Как влияет изгиб трубы на напор воды
Обновлено: 07.07.2024
75. Гидравлика: Понятие потерь давления
Напомним, что этот вопрос вкратце уже упоминался в разделе 18 "Проблема внезапного вскипания хладагента в жидкостной магистрали ". Чтобы пополнить наши знания в этой области, проведем небольшой мысленный опыт с помощью схем на рис. 75.1 и 75.2. Для проведения этого опыта нам потребуются ручной кран на сливной магистрали градирни, при открытии которого градирня опорожняется, и поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды в баке градирни. На выходе из сливной магистрали в точке В (перед краном) установим манометр, проградуированный в барах. Этот манометр будет показывать нам давление в точке В. Установим также стеклянную трубку, которая будет показывать давление в точке В в метрах водяного столба (м вод. ст.), то есть высоту уровня воды, эквивалентную давлению в точке В.
На рис. 75.1 слева той столба жидкости, то есть 5 м вод. ст. или 0,5 бар: давление, измеренное манометром, равно высоте столба.
На рис. 75.1 справа (схема 2) кран на сливной магистрали открыт. Под действием силы тяжести, сразу же после открытия крана, вода из бака начинает сливаться. Как только вода приходит в движение, ее уровень в стеклянной трубке падает до 4,5 м: следовательно, потери давления на участке от точки А до точки В равны 5 - 4,5 = 0,5 м вод. ст. Манометр в точке В также показывает падение давления на величину потерь, которые равны 0,5 - 0,45 = 0,05 бар (то есть 0,5 м вод. ст.).
Отсюда делаем вывод: как только вода пришла в движение, появились потери давления.
Эти потери обусловлены вязкостью воды и за-висят от ее скорости. В основном, потери давления определяются силой трения движущейся воды о внутреннюю поверхность стенок трубопровода, которая имеет ту или иную шероховатость.
Потери давления растут:
► с ростом длины трубы;
► с падением внутреннего диаметра (площади проходного сечения) трубы;
► с ростом скорости воды (то есть расхода) в трубе.
Потери давления приводят к дополнительным затратам энергии. Они порождают шумы в трубопроводах и незначительный нагрев воды. Чем больше скорость воды, тем больше шум, особенно там, где поток испытывает сужения. Например, в кранах, вентилях и т.п. Этот шум может доставлять определенные неудобства в тех случаях, когда трубопроводы проложены в жилых помещениях или поблизости от них.
Поэтому диаметры трубопроводов должны выбираться таким образом, чтобы скорость жидкости в них не превышала определенных значений при максимальных потребных расходах. Например, сегодня существуют такие рекомендации:
► Для труб с внутренним диаметром 15 мм максимальная скорость жидкости равна 0,5 м/с.
► Для труб с внутренним диаметром 80 мм максимальная скорость жидкости равна 1,2 м/с.
Такая разница в рекомендуемых значениях скоростей обусловлена следующим
В трубах диаметром 15 мм периметр поверхности трения П=1,5смх7г«5 см, площадь проходного сечения S1 « 2 см2, а в трубах диаметром 80 мм периметр поверхности трения П = 8 см х п к 25 см при площади проходного сечения S2 * 50
Таким образом, при переходе от трубы с внутренним диаметром D1 = 15 мм к трубе с диаметром D2 = 80 мм
периметр поверхности трения возрастает в 5 раз, тогда как площадь проходного сечения увеличивается в 25 раз. В результате сила трения (а следовательно, и потери давления) в трубе диаметром 15 мм при скорости потока 0,5 м/с будет примерно такой же, как и в трубе диаметром 80 мм при скорости потока 1,2 м/с. Поэтому чем больше диаметр трубы, тем больше в ней может быть скорость потока при одной и той же величине потерь давления на трение.
В существующих сегодня установках диаметры жидкостных трубопроводов выбирают с таким расчетом, чтобы при максимальном расходе скорость потока в них приводила бы к потерям давления, как правило, в диапазоне от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубопровода.
| 75.1. УПРАЖНЕНИЕ 1. Оценка потерь давления |
Для оценки потерь давления, обусловленных местными сопротивлениями (повороты, тройники, запорные вентили и т.д.), принято использовать понятие эквивалентной длины. Например, можно считать, что потери давления при повороте потока на 90° эквивалентны потерям давления на трение на отрезке трубы того же диаметра длиной 0,8 м*.
Теперь попробуйте оценить порядок величины потерь давления в трубе внутренним диаметром 65 мм и полной длиной 50 м, имеющей 6 поворотов на 90° (см. рис. 75.4).
Решение упражнения 1
При условии, что диаметр трубы определен правильно, можно предположить, что потери давления на трение составляют от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубы. При выполнении оценки допустим, что потери давления на трение равны среднему значению указанного диапазона, то есть 15 мм вод. ст./м. В тоже время, 6 поворотов на 90° эквивалентны по величине потерь давления участку прямой трубы того же диаметра длиной 6 х 0,8 м = 4,8 м. Следовательно, полная эквивалентная длина нашей трубы будет равна 50 м + 4,8 м « 55 м. Таким образом, полные потери давления в этой трубе составят 55 м х 15 мм вод. ст/м = 825 мм вод. ст « 0,8 м вод. ст.
* Это утверждение не всегда справедливо. В общем случае длину участка прямой трубы, эквивалентную по величине потерь давления какому-либо местному сопротивлению, находят по формуле Ьэкв = Щм/Ялтл Т№ D — внутренний диаметр трубы, §м — коэффициент местных потерь и Ятр — коэффициент трения жидкости о внутреннюю поверхность стенок трубы (прим. ред.).
ВЛИЯНИЕ РАЗНОСТИ УРОВНЕЙ НА ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ
Продолжим наши мысленные эксперименты. На рис. 75.5 представлены две абсолютно одинаковые схемы, отличающиеся только тем, что высота бака градирни на схеме 1 над сливным краном больше, чем высота бака на схеме 2.
Длина сливных труб в обеих схемах одна и та же, диаметры труб также одинаковы. Из-за разности уровней давление в точке В схемы 1 будет выше, чем давление в точке В схемы 2. Следовательно, если полностью открыть сливные краны в обеих схемах, расход Qvl будет выше, чем расход Qv2. Для того, чтобы сравнивать величины потерь давления в зависимости от разности уровней, необходимо прикрыть кран схемы 1 с целью выравнивания расходов, а следовательно, и скоростей потоков жидкости в трубопроводах схем 1 и 2.
Как только мы это сделаем, то сразу же увидим, что при равенстве расходов Qvl и Qv2 потери давления для обеих схем будут в точности совпадать: Ahl = Ah2.
Вывод: потери давления на трение и местные сопротивления никоим образом не зависят от разности уровней трубопровода. Они определяются только расходом жидкости, длиной трубопровода, внутренним диаметром и шероховатостью стенок трубы.
| 75.2. УПРАЖНЕНИЕ 2. Влияние потерь давления на характеристики потока |
Рассмотрим систему, представленную на рис. 75.6.
При движении воды по трубопроводу появляются потери давления АЫ, которые зависят от длины трубопровода, его диаметра и расхода воды (то есть скорости воды в трубе).
Установим на выходе из бака фильтр.
► Как изменятся потери давления Ahl?
► Как изменится расход?
► Как изменится скорость воды?
Решение на следующей странице.
Решение упражнения 2
Фильтр, установленный на трубопроводе (см. рис. 75.7 справа), ведет себя точно так же, как любое местное сопротивление (поворот, вентиль и др.): он является дополнительным препятствием потоку жидкости, то есть создает дополнительные потери давления при прохождении воды. Эти потери добавляются к потерям на трение. В результате полные потери давления на участке от точки С до точки В возрастут (Ah2 > Ah 1).
Теперь рассмотрим, как изменится скорость течения воды в трубе. При установке дополнительного сопротивления, например, фильтра, потери давления на отрезке С-В возрастают (Ah2 > Ah 1). Но это сопротивление также препятствует и прохождению воды (как это делал бы ручной вентиль, сопротивление которого возрастает при его закрытии): следовательно, расход воды будет уменьшаться.
Поскольку при этом в обоих случаях внутренний диаметр трубы на участке С-В не меняется, уменьшение расхода приводит к снижению скорости потока воды в трубе: скорость V2 будет заметно ниже сорости VI.
При росте потерь давления в контуре расход жидкости падает. Поскольку расход падает, неизбежно снижается и скорость потока.
Обратите внимание на дополнительные условия: следует отчетливо понимать, что скорость потока воды абсолютно одинакова на входе в фильтр и на выходе из него. Поскольку внутренний диаметр трубы одинаков по всей длине, скорость будет в точности одна и та же в каждом сечении трубы.
Скорость потока жидкости при постоянном расходе строго одна и та же в каждом сечении трубы постоянного внутреннего диаметра.
| 75.3. УПРАЖНЕНИЕ 3. Изменение расхода при изменении скорости |
По трубе длиной 50 м с внутренним диаметром 80 мм вода течет со скоростью 1 м/с. Как по-вашему, что произойдет с расходом, если скорость удвоится?
Решение на следующей странице.
Решение упражнения 3
Мы нарушим традицию, которая действует в нашем руководстве, поскольку здесь мы вынуждены привести несложные формулы и выполнить очень простые расчеты. Пожалуйста, извините нас за это, но вопросы гидравлики довольно сложны и иногда вам могут потребоваться отдельные базовые понятия для того, чтобы разобраться в некоторых явлениях, которые, тем не менее, мы будем стараться объяснять как можно проще.
Для начала вы должны вспомнить, что объемный расход, как правило, измеряется в м3/ч или м3/с (см. раздел 41 "Измерение расхода воздуха">.
Скорость потока и расход воды находятся в тесной взаимосвязи:
Qv V х S
(м3/с) = (м/с) х (м2)
Расход = Скорость х Площадь
Рассчитаем площадь проходного сечения трубы диаметром 80 мм (см. рис. 75.9): Рис. 75.9. S = 3,14 х 0,082 / 4 = 0,005 м2.
Теперь можно найти расходы:
► Qvl = 1 м/с х 0,005 м2 = 0,005 м3/с = 0,005 х 3600 = 18 м3/ч.
► Qv2 = 2 м/с х 0,005 м2 = 0,01 м3/с = 0,01 х 3600 = 36 м3/ч.
Таким образом, для данного диаметра трубы расход прямо пропорционален скорости потока.
При удвоении скорости потока жидкости в трубе расход также удваивается.
| 75.4. УПРАЖНЕНИЕ 4. Изменение расхода при изменении диаметра трубы |
Мы только что нашли, что при скорости потока жидкости 1 м/с в трубе диаметром 80 мм расход жидкости равен 18 м3/ч.
Теперь удвоим внутренний диаметр трубы, то есть возьмем трубу с внутренним диаметром 160 мм. Чему будет равен расход жидкости в этой трубе при той же скорости потока
Решение упражнения 4
При скорости потока 1 м/с расход в трубе с внутренним диаметром 80 мм равен 18 м3/ч. Если внутренний диаметр трубы будет равен 160 мм, то площадь ее проходного сечения станет S = 3,14 х 0,1 б2 / 4 = 0,02 м2. При скорости потока 1 м/с расход в этой трубе будет равен 1 х 0,02 = 0,02 м3/с или 0,02 х 3600 = 72 м3/ч вместо прежних 18 м3/ч. Иначе говоря, расход вырастет в 4 раза.
Внимание! Не путайте понятие "внутренний диаметр " и площадь проходного сечения: если диаметр удваивается, то площадь проходного сечения увеличивается в 4 раза!
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ДАВЛЕНИЕМ
Рассмотрим поплавковый клапан, предназначенный для подачи водопроводной воды в бак градирни (см. рис. 75.11). Допустим, что полностью открытый клапан при давлении воды в сети 2 бара обеспечивает расход 10 л/мин.
Для того, чтобы удвоить расход, то есть обеспечить расход через клапан, равный 20 л/мин. необходимо давление воды в сети увеличить в 4 раза.
Запомните! При слабом давлении воды в водопроводной сети расход будет небольшим. Чтобы удвоить расход, давление в сети нужно повысить в 4 раза.
Разумеется, что на практике для удвоения расхода так не поступают. Если бы на самом деле повышали давление в сети, это породило бы многие проблемы: диаметр трубопровода пришлось бы делать очень малым, вода бы в трубах сильно "гудела" и т. д.
Проведем такую аналогию: если автомагистраль загружена, то для того, чтобы повысить ее пропускную способность, водителей не заставляют ехать быстрее, а либо делают новую полосу, либо строят объездной путь! То же самое предпринимают и для увеличения расхода жидкости в трубе: увеличивают площадь проходного сечения трубы.
При заданном расходе это приводит к снижению скорости потока воды в трубе (и, следовательно, шума), а потребное для обеспечения этого расхода давление уменьшается
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ
В трубе с внутренним диаметром 80 мм предполагается удвоить расход. Что произойдет с потерями давления? На первый взгляд может показаться, что поскольку при удвоении расхода скорость потока удваивается, то и потери давления также должны удваиваться. К сожалению, это не так.
При удвоении расхода потери не удваиваются, а увеличиваются в четыре раза: если расход вырос в 2 раза, потери давления возрастут в 4 раза!
В примере на рис. 75.13 при скорости потока 1 м/с потери давления АР = 2 м вод. ст., а при увеличении скорости до 2 м/с потери давления умножаются на 4: АР = 2 х 4
Потери давления пропорциональны квадрату расхода.
Для получения дополнительной информации см. раздел 95 "Несколько примеров расчета потерь давления ".
| 75.5. УПРАЖНЕНИЕ 5. Изменение потерь давления при изменении расхода |
Показан участок трубопровода, пропускающий воду со скоростью I м/с. Манометры показывают давление в различных точках этого трубопровода. Из показаний манометров можно сделать следующие выводы.
При скорости водяного потока 1 м/с потери давления составляют:
- на фильтре АРф = 2 - 1,8 = 0,2 бар;
- на вентиле АРв = 1,8 - 1,7 = 0,1 бар.
Что покажут манометры на выходе из фильтра и на выходе из вентиля, если скорость потока в трубе удвоится? Решение этого упражнения приведено ниже, однако прежде, чем знакомиться с ним, попробуйте поразмышлять самостоятельно.
Решение упражнения 5
Скорость удвоилась, следовательно расход тоже удвоился. В результате потери давления на
фильтре и на вентиле вырастут в 4 раза.
Теперь потери давления на фильтре АРф = 0,2 бар х 4 = 0,8 бар, то есть манометр на выходе
из фильтра покажет 2 - 0,8 =1,2 бар.
Потери давления на вентиле АРв = 0,1 бар х 4 = 0,4 бар, то есть манометр на выходе из
вентиля покажет 1,2 - 0,4 = 0,8 бар.
Заметьте, что общие потери давления на этом участке вырастут с 0,3 до 1,2 бар: то есть тоже в 4 раза.
Поспорил с другом и не можем найти компетентного человека, кто разрешит наш спор. Нужен физик.
Берутся 2 куска металло-пластиковой трубы. Оба куска имеют одинаковую длину 1000 метров, одинаковый диаметр и толщину стенок. На обе трубы ставят насос прогоняющий воду под одинаковым давлением. Одна труба прямая, а вторую трубу гнем змейкой с сотнями змеек, но нигде труба не меняет диаметр на сгибах. Обе трубы кладем на ровную плоскость и включаем воду. Будет ли одинаковым давление и скорость воды на выходе.
Лучший ответ
Потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:
Hm=(Кси) V^2/2g
Для плавного закругления в девяносто градусов (Кси) =0.2
Кси - буква греческого алфавита, коэффициент сопротивления.
.. |>
.. |)
.. |)
\=|-__7
Zhelayu uspekhov .
Vladimir Shchookin.
Остальные ответы
нет если много изгибов то сопротивление воды увеличивается
ALIK KardashyanМастер (2302) 7 лет назад
Воды зашла с определенной скоростью, ей же некуда там деваться в этой трубе, если зашел литр воды к примеру, то и выйдет литр. Если зашла вода со скоростью пускай будет 1 метр в секунду, то может выйти с меньшей скоростью если давление на входе не теряется?
Вам нужен не физик а гидрогазодинамик.
Любой изгиб трубы будет создавать дополнительное сопротивление водному потоку.
Отсюда вывод, что при равных условиях подачи воды скажем из одного бака, расход воды из прямой трубы будет больше.
ALIK KardashyanМастер (2302) 7 лет назад
Вы меня извините, у нас большой куш на ставке, вы предполагаете или можете это более раскрыто написать?
Не будет одинаковым, часть мощности насоса будет уходить на динамические силы в изгибах
Даже есть такой метод: множественные изгибы чтоб ослабить эффект гидравлического удара и уменьшить динамических сил в необходимых изгибах.
О-о. . подробнее мало кто может. Мну интуиция говорит - по-любому изгиб увеличивает сопротивление. Чисто за счет инерции, вода будет налетать на стенку, в поток, где скорость меньше. Т. е. на внешней стороне градиент скорость кгуче, скорость движения одного слоя отн. другого выше, соотв. вязкое трение выше. + усложненная форма канала. С 2 стороны, есть возможность чуток "срезать" путь ближе к внутренней стенке изгиба. Но это только при малой скорости должно влиять, бо ускорение при повороте - по квадрату скорости.
Но все эти приколы будут иметь значение только при не очень больших радиусах кривизны изгиба. Если 2 см труба, радиус пара метров - трудно даже сказать, какую долю сопротивления это добавит. Мож. , 0,01%
КАЧЕСТВЕННО - и так понятно, что любое искривление создаёт дополнительное сопротивление потоку. Поэтому разница между давлением воды на входе и на выходе для кривой трубы будет выше, чем для прямой (скорость, понятное дело, будет одна и та же что на входе, что на выходе - в силу непрерывности потока и несжимаемости воды) . Ну а если насос ограниченной мощности - то и пропускная способность труб тоже окажатся разной. Потому как расход воды, давление и мощность жёстко связаны, и рост давления при фиксированной мощности неизбежно вызывает снижение расхода (= скорости потока) .
Обосновать можно вот чем: сопротивление потоку создаётся трением воды о стенки трубы. На поворотах вода меняет свою скорость - во всяком случае, по направлению. Значит, на этих кривых участках вода движется с ускорением. Значит, для того, чтоб придать воде ускорение, стенки должны на неё действовать с какой-то силой - ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ силой. Но эта дополнительная сила создаёт и дополнительное трение, никуда не деться.
2 фатальные ошибки при обустройстве водопровода в частном доме
Стройные женщины с коромыслами, идущие по воду – это благолепие оставьте для поздравительных открыток или других сентиментальных картинок. Если такое и сохранилось где-нибудь, то это, скорее, в упрек — гордиться здесь явно нечем, не в XIX веке живем! И навряд ли кто в наше время добровольно согласится поменять возможности бесперебойной подачи необходимой для нормальной жизни воды на ее «ручную доставку» в ведрах. Про горожан из многоэтажек и разговор обычно не идёт, а жители загородных поселков, там, где нет центрального водопровода, в большинстве своем стремятся обзавестись автономным источником – скважиной или колодцем. Если это удаётся – они в счастливчиках!
Отчего может «барахлить» домашний водопровод? Проверяем основные параметры системы!
Но порой случается такое, что долгожданная система водоснабжения сразу начинает преподносить своим хозяевам всяческие неприятные «сюрпризы». Например, в душе напор настолько маленький, что помыться невозможно. Или при открытии в доме двух каких-то кранов одновременно – в обеих точках тонкие струйки. Другая крайность: напор из кранов отменный, но явно ощущается, что система фильтрации и очистки не справляется со своей задачей – вода идет мутная, с запахом, то есть малопригодная к использованию. Что случилось? А, скорее всего, то, что система создавалась бездумно, «на глазок», и оптимального соотношения основных параметров не достигнуто. Речь идет о расходе (ее объёме, протекающем через конкретную точку водопровода в единицу времени), и создаваемом давлении. А это величины, в свою очередь, во многом зависят не только от параметров подающего узла (насоса, центрального коллектора, гидроаккумулятора и т.п.), но и от диаметра труб, длины трасс, особенностей точек потребления, насыщенности каждого участка в отдельности и всей системы в целом соединительной и запорной арматурой.
Универсальных решений не ждите – всегда будет требоваться креативный подход. Но, надеемся, что поможем в общих чертах разобраться, отчего может «барахлить» домашний водопровод? Проверяем основные параметры системы!
Основные узлы системы водоснабжения дома
Для начала – давайте, чтобы дальше говорить «на одном языке», вспомним вкратце, без особых подробностей, из чего складывается система холодного водоснабжения дома.
- Итак, есть какой-то источник. Это может быть колодец, скважина или коллектор центрального водопровода.
- Для подачи воды из колодца или скважины требуется установка насосного оборудования. У рачительного хозяина вода будет подаваться не напрямую, а через гидроаккумулятор. Этот прибор обеспечит постоянство давления в системе домашнего водопровода, создаст определённый резерв чистой воды.
Именно насосное оборудование должно обеспечивать требуемое давление при необходимом расходе воды на точках потребления.
- Если дом подключен к центральному водопроводу, то в коллекторе, как правило, поддерживается давление, необходимое для подачи воды до точек потребления. Причем коллектор может быть не только проходящим около здания или расположенным в подвале многоэтажки. Нередко организуется схема многоуровневых коллекторов – один обслуживает, скажем, с 1 по 5 этажи, второй – с 6 по 10 и т.п.
Случается, что давление в коллекторе недостаточное, и приходится принимать меры по его повышению. Например, устанавливать специальный повышающий насос.
- При центральном водопроводе – желательно, а при автономном – обязательно устанавливается система подготовки воды: ее очистки, обеззараживания, смягчения и фильтрации.
Независимо от степени простоты или сложности системы фильтрации, она должна обеспечивать очистку требуемых объёмов воды даже в случае пикового потребления.
- Водопроводная домашняя сеть – система труб, проложенных к точкам потребления воды. Трубы различаются и материалом изготовления, и диаметром – оба обстоятельства очень чувствительно влияют на передаваемый напор. Кроме труб, на трассе будет немало деталей (соединительных, разветвительных, запорно-регулировочных), создающих дополнительные участки гидравлического сопротивления. Чем их меньше – тем лучше передача воды к точке ее забора.
- Сами точки забора – краны, смесители, сливные бачки, подключённая бытовая техника и т.п.) – характеризуется нормальным расходом воды при корректной своей работе. Например, кухонная мойка потребляет в среднем 0,15 литра в секунду, а душевая кабинка с гидромассажем может запросить и все 0,3 литра в секунду. Именно от этих нормативных показателей и приходится отталкиваться при расчете домашней системы.
Как раз этим мы сейчас и займемся!
Расчеты производительности
Какая суммарная производительность должна быть у системы водопровода?
Если одновременная работа нескольких точек водопотребления (а иногда – даже и всего двух) становится невозможной – производительность системы явно необходимой.
Другая беда – вода в нормальном объеме, но явно некачественно очищенная. А это чаще всего означает, что система фильтрации подобрана неправильно по производительности. То есть вода минует ее модули слишком быстро, не успевая пройти полноценный цикл подготовки.
То есть знать заранее, какой объем воды потребуется за единицу времени – необходимо в любом случае.
В доме может быть немало точек водозабора. Казалось бы, если просуммировать показатели расхода для каждой из них, то получится искомая величина. Но это не совсем так. Просто представьте, велика ли вероятность, что все краны, души, смесители, стиральные и посудомоечные машины будут работать одновременно? в теории такое, наверное, возможно, но на практике – вероятность стремится к нулю.
Поэтому существует специальная методика, которая увязывает простое суммирование еще и с вероятностным коэффициентом, зависящим, в свою очередь, от количества точек потребления.
Прекрасно понимая, что многих пугает один лишь только вид физико-математических формул, автор решил обойтись без них. Они просто стали основой калькулятора, к которому мы неуклонно приближаемся.
А какой диаметр трубы обеспечит такую производительность?
Мало знать производительность – ее еще требуется обеспечить. То есть создать такой «путь доставки», что будет работать без излишнего напряжения, не «на износ».
Понятно, что речь идет о трубе, точнее – о ее диаметре, а еще точнее – о внутреннем диаметре. Чем он больше, тем при равной скорости потока через трубу больше пройдет жидкости в единицу времени. Это все легко описывается элементарными физическими формулами.
Все кажется просто – но как быть со скоростью, какая оптимальная?
Считается (и требованиями СНиП подтверждается), что в системе водопровода скорость потока не должна превышать верхней границы в 3 метра в секунду. Однако, и это многовато! Практика доказала, что в домашних сетях, где диаметр труб не превышает обычно одного дюйма, желательно придерживаться диапазона скорости потока от 0,6 до 1,0 м/с. При таком перемещении воды водопровод работает бесшумно, не возникает очагов повышенного гидравлического сопротивления, вибрации, гудения и прочих «радостей». То есть такая скорость – как раз та оптимальная взаимосвязь между давлением и расходом. К ней и следует стремиться, если предоставляется такая возможность.
Нет, никто не запрещает рассчитать для большей или меньшей скорости (в пределах требований СНиП), если «припирают обстоятельства». Но дружескую рекомендацию вам довели…
Итак, про производительность системы и диаметр трубы должно уже быть понятно, переходим к расчетам!
Калькулятор определения пикового потребления воды и необходимого диаметра трубы
Не думаю, что требуются какие-то особые пояснения – все должно быть ясно. Ориентируясь на показатель пикового расхода, как на необходимый минимум, можно подбирать производительность насосного оборудования и станции подготовки воды (фильтрации). Диаметр трубы – понятно для чего.
Хотя, есть интересный и важный нюанс, и касается он именно диаметра. Этим же калькулятором можно просчитать не только всю систему, но и каждый ее выделенный участок, например, отходящий в хозблок, или в сторону санузла и душевой (и т.п.) То есть принять в расчет только те сантехнические приборы, что установлены на этой ветке. Тогда будет получен минимальный диаметр именно для этого ответвления.
И так далее – если в этом есть необходимость.
А как быть с напором?
Очень весомый и своевременный вопрос! Довольно распространенное явление, когда на ближней точке потребления все в норме, но на периферийной – вода еле течет из крана. Значит, налицо слишком большое падение напора.
Вызывается оно и перепадом высоты от стартовой точки (насос, коллектор, гидроаккумулятор и т.п.) до конечной, удаленностью (немалые потери напора происходят и на горизонтальных участках трубопровода), «нафаршированностью» трассы сантехнической арматурой. И в итоге вместо ожидаемой, скажем, одной технической атмосферы (≈1 бар ≈ 10 метров водяного столба), достаточной для подавляющего большинства приборов потребления, на выходе «жалкие крохи». А это – чревато отказом водогрейных колонок, бытовой техники, да и мыться под вялыми струйками из душа – удовольствие невеликое.
Хорошо, что каждый такой проблемный участок вполне можно заранее просчитать. В этом поможет следующий калькулятор.
Калькулятор расчета падения напора воды в водопроводе
Тоже надеемся, что проблем при внесении данных быть не должно.
- Каждый участок водопровода лучше просчитать от стартовой до самой удалённой точки индивидуально – получится наглядная картина.
- Пластиковые и стальные трубы различаются гидравлическим сопротивлением, поэтому такое указание – важно!
- Трубы более 1 дюйма не создают того гидравлического сопротивления, что могло бы повлиять на напор в сети в масштабах частного дома. По большому счету – они практически и не применяются в таких условиях, но если они есть — их можно не учитывать.
- В любом случае, если данные не требуют внесения (нет превышения, нет участка труб указанного диаметра, нет элемента арматуры) – оставляется по умолчанию, то есть равное нулю.
Результат поможет оценить «ветку» и сделать выводы. Если давления недостаточно, то можно подумать над упрощением трассы или увеличением диаметра трубы. Или же – о поднятии стартового давления, если это допустимо (хотя такое обычно не практикуется). Еще один вариант – установка на отдельных важных участках насосов, повышающих давление воды .
Падение напора в трубопроводе.
Расчёт потерь напора воды в трубопроводе выполняется очень просто, далее мы подробно рассмотрим варианты расчёта.
Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.
Вам посчастливилось пробурить скважину прямо около дома? Замечательно! Теперь вы сможете обеспечить себя и свой дом или дачу чистой водой, которая не будет зависеть от центрального водоснабжения. А это значит никакого сезонного отключения воды и бегания с вёдрами и тазиками. Нужно только установить насос и готово! В настоящей статье мы поможем вам рассчитать потери напора воды в трубопроводе, и уже с этими данными можно смело покупать насос и наслаждать, наконец, своей водой из скважины.
Из школьных уроков физики понятно, что вода, текущая по трубам, в любом случае испытывает сопротивление. Величина этого сопротивления зависит от скорости потока, диаметра трубы и гладкости её внутренней поверхности. Сопротивление тем меньше, чем меньше скорость потока и больше диаметр и гладкость трубы. Гладкость трубы зависит от материала, из которого она изготовлена. Трубы из полимеров более гладкие, чем стальные трубы, а также они не ржавеют и, что немаловажно, дешевле других материалов, не уступая при этом в качестве. Вода будет испытывать сопротивление, двигаясь даже по полностью горизонтальной трубе. Однако чем длиннее сама труба, тем менее значительны будут потери напора. Что ж, приступим к расчету.
Потери напора на прямых участках трубы.
Чтобы подсчитать потери напора воды на прямых участках труб использует уже готовую таблицу, представленную ниже. Значения в этой таблице указаны для труб, изготовленных их полипропилена, полиэтилена и других слов, начинающихся с «поли» (полимеров). Если же вы собираетесь установить стальные трубы, то необходимо умножить приведённые в таблице значения на коэффициент 1,5.
Данные приведены на 100 метров трубопровода, потери указаны в метрах водного столба.
Подробно о давлении воды в трубах
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.
Что это такое?
Чтобы водопровод исправно функционировал, службы водоканала постоянно поддерживают в нем определенное давление.
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:
- прорыва труб,
- запорной арматуры
- различного сантехнического оборудования.
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:
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.
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.
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)?
Водоснабжение 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.
Для того понадобится:
-
до 6 атмосфер;
- резьбовой удлинитель;
- переходник (при необходимости);
- фумлента;
- разводной ключ.
Порядок работ:
- К манометру присоединяют резьбовой удлинитель, на который крепят переходник (при необходимости). Для точности производимых измерений с помощью фумленты достигают герметичности соединений.
- От с шланга душа отсоединяют лейку и прикручивают подготовленный ранее манометр, — соединение герметизируют фумлентой.
- Полностью открывают кран-буксу душа и снимают показания с манометра.
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:
- 3-литровую емкость подставляют под предварительно открытый на полную мощность кран.
- Одновременно с этим засекают время на секундомере и фиксируют: за сколько наполнится емкость.
- Полученное время сверяют с табличными данными и устанавливают давление.
Таблица: зависимость давления от расхода воды:
В видео наглядно показано, как можно измерить давление воды самостоятельно:
Как посчитать потерю?
Потеря давления в водопроводной сети происходит по следующим причинам (засоры и ржавчина труб не рассматриваются):
- Сопротивление трубы на прямых участках.
- 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.
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.
Рекомендуем статью по темеНа местах
Также потери происходят на поворотах и изгибах трубопровода, а также в местах нахождения запорной арматуры и фильтров.
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.
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?
Поставить заглушку на трубу – дело не хитрое, если делать это без напора.
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.
Читайте также: