Калькулятор гидравлического расчета трубопровода: изучаем досконально

Гидравлический расчет трубопроводов позволяет вычислить расход воды (пропускную способность), длину участка, его внутреннее сечение и падение напора, сравнить с рекомендуемыми параметрами:

• Потери на 1 м участка, исходя из материала, составляют 80 — 250 Па/м или 8 — 25 мм водяного столба.
• Предельная скорость воды для внутренних диаметров варьирует: 1,5 см – 0,3 м/с, 2 см – 0,65 м/с, 2,5 см – 0,8 м/с, 3,2 см – 1 м/с, для других параметров она ограничивается пределом в 1,5 м/с.
• В противопожарных трубопроводах максимальная скорость движения воды равна 5 м/с.

Исходные данные

Материал трубопровода:

Расчетный расход

Наружный диаметр мм

Толщина стенки мм

Длина трубопровода м

Средняя температура воды °C

Экв. шероховатость внутр. поверхностей труб:

Сумма к-тов местных сопротивлений

Условная проходимость DN

Параметр условной проходимости DN (номинального диаметра) выступает безразмерной величиной, его численное значение приблизительно соответствует внутреннему поперечному сечению труб (например, DN 125). Числовые значения условного перехода подбирают для увеличения пропускной способности трубопроводной сети в пределах 60 — 100% при переходе от одной условной проходимости к следующей.

 

Согласно ГОСТ 28338-89, параметры условной проходимости (Ду в прошлом) подбирают из размерного ряда:

Значения подобраны с учетом исключения проблем, относительно припасовки деталей друг к другу. Номинальный диаметр на основе параметров внутреннего сечения подбирают на основе диаметра трубы в свету.

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.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• 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.

Условный 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.

Расчёт

Зависимость потери давления от диаметра трубы

В вашем броузере не работает html5

При расчете системы водоснабжения или отопления вы сталкиваетесь с задачей подбора диаметра трубопровода. Для решения такой задачи нужно сделать гидравлический расчет вашей системы, а для еще более простого решения – можно воспользоваться гидравлическим расчетом онлайн, что мы сейчас и сделаем.

Порядок работы:

1. Выберите подходящий метод расчета (расчет по таблицам Шевелева, теоретическая гидравлика или по СНиП 2.04.02-84)

2. Выберите материал трубопроводов

3. Задайте расчетный расход воды в трубопроводе

4. Задайте наружный диаметр и толщину стенки трубопровода

5. Задайте длину трубопровода

6. Задайте среднюю температуру воды

Результатом расчета будет график и приведенные ниже значения гидравлического расчета.

График состоит из двух значений (1 – потери напора воды, 2 – скорость воды). Оптимальные значения диаметра трубы будут написаны зеленым под графиком.

Т.е. вы должны задать диаметр так, чтобы точка на графике была строго над вашими зелеными значениями диаметра трубопровода, потому что только при таких значениях скорость воды и потери напора будут оптимальные.

Потери давления в трубопроводе показывают потерю давления на заданном участке трубопровода. Чем выше потери, тем больше придется совершить работы, чтобы доставить воду в нужное место.

Характеристика гидравлического сопротивления показывает, насколько эффективно подобран диаметр трубы в зависимости от потерь давления.

Для справки:

— если Вам необходимо узнать скорость жидкости/воздуха/газа в трубопроводе различного сечения – воспользуйтесь этим калькулятором

От автора:

Если данный гидравлический расчет трубопроводов был Вам полезен, то не забывайте делиться им с друзьями и коллегами.

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:

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<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
• переходный режим (2300<Re<4000), который характеризуется нестабильной структурой потока, когда отдельные слои жидкости перемешиваются;
• турбулентный поток (Re>4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.

Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.

Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и  их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.

Допустимые параметры избыточного рабочего давления pe,zul

Номинальные параметры давления используют для рабочих сред температурой 20°C. При повышении уровня нагрева, способность противостояния нагрузкам снижается, что влияет на уменьшение допустимого избыточного давления. Показатель pe,zul определяет максимальный уровень избыточного напряжения, допускаемого при повышении значения температурного режима.

 

Выбор материала

Подбор материала производится на основе характеристик сред, транспортируемых по трубопроводной линии и рабочего давления, предусмотренного для данной системы. Следует помнить о корродирующем действии перекачиваемых сред, относительно материала стенок трубопроводной сети. Обычно трубы и химические системы изготавливают из стали. При отсутствии высокого механического и корродирующего воздействия при разработке труб используют серый чугун или нелегированную конструкционную сталь.

При высоком рабочем давлении и отсутствии нагрузок с коррозийным образованием используют трубы из высококлассной стали или технологию ее литья. При высоком корродирующем действии или предъявлении к чистоте продуктов высоких требований, трубы разрабатывают из нержавейки.

Для повышения устойчивости к действию морской воды применяют медно-никелевый состав. Допускается использование алюминиевых сплавов, тантала или циркония. Хорошо распространены пластиковые составы, устойчивые к коррозийным образованиям. Они обладают малым весом и просты в обработке, что выступает идеальным решением для обустройства канализационных систем.

Типы фасонных элементов

При разработке труб из пластичных материалов, пригодных для сварочных работ, их сборка производится на месте монтажа. К ним относят стальные, алюминиевые, пластиковые и медные конструкции. Подсоединения прямых участков производится с помощью фасонных элементов (колен, отводов, затворов).

Типы соединений

Для монтажа отдельных элементов трубопроводных элементов и фитингов, арматуры и аппаратов, служат специальные соединительные детали, подбираемые, исходя из ряда параметров:

1. материала для разработки трубопровода и фасонных деталей (главным критерием их выбора выступает возможность сварки);
2. условий эксплуатации: при низком или высоком давлении, температурном режиме;
3. рекомендаций производителя;
4. включения разъемных или неразъемных соединительных деталей.

Линейное расширение

Смена геометрической формы изделий производится под силовым или температурным действием.

Физические нагрузки, приводящие к линейному расширению или сжатию, негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках. При невозможности компенсации расширения, трубы деформируются, что приводит к повреждению фланцевых уплотнителей и участков стыковки труб между собой.

Компонуя трубопроводные магистрали, следует ориентироваться на возможную смену длины при увеличении температурного режима или теплового линейного расширения (ΔL). Этот параметр определяется длиной труб, обозначаемой Lo и разностью температурных режимов Δϑ =ϑ2-ϑ1.

В приведенной формуле коэффициент теплового линейного расширения для трубопровода протяженностью 1 м при увеличении температурного режима составляет 1°C.

Компенсаторы расширения трубопроводных сетей

Отводы

Специальные отводы, ввариваемые в трубопроводную сеть, компенсируют естественный показатель линейного расширения изделий. Этому способствует выбор компенсирующих U-образных, Z-образных и угловых отводов, лирных компенсаторов.

Они предназначены для принятия линейного расширения труб за счет деформирования, но для данной технологии предусмотрен ряд ограничений. В трубопроводных магистралях с повышенным уровнем давления для компенсации расширения служат колени под разным углом. Напряжение, предусмотренное в отводах, способствует усилению коррозийного действия.

Волнистые компенсаторы

Изделия представлены тонкостенными гофротрубами из металла, называемыми сильфоном и растягиваемым в направлении трубопроводной линии. Их монтируют в трубопроводной сети, предварительный натяг служит для компенсации расширения.

Выбор осевых компенсаторов позволяет обеспечить расширение по поперечному сечению. Внутренние направляющие кольца предупреждают боковое смещение и внутреннее загрязнение. Для защиты труб от внешнего воздействия служит специальная облицовка. Компенсаторы, не включающие в конструкцию внутреннего направляющего кольца, способствуют поглощению боковых сдвигов и вибрации, исходящей от насосных систем.

Изоляционная защита

Для трубопроводов, рассчитанных на перемещение высокотемпературных сред, предусмотрен выбор изоляции:

1. до 100°C применяется жесткий пенопласт (полистирол или полиуретан);
2. до 600°C предусмотрено использование фасонных оболочек или минеральных волокон (каменной шерсти или стеклянного войлока);
3. до 1200°C – волокна на основе керамики или глинозема.

Трубы с условной проходимостью ниже DN 80 и толщиной изоляционной защиты до 5 с, обрабатывают изоляционными фасонными элементами. Этому способствуют 2 оболочки, размещенные вокруг труб и соединенные с помощью металлической ленты, закрытые кожухом из жестяного материала.

Трубы с условной проходимостью от DN 80 оснащают теплоизоляционным материалом с нижним каркасом. Он включает зажимные кольца, распорки и металлическую облицовку, разработанную из оцинкованного мягкого стального материала или нержавейки листовой. Между трубами и кожухом из металла размещают изоляционный материал.

Теплоизоляционный слой составляет диапазон размеров 5 — 25 см. Его наносят по всей протяженности труб, на отводах и коленах. Важно исключить наличие незащищенных участков, влияющих на образование теплопотерь. Фасонная изоляция служит для защиты фланцевых соединений и арматуры. Это способствует беспрепятственному доступу к стыковочным участкам без снятия изоляции по всей магистрали при нарушении герметичных свойств.

Эквивалентное значение диаметра

Применяют при проведении расчетов нецилиндрических трубопроводных систем (овального или прямоугольного сечения). Эквивалентное значение диаметра соответствует параметрам трубопроводной сети с круглым сечением, при условии одинаковой длины. Для проведения расчетов используют формулу:

dэ = 4F/P

Для труб с цилиндрической формой эквивалентное и внутреннее поперечное сечение совпадает. Для открытых каналов эквивалентный диаметр рассчитывают путем подстановки данных:

dэ = 4F/Pс

Смоченным периметром выступает длина линии сопряжения транспортируемых сред со стенками трубопровода, влияющими на ограничение потока. Ниже представлены формы периметра для разных труб.

Местное сопротивление образуют трубопроводные элементы, где транспортируемые среды подвержены резкому образованию деформаций со сменой направления, скорости или завихрений. Этот процесс может быть вызван под действием задвижек, вентилей, поворотов и развилок труб.

Потери напора при местном трении рассчитывают через формулу:

Hмс=ζмс·

Уровень потери напора при местном трении определяется скоростью и коэффициентом местного сопротивления (указан в табличных данных).

При суммировании приведенных выше формул получится общее уравнение, позволяющее определить напор насоса:

  

Примеры номограмм

При выборе параметров труб и материала для разработки, специалисты ориентируются на технологические и конструктивные требования, предъявляемые в конкретной ситуации. Для стандартизации габаритов их классифицируют и унифицируют, с учетом допустимого для эксплуатации давления.

Видео

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...