Як порахувати пропускну здатність труби для різних систем – приклади та правила

Зміст:

Способи розрахунку пропускної здатності трубопроводу
Розрахунок пропускної здатності газопроводів
Розрахунок пропускної здатності каналізаційних труб
Табличний розрахунок каналізаційних труб
Розрахунок пропускної здатності водопроводу

Прокладка трубопроводу – справа не дуже складна, але досить клопітка. Однією з найскладніших проблем при цьому є розрахунок пропускної здатності труби, яка безпосередньо впливає на ефективність і працездатність конструкції. У даній статті мова піде про те, як розраховується пропускна здатність труби.

Пропускна здатність – це один з найважливіших показників будь - якої труби. Попри це, у маркуванні труби цей показник вказується рідко, та й сенсу в цьому мало, адже пропускна здатність залежить не тільки від габаритів виробу, але й від конструкції трубопроводу. Саме тому даний показник доводиться розраховувати самостійно.

Способи розрахунку пропускної здатності трубопроводу

Перед тим, як порахувати пропускну здатність труби, потрібно дізнатися основні позначення, без яких проведення розрахунків буде неможливим:

1. Зовнішній діаметр. Цей показник виражається у відстані від однієї сторони зовнішньої стінки до іншої сторони. У розрахунках цей параметр має позначення Дн. Зовнішній діаметр труб завжди відображається в маркуванні.
2. Діаметр умовного проходу. Це значення визначається як діаметр внутрішнього перерізу, який округлюється до цілих чисел. При розрахунку величина умовного проходу відображається як Ду.

Розрахунок прохідності труби може здійснюватися за одним з методів, вибирати який необхідно в залежності від конкретних умов прокладки трубопроводу:

1. Фізичні розрахунки. В такому випадку використовується формула пропускної здатності труби, що дозволяє врахувати кожен показник конструкції. На виборі формули впливає тип і призначення трубопроводу – наприклад, для каналізаційних систем є свій набір формул, як і для інших видів конструкцій.
2. Табличні розрахунки. Підібрати оптимальну величину прохідності можна за допомогою таблиці з приблизними значеннями, яка найчастіше використовується для облаштування розводки у квартирі. Значення, вказані в таблиці, досить розмиті, але це не заважає використовувати їх у розрахунках. Єдиний недолік табличного методу полягає в тому, що в ньому розраховується пропускна здатність труби залежно від діаметра, але не враховуються зміни останнього внаслідок відкладів, тому для магістралей, схильних до виникнення наростів, такий розрахунок буде не кращим вибором. Щоб отримати точні результати, можна скористатися таблицею Шевельова, що враховує практично всі фактори, що впливають на труби. Така таблиця відмінно підходить для монтажу магістралей на окремих земельних ділянках.
3. Розрахунок за допомогою програм. Багато фірм, що спеціалізуються на прокладці трубопроводів, використовують у своїй діяльності комп'ютерні програми, що дозволяють точно розрахувати не тільки пропускну здатність труб, але й масу інших показників. Для самостійних розрахунків можна скористатися онлайн-калькулятором, який, хоч і має дещо більшу погрішність, доступний в безплатному режимі. Хорошим варіантом великої умовно-безплатної програми є «TAScope», а на вітчизняному просторі найпопулярнішою є «Гідросистема», яка враховує ще й нюанси монтажу трубопроводів у залежності від регіону.

Розрахунок пропускної здатності газопроводів

Проєктування газопроводу вимагає досить високої точності – газ має дуже великий коефіцієнт стиснення, через який можливі витоки навіть через мікротріщини, не кажучи вже про серйозні розриви. Саме тому правильний розрахунок пропускної здатності труби, по якій транспортуватиметься газ, дуже важливий.

Якщо мова йде про транспортування газу, то пропускна здатність трубопроводів залежно від діаметра буде розраховуватися по наступній формулі:

• Qmax = 0.67 Ду2 * p,

Де р – величина робочого тиску в трубопроводі, до якої додається 0,10 МПа;

Ду – величина умовного проходу труби.

Зазначена вище формула розрахунку пропускної здатності труби по діаметру дозволяє створити систему, яка буде працювати в побутових умовах.

В промисловому будівництві при виконанні професійних розрахунків застосовується формула іншого виду:

• Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T,

Де z – коефіцієнт стиску середовища, що транспортується;

Т – температура транспортованого газу (До).

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

Ця формула дозволяє визначити ступінь розігріву транспортованої речовини в залежності від тиску. Збільшення температури приводить до розширення газу, внаслідок чого тиск на стінки труби підвищується (прочитайте: "Чому виникає втрата тиску в трубопроводі і як цього можна уникнути").

Щоб уникнути проблем, спеціалістам доводиться враховувати при розрахунку трубопроводу ще й кліматичні умови в тому регіоні, де він буде проходити. Якщо зовнішній діаметр труби виявиться менше, ніж тиск газу в системі, то трубопровід з дуже великою ймовірністю буде пошкоджений в процесі експлуатації, в результаті чого відбудеться втрата транспортованої речовини та підвищиться ризик вибуху на іншому відрізку труби.

При великій необхідності можна визначити прохідність газової труби за допомогою таблиці, в якій описана взаємозалежність між найбільш поширеними діаметрами труб і робочим рівнем тиску в них. За великим рахунком, у таблиць є той же недолік, який має розрахована по діаметра пропускна здатність трубопроводу, а саме – неможливість врахувати вплив зовнішніх факторів.

Розрахунок пропускної здатності каналізаційних труб

При проєктуванні каналізаційної системи потрібно розраховувати пропускну здатність трубопроводу, яка безпосередньо залежить від його виду (каналізаційні системи бувають напірними та безнапірними). Для здійснення розрахунків використовуються гідравлічні закони. Самі розрахунки можуть проводитися як за допомогою формул, так і за допомогою відповідних таблиць.

Для гідравлічного розрахунку каналізаційної системи потрібні наступні показники:

• Діаметр труб – Ду;
• Середня швидкість руху речовин – v;
• Величина гідравлічного ухилу – I;
• Ступінь наповнення h/Ду.

Як правило, при проведенні розрахунків обчислюються тільки два останніх параметри – решту після цього можна буде визначити без особливих проблем. Величина гідравлічного ухилу зазвичай дорівнює нахилу землі, який забезпечить рух стоків зі швидкістю, необхідною для самоочищення системи.

Швидкість і граничний рівень наповнення побутової каналізації визначаються за таблицею, яку можна виписати так:

1. 150-250 мм - h/Ду становить 0,6, а швидкість – 0,7 м/с.
2. Діаметр 300-400 мм - h/Ду становить 0,7, швидкість – 0,8 м/с.
3. Діаметр 450-500 мм - h/Ду становить 0,75, швидкість – 0,9 м/с.
4. Діаметр 600-800 мм - h/Ду становить 0,75, швидкість 1 м/с.
5. Діаметр 900+ мм h/Ду становить 0,8, швидкість – 1,15 м/с.

Для виробів з невеликим перетином є нормативні показники мінімальної величини ухилу трубопроводу:

• При діаметрі 150 мм ухил не повинен бути менш як 0,008 мм;
• При діаметрі 200 мм ухил не повинен бути менш як 0,007 мм

Для розрахунку об'єму стоків використовується наступна формула:

• q = a*v,

Де а – площа живого перерізу потоку;

v – швидкість транспортування стоків.

Визначити швидкість транспортування речовини можна за такою формулою:

• v= C√R*i,

де R – величина гідравлічного радіуса,

З – коефіцієнт змочування;

i – ступінь ухилу конструкції.

З попередньої формули можна вивести наступну, яка дозволить визначити значення гідравлічного ухилу:

• i=v2/C2*R.

Щоб обчислити коефіцієнт змочування, використовується формула такого виду:

• С=(1/n)*R1/6,

Де n – коефіцієнт, що враховує ступінь шорсткості, який варіюється в межах від 0,012 до 0,015 (залежить від матеріалу виготовлення труби).

Значення R зазвичай прирівнюють до звичайного радіусу, але це актуально лише в тому випадку, якщо труба заповнюється повністю.

Для інших ситуацій використовується проста формула:

• R=A/P,

Де А – площа перерізу потоку води,

Р – довжина внутрішньої частини труби, що знаходиться в безпосередньому контакті з рідиною.

Табличний розрахунок каналізаційних труб

Визначати прохідність труб каналізаційної системи можна й за допомогою таблиць, причому розрахунки будуть прямо залежати від типу системи:

1. Напірна каналізація. Для розрахунку безнапірних каналізаційних систем використовуються таблиці, які містять в собі всі необхідні показники. Знаючи діаметр труб, що встановлюються, можна підібрати в залежності від нього всі інші параметри та використати їх у формулі (прочитайте також: "Як виконується розрахунок діаметра трубопроводу – теорія і практика з досвіду"). Крім того, у таблиці вказаний об'єм проходить через трубу рідини, який завжди збігається з прохідністю трубопроводу. При необхідності можна скористатися таблицями Лукіних, в яких вказана величина пропускної спроможності всіх труб з діаметром у діапазоні від 50 до 2000 мм.
2. Напірна каналізація. Визначати пропускну спроможність в даному типі системи за допомогою таблиць дещо простіше – достатньо знати граничний ступінь наповнення трубопроводу і середню швидкість транспортування рідини. Читайте також:Як розрахувати об'єм труби – поради з практики".

Таблиця пропускної здатності поліпропіленових труб дозволяє дізнатися всі необхідні для облаштування системи параметри.

Розрахунок пропускної здатності водопроводу

Водопровідні труби в приватному будівництві застосовуються найчастіше. На систему водопостачання в будь-якому випадку доводиться серйозне навантаження, тому розрахунок пропускної здатності трубопроводу обов'язковий, адже він дозволяє створити максимально комфортні умови експлуатації майбутньої конструкції.

Для визначення прохідності водопровідних труб можна використовувати їх діаметр (прочитайте також: "Як визначити діаметр труби – варіанти вимірів кола"). Звичайно, даний показник не є основою для розрахунку прохідності, але його вплив не можна виключати. Збільшення внутрішнього діаметра труби прямо пропорційно її прохідності – тобто, товста труба майже не перешкоджає руху води та менш схильна нашаруванню різних відкладень.

Втім, є й інші показники, які також необхідно враховувати. Наприклад, дуже важливим чинником є коефіцієнт тертя рідини об внутрішню частину труби (для різних матеріалів є власні значення). Також варто враховувати довжину всього трубопроводу і різницю тисків на початку системи та на виході. Важливим параметром є і кількість різних перехідників, присутніх в конструкції водопроводу.

Пропускна здатність поліпропіленових труб водопроводу може розраховуватися в залежності від декількох параметрів табличним методом. Одним із них є розрахунок, в якому головним показником є температура води. При підвищенні температури в системі відбувається розширення рідини, тому тертя підвищується. Для визначення прохідності трубопроводу потрібно скористатися відповідною таблицею. Також є таблиця, що дозволяє визначити прохідність в трубах в залежності від тиску води.

Найточніший розрахунок води за пропускною спроможністю труби дозволяють здійснити таблиці Шевельових. Крім точності та великого числа стандартних значень, в даних таблицях є формули, які дозволяють розрахувати будь-яку систему. Даний матеріал у повному обсязі описує всі ситуації, пов'язані з гідравлічними розрахунками, тому більшість спеціалістів в даній області найчастіше використовують саме таблиці Шевельових.

Основними параметрами, які обліковуються в цих таблицях, є:

• Зовнішній і внутрішній діаметри;
• Товщина стінок трубопроводу;
• Період експлуатації системи;
• Загальна протяжність магістралі;
• Функціональне призначення системи.

Висновок

Розрахунок пропускної здатності труб може виконуватися різними способами. Вибір оптимального способу розрахунку залежить від великої кількості факторів – від розмірів труб до призначення і типу системи. В кожному випадку є більш і менш точні варіанти розрахунку, тому знайти відповідний зможе як професіонал, що спеціалізується на прокладанні трубопроводів, так і господар, який вирішив самостійно прокласти магістраль у себе вдома.