Рассчитать диаметр трубы по расходу воды

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.

Как рассчитать расход воды по сечению трубы?

При проектировании инженерных коммуникаций, таких как отопление, водоснабжение и канализация, необходимо учитывать принятые нормы, приведенные в соответствующей документации.

Расчет расхода воды по сечению трубы – довольно сложный инженерный процесс, требующий специальных знаний. Но в случаях, когда индивидуальное строительство ведется собственными силами, без привлечения строительных фирм, многие расчеты приходится делать самостоятельно.

Чем больший объем воды проходит через трубу в единицу времени, тем больше получается расход. Существует довольно много критериев, которые влияют на этот показатель. Основные из них следующие:

• диаметр внутреннего сечения;
• материал, из которого изготовлен водопровод;
• скорость течения жидкости, которая, в свою очередь, зависит от давления;
• наличие поворотов и затворов в водопроводной системе.

Однако размер сечения трубы действительно достаточно сильно влияет на расход воды в трубопроводе. Если пренебречь дополнительными факторами, можно предложить для расчета следующую формулу:

где q – расход воды, л/с;

d – диаметр внутреннего сечения трубы, см;

V – скорость течения воды, м/с.

Если питание системы водоснабжения осуществляется из водонапорной башни, без дополнительного нагнетания с помощью насоса, то скорость течения будет в пределах примерно от 0,7 до 1,9 м/с. Если же используется какой-либо нагнетатель, то в его паспорте должно указываться создаваемое давление и скорость прохождения жидкости.

В дополнение к вышеприведенной формуле отметим, что довольно большое влияние на производительность трубопровода оказывает сопротивление внутренних стенок. Пластиковые трубы имеют более гладкую поверхность, чем стальные, поэтому коэффициент сопротивления в них ниже. К тому же они не подвержены коррозии, что тоже положительно влияет на их пропускную способность.

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

• диаметры (ДУ внутреннего сечения),
• потери напора на рассчитываемом участке,
• скорость гидропотока,
• максимальное давление,
• влияние поворотов и затворов в системе,
• материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave ( http://water-save.com/ ), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

В данной формуле водорасхода:

• под q принимается расход в л/с,
• V – определяет скорость гидропотока в м/с,
• d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

• длину трубопровода (L),
• коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
• вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов (например: http://allcalc.ru/node/498; https://www.calc.ru/gidravlicheskiy-raschet-truboprovoda.html). Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

1. способа расчёта сопротивления,
2. материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии,
3. внутреннего диаметры,
4. длины участка,
5. падения напора на каждый метр трубопровода.

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

• новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
• с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
• с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

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.

Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:

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.