Как найти полный напор в трубопроводе

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Как найти полный напор в трубопроводе

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы, можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление, то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу.

Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров.

Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

Как найти полный напор в трубопроводе

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже.
L-длина трубопровода измеряется в метрах.
D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2
  • А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.
  • Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.
  • Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

Как найти полный напор в трубопроводе

V-Скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
D-Внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
ν-Кинематическая вязкость. Это обычно для нас готовая цифра, находится в специальных таблицах.

Далее находим формулу для нахождения коэффициента гидравлического трения по таблице:

Как найти полный напор в трубопроводе

Здесь Δэ – Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа [мм] с [м].

d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться “эквивалентом шероховатости труб” и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает – средняя высота шероховатости.

В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

Вообще в целом, эти формулы показывают и доказывают, что при увеличении скорости или увеличении расхода, всегда увеличивается сопротивление движению потока жидкости, то есть увеличиваются потери напора. Причем увеличиваются не пропорционально, а квадратично.

Это говорит о том, что единица увеличения расхода не соответствует затратам на потерю напора. То есть иметь большую скорость потока жидкости в трубе экономически не целесообразно. Поэтому бывает дешевле увеличить диаметр потока.

В других статьях обязательно опишу, как посчитать, какой диаметр нам необходим.

Таблица: (Эквивалент шероховатости)

Как найти полный напор в трубопроводе

Кому интересно узнать (Эквивалент шероховатости ) для металлопластика, полипропилена и сшитого полиэтилена, то это соответствует и относится к пластмассам. То есть в таблице характеристика будет: Пластмассовые (полиэтилен, винипласт).

Так же хочу обратить внимание, на то, что со временем, на внутренних станках труб, образуется налет, что увеличивает шероховатость труб. Так что имейте ввиду что со временем потери напора только увеличиваются.

Таблица: (Кинематическая вязкость воды)

Как найти полный напор в трубопроводе

График:

Как найти полный напор в трубопроводе

Как видно из графика, что при повышении температуры кинематическая вязкость уменьшается, а это значит, что и сопротивление движению воды уменьшается.

Это значит, что при потоке горячей воды, “потери напора” будут меньше чем при потоке холодной воды. Кто живет в многоквартирных домах, если обратит внимание, то скорость и напор горячей воды всегда выше чем напор холодной воды.

Есть исключения, но в большинстве случаев это так. Теперь вы понимаете, почему это так.

  1. А теперь давайте решим задачу:
  2. Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м3/с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.
Дано:
D=500мм=0.5м
Q=2 м3/с
L=900м
t=16°С
Жидкость: H2O
Найти: h-?

Видео:

  • Купить программу
  • Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:
  • V=Q/ω
  • Сдесь ω – площадь сечения потока. Находится по формуле:
  • ω=πR2=π(D2/4)=3.14*(0,52/4)=0,19625 м2
  • V=Q/ω=2/0,19625=10,19 м/с
  • Далее находим число Рейнольдса по формуле:
  • Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

ν=1,16*10-6=0,00000116. Взято из таблицы. Для воды при температуре 16°С.

Δэ=0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной трубы.

  1. Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.
  2. λ=0,11(Δэ/D)0,25=0,11*(0,00025/0,5)0,25=0,01645
  3. Далее завершаем формулой:

Как найти полный напор в трубопроводе

h=λ*(L*V2)/(D*2*g)=0,01645*(900*10,192)/(0,5*2*9,81)=156,7 м.

Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

  • Также хочу обратить внимание на то, что мы в задаче рассматривали трубу которая на всей своей длине имеет горизонтальное положение.
  • Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

Как найти полный напор в трубопроводе

В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

Мы рассмотрели потерю напора по длине трубопровода, также существуют местные сопротивления в виде заужения и поворотов, которые тоже влияют на потерю напора. О них будет описано в других моих статьях. И я обязательно приготовлю статью о том как подобрать насос по напору, чтобы удовлетворить требования расхода жидкости, в зависимости от потерь напора. Если что-то не понятно пишите в комментарии, обязательно отвечу!

  1. Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:
  2. Скачать калькулятор расчетов гидравлического сопротивления.

Подробно о давлении воды в трубах

Главная › Водоснабжение › Давление

Водный напор в системе водоснабжения – важнейший показатель качественного выполнения коммунальными службами своих обязанностей. Какой он должен быть и каков он на самом деле?

В чем измеряется и как его проверить самостоятельно? На эти и некоторые другие вопросы постараемся дать ответы, — это поможет лучше контролировать благополучие своей квартиры и улучшить ее комфорт.

Как найти полный напор в трубопроводе

Напор измеряется физической величиной, равной силе воздействия воды на стенки трубопровода.

С помощью него от водоснабжения добиваются такого состояния, при котором он будет полноценно функционировать без риска наступления аварийных ситуаций:

  1. прорыва труб,
  2. запорной арматуры
  3. различного сантехнического оборудования.

Справка! В народе давление называют напором. И хоть эти понятия не тождественны, но суть их одинакова. Напор – это одно из многих его обозначений.

Обозначение напора в трубопроводе

Традиционно давление измеряют в Паскалях (Па), однако в сфере водоснабжения приняты и другие условные обозначения, — при этом в разных странах они отличаются:

  • В России давление принято измерять в кгс/см². 100 кгс/см² тождествено 980,67 Па.
  • В европейских странах применяют другую условную единицу – бар, который равен 10⁵ Па.
  • В Англии и США используют обозначение psi, что соответствует 6,87 кПа.

Также давление измеряют в технических атмосферах и миллиметрах ртутного столба.

К сведению. Напор воды в 1 бар соответствует 1,02 атмосфер и равнозначно 10-ти метрам водного столба.

Соотношение величин разных обозначений приведено в следующей таблице:

Как найти полный напор в трубопроводе

Зависимость скорости от напора

В водоснабжении существует одна весьма важна взаимосвязь – зависимость давления от скорости воды в трубопроводе. Данное свойство подробно описано в физическом законе Бернулли. Подробно рассматривать его мы не будем, но укажем лишь на его суть — при увеличении скорости течения воды её давление в трубе снижается.

Читайте также:  Как закрыть трубу от стиральной машины

Так вышло, что не все сантехнические приборы рассчитаны на эксплуатацию при высоком напоре, в большинстве случаев они ограничены 5-6 атмосферами, — иначе повышенных износ и преждевременный выход из строя.

В центральных магистралях этот показатель значительно выше – может достигать 15 атмосфер, а потому для его снижения при подключении внутренних систем используют трубы меньшего диаметра.

Как найти полный напор в трубопроводеВажно. При уменьшении сечения трубы, увеличивается скорость течения воды, но уменьшается ее давление. Поэтому при хронически низком напоре в квартире следует рассмотреть возможность увеличения диаметра внутреннего трубопровода.

Какая мощность в системе ГВС и ХВС?

Давление воды в многоэтажных домах, подключенных к центральной водопроводной сети, не постоянно.

Оно зависит от таких факторов, как этажность дома или время года, — так в летний сезон, особенно в многоэтажных домах становиться особо ощутима нехватка холодной воды, которая в это время идет на полив придомовых или приусадебных участков.

Муниципальные службы на практике стараются держать уровень на средних показателях в 3-4 атмосферы, правда, не всегда успешно. Минимальные показатели, при котором трубопровод дома может функционировать (и для ХВС, и для ГВС), составляют 0.3 бара на один этаж.

Величина напора горячего и холодного водоснабжения несколько отличается в пользу последнего (допускается разница до 25 %).

Объясняется это просто – холодная вода используется активней, поскольку нужна для функционирования канализации. Поэтому максимальные показатели для ХВС будут 6 атмосфер, а для ГВС – 4.5 атмосферы.

Какие показатели считаются нормой (по ГОСТу, СНиП)?

Как найти полный напор в трубопроводеВодоснабжение регулируется следующими нормативным актами:

В соответствии с этими документами свободный напор в водопроводной сети на вводе в здание напрямую зависит от его этажности, — для одноэтажных построек этот показатель приравнивается к 1 атмосфере, что соответствует 10-ти метрам водонапора.

В многоэтажных домах это значение увеличивается на 4 метра на каждый этаж здания. В ночное время входящее давление может быть снижено до отметки в 3 метра.

Давление холодной воды должно находиться в пределах от 0.3 до 6 атмосфер, горячей – от 0.3 до 4,5.

Внимание. Согласно п. 2.28 СНиП 2.04.02-84, максимальное давление на вводе в сеть водоснабжения многоэтажного здания не может превышать 60-ти метров водяного столба (6 атмосфер). В противном случае следует устанавливать регуляторы давления или использовать зонирование водопроводной сети.

Как узнать мощность: пошаговая инструкция

  • Наиболее точным способом определить давление водопровода может стать встроенный манометр, — его устанавливают на входе во внутреннюю сеть сразу после запорной арматуры с фильтром.
  • Если такое оборудование не установлено, то можно изготовить переносной его аналог самостоятельно.
  • Как найти полный напор в трубопроводеДля того понадобится:
  • манометр до 6 атмосфер;
  • резьбовой удлинитель;
  • переходник (при необходимости);
  • фумлента;
  • разводной ключ.

Порядок работ:

  1. К манометру присоединяют резьбовой удлинитель, на который крепят переходник (при необходимости). Для точности производимых измерений с помощью фумленты достигают герметичности соединений.
  2. От с шланга душа отсоединяют лейку и прикручивают подготовленный ранее манометр, — соединение герметизируют фумлентой.
  3. Полностью открывают кран-буксу душа и снимают показания с манометра.

Справка. Во время испытаний, для точности снятия показаний, нельзя использовать другие сантехнические приборы: стиральную машину, раковину, унитаз и т.д.

Этот способ является наиболее точным, однако если требуется срочно узнать давление, а манометра под рукой нет, то можно применить другой, правда, менее точный метод: определение давления по расходу воды. Понадобится:

  • трехлитровая банка;
  • секундомер.

Порядок проведения измерений:

  1. 3-литровую емкость подставляют под предварительно открытый на полную мощность кран.
  2. Одновременно с этим засекают время на секундомере и фиксируют: за сколько наполнится емкость.
  3. Полученное время сверяют с табличными данными и устанавливают давление.

Таблица: зависимость давления от расхода воды:

Как найти полный напор в трубопроводе

Как посчитать потерю?

Потеря давления в водопроводной сети происходит по следующим причинам (засоры и ржавчина труб не рассматриваются):

  1. Сопротивление трубы на прямых участках.
  2. Местное сопротивление (изгибы, клапана и т.п.).

Для удобства подсчетов существуют онлайн-калькуляторы, которые в считанные секунды позволяют выяснить уровень падения давления в трубопроводе. Также для решения этой задачи можно воспользоваться специальными табличными данными.

Расчет на прямых участках

Для расчета потерь нужно выяснить:

  • расход воды;
  • материал трубопровода, его диаметр и длину.

Выбрав нужное значение в таблице и выяснить величину снижения давления.

Как найти полный напор в трубопроводе

Табличные данные для полипропиленовых труб, — для металлических труб в вычисления нужно добавить поправочный коэффициент 1,5. Если длина трубы меньше 100 метров, то результат умножается на коэффициент длины. Так для металлической трубы с диаметром 50 мм, длиной 35 метров и расходом воды в 6.0 м³/ч получится следующий результат: 1,6*0,35*1,5=0,84 мвс.

На местах

  1. Также потери происходят на поворотах и изгибах трубопровода, а также в местах нахождения запорной арматуры и фильтров.

  2. Для расчетов существует специальная таблица, чтобы ей воспользоваться нужно узнать скорость потока воды в трубе, — вычисляется это следующим образом: расход нужно разделить на площадь сечения трубы.

  3. В этой таблице данные указаны в сантиметрах водного столба, а потому очевидно, что потери давления на местных сопротивлениях не критичны и принципиального значения для малых сетей значения не имеют.

Как заглушить трубу с водой под давлением?

Как найти полный напор в трубопроводе

Но когда воду нельзя перекрыть, то многие подумают, что сделать это невозможно. Однако это не так.

Обычную заглушку поставить не получится, так как сильный напор не даст возможность даже наживить её на резьбу.

Но если воспользоваться вместо неё обычным водопроводным краном, то всё получится.

Метод заключается в том, чтобы кран, который будет заглушать трубу, перевести в открытый режим, — вода будет проходить сквозь него и тем самым даст возможность его наживить на резьбу трубы. Как только кран-заглушка будет наживлен и закручен на несколько витков, его можно перекрывать.

Перед работами нужно убедиться в том, что ничто не помешает выполнению работ, а также подготовить емкость для набора воды, тряпочную ветошь для уборки (чтоб не протопить соседей).

Этим методом можно воспользоваться даже в случае, если заглушаемая труба будет без резьбы, — тогда на кран-заглушку нужно надеть гибкий шланг, который бы налезал на трубу.

Кран, как и в первом случае, нужно полностью открыть, а шланг одевать на трубу — крепить его нужно на один-два хомута. После этого можно окончательно перекрывать воду.

Важно. Нельзя применять этот способ для заглушки трубопроводов горячей воды без полного перекрытия системы.

Заключение

В многоэтажных домах существует проблема не только с пониженным, но и с избыточным давлением, — это случается с квартирами на первых этажах дома, например, когда система не зонирована или при разовом нарушении режима водоснабжения коммунальными службами.

Поэтому навык самостоятельного замера мощности в водопроводе квартиры приобретает особую ценность, поскольку позволяет своевременно выявить превышение давления и дать знать службам водоканала соответствующий сигнал, что предотвратит аварийную ситуацию и преждевременный выход сантехнического оборудования.

А какова Ваша оценка данной статье? Загрузка…

Работа центробежного насоса в трубопроводной сети

Подача (производительность) – это количество жидкости, перемещаемое насосом за единицу времени.

Подача может быть выражена по-разному:

Q – объемная подача, [м3/c];

G – массовая подача, [кг/c]. Между массовой и объемной подачей есть взаимосвязь:

(1)

где r – плотность перекачиваемой жидкости, [кг/м3].

Подача насоса зависит от его конструкции, скорости вращения рабочего колеса, вязкости жидкости и характеристики трубопровода, по которому насос перемещает жидкость.

Измерить подачу насоса можно различными приспособлениями:

  • ротаметром,
  • диафрагмой с подключенным дифманометром. Для измерения подачи используются также автоматические приборы, передающие информацию о подаче на ЭВМ в форме электрического сигнала. Одной из важнейших задач, которые приходится решать при эксплуатации центробежного насоса, является регулирование его подачи. Наибольшее распространение на практике получили следующие способы регулирования подачи:
  • задвижкой на напорном трубопроводе
  • байпасированием
  • изменением числа оборотов вала рабочего колеса
  • Напор насоса – это энергия, которую получает объем жидкости весом в 1 Ньютон при прохождении через насос.

    Обозначается напор H и измеряется в метрах столба рабочей (перекачиваемой) жидкости, [м]. Напор можно рассматривать и с геометрической точки зрения как высоту, на которую может быть поднят 1 Ньютон жидкости за счет энергии, вырабатываемой насосом.

    Зависимость напора центробежного насоса от его объемной подачи изображают в виде графика, который называется напорной характеристикой насоса.

    Напорная характеристика зависит от конструкции насоса (модели), скорости вращения рабочего колеса и вязкости перекачиваемой жидкости. Напорная характеристика насоса дает представление о возможностях данного насоса.

    Для отображения этого элемента необходимо установить плагин AdobeSVGViewer3

    Напорные характеристики насосов представляют в справочниках и каталогах насосного оборудования. Хочется заострить внимание на том, что напорная характеристика насоса не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, но зависит от вязкости жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем ниже располагается напорная характеристика.

    В справочниках приводятся напорные характеристики насосов для перекачки воды, поэтому, если необходимо перекачивать жидкость, имеющую вязкость, сильно отличающуюся от вязкости воды, то характеристику, взятую из справочника, нужно пересчитать (перестроить) по определенной методике.

    Методика, по которой выполняется пересчет напорной характеристики на другую вязкость приведена здесь.

    Напорную характеристику можно получить только при испытании реального насоса. Обычно испытывают насос при какой-либо скорости вращения рабочего колеса, перекачивая воду, и находят напор по показаниям измерительных приборов (формула 2 или 3), при различных подачах данного насоса. Для лучшего понимания рекомендуется сначала обратиться к разделу Трубопроводная сеть Определение напора на работающей насосной установке осуществляют по показаниям манометра и вакууметра:

    Как найти полный напор в трубопроводе (2)

    где Pм – показания манометра, [Па]; Pв – показания вакууметра, [Па]; g=9,8 – ускорение свободного падения [м/с2]; z – расстояние по вертикали между точками подключения манометра и вакууметра, [м]; dвс – диаметр всасывающего трубопровода, [м]; dн – диаметр напорного трубопровода, [м]; Q – подача насоса, [м3/с], измеренная каким-либо методом (см пункт “подача”). Если диаметры всасывающего и напорного трубопроводов одинаковы, а z намного меньше, чем слагаемое , то формула упрощается:

    Как найти полный напор в трубопроводе (3)

    Если для нахождения напора используется формула (2) или (3), то говорят, что напор определяется опытным путем. Формулы (2) и (3) пригодны для определения напора, если перед насосом получается разрежение. Потренероваться в определении напора можно зайдя по этой ссылке. Если же перед насосом действует избыточное давление, то для определения напора нужно использовать методику, описание которой приводится в этой ссылке. Следующая формула используется, когда проектируется насосная установка и известны ее параметры.

    Как найти полный напор в трубопроводе (4)

    где Hг – геометрический напор, [м]; P1, P2 – давления в расходном и приемном резервуарах, [Па]; λвс, λн – коэффициенты трения во всасывающем и напорном трубопроводах; lвс, lн – длины всасывающего и напорного трубопроводов, [м]; ξвс, ξн – коэффициенты местных сопротивлений всасывающего и напорного трубопроводов. Для нахождения напора по этой формуле, нужно задаться численным значением подачи жидкости в данной насосной установке.

    Напор, найденный по формуле (4) называют потребным напором, то есть напором, который требуется создать с помощью насоса для обеспечения заданной подачи жидкости насосной установкой.

    Вообще, формула (4) является математическим выражением напорной харатеристики трубопроводной сети. Смысл этой формулы рассмотрен в разделе Напорная характеристика сети.

    Полезная мощность – это энергия, отдаваемая жидкости за единицу времени при работе насоса.

    Полезная мощность обозначается Nп, измеряется в СИ в Ваттах [Вт].

    Полезную мощность можно определить по формуле:

    Как найти полный напор в трубопроводе (5)
    Общий к.п.д. (коэффициент полезного действия) насоса – это отношение полезной мощности к мощности на валу.
    (6)

    Общий к.п.д. выражает, какая доля потребляемой насосом энергии преобразуется в полезную энергию. Полезная энергия – это энергия, отдаваемая жидкости. Потребляемая энергия – это энергия, затрачиваемая двигателем при вращении рабочего колеса насоса. Полезная энергия меньше, чем потребляемая, так как в процессе преобразования энергии, осуществляемого центробежным насосом, часть энергии неизбежно теряется. К.п.д. насоса оценивает его энергетическое совершенство. Чем больше к.п.д. насоса, тем эффективней он использует потребляемую энергию.

    Зависимость общего к.п.д. насоса от подачи определяется конструкцией насоса, скоростью вращения его рабочего колеса и вязкостью перекачиваемой жидкости.
    Мощность на валу – это энергия, потребляемая насосом за единицу времени.

    Другими словами, мощность на валу – это энергия, передаваемая валу рабочего колеса от электродвигателя.

    Обозначается мощность на валу Nв, измеряется в СИ в Ваттах – [Вт].

    Мощность на валу и полезная мощность связаны соотношением:

    (7)

    Или в развернутом виде:

    Как найти полный напор в трубопроводе (8)
    Мощность на валу является важным параметром, дающим представление об энергопотреблении работающего насоса.
    Характер зависимости мощности на валу от подачи определяется не только конструкцией насоса и скоростью вращения его рабочего колеса, но и плотностью перекачиваемой жидкости, причем чем больше плотность, тем больше мощность на валу при прочих одинаковых условиях

    Типичная для центробежного насоса зависимость мощности на валу от подачи представлена на рисунке. В общем, при увеличении подачи потребляемая мощность растет.

    Как найти полный напор в трубопроводе Подобные графические характеристики представлены в каталогах и справочниках насосного оборудования. Однако следует иметь в виду, что эти характеристики относятся к перекачке воды, поэтому для определения действительной мощности, потребляемой насосом при перекачке жидкости, плотность которой отлична от плотности воды, нужно выполнить пересчет:

    (9)

    где – мощность, потребляемая при перекачке жидкости; – мощность для перекачки воды, определенная по графическим характеристикам; – плотность воды; – плотность перекачиваемой жидкости.

    Допустимая высота всасывания

    Прежде чем говорить о допустимой высоте всасывания, необходимо сначала разобраться, что называют высотой всасывания. Следующий рисунок поясняет смысл этого термина.

    Для отображения этого элемента необходимо установить плагин AdobeSVGViewer3 с сайта http://www.adobe.com/svg/viewer/install/

    Высотой всасывания называют расстояние по вертикали от уровня жидкости в расходном резервуаре до всасывающего патрубка насоса.

    Допустимая высота всасывания – это максимальное расстояние по вертикали от уровня жидкости в расходном резервуаре до всасывающего патрубка насоса, при котором не возникает кавитации.

    Кавитация – крайне нежелательное явление, заключающееся в образовании пузырьков из пара перекачиваемой жидкости, поступающей в насос, и резком схлопывании этих пузырьков внутри насоса. Пузырьки образуются, если давление в потоке жидкости снижается до давления ее насыщенного пара. Обычно во всасывающем трубопроводе давление снижается от расходного резервуара до насоса.

    Поэтому минимальное давление (максимальное разрежение) действует перед насосом или на входе в рабочее колесо насоса. Именно там и проявляется кавитация. Это явление сопровождается вибрацией в трубопроводной системе и насосе и ведет к быстрому разрушению рабочих органов насоса.

    Чтобы кавитации не возникало, высота всасывания должна быть меньше допустимой, рассчитанной по формуле:

    (10)

    где P1 – давление над жидкостью в расходном резервуаре, [Па]; Pн.п. – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при ее температуре, [Па]; λ – коэффициент трения во всасывающем трубопроводе; l – длина всасывающего трубопровода, [м]; d – диаметр всасывающего трубопровода, [м]; ζ – коэффициенты местных сопротивлений, имеющиеся на всасывающем трубопроводе; hк – кавитационная поправка, [м]. Кавитационная поправка определяется по формуле:

    (11)

    где n – скорость вращения рабочего колеса, [об/с]. Если на всасывающем трубопроводе есть задвижки, то при работе насоса они должны быть полностью открыты, а их коэффициенты сопротивлений ζ должны быть учтены при расчете допустимой высоты всасывания по формуле (10).

    Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

    • Содержание: [Скрыть]

    Постановка задачи

    Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя.

    Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

    Как найти полный напор в трубопроводе

    • минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
    • круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
    • форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
    • процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

    Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

    Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

    • условный (номинальный) диаметр – DN;
    • давление номинальное – PN;
    • рабочее допустимое (избыточное) давление;
    • материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
    • физико-химические свойства рабочей среды;
    • комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
    • изоляционные материалы трубопровода.

    Как найти полный напор в трубопроводеУсловный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

    Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

    Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода.

    Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.

    Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

    Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

    Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

    Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

    Основные положения гидравлического расчета

    Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

    Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

    Как найти полный напор в трубопроводе

    Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

    • ламинарный поток (Re

    Гидравлический расчет трубопровода – Проф Трубы

    26.02.2019 Как найти полный напор в трубопроводе

    Содержание

    • 1 Введение
    • 2 Расчетная часть
    • 3 Заключение

    Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он  всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.

    Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.

    Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности.

    Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб.

    Используется в коммунальной сфере, где точные данные  не столь необходимы.

    Способ установки гидравлических трубопроводов

    Расчетная часть

    • Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):
    • q = v*ω,
    • где q — расчетный расход
    • v — экономическая скорость течения.
    • ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.
    • Рассчитывается по формуле:
    • ω = πd² / 4,
    • где d — внутренний диаметр
    • отсюда  d = √4*q/ v*π

    Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с.

    Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.

    1. Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:
    2. h = λ*( L/ d)*( v2/2g),
    3. Как проводится гидравлический расчет
    4. где g — ускорение свободного падения,
    5. L — длина участка трубы,
    6. v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,

    λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:

    ε = е/r.

    Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент.

    Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм.

    В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.

    • В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:
    • h = P/ρ*g, где
    • ρ — плотность среды

    Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):

    1. h = λ*( L/ d)*( v2/2g),
    2. h = I*L+ Σζ* v2/2g
    3. ζ — коэффициент местного сопротивления

    Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.

    • Материал для гидравлических трубопроводов
    • Местные сопротивления рассчитываются по формуле:
    • hм = ζ* v2/2g.

    Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.

    Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:

    λ = 64/ Re

    В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:

    Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.

    Заключение

    Гидравлический расчет трубопровода вполне возможно произвести в онлайн-ресурсе, где калькулятор выдаст искомую величину. Для этого достаточно ввести в качестве исходных величин состав труб, их длину и машина выдаст искомые данные (внутренний диаметр, потери напора, расход).

    Помимо этого, существует онлайн версия программа «Таблицы Шевелева» ver 2.0. Она проста и удобна в освоении, является имитатором книжного варианта таблиц и также содержит калькулятор подсчета.

    Компании, занимающиеся прокладкой линейных систем, имеют в своем арсенале специальные программы для расчетов пропускной способности труб. Одна из таких «Гидросистема» разработана российскими программистами, популярна в российской же промышленности.

    Источник:

    Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector