Потери давления в трубопроводе

Расчет потерь напора воды в трубопроводе

Чтобы выбрать насос для скважины, необходимо сделать расчёт потребного напора, а одна из частей определения потребного напора – это расчёт потерь напора в трубопроводе. Именно этой части вопроса посвящена данная статья.

Потеря напора в трубопроводе связана с тем, что поток воды, протекающий внутри трубы, испытывает сопротивление. Его величина зависит от:

1. диаметра трубы – чем меньше диаметр, тем больше сопротивление
2. скорости потока – чем больше скорость потока, тем больше сопротивление
3. гладкости внутренней поверхности трубы.

Даже двигаясь по прямой, горизонтальной трубе, поток воды испытывает сопротивление, пусть и небольшое. При большой протяженности трубопровода суммарное сопротивление может оказаться значительным.

Расчёт потерь напора на прямых участках трубопровода

Чтобы не вдаваться в глубокие теоретические расчеты, можно воспользоваться уже готовыми таблицами с вычисленными данными для всех основных диаметров труб и расходов воды. Сейчас повсеместно используются полимерные трубопроводы – из полипропилена, полиэтилена низкого или высокого давления и других полимеров. Такие трубы имеют массу преимуществ перед стальными трубами: они легче, проще в монтаже, не подвержены коррозии, дешевле, более гладкие, и как следствие в них меньше потери напора.

В этой таблице приведены значения потери напора на 100 м трубопровода. Потеря напора указана в метрах водного столба.

Для стальных труб можно использовать эти же значения, умножив их на коэффициент 1,5.

Например, при расходе воды 0,5 м 3 /ч в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм и длиной 100 м потеря напора составляет 2,1 м.

Расчёт потери напора на местных сопротивлениях

Кроме того, потеря напора происходит в местных сопротивлениях: поворотах, изгибах, вентилях, заслонках, в разветвлениях трубопровода и в местах его сужения или расширения. Потери напора воды в них зависят от скорости потока и формы местного сопротивления.

Ниже в таблице приведены потери напора в основных местных сопротивлениях:

Потеря местного сопротивления указана в сантиметрах водного столба.

Расход воды соотносится со скоростью потока так:

где Q – это расход воды (в м 3 /с), S – площадь поперечного сечения (в м 2 ), v – скорость потока (в м/с). Площадь поперечного сечения для трубы S = π*D2/4, где D – внутренний диаметр трубы.

Например, при расходе воды 0,5 м 3 /ч (0,000138889 м 3 /с) в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм (S = 0,000283385 м 2 ), скорость потока составит

v = Q / S = 0,000138889 / 0,000283385 = 0,49 м/с

Местное сопротивление колена при этом будет 1,9 см, а клапана 32 см.

Как видно, потери напора на местных сопротивлениях – это самая малая часть потерь во всём трубопроводе. Они могут быть значительными только при больших скоростях потока, т.е. когда через тонкую трубу проходит большой объем воды. Использования более толстых труб, диаметр, которых, соответствует расходу воды, практически снимает проблему местных сопротивлений. При расчете потерь напора воды (и дальнейшем выборе насоса для скважины) достаточно заложить на местные сопротивления несколько метров напора, с небольшим запасом для верности – от 2 до 4 м.

Вместе с потерями напора воды в прямых участках трубопровода, эта цифра для небольшого загородного дома может уложиться в 5 м.

Для того, чтобы правильно выбрать насос для своей скважины, необходимо знать, потребный напор – т.е. напор, который необходим для водопроводной системы дома. В этой статье речь пойдёт о расчете потребного напора и расчете потерь напора в трубах водопровода на примере небольшого загородного дома.

В этой статье речь пойдет о характеристиках насосов и скважин, и о том, как правильно выбрать для своей скважины насос, исходя из имеющихся нужд.

Расчет гидравлических потерь давления в трубопроводе из пластмасс

Расчет гидравлических потерь давления в трубопроводе из пластмасс

Гидравлический расчет является важной составляющей процесса выбора типоразмера трубы для строительства трубопровода. В нормативной литературе по проектированию этот ясный с точки зрения физики вопрос основательно запутан. На наш взгляд, это связано с попыткой описать все варианты расчета коэффициента трения, зависящего от режима течения, типа жидкости и ее температуры, а также от шероховатости трубы, одним (на все случаи) уравнением с вариацией его параметров и введением всевозможных поправочных коэффициентов. При этом краткость изложения, присущая нормативному документу, делает выбор величин этих коэффициентов в значительной степени произвольным и чаще всего заканчивается номограммами, кочующими из одного документа в другой.

С целью более подробного анализа предлагаемых в документах методов расчета представляется полезным вернуться к исходным уравнениям классической гидродинамики (1).

Для ламинарного (чисто вязкого режима течения) коэффициент трения определяется теоретически в соответствии с уравнением Пуазейля:
λ = 64/Re (2)

где: Re – критерий (число) Рейнольдса.

Опытные данные строго подчиняются этому закону в пределах значений Рейнольдса ниже критического (Re 100000 предложено много расчетных формул, но практически все они дают один и тот же результат [1 – 3].

На рис.1 показано, как «работают» уравнения (2) – (4) в указанном диапазоне чисел Рейнольдса, который достаточен для описания всех реальных случаев течения жидкости в гидравлически гладких трубах.

Шероховатость стенки трубы влияет на гидравлическое сопротивление только при турбулентном потоке, но и в этом случае, из-за наличия ламинарного пограничного слоя существенно сказывается только при числах Рейнольдса, превышающих некоторое значение, зависящее от относительной шероховатости ξ/D, где ξ – расчетная высота бугорков шероховатости, м.

считается гидравлически гладкой, и коэффициент трения определяется по уравнениям (2) – (4).

где: ξ э – нормативная эквивалентная шероховатость (Таблица 1).

Пример расчета общих потерь на всасывании для трубы из ПЭ (ПНД).

• Центробежный самовсасывающий насос для водоснабжения из колодца.
• Максимальный потребный расход на дом, баню и полив составляет 2,4 м³/ч.
• На входе в насос предусмотрена труба ПНД 32 мм, SDR 13,6 (толщина стенки 2,4 мм).
• Длина трубы по горизонтали — 10 метров.
• Геодезический перепад высот — 4 метра.

Цель расчета – удостовериться, сможет ли насос при заданных условиях засасывать воду без кавитации.

Не пугайтесь, основ школьной математики и умения пользоваться калькулятором будет достаточно для решения задачи.

Геодезический перепад высот нам известен и составляет 4 метра.

Это расстояние по вертикали от оси насоса до зеркала воды в источнике водоснабжения (скважине, колодце, реке и т.п.). Для упрощения задачи мы приняли допущение, что уровень воды в колодце во время работы насоса не изменяется. Если вам известно насколько понижается уровень воды в вашем колодце во время длительной работы насоса, то берите для расчета это новое значение.

Определение потерь на трение по длине трубы:

Нет необходимости вести расчет по сложным формулам для разных значений расхода жидкости, диаметра и материал трубы. Этот труд уже давным-давно выполнен специалистами, результаты измерений которых сведены в соответствующие справочные таблицы. Промышленность выпускает трубы из различных материалов. Есть таблицы для стальных, чугунных, пластиковых, стеклянных, цементных и других труб. Но важно не только найти корректную таблицу по материалу, но и правильно ей воспользоваться и понять результат. Ведь одни трубы маркируются по внешнему диаметру, другие по внутреннему, третьи маркируются по условному диаметру в дюймах, в некоторых таблицах результаты приводятся в сантиметрах, в других в метрах, в третьих в метрах на 100 метров прямого участка. Более того в одних таблицах потери зависят от расхода жидкости и диаметра трубы, в то время как в других потери могут быть приведены для различных скоростей протекания жидкости (ведь скорость жидкости есть не то иное как функция расхода жидкости и диаметра трубы). Будьте внимательны. В данной статье мы намеренно привели примеры двух разных типов справочных таблиц.

Для определения значений потерь на трение в нашей трубе ПНД воспользуемся таблицей №1.

При известном максимальном расходе 2,4 м³/ч потери в трубе ПНД 32 мм составят 7,5 м / на 100 метров трубы.

Таким образом, на длине 14 метров (10 по горизонтали + 4 по вертикали) потери составят 14 * 7,5/100 = 1,05 м.

Определение местных потерь:

Для определения местных потерь воспользуемся таблицей №2

Как видно, в данной таблице результат указан в сантиметрах и зависит он только от скорости протекания жидкости в трубе.

Скорость можно легко вычислить: V (м/с) = Q (м³/с) / S (м²)

Q – известный расход насоса (2,4 м³/ч)

Переведем м³/ч в м/с, помня, что 1 час это 3600 секунд. Получим: 2,4 м³/ч = 0,00066 м³/с

S – площадь трубы по внутреннему диаметру

Внутренний диаметр трубы ПНД 32 мм = 32 мм (внешний диаметр трубы) – 2,4 мм * 2 (две толщины стенки) = 27,2 мм = 0,0272 м

2,4 мм – известная толщина стенки (см. характеристики конкретной трубы).

Как известно S = ¶ * d² / 4 = 3,1415 * (0,018)² / 4 = 0,000254 м²

Искомая скорость жидкости: V = 0,00066 / 0,000581 = 1,14 м/с

К сожалению, в таблице №2 нет строки соответствующей именно 1,14 м/с, поэтому необходимо произвести интерполяцию от соседних значений.

Потери напора в приемном клапане составят 42 см (0,42 м).

Потери напора в повороте трубы на 90 град составят 11 см (0,11 м).

Суммарные потери на всасывании составят: 4 м (геодезический перепад высоты) + 1,58 м (потери давления) = 5,58 м.

Со временем в приемном клапане и трубе может возникнуть дополнительное сопротивление, поэтому есть смысл прикинуть, что же будет при увеличении потерь во всасывающей трубе на 10%. В нашем случае потери с учетом такого 10% запаса составят 1,58 м +10% = 1,74 м. Общие потери будут составлять 4 м + 1,74 м = 5,74 м, что все равно существенно ниже порогового значения в 8 м.

При указанных исходных данных насос будет способен засасывать воду без кавитации, так как общие потери во всасывающей трубе ниже гарантированной высоты подъема самовсасывающего насоса.

Политика конфиденциальности

Основная цель сбора личных (персональных) данных – обеспечение надлежащей защиты информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных от несанкционированного доступа и разглашения третьим лицам, улучшение качества обслуживания и эффективности взаимодействия с клиентом.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Пользователь – физическое или юридическое лицо, разместившее свою персональную информацию посредством любой Формы обратной связи на сайте с последующей целью передачи данных Администрации Сайта.

Форма обратной связи – специальная форма, где Пользователь размещает свою персональную информацию с целью передачи данных Администрации Сайта.

Аккаунт пользователя (Аккаунт) – учетная запись Пользователя позволяющая идентифицировать (авторизовать) Пользователя посредством уникального логина и пароля. Логин и пароль для доступа к Аккаунту определяются Пользователем самостоятельно при регистрации.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.2. Предоставляя интернет-магазину «Водомастер.ру» информацию частного характера через Сайт, Пользователь свободно, своей волей дает согласие на передачу, использование и раскрытие его персональных данных согласно условиям настоящей Политики конфиденциальности.

2.3. Настоящая Политика конфиденциальности применяется только в отношении информации частного характера, полученной через Сайт. Информация частного характера – это информация, позволяющая при ее использовании отдельно или в комбинации с другой доступной интернет-магазину информацией идентифицировать персональные данные клиента.

3. УСЛОВИЯ, ЦЕЛИ СБОРА И ОБРАБОТКИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

3.1. Персональные данные Пользователя такие как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, адрес доставки, skype и др., передаются Пользователем Администрации Сайта с согласия Пользователя.

3.2. Передача персональных данных Пользователем через любую размещенную на сайте Форму обратной связи, в том числе через корзину заказов, означает согласие Пользователя на передачу его персональных данных.

3.3. Предоставляя свои персональные данные, Пользователь соглашается на их обработку (вплоть до отзыва Пользователем своего согласия на обработку его персональных данных), в целях исполнения интернет-магазином своих обязательств перед клиентом, продажи товаров и предоставления услуг, предоставления справочной информации, а также в целях продвижения товаров, работ и услуг, а также соглашается на получение сообщений рекламно-информационного характера и сервисных сообщений.

3.4. Основными целями сбора информации о Пользователе являются принятие, обработка и доставка заказа, осуществление обратной связи с клиентом, предоставление технической поддержки продаж, оповещение об изменениях в работе Сайта, предоставление, с согласия клиента, предложений и информации об акциях, поступлениях новинок, рекламных рассылок; регистрация Пользователя на Сайте (создание Аккаунта).

4. ОБРАБОТКА, ХРАНЕНИЕ И ЗАЩИТА ПЕРСОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ САЙТА

4.1. Администрация Сайта осуществляет обработку информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных, таких как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, skype и др., а также дополнительной информации о Пользователе, предоставляемой им по своему желанию: организация, город, должность, и др.

4.4. При обработке персональных данных пользователей интернет-магазин придерживается следующих принципов:

• Обработка информации осуществляется на законной и справедливой основе;
• Информация не раскрываются третьим лицам и не распространяются без согласия субъекта Данных, за исключением случаев, требующих раскрытия информации по запросу уполномоченных государственных органов, судопроизводства;
• Определение конкретных законных целей до начала обработки (в т.ч. сбора) информации;
• Ведется сбор только той информации, которая является необходимой и достаточной для заявленной цели обработки;
• Обработка информации ограничивается достижением конкретных, заранее определенных и законных целей;

4.5. Персональная информация о Пользователе хранятся на электронном носителе сайта бессрочно.

4.6. Персональная информация о Пользователе уничтожается при желании самого Пользователя на основании его официального обращения, либо по инициативе администратора Сайта без объяснения причин, путём удаления информации, размещённой Пользователем.

4.7. Обращение об удалении личной информации, направляемое Пользователем, должно содержать следующую информацию:

для физического лица:

• номер основного документа, удостоверяющего личность Пользователя или его представителя;
• сведения о дате выдачи указанного документа и выдавшем его органе;
• дату регистрации через Форму обратной связи;
• текст обращения в свободной форме;
• подпись Пользователя или его представителя.

для юридического лица:

• запрос в свободной форме на фирменном бланке;
• дата регистрации через Форму обратной связи;
• запрос должен быть подписан уполномоченным лицом с приложением документов, подтверждающих полномочия лица.

• предотвращение утечки информации, содержащей личные (персональные) данные, по техническим каналам связи и иными способами;
• предотвращение несанкционированного доступа к информации, содержащей личные (персональные) данные, специальных воздействий на такую информацию (носителей информации) в целях ее добывания, уничтожения, искажения и блокирования доступа к ней;
• защита от вредоносных программ;
• обнаружение вторжений и компьютерных атак.

5. ПЕРЕДАЧА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ

5.2. Условия, при которых интернет-магазин «Водомастер.ру» может предоставить информацию частного характера из своих баз данных сторонним третьим лицам:

• в целях удовлетворения требований, запросов или распоряжения суда;
• в целях сотрудничества с правоохранительными, следственными или другими государственными органами. При этом интернет-магазин оставляет за собой право сообщать в государственные органы о любой противоправной деятельности без уведомления Пользователя об этом;
• в целях предотвращения или расследования предполагаемого правонарушения, например, мошенничества или кражи идентификационных данных;

6. БЕЗОПАСНОСТЬ БАНКОВСКИХ КАРТ

6.1 При оплате заказов в интернет-магазине «Водомастер.ру» с помощью кредитных карт все операции с ними проходят на стороне банков в специальных защищенных режимах. Никакая конфиденциальная информация о банковских картах, кроме уведомления о произведенном платеже, в интернет-магазин не передается и передана быть не может.

7. ВНЕСЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ И ДОПОЛНЕНИЙ

Определение потери напора в трубах

Гидравлический расчет трубопроводов производится с целью определения некоторых параметров при заданных значениях других.

Чаще всего по заданной производительности Q требуется определить диаметр трубопровода d и потерю напора Н с учетом экономичной скорости движения и физических свойств перекачиваемых жидкости или газа. При расчете всасывающих линий для жидких веществ необходимо, чтобы гидравлическое сопротивление линии всасывания, сложенное с геометрической высотой всасывания, не было больше всасывающей способности насоса. При этом всасывающие трубопроводы для светлых нефтепродуктов рассчитываются для наивысшей температуры перекачки, при которой наиболее вероятно образование газовых скоплений, а для темных нефтепродуктов, наоборот, при наименьшей температуре, когда потери напора на трение будут иметь наибольшее значение.

Расчеты производятся по максимальным расходам, устанавливаемым для отдельных операций. Скорости в трубопроводах рекомендуется принимать по данным таблицы.

Рекомендуемые значения скорости движения нефтепродукта в трубопроводе в зависимости от вязкости

Средняя скорость, м/сек

Кинематическая, сст (мм 2 /сек)

На линии всасывания

На линии нагнетания

Гидравлический расчет трубопроводов производится в определенной последовательности.

Расчет вновь проектируемого трубопровода начинают обычно с предварительного установления диаметра, исходя из заданного расхода и ориентировочно выбранной скорости движения жидкости.

По скорости, диаметру и вязкости устанавливаются параметр Рейнольдса и характер движения жидкости. Установив режим движения жидкости, переходят к определению коэффициента гидравлического сопротивления λ. Далее определяют гидравлический уклон и затем потерю напора на трение в трубопроводе.

Перемещение жидкости связано с потерей напора. При перемещении ее по трубопроводам насос должен развивать напор, необходимый для преодоления гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода, местных сопротивлений, геометрической высоты, равной разности отметок уровней жидкости в конечном и начальном пунктах перекачки, и на создание скоростного напора жидкости.

Величина потери напора на трение по длине для труб круглого сечения выражается следующим уравнением гидравлики

H=λ*l/d*ω 2 /2g, м ст. жидк.

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления мерная);

ω – средняя скорость движения жидкости, л/сек.

Величина потери напора на трение, отнесенная к единице длины трубопровода, называется гидравлическим уклоном и обозначается

При графическом построении линии потери напора нетрудно установить, что гидравлический уклон есть не что иное, как тангенс угла наклона линии падения напора к горизонтали, т. е.

Сложность расчета по формуле заключается в правильном определении коэффициента λ, зависящего от режима движения жидкости (ламинарный или турбулентный) и от степени шероховатости стенок трубопровода. Под шероховатостью трубопровода понимаются неровности (выступы) на внутренних поверхностях стенок. Различают шероховатость абсолютную и относительную. Абсолютной шероховатостью е называется абсолютная высота выступов на внутренней поверхности трубопровода. Относительная шероховатость ԑ есть отношение абсолютной шероховатости к внутреннему радиусу трубопровода

Трубы имеют абсолютную шероховатость различных размеров и неравномерную по длине трубы. Поэтому для характеристики шероховатости поверхности труб пользуются эквивалентной (усредненной) шероховатостью k₁. Она зависит от материала труб, продолжительности эксплуатации, явлений коррозии и эрозии. Для большинства стальных труб величина эквивалентной шероховатости находится в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Опытами ГИНИ – МНИ, И. Е. Ходановича, А. А. Кащеева и др. установлено, что для нефтепроводных и газопроводных труб k₁ = = 0,14 – 0,15 мм.

Значения эквивалентной шероховатости для некоторых трубопроводов приведены в таблице.

Эквивалентная шероховатость (k₁) стенок труб

Чистые цельнотянутые трубы из латуни, меди, свинца

после нескольких лет эксплуатации

старые, со значительной коррозией

Пеньковый прорезиненный рукав

В зависимости от режима движения жидкости, а также от толщины пограничного слоя при турбулентном режиме, трубопроводы, имеющие техническую шероховатость, разделяются на гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые. Гидравлически гладкими называются трубопроводы, в которых отдельные струи потока, двигаясь параллельно друг другу, плавно обтекают все неровности й выступы на внутренней поверхности трубы, в результате чего шероховатость не оказывает влияния на сопротивление потоку. Такое явление наблюдается при ламинарном режиме движения жидкости, а также в некоторых случаях при турбулентном режиме, т. е. когда толщина пограничного слоя покрывает все выступы шероховатости. Коэффициент гидравлического сопротивления λ для гидравлически гладких труб находится в зависимости от числа Рейнольдса и не зависит от степени шероховатости стенок трубопровода.

С увеличением турбулентности (числа Рейнольдса Rе) толщина пограничного слоя уменьшается, становится меньше абсолютной шероховатости и в результате этого при соприкосновении жидкости со стенкой трубы получаются дополнительные завихрения, создаваемые выступами, за счет которых величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. В этом случае коэффициент сопротивления зависит от шероховатости стенок трубопровода и числа Рейнольдса (зона смешанного трения). При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса повышается степень турбулентности потока и, начиная с определенного значения Rе, коэффициент λ, будет зависеть только от шероховатости труб (квадратичная зона).

Величина коэффициента гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Rе˂2300, независимо от степени шероховатости трубы, определяется по формуле Стокса

При Rе > 3000 всегда имеет место турбулентный режим. Для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления при турбулентном режиме для разных чисел Rе рекомендуется пользоваться формулами Блазиуса, Исаева и Никурадзе. Области применения этих формул приведены на графике.

Ориентировочная схема областей применения формул для определения λ.

Многие вязкие нефтепродукты при низких температурах (вблизи температуры застывания) не подчиняются закону Ньютона, а следуют закону Шведова – Бингхема, так как обладают динамическим сопротивлением сдвига. Они текут по трубам особенным образом: центральная часть потока движется как твердое тело, а периферийная течет как жидкость ламинарно. Такой режим движения называют структурным. Коэффициент гидравлического сопротивления при структурном режиме движения может определяться по формуле Б. С. Филатова – Р. И. Шищенко.

Иногда величину местного сопротивления определяют через эквивалентную длину прямого участка трубы (под этим понимается длина такого участка трубы, на котором потеря напора эквивалентна потере в местном, сопротивлении).

Потеря напора в прорезиненных рукавах получается значительно больше потери напора в стальных трубах при одинаковых их диаметрах и длине. Это объясняется повышенной шероховатостью внутренней поверхности шлангов и наличием в них сужений и расширений сечения при проволочных каркасах. На потерю напора в рукаве оказывает также влияние изменение величины диаметра в зависимости от внутреннего давления. Поперечное сечение рукава, при перекачке жидкости, неодинаково по длине рукава. Оно, соответственно давлению, больше в начале рукава, чем в конце.

Для определения общего сопротивления трубопровода к найденной величине сопротивления трению необходимо добавить потерю напора на местные сопротивления.

Суммарная потеря напора в трубопроводе определяется по формуле

где h_T – потери напора на трение по длине и в местных сопротивлениях, м ст. жидк.;

h_ск – потери на участке, которому соответствует наибольшая скорость движения нефтепродукта, м ст. жидк.;

Δz – разность отметок уровней жидкости в конце и начале трубопровода.

Гидравлический расчет заканчивается подбором насоса по значениям подачи и напора и определением действительной производительности при работе принятого насоса на данный трубопровод.

При подаче жидкости центробежным насосом в напорный трубопровод подача насоса и развиваемый им напор зависят от сопротивления трубопровода. Кривую, выражающую зависимость сопротивления трубопровода от производительности перекачки по нему, называют характеристикой трубопровода и выражают ее в тех же координатах, что и характеристику насоса.

Построение характеристики трубопровода производится с помощью гидравлического расчета. Для этого, задаваясь рядом значений Q, определяют величины напора Н, необходимого для преодоления сопротивления сети (трубопровода). Значения Н наносят на график и полученные точки соединяют плавной кривой, представляющей собой характеристику трубопровода. Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода является рабочей точкой насоса, которой соответствуют определенные значения Q и Н.

На изображении ниже представлены совмещенные рабочие характеристики накоса и трубопровода, а также показано, как влияет изменение рабочей характеристики трубопровода на рабочую точку насоса. Рабочая характеристика трубопровода при геометрическом напоре, равном нулю, представлена на изображении «а» кривой 1. При перекачке жидкости с подъемом на некоторую высоту Н_ст рабочая характеристика перемещается на графике в положение 2, соответствующее в масштабе напоров высоте Н_ст.

Точка А пересечения характеристики трубопровода с характеристикой насоса 3 является рабочей точкой насоса. Каждой характеристике трубопровода соответствует своя рабочая точка, так как ее положение на кривой Q-Н зависит от кривизны линии характеристики.

При проектировании трубопроводов и подборе насосов необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка насоса находилась на ординате максимального к. п. д. Как видно изображении «б», наибольшее значение к. п. д. будет для трубопровода с рабочей точкой А₁, которой отвечают производительность Q₁ и напор Н₁.

При расчетах всасывающих трубопроводов необходимо производить проверку неразрывности струи с учетом упругости паров перекачиваемой жидкости.

Рабочие характеристики центробежного насоса и трубопровода: а – рабочие характеристики насоса и трубопровода; б – смещение рабочей точки при изменении характеристики трубопровода. 1 – характеристика трубопровода при Н_ст=0 ; 2 – характеристика трубопровода с подъемом жидкости на высоту Н_ст; 3 – характеристика центробежного насоса.

Кондиционер с установкой за 19 990 руб.

Использование трубопроводов в системах кондиционирования и вентиляции

В системах кондиционирования теплоноситель перемещается по трубопроводам. Необходимый диаметр труб зависит от расхода теплоносителя.

При движении теплоносителя по трубопроводу происходят потери давления из-за гидравлических сопротивлений: трения и местных сопротивлений. Поэтому для расчета трубопровода используют формулы гидравлики. Принципы гидравлического расчета не зависят от вида теплоносителя, которым может быть вода, пар, хладагенты и т.д.

Наиболее распространенный метод расчета трубопроводов – метод удельных потерь давления. Этот метод состоит в раздельном подсчете потерь давления на трение и на местные сопротивления в каждом участке системы труб.

Потери давления в трубопроводе на трение

Потери давления на преодоление сил трения зависят от плотности и скорости течения теплоносителя, а также параметров трубопровода. Потери на трение Pтр измеряются в кг на кв.м. и рассчитываются по формуле:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

где x – безразмерный коэффициент трения, l – длина трубы в метрах, d – диаметр трубы в метрах, v – скорость течения перемещаемой среды в м/с, y – плотность теплоносителя в кг/куб.м., g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Коэффициент трения x определяется материалом и шероховатостью стенок трубы, а также режимом движения жидкости. Различают два режима течения: ламинарное и турбулентное.

Чтобы не рассчитывать каждый раз потери на трение в трубе, составлены таблицы гидравлических потерь в зависимости от диаметра труб и расхода жидкости. Они содержатся в справочниках проектировщика систем кондиционирования. Ниже приведена таблица гидравлического расчета для обыкновенных стальных водогазопроводных труб (ГОСТ 3262-62), по которым движется вода.

Режимы течения жидкости

1. Ламинарное течение
   Потоки жидкости перемещаются в направлении течения, без образования вихрей. Гидравлическое сопротивление трубопровода зависит только от скорости движения теплоносителя. При скоростях теплоносителя, не превышающих 1-2 м/с, можно для расчетов считать течение ламинарным.
2. Турбулентное течение
   При повышении скорости течения теплоносителя возникает турбулентность течения. Кроме перемещения в направлении потока, струи жидкости завихряются. При этом гидравлическая шероховатость труб повышается, то есть сильно увеличивается сопротивление трения. Поэтому при перемещении теплоносителя по трубопроводу нужно избегать турбулентностей.

Потери давления в трубопроводе на местные сопротивления

При изменении направления и скорости движения теплоносителя в трубопроводе системы кондиционирования возникают дополнительные сопротивления. Они называются местными и происходят в клапанах, отводах и т.п.

Потери давления на местные сопротивления на участке трубопровода рассчитываются по формуле:

Рмест = W* (v*v*y)/2g,

где v – скорость течения перемещаемой среды в м/с, y – плотность теплоносителя в кг/куб.м., g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2), W – суммарный коэффициент местных сопротивлений на данном участке. Он определяется опытным путем либо содержится в справочниках.

Потери давления на местные сопротивления Z ищут отдельно для каждого участка сети трубопровода.

1. Сначала определяют суммарный коэффициент W для участка.
2. Затем умножают на динамический напор теплоносителя (v*v*y)/2g.

Замечание: при расчете водяных систем можно воспользоваться упрощенной формулой: Рмест = 50W*v*v.

Расчет общих потерь давления

Общие потери давления складываются из действия трения и местных сопротивлений: Р = Ртр + Рмест.

1. Определяем потери давления на самом нагруженном участке. Обычно это самый удаленный от источника тепло-или холодоснабжения участок трубопровода.
2. Затем приравниваем потери давления в последующих ответвлениях к потерям на самом нагруженном участке. Допустимо расхождение до 10-15%.
3. Складывая потери давления частей трубопровода, получим общие потери давления в трубопроводе системы кондиционирования.

Таблица гидравлического расчета протекания воды по стальным трубам

Скорость воды (м/с) – верхняя строка,
потери давления (мм на 1 м) – нижняя строка,
для труб с условным проходом (мм):