как всегда, дополнительную информацию можно найти в видео в этой статье. Я буду признателен за ваши дополнения, поправки и комментарии. Успехов, камрады!

31 июля 2016г.

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

Нужда в классификации газопроводов пришла в нашу жизнь с повсеместным распространением технологий использования газа для нужд населения. Отопление жилых, административных, промышленных зданий, использование газа как в приготовлении пищи, так и в производстве уже давно стала для нас обыденной вещью.

Классификация газопроводов являет собой необходимые меры и правила по систематизации прокладки газовых магистралей. могут различаться как по тому, какое у них назначение, так и по ряду показателей, таких как: давление, материал, из которого он изготовлен, местоположение, объемы транспортируемого газа и другие.

Cодержание статьи

О видах классификации по назначению магистрали

В связи с характерной спецификой их использования, газовые трубы можно классифицировать сразу по нескольким направлениям. После этого для отдельно взятого газопровода можно составить ряд характеристик, определяющих его свойства и конструктивные особенности.

Об этом нам детально могут рассказать специальные таблички-привязки, расположенные вдоль всей трассы газопровода. Они представляют собой таблички-знаки размером 140х200 миллиметров, с шифрованной информацией по газопроводу.

Распространены в зеленом (для стальных вариантов) и желтом (полиэтиленовые трубы) цветовом исполнении. Таблички могут размещаться на стенах зданий, а также на специальных столбиках возле трасс. Эти указатели устанавливают на расстоянии не более 100 метров друг от друга, с соблюдением зоны прямой видимости.

При планировке газовых труб можно выделить: уличные, внутриквартальные, межцеховые и дворовые. На этом характеристика по расположению не заканчивается, ведь прокладка и врезка коммуникаций возможна на земле, под землей и над землей.

В системе газоснабжения газопроводы можно классифицировать по их прямому назначению :

• распределительные. Это наружные газопроводы, поставляющие газ от источников газа до распределительных пунктов, а кроме того газопроводы среднего и высокого давления, подключенные к одному объекту;
• газопровод-ввод. Это участок от присоединения к распределительному газопроводу к устройству на вводе, отключающему систему;
• вводный газопровод. Это промежуток от отключающего устройства до непосредственно внутреннего газопровода;
• межпоселковый. Такие коммуникации проложены вне населенных пунктов;
• внутренний. Внутренним газопроводом считают участок который начинается от вводного газопровода до конечного агрегата, использующего газ.

Классификация газопроводов по давлению

Давление в трубе является важнейшим показателем функционирования газопровода. Рассчитав этот показатель, можно определить предел мощности газопровода, его надежность, а также степени риска, возникающие при его эксплуатации.

Газопровод, бесспорно, является потенциально опасным объектом, и потому прокладка или врезка газовых коммуникаций с давлением, превышающим допустимое, несет в себе большие риски для газотранспортной системы и безопасности окружающих людей. Правила надлежащей классификации помогут избежать аварий на взрывоопасном объекте.

Разделяют газопроводы высокого, среднего и низкого давления . Более подробная классификация газопроводов приведена ниже:

• высокого давления категории I-a. Давление газа в таком газопроводе может превышать 1,2 МПа. Такой вид применяют для подключения к газовой системе паровых и турбинных установок, а также теплоэлектростанций. Диаметр трубы от 1000 до 1200 мм.;
• высокого давления категории I. Показатель колеблется от 0,6 до 1,2 МПа. Используются для передачи газа в газораспределительные пункты. Диаметр трубы тот же, что и диаметр категории I-a;
• высокого давления категории II. Показатель от 0,3 до 0,6 МПа. Поставляется в газораспределительные пункты для жилых домов и в промышленные объекты. Диаметр магистрали высокого давления от 500 до 1000 мм.;
• среднего давления категории III. Показатель может быть в промежутке от 5 КПа до 0,3 МПа. Используются для подведения газа к газораспределительным пунктам по трубам среднего давления, находящимся на жилых зданиях. Диаметр трубы среднего давления от 300 до 500 мм.;
• низкого давления категории IV. Допустимо давление не превышающее 5 КПа. Такой газовые трубы поставляют носитель непосредственно в жилые дома. Газопроводы низкого давления имеют диаметр трубы не более 300 мм..

Виды газопроводов по глубине заложения

Учитывая фактор городских условий, нагрузки от тяжелого транспорта, влиянию снега и дождя на грунт, глубина заложения коммуникаций в городе и их магистральных вариаций требует рассмотрения их по отдельности.

Правила прокладки газовых магистралей также зависят от вида транспортируемого газа. Трубы, поставляющие осушенные газ, можно закладывать в зону промерзания грунта. Глубина заложения определяется прежде всего вероятностью механических повреждений грунта или дорожного покрытия.

Динамические нагрузки не должны вызывать напряжения в трубах. Вместе с тем, увеличение глубины заложения прямо пропорционально влияет на стоимость ремонтно-строительных дорожных работ, необходимых при закладке труб.

• на проездах улиц с бетонным или асфальтовым покрытием минимальная глубина заложения допускается не менее 0,8 метра, при отсутствии такого покрытия – прокладка глубиной 0,9 метра;
• минимальная глубина заложения труб транспортирующих сухой газ принимается в 1,2 метра от поверхности земли;
• на улицах и внутриквартальных территориях, где гарантированно отсутствует и будет отсутствовать движение транспорта, правила прокладки допускают, что глубина заложения уменьшится до 0,6 метра;
• глубина заложения подземного газопровода зависит от наличия водяного пара и уровня промерзания грунта. При транспортировке сухого газа обычно прокладка по глубине составляет 0,8 метра.

Укладка газопровода в траншею.mp4 (видео)

Магистральные газопроводы и их охранные зоны

Магистральные газопроводы являются целыми комплексами технических сооружений, основная задача которых – транспортировка газа из места его добычи к распределительным пунктам, а далее к потребителю. В непосредственной близости к городу они переходят в местные. Последние, в свою очередь, служат для распределения газа по городу и доставки в промышленные предприятия.

Проектирование и прокладка магистральных коммуникаций должна учитывать объемы газа, мощность работающего с ним оборудования, давления газа и конечно же правила закладки магистральных газопроводов. Расположение магистрального газопровода возле объекта, который требуется газифицировать, вовсе не означает, что врезка будет применена именно к нему.

Врезка может быть проложена в нескольких километрах от газифицированного участка. Кроме того, врезка должна учитывать практическую возможность обеспечения потребителя с заданной мощностью и давлением в трубе.

Магистральные трубы имеют разную производительность. На неё влияет, прежде всего, топливно-энергетический баланс района, в котором планируется прокладка трубопровода. При этом, необходимо рационально определить годовое количество газа, учитывающее объемы ресурса, на перспективу после начала эксплуатации комплекса.

Обычно параметр производительности характеризует количество поступающего за год газа. В течение года этот показатель будет колебаться в сторону уменьшения, из-за неравномерного использования населением газа по сезонам. К тому же на это влияют еще и изменения в температуре внешней среды.

Охранная зона магистрального газопровода подразумевает участок по обе стороны газопровода, ограниченный двумя параллельными линиями. Охранные зоны для магистральных газовых труб обязательны из-за взрывоопасности таких коммуникаций. И потому должна проводиться с учетом необходимого расстояния.

Для соблюдения нужной протяженности охранных зон, нужно учесть следующие правила:

• для магистралей высокого давл. I категории – охранная зона составляет 10 м;
• для труб высокого давл. II категории – охранная зона составляет 7 м;
• для магистралей среднего давл. – охранная зона составляет 4 м;
• для труб низкого давл. – охранная зона составляет 2 м.

ГАЗОВЫЕ СЕТИ

Современные распределительные системы снабжения природным газом представляют собой сложный комплекс сооружений, состоящий из газораспределительных станций, газовых сетей различного назначения, газорегуляторных пунктов и установок, систем резервирования и установок для сжигания газа. Каждый из элементов системы газоснабжения имеет свои задачи и особенности.

3.1. Расчётные расходы газа

Для проектирования системы газоснабжения населённого пункта необходимы данные о годовом потреблении природного газа. Это определяется по нормам с учётом перспективы развития потребителей.

Поскольку система газоснабжения имеет высокую стоимость и большую металлоёмкость серьёзное внимание должно быть уделено обоснованию расчётных расходов газа. Эти расходы используются для выбора диаметров газопроводов.

Газовые сети необходимо рассчитывать на максимальные часовые расходы. Расчётный часовой расход газа Q р.ч , м 3 /ч на хозяйственно-бытовые нужды определяется как доля годового расхода по формуле:

где К тах - коэффициент часового максимума (переход от Q год к максимальному часовому расходу газа).

Расчётный часовой расход газа на технологические нужды промышленных и сельхозпредприятий следует определять по данным топливопотребления этих предприятий (с учётом изменения КПД при переходе на газовое топливо). Коэффициент К max , представляет собой величину, обратную числу часов в год использования минимума (К т ax = 1/m ). Величина К т ax для промышленных предприятий зависит от вида производства, технологического процесса и числа рабочих смен в сутки.

Для отдельных жилых домов и общественных зданий Q р.ч определяется по сумме номинальных расходов газа газовыми приборами с учётом коэффициента одновременности их действия.

(3.2)

где К 0 - коэффициент одновременности; q ном - номинальный расход газа прибором, м 3 /ч; п - число однотипных приборов; х - число типов приборов.

3.2. Расчёт диаметра газопровода и допустимых потерь давления

Пропускная способность газопроводов может приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуа­тации системы, обеспечивающей устойчивость работы ГРП и газорегуляторных установок (ГРУ), а также работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.

Расчетные внутренние диаметры газопро­водов определяются исходя из условия обеспече­ния бесперебойного газоснабжения всех потре­бителей в часы максимального потребления газа.

Расчет диаметра газопровода следует выполнять, как правило, на компьютере с оп­тимальным распределением расчетной потери давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразно­сти выполнения расчета на компьютере (отсут­ствие соответствующей программы, отдельные участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведен­ным ниже формулам или по номограммам (СП-42-101-2003) составленным по этим формулам.

Расчетные потери давления в газопро­водах высокого и среднего давления принима­ются в пределах категории давления, принятой для газопровода.

Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от ис­точника газоснабжения до наиболее удаленно­го прибора) принимаются не более 180 МПа, в том числе в распределительных газопроводах 120 МПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах - 60 МПа.

Значения расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяй­ственных и бытовых предприятий и организа­ций коммунально-бытового обслуживания при­нимаются в зависимости от давления газа в месте подключения с учетом технических ха­рактеристик принимаемого к установке газо­вого оборудования, устройств автоматики бе­зопасности и автоматики регулирования техно­логического режима тепловых агрегатов.

Падение давления на участке газовой сети можно определять:

· для сетей среднего и высокого давлений по формуле

(3.3)

где P H - абсолютное давление в начале газопровода, МПа; Р K - абсолютное давление в конце газо­провода, МПа; Р 0 = 0,101325 МПа; λ - коэффициент гидравлического тре­ния; l - расчетная длина газопровода посто­янного диаметра, м; d - внутренний диаметр газопровода, см; ρ 0 - плотность газа при нормальных ус­ловиях, кг/м 3 ; Q 0 - расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях;

· для сетей низкого давления по формуле

(3.4)

где Р H - давление в начале газопровода, Па; Р K - давление в конце газопровода, λ, l, d, ρ 0 , Q 0 - обозначения те же, что и в предыдущей формуле.

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима дви­жения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,

(3.5)

где ν - коэффициент кинематической вяз­кости газа, м 2 /с, при нормальных условиях; Q 0 , d - обозначения те же, что и в предыдущей форму­ле, и гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

где Rе - число Рейнольдса; п - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных - 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных - 0,1 см, для полиэтиленовых неза­висимо от времени эксплуатации - 0,0007 см; d - обозначение то же, что и в предыдущей формуле.

В зависимости от значения Rе коэффици­ент гидравлического трения λ определяется:

· для ламинарного режима движения газа Rе < 2000

· для критического режима движения газа Rе = 2000-4000

(3.8)

· при Rе > 4000 - в зависимости от выпол­нения условия (3.6);

· для гидравлически гладкой стенки (нера­венство (3.6) справедливо):

· при 4000 < Rе < 100000 по формуле

· при Rе > 100000

(3.10)

· для шероховатых стенок (неравенство (6) несправедливо) при Rе > 4000

(3.11)

где п - обозначение то же, что и в форму­ле (3.6);d - обозначение то же, что и в форму­ле (3.4).

Расчетный расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзит­ного и 0,5 путевого расходов газа на данном участке.

Падение давления в местных сопротив­лениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5-10 %.

Для наружных надземных и внутрен­них газопроводов расчетную длину газопрово­дов определяют по формуле

(3.12)

где l - действительная длина газопровода, м; - сумма коэффициентов местных со­противлений участка газопровода; d - обозначение то же, что и в форму­ле (3.4);λ - коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода по формулам (3.7) - (3.11).

Расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец. Неувязка по­терь давления в кольце допускается до 10 % .

При выполнении гидравлического рас­чета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.

При выполнении гидравлического рас­чета газопроводов, проведенного по формулам (3.5)-(3.12), а также по различным методикам и программам для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, расчетный внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по форму­ле

(3.13)

где d - расчетный диаметр, см; А, В, т, т 1 - коэффициенты, определяемые потаблицам 3.1 и 3.2 в зависимости от ка­тегории сети (по давлению) и мате­риала газопровода; Q 0 - расчетный расход газа, м 3 /ч, при

нормальных условиях; ΔР УД - удельные потери давления (Па/м - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давле­ния), определяемые по формуле

Допустимые потери давления (Па - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого дав­ления); L - расстояние до самой удаленной точ­ки, м.

Таблица 3.1

Таблица 3.2

Внутренний диаметр газопровода при­нимается из стандартного ряда внутренних диа­метров трубопроводов: ближайший больший - для стальных газопроводов и ближайший мень­ший - для полиэтиленовых.

3.3. Расчёт газовых сетей высокого и среднего давления.

3.3.1. Расчёт разветвлённых распределительных газопроводов высокого и среднего давления

Гидравлические режимы работы распределительных газопроводов должны приниматься из условий создания системы, обеспечивающей устойчивость работы всех ГРС, ГРП, горелок в допустимых пределах давления газа.

Расчёт газопроводов сводится к определению необходимых диаметров и к проверке заданных перепадов давления.

Порядок расчёта может быть следующим.

1 . Начальное давление определяется режимом работы ГРС или ГРП, а конечное давление паспортными характеристиками газовых приборов потребителей.

2. Выбирают наиболее удалённые точки разветвлённых газопроводов и определяют общую длину l 1 по выбранным

основным направлениям. Каждое направление рассчитывается отдельно.

3. Определяют расчётные расходы газа для каждого участка газопровода Q p .

4. По значениям Q p расчётом или по номограммам СП 42-101-2003 выбирают предварительно диаметры участков, округляя их в большую сторону.

5. Для выбранных стандартных диаметров находят действительные значения перепада давления и затем уточняют P K .

6. Определяют давления, начиная с начала газопровода, т.к. начальное давление ГРС или ГРП известно. Если давление Р K действительное значительно больше заданного (более 10 %), то уменьшают диаметры конечных участков основного направления.

7. После определения давлений по данному основному направлению проводят гидравлический расчёт газопроводов-отводов по той же методике, начиная со второго пункта. При этом за начальное давление принимают давление в точке отбора.

3.3.2. Расчёт кольцевых газовых сетей высокого и среднего давления

Все городские сети рассчитывают на заданный перепад давления. Расчётный перепад для сети высокого (среднего) давления определяют из следующих соображений. Начальное давление (Р н) принимают максимальным по СНиП, а конечное давление (Р к) таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимальное допустимое давление газ перед регуляторами на ГРП. Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давлений в абонентском ответвление при максимальной нагрузке и перепада в ГРП. В большинстве случаев перед регуляторами давления достаточно иметь избыточное давление 0,15÷0,20 МПа.

При расчёте кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. Стопроцентное обеспечение потребителей газом при отказах элементов системы связано с дополнительными капитальными вложениями.

Максимального эффекта можно добиться при следующей постановке задачи. Ввиду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах её элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспеченности К об, который зависит от категории потребителей. Объемный расход газа, подаваемого потребителю при аварийном режиме определится из соотношения

где. - расчетный расход газа потребителя, м 3 /ч.

Коэффициент обеспеченности для коммунально-бытовых потребителей можно принять 0,80÷0,85, для отопительных котельных 0,70÷ 0,75. После обоснования К об для всех потребителей определяют необходимый резерв пропускной способности сети.

Сети высокого (среднего) давления обычно состоят из одного кольца и ряда отводов к газорегуляторным пунктам. Расчёт ведут на три режима: нормальный и два аварийных, когда выключается головные участки по обе стороны от точки питания, а движение газа идёт в одном направлении при уменьшенных нагрузках. Диаметры сети принимаются максимальными из двух аварийных режимов.

Порядок расчёта одно кольцевой сети следующий.

1. Производится предварительный расчёт диаметра кольца по формулам раздела 3.2.

2. Выполняется два варианта гидравлического расчёта аварийных режимов. Диаметры участков корректируются так, чтобы давление газа у последнего потребителя на понижалось ниже минимально допустимого значения. Для всех ответвлений рассчитывают диаметры газопроводов на полное использование перепада давления с подачей им газа.

3. Рассчитывают распределение потоков при нормальном режиме и определяют давление во всех узловых точках.

4. Проверяются диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при аварийном гидравлическом режиме. При недостаточности диаметров увеличивают их до необходимых размеров.

3.4. Расчёт газовых сетей низкого давления

3.4.1. Расчёт разветвлённых распределительных газопроводов низкого давления

К городским сетям низкого давления потребителей присоединяют, как правило, непосредственно. Колебания давления газа у потребителей зависят от величины расчётного перепада (∆ ) давления и степени его использования на пути движения газа от точки питания до газового прибора. В зависимости от принятых давлений газа перед бытовыми газовыми приборами устанавливаются максимальные давления газа в распределительных газопроводах после ГРП: 0,003 МПа при номинальном давлении (∆ ) приборов 0,002 МПа и 0,002 МПа при номинальном давлении у приборов 0,0013 МПа.

При расчётах газопроводов целесообразно использовать номограммы, построенные по расчётным формулам (см. приложение Б СП 42-101-2003).

Типовой порядок расчёта газовой сети.

1. Начальное и конечное давление принимают по режиму работы ГРП и по характеристикам газовых приборов.

2. Падение давления в газопроводах низкого давления следует определять в зависимости от Re.

3. Определяют расчётные расходы газа по участкам Q p ., i ,.

4. Выбирают наиболее удалённые точки системы и рассчитывают , для каждого направления.

5. Проводится гидравлический расчёт газопроводов с определением диаметра и перепада давлений согласно формул раздела 3.1.2.

С учётом степени шума, создаваемого движением газа в газопроводах низкого давления, скорости движения газа следует принимать не более 7 м/с.

где - действительная длина газопровода, м; МС - расчётная длина участка местных сопротивлений; - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l , м.

7. По номограммам приложения Б СП 42-101-2003 определяют фактические величины перепадов давлений для каждого участка.

8. Определяют суммарные потери давления по всему направлению

и сравнивают их с заданными.

При отклонении от принятой величины более 10 % изменяют диаметр газопроводов, начиная с конечных участков основных направлений.

3.4.2. Расчёт кольцевых газовых сетей низкого давления

Порядок проведения расчётов сети.

1. Выбирают основные направления потоков газа, определяют наиболее удаленные концевые точки.

2. Определяют сосредоточенные и удельные путевые расходы газа для всех контуров газовой сети.

3. Определяют путевые, транзитные и расчётные расходы газа по участкам.

4. Исходя из заданного перепада давления в сети для основных направлений оценивают величины ∆P

Пропускная способность – важный параметр для любых труб, каналов и прочих наследников римского акведука. Однако, далеко не всегда на упаковке трубы (или на самом изделии) указана пропускная способность. Кроме того, от схемы трубопровода тоже зависит, сколько жидкости пропускает труба через сечение. Как правильно рассчитать пропускную способность трубопроводов?

Методы расчета пропускной способности трубопроводов

Существует несколько методик расчета данного параметра, каждая из которых является подходящей для отдельного случая. Некоторые обозначения, важные при определении пропускной способности трубы:

Наружный диаметр – физический размер сечения трубы от одного края внешней стенки до другого. При расчетах обозначается как Дн или Dн. Этот параметр указывают в маркировке.

Диаметр условного прохода – приблизительное значение диаметра внутреннего сечения трубы, округленное до целого числа. При расчетах обозначается как Ду или Dу.

Физические методы расчета пропускной способности труб

Значения пропускной способности труб определяют по специальным формулам. Для каждого типа изделий – для газо-, водопровода, канализации – способы расчета свои.

Табличные методы расчета

Существует таблица приближенных значений, созданная для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В большинстве случаев высокая точность не требуется, поэтому значения можно применять без проведения сложных вычислений. Но в этой таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы, что характерно для старых магистралей.

Таблица 1. Пропускная способность трубы для жидкостей, газа, водяного пара

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

Существует точная таблица расчета пропускной способности, называемая таблицей Шевелева, которая учитывает материал трубы и множество других факторов. Данные таблицы редко используются при прокладке водопровода по квартире, но вот в частном доме с несколькими нестандартными стояками могут пригодиться.

Расчет с помощью программ

В распоряжении современных сантехнических фирм имеются специальные компьютерные программы для расчета пропускной способности труб, а также множества других схожих параметров. Кроме того, разработаны онлайн-калькуляторы, которые хоть и менее точны, но зато бесплатны и не требуют установки на ПК. Одна из стационарных программ «TAScope» – творение западных инженеров, которое является условно-бесплатным. В крупных компаниях используют «Гидросистема» - это отечественная программа, рассчитывающая трубы по критериям, влияющим на их эксплуатацию в регионах РФ. Помимо гидравлического расчета, позволяет считать другие параметры трубопроводов. Средняя цена 150 000 рублей.

Как рассчитать пропускную способность газовой трубы

Газ – это один из самых сложных материалов для транспортировки, в частности потому, что имеет свойство сжиматься и потому способен утекать через мельчайшие зазоры в трубах. К расчету пропускной способности газовых труб (как и к проектированию газовой системы в целом) предъявляют особые требования.

Формула расчета пропускной способности газовой трубы

Максимальная пропускная способность газопроводов определяется по формуле:

Qmax = 0.67 Ду2 * p

где p - равно рабочему давлению в системе газопровода + 0,10 мПа или абсолютному давлению газа;

Ду - условный проход трубы.

Существует сложная формула для расчета пропускной способности газовой трубы. При проведении предварительных расчетов, а также при расчетах бытового газопровода обычно не используется.

Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T

где z - коэффициент сжимаемости;

Т- температура перемещаемого газа, К;

Согласно этой формуле определяется прямая зависимость температуры перемещаемой среды от давления. Чем выше значение Т, тем больше газ расширяется и давит на стенки. Поэтому инженеры при расчетах крупных магистралей учитывают возможные погодные условия в местности, где проходит трубопровод. Если номинальное значение трубы DN будет меньше давления газа, образующегося при высоких температурах летом (например, при +38…+45 градусов Цельсия), тогда вероятно повреждение магистрали. Это влечет утечку ценного сырья, и создает вероятность взрыва участка трубы.

Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления

Существует таблица расчетов пропускных способностей газопровода для часто применяемых диаметров и номинального рабочего давления труб. Для определения характеристики газовой магистрали нестандартных размеров и давления потребуются инженерные расчеты. Также на давление, скорость движения и объем газа влияет температура наружного воздуха.

Максимальная скорость (W) газа в таблице - 25 м/с, а z (коэффициент сжимаемости) равен 1. Температура (Т) равна 20 градусов по шкале Цельсия или 293 по шкале Кельвина.

Таблица 2. Пропускная способность газового трубопровода в зависимости от давления

Pраб.(МПа)	Пропускная способность трубопровода (м?/ч), при wгаза=25м/с;z=1;Т=20?С=293?К
	DN 50	DN 80	DN 100	DN 150	DN 200	DN 300	DN 400	DN 500
0,3	670	1715	2680	6030	10720	24120	42880	67000
0,6	1170	3000	4690	10550	18760	42210	75040	117000
1,2	2175	5570	8710	19595	34840	78390	139360	217500
1,6	2845	7290	11390	25625	45560	102510	182240	284500
2,5	4355	11145	17420	39195	69680	156780	278720	435500
3,5	6030	15435	24120	54270	96480	217080	385920	603000
5,5	9380	24010	37520	84420	150080	337680	600320	938000
7,5	12730	32585	50920	114570	203680	458280	814720	1273000
10,0	16915	43305	67670	152255	270680	609030	108720	1691500

Пропускная способность канализационной трубы

Пропускная способность канализационной трубы – важный параметр, который зависит от типа трубопровода (напорный или безнапорный). Формула расчета основана на законах гидравлики. Помимо трудоемкого расчета, для определения пропускной способности канализации используют таблицы.

Для гидравлического расчета канализации требуется определить неизвестные:

1. диаметр трубопровода Ду;
2. среднюю скорость потока v;
3. гидравлический уклон l;
4. степень наполнения h/ Ду (в расчетах отталкиваются от гидравлического радиуса, который связан с этой величиной).

На практике ограничиваются вычислением значения l или h/d, так как остальные параметры легко посчитать. Гидравлический уклон в предварительных расчетах принято считать равным уклону поверхности земли, при котором движение сточных вод будет не ниже самооочищающей скорости. Значения скорости, а также максимальные значения h/Ду для бытовых сетей можно найти в таблице 3.

Юлия Петриченко, эксперт

Кроме того, существует нормированное значение минимального уклона для труб с малым диаметром: 150 мм

(i=0.008) и 200 (i=0.007) мм.

Формула объемного расхода жидкости выглядит так:

где a - это площадь живого сечения потока,

v – скорость потока, м/с.

Скорость рассчитывается по формуле:

где R – это гидравлический радиус;

С – коэффициент смачивания;

Отсюда можно вывести формулу гидравлического уклона:

По ней определяют данный параметр при необходимости расчета.

где n – это коэффициент шероховатости, имеющий значения от 0,012 до 0,015 в зависимости от материала трубы.

Гидравлический радиус считают равным радиусу обычному, но только при полном заполнении трубы. В остальных случаях используют формулу:

где А – это площадь поперечного потока жидкости,

P– смоченный периметр, или же поперечная длина внутренней поверхности трубы, которая касается жидкости.

Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации

В таблице учтены все параметры, используемые для выполнения гидравлического расчета. Данные выбирают по значению диаметра трубы и подставляют в формулу. Здесь уже рассчитан объемный расход жидкости q, проходящей через сечение трубы, который можно принять за пропускную способность магистрали.

Кроме того, существуют более подробные таблицы Лукиных, содержащие готовые значения пропускной способности для труб разного диаметра от 50 до 2000 мм.

Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем

В таблицах пропускной способности напорных труб канализации значения зависят от максимальной степени наполнения и расчетной средней скорости сточной воды.

Таблица 4. Расчет расхода сточных вод, литров в секунду

Диаметр, мм	Наполнение	Принимаемый (оптимальный уклон)	Скорость движения сточной воды в трубе, м/с	Расход, л/сек
100	0,6	0,02	0,94	4,6
125	0,6	0,016	0,97	7,5
150	0,6	0,013	1,00	11,1
200	0,6	0,01	1,05	20,7
250	0,6	0,008	1,09	33,6
300	0,7	0,0067	1,18	62,1
350	0,7	0,0057	1,21	86,7
400	0,7	0,0050	1,23	115,9
450	0,7	0,0044	1,26	149,4
500	0,7	0,0040	1,28	187,9
600	0,7	0,0033	1,32	278,6
800	0,7	0,0025	1,38	520,0
1000	0,7	0,0020	1,43	842,0
1200	0,7	0,00176	1,48	1250,0

Пропускная способность водопроводной трубы

Водопроводные трубы в доме используются чаще всего. А так как на них идёт большая нагрузка, то и расчет пропускной способности водопроводной магистрали становится важным условием надежной эксплуатации.

Проходимость трубы в зависимости от диаметра

Диаметр – не самый важный параметр при расчете проходимости трубы, однако тоже влияет на ее значение. Чем больше внутренний диаметр трубы, тем выше проходимость, а также ниже шанс появления засоров и пробок. Однако помимо диаметра нужно учитывать коэффициент трения воды о стенки трубы (табличное значение для каждого материала), протяженность магистрали и разницу давлений жидкости на входе и выходе. Кроме того, на проходимость будет сильно влиять число колен и фитингов в трубопроводе.

Таблица пропускной способности труб по температуре теплоносителя

Чем выше температура в трубе, тем ниже её пропускная способность, так как вода расширяется и тем самым создаёт дополнительное трение. Для водопровода это не важно, а в отопительных системах является ключевым параметром.

Существует таблица для расчетов по теплоте и теплоносителю.

Таблица 5. Пропускная способность трубы в зависимости от теплоносителя и отдаваемой теплоты

Диаметр трубы, мм	Пропускная способность
	По теплоте		По теплоносителю
	Вода	Пар	Вода	Пар
	Гкал/ч		т/ч
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

Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя

Существует таблица, описывающая пропускную способность труб в зависимости от давления.

Таблица 6. Пропускная способность трубы в зависимости от давления транспортируемой жидкости

Расход	Пропускная способность
Ду 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 - 1,000	184	425	788	1724	2632	5004	10152	15768	31932
120,0 - 1,200	202	472	871	1897	2898	5508	11196	17352	35100
140,0 - 1,400	220	511	943	2059	3143	5976	12132	18792	38160
160,0 - 1,600	234	547	1015	2210	3373	6408	12996	20160	40680
180,0 - 1,800	252	583	1080	2354	3589	6804	13824	21420	43200
200,0 - 2,000	266	619	1151	2486	3780	7200	14580	22644	45720
220,0 - 2,200	281	652	1202	2617	3996	7560	15336	23760	47880
240,0 - 2,400	288	680	1256	2740	4176	7920	16056	24876	50400
260,0 - 2,600	306	713	1310	2855	4356	8244	16740	25920	52200
280,0 - 2,800	317	742	1364	2970	4356	8566	17338	26928	54360
300,0 - 3,000	331	767	1415	3076	4680	8892	18000	27900	56160

Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)

Таблицы Ф.А и А. Ф. Шевелевых являются одним из самых точных табличных методов расчета пропускной способности водопровода. Кроме того, они содержат все нужные формулы расчета для каждого конкретного материала. Это объемный информативный материал, используемый инженерами-гидравликами чаще всего.

В таблицах учитываются:

1. диаметры трубы – внутренний и наружный;
2. толщина стенки;
3. срок эксплуатации водопровода;
4. длина магистрали;
5. назначение труб.

Формула гидравлического расчета

Для водопроводных труб применяется следующая формула расчета:

Онлайн-калькулятор: расчет пропускной способности труб

Если у вас есть какие-то вопросы, или же вы обладаете какими-либо справочниками, в которых используются неупомянутые здесь методы –напишите в комментариях.