Расчет диаметра трубопровода по расходу

Как рассчитать диаметр трубопровода

Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?

Трубопровод и необходимые к нему части

Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно. Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб. Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.

Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления

Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом. При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам. При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.

Пропускная способность трубы

Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени. Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев. Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.

По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.

Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.

Факторы влияния на проходимость магистрали:

1. Давление воды или теплоносителя.
2. Внутренний диаметр (сечение) трубы.
3. Общая длина системы.
4. Материал трубопровода.
5. Толщина стенок трубы.

На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.

Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.

Расчет диаметра трубы по расходу воды

Определяем правильно расход воды

Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:

где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;

q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;

а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.

На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.

Вероятность определяется по формуле:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

где N – число потребителей воды (приборов);

qhr µ – максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;

u – количество человек, использующих сантехнику.

Пример расчета расхода воды:

В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:

1. Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
2. Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
3. Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
4. Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.

Рассчитываем диаметр трубы

Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:

где Q – расход воды, м3/с;

d – диаметр трубопровода, м;

w – скорость потока, м/с.

Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.

Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.

Тогда диаметр трубопровода определяется:

для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м

для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м

для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м

Как рассчитать диаметр газовой трубы

Газопроводная труба рассчитывается несколько иначе, чем водопроводная. Здесь основополагающими значениями являются:

• скорость и давление газа;
• длина трубы с потерями давления на фитинги;
• падение давления в допустимых пределах.

Расчет диаметра газовой трубы можно провести по формуле:

где di – внутренний диаметр трубопровода, м;

V´ – объемный расход сжатого воздуха, м³/с;

L – длина трубопровода с поправками на фитинги, м;

Δp – допустимое падение давления, бар;

pmax – верхнее давление компрессора, бар.

Таким образом, при выборе диаметра трубы важным параметром является пропускная способность, которая зависит от сечения и внутреннего размера магистрали. Поэтому нужно обязательно соизмерять такие данные, как допустимое давление, толщина стенок, внутренний диаметр трубы, свойства теплоносителя или газа.

Как рассчитать расход воды по диаметру трубы – теория и практика

Как несложным путем высчитать расход воды по диаметру трубы? Ведь обращение к коммунальщикам с предварительно составленной схемой всех водопроводных коммуникаций в районе дело довольно хлопотное.

Зачем нужны подобные расчеты

При составлении плана по возведению большого коттеджа, имеющего несколько ванных комнат, частной гостиницы, организации пожарной системы, очень важно обладать более-менее точной информацией о транспортирующих возможностях имеющейся трубы, беря в учет ее диаметр и давление в системе. Все дело в колебаниях напора во время пика потребления воды: такие явления довольно серьезно влияют на качество предоставляемых услуг.

Кроме того, если водопровод не оснащен водосчетчиками, то при оплате за услуги коммунальных служб в расчет берется т.н. «проходимость трубы». В таком случае вполне логично выплывает вопрос о применяемых при этом тарифах.

При этом важно понимать, что второй вариант не касается частных помещений (квартир и коттеджей), где при отсутствии счетчиков при начислении оплаты учитывают санитарные нормы: обычно это до 360 л/сутки на одного человека.

От чего зависит проходимость трубы

От чего же зависит расход воды в трубе круглого сечения? Складывается впечатление, что поиск ответа не должен вызывать сложностей: чем большим сечением обладает труба, тем больший объем воды она сможет пропустить за определенное время. При этом вспоминается также давление, ведь чем выше водяной столб, тем с большей скоростью вода будет продавливаться внутри коммуникации. Однако практика показывает, что это далеко не все факторы, влияющие на расход воды.

Кроме них, в учет приходится брать также следующие моменты:

1. Длина трубы. При увеличении ее протяженности вода сильнее трется об ее стенки, что приводит к замедлению потока. Действительно, в самом начале системы вода испытывает воздействие исключительно давлением, однако важно и то, как быстро у следующих порций появится возможность войти внутрь коммуникации. Торможение же внутри трубы зачастую достигает больших значений.
2. Расход воды зависит от диаметра в куда более сложной степени, чем это кажется на первый взгляд. Когда размер диаметра трубы небольшой, стенки сопротивляются водному потоку на порядок больше, чем в более толстых системах. Как результат, при уменьшении диаметра трубы снижается ее выгода в плане соотношения скорости водного потока к показателю внутренней площади на участке фиксированной длины. Если сказать по-простому, толстый водопровод гораздо быстрее транспортирует воду, чем тонкий.
3. Материал изготовления. Еще один важный момент, напрямую влияющий на быстроту движения воды по трубе. К примеру, гладкий пропилен способствует скольжению воды в гораздо больше мере, чем шероховатые стальные стенки.
4. Продолжительность службы. Со временем на стальных водопроводах появляется ржавчина. Кроме этого для стали, как и для чугуна, характерно постепенно накапливать известковые отложения. Сопротивляемость водному потоку трубы с отложениями гораздо выше, чем новых стальных изделий: эта разница иногда доходит до 200 раз. Кроме того, зарастание трубы приводит к уменьшению ее диаметра: даже если не брать в расчет возросшее трение, проходимость ее явно падает. Важно также заметить, что изделия из пластика и металлопластика подобных проблем не имеют: даже спустя десятилетия интенсивной эксплуатации уровень их сопротивляемости водным потокам остается на первоначальном уровне.
5. Наличие поворотов, фитингов, переходников, вентилей способствует дополнительному торможению водных потоков.

Все вышеперечисленные факторы приходится учитывать, ведь речь идет не о каких-то маленьких погрешностях, а о серьезной разнице в несколько раз. В качестве вывода можно сказать, что простое определение диаметра трубы по расходу воды едва ли возможно.

Новая возможность расчетов расхода воды

Если использование воды осуществляется посредством крана, это значительно упрощает задачу. Главное в таком случае, чтобы размеры отверстия излияния воды были намного меньше диаметра водопровода. В таком случае применима формула расчета воды по сечению трубы Торричелли v^2=2gh, где v — быстрота протекания сквозь небольшое отверстие, g — ускорение свободного падения, а h — высота столба воды над краном (отверстие, имеющее сечение s, за единицу времени пропускает водный объем s*v). При этом важно помнить, что термин «сечение» применяется не для обозначения диаметра, а его площади. Для ее расчета используют формулу pi*r^2.

Если столб воды имеет высоту в 10 метров, а отверстие – диаметр 0,01 м, расход воды через трубу при давлении в одну атмосферу вычисляется таким образом: v^2=2*9.78*10=195,6. После извлечения квадратного корня выходит v=13,98570698963767. После округления, чтобы получить более простой показатель скорости, получается 14м/с. Сечение отверстия, имеющее диаметр 0,01 м, вычисляется так: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2. В итоге выходит, что максимальный расход воды через трубу соответствует 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с (немного меньше, чем 4,5 литра воды/секунду). Как можно увидеть, в данном случае расчет воды по сечению трубы провести довольно просто. Также в свободном доступе имеются специальные таблицы с указанием расходы воды для самых популярных сантехнических изделий, при минимальном значении диаметра водопроводной трубы.

Как уже можно понять, универсального несложного способа, чтобы вычислить диаметр трубопровода в зависимости от расхода воды, не существует. Однако определенные показатели для себя вывести все-же можно. Особенно это касается случаев, если система обустроена из пластиковых или металлопластиковых труб, а потребление воды осуществляется кранами с малым сечением выхода. В отдельных случаях такой метод расчета применим на стальных системах, но речь идет прежде всего о новых водопроводах, которые не успели покрыться внутренними отложениями на стенках.

Премудрости расчета диаметра трубопровода по расходу

Правильно провести трубопровод – это значит не только старательно собрать элементы в сеть, а и грамотно определить расход воды, выбрать подходящий размер конструкций. Ведь трасса проводится не для красоты, а для пользования, причем – удобного и экономичного. Давление и пропускная способность сети – вот основополагающие элементы в работе трассы. О том, как произвести расчет диаметра трубопровода по расходу, вы узнаете ниже.

Диаметр окружности трубы

С чего начинается определение диаметра трубопровода по расходу? Если вы новичок в вопросах прокладывания сетей, то этот процесс начинается с понимания, что такое диаметр.

Итак, диаметр представляет собой отрезок, соединяющий две крайние – расположенные по разную сторону конструкции точки на окружности. Рассчитывается диаметр трубопровода в зависимости от расхода, является одним из значимых габаритных величин системы.

Премудрости расчета

Что учитывается в момент проведения вычислений, какие параметры нужно принимать в расчет?

1. Толщина стенки конструкции.
2. Внутренний размер магистрали.
3. Наружный размер элементов сети.
4. Номинальный диаметр конструкции, в формулах зачастую упоминающийся как Дн.
5. Показатель, характеризующий условный проход, упоминаемый в расчетах как Ду. Измеряется в миллиметрах.

Кроме того, следует учитывать, что будет перемещаться в системе, под каким давлением, и длину трассы. Также необходимо брать во внимание, для какого типа трубопровода ведутся вычисления. Параметры для системы отопления и снабжения водой разнятся.

Ранее размер конструкций высчитывался и указывался в дюймах, но последние несколько лет все чаще практикуют производить вычисления в сантиметрах, миллиметрах. Но даже если вы все рассчитали в дюймах, не беда – просто воспользуйтесь одной из таблиц перевода измерений, щедро размещенных в Сети.

Расход воды

Важный момент – грамотно определить расход воды в трубопроводе.

Возьмем загородный дом. Для определения размера используемых конструкций для подачи воды в строение нужно высчитать максимальный объем потребления. Важен этот момент не только для понимания, какие для трассы нужны элементы, а и для правильного проведения буровых процессов, когда важен размер обсадной конструкции.

Рассмотрим ситуацию на примере. Частный дом среднестатистических размеров. Это значит, что в нем есть кухня, куда должна подаваться вода, санузел (туалет, ванная, в которой разместится и умывальник). Кроме того, ныне используют стиральные машины, которые также необходимо подключить к системе. В летнюю пору понадобится орошение грядок и цветников. Опираясь на такие вводные данные, можно сделать умозаключение, что для снабжения водой данного хозяйства понадобится водопровод с ориентировочными параметрами – 3 кубометра в час.

Для такой нагрузки подходят трехдюймовые насосы. Сам агрегат имеет диаметр 75 см. При монтаже насоса важно помнить, что прибор не должен соприкасаться со стенками обсадной конструкции, значит, вы должны побеспокоиться о том, чтобы между элементами – внутри трубопровода было свободное пространство.

Применение формул

Пора переходить к формулам по расходу жидкости в трубопроводе и определению диаметра сети.

Пример расчета

Рассмотрим формулу определения внутреннего диаметра сети при входных данных по скорости протекания и расходу содержимого в сети.

Формула для расчета

• u – скорость течения жидкости по конструкции (измеряется в м/сек);
• у – удельный вес содержимого (берется из соответствующих справочников, измеряется в кг/м³);
• Q – расход воды (измеряется в м/сек).

Подбор диаметра трубопровода по расходу сжатого воздуха проходит по такому же сценарию, но в силу различия по скорости движения содержимого конструкции результат будет отличаться.

При расчетах ориентируйтесь на такие данные по скорости (в м/сек):

• вода – 15-30;
• маловязкие жидкости (бензин, спирт, щелочь, кислота, ацетон) – 15-30;
• газ под высоким давлением – 30-60;
• сжатый воздух – 20-40;
• насыщенный пар – 20-40;
• горячий пар – 30-60.

Это важно знать! Чем быстрее продукт передвигается по сети, тем меньше разрешается делать проходное сечение трассы. Поэтому для перемещения веществ с высокой скоростью расходуется меньше средств на прокладывание трассы.

Вычисления для сети отопления

С расчетом диаметра конструкций для отопления все обстоит иначе. Базовый параметр при вычислениях такого рода – тепловая нагрузка на отдельно взятый участок отопительной сети.

При стандартных потолках для обогрева каждого квадратного метра требуется 100 Вт тепла. В голове профессионалов расчеты уже производятся «на автопилоте», а любителям придется попотеть, определяя пропускную способность труб отопления, перепады напора и так далее.

Стоит обратить внимание! В трудных случаях, когда вы сомневаетесь, что сможете все проделать самостоятельно, лучше довериться в расчетах профессионалам.

Грамотно сделанный расчет диаметра трубопровода по расходу – гарантия продолжительной и бесперебойной работы сетей снабжения в доме.