Гидравлический расчет для подбора трубопроводов: методы проведения

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.

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.

Обратите внимание

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:

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

Источник: https://pkfdetal.ru/info/15-samostoyatelnyj-gidravlicheskij-raschet-truboprovoda

Гидравлический расчет трубопроводов

Министерство
образования и науки Российской Федерации

Федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального
образования

«Ивановский
государственный энергетический
университет

имени
В.И. Ленина»

Кафедра
тепловых электрических станций

Методические
указания к выполнению курсовой работы

по
дисциплине «Гидрогазодинамика» для
студентов,

обучающихся
по направлению «Теплоэнергетика»

Иваново
2015

Составители: С.И.
Шувалов,

Г.Г.
Михеев

Редактор Г.В. Ледуховский

Методические
указания содержат методику расчета
трубопроводных систем, индивидуальные
задания и пример выполнения курсовой
работы.

Предназначены
для студентов, обучающихся по направлению
«Теплоэнергетика».

Утверждены
цикловой методической комиссией ТЭФ

Рецензент

кафедра
химии и химической технологии в энергетике

ФГБОУВПО
«Ивановский государственный энергетический

университет
имени В.И. Ленина»

Предисловие

В
Федеральном государственном образовательном
стандарте высшего профессионального
образования по направлению подготовки
140100 «Теплоэнергетика и теплотехника»
(квалификация (степень) – бакалавр)
указано, что выпускник должен уметь
рассчитывать гидродинамические параметры
потока жидкости и газа при внешнем
обтекании тел и течении в каналах и
трубах, а также проводить гидравлический
расчет трубопроводов.

Для
получения практических навыков при
изучении дисциплины «Гидрогазодинамика»
предусмотрена курсовая работа, в которой
студент должен выполнить гидравлический
расчет системы трубопроводов: для
заданных расходов воды необходимо
выбрать диаметры трубопроводов,
рассчитать гидравлические сопротивления
труб и избыточные давления воды в узлах
системы, минимально допустимую высоту
водонапорной башни, производительность
насосов и максимальную высоту размещения
насосов над уровнем воды в водозаборнике.

В
методических указаниях даны общие
сведения о трубопроводной системе,
представлена методика расчета и приведен
пример расчета. Индивидуальные задания
для выполнения курсовой работы
представлены в конце методических
указаний.

В
приложении приведены справочные данные,
достаточные для выполнения курсовой
работы.

1.Общие сведения о трубопроводной системе

Для
перемещения жидкостей и газов используются
трубопроводные системы, состоящие из
устройства подачи перемещаемой среды
в систему, источника энергии для
компенсации затрат энергии на подъем
среды относительно места забора и потерь
на трение, а также трубопроводов,
соединенных между собой определенным
образом.

В
зависимости от рода перекачиваемой
жидкости различают: водопроводы,
нефтепроводы, маслопроводы, газопроводы
и т.д.

В
зависимости от конфигурации различают
простые и сложные трубопроводы. Простым
называют трубопровод, не имеющий
разветвлений от точки забора до точки
потребления.

Сложные трубопроводы
делятся на следующие виды:

1)
разветвленные;

2)
трубопроводы с параллельным соединением;

3)
кольцевые.

В
зависимости от длины и гидравлических
условий расчета трубопроводы разделяются
на длинные и короткие. Длинными считаются
трубопроводы, имеющие значительную
протяженность, в которых величина
местных потерь напора не превышает 10 %
от потерь напора по длине. К длинным
трубопроводам относят наружные
водопроводные сети и водоводы, нефтепроводы
и т.д.

Важно

При их расчете местные потери
отдельно не учитываются, а принимаются
равными 5…10 % от линейных потерь. У
коротких трубопроводов местные потери
составляют более 10 % от линейных потерь.
Короткими трубопроводами являются
всасывающие линии насосных станций,
сифоны, самотечные линии водоприемников,
внутренние хозяйственно-питьевые
водопроводы и т. п.

При их расчетах
обязательно учитывают потери напора в
каждом из местных сопротивлений.

При
транспортировке жидкости и достаточно
большой разности высот между местом
подачи жидкости в систему и потребителем
применяются самотечные системы, в
которых жидкость перемещается сверху
вниз под действием собственного веса.

В том случае, когда разности высот
недостаточно для преодоления сил трения,
используются напорные системы с насосами
в качестве внешнего источника энергии.

При
проектировании трубопровода одним из
принципиальных вопросов является выбор
типа и диаметра труб.

При малом диаметре
высокая скорость жидкости приводит к
повышенному гидравлическому сопротивлению
трубопровода и требует применения более
дорогих высоконапорных насосов и более
высоких энергозатрат на транспортирование
жидкости.

Увеличение диаметра трубопровода
снижает скорость жидкости и вместе с
ней сокращает гидравлическое сопротивление
и затраты на транспортирование, но при
этом увеличивает капитальные затраты
на строительство трубопровода.

Кроме
того, при малой скорости движения в
трубах оседают частички примесей и
продуктов коррозии, увеличивая
шероховатость стенок и сокращая проходное
сечение трубы.

Отсюда следует, что
существует некоторая оптимальная
скорость движения жидкости, обеспечивающая
ее надежный транспорт и минимальные
суммарные затраты на строительство и
эксплуатацию трубопровода. Оценка
величины этой скорости требует проведения
технико-экономического анализа с учетом
стоимости материалов, электроэнергии,
затрат на сооружение, техническое
обслуживание и ремонт трубопровода.
Методика такого анализа выходит за
пределы данного курса и рассматривается
в других дисциплинах. В курсовой работе
принимается, что скорость воды в
трубопроводе должна находиться в
диапазоне 1,0…1,2 м/с.

Совет

Выбор
диаметра труб не может быть произвольным.
Серийно выпускаются трубы только
определенных диаметров, которые и
следует применять при проектировании
трубопроводов.

При
фиксированной конфигурации трубопроводной
системы, заданных расходах жидкости и
скорости ее движения гидравлический
расчет трубопроводов сводится к
определению затрат энергии на подъем
жидкости и гидравлических потерь на
трение. Эти расчеты базируются на
уравнении Бернулли для стационарного
течения вязкой жидкости, записанном в
виде баланса энергии для различных
сечений:

. (1)

Здесь

– плотность жидкости; v
– скорость потока; h
– высота, на которой находится
рассматриваемый элемент жидкости; р
– давление в точке, где расположен центр
массы рассматриваемого элемента
жидкости; g
– ускорение свободного падения; р
–потеря давления на преодоление
сопротивления трения жидкости.

Это
соотношение получено в 1738 г. Даниилом
Бернулли. Иногда уравнение записывается
в виде баланса напоров

, (2)

где
h
потеря напора вследствие трения жидкости.

Здесь
каждое слагаемое имеет размерность
единицы длины. Величина соответствует высоте столба жидкости,
создающего своим весом давлениер
и поэтому называется пьезометрической
высотой.

Величина z
есть высота рассматриваемой точки над
некоторой начальной горизонтальной
плоскостью и поэтому называется
геометрической высотой.

Величина есть высота, с которой тело должно
упасть, чтобы при свободном падении
приобрести скоростьv,
и поэтому называется скоростной высотой.

При
движении несжимаемой жидкости по трубе
постоянного сечения на участке, где
массовый расход не меняется, скорость
движения также останется неизменной.
Отсюда уравнение (1) примет вид

, (3)

Обратите внимание

из
которого следует, что при установившемся
движении жидкости перепад давления
расходуется на подъем жидкости и
преодоление сопротивления трения.

Сопротивление
трубопровода складывается из затрат
энергии на преодоление трения жидкости
о стенки трубы по всей ее длине и на
преодоление сопротивления в отдельных
местах потока, где наблюдается его
деформация (задвижка, поворот, резкое
сужение или расширение трубы и т. п.).

Читайте также:  Развальцовка для обработки медных труб

Первые потери называются линейными,
они распределяются по длине трубы
относительно равномерно и обозначаются
в виде потери располагаемой высоты hлин
или в виде потери давления рлин.

Вторые потери называются местными, они
концентрируются в отдельных местах, их
суммарный вклад в сопротивление
трубопровода равен сумме каждого из
местных сопротивлений, поэтому они
обозначаются hм
или рм.

Общую
величину потерь напора для участка
трубопровода, заключенного между двумя
сечениями, определяют как сумму потерь
напора по длине рассматриваемого участка
и всех местных потерь напора:

. (4)

Величину
линейных потерь определяют по формуле
Дарси-Вейсбаха

. (5)

Здесь

– длина трубы; d
– диаметр трубы;
коэффициент сопротивления трения или
коэффициент Дарси.

Местные
потери вычисляют по формуле

, (6)

где

– коэффициент местных потерь.

Падение
давления, связанное с подъемом жидкости
на высоту z
(геометрический перепад давления)

. (7)

Следует
заметить, что величина не является потерей давления. При
перемещении жидкости вверх на величинуz
давление уменьшается на эту величину,
при движении вниз – увеличивается.

Важно

Формулы
(5) и (6) можно представить в виде потерь
напоров с теми же коэффициентами

, (8)

. (9)

В
формулах (5) и (6) потери давления зависят
от квадрата скорости, при этом в расчетах
используется средняя скорость потока,
равная отношению секундного расхода
жидкости к площади поперечного сечения
трубы S:

. (10)

Однако
этот вывод справедлив только при
некоторых определенных условиях, так
как в общем случае коэффициенты
сопротивления
и
тоже зависят от скорости.

При
ламинарном течении

. (11)

Это
выражение называется формулой Пуазейля.
Комплекс есть критерий Рейнольдса, определяющий
режим течения жидкости.

Хотя по формуле
Дарси-Вейсбаха сопротивление трубопровода
пропорционально скорости во второй
степени, при ламинарном течении
коэффициент гидравлического сопротивления
обратно пропорционален критерию
Рейнольдса и, следовательно, скорости.
Поэтому в целом сопротивление трубопровода
оказывается пропорциональным скорости
в первой степени.

При
переходе к турбулентному течению влияние
скорости становится более существенным,
при этом заметное влияние начинает
оказывать шероховатость стенок трубы.

Экспериментальные
данные для
в зависимости от значений критерия
Рейнольдса и относительной шероховатости
были получены Никурадзе. В виде графика
в логарифмических координатах эти
зависимости представлены на рис.1.

Источник: https://StudFiles.net/preview/6812094/

Гидравлический расчет трубопроводов можно сделать самому

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.

Совет

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.

Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

Как проводится гидравлический расчет

где g — ускорение свободного падения,

L — длина участка трубы,

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):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коэффициент местного сопротивления

Обратите внимание

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:

Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр

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: http://ProKommunikacii.ru/vodosnabzhenie/vodoprovod/gidravlicheskijj-raschet-truboprovodov-mozhno-sdelat-samomu.html

Что нужно для гидравлического расчета трубопровода

Каждая система, основная задача которой — перемещение воды или других жидкостей, состоит из трубопроводов. Это касается самых различных областей, они применяются в водопроводах, системах отопления и т.д.

Если постройка такой конструкции, предназначенной для выполнения относительно простых задач, не вызывает каких-либо сложностей, то масштабный проект требует точных вычислений. В частности, это касается скорости передачи воды и других жидкостей, размеров использующихся труб и т.д.

Важно

Процесс, позволяющий получить точность в этом вопросе, – это гидравлический расчет трубопроводов.

Уравнения, решаемые для определения основных характеристик будущей конструкции, достаточно сложные. Далеко не каждый человек способен самостоятельно все правильно решить. Именно поэтому был создан специальный калькулятор, который способен провести гидравлический расчет трубопроводов онлайн.

Проведите гидравлический расчет трубопровода

Чтобы рассчитать гидравлический расчет, требуется решить две основных задачи:

  1. Определить коэффициент потери напора по длине – это разность напора давления в трубопроводе на участке трубы определенной длины.
  2. Определить значение расхода жидкости в трубопроводе при ее движении. Значение потока жидкости определяется путем вычисления разницы между показателями манометров на входе в трубопровод и выходе из него.

Исходные данные

Процедура вычисления гидравлики трубы осуществляется по формуле Дарси Вейсбаха, на основании следующих сходных параметров:

  1. Значение расхода воды. Выражается в тоннах, поделенных на один час.
  2. Температура на начале и в конце расчетного участка трубопровода. Выражается в градусах по Цельсию.
  3. Диаметр внутренней части. Выражается в миллиметрах.
  4. Размер длины трубы на расчетном участке. Выражается в метрах.
  5. Шероховатость внутренней части. Выражается в миллиметрах. Указываемое значение коэффициента трения должно соответствовать аналогичному параметру старых систем трубопроводов.
  6. Значение сопротивления трения местных потерь напора.

В данном видео рассмотрим гидравлический расчет трубопровода:

По имеющимся данным определяются оставшиеся переменные. Зная формулы, можно рассчитать:

  1. Значение средней температуры (оно изменяется в процессе течения воды). Необходимость вычисления этого параметра обусловлена тем, что температура воды в начале участка больше, чем в его конце.
  2. Коэффициент вязкости жидкости.
  3. Средняя плотность потоков жидкости.
  4. Данные о расходе воды.
  5. Значение скорости движения жидкости.
  6. Число Рейнольдса.
  7. Значение гидравлического трения.
  8. Стандартная и удельная величина потери напора в трубопроводе.
  9. Параметр потери давления в точках пересечения труб.
  10. Непосредственна сама характеристика гидравлического сопротивления.

Использование калькулятора гидравлического расчета

Как уже было сказано, вычисление характеристик гидравлического сопротивления простого трубопровода можно произвести самостоятельно. Однако при работе со сложными конструкциями сделать это достаточно проблематично. Поэтому самый простой способ получения описываемых параметров —использование возможностей специализированного онлайн-калькулятора.

Алгоритм вычисления по нему выглядит следующим образом:

  1. Сначала необходимо выбрать требуемый метод расчета решения.
  2. Потом нужно указать материал, из которого изготовлены используемые трубы.
  3. Далее требуется задать значение расхода жидкости. Оно зависит от таких факторов, как тип перекачиваемой жидкости, среда использования конструкции, рабочие характеристики насоса и т.д.
  4. Затем последовательно указываются следующие параметры:
    • размеры сечения внутренней и наружной части трубопровода;
    • длина расчетного участка;
    • средняя температура воды на расчетном участке.
Читайте также:  Дымоход для твердотопливного котла: какие трубы можно использовать для такого обогрева

После ввода всех данных программа в автоматическом режиме произведет вычисления и представит их пользователю в виде графика. Его пример представлен ниже.

Гидравлический расчет в системах с естественной циркуляцией

Алгоритм проведения вычисления также может меняться в зависимости от типа системы. Различают два основных вида:

  1. Естественная циркуляция – самостоятельное движение воды за счета изначального параметра напора (его также называют располагаемым).
  2. Принудительная циркуляция – системы, в которых жидкость передвигается за счет работы дополнительных насосов и механизмов.

Естественно, что в зависимости от конкретной конструкции описываемый в статье параметр может изменяться. Однако существуют следующие рекомендации по созданию систем трубопроводов с естественной циркуляцией:

  1. Максимальная длина горизонтальных участков – не более двадцати метров.
  2. Рекомендуемый диаметр магистральный трубы – 5 см.
  3. Рекомендуемое значение диаметра каждой тридцать пятой секции – 5 см.
  4. При расчете на каждые десять метров требуется дополнительно прибавлять половину диаметра трубы к ее размерам в вычислениях – это требуется для снижения скорости носителя тепла и нивелирования потерь напора за счет трения.

Гидравлический расчет в системах с принудительной циркуляцией

Гидравлический расчет в системах, где движение жидкости осуществляется принудительно, напрямую зависит от требуемой скорости движения, которая, в свою очередь, определяется параметрами напора, шероховатости внутренних поверхностей труб, а также материалами их изготовления.

Трубы из пластика имеют гораздо меньшую шероховатость, чем металлические. Однако при использовании полимеров значение диаметра должно оставаться таким же, каким он было бы при применении металла.

Это требуется потому, что размеры толщины стенки пластиковых труб могут меняться в зависимости от рабочего и предельного значений напора. Диапазон изменения размеров всегда указывается производителями.

Подбор диаметров труб

Как было упомянуто, оптимальное значение диаметра основных труб в системе подачи воды зависит от множества параметров:

  • материал изготовления;
  • тип работы системы – естественная или принудительная;
  • рабочая скорость потоков;
  • параметр давления;
  • наличие фактора деления трубопровода на несколько разводок;
  • вид используемого в системе теплоносителя и т.д.

Значения диаметров указываются производителями в двух видах:

  • в миллиметрах;
  • в дюймах – 1 дюйм = 25.4 мм.

Как правило, абсолютно точные вычисления требуются в промышленных системах. При работе с простыми домашними конструкциями достаточно придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Основная труба системы подачи воды – от 10 до 15 мм.
  2. Диаметр труб, использующихся в качестве стояков системы, – от 20 до 25 мм.

Таким образом, проведение гидравлического расчета обязательно при конструкции и установке систем трубопроводов. Важно понимать, что при выборе слишком большого рабочего диаметра давление воды будет слишком малым, что приведет к нарушению режимов работы системы и отрицательно скажется на качестве ее функционирования.

Использование слишком малых диаметров, наоборот, приведет к повышению давления, следовательно, к опасности использования такой системы. Также, при малых значениях, работа системы неизбежно будет сопровождаться шумами.

Источник: https://pogrebov.net/kalkuljator/gidravlicheskij-raschet-truboprovodov.html

Гидравлический расчет трубопроводов

Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 46 комментариев

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты.

Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи.

Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Совет

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице«О блоге».

Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  tвхв °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  tвыхв °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  dв мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  Lв м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel«gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10: 1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8.Среднюю температуру воды tср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

tср=(tвх+tвых)/2

9.Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуреtср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)

10.Среднюю плотность воды ρ в т/м3 при температуреtср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000

11.Расход воды через трубопровод Gв л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12.Скорость воды в трубопроводе vв м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)2*3600)

К ячейкеD16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

13.Число Рейнольдса Reопределяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

Re=v*d*10/n

14.Коэффициент гидравлического трения λрассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17

Источник: http://al-vo.ru/teplotekhnika/gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.html

Методы гидравлического расчета системы отопления

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и зачем он нужен?

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр).

Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной.

Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Теория гидравлического расчета системы отопления

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

ΔP = R•l + z

Данное равенство справедливо для конкретного участка. Расшифровывается это уравнение следующим образом:

  • ΔP — линейные потери давления.
  • R — удельные потери давления в трубе.
  • l — длина труб.
  • z — потери давления в отводах, запорной арматуре.

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

ΔPтрение = (λ/d)*(v²ρ/2)

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

  • λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
  • d — внутренний диаметр трубы.
  • v — скорость движения жидкости.
  • ρ — плотность жидкости.

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

ΔPарматура = ξ*(v²ρ/2)

Здесь:

  • ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
  • v — скорость движения жидкости.
  • ρ — плотность жидкости.

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости. Также, стоит сказать, что в случае применения низкозамерзающего теплоносителя также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу. Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

ΔP =ΔPтрение +ΔPарматура=((λ/d)(v²ρ/2)) + (ξ(v²ρ/2)) = ((λ/α)l(v²ρ/2)) + (ξ*(v²ρ/2)) =  R•l + z;

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;

z = ξ*(v²ρ/2) Па;

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Как на практике считают гидравлическое сопротивление системы отопления

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах. В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно. Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос. К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Читайте также:  Труба для теплого пола, выполненная из сшитого полиэтилена: свойства и преимущества

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

R = 5104 v1.9 /d1,32   Па/м;

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе. Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

d = 0.75√G  мм;

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления. Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение. Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления. Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя. Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных. Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач.

Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ.

Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

  • Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
  • HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
  • Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов. Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

 Итоги статьи

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ.

Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект.

На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

Источник: https://znayteplo.ru/nachinayushhemu-santexniku/metody-gidravlicheskogo-rascheta-sistemy-otopleniya/

Расчет и подбор трубопроводов. Оптимальный диаметр трубопровода

Трубопроводы для транспортировки различных жидкостей являются неотъемлемой частью агрегатов и установок, в которых осуществляются рабочие процессы, относящиеся к различным областям применения.

При выборе труб и конфигурации трубопровода большое значение имеет стоимость как самих труб, так и трубопроводной арматуры. Конечная стоимость перекачки среды по трубопроводу во многом определяется размерами труб (диаметр и длина).

Расчет этих величин осуществляется с помощью специально разработанных формул, специфичных для определенных видов эксплуатации.

Обратите внимание

Труба – это полый цилиндр из металла, дерева или другого материала, применяемый для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих сред. В качестве перемещаемой среды может выступать вода, природный газ, пар, нефтепродукты и т.д. Трубы используются повсеместно, начиная с различных отраслей промышленности и заканчивая бытовым применением.

Для изготовления труб могут использоваться самые разные материалы, такие как сталь, чугун, медь, цемент, пластик, такой как АБС-пластик, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, полибутелен, полиэтилен и пр.

Основными размерными показателями трубы являются ее диаметр (наружный, внутренний и т.д.) и толщина стенки, которые измеряются в миллиметрах или дюймах.

Также используется такая величина как условный диаметр или условный проход – номинальная величина внутреннего диаметра трубы, также измеряемая в миллиметрах (обозначается Ду) или дюймах (обозначается DN).

Величины условных диаметров стандартизированы и являются основным критерием при подборе труб и соединительной арматуры.

Соответствие значений условного прохода в мм и дюймах:

Трубе с круглым поперечным сечением отдают предпочтение перед другими геометрическими сечениями по ряду причин:

  • Круг обладает минимальным соотношением периметра к площади, а применимо к трубе это означает, что при равной пропускной способности расход материала у труб круглой формы будет минимальным в сравнении с трубами другой формы. Отсюда же следует и минимально возможные затраты на изоляцию и защитное покрытие;
  • Круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды с гидродинамической точки зрения. Также за счет минимально возможной внутренней площади трубы на единицу ее длины достигается минимизация трения между перемещаемой средой и трубой.
  • Круглая форма наиболее устойчива к воздействию внутренних и внешних давлений;
  • Процесс изготовления труб круглой формы достаточно прост и легкоосуществим.

Трубы могут сильно отличаться по диаметру и конфигурации в зависимости от назначения и области применения. Так магистральные трубопроводы для перемещения воды или нефтепродуктов способны достигать почти полуметра в диаметре при достаточно простой конфигурации, а нагревательные змеевики, также представляющие собой трубу, при малом диаметре имеют сложную форму с множеством поворотов.

Невозможно представить какую-либо отрасль промышленности без сети трубопроводов. Расчет любой такой сети включает подбор материала труб, составление спецификации, где перечислены данные о толщине, размере труб, маршруте и т.д.

Сырье, промежуточный продукт и/или готовый продукт проходят производственные стадии, перемещаясь между различными аппаратами и установками, которые соединяются при помощи трубопроводов и фитингов.

Важно

Правильный расчет, подбор и монтаж системы трубопроводов необходим для надежного осуществления всего процесса, обеспечения безопасной перекачки сред, а также для герметизации системы и недопущения утечек перекачиваемого вещества в атмосферу.

Не существует единой формулы и правил, которые могли бы быть использованы для подбора трубопровода для любого возможного применения и рабочей среды.

В каждой отдельной области применения трубопроводов присутствует ряд факторов, требующих учета и способных оказать значительное влияние на предъявляемые к трубопроводу требования.

Так, например, при работе со шламом, трубопровод большого размера не только увеличит стоимость установки, но также создаст рабочие трудности.

Обычно трубы подбирают после оптимизации расходов на материал и эксплуатационных расходов. Чем больше диаметр трубопровода, то есть выше изначальное инвестирование, тем ниже будет перепад давления и соответственно меньше эксплуатационные расходы.

И наоборот, малые размеры трубопровода позволят уменьшить первичные затраты на сами трубы и трубную арматуру, но возрастание скорости повлечет за собой увеличение потерь, что приведет к необходимости затрачивать дополнительную энергию на перекачку среды.

Нормы по скорости, фиксированные для различных областей применения, базируются на оптимальных расчетных условиях. Размер трубопроводов рассчитывают, используя эти нормы с учетом областей применения.

Проектирование трубопроводов

При проектировании трубопроводов за основу берутся следующие основные конструктивные параметры:

  • требуемая производительность;
  • место входа и место выхода трубопровода;
  • состав среды, включая вязкость и удельный вес;
  • топографические условия маршрута трубопровода;
  • максимально допустимое рабочее давление;
  • гидравлический расчет;
  • диаметр трубопровода, толщина стенок, предел текучести материала стенок при растяжении;
  • количество насосных станций, расстояние между ними и потребляемая мощность.

Надежность трубопроводов

Надежность в конструировании трубопроводов обеспечивается соблюдением надлежащих норм проектирования.

Также обучение персонала является ключевым фактором обеспечения длительного срока службы трубопровода и его герметичности и надежности.

Постоянный или периодический контроль работы трубопровода может быть осуществлен системами контроля, учёта, управления, регулирования и автоматизации, персональными приборами контроля на производстве, предохранительными устройствами.

Дополнительное покрытие трубопровода

Коррозионно-стойкое покрытие наносят на наружную часть большинства труб для предотвращения разрушающего действия коррозии со стороны внешней среды.

В случае перекачивая коррозионных сред, защитное покрытие может быть нанесено и на внутреннюю поверхность труб.

Перед вводом в эксплуатацию все новые трубы, предназначенные для транспортировки опасных жидкостей, проходят проверку на дефекты и протечки.

Основные положения для расчета потока в трубопроводе

Характер течения среды в трубопроводе и при обтекании препятствий способен сильно отличаться от жидкости к жидкости. Одним из важных показателей является вязкость среды, характеризуемая таким параметром как коэффициент вязкости.

Ирландский инженер-физик Осборн Рейнольдс провел серию опытов в 1880г, по результатам которых ему удалось вывести безразмерную величину, характеризующую характер потока вязкой жидкости, названную критерием Рейнольдса и обозначаемую Re.

Re = (v·L·ρ)/μ

где: ρ — плотность жидкости; v — скорость потока; L — характерная длина элемента потока;

μ – динамический коэффициент вязкости.

Совет

То есть критерий Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Изменение значения этого критерия отображает изменение соотношения этих типов сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока жидкости. В связи с этим принято выделять три режима потока в зависимости от значения критерия Рейнольдса. При Re

Источник: http://intech-gmbh.ru/pipelines_calc_and_select/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector