Расчет давления воды в трубопроводе: как производятся вычисления и с какой целью

Обеспечение жилого дома непрерывно подаваемой водой – одно из благ цивилизации. Этот бытовой комфорт может обеспечить не только центральное водоснабжение, но и обычная скважина на участке. Большинство сантехники не может полноценно работать без хорошего напора, а на него влияет немало факторов. Поэтому важно правильно сделать расчет давления воды в трубопроводе.Чтобы не было нареканий на работу системы, нужно знать, как производится расчет потребления воды по сечению трубы.

Определение показателя

Для работы бойлера с душем, стиральной и посудомоечной машины, водопроводных кранов и сливного бачка необходимо достаточное давление в трубопроводе. С позиции инженерных требований, этот показатель подразумевает свои разновидности, включая проектное и рабочее давление.

Перепады давления в коммуникациях сложно прогнозировать и корректировать, не имея специальных знаний и практического опыта по вычислению. Без специалистов невозможно рассчитать параметры, даже имея доступ к специальным программам и формулам.

Чтобы не было путаницы, стоит вникнуть в простейшую классификацию:

1. Пробное давление. Необходимый показатель при испытаниях коммуникаций, обеспечивающий проверку целостности всей конструкции и отдельных элементов системы при плановой нагрузке. Это как последняя «репетиция» перед запуском в эксплуатацию.
2. Условное. Это понятие используют для расчета прочности водопровода под давлением воды на трубы изнутри при температуре порядка 20˚С.
3. Рабочее давление, предполагающее избыточную нагрузку на фоне стандартных показателей процесса подачи в обычных условиях.
4. Расчетное. Под ним подразумевается избыточное давление внутри трубопровода с транспортируемой жидкой средой. Максимальной нагрузке подвергаются все составляющие инженерной коммуникации, включая все сочленения, поворотные элементы и запорную арматуру.

При построении схем и чертежей учитываются все варианты, но именно расчетное давление определяет выбор толщины или диаметра трубы. От него зависит продолжительность амортизации трубопровода и безопасность жильцов.

Наглядный пример расчета

Суточная норма потребления воды на 1 человека, по нормам СНИП – 60 л (с учетом купания в ванне 1 раз в неделю). Это минимальная цифра расхода подаваемой воды через одну трубу, она относится к жильцам неблагоустроенных домов. Показатели дают представление о нагрузке на систему подачи и водоотведения в крупных городах.

При комфортных условиях объем колеблется в пределах 120 – 200 л/чел. Но эта норма возрастает при специфических потребностях, например, при уходе за домашними питомцами или при необходимости ежедневно пользоваться душем.

Общая пропускная способность коммуникаций зависит от разных показателей. Трубы требуемого диаметра подводят к скважине или водонапорной башне. Создается необходимое давление, которое измеряется в атмосферах и в метрах водного столба.

На уроках физики многие изучали, что если залить жидкость в 10-метровую трубу и установить ее строго вертикально, то внизу фиксируется давление в 1 атмосферу. На практике показатель давления не влияет на объем емкости водонапорной башни. Напор пропорционален высоте строения (водонапорной башни), при условии наличия жидкости в резервуаре.

В сам резервуар воду подают насосы. При прохождении напора и распределении воды в смесителях показатели варьируются, потому что на него влияют многие факторы, включая конфигурацию трубопровода и его уклон.

Возьмем пример с такими показателями:

• 5-этажный дом;
• 1 этаж – 3 метра;
• общая высота – 15 м.

Водопровод подает содержимое на все этажи, независимо от высоты. Пятнадцатиметровая водонапорная башня обеспечит на 1-м этаже давление 1,5 Атм. Этот показатель на 2-м этаже будет уже 1,2 Атм, его получаем простым вычитанием высоты по этажам, результат делится на 10.

При такой схеме до 5-го этажа вода не будет доходить. По логике, для обеспечения водой жильцов последнего уровня требуется сооружение башни большей высоты для достаточного давления.

Современное водоснабжение, как правило, оборудовано особыми насосами. Их силы хватает для подачи жидкости в многоэтажные постройки. Только требуется в скважину на 15 м погрузить сверхмощный агрегат. На поверхности (в нулевой точке) будет давление в 3,5 Атм, что просчитывается математически – (50-15):10 = 3,5.

Расчет соотношения давления и сечения трубопровода

Расчет давления (при снижении напора в системе или отдельных сегментах) определяет суммарные потери. Давление необходимо усиливать, иначе напор на разных этажах будет отличаться. Это учитывается при расчетах трубы по диаметру. Упрощенный вариант вычисления при заданных в СНиП параметрах показывает формула:

Д(вн) = ГС×ДТ/ПД×(УВ×Ск/2g)

Здесь:

• Д – диаметр внутренний;
• ГС – гидравлическое сопротивление;
• ДТ – длина трубопровода;
• ПД – потеря давления (заданная или допустимая, разница в начале и на конечном участке);
• УВ – удельный вес воды (1000 кг);
• СП – скорость потока (м/сек);
• 2g – 9,81 м/сек константа ускорения от силы тяжести.

Проходя по трубам, жидкая среда встречает сопротивление стенок труб и поворотных сегментов. Это называется «гидравлическое сопротивление», оно влияет на скорость потока в трубопроводе, которое более заметно на старых ржавых участках с осадком кальция и органики.

Основные параметры, определяющие проходимость жидких сред через трубопровод:

1. Скорость потока.
2. Внутренний диаметр трубы.
3. Материал водопровода (полимер или металл).

Полностью гладких и прямых водопроводов не бывает.

Соотношение сечения трубы и параметров давления

Жители городских квартир нередко сталкиваются с проблемой потери напора воды при одновременном включении кранов по стояку на большинстве этажей. Это связано с 2-мя причинами:

• недостаточный диаметр водопровода;
• резкое снижение напора в системе.

Верный выбор сечения труб так же важен, как выбор металла или полимера. Погрешности в вычислениях по диаметру и давлению приводят к турбулентности потока. Это можно определить на слух из-за воздуха, содержащегося в воде. Движение содержимого в трубопроводе сопровождается шумом. Если ничего не решать, это ведет к чрезмерным известковым отложениям в коммуникации.

В стояках большинства домов средний показатель давления соответствует нормам ГОСТ и СНиП. При сооружении частного сектора значительные отклонения от нормы негативно отражаются на пропускной способности трубопровода. Более узкие тонкостенные сегменты, особенно при неграмотном сочленении, способны привести к аварийной ситуации.

При сооружении трубопровода не используйте фитинги из другого металла и случайные врезки – они также негативно влияют на давление.

Пример расчета стенки трубы по давлению

Для наиболее точных расчетов потребления воды относительно сечения трубы нужна толщина стенки, к которой прибавляется коэффициент коррозийного износа (КИ, РТС – расчетная толщина стенок). Наглядно вычисление выглядит так:

Т(ст.тр.) = РТС + КИ

Соотношение расчетной толщины стенки пропорционально давлению вычисляется по формуле, где основные величины можно взять из справочников:

РТС = ВИД × ДТнар : 230 × ДНр × КПШ + Р

Здесь РТС – расчетная толщина стенок, ВИД – внутреннее избыточное давление, ДТнар – диаметр трубы наружный, ДНр – допустимое напряжение на разрыв, КПШ – коэффициент прочности шва (зависит от способа соединения и материала) и Р – расход воды.

К искомому числу прибавляются коэффициенты для внесения поправок, которые можно найти в справочниках по гидравлике. Они нужны для реальной оценки пропускной способности водопровода. Например, 1 водоразборный кран в минуту пропускает около 5-6 л воды.

С учетом суммируемых данных, приобретают трубы соответствующего диаметра, способного обеспечить пользователей нужным количеством воды под напором. В большей мере это относится к домовладельцам частного сектора, обеспечиваемого водой из скважины. Для этого потребуется насос достаточной мощности (все параметры указаны в технической документации к изделию).

При желании, можно использовать не только формулы, но и онлайн калькуляторы или компьютерные программы. Для точности рекомендуется вносить как можно больше показателей и коэффициентов на поправку, чтобы исключить погрешности в расчетах. Данные, которые необходимо внести, пишутся через запятую, например, 3,5, а не 3.5.

Источник: http://trubamaster.ru