Диаметры труб по Госту — полимерные и пластиковые теплотрассы
Небольшой вес, высокая пропускная способность и низкий коэффициент теплопроводности определяют основные качества полимерных труб, которые послужили толчком для повсеместной замены металлических изделий на пластик.
Геометрический диаметр полимерных труб — один из самых существенных параметров, который учитывается при проектировании современных систем отопления, канализации или снабжения водой, а также в проектах трубопроводов для теплотрасс.
Не менее важными величинами, чем диаметры пластиковых труб, выступают толщина стенки, термопласт для их изготовления, а также параметры предельного допустимого давления.
Отечественные и зарубежные нормативные документы
Главным нормативным документом при производстве трубопроводов из пластика является разработанный в 2003 году ГОСТ Р 52134 — который определяет основные параметры для напорных труб из термопластов, а также для соединительных деталей и фитингов к ним.
В 2013 году данный стандарт был преобразован в межгосударственный (ГОСТ 32415) и стал действовать на территории Армении, Беларуси, Киргизии, Молдовы, Таджикистана и Узбекистана.
Полипропиленовые трубы
- 40 мм, 50 мм, 110 мм — внутренние коммуникации;
- от 150 мм — наружные коммуникации;
- от 40 мм до 60 мм — канализация квартир;
- нормируются ГОСТ 32415-2013 от 2013 года.
В основу разработки отечественных нормативных документов были положены европейские и международные стандарты, которые были разработаны и приняты в середине девяностых годов прошлого века — ISO 161-1:1996, ISO 4065:1996 и ISO 11922-1:1997.
Необходимо отметить, что некоторые производственные предприятия выпускают продукцию по собственным техническим условиям, необходимость которых вызвана нестандартным исполнением трубопроводов.
Нормативный ряд типоразмеров для трубопроводов отопления, водоснабжения и канализации, а также диаметры трубы теплотрассы составляют 34 наименования от 10 до 1600 мм.
Основные понятия и определения
В регулирующих документах приведены несколько основных понятий и определений, которые связывают диаметры труб (ГОСТ 52134) и термопласты для их изготовления — полиэтилен, полибутилен, ПВХ, полипропилен и сшитый полиэтилен:
- наружный диаметр в миллиметрах служит для удобного выбора пластиковых труб по всем видам отопительных систем, а также для проектов водоснабжения и канализации. По ГОСТу наружный диаметр трубы не должен быть меньше ее самого меньшего диаметра на всем протяжении отрезка или бухты;
- условный размер под названием номинальная толщина стенки в миллиметрах соответствует ее минимально допустимой величине в каждой точке сечения;
- два безразмерных определения S и SDR связывают диаметры пластиковых труб с толщиной их стенок. Коэффициент SDR прямо указывает на отношение внешнего диаметра трубы к толщине ее стенки, а коэффициент S связывает напряжения в стенках трубопровода с допустимым рабочим давлением.
Численно коэффициенты S и SDR связаны простой формулой — SDR=2S+1.
Численно коэффициенты S и SDR связаны простой формулой — SDR=2S+1.Для некоторых видов труб принято использовать такое определение как PN, которое указывает на предельную величину давления трубопровода в барах. При инженерных расчетах часто используют давление в МПа, одна единица которого соответствует 10 барам.
Рабочее давление труб PN
Основные материалы для полимерных труб различного назначения
В промышленности полимерных материалов используется несколько основных видов термопластов, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками:
- основное назначение трубопроводов из поливинилхлорида (ПВХ) — напорная и безнапорная канализация, к материалам которой не предъявляется высоких требований по предельной температуре и давлению. По этой же причине трубопроводы ПВХ не получили широкого распространения при проектировании систем водоснабжения;
- линейная молекулярная структура полиэтилена (ПЭ) также определяет невысокую стойкость к температуре, однако крайне низкая стоимость сырья позволила трубопроводам из полиэтилена практически полностью занять нишу напорных систем холодного водоснабжения. Также этот материал очень популярен при прокладке внешних канализационных труб большого диаметра;
- разветвленная молекулярная структура с углеродными соединениями трубопроводов из полипропилена (ПП) придает этому материалу высокую стойкость к температуре, верхняя граница которой достигает +95°С. Такая особенность позволяет использовать трубопроводы из ПП в системах подачи горячей и холодной воды, а также в отопительных системах с ограниченным графиком рабочих температур;
- поперечные связи в линейной структуре полиэтилена определили появление такого материала как сшитый полиэтилен (PEX), температурные характеристики которого существенно превышают параметры обычного ПЭ. Детали трубопроводов из сшитого полиэтилена соединяются с помощью специальных фитингов, так как поперечные связи молекулярной структуры потеряли способность к сварке;
- развитая структура молекул полибутена (ПБ) обеспечили этому материалу повышенную стойкость к высоким температурам и долговременную прочность, которая превышает этот параметр у других материалов. Материал стоек к воздействию агрессивных химических сред, хорошо сваривается и имеет высокую устойчивость к механическому износу. Такие параметры полибутена определили его широкое распространение в проектах систем отопления и снабжения теплом, подачи горячей и холодной воды, а также в различных системах канализации. Долговечность изделий из полибутена составляет не меньше 50 лет.
Также этот материал очень популярен при прокладке внешних канализационных труб большого диаметра;
Материал стоек к воздействию агрессивных химических сред, хорошо сваривается и имеет высокую устойчивость к механическому износу. Такие параметры полибутена определили его широкое распространение в проектах систем отопления и снабжения теплом, подачи горячей и холодной воды, а также в различных системах канализации. Долговечность изделий из полибутена составляет не меньше 50 лет.Диаметры полимерных труб различных материалов
Появление новых видов термопластов пока не привело к их широкому распространению, однако отчеты о новых разработках свидетельствуют о том, что в самом ближайшем времени состоится полная замена металлических труб на изделия из термопластов.
Диаметр трубы канализации
Канализационные трубы не подвергаются длительному воздействию высоких температур и давления, и по этой причине при их производстве используются самые дешевые полимерные материалы — полиэтилен, поливинилхлорид и полипропилен.
Табличные параметры диаметров пластиковых трубопроводов для напорной канализации приведены в ГОСТ Р 52134-2003, однако для самотечной канализации, которая применяется в большинстве многоквартирных и частных домов, рекомендации в нормативном документе отсутствуют.
Согласно старому ГОСТ 22689.1-89 существует всего три типоразмера, которые определяют диаметры полиэтиленовых труб — 50, 90 и 110 мм. В 2014 году межгосударственным стандартом для стран СНГ (ГОСТ 22689-2014) ассортимент безнапорных канализационных трубопроводов из полиэтилена был расширен до 14 типоразмеров от 32 до 315 мм.
Безнапорные трубопроводы канализации из ПВХ или полипропилена выпускаются на основании технических условий, которые разрабатывает сам производитель и согласует с заказчиками в договорах поставки таких изделий.
Диаметр труб для отопления
В системах отопления должны использоваться трубы, которые имеют максимальную рабочую температуру до 95°С и рабочее давление до 10 атмосфер. Из известных промышленных полимеров под эти требования подходят только трубы из полипропилена (PN25) и сшитого полиэтилена. Диаметры полимерных труб для отопления лежат в пределах от 16 до 110 мм, что позволяет прокладывать любые отопительные сети.
Из линейки типовых диаметров трубопроводов для отопления коттеджа, квартиры или частного дома, приведем самые распространенные типоразмеры, которые используются для следующих целей:
- трубопровод 16 мм применяется для коллекторной разводки системы отопления, для подключения одного или нескольких радиаторов, а также эта труба хорошо подходит для обустройства теплого пола;
- трубопроводы диаметром 20 мм используются в работе систем отопления с принудительно циркуляцией в домах площадью до 100 м²;
- трубопроводы 25 мм оправдывают себя в стояках отопления в многоквартирных домах до 5 этажей;
- трубы 32 мм хорошо подходят для однотрубной разводки в домах площадью до 150 м² или используются в качестве стояков в домах повышенной этажности;
- самотечные трубопроводы диаметром 40 мм используются в гравитационных системах отопления, где движение теплоносителя происходит естественным путем без циркуляционных насосов.
| Показатели | Наружный диаметр | ||||
| 16 | 20 | 26 | 32 | 40 | |
| Внутренний диаметр, мм | 12 | 16 | 20 | 26 | 33 |
| Толщина стенки трубы, мм | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 3,5 |
| Вес 1 п.м. трубы, г | 115 | 170 | 300 | 370 | 430 |
| Объем жидкости в 1 п.м. трубы, л | 0,113 | 0,201 | 0,314 | 0,531 | 0,855 |
В последнее время на рынке стали широко использоваться трубопроводы из полибутена, который при прочих равных характеристиках превосходит ПП и PEX по предельному рабочему давлению.
Диаметр труб для водопровода
Типоразмер трубы для водопровода зависит от гидравлических расчетов проектировщика конкретной системы водоснабжения и, как правило, не выходит за рамки диаметров от 16 до 55 мм.
Для внутренней разводки используют диаметры 16 и 25 мм, а для внутренних стояков полиэтиленовую или полипропиленовую трубу диаметром 32 мм. Трубопроводы 55 мм используют для наружных коммуникаций или транспортировки холодной воды от скважины до входа в дом.
Таблица: Толщина стенок труб водопровода по наружному диаметру
При расчетах систем водоснабжения учитываются характеристики насосов и суточное потребление воды, а для наружных коммуникаций — глубину промерзания грунта в конкретном регионе. Также при проектировании желательно соблюдать единый диаметр трубопроводов внутренней разводки, что исключает гидравлические удары и неприятный шум при открывании смесителей холодной или горячей воды.
Читать так же: Полимерные трубы большого диаметра
Теплоизолированные трубопроводы Изопрофлекс и Касафлекс
Трубы Касафлекс и Изопрофлекс представляют собой отдельную категорию трубопроводов, основным отличием которых от обычных полимерных изделий является уже готовый слой теплоизоляции, заключенный в полимерную оболочку.
Трубопроводы Касафлекс предназначены для теплотрасс, диаметр которых лежит в пределах от 55 до 163 мм. Нержавеющая внутренняя труба работает при температурах до 160°С и рабочих давлениях до 16 атмосфер.
Трубопроводы Изопрофлекс изготовлены на основе сшитого полиэтилена, что допускает их применение в системах отопления и ГВС с максимальной температурой от 75 до 115°С. Параметры предельного давления трубопроводов Изопрофлекс лежат в пределах от 6 до 16 атмосфер и зависят от конкретной марки изделия. Номинальный ряд диаметров Изопрофлекс находится в диапазоне от 25 до 225 мм, что позволяет считать трубопроводы этого типа наиболее универсальным набором изделий для всех сфер применения.
К типовым характеристикам Изопрофлекс и Касафлекс необходимо добавить широкий модельный ряд трубопроводов этого типа, что позволяет использовать изделия одного производителя при монтаже всего комплекса системы отопления или водоснабжения — от теплотрассы до конечных отопительных приборов и точек раздачи воды.
| Эквивалентный проход, мм | Наружный диаметр, мм |
| 10 | 16 |
| 15 | 20 |
| 20 | 25 |
| 25 | 32 |
| 32 | 40 |
| 40 | 50 |
| 50 | 63 |
| 65 | 75 |
| 80 | 90 |
| 100 | 110 |
| 125 | 125 |
| 150 | 160 |
| 160 | 180 |
| 200 | 225 |
| 225 | 250 |
| 250 | 280 |
| 300 | 315 |
| 400 | 400 |
| 500 | 500 |
| 600 | 630 |
| 800 | 800 |
| 1000 | 1000 |
| 1200 | 1200 |
19.
03.2021
Читать так же:
Калькулятор расчета срока службы пластиковых труб
Расчет прочности труб
Полимерные трубы большого диаметра
ПЕРЕЧЕНЬ ТАБЛИЦ К РАСЧЕТУ ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЗАТРАТ НА ПЕРЕДАЧУ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТАНОВЛЕНИЕ ФЭК РФ от 31.07.2002 N 49-э/8 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ ПО РАСЧЕТУ РЕГУЛИРУЕМЫХ ТАРИФОВ И ЦЕН НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ (ТЕПЛОВУЮ) ЭНЕРГИЮ НА РОЗНИЧНОМ (ПОТРЕБИТЕЛЬСКОМ) РЫНКЕ»
отменен/утратил силу
Редакция от 31.07.2002Подробная информация
ПЕРЕЧЕНЬ ТАБЛИЦ К РАСЧЕТУ ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЗАТРАТ НА ПЕРЕДАЧУ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Таблица N П3.1
Удельный объем воды Vуд в трубопроводах тепловой сети в зависимости от диаметра труб
| Условный диаметр трубы, мм | Удельный объем воды Vуд м3/км | Условный диаметр трубы, мм | Удельный объем воды Vуд м3/км |
| 25 | 0,6 | 400 | 135 |
| 40 | 1,3 | 450 | 170 |
| 50 | 1,4 | 500 | 210 |
| 100 | 8 | 600 | 300 |
| 125 | 12 | 700 | 390 |
| 150 | 18 | 800 | 508 |
| 200 | 34 | 900 | 640 |
| 250 | 53 | 1000 | 785 |
| 300 | 75 | 1100 | 947 |
| 350 | 101 | 1200 | 1120 |
Таблица N П3.
2
Удельный объем воды Vуд с.т. в системах теплопотребления при различных перепадах температур в зависимости от типа систем теплопотребления (м3 х ч/Гкал)
| Тип системы теплопотребления | Удельный объем воды, Vуд с.т., (м3 х ч/Гкал) при перепаде температур воды в системе теплопотребления, град. С | ||||
| 95 — 70 | 110 — 70 | 130 — 70 | 140 — 70 | 150 — 70 | |
| С радиаторами высотой мм: | |||||
| 500 | 19,5 | 17,6 | 15,1 | 14,6 | 13,3 |
| 1000 | 31 | 28,2 | 24,2 | 23,2 | 21,6 |
| С ребристыми трубами | 14,2 | 12,5 | 10,8 | 10,4 | 9,2 |
| С конвекторами плинтусными и панельной системой | 5,6 | 5 | 4,3 | 4,1 | 3,7 |
| С регистрами из гладких труб | 3,7 | 32 | 27 | 26 | 24 |
| Отопительная система с калориферами | 8,5 | 7,5 | 6,5 | 6 | 5,5 |
Таблица N П3.
3
Нормы удельных тепловых потерь qH при подземной бесканальной прокладке трубопроводов и прокладке трубопроводов в непроходных каналах с расчетной среднегодовой температурой грунта 5 град. С на глубине заложения трубопроводов
| Наружный диаметр трубопровода, мм | х 10 — 3 Гкал/(км х ч) для двухтрубной прокладки при разности среднегодовых температур воды и грунта, град. С | Наружный диаметр трубы dH, мм | х 10 — 3 Гкал/(км х ч) для двухтрубной прокладки трудопроводов при разности среднегодовых температур воды и грунта, град. С | ||||
| 52,5 | 65 | 75 | 52,5 | 65 | 75 | ||
| 32 | 45 | 52 | 58 | 377 | 183 | 202 | |
| 57 | 56 | 65 | 72 | 426 | 203 | 219 | |
| 76 | 64 | 74 | 82 | 478 | 223 | 241 | |
| 89 | 69 | 80 | 88 | 529 | 243 | 261 | |
| 108 | 76 | 88 | 96 | 630 | 277 | 298 | |
| 159 | 94 | 107 | 117 | 720 | 306 | 327 | |
| 219 | 113 | 130 | 142 | 820 | 341 | 364 | |
| 273 | 132 | 150 | 163 | 920 | 373 | 399 | |
| 325 | 149 | 168 | 183 | 1020 | 410 | 436 | |
Таблица N П3.
4
Нормы удельных тепловых потерь подающего и обратного трубопроводов gн.п и qн.о при наземной прокладке трубопровода с расчетной среднегодовой температурой наружного воздуха 5 град. C
| Наружный диаметр трубопровода, мм | Нормы тепловых потерь qн.п., qн.о х 10 — 3 Гкал/(км х ч) | Наружный диаметр трубопровода, мм | Нормы тепловых потерь qн.п, qн.о х 10 — 3 Гкал/(км х ч) | ||||||
| Разность среднегодовых температур воды и воздуха, град. С | Разность среднегодовых температур воды и воздуха, град. С | ||||||||
| 45 | 70 | 95 | 120 | 45 | 70 | 95 | 120 | ||
| 32 | 15 | 23 | 31 | 38 | 325 | 60 | 80 | 100 | 120 |
| 48 | 18 | 27 | 36 | 45 | 377 | 71 | 93 | 114 | 135 |
| 57 | 21 | 30 | 40 | 49 | 426 | 82 | 105 | 128 | 150 |
| 76 | 25 | 35 | 45 | 55 | 478 | 89 | 113 | 136 | 160 |
| 89 | 28 | 38 | 50 | 60 | 529 | 95 | 120 | 145 | 170 |
| 108 | 31 | 43 | 55 | 67 | 630 | 104 | 133 | 160 | 190 |
| 133 | 35 | 48 | 60 | 74 | 720 | 115 | 145 | 176 | 206 |
| 159 | 38 | 50 | 65 | 80 | 820 | 135 | 168 | 200 | 233 |
| 194 | 42 | 58 | 73 | 88 | 920 | 155 | 190 | 225 | 260 |
| 219 | 46 | 60 | 78 | 95 | 1020 | 180 | 220 | 255 | 292 |
| 273 | 53 | 70 | 87 | 107 | 1420 | 230 | 280 | 325 | 380 |
Таблица N П3.
5
Коэффициент потерь теплоты опорами, арматурой и компенсаторами в зависимости от способа прокладки трубопроводов
| Способ прокладки | Коэффициент потерь, бета |
| Бесканальный | 1,15 |
| В тоннелях и каналах | 1,2 |
| Надземный | 1,25 |
Приложение 4
Калькулятор объема трубы
Кэти Бартон
Кэти Бартон Эксперт по благоустройству дома
Кэти Бартон — внештатный писатель по благоустройству дома. Сколько она себя помнит, у нее была страсть делать дома красивыми. Она специализируется на уборке, организации и благоустройстве дома.
Узнайте больше о редакционном процессе Homedit
| Опубликовано
Отзыв от Stefan Gheorghe
Стефан Георге Основатель/генеральный директор
Стефан Георге — основатель и генеральный директор Homedit.com. В 2008 году он запустил платформу из-за своей страсти к дизайну интерьера и домашнему декору.
Узнайте больше о процессе редактирования Homedit
Купить сейчас
Введите длину и диаметр вашей трубы в дюймах, и наш калькулятор рассчитает объем трубы в кубических дюймах, галлонах и фунтах.
Калькулятор объема трубы
Введите внутренний диаметр и длину трубы для расчета объема:
Внутренний диаметр (дюймы):
Длина (дюймы):
Объем:
- литров
- кубических дюймов 9 0037
- галлонов
- фунтов
Чтобы рассчитать объем трубы в кубических дюймах, вам потребуются диаметр и длина трубы в дюймах.
Вот формула объема трубы:
Объем трубы = π x (диаметр²/4) x длина в дюймах
После того, как вы определили кубические дюймы трубы, вы можете преобразовать их в галлоны по следующей формуле:
Галлоны = кубические дюймы ÷ 231
Если вы хотите узнать плотность жидкости в фунтах , умножьте свои кубические дюймы на 0,036.
Фунты = кубические дюймы x 0,036
В приведенной ниже таблице указаны фунты, кубические дюймы и галлоны воды на фут трубы.
| Размер трубы | Объем (дюйм³/фут) | Объем (галлон/фут) | Вес (фунт/фут) |
|---|---|---|---|
| 1/16″ | 0,0368 дюйм³ | 0,001331 фунта | |
| 1 /2″ | 2,356 дюйма³ | 0,0102 галлона | 0,0852 фунта |
| 3/4 дюйма | 5,301 дюйма³ 9008 3 | 0,0229 галлона | 0,1916 фунта |
| 1 дюйм | 9,425 дюйма³ | 0,0408 галлона | 0,3407 фунта |
| 1 1/4 дюйма | 14,726 дюйма³ | 0,0637 галлона | 0,5323 фунта |
| 1 1/2 дюйма | 21,206 дюйма³ | 0,0918 галлона | 0,7665 фунта |
| 2 дюйма | 37,699 дюйма³ | 0,1632 галлона | 1,363 фунта |
| 2 1/2 дюйма | 58,905 дюйма³ | 0,25 5 галлонов | 2,129 фунта |
| 3 дюйма | 84,823 дюйма³ | 0,3672 галлона | 3,066 фунта |
| 3 1/2 дюйма | 117,215 дюйма³ | 0,5076 галлона | 4,236 фунта |
| 4 дюйма | 150,8 дюйма³ | 0,6528 галлона | 5,451 фунта |
| 5 дюймов | 235,62 дюйма³ | 1,02 галлона | 8,517 фунтов |
| 6 дюймов | 339,29 дюйма³ | 1,469 галлона 90 083 | 12,264 фунта |
Расчет объема трубы: Пример
Если вы хотите знать, как рассчитать том трубы вручную, мы рассмотрим пример.
Пример: Размеры вашей трубы: 2 дюйма в диаметре и 25 футов в длину.
Первым шагом является преобразование длины в дюймы. Поскольку в футе 12 дюймов, мы умножим 25 x 12, чтобы определить длину в дюймах.
25 x 12 = 300 дюймов
Отсюда мы можем подставить числа в нашу формулу объема трубы. Мы будем использовать 3,1415 для π. Наша формула будет выглядеть так:
- Объем трубы = 3,1415 x (2²/4) x 600
Теперь мы можем решить уравнение.
Мы можем определить плотность жидкости в трубе в фунтах, умножив кубические дюймы на 0,036:
- 67,86 фунтов. = 1884,90 x 0,036
Как рассчитать, сколько литров воды вместит труба?
Если вы хотите рассчитать, сколько литров воды вмещает труба, начните с использования нашего уравнения для определения объема трубы в кубических дюймах.
Объем трубы = π x (диаметр²/4) x длина в дюймах
Затем переведите кубические дюймы в литры, разделив на 61,0237.
Литр воды, который может вместить труба = кубические дюймы ÷ 61,0237
Часто задаваемые вопросы (FAQ)FAQ
Что означает объем трубы?
Объем трубы — это количество вещества, которое может вместить труба. Сантехники используют объем трубы в планах строительства, чтобы убедиться, что труба имеет правильный размер для движения вещества (например, воды или газа).
Как определить диаметр трубы?
Если конец трубы доступен, определите диаметр, используя линейку или рулетку для измерения отверстия. Если конец трубы недоступен, вы можете использовать гибкую рулетку для измерения внешней окружности и разделить это число на число Пи, что равно 3,1415.
Как определить радиус трубы?
Радиус трубы равен ее диаметру, деленному на 2.
Расчет потери напора в трубопроводе
В колонке, опубликованной в прошлом месяце, изучались последствия чрезмерного размера насоса для двигателя, приводящего в движение насос, неблагоприятные последствия, когда насос больше не работает с максимальной эффективностью (BEP) в течение продолжительных периодов времени, а также ситуации, в которых проектный запас может увеличиться.
стоимость владения.
В этой колонке подробно рассматриваются трубопроводы, рассматривается их влияние на работу трубопроводных систем и рассматривается метод расчета потерь напора в трубопроводах.
Трубопровод представляет собой круглый канал, используемый для транспортировки технологической жидкости из одного места в системе в другое. Трубопровод состоит из круглой трубы, заполненной жидкостью, технологической жидкостью, а также клапанами и фитингами, используемыми для направления потока жидкости через трубу во время работы. Каждый из этих пунктов влияет на потери напора в трубопроводе. Большинство жидкостей, используемых в промышленности, являются ньютоновскими, что означает, что их вязкость не меняется в зависимости от скорости потока. Вода, масла, растворители и нефтепродукты являются примерами ньютоновских жидкостей. Для упрощения это обсуждение будет ограничено потоком ньютоновских жидкостей по кольцевым трубопроводам.
Потеря напора в трубопроводе
Когда жидкость течет внутри трубопровода, возникает трение между движущейся жидкостью и неподвижной стенкой трубы.
Это трение преобразует часть гидравлической энергии жидкости в тепловую энергию. Эта тепловая энергия не может быть преобразована обратно в гидравлическую энергию, поэтому жидкость испытывает падение давления. Это преобразование и потеря энергии известны как потеря напора. Потери напора в трубопроводе с ньютоновскими жидкостями можно определить с помощью уравнения Дарси (уравнение 1).
Где:
h L = потеря напора (футы жидкости)
f = коэффициент трения Дарси (безразмерный)
L = длина трубы (футы)
D = внутренний диаметр трубы (футы)
v = жидкость скорость (фут/сек)
g = гравитационная постоянная (32,2 фута/сек 2 )
d = внутренний диаметр трубы (дюймы)
Q = объемный расход (галлоны/минута)
Оценка уравнения Дарси дает представление о факторах влияет на потери напора в трубопроводе. Если длину трубы увеличить вдвое, потери напора увеличатся вдвое. Если внутренний диаметр трубы увеличить вдвое, потеря напора уменьшится вдвое.
Если скорость потока удваивается, потери напора увеличиваются в четыре раза. За исключением коэффициента трения Дарси, каждый из этих членов может быть легко измерен. В этом случае имеется мало информации о свойствах технологической жидкости или шероховатости внутренней поверхности материала трубы. Хотя большинству людей кажется, что эти факторы влияют на потерю головы, уравнение Дарси их не учитывает.
Коэффициент трения Дарси учитывает такие свойства жидкости, как плотность и вязкость, а также шероховатость трубы. В руководстве Crane TP-410 приведены таблицы и формулы
, необходимые для выполнения расчетов потери напора. Он также включает копию явного уравнения Сергида и формул Свами-Джейна, позволяющих напрямую вычислять коэффициент трения Дарси.
Уравнение Свами-Джейна решается в две части (см. уравнение 2). Первый шаг требует расчета числа Рейнольдса жидкости в трубопроводе. На этом этапе учитываются свойства жидкости плотности и вязкости. Затем значение абсолютной шероховатости трубы и число Рейнольдса используются для расчета коэффициента трения Дарси.
Где:
d = внутренний диаметр трубы (дюймы)
R e = число Рейнольдса (безразмерное)
Q = объемный расход (гал/мин)
ρ = плотность жидкости (фунт/фут 3 )
мк = вязкость жидкости (сантипуаз (сП))
f = коэффициент трения Дарси (безразмерный)
ε = абсолютная шероховатость трубы (дюймы)
, стальная труба сортамента 40 с расходом 400 галлонов в минуту (гал/мин).
Расчет показывает потерю напора 8,46 футов жидкости. Далее мы определим, что происходит при изменении расхода. Поскольку этот трубопровод был рассчитан с расходом 400 галлонов в минуту, в этом примере будут рассчитаны потери напора для 200 галлонов в минуту и 800 галлонов в минуту через тот же 100-футовый участок 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40.
Таблица 1. Потеря напора на 100-футовом участке 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40 с различными скоростями потока. Обратите внимание, что коэффициент трения Дарси зависит от скорости потока.
(Графика предоставлена автором)
Эмпирическое правило для потери напора в трубопроводе: удвоение скорости потока увеличивает потерю напора в четыре раза. Это связано с тем, что скорость потока возведена во вторую степень. Как видно из Таблицы 1, удвоение скорости потока удваивает скорость жидкости и число Рейнольдса.
Рис. 1. Число Рейнольдса и потеря напора для данных трубопровода, перечисленных в таблице 1. Чем больше скорость потока, тем больше увеличивается скорость потери напора.
Используя правило удвоения скорости потока, скорость потока 200 галлонов в минуту с потерей напора 2,3 фута приведет к потере напора 90,2 фута вместо расчетного значения 8,5 фута. Используя удвоенный расход, расход 400 галлонов в минуту с соответствующими потерями напора в 8,5 футов приводит к потере напора в 34,0 фута жидкости, а не в расчетном значении 32,4 фута. Правило дает только оценку.
Материал трубы
Часто строительный материал ограничивает доступные размеры труб и спецификации.
Например, трубы из поливинилхлорида (ПВХ) доступны во многих из тех же размеров, что и стальные трубы, но доступны только в размерах труб сортамента 40 и 80. Однако внутренний диаметр трубы (ID) может быть разным, что приводит к различным потерям напора. В таблице 2 сравниваются абсолютные значения шероховатости для различных материалов с 4-дюймовой стальной трубой сортамента 40 с водой 60 F и скоростью потока 400 галлонов в минуту.
Таблица 2. Потеря напора на 100-футовом участке трубы, транспортирующей воду с температурой 60 F по трубе с внутренним диаметром 4,026 дюйма и различными значениями абсолютной шероховатости
Коэффициент трения Дарси сильно зависит от шероховатости трубы. По мере увеличения шероховатости стенки трубы потери напора увеличиваются.
Размер трубы
Труба доступна в различных размерах и сортаментах или с различной толщиной стенок. Пользователи часто ошибочно используют номинальный размер трубы вместо фактического внутреннего диаметра при расчете потерь напора.
В Таблице 3 показаны доступные графики для 4-дюймовых стальных труб вместе с соответствующими внутренним диаметром, скоростью жидкости и потерей напора при потоке 400 галлонов в минуту 60 F воды.
Таблица 3. Потери напора и скорость жидкости на 100-футовом участке стальной трубы с номинальным размером 4 дюйма с использованием доступных графиков при транспортировке воды 60 F со скоростью 400 галлонов в минуту
Выбор размера трубы оказывает большое влияние на потери напора в трубопроводе. В Таблице 4 показаны номинальные размеры стальных труб сортамента 40. В каждом трубопроводе отображается внутренний диаметр, скорость жидкости и потеря напора для 100-футового участка стальных труб сортамента 40 при транспортировке воды со скоростью 400 галлонов в минуту.
Таблица 4. Потеря напора и скорость жидкости в 100-футовом отрезке стальной трубы сортамента 40 с использованием доступных размеров при транспортировке воды 60 F со скоростью 400 галлонов в минуту
В Таблице 4 потеря напора быстро падает по мере увеличения внутреннего диаметра.
Например, транспортировка воды по 3,5-дюймовой трубе приводит к потере напора 16,2 фута, в то время как по 6-дюймовой трубе потеря напора составляет всего 1,1 фута. Это снижение потерь напора в трубопроводе позволяет выбрать насос меньшего размера, требующий меньшей мощности. Однако более крупная труба обходится дороже в покупке и строительстве.
В Crane Technical Paper 410 рекомендуется скорость жидкости в диапазоне от 5 до 10 футов в секунду (фут/сек) в нагнетательном трубопроводе насоса и скорость жидкости от 2,5 до 5 футов/сек во всасывающем трубопроводе насоса, когда жидкость — вода. Это решение, связанное с инженерными затратами: либо платить больше за трубу и меньше за насос и затраты на откачку, либо наоборот. Правильное понимание может привести к нахождению оптимального размера трубы в зависимости от скорости жидкости. Уравнение 3 можно использовать для определения оптимального внутреннего диаметра трубы для заданного расхода.
Где
d = оптимальный внутренний диаметр трубы (дюймы)
Q = скорость потока (галлонов в минуту)
v = скорость жидкости (фут/сек)
Например, подумайте, какой диаметр должен быть выбран для перекачки жидкости со скоростью 600 галлонов в минуту через стальные трубы сортамента 40 со скоростью калибровки 8 фут/сек.
Идеальный размер трубы для этого условия составляет 5,535 дюйма, но этот пример ограничен заданными размерами трубы. Таблица 4 показывает, что 5-дюймовая труба имеет внутренний диаметр 5,047 дюйма, а 6-дюймовая труба имеет внутренний диаметр 6,065 дюйма.
Технологическая жидкость
Свойства жидкости также влияют на потери напора в трубопроводе. Этот пример демонстрирует, что происходит, когда происходит изменение как технологической среды, так и температуры. В таблице 5 показаны потери напора при перекачивании 400 галлонов в минуту различных технологических жидкостей при различных температурах через стальную трубу сортамента 40 длиной 100 футов и диаметром 4 дюйма. В этом примере сравниваются потери напора для воды, 40-процентного раствора гидроксида натрия (NaOH) и теплоносителя на масляной основе (HX). Все расчеты выполнены при 60 F и 160 F.
Большая вязкость жидкости приводит к большей потере напора. Некоторым жидкостям может потребоваться внешний обогреватель, чтобы поддерживать их текущую температуру.